一种LNG空调用高效换热器

本实用新型涉及lng空调领域，尤其涉及一种lng空调用高效换热器。

背景技术：

lng作为燃料，其具有价格低廉、热值高、燃烧后排气污染小及环境友好性等优点，目前已广泛应用于国民经济的各个领域。lng在常压下的温度约为-162℃，通常被存贮在低温介质储罐内。lng燃烧前需要被加热汽化为天然气，在汽化过程中会释放大量冷能，而这部分冷能通常被直接排放至大气环境中，造成极大的冷量浪费。

lng冷能回收在国外尤其是日本颇受重视，并在工程实践中得到广泛应用。由于我国lng工业起步发展比较晚，对lng冷能回收利用技术方面的研究刚刚开始，特别是小型lng装备的冷能回收利用技术发展更是缓慢。目前，一些高校、科研院所的专家和学者提出基于lng冷能回收的汽车空调制冷系统，但是这些制冷系统的取冷换热器均采用载冷剂与lng直接换热方法，由于两者之间较大的换热温差，导致lng空调制冷系统容易出现载冷剂冻结和换热不良等问题，致使其无法持续、稳定运行，而且冷能回收利用效率较低。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是：为了解决lng空调制冷系统容易出现载冷剂冻结和换热不良的问题，本实用新型提供了一种lng空调用高效换热器来解决上述问题。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种lng空调用高效换热器，包括外储罐，所述外储罐用于存储蓄冷剂，所述蓄冷剂具有气液转换特性且其凝固点的温度低于lng的温度，所述蓄冷剂在所述外储罐的内部呈现蓄冷剂蒸发气和液相的蓄冷剂两种状态共存，所述外储罐的圆筒形侧壁形成外筒体，所述外储罐的两端分别通过左封头和右封头进行密封；

内换热盘管，所述内换热盘管用于输送lng，所述内换热盘管固定在所述外储罐内并且其两端的管口位于所述外储罐的外部，所述内换热盘管由多根内换热管并列呈螺旋绕制形成，内换热盘管的螺旋外径为d1（200mm≤d1≤500mm）；

外换热盘管，所述外换热盘管用于输送载冷剂，所述外换热盘管固定在所述外储罐内且外换热盘管进口位于所述外储罐的外部，所述外换热盘管由多根外换热管并列呈螺旋绕制形成，外换热盘管的螺旋内径为d2（400mm≤d2≤800mm）；

所述外换热盘管套设在所述内换热盘管的外围，采用同轴布置形式，所述内换热盘管的螺旋外径d1小于所述外换热盘管的螺旋内径d2，且d2-d1≥30mm；

内储罐，所述内储罐的圆筒形侧壁形成内筒体，所述内储罐用于存储载冷剂，所述内储罐设置在所述外储罐内部且全部浸没于蓄冷剂中，所述外换热盘管的出口与内筒体连通。

作为优选，所述内储罐焊接于所述右封头的内壁面上并与所述外储罐同轴布置，所述外储罐的右封头上开设有与内储罐相连通的载冷剂出液管，所述内筒体上开设有进液孔。

作为优选，所述内换热盘管全部浸没于蓄冷剂中，所述内换热盘管通过管夹结构固定在内换热盘管支撑结构上。

作为优选，所述内换热盘管支撑结构的一端通过左支撑板内圆面与内筒体同轴连接并焊接在内筒体的外壁上，所述内换热盘管支撑结构的另一端通过右支撑板内圆面同轴套装在支撑管上且与支撑管滑动连接，所述左支撑板和所述右支撑板通过支撑杆连接，所述支撑杆垂直于所述左支撑板和所述右支撑板，所述支撑管焊接在所述左封头上，所述支撑管的一端穿过左封头并与外储罐所形成的腔体相连通，所述支撑管的另一端安装有用于向外储罐内加注蓄冷剂的加注阀。

作为优选，所述外换热盘管的一部分管路浸没在蓄冷剂内，另一部分管路位于蓄冷剂蒸发气中，所述外换热盘管通过管夹结构固定在外换热盘管支撑结构上。

作为优选，所述外换热盘管支撑结构通过底板固定在所述外筒体的内壁上，所述底板的长边平行于所述外储罐的轴线，所述外换热盘管进口管穿过左封头并焊接在左封头上，外换热管出口与内筒体上的进液孔焊接并与内储罐的内部连通。

