專利名稱：用于跨臨界co的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種換熱設備，特別涉及一種制冷、熱泵裝置使用的內(nèi)部換熱器，用于以跨臨界CO2為工質(zhì)的蒸氣壓縮式制冷裝置。
背景技術：
在跨臨界CO2制冷循環(huán)使用的內(nèi)部換熱器中，換熱一側為壓力達10MPa以上的超臨界CO2流體，另一側為壓力4MPa左右的亞臨界CO2過熱蒸氣?？缗R界CO2制冷系統(tǒng)采用內(nèi)部換熱器，使壓縮機進口亞臨界狀態(tài)的CO2蒸氣過熱，節(jié)流前超臨界狀態(tài)的CO2過冷，因而能明顯提高跨臨界CO2制冷循環(huán)系統(tǒng)效率，增加制冷系統(tǒng)的制冷量。
流體機械2000年(28卷第5期)《二氧化碳汽車空調(diào)系統(tǒng)應用研究進展(二)一部件設計改進》一文提到國外使用的內(nèi)部換熱器，采用套管式結構(見圖1)，超臨界側/亞臨界側的傳熱面積密度β分別為667/969，屬于緊湊式換熱器的范疇，但是兩側的換熱系數(shù)均因未采用強化手段而不高。Man-Hoe Kim等在《Fundamental process and system design issues in CO2vapor compression systems》，Progress in Energy and Combustion Science.2004，30119-174中介紹的內(nèi)部換熱器，采用微通道管式結構(見圖2)，微通道管式內(nèi)部換熱器雖然緊湊度高，換熱系數(shù)也高，但是工藝繁瑣，結構復雜，生產(chǎn)難度大，國內(nèi)目前尚不能生產(chǎn)。國內(nèi)完成的一些跨臨界CO2制冷、熱泵循環(huán)的樣機均采用套管式內(nèi)部換熱器。此外，套管式和微通道管式的結構由于過于細長，在汽車空調(diào)等應用場合還受到空間布置的局限。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種用于跨臨界CO2制冷循環(huán)的微通道板翅式內(nèi)部換熱器，使其不僅結構緊湊，具有較高的換熱系數(shù)，而且便于加工。
本發(fā)明的技術方案如下一種用于跨臨界CO2制冷循環(huán)的微通道板翅式內(nèi)部換熱器，含有超臨界流體進口導管，超臨界流體出口導管，亞臨界流體進口導管，亞臨界流體出口導管，換熱器主體，以及換熱器主體與上述導管之間的過渡封頭，其特征在于換熱器主體采用板束體結構，所述的板束體至少有兩層溝槽板及層間隔板焊接而成，其中每層溝槽板內(nèi)流有亞臨界流體或者超臨界流體，所述的溝槽板上開有水力直徑小于3毫米的溝槽。
本發(fā)明的技術特征還在于所述板束體中溝槽板的層數(shù)為3的倍數(shù)，其中上下兩層為亞臨界側溝槽板，中間一層為超臨界側溝槽板。
本發(fā)明中所述的溝槽截面形狀可采用矩形、圓形或含有內(nèi)肋結構；所述流有超臨界流體溝槽板的溝槽水力直徑略小于流有亞臨界流體溝槽板的溝槽水力直徑。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，具有以下優(yōu)點及突出性效果本發(fā)明提供的微通道板翅式內(nèi)部換熱器其換熱器主體采用板束體結構，各層溝槽板分開加工好后再焊接成一個整體，有效克服了現(xiàn)有微通道管式內(nèi)部換熱器工藝繁瑣，結構復雜，生產(chǎn)難度大的缺陷；同時與套管式結構相比，本發(fā)明的流體通道內(nèi)的換熱系數(shù)是套管式結構的2倍以上。


圖1為現(xiàn)有技術中采用的套管式內(nèi)部換熱器的換熱器主體結構示意圖。
圖2為現(xiàn)有技術中采用的微通道管式內(nèi)部換熱器的換熱器主體結構示意圖。
圖3為本發(fā)明提供的微通道板翅式內(nèi)部換熱器的主視圖。
圖4為圖3的俯視圖。
圖5為圖3的A-A斷面圖，表示出板翅式內(nèi)部換熱器的換熱器主體，既板束體橫截面上的內(nèi)部通道結構示意圖。
具體實施例方式
下面結合附圖對本發(fā)明的原理、結構作進一步的說明。
