交变流动换热器及热功转换系统

1.本实用新型涉及换热器技术领域，尤其涉及一种交变流动换热器及热功转换系统。


背景技术：

2.交变流动热功转换系统是一种高效、可靠、环保的能量转换装置，包括自由活塞斯特林热机，热声热机，脉冲管制冷机等，交变流动热功转换系统广泛应用于太阳能发电、航空、超导等领域。在交变流动热功转换系统的换热器中，内侧气体进行交变流动，外侧载热流体进行单向稳定流动。内侧气体与外侧流体之间的热交换通过内侧气体与换热器内壁面之间的相互作用，换热器固体结构导热以及换热器外壁面与外部流体之间的相互作用实现。
3.目前常用的交变流动热器主要有翅片式和壳管式两种。例如现有的一种翅片式换热器结构，外侧通常为不锈钢外壳，内侧为紫铜换热芯，两者之间为外部流体流道，系统中的工作气体在翅片间隙中流动。例如现有的另一种壳管式换热器结构，气体工质在圆管内侧流动，外部流体在圆管外侧与外壳之间流动。
4.在这两种换热器中，由于外部流体在换热器内沿周向流动，当载热流体入口温度和出口温度相差较大时，换热器在周向方向上会存在较大的温度梯度，即垂直于轴线方向的横截面上温度分布不均匀，从而造成内部气体换热和流动的不均匀，降低换热器性能。


技术实现要素：

5.本实用新型提供一种交变流动换热器及热功转换系统，用以解决现有技术中由于换热流体在换热器内沿周向流动，当换热流体入口温度和出口温度相差较大时，换热器在周向方向上会存在较大的温度梯度，即垂直于轴线方向的横截面上温度分布不均匀的缺陷，实现换热芯的气体通道沿换热芯的轴线方向贯穿换热芯，液体通道内的换热液体沿气体通道的轴线方向运动，降低由换热流体温度升高产生的交变流动换热器内周向温度分布不均匀性，从而提升交变流动换热器性能。
6.本实用新型提供一种交变流动换热器，包括：
7.换热芯，包括气体通道和液体通道，所述气体通道沿所述换热芯的轴线方向贯穿所述换热芯，所述液体通道内的换热液体沿所述气体通道的轴线方向运动，所述换热芯外壁的一端开设第一分流孔，所述换热芯外壁的另一端开设第二分流孔，所述第一分流孔与所述第二分流孔均与所述液体通道连通；
8.进液通道，与所述第一分流孔连通；
9.出液通道，与所述第二分流孔连通。
10.根据本实用新型提供的交变流动换热器，所述液体通道包括第一横向通道、第二横向通道和贯通通道，所述第一横向通道与所述第一分流孔连通，所述第二横向通道与所述第二分流孔连通，所述贯通通道将所述第一横向通道和所述第二横向通道连通，
11.其中，所述贯通通道与所述气体通道的轴线方向平行。
12.根据本实用新型提供的交变流动换热器，所述气体通道和所述液体通道交替分布，所述气体通道包括锯齿形的翅片。
13.根据本实用新型提供的交变流动换热器，所述气体通道和所述液体通道交替分布，所述气体通道包括气流孔。
14.根据本实用新型提供的交变流动换热器，所述气体通道的轴向长度小于气体的最大行程。
15.根据本实用新型提供的交变流动换热器，所述液体通道为所述换热芯的内腔，所述气体通道为导气管，所述导气管置于所述内腔中并贯穿所述内腔，
16.其中，所述内腔的一端开设所述第一分流孔，所述内腔的另一端开设所述第二分流孔。
17.根据本实用新型提供的交变流动换热器，所述液体通道包括第一隔板和第二隔板，所述第一隔板和所述第二隔板沿所述导气管的轴线方向交替分布，
18.其中，所述第一隔板安装在所述内腔的一侧，所述第一隔板的延伸端与所述内腔的另一侧有间距，所述第二隔板安装在与所述第一隔板相对的所述内腔的一侧，并且所述第二隔板的延伸端与所述第一隔板所在的所述内腔的一侧有间距。
19.根据本实用新型提供的交变流动换热器，所述换热芯呈环形，所述换热芯外壁的上端等角度开设所述第一分流孔，所述换热芯外壁的下端等角度开设所述第二分流孔，
20.其中，所述气体通道等角度的设置在所述换热芯内。
21.根据本实用新型提供的交变流动换热器，所述进液通道设置有进液口，所述出液通道设置有出液口，一对所述进液口和所述出液口在所述交变流动换热器上成对角布置。
22.本实用新型还提供了一种热功转换系统，包括回热器和上述的交变流动换热器；
23.其中，所述回热器的一端与所述气体通道的一端连通，所述进液通道靠近所述回热器，所述出液通道远离所述回热器。
24.本实用新型提供的交变流动换热器，通过在换热芯内设置沿换热芯轴线方向贯穿换热芯的气体通道和对气体进行换热的液体通道，通过在换热芯的上下两端设置与进液通道连通第一分流孔和与出液通道连通的第二分流孔，同时使液体通道内的换热液体沿气体通道的轴线方向运动，进而降低由换热流体温度升高产生的交变流动换热器内周向温度分布不均匀性，提高交变流动换热器的换热性能。
25.进一步，在本实用新型提供的热功转换系统中，由于具备如上所述的交变流动换热器，因此同样具备如上所述的各种优势。
附图说明
26.为了更清楚地说明本实用新型或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
27.图1是本实用新型提供的第一种交变流动换热器的整体结构之一；
