一种用于声能自由活塞式机器的内置水冷换热器的制作方法

本实用新型是涉及一种内置水冷换热器，具体说，是涉及一种用于声能自由活塞式机器的内置水冷换热器，属于热交换技术领域，特别是热交换领域中的声能自由活塞式机器热端散热器体的设计与制造。

背景技术：

1861年，Stirling提出了一种由两个等温压缩和膨胀过程与两个等容回热过程组成的闭式热力循环，称为斯特林循环，也就是声能自由活塞式机器的基本热力学原理。

声能自由活塞式热机利用热在压力气体中产生自激振荡这一热声现象，可将热能转换为压力波动(声能)，从而实现热能转化为机械能。相反，声能自由活塞式制冷机利用热声逆效应可以实现从低温热源吸热再释放至高温热源的制冷过程。声能自由活塞式机器具有诸多优点，例如：a.采用惰性气体作为工质，因此不会导致臭氧破坏和温室效应。b.基本结构非常简单紧凑，寿命长、可靠性高。c.采用无油润滑和间隙密封技术，任意角度均可正常运行。

热端换热器作为声能自由活塞式机器中的关键部件，对整机性能起着至关重要的影响，若热端换热不充分，则整机的能效比会大幅下降。传统的热端换热器多采用将狭缝式换热器置于气缸与机壳间的环形空间内，狭缝换热器外壁面紧贴机壳内壁面。此种结构所带来的不利影响为狭缝换热器与机壳内壁面存在着较大的接触热阻，且机壳通常为钢材，导热系数较低，所以导致热端换热不充分，制冷机性能下降，且由于在机壳外部再加装翅片，使整机体积增大。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题和技术需求，本实用新型提出一种用于声能自由活塞式机器的内置水冷换热器，气体工质与换热外翅片和换热内翅片充分接触换热，进而将热量传导至水套壳体，循环水流过水套外壳体和水套内壳体组合形成的水侧流通通道，将声能自由活塞式机器热端产生的热量导出。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

一种用于声能自由活塞式机器的内置水冷换热器，其特征在于：所述内置水冷换热器为圆形，包括依次连接的换热外翅片、水套外壳体、水套内壳体及换热内翅片，水套外壳体、水套内壳体之间设有水侧流通道，水套外壳体与水套内壳体上下两端的组合处设有供液集管和回液集管，换热外翅片的外壁及换热内翅片的内壁分别设有散热翅片组。

作为优选方案，所述的水侧流通道包括水套外壳体与水套内壳体在两者连接的表面开有多个环状的、截面为矩形的凹槽，水套外壳体与水套内壳体上的凹槽共同组成水侧流通通道。

作为优选方案，所述的水套外壳体、水套内壳体的上的凹槽为相互错开排列设置。

作为优选方案，所述的水套外壳体与水套内壳体上下两端均有半圆弧凸台，并延伸到内侧形成锥形凹槽，组合构成水侧的供液集管和回液集管。

作为进一步优选方案，所述的供液集管和回液集管接口上分别设有进液管和回液管，所述的水套外壳体、水套内壳体的下端设有连接凸台。

作为进一步优选方案，作为进一步优选方案，所述的环状的凹槽宽度约为0.5mm～2mm，高度约为0.3mm～1mm，每个凹槽间距为0.5mm～2mm。

作为进一步优选方案，所述的换热外翅片与水套外壳体、水套内壳体与换热内翅片之间采用焊接连接。

与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：

本实用新型通过采用内置水冷换热器的结构，有效减少了接触热阻，降低传热温差，提高机器热效率；相比于传统的风冷翅片式换热器，水冷换热具有更高的传热系数；制冷机外侧无需加设翅片或者水套，使整机结构更加紧凑。

附图说明

图1为本实用新型提供的水套外壳体轴侧图；

图2为本实用新型提供的水套内壳体轴测图；

图3为本实用新型提供的水套剖视图；

图4为本实用新型提供的内置水冷换热器装配体爆炸图；

图5为本实用新型提供的内置水冷换热器与机壳装配剖视图；

图6为本实用新型提供的翅片设计图。

具体实施方式

一种用于声能自由活塞式机器的内置水冷换热器，所述内置水冷换热器为圆形，包括依次连接的换热外翅片、水套外壳体、水套内壳体及换热内翅片，水套外壳体、水套内壳体之间设有水侧流通道，水套外壳体与水套内壳体上下两端的组合处设有供液集管和回液集管，换热外翅片的外壁及换热内翅片的内壁分别设有散热翅片组。换热外翅片、水套外壳体、水套内壳体及换热内翅片均为圆形外观，直径依次缩小，以形成嵌套配合结构，散热翅片组包括多片按一定间距排列的金属片。

