一种微通道换热器的内部测温装置及其使用方法与流程

1.本发明涉及换热器温度检测领域，具体涉及一种微通道换热器的内部测温装置及其使用方法。


背景技术：

2.目前工业应用中在用的换热器类型主要包括管壳式换热器、板式换热器、板翅式换热器等，它们不能同时满足换热比表面积大、焊接强度高、紧凑程度高的要求。近年来，随着工业制造水平的提升，以高精度化学蚀刻和真空扩散焊为工艺核心的微通道换热器正受到关注，其通道尺寸小、紧凑程度高，焊接方式无焊渣、连接处强度接近母材强度，具有明显优势，特别是在超临界二氧化碳的动力循环系统中，微通道换热器对于传递、调配能流和物流有着较佳的使用效果。
3.但是在研究测试微通道换热器流动传热特性的过程中发现，此类换热器一体成型，内部无空隙且通道微小的特点，导致其难以测量微通道内流体及微通道壁面温度。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题是难以测量微通道内流体及微通道壁面温度，目的在于提供一种微通道换热器的内部测温装置及其使用方法，解决了对微通道换热器的内部进行测温问题。
5.本发明通过下述技术方案实现：
6.一种微通道换热器的内部测温装置，在换热器表面设置测温螺孔，所述测温装置包括：
7.测温仪表，其具有测温针；
8.夹持组件，其夹持所述测温仪表的测温针，所述夹持组件的测温端设置有与所述测温螺孔适配的外螺纹，所述测温针设置在所述测温螺孔内。
9.具体的，所述夹持组件包括：
10.盖型螺帽，其顶部设置有与所述测温针适配的第一通孔；
11.测温接头，其内部设置有与所述第一通孔同轴的第二通孔，所述测温接头包括：
12.圆柱段，其具有第一端和第二端，所述圆柱段的外侧面设置有与所述盖型螺帽适配的外螺纹；
13.圆杆段，其具有第一端和第二端，所述圆杆段的第一端与所述圆柱段的第二端端面同轴且垂直固定连接，所述圆杆段的第二端为所述夹持组件的测温端，且所述圆杆段上设置有与所述测温螺孔适配的外螺纹；
14.铜垫，其设置在所述盖型螺帽内，且位于所述盖型螺帽的顶部内侧面与所述圆柱段的第一端端面之间，所述铜垫中心设置有中心孔；
15.其中，所述铜垫处于压缩状态时，所述中心孔与所述测温针过盈配合；
16.所述铜垫处于非压缩状态时，所述中心孔与所述测温针间隙配合。
17.优选地，所述第一通孔的内径大于所述测温针的直径，所述第二通孔的内径大于所述测温针的直径；
18.所述测温针的长度大于所述盖型螺帽与所述测温接头的长度之和。
19.进一步，所述测温装置还包括固定组件，所述夹持组件的测温端通过所述固定组件与所述换热器表面固定连接，所述固定组件包括：
20.紧固螺母，其内部设置有与所述圆柱段的外螺纹适配的内螺纹；
21.橡胶垫，其设置在所述紧固螺母与所述换热器表面之间。
22.优选地，所述圆柱段、所述圆杆段和所述紧固螺母外侧面均设置有刻度尺。
23.优选地，所述盖型螺帽、所述测温接头和所述紧固螺母的材质为不锈钢、铁或铝。
24.具体地，所述盖型螺帽具有螺纹段和非螺纹段，所述非螺纹段的第一端与所述盖型螺帽的顶部连接，所述非螺纹段的第二端与所述螺纹段的第一端连接，所述螺纹段的第二端与所述盖型螺帽的连接端端面连接。
25.具体地，所述圆柱段的长度不小于所述螺纹段的长度；
26.所述铜垫处于压缩状态时，所述铜垫的厚度等于所述非螺纹段的长度；
27.所述铜垫处于非压缩状态时，所述铜垫的厚度大于所述非螺纹段的长度。
28.一种微通道换热器的内部测温装置的使用方法，基于上述的一种微通道换热器的内部测温装置，所述方法包括：
29.在换热器表面钻孔，并攻螺纹，形成测温螺孔；
30.判断测温位置，包括测量换热器内部流体温度和换热器内壁面温度；
31.若测量换热器内部流体温度，则将测温螺孔设置为贯穿孔；若测量换热器内壁面温度，则将测温螺孔设置为非贯穿孔；