作为优选，所述内换热管为紫铜制成的螺纹管，其内壁和外壁上都开设有微型肋片。

作为优选，所述外换热管为紫铜制成的螺纹管，其内壁和外壁上均开设有微型肋片。

本实用新型的有益效果是：

（1）蓄冷剂的热惯性较大，使其温度受lng流量的影响较小，进而可以精确控制以蓄冷剂作为中间换热介质的lng与载冷剂间的换热过程，避免现有技术中lng与载冷剂两介质换热时载冷剂在换热管表面冻结的问题，解决lng空调无法稳定、持续运行和换热效率低的问题。

（2）蓄冷剂吸热汽化过程中产生大量气泡，在其内部形成对流扰动，强化与换热盘管间的换热，特别是用于lng汽车空调时，发动机震动或汽车行驶时的晃动更是加剧了蓄冷剂的扰动，可大幅提升换热器的换热效率，另外，使用紫铜螺纹管作为换热管，同时强化lng的管内蒸发和蓄冷剂管外换热过程，进一步提升了换热器的换热效率。

（3）温度较高的载冷剂在外换热盘管中换热，低温的lng在内换热盘管中换热，有效减少了由换热器壁面与环境间换热造成的冷量损失，并可降低低温绝热的技术难度和成本。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1是本发明一种lng空调用高效换热器的结构总图；

图2是本发明一种lng空调用高效换热器的内换热盘管；

图3是本发明一种lng空调用高效换热器的内换热盘管支撑结构；

图4是本发明一种lng空调用高效换热器的内换热盘管组件；

图5是本发明一种lng空调用高效换热器的外换热盘管；

图6是本发明一种lng空调用高效换热器的外换热盘管组件。

图中100、外储罐，101、外筒体，102、左封头，103、右封头，104、加注阀，105、支撑管，106、温度传感器，200、内换热盘管，201、内换热管，202、内换热管进口，203、内换热管出口，204、内换热盘管进口管，205、内换热盘管进口，206、内换热盘管出口管，207、内换热盘管出口，300、内换热盘管支撑结构，301、支撑底板，302、支撑杆，303、左支撑板，304、右支撑板，305、左支撑板内圆面，306、右支撑板内圆面，307、内侧下夹体，308、内侧上夹体，309、内侧盖板，310、内侧固定螺栓，311、内侧螺纹孔，400、外换热盘管，401、外换热管，402、外换热管进口，403、外换热管出口，404、外换热盘管进口管，405、外换热盘管进口，500、外换热盘管支撑结构，501、底板，502、外侧盖板，503、外侧下夹体，504、外侧上夹体，505、外侧固定螺栓，506、外侧螺纹孔，600、内储罐，601、内筒体，602、进液孔，603、小封头，604、载冷剂出液管，605、载冷剂，700、蓄冷剂，701、蓄冷剂蒸发气。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。此外，在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

如图1~图6所示，本实用新型提供了一种lng空调用高效换热器的实施例，包括外储罐100，所述外储罐100用于存储蓄冷剂700，所述蓄冷剂700具有气液转换特性且其凝固点的温度低于lng的温度，所述蓄冷剂700的凝固点低于lng的温度，吸热后可汽化为蓄冷剂蒸发气701，所述蓄冷剂700在所述外储罐100的内部呈现蓄冷剂蒸发气701和液相的蓄冷剂700两种状态共存，其作用是将lng的冷量高效地传递给载冷剂605，所述外储罐100的圆筒形侧壁形成外筒体101，所述外储罐100的两端分别通过左封头102和右封头103进行密封；

内换热盘管200，所述内换热盘管200用于输送lng，所述内换热盘管200固定在所述外储罐100内并且其两端的管口位于所述外储罐100的外部，所述内换热盘管200由3根内换热管201并列呈螺旋绕制形成，内换热盘管200的螺旋外径为d1（200mm≤d1≤500mm），所述内换热管201为紫铜制成的螺纹管，其内壁和外壁上都开设有微型肋片；

所述内换热盘管200全部浸没于蓄冷剂700中，所述内换热盘管200通过管夹结构固定在内换热盘管支撑结构300上；

所述内换热盘管支撑结构300的一端通过左支撑板内圆面305与内筒体601同轴连接并焊接在内筒体601的外壁上，所述内换热盘管支撑结构300的另一端通过右支撑板内圆面306同轴套装在支撑管105上且与支撑管105滑动连接，所述左支撑板303和所述右支撑板304的外边缘通过支撑杆302连接，所述支撑杆302垂直于所述左支撑板303和所述右支撑板304，所述支撑管105焊接在所述左封头102上，所述支撑管105的一端穿过左封头102并与外储罐100所形成的腔体相连通，所述支撑管105的另一端安装有用于向外储罐100内加注蓄冷剂700的加注阀104。

