用于熱泵的緊湊式熱交換器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于熱栗的緊湊式熱交換器。
【背景技術(shù)】
[0002]在于2013年4月11日提交的題為“Heat Pump WithElectromechanically-Actuated Displacers”的 PCT 申請(qǐng) PCT/US2013/036101 中公開(kāi)了一種維勒米爾熱栗，所述申請(qǐng)整體合并于此。在熱栗的內(nèi)部是:工作容積，其中設(shè)置有排出器；和死區(qū)容積，其包括其中設(shè)置有熱交換器和回?zé)崞鞯娜莘e。熱栗的循環(huán)效率隨死區(qū)容積與工作容積的比值增加而降低。因此，理想的是根據(jù)實(shí)際情況盡可能減少死區(qū)容積。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了克服現(xiàn)有系統(tǒng)的至少一個(gè)問(wèn)題，公開(kāi)一種熱栗，其中提供一種高效熱交換器以促進(jìn)低死區(qū)容積，從而改進(jìn)循環(huán)效率。在一種實(shí)施例中，熱栗具有外殼和缸套，外殼具有外壁，缸套在外殼內(nèi)，環(huán)形容積定位在外壁內(nèi)側(cè)和缸套外側(cè)。熱栗具有設(shè)置在缸套內(nèi)的熱排出器、設(shè)置在缸套內(nèi)的冷排出器、設(shè)置在死區(qū)容積內(nèi)的第一熱交換器。第一熱交換器具有盤(pán)繞成第一盤(pán)管的至少第一管，第一盤(pán)管具有多個(gè)轉(zhuǎn)彎并且相鄰轉(zhuǎn)彎以第一預(yù)定距離分開(kāi)。
[0004]熱栗還可具有設(shè)置在環(huán)形容積中的第二熱交換器。第二熱交換器具有盤(pán)繞成第二盤(pán)管的至少第二管，第二盤(pán)管具有多個(gè)轉(zhuǎn)彎并且相鄰轉(zhuǎn)彎以第二預(yù)定距離分開(kāi)。
[0005]第一管和第二管在管的鄰近相鄰管的橫截面的部分基本是平的。
[0006]第一預(yù)定距離是在第一盤(pán)管的相鄰轉(zhuǎn)彎之間主要是大致層流的距離，而第二預(yù)定距離是在第二盤(pán)管的相鄰轉(zhuǎn)彎之間主要是大致層流的距離。
[0007]第一預(yù)定距離和第二預(yù)定距離至少基于:外殼內(nèi)的作業(yè)流體、熱栗運(yùn)行期間期望經(jīng)受的溫度范圍、以及作業(yè)流體通過(guò)相鄰盤(pán)管之間空間的速度。
[0008]第一管的入口和第一管的出口刺穿外殼并且液體被栗送通過(guò)第一管。
[0009]所述至少第一管具有形成并列螺旋的多個(gè)管，并列螺旋的相鄰轉(zhuǎn)彎以預(yù)定距離隔開(kāi)。
[0010]還公開(kāi)一種制造熱栗的方法，包括:形成缸；形成外殼的柱狀部分；形成外殼的熱端和冷端；在外殼的柱狀部分中限定開(kāi)口 ；擠出管材，管材的橫截面形狀具有兩個(gè)相對(duì)的平行側(cè)；轉(zhuǎn)動(dòng)管材以形成單螺旋和雙螺旋之一從而形成第一熱交換器；將外殼的熱端附接到外殼的柱狀部分；將環(huán)形回?zé)崞鞑迦氲酵鈿さ闹鶢畈糠种?；將第一熱交換器插入到缸中；將第一熱交換器的入口端從外殼中的第一開(kāi)口推出；將第一熱交換器的出口端從外殼中的第二開(kāi)口推出；將入口端附接到鄰近第一開(kāi)口的外殼；以及將出口端附接到鄰近第二開(kāi)口的外殼。
[0011]所述方法還可包括組裝排出器組件；將柱附接到外殼的冷端；將排出器組件插入到缸中；以及將外殼的冷端焊接到外殼的柱狀部分。
[0012]排出器組件包括:柱，其結(jié)合有電磁體和第一結(jié)構(gòu)和第二結(jié)構(gòu)；熱排出器、和冷排出器。
[0013]所述螺旋可以是雙螺旋，具有第一入口、第二入口和第一出口、第二出口。所述方法還可包括:將入口 y區(qū)段附接到第一入口和第二入口，并且入口 y區(qū)段的單個(gè)入口部分結(jié)合到外殼；將出口 y區(qū)段附接到第一出口和第二出口，并且出口 y區(qū)段的單個(gè)出口部分結(jié)合到外殼。
[0014]在一種實(shí)施例中，熱栗具有外殼和缸套，夕卜殼具有外壁，缸套在外殼內(nèi)，環(huán)形容積定位在缸套外側(cè)和外壁內(nèi)側(cè)；設(shè)置在缸套內(nèi)的熱排出器；設(shè)置在缸套內(nèi)的冷排出器；設(shè)置在環(huán)形容積中的第一熱交換器，其中第一熱交換器包括盤(pán)繞成第一盤(pán)管的至少第一管，第一盤(pán)管具有多個(gè)轉(zhuǎn)彎并且相鄰轉(zhuǎn)彎以第一預(yù)定距離分開(kāi)；和設(shè)置在環(huán)形容積內(nèi)的第二熱交換器，其中第二熱交換器包括盤(pán)繞成第二盤(pán)管的至少第二管，第二盤(pán)管具有多個(gè)轉(zhuǎn)彎并且相鄰轉(zhuǎn)彎以第二預(yù)定距離分開(kāi)。