32.安装测温仪表、盖型螺帽、铜垫和测温接头，并使铜垫处于压缩状态；
33.将紧固螺母和橡胶垫安装至圆柱段；
34.将圆柱段的第二端旋入测温螺孔，若为贯穿孔则深入换热器的微通道中部，若为非贯穿孔则抵住测温螺孔底面；
35.将紧固螺母旋向换热器表面，压紧橡胶垫。
36.具体地，所述将圆柱段的第二端旋入测温螺孔步骤中，通过设置在圆柱段外侧面的刻度尺确定旋入深度。
37.本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
38.本发明通过在换热器表面设置测温螺孔，并通过夹持组件将测温仪表的测温针固定在测温螺孔内，从而实现了测量微小通道内流体或固壁面的温度大小的目的；
39.1.测量准确且稳定，整个装置密封紧密、不会受到运行过程中的震动而损坏；
40.2.拆装方便，全程没有焊接操作，可通过简单拆装实现；
41.3.测点位置精准，圆柱段的距离刻度能清晰反映内部测温针深入表面的距离，不会出现测流体时测壁面，测壁面时没有接触到壁面的问题。
附图说明
42.附图示出了本发明的示例性实施方式，并与其说明一起用于解释本发明的原理，其中包括了这些附图以提供对本发明的进一步理解，并且附图包括在本说明书中并构成本
说明书的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。
43.图1是根据本发明所述的一种微通道换热器的内部测温装置的爆炸示意图。
44.图2是根据本发明所述的一种微通道换热器的内部测温装置的使用示意图。
45.附图标记：1-测温仪表、11-测温针，2-盖型螺帽、3-铜垫、4-测温接头、41-圆柱段，42-圆杆段，5-紧固螺母、6-橡胶垫、7-测温螺孔。
具体实施方式
46.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于解释相关内容，而非对本发明的限定。
47.另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分。
48.在不冲突的情况下，本发明中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本发明。
49.换热器是进行热交换操作的通用工艺设备，广泛应用于核能、化学、动力、冶金等工业部门中。特别是在核反应堆的动力循环系统中，换热器对于传递、调配工质之间的能量有着重要作用。
50.随着科技水平的不断提升，人们对核电站、火电站、航空发动机内动力系统的环保性越来越重视，提高效率、降低成本和自然资源消耗是该领域未来发展的方向之一，同时为了使动力系统具备适用于各种复杂环境下的能力，小型化和模块化同样是它发展的目标。
51.目前工业应用中在用的换热器类型主要包括管壳式换热器、板式换热器、板翅式换热器等，它们不能同时满足换热比表面积大、焊接强度高、体积小的要求。近年来，随着工业制造水平的提升，以高精度化学蚀刻和真空扩散焊为工艺核心的微通道换热器正受到关注，其微通道尺寸小、紧凑程度高，焊接方式无焊渣、强度接近母材强度，具有明显优势。但是在研究测试微通道换热器流动传热特性的过程中发现，由于此类换热器一体成型，内部无空隙且通道微小，难以测量微通道内流体及微通道壁面温度。鉴于此，本实施例提出了一种可测量微通道换热器内流体和壁面温度的测量装置及方法，为准确分析微通道换热器内流动传热过程，建立局部传热模型并优化微通道换热器设计提供手段。
52.实施例一
53.一种微通道换热器的内部测温装置，在换热器表面设置测温螺孔7，测温装置包括测温仪表1和夹持组件。