28.图2是图1中第一种交变流动换热器的俯视图；
29.图3是图2的剖视图；
30.图4是本实用新型提供的第二种交变流动换热器的整体结构之二；
31.图5是图4中第二种交变流动换热器的剖切轴测图；
32.图6是本实用新型提供的第三种交变流动换热器的整体结构之三；
33.图7是图6中第三种交变流动换热器的俯视图之一；
34.图8是图7的剖视图；
35.图9是第三种交变流动换热器的剖切轴测图；
36.图10是第四种交变流动换热器的剖切轴测图；
37.图11是带有翅片的导气管的局部示意图；
38.图12是热功转换系统结构示意图。
39.附图标记：
40.100：换热芯；101：液体通道；102：气体通道；103：第一分流孔；104：第二分流孔；110：第一横向通道；111：第二横向通道；112：贯通通道；113：气流孔；120：导气管；121：内腔；122：第一隔板；123：第二隔板；130：上盖板；131；外壳体；132：下盖板；133：内壳体；200：进液通道；210：出液通道；201：进液口；202：出液口；300：回热器；301：第一交变流动换热器；302：第二交变流动换热器；303：调相器；304：直线电机单元。
具体实施方式
41.为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型中的附图，对本实用新型中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
42.在本实用新型实施例的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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实用新型实施例和简化描述，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实用新型实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
43.在本实用新型实施例的描述中，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实施例中的具体含义。
44.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实施例的至少一个实施例或示例中。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或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
45.下面结合图1至图12，对本实用新型的实施例进行描述。应当理解的是，以下所述仅是本实用新型的示意性实施方式，并不对本实用新型构成限定。
46.如图1至3所示，本实用新型提供了一种交变流动换热器，包括：换热芯100、进液通道200和出液通道210，从进液通道200通入换热液体，流经换热芯100对通过换热芯100的气体进行换热，换热液体换热后从出液通道210流出。
47.其中，换热芯100，包括气体通道102和液体通道101，气体通道102沿换热芯100的轴线方向贯穿换热芯100，液体通道101内的换热液体沿气体通道102的轴线方向运动，换热芯100外壁的一端开设第一分流孔103，换热芯100外壁的另一端开设第二分流孔104，第一分流孔103与第二分流孔104均与液体通道101连通。进液通道200与第一分流孔103连通；出液通道210与第二分流孔104连通。
48.具体来说，换热芯100呈柱状，换热芯100的外壁的上部开设有等间距分布的第一分流孔103，换热芯100的外壁的下部开设有等间距分布的第二分流孔104，第一分流孔103将液体通道101的一端与进液通道200连通，第二分流孔104将液体通道101的另一端与出液通道210连通。液体通道101的一端进入换热液体，并从液体通道101的另一端流出，换热液体在液体通道101内流动方向为沿气体通道102的轴线方向，进而可以降低由外部换热液体温度升高产生的交变流动换热器内周向温度分布的不均匀性。
49.针对本实用新型的液体通道101内的换热液体沿气体通道102的轴向运动而言，换热液体可以沿与气体通道102的轴线方向平行的方向运行，也可以是，换热液体以盘旋的趋势沿气体通道102的轴线方向运行。
50.在本实用新型的一个可选实施例中，气体通道的轴向长度小于气体的最大行程。其中，气体流动为交变流动。也就是说，交变流动换热器的最大长度要小于气体的最大行程。
51.在本实用新型的一个实施例中，进液通道200设置有进液口201，出液通道210设置有出液口202，一对进液口201和出液口202成对角布置。具体来说，进液通道200可以开设一个进液口201，出液通道210可以开设一个出液口202，进液通道200呈环形设置在换热芯100的外部，使各个第一分流孔103和进液口201连通。出液通道210呈环形设置在换热芯100的外部，使各个第二分流孔104和出液口202连通。在换热芯100径向上进液口201和出液口202设置在换热芯100径向的两端，在换热芯100轴向上，进液口201和出液口202设置在换热芯100轴向的两端，进而形成进液口201和出液口202在整个交变流动换热器上对角布置的形式。
