辐射翅片式换热器及自由活塞斯特林发电机制造技术

本发明专利技术提供一种辐射翅片式换热器及自由活塞斯特林发电机，包括对置承压壳热头、换热装置、若干凹槽、若干插套、若干组气体流道和气体汇流通道。插套与凹槽一一对应且插入凹槽中。每组气体流道位于相邻两凹槽之间，各气体流道均与气体汇流通道连通。换热装置与对置承压壳热头直接相连，消除了二者之间的接触热阻。气体流道与换热装置轴向平行，可利用外部载热流体传热过程中产生的轴向温差，提高效率。插套两侧均有气体流道，由于距离较近，大大提高气体工质与载热流体的换热效率，大幅降低换热器内部气体工质与外部载热流体温差。多组气体流道还可增加气体侧换热面积，进一步提升换热器换热效果，可以满足自由活塞斯特林发电机的高效热耦合需求。机的高效热耦合需求。机的高效热耦合需求。

【技术实现步骤摘要】
辐射翅片式换热器及自由活塞斯特林发电机


[0001]本专利技术涉及高温换热器
，尤其涉及一种辐射翅片式换热器及自由活塞斯特林发电机。

技术介绍

[0002]高温换热器是自由活塞斯特林发电机的核心部件之一，用于将外界高温热源的热量高效传递给发电机内部的高压气体工质，常见的加热方式有高温载热流体加热等。
[0003]首先，高温换热器应具有较大的换热面积，可为自由活塞斯特林发电机的热功转换提供足够的换热能力。其次，高温换热器应满足在足够的换热面积的情况下，具有较小的流动阻力。此外，高温换热器轴向长度和换热面的布置方式还应该满足一定的声学条件。以上特点都对大功率高温换热器满足大功率下发电机的热耦合需求，提出了严苛的设计和制造要求。
[0004]目前，大功率自由活塞斯特林发电机中，交变流动高温换热器主要采用传统的翅片式换热结构和管壳式换热结构。
[0005]但是，对于高温应用场合，现有的翅片式换热器由于热阻过大，换热效果较差，无法满足十千瓦级及以上大功率发电机的应用需求。而现有的管壳式换热器，加工工艺复杂，制造成本过高，可靠性较低，制约了其在大功率自由活塞斯特林发电机中的应用。因而，现有的换热器结构无法满足大功率发电机的热耦合需求，限制了大功率换热器的高功率密度传热能力，从而限制了大功率自由活塞斯特林发电机的进一步应用。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种辐射翅片式换热器及自由活塞斯特林发电机，用以解决现有技术中所存在的缺陷，具有匹配高效、高功率密度传热的能力，可以满足大功率自由活塞斯特林发电机的热耦合需求。
[0007]本专利技术提供一种辐射翅片式换热器，包括：
[0008]对置承压壳热头；
[0009]换热装置，与所述对置承压壳热头的内侧壁相连接，所述换热装置环绕所述对置承压壳热头的周向设置；
[0010]若干凹槽，环绕所述换热装置的周向间隔分布，各个所述凹槽沿所述换热装置的径向设置；
[0011]若干插套，与所述凹槽一一对应设置，所述插套插入所述凹槽中，所述插套内设有用于供载热流体流过的流体流道，所述流体流道设有第一流体入口和第一流体出口；
[0012]若干组气体流道，每组包括多个沿所述换热装置的径向分布的气体流道，各个所述气体流道沿所述换热装置的轴向设置，每组所述气体流道位于相邻两个所述凹槽之间；
[0013]气体汇流通道，用于供换热后的气体工质流出所述换热装置，各个所述气体流道均与所述气体汇流通道相连通。
[0014]根据本专利技术提供的辐射翅片式换热器，还包括：
[0015]包套，套装在所述对置承压壳热头外且与所述换热装置的位置相对，所述包套设有与所述第一流体入口一一对应的若干第二流体入口以及与所述第一流体出口一一对应的若干第二流体出口；
[0016]流体入口联管，环绕所述换热装置的周向设置，所述流体入口联管与所述包套相连接，各个所述第二流体入口均与所述流体入口联管相连通；
[0017]流体出口联管，环绕所述换热装置的周向设置，所述流体出口联管与所述包套相连接，各个所述第二流体出口均与所述流体出口联管相连通。
[0018]根据本专利技术提供的辐射翅片式换热器，还包括填充在所述插套与所述凹槽之间形成的空腔中的液态金属导热层。
[0019]根据本专利技术提供的辐射翅片式换热器，所述插套内设有多个隔板，各个所述隔板沿所述插套的高度方向依次交错分布。
[0020]根据本专利技术提供的辐射翅片式换热器，所述换热装置和所述对置承压壳热头为一体式结构。
[0021]根据本专利技术提供的辐射翅片式换热器，所述气体汇流通道设置为多个，各个所述气体汇流通道均沿所述换热装置的径向设置，且各个所述气体汇流通道环绕所述换热装置的周向间隔分布。
[0022]根据本专利技术提供的辐射翅片式换热器，所述插套呈扇形结构，且所述凹槽的形状与所述插套的形状相一致。