54.测温仪表1具有测温针11，测温针11可用热电偶、热电阻、光纤探头等测温器件，一个较优的选项是实用热电偶温度计，用热电偶的热电性质制成的温度计称为热电偶温度计。一般情况下热电偶温度计由两根不同材料的导体a和b焊连(或绞连)一端而成。导体未焊的两端通过连接导线接显示仪表而构成测温系统。测温时，将热电偶的焊接端与被测对象接触，利用热电偶的热电性质把被测对象的温度转换成相应的电信号，传送给显示仪表。
55.夹持组件夹持测温仪表1的测温针11，夹持组件的测温端设置有与测温螺孔7适配的外螺纹，测温针11设置在测温螺孔7内。
56.夹持组件其对测温仪表1进行固定，并在夹持组件的测温端(图中的下端)设置外螺纹，通过外螺纹与待测温面固定连接，从而实现将测温针11放置在测温螺孔7内，实现测
温的目的。
57.在进行上述测温仪表1和夹持组件的安装前，需要先通过钻孔机在换热器表面打孔，并对其攻螺纹。
58.实施例二
59.针对实施例一，其夹持组件是较为关键的固定结构，本实施例对夹持组件的结构加以说明，夹持组件包括盖型螺帽2、测温接头4和铜垫3。
60.盖型螺帽2的顶部设置有与测温针11适配的第一通孔，测温接头4的内部设置有与第一通孔同轴的第二通孔。
61.测温针11可以从盖型螺帽2的第一通孔中穿过并插入测温接头4的第二通孔内，因此需要保证盖型螺帽2与测温接头4的连接的情况下，第一通孔和第二通孔同轴设置。
62.测温接头4需要连接盖型螺帽2和换热器表面，因此将测温接头4分为两段式结构，测温接头4包括圆柱段41和圆杆段42。
63.圆柱段41具有第一端和第二端，圆柱段41的外侧面设置有与盖型螺帽2适配的外螺纹；
64.圆杆段42具有第一端和第二端，圆杆段42的第一端与圆柱段41的第二端端面同轴且垂直固定连接，圆杆段42的第二端为夹持组件的测温端，且圆杆段42上设置有与测温螺孔7适配的外螺纹；
65.即圆柱段41和圆杆段42内部均设置有第二通孔，两段式的结构可以为焊接结构，也可以为一体形成的结构。
66.铜垫3设置在盖型螺帽2内，且位于盖型螺帽2的顶部内侧面与圆柱段41的第一端端面之间，铜垫3中心设置有中心孔；
67.铜垫3具备了弹性，且可以通过改变圆柱段41在盖型螺帽2内的位置来控制是否对铜垫3施加压力。
68.且为了更好的实现对铜垫3的固定和压力施加，本实施例中的盖型螺帽2具有螺纹段和非螺纹段，非螺纹段的第一端与盖型螺帽2的顶部连接，非螺纹段的第二端与螺纹段的第一端连接，螺纹段的第二端与盖型螺帽2的连接端端面连接，圆柱段41的长度不小于螺纹段的长度；
69.铜垫3处于压缩状态时，铜垫3的厚度等于非螺纹段的长度，即铜垫3位于非螺纹段内，铜垫3因为压缩导致中心孔的直径变小，从而使得中心孔与测温针11过盈配合，从而铜垫3将测温针11的位置进行固定，使得盖型螺帽2、铜垫3、测温接头4和测温针11构成一个整体。
70.铜垫3处于非压缩状态时，铜垫3的厚度大于非螺纹段的长度，即铜垫3位于非螺纹段和螺纹段内，此时铜垫3的中心孔直径未变化，其大于测温针11的直径，中心孔与测温针11间隙配合，使得测温针11可以取出。
71.为了实现测温针11的自由安装，需要设置第一通孔的内径大于测温针11的直径，第二通孔的内径大于测温针11的直径；
72.为了在将测温针11和夹持组件安装到换热器表面后，测温针11能够正常的深入至测温螺孔7所内，测温针11的长度大于盖型螺帽2与测温接头4的长度之和。
73.实施例三
74.上述实施例中直接通过圆柱段41的外螺纹与测温螺孔7连接，因此一般情况下测温螺孔7的直径较小，因此可能存在夹持组件与换热器表面连接不稳定的情况，本实施例提供辅助固定的固定组件，夹持组件的测温端通过固定组件与换热器表面固定连接。
75.固定组件包括紧固螺母5和橡胶垫6，紧固螺母5的内部设置有与圆柱段41的外螺纹适配的内螺纹；橡胶垫6设置在紧固螺母5与换热器表面之间。