52.进液口201和出液口202设置在换热芯100轴线方向的两侧，可以实现当换热流体出入口温差较大时，交变流动换热器可以避免交变流动换热器周向上存在较大温度梯度，能够使换热芯100垂直于轴线方向的横截面上的温度分布更加均匀，从而避免热功转换系统性能恶化。
53.如图1至5所示，在本实用新型的一个实施例中，液体通道101包括第一横向通道110、第二横向通道111和贯通通道112，第一横向通道110与第一分流孔103连通，第二横向通道111与第二分流孔104连通，贯通通道112将第一横向通道110和第二横向通道111连通。
其中，贯通通道112与气体通道102的轴线方向平行。
54.换句话说，从进液通道200进入的换热液体通过第一分流孔103进入第一横向通道110内，流经贯通通道112进入第二横向通道111内，再通过第二分流孔104流入出液通道210中，进而流出。其中，气体通道102与液体通道101相邻，也就是说，气体通道102与贯通通道112相邻，换热液体沿与气体通道102的轴线平行的贯通通道112流过时，对气体通道102内流经的气体进行有效换热。
55.进一步地，第一横向通道110和第二横向通道111的长度与气体通道102的宽度一致。其中，气体通道102宽度为与轴线垂直的方向的长度。应当理解的是气体通道102的轴线方向即为气体流动的方向。
56.在本实用新型的一个可选实施例中，第一横向通道110和第二横向通道111平行，且与贯通通道112垂直，贯通通道112沿第一横向通道110和第二横向通道111轴线方向等间距均布。
57.换言之，第一横向通道110和第二横向通道111的长度与气体通道102的宽度相等，为了很好的对气体通道102内的气体进行换热，将贯通通道112均布在气体通道102的宽度方向。其中，每组第一分流孔103和第二分流孔104就对应一组液体通道101，第二横向通道111的数量与第一分流孔103的数量相对应，第二横向通道111的数量与第二分流孔104的数量相对应。
58.在本实用新型的其它可选实施例中，换热芯100呈环形，换热芯100的外壁的上端等角度开设第一分流孔103，换热芯100外壁的下端等角度开设第二分流孔104，其中，气体通道102等角度的设置在换热芯100内。
59.如图2和图3所示，在本实用新型的另一个实施例中，气体通道102和液体通道101交替分布，气体通道102包括锯齿形的翅片。
60.具体地，气体通道102设置锯齿形的翅片可以增大与液体通道101的换热面积。例如，在本实用新型的一些实施例中，换热芯100为环形实心体，包括内环面和外环面，内环面和外环面之间设置气体通道102和液体通道101。在外环面的上部和下部分别开设第一分流孔103和第二分流孔104，气体通道102与液体通道101等角度的分布在内环面和外环面之间的环形实心体内。
61.其中，气体通道102沿环形实心体的轴线方向上下贯通，在两个气体通道102之间为实心的液体通道101。在液体通道101内开设第一横向通道110、第二横向通道111和贯通通道112。第一横向通道110和第二横向通道111的长度为气体通道102的宽度。换言之，相邻液体通道101的外壁形成气体通道102。在液体通道101的外壁上开设锯齿状的翅片。
62.如图4和图5所示，在本实用新型的另一个可选实施例中，气体通道102和液体通道101交替分布，气体通道102包括气流孔113。
63.换句话说，相邻气体通道102之间为液体通道101，气体通道102可以采用沿第一横向通道110方向的均布的气流孔113，气流孔113贯穿换热芯100的上下面。
64.例如，在本实用新型的一些实施例中，换热芯100为环形实心体，包括内环面和外环面，内环面和外环面之间设置气体通道102和液体通道101。在外环面的上部和下部分别开设第一分流孔103和第二分流孔104，气体通道102与液体通道101等角度的分布在内环面和外环面之间的环形实心体内。
65.其中，气体通道102的气流孔113沿环形实心体的轴线方向上下贯通，在两个气体通道102之间为实心的液体通道101。在液体通道101内开设第一横向通道110、第二横向通道111和贯通通道112。第一横向通道110和第二横向通道111的长度为气体通道102的宽度。换言之，沿第一横向通道110的长度方向设置一组或多组气流孔113，也就是在相邻液体通道101之间可以设置一组或多组气流孔113。
66.如图6至9所示，在本实用新型的另一个具体实施例中，液体通道101为换热芯100的内腔121，气体通道102为导气管120，导气管120置于内腔121中并贯穿内腔121，其中，内腔121的一端开设第一分流孔103，内腔121的另一端开设第二分流孔104。