圖3、4、5為本發(fā)明提供的用于跨臨界CO2制冷循環(huán)的微通道板翅式內(nèi)部換熱器實施例的結構示意圖。含有超臨界流體進口導管7，超臨界流體出口導管8，亞臨界流體進口導管9，亞臨界流體出口導管6，換熱器主體2，以及換熱器主體與上述導管之間的過渡封頭；換熱器主體2采用板束體結構，所述的板束體至少有兩層溝槽板10及層間隔板11焊接而成，其中每層溝槽板內(nèi)流有亞臨界流體或者超臨界流體，所述的溝槽板上開有水力直徑小于3mm的溝槽12。溝槽截面形狀可采用圓形、矩形或含有內(nèi)肋結構。所述板束體中溝槽板的層數(shù)一般為3的倍數(shù)為好，本實施例中，板束體采用6層溝槽板結構，因為超臨界流體在槽道中的換熱系數(shù)遠高于亞臨界流體在槽道中的換熱系數(shù)，換熱器換熱能力主要熱阻存在與低換熱系數(shù)一側，為了匹配兩側流體的換熱能力，需要增加亞臨界側流體換熱面積，相應減小超臨界側換熱流體換熱面積。從結構上安排，每3層溝槽板中，使上下兩層溝槽板走亞臨界流體，中間一層溝槽板走超臨界流體?？梢允箒喤R界側溝槽截面含有內(nèi)肋結構，或者使某一側水力直徑減小以達到兩側換熱能力較好匹配的目標。所述流有超臨界流體溝槽板的溝槽的水力直徑略小于流有亞臨界流體溝槽板的溝槽水力直徑。在本實施例中，換熱器主體與超臨界流體進口導管7和出口導管8之間采用過渡封頭4連接，換熱器主體與亞臨界流體進口導管9之間采用過渡封頭3連接，換熱器主體與亞臨界流體出口導管6之間采用過渡封頭5連接，過渡封頭1用做過渡換熱器主體內(nèi)的兩個超臨界流體流道。
比較微通道板翅式內(nèi)部換熱器與套管式、微通道管式內(nèi)部換熱器傳熱面積密度β，由表1可見，當本實施例微通道板翅式換熱器超臨界側和亞臨界側微通道均為3×1.5mm的矩形槽道，其緊湊度與套管式內(nèi)部換熱器相當，而微通道管式內(nèi)部換熱器的緊湊度則高出許多。
傳熱面積密度β的定義為(板翅式結構)單側隔板間流道體積內(nèi)所包含的傳熱總面積與該側隔板間的容積之比。一般定義只要一側的β≥700m2/m3即為緊湊式換熱器。
表1 三種內(nèi)部換熱器傳熱面積密度β值

由于傳熱面積密度β僅反映了換熱器的結構參數(shù)，而衡量換熱器的傳熱參數(shù)更有實際意義。比較套管式和板翅式內(nèi)部換熱器，通過調(diào)整微通道板翅式內(nèi)部換熱器的溝槽層數(shù)和每層溝槽的數(shù)量，使內(nèi)部換熱器相對應側流動Re數(shù)相同，保持流體物性相同，此時每側的換熱系數(shù)僅為流動通道當量直徑的函數(shù)。計算表明在本例下，微通道板翅式換熱器，在亞臨界側的換熱系數(shù)是圖1套管式結構的2倍，在超臨界側的換熱系數(shù)將是套管式結構的3倍。
微通道板翅式內(nèi)部換熱器根據(jù)JB/T4734《鋁制焊接容器》進行制造、檢驗和驗收，板束體采用真空釬焊，板束體與封頭等采用手工氬弧焊，焊絲為S331，焊接采用全焊透結構。
權利要求
1.一種用于跨臨界CO2制冷循環(huán)的微通道板翅式內(nèi)部換熱器，含有超臨界流體進口導管(7)，超臨界流體出口導管(8)，亞臨界流體進口導管(9)，亞臨界流體出口導管(6)，換熱器主體，以及換熱器主體與上述導管之間的過渡封頭，其特征在于換熱器主體采用板束體結構(2)，所述的板束體至少有兩層溝槽板(10)及層間隔板(11)焊接而成，其中每層溝槽板內(nèi)流有亞臨界流體或者超臨界流體，所述的溝槽板上開有水力直徑小于3mm的溝槽(12)。
2.按照權利要求1所述的微通道板翅式內(nèi)部換熱器，其特征在于所述板束體中溝槽板的層數(shù)為3的倍數(shù)，其中上下兩層為亞臨界側溝槽板，中間一層為超臨界側溝槽板。
3.按照權利要求1或2所述的微通道板翅式內(nèi)部換熱器，其特征在于所述的溝槽(12)截面形狀采用圓形、矩形或含有內(nèi)肋結構。
4.按照權利要求3所述的微通道板翅式內(nèi)部換熱器，其特征在于所述流有超臨界流體溝槽板的溝槽水力直徑略小于流有亞臨界流體溝槽板的溝槽水力直徑。
全文摘要
用于跨臨界CO
文檔編號F28F3/12GK1645027SQ20051001125
公開日2005年7月27日 申請日期2005年1月26日 優(yōu)先權日2005年1月26日
發(fā)明者鄧建強, 李建明, 姜培學 申請人:清華大學, 蘇州三川換熱器有限公司