76.通过将紧固螺母5对橡胶垫6施加朝向换热器表面的作用力，使得紧固螺母5对圆柱段41施加向外的拉力，从而使得圆柱段41与换热器表面连接更加温度，起到自锁的目的。
77.同时通过橡胶垫6与换热器表面的摩擦，将已夹持的测温仪表1和夹持组件固定在微通道换热器的换热器表面上，防止测点位置滑动。
78.另外的，因为需要对旋入的位置进行确定，在圆柱段41、圆杆段42和紧固螺母5外侧面均设置有刻度尺，通过对刻度尺的观测，实现对圆杆段42旋入测温螺孔7的长度，圆柱段41旋入盖型螺帽2的长度，紧固螺母5在圆杆段42上的位置进行确定。
79.盖型螺帽2、测温接头4和紧固螺母5的材质为不锈钢、铁或铝。
80.盖型螺母、测温接头4和紧固螺母5可采用包括不锈钢、铁、铝等任何可机加工材料，铜垫3还可采用铜以外的任何易产生塑性变形的材料，橡胶垫6还可采用橡胶以外的任何易产生弹性变形的材料。
81.实施例四
82.本实施例提供一种基于上述实施例中一种微通道换热器的内部测温装置的一种微通道换热器的内部测温装置的使用方法，包括：
83.在换热器表面钻孔，并攻螺纹，形成测温螺孔7；测温螺孔7的直径与圆杆段42的直径等径。
84.判断测温位置，包括测量换热器内部流体温度和换热器内壁面温度；
85.若测量换热器内部流体温度，则将测温螺孔设置为贯穿孔；若测量换热器内壁面温度，则将测温螺孔设置为非贯穿孔；
86.安装测温仪表1、盖型螺帽2、铜垫3和测温接头4，并使铜垫3处于压缩状态；将盖型螺帽2、铜垫3和测温接头4按照从上到下的顺序，使测温仪表1的测温针11从中穿过，并利用螺纹将盖型螺帽2和测温接头4的圆柱段41拧紧，此时铜垫3受挤压变形，中心孔向内收缩，挤压测温针11使上述4个部分组合为一体。
87.将紧固螺母5和橡胶垫6安装至圆柱段41，并保留紧固螺母5可以向下旋转的长度。
88.将圆柱段41的第二端旋入测温螺孔7，通过设置在圆柱段41外侧面的刻度尺确定旋入深度，即利用螺纹配合和刻度尺示将其深入指定测温位置。若为贯穿孔则深入换热器的微通道中部，若为非贯穿孔则抵住测温螺孔底面。
89.即测量换热器内部流体温度时，应钻孔至换热器的微通道空腔，将测温针深入微通道中部而不触碰壁面，此为流体温度测量；
90.测量换热器内壁面温度时，应钻孔至微通道壁面的背面，使测温针抵住换热器表面。
91.然后将紧固螺母5旋向换热器表面，压紧橡胶垫6，固定整个测温装置。
92.即可测两精确位置下的微通道换热器内流体温度或固壁温度。
93.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例/方式”、“一些实施例/方式”、“示
例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例/方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本技术的至少一个实施例/方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例/方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例/方式或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例/方式或示例以及不同实施例/方式或示例的特征进行结合和组合。
94.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
95.本领域的技术人员应当理解，上述实施方式仅仅是为了清楚地说明本发明，而并非是对本发明的范围进行限定。对于所属领域的技术人员而言，在上述发明的基础上还可以做出其它变化或变型，并且这些变化或变型仍处于本发明的范围内。