外换热盘管400，所述外换热盘管400用于输送载冷剂605，所述外换热盘管400固定在所述外储罐100内且外换热盘管400进口405位于所述外储罐100的外部，所述外换热盘管400由2根外换热管401并列呈螺旋绕制形成，外换热盘管400的螺旋内径为d2（400mm≤d2≤800mm），所述外换热管401为紫铜制成的螺纹管，其内壁和外壁上均开设有微型肋片，微型肋片的设置能够增加换热面积从而提高换热效果；

所述外换热盘管400的一部分管路浸没在蓄冷剂700内，另一部分管路位于蓄冷剂蒸发气701中，所述外换热盘管400通过管夹结构固定在外换热盘管支撑结构500上；所述管夹结构包括内侧下夹体307，内侧上夹体308，内侧盖板309，内侧固定螺栓310，外侧盖板502，外侧下夹体503，外侧上夹体504，外侧固定螺栓505，其中，内侧下夹体307、内侧上夹体308、内侧盖板309和内侧固定螺栓310用于固定内换热盘管200；外侧盖板502、外侧下夹体503、外侧上夹体504和外侧固定螺栓505用于固定外换热盘管400；

所述外换热盘管支撑结构500通过底板501固定在所述外筒体101的内壁上，所述外换热盘管进口管404穿过左封头102并焊接在左封头102上，外换热管出口403与内筒体601上的进液孔602焊接并与内储罐600的内部连通。

所述外换热盘管400套设在所述内换热盘管200的外围，采用同轴布置形式，所述内换热盘管200的螺旋外径d1小于所述外换热盘管400的螺旋内径d2，且d2-d1≥30mm；

内储罐600，所述内储罐600的圆筒形侧壁形成内筒体601，所述外换热盘管400的出口与内筒体601连通，所述内储罐600用于存储载冷剂605，所述内储罐600设置在所述外储罐100内部且全部浸没于蓄冷剂700中，所述内储罐600焊接于所述右封头103的内壁面上并与所述外储罐100同轴布置，所述外储罐100的右封头103上开设有与内储罐600相连通的载冷剂出液管604，所述内筒体601上开设有进液孔602。

冷量从lng传递到载冷剂605的换热过程为：

lng从内换热盘管200进口进入内换热盘管200进口管，然后分多路进入内换热管201，在流动过程中通过内换热管201管壁与外储罐100内的蓄冷剂700进行热交换，lng吸热温度升高，不断汽化为ng，而后汇集进入内换热盘管200出口管，并从内换热盘管出口207流出；蓄冷剂700吸收冷量后温度降低，密度变大，在重力的作用下向下流动，经外换热管401时将冷量传递给外换热管401，载冷剂605从外换热盘管400进口405进入外换热盘管进口管404，然后分多路流入外换热管401，在流动过程中与外换热管401进行换热，温度降低；蓄冷剂700吸收载冷剂605的热量后温度升高，并在外换热管401的外壁上产生大量气泡，气泡脱离外换热管401的外壁上浮过程中在蓄冷剂700内产生剧烈的扰流，并与温度较低的蓄冷剂700进行换热，气泡逐渐缩小，未完全换热的气泡进入外储罐100的上部，变为蓄冷剂蒸发气701。载冷剂605降温后，经内筒体601上的进液孔602进入内储罐600，然后通过载冷剂出液管604流出换热器，完成载冷剂605的冷却过程。随着蓄冷剂蒸发气701的不断聚集，外储罐100内的压力升高，由于蓄冷剂700常温下具有较低的饱和压力、蓄冷剂700液相表面温度（约-10℃）和蓄冷剂蒸发气701中的外换热管401的温度（约0℃）都相对较低，蓄冷剂蒸发气701放热变为蓄冷剂700回流外储罐100。

特别是，由于外储罐100内蓄冷剂700的体积较大，热惯性较大，使其温度受lng影响较小，因而很容易精确控制lng的换热过程，而不致载冷剂605的温度过低，从而避免现有技术中lng与载冷剂605两介质换热时载冷剂605在换热管表面冻结的问题，同时在外储罐100的中心处设置温度传感器106，当测得蓄冷剂700的温度接近载冷剂605的凝固点时，停止lng供应。

