[发明专利]一种高效节能热交换器

说明书

技术领域：本发明属于热交换器。

背景技术：热交换器在医药、化工、印染、机电、日常生活等各个方面都有广泛应用。如何提高热交换器的换热效率、减小体积、减少换热能耗以及减少换热剂用量就成为新型热交换器设计的主要目标。

发明内容：使热交换器不增加体积的情况下增大热交换面积，或在热交换面积不变的情况下减小体积，同时减少热交换剂用量，从而减小循环泵或散热风扇电机的功率，起到提高热交换器效率、减少能耗的作用。

附图说明：图1是圆柱形双壁空心管串联的热交换器。图2、图3、图4分别是沿径向横切的梅花形、正六边形、圆形的双壁空心管。图5是内壁带可拆卸翅片的双壁空心管径向横切面。图6是从双壁空心管取出的可拆卸翅片径向横切面。图7是外壁带可拆卸翅片的双壁空心管径向横切面。

具体实施方式：把两个同样长度、直径不同的空心管套在一起，并使管壁两端与管壁之间密闭，形成有环形密闭空间的双壁空心管〔以下简称双壁空心管〕。在其外壁两端接入连通环形密闭空间的管，以便流体能进入环形密闭空间循环。这种带环形密闭空间的双壁空心管可多个串联、并联或混联，也可为任意形状。

这种双壁空心管与形状及外径相同的柱形热交换器相比热交换面积最大可增加70％，甚至更高，同时双壁空心管的容积也可最多减小70％或更多，也就是热交换剂可减少相应的用量。由于流过相同热交换面积的换热剂的量更小，因此热交换器的进出口温差更大，即热交换效率更高，这样就可用较小功率的循环泵或散热风扇电机实现相同的热交换目的，达到减少能耗和节约资源的效果。

为了增强热交换能能力，双壁空心管的内外壁可增加翅片。双壁空心管的内可拆卸翅片可以一定角度固定在中心的小直径空心管、实心细棒或一组圆环上，且翅片外径大于双壁空心管的内径〔图6〕。将内可拆卸翅片插入双壁空心管的内壁前，先使各个翅片弯曲而小于双壁空心管内径，插入后恢复翅片原形状，利用翅片弹性固定在双壁空心管内壁上。外可拆卸翅片固定在两组相同规格的半圆环的内侧，形成两组半圆形翅片组，半圆环两端有搭扣，搭扣搭好后两组翅片形成空心圆柱形，空心翅片内径小于双壁空心管外径。与内翅片相同，安装两组外翅片时，将翅片弯曲，使两组翅片组成的空心圆柱内径小于双壁空心管外径，扣好半圆环两端搭扣后，恢复翅片原状，通过翅片弹性将翅片固定在双壁空心管外壁上(图7)。内外翅片的长度与双壁空心管长度相应。

采用可拆卸翅片的主要好处是：随时根据热交换器的清洁情况对其进行灰尘清理，时刻使其保持最佳的热交换效率，这对高尘的环境尤为重要。

对于图1的热交换器，假设其为普通的圆柱状热交换器，并忽略其壁面厚度，当直径为5厘米，高度为100厘米，那么8根管的总换热面积为12560平方厘米，内部容积为15700立方厘米；同样的外部形状尺寸，并忽略其壁面厚度，当采用圆柱双壁空心管时，即外壁直径5厘米，高度为100厘米，而内壁直径为4厘米时，8根管的总换热面积为：外壁面积12560平方厘米+内壁面积10048平方厘米＝22608平方厘米，内部容积为：外部总容积15700立方厘米-内部空心体积10048立方厘米＝5652立方厘米。由此可见，在外部形状及尺寸相同时，采用双壁空心管热交换面积可增加80％，容积减小64％。热交换面积的增加和容积的减小是由双壁空心管的内外径差决定的，同时也受限于应用环境。用以上的数据为基础，对于图1的热交换器来说，要达到8根普通圆柱状热交换器的换热面积，用同样外部形状与尺寸的双壁空心管只用约4.5根，这时容积只相当于其约20％，即换热剂用量减少约80％。

这种热交换器如果用于楼宇取暖系统的散热器，则可大量减少循环水，减小循环泵功率及电机功率，起到节约电能的作用；用较少的燃煤使循环水达到所需的温度，起到节省燃煤的作用。

如果用于空调散热器，在不减小外部体积的情况下，可大幅增加散热面积，因而用较小的散热风扇及小功率散热风扇电机从其底部吹风，从而节省电能，同时减少制冷剂用量，减小循环泵功率，使空调整体能效提高；如果散热面积不变，制冷剂用量大幅减少，体积减小、重量减轻。

如果用图1的散热器几组并列代替间壁式热交换器的内芯，可减小热交换器体积，或增大单位体积热交换面积，提高效率，用于热交换或回收余热，如用于“冷却式绝热发动机的工作方法及装置”的余热吸收，大幅提高发动机效率等方面。

对于不同的形状的双壁空心管有不同的特性，也有不同的适用范围。圆柱形双壁空心管承压能力较强，适用于循环液体压力较大的环境，而梅花、带褶皱或其他异形双壁空心管承压能力较弱，适用于循环液体压力较小、热交换面积较大的环境。