[0015]第一預(yù)定距離和第二預(yù)定距離小于分別在第一管的相鄰轉(zhuǎn)彎之間和第二管的相鄰轉(zhuǎn)彎之間存在層流流動(dòng)的距離。
[0016]確定第一預(yù)定距離和第二預(yù)定距離使得對(duì)于用于設(shè)計(jì)熱交換器的運(yùn)行參數(shù)中的大多數(shù)來(lái)說(shuō)相鄰轉(zhuǎn)彎之間的流動(dòng)主要是層流。
[0017]外壁具有第一開(kāi)口、第二開(kāi)口、第三開(kāi)口以及第四開(kāi)口。所述至少第一管具有穿過(guò)第一開(kāi)口的入口和穿過(guò)第二開(kāi)口的出口。所述至少第二管具有穿過(guò)第三開(kāi)口的入口和穿過(guò)第四開(kāi)口的出口。
[0018]熱栗還可具有鄰近熱排出器的第一致動(dòng)器和鄰近冷排出器的第二致動(dòng)器。當(dāng)?shù)谝恢聞?dòng)器運(yùn)動(dòng)熱排出器時(shí)，作業(yè)流體流過(guò)第一熱交換器并且當(dāng)?shù)诙聞?dòng)器運(yùn)動(dòng)冷排出器時(shí)，作業(yè)流體流過(guò)第二熱交換器。
[0019]熱栗還可包括設(shè)置在外殼外側(cè)并結(jié)合到第一熱交換器的入口的液體栗。液體栗能夠使液體循環(huán)通過(guò)第一熱交換器。
[0020]熱交換器中的管的鄰近其它管的部分大致是平的。
[0021]熱交換器中管的橫截面是大致賽道形狀或大致矩形形狀。
[0022]所述至少第一管包括布置成雙螺旋的第一管和第三管。所述至少第二管包括布置成雙螺旋的第二管和第四管。第一管和第三管在第一熱交換器的入口端和出口端形成y，并且第二管和第四管在第二熱交換器的入口端和出口端形成y。
【附圖說(shuō)明】
[0023]圖1是維勒米爾熱栗的橫截面視圖；
[0024]圖2A-2D是示出處于熱栗可運(yùn)行的循環(huán)的極端位置的維勒米爾熱栗的示意圖；
[0025]圖3是熱栗的部分的橫截面；
[0026]圖4是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的用于熱交換器的管的橫截面；
[0027]圖5和圖6是不出外殼的柱狀部分的部分的橫截面的兩種實(shí)施例，不出具有y區(qū)段以適應(yīng)雙螺旋管的實(shí)施例；
[0028]圖7是不出雙螺旋管的熱栗的部分的橫截面；和
[0029]圖8是示出組裝熱栗的方法的一種實(shí)施例的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030]本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)理解，結(jié)合任一附圖示出和描述的實(shí)施例的各種特征可與一個(gè)或多個(gè)其它附圖中示出的特征相結(jié)合以產(chǎn)生未明確示出或描述的替代實(shí)施例。示出的特征的組合提供用于典型應(yīng)用的代表性實(shí)施例。但是，與本發(fā)明的教導(dǎo)一致的特征的各種組合和修改對(duì)于特定應(yīng)用或?qū)嵤┛赡苁抢硐氲?。不論是否明確描述或示出，本領(lǐng)域技術(shù)人員可認(rèn)識(shí)到類似的應(yīng)用或?qū)嵤?br>[0031]圖1中，維勒米爾熱栗50具有外殼52。外殼52中設(shè)置有柱狀壁54。熱排出器62和冷排出器66設(shè)置在柱狀壁54內(nèi)。排出器限定三個(gè)室:熱室72、溫室、以及冷室76。因?yàn)閳D1中示出的排出器62和66的位置，溫室不具有容積并且因此在圖1中不可見(jiàn)。外殼52具有熱端82和冷端86。
[0032]柱88附接到外殼52的冷端86并且沿外殼52的中心軸線53延伸到外殼52中。柱88延伸穿過(guò)冷排出器66的冷蓋136和熱蓋126并且延伸穿過(guò)熱排出器62的冷蓋132。柱88具有設(shè)置在熱排出器62內(nèi)的第一電磁體92和設(shè)置在冷排出器66內(nèi)的第二電磁體96。電磁體92和96附接到柱88，但是分別設(shè)置在熱排出器62和冷排出器66內(nèi)。排出器62和66相對(duì)于它們相應(yīng)的電磁體運(yùn)動(dòng)。
[0033]兩個(gè)鐵磁體塊102和112附接到熱排出器62，電磁體102和112以沿外殼52的軸線的方向彼此移位。兩個(gè)鐵磁體塊106和116附接到冷排出器66并且以沿中心軸線52的方向彼此移位。熱排出器62和冷排出器66都具有分別結(jié)合到頂蓋122、126和底蓋132、136的柱狀壁。頂蓋和底蓋可以分別替代地稱作熱蓋和冷蓋。術(shù)語(yǔ)頂和底或上和下指圖中示出的布置并且不將本發(fā)明限制為特定定向。
[0034]柱88