换热器的安装方式为：

首先，使用螺纹管在盘管绕制磨具上绕制内换热管201，螺纹管的直径为5～10mm，壁厚为0.3～0.5mm。

其次，将内换热管进口202并排插入内换热盘管进口管204的孔中，并将内换热管出口203插入内换热盘管出口管206的孔中，并完成焊接，形成内换热盘管200，如图2所示。

再次，将支撑杆302的两端分别插入左支撑板303和右支撑板304的孔中并压紧，保证左支撑板303和右支撑板304的同轴度，将支撑杆302与左支撑板303、右支撑板304焊接，形成内换热盘管200支撑架。

之后，使用调平工装将内换热盘管200支撑架调节至水平，并旋转支撑杆302至最顶部，将支撑底板301放置在支撑杆302上，且保证支撑底板301沿长度方向上的中线与内换热盘管200支撑架的中心线平行，并将支撑杆302与支撑底板301焊接，要求焊点远离内侧螺纹孔311，形成内换热盘管支撑结构300，如图3所示。

然后，将内换热盘管200穿套在内换热盘管支撑结构300的外部，并将内换热盘管200调整至合适位置，把管夹结构的内侧下夹体307放于内换热盘管200和支撑底板301之间，再把管夹结构的内侧上夹体308放置在内侧下夹体307的上部，之后放置内侧盖板309，把内侧固定螺栓310依次穿过盖板309、内侧下夹体307和内侧上夹体308的螺栓孔并旋入内侧螺纹孔311中拧紧。依次重复上述操作，把内换热盘管200固定在内换热盘管支撑结构300上。为防止松动，可把内侧固定螺栓310与盖板309焊接在一起，形成内换热盘管200组件，如图4所示。

再然后，使用螺纹管在盘管绕制磨具上绕制外换热管401，螺纹管的直径为10～20mm，壁厚为0.3～0.5mm。

再然后，将外换热管进口402并排插入外换热管进口管404的孔中，外换热管401的数量为2根，并完成焊接，形成外换热盘管400，如图5所示。

再然后，把底板501放置在装配工装上，并把外侧下夹体503对准外侧螺纹孔506放置在底板501上，调整至长度方向与底板501平行，再把外换热盘管400调整至合适位置并放入外侧下夹体503的管槽中，之后依次放置外侧上夹体504和外侧盖板502，把外侧固定螺栓505依次穿过外侧盖板502、外侧上夹体504、外侧下夹体503的螺栓孔并旋入外侧螺纹孔506中拧紧。依次重复上述操作，把外换热盘管400与底板501固定在一起。为防止松动，把外侧固定螺栓505与外侧盖板502进行焊接，形成外换热盘管400组件，如图6所示。

再然后，把内筒体601的一端焊接在右封头103的内壁面，并保证内筒体601的中心线与右封头103的中心线重合。之后，将小封头603焊接在内筒体601的另一端，同时把载冷剂出液管604插入右封头103上对应的孔中，并焊接形成右封头103焊接体。

再然后，将外换热盘管400组件和右封头103焊接体使用工装固定，并将外换热管出口403插入内筒体601上的进液孔602中，并焊接。再将外筒体101穿套在图6所示的外换热盘管400组件的外部并与右封头103的端部对接，并将两者焊接。之后，将底板501焊接在外筒体101的内壁面上，形成外筒体101焊接体。

再然后，将图4所示的内换热盘管200组件调整至合适位置，并放入上述的外筒体101焊接体中，将左支撑板303的内孔穿套在内筒体601的外壁上、内换热盘管200进口管穿过右封头103对应的孔，确定好位置后，将左支撑板内圆面305点焊在内筒体601的外壁上，内换热盘管200进口管焊接在右封头103上。

再然后，把支撑管105穿过左封头102对应的孔，保证支撑管105的中心线与左封头102的中心线重合，调整合适位置后将两者焊接在一起，形成左封头102焊接体。

最后，将左封头102焊接体使用工装固定，调整位置，使得外换热盘管进口管404穿过左封头102对应的孔、内换热盘管出口管206穿过左封头102对应的孔、支撑管105穿入右支撑板304的中心孔，左封头102的端部与外筒体101的端部对接。之后，将外换热盘管进口管404与左封头102焊接，内换热盘管出口管206与左封头102焊接，左封头102与外筒体101对接面焊接，然后，将加注阀104焊接在支撑管105端部，用于向外储罐100内加注蓄冷剂700。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对所述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上述依据本实用新型的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项实用新型技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项实用新型的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。