67.具体地，导气管120与换热芯100的轴线平行，从进液通道200进入的换热液体通过第一分流孔103进入内腔121中，内腔121中的导气管120被换热液体包围，换热液体可以充分与导气管120接触，进行换热，换热后换热液体从第二分流孔104流出。其中，应当说明的是，相对应的一组第一分流孔103和第二分流孔104中心连线与导气管120平行，因此换热液体的流动方向为导气管120的轴线方向。
68.如图9所示，在本实用新型的一些实施例中，换热芯100包括内壳体133、外壳体131、上盖板130和下盖板132。其中，外壳体131套在内壳体133的外部，上盖板130和下盖板132连接在外壳体131和内壳体133的上下端，内壳体133、外壳体131、上盖板130和下盖板132围成环形的内腔121即液体通道101。导气管120置于内腔121中，并导气管120贯穿上盖板130和下盖板132，导气管120等角度的分布在内腔121中。
69.如图10所示，在本实用新型的可选实施例中，液体通道101包括第一隔板122和第二隔板123，第一隔板122和第二隔板123沿导气管120的轴线方向交替分布。
70.其中，第一隔板122安装在内腔121的一侧，第一隔板122的延伸端与内腔121的另一侧有间距，第二隔板123安装在与第一隔板122相对的内腔121一侧，并且第二隔板123的延伸端与第一隔板122所在的内腔121的一侧有间距。
71.换句话说，第一隔板122和第二隔板123分层布置在内腔121中。第一隔板122的宽度小于内腔121宽度，第一隔板122设置在内腔121的一侧，第二隔板123的宽度小于内腔121的宽度，第二隔板123设置在内腔121的另一侧。
72.例如，换热芯100包括内壳体133、外壳体131、上盖板130和下盖板132。其中，外壳体131套在内壳体133的外部，上盖板130和下盖板132连接在外壳体131和内壳体133的上下端，内壳体133、外壳体131、上盖板130和下盖板132围成环形的内腔121即液体通道101。导气管120置于内腔121中，并导气管120贯穿上盖板130和下盖板132，导气管120等角度的分布在内腔121中。
73.第一隔板122的一端安装在外壳体131上，第一隔板122的延伸端与内壳体133有间距；第二隔板123的一端安装在内壳体133上，第二隔板123的延伸端与外壳体131有间距。第一隔板122和第二隔板123上下交替布置，从而实现了换热液体沿导向管轴线的z型走向。避免换热流体只从外壳体131侧流动而内壳体133侧流动较少，使换热流体与换热芯100换热更加充分。
74.此外，第一隔板122和第二隔板123贯穿导气管120，在导气管120可以设置有内外两环。
75.另外，如图11所示，在本实用新型的一些可选实施例中，导气管120的内部设有锯
齿形的翅片。
76.如图12所示，本实用新型还提供了一种热功转换系统，包括回热器300和上述实施例的交变流动换热器；其中，回热器300的一端与气体通道102的一端连通，进液通道200靠近回热器200，出液通道210远离回热器300。
77.换句话说，回热器300与进液通道200所在的气体通道102的一端连通，气体在气体通道102内交变流动。换热液体从靠近回热器300的一端流入交变流动换热器，从远离回热器300的一端流出交变流动换热器。
78.例如，在需要消耗声功的热泵或者制冷机中，亦或产生声功的发动机中，回热器的两端各设置有一个变流动换热器，两个变流动换热器的气体通道的一端均与回热器连通，两个变流动换热器的进液通道均靠近回热器。
79.如图12所示为一种发动机热功转换系统包括：回热器300、置于回热器300两端的第一交变流动换热器301和第二变流动换热器302、直线电机单元304和调相器303，回热器300的一端与第一交变流动换热器301的气体通道的一端连通，回热器300的另一端与第二交变流动换热器302的气体通道的一端连通。第一交变流动换热器301的进液通道靠近回热器，同样，第二交变流动换热器302的进液通道也靠近回热器。
80.也就是说，换热流体都是从靠近回热器300的一端流入第一交变流动换热器301和第二交变流动换热器302，从远离回热器300的一端流出第一交变流动换热器301和第二交变流动换热器302。
81.本实用新型提供的交变流动换热器，通过在换热芯内设置沿换热芯轴线方向贯穿换热芯的气体通道和对气体进行换热的液体通道，通过在换热芯的上下两端设置与进液通道连通第一分流孔和与出液通道连通的第二分流孔，同时使液体通道内的换热液体沿气体通道的轴线方向运动，进而降低由换热流体温度升高产生的交变流动换热器内周向温度分布不均匀性，提高交变流动换热器的换热性能。
82.进一步，在本实用新型提供的热功转换系统中，由于具备如上所述的交变流动换热器，因此同样具备如上所述的各种优势。
83.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。