所述的水侧流通道包括水套外壳体与水套内壳体在两者连接的表面开有多个环状的、截面为矩形的凹槽，水套外壳体与水套内壳体上的凹槽共同组成水侧流通通道。

所述的水套外壳体、水套内壳体的上的凹槽为相互错开排列设置。相互错开排列设置的凹槽可使水流构成混合通道，与水套外壳体、水套内壳体具有较大的接触效果。

所述的水套外壳体与水套内壳体上下两端均有半圆弧凸台，并延伸到内侧形成锥形凹槽，组合构成水侧的供液集管和回液集管。锥形凹槽对水流具有导向作用，可提高水流的流速。

所述的供液集管和回液集管接口上分别设有进液管和回液管，所述的水套外壳体、水套内壳体的下端设有连接凸台。连接凸台用于将本散热器架起支撑在圆筒状的机壳中。

所述的环状的凹槽宽度约为0.5mm～2mm，高度约为0.3mm～1mm，每个凹槽间距为0.5mm～2mm。

所述的换热外翅片与水套外壳体、水套内壳体与换热内翅片之间采用焊接连接。

以下结合附图对本实用新型的技术方案做进一步详细描述：

结合图1至图6所示，本实用新型提供的一种用于声能自由活塞式机器的内置水冷换热器包括包括换热翅片100、水套200、进液管301、出液管302、机壳400，其中换热翅片100、水套200、进液管301、出液管302材料均为紫铜，所述换热翅片100包括换热外翅片110和换热内翅片120。所述水套包括水套外壳体210和水套内壳体220。

如图1、图2所示，所述水套外壳体210内侧表面开有矩形凹槽211，上下两端有半圆弧凸台212，其内侧有锥形凹槽213。所述矩形凹槽211宽度约为0.5mm-2mm，高度约为0.3mm-1mm，每个凹槽间距为0.5mm-2mm。

所述水套内壳体220与水套外壳体210结构类似，在外侧表面开有矩形凹槽221，上下两端有半圆弧凸台222，其内侧有锥形凹槽223。

如图3所示，所述水套外壳体210与水套内壳体220于焊接面214、224焊接固定，水套内外壳体共同组成水侧流通通道201、供液集管202和回液集管203。供液集管202与回液集管203成锥形，在靠近焊接面204处横截面积较大，靠近末端处横截面积减小。以供液集管202为例说明其工作原理：沿流动方向(虚线箭头)，供液集管202内的循环水流过若干个水侧流通通道201后总流量下降，为了保持供液集管202内静压一致，所以沿流动方向减小供液集管202的横截面积，以增加靠近末端处循环水流速，从而使得各个水侧流通通道201内流量均匀，提高换热效率。

如图4所示，所述换热外翅片110与换热内翅片120上下两端均有半圆凹槽111、121，与水套外壳体210和水套内壳体220的半圆弧凸台212、222相互配合。所述半圆凹槽111、121处的翅片长度略短于其他翅片长度。换热外翅片110与水套外壳体210于焊接面215焊接固定，所述换热翅片下120与水套内壳体220于焊接面225焊接固定。

如图5所示，所述进液管301、出液管302在焊接面204与水套200进行焊接固定，以保证水不会渗漏至制冷机内部。在焊接面401与机壳400进行焊接固定，以保证制冷机整体的不发生工质气体泄漏。

如图1、图2、图5所示，所述水套外壳体210和水套内壳体220的下表面设有4个凸台，凸台216、226高度约为1mm，凸台216、226抵住机壳400的支撑面402，工作气体(通常为氦气)可沿径向流过过环隙403，然后沿轴向通过换热翅片100，其主要目的在于可更好的利用换热外翅片110的换热面积，同时，环隙403可作为工作气体的缓冲区，使工作气体平稳均匀地流过换热翅片100，强化换热。

如图6所示，本优选实例中，换热内翅片120的翅片高度h＝4mm，厚度δ＝1mm，狭缝宽度α＝1°，两换热翅片间隔β＝2°，通过调节α和β的值可以精确的控制换热翅片100的空隙率。换热外翅片110的翅片设计参数与换热内翅片120相同。

综上所述可见：本实用新型通过采用内置水冷换热器的结构，有效减少了接触热阻，降低传热温差，提高机器热效率；相比于传统的风冷翅片式换热器，水冷换热具有更高的传热系数；制冷机外侧无需加设翅片或者水套，使整机结构更加紧凑。

最后有必要在此指出的是：以上所述仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。