[0023]根据本专利技术提供的辐射翅片式换热器，若干所述凹槽设置为两组，两组所述凹槽沿所述换热装置的轴向间隔对称分布。
[0024]根据本专利技术提供的辐射翅片式换热器，沿所述换热装置的轴向，相邻两个所述插套相对的一侧设置有所述第一流体入口。
[0025]本专利技术还提供一种自由活塞斯特林发电机，包括高温换热器，所述高温换热器设置为如上述任一项所述的辐射翅片式换热器。
[0026]本专利技术提供的辐射翅片式换热器，包括：对置承压壳热头；换热装置，与对置承压壳热头的内侧壁相连接，换热装置环绕对置承压壳热头的周向设置；若干凹槽，环绕换热装置的周向间隔分布，各个凹槽沿换热装置的径向设置；若干插套，与凹槽一一对应设置，插套插入凹槽中，插套内设有用于供载热流体流过的流体流道，流体流道设有第一流体入口和第一流体出口；若干组气体流道，每组包括多个沿换热装置的径向分布的气体流道，各个气体流道沿换热装置的轴向设置，每组气体流道位于相邻两个凹槽之间；气体汇流通道，用于供换热后的气体工质流出换热装置，各个气体流道均与气体汇流通道相连通。如此设置，换热装置与对置承压壳热头直接相连，缩短传热途径，消除二者之间的接触热阻。气体工质从气体流道流入，从气体汇流通道流出。气体流道与换热装置轴向平行，可利用外部载热流体传热过程中产生的轴向温差，提高效率。且在插套两侧均布置有气体流道，由于二者之间距离较近，可大大提高气体工质与载热流体的换热效率，大幅降低换热器内部气体工质与外部载热流体温差，降低了换热功耗。同时多组气体流道还可增加气体侧的换热面积，进一步提升换热器的换热效果。其整体结构简单，便于加工制造，降低生产成本，提高设备应用可靠性，且具有高功率换热强度，可以满足大功率自由活塞斯特林发电机的高效热耦合需
求。
附图说明
[0027]为了更清楚地说明本专利技术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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，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。
[0028]图1是本专利技术提供的辐射翅片式换热器的主视图；
[0029]图2是图1中A
‑
A剖视图；
[0030]图3是本专利技术提供的辐射翅片式换热器的半剖立体结构示意图；
[0031]图4是图2中B处局部示意图；
[0032]图5是图3中C处局部示意图；
[0033]图6是本专利技术提供的辐射翅片式换热器的俯视图；
[0034]图7是本专利技术提供的气体流道的局部示意图；
[0035]图8是图7中D处局部示意图；
[0036]图9是本专利技术提供的对置承压壳热头的结构示意图；
[0037]图10是本专利技术提供的包套的结构示意图；
[0038]图11是本专利技术提供的插套的结构示意图；
[0039]图12是本专利技术提供的插套的剖视图；
[0040]附图标记：
[0041]1：对置承压壳本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种辐射翅片式换热器，其特征在于，包括：对置承压壳热头；换热装置，与所述对置承压壳热头的内侧壁相连接，所述换热装置环绕所述对置承压壳热头的周向设置；若干凹槽，环绕所述换热装置的周向间隔分布，各个所述凹槽沿所述换热装置的径向设置；若干插套，与所述凹槽一一对应设置，所述插套插入所述凹槽中，所述插套内设有用于供载热流体流过的流体流道，所述流体流道设有第一流体入口和第一流体出口；若干组气体流道，每组包括多个沿所述换热装置的径向分布的气体流道，各个所述气体流道沿所述换热装置的轴向设置，每组所述气体流道位于相邻两个所述凹槽之间；气体汇流通道，用于供换热后的气体工质流出所述换热装置，各个所述气体流道均与所述气体汇流通道相连通。2.根据权利要求1所述的辐射翅片式换热器，其特征在于，还包括：包套，套装在所述对置承压壳热头外且与所述换热装置的位置相对，所述包套设有与所述第一流体入口一一对应的若干第二流体入口以及与所述第一流体出口一一对应的若干第二流体出口；流体入口联管，环绕所述换热装置的周向设置，所述流体入口联管与所述包套相连接，各个所述第二流体入口均与所述流体入口联管相连通；流体出口联管，环绕所述换热装置的周向设置，所述流体出口联管与所述包套相连接，各个所述第二流体出口均与所...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈燕燕，罗二仓，孙岩雷，罗靖，余国瑶，张丽敏，胡剑英，王晓涛，吴张华，
申请(专利权)人：中国科学院理化技术研究所，
类型：发明
国别省市：