CN102062548A - 一种多级套管串联大温差的换热方法及其装置 - Google Patents

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一种多级套管串联大温差的换热方法及其装置，涉及热泵系统、热回收系统的换热技术与配套部件。其换热方法，将至少两条套管换热段串联起来，并且至少两条套管换热段平行排列以形成蛇形的足够长的套管换热段组合系统；在套管换热段组合系统的内管与外管中逆向流动具有温差的介质，以形成至少两条即多条的套管换热段串联的逐级换热方法。其换热装置，在套管换热段组合系统的内管与外管中逆向流动具有温差的介质，以形成至少两条即多条的套管换热段串联的逐级换热装置。其有益效果是：在有限空间中实现了套管换热段足够的长。可明显增大换热温差，提高换热量，提高换热效率，完全能实现大温差换热。可广泛应用于热泵系统、热回收系统等。

Description

一种多级套管串联大温差的换热方法及其装置 
技术领域
本发明涉及热泵系统、热回收系统的换热技术与配套部件。尤指一种利用介质流动的多级套管串联大温差的换热方法与装置。 
背景技术
现行的换热技术中，套管式换热已经非常流行，且应用的越来越广泛，但换热率不高，换热不完全，效果远未达到理想状态。图1为现有套管式换热装置示意图。 
套管的理想换热状态如下(参见图1)： 
理想条件：套管的距离无限长，A、B两介质在热交换时无热量损失。 
设定条件：A介质进口温度为100℃，B介质进口温度为20℃，A介质和B介质在任意温差下的热量值是一样的。 
则在理想条件下，A、B两介质在经过充分换热后，可以实现： 
A介质出口温度为20℃，B介质出口温度为100℃。 
同理，若设定条件：A介质进口温度为200℃，B介质进口温度为0℃，A介质和B介质在任意温差下的热量值是一样的。 
则在理想条件下，A、B两介质在经过充分换热后，也可以实现： 
A介质出口温度为0℃，B介质出口温度为200℃。 
上述结果说明：两种介质的换热温度，主要取决于这两种介质的初始温度，初始温度之差越大，则换热后的温差也可以实现越大。 
从热品质方面分析，若A介质的进口温度越高，则B介质的出口温度也越高，即B介质经过换热后的热品质也越高，在现实生活中的利用价值也越大。 
由于现有的套管换热应用中，套管的长度是非常有限的，只相当于理想条件下中无数级换热段中的一级而已，显然换热温差小，两种介质间的换热量就少，换热效率必然低。 
发明内容
本发明旨在克服现有技术的上述不足，推出一种多级套管串联大温差的换热方法及其装置，以解决提高被换热介质的绝对温度、从而提高热品质，降换热介质的绝对温度，增大两换热介质间的温差，提高换热量，提高换热效率的问题。其换热效率很高，完全可实现大温差换热。 
为了实现上述目的，本发明一种多级套管串联大温差的换热方法及其装置采用如下技术方案： 
一种多级套管串联大温差的换热方法，由具有一定长度的能导热的内管套插于外管中、并且内管与外管间设置足够的空间，以构成套管换热段；将至少两条所述套管换热段串联起来，即内管相串联，外管相串联，并且至少两条所述套管换热段平行排列以形成蛇形的足够长的套管换热段组合系统；在所述套管换热段组合系统的内管与外管中逆向流动具有温差的介质，以形成至少两条即多条的所述套管换热段串联的逐级换热方法。 
一种多级套管串联大温差的换热装置，包括至少两条套管换热段，所述套管换热段包括一定长度的能导热的内管和外管，内管套插于外管中，并且内管与外管间设置足够的空间；将至少两条所述套管换热段串联起来，即内管相串联，外管相串联，并且至少两条所述套管换热段平行排列以形成蛇形的足够长的套管换热段组合系统；在所述套管换热段组合系统的内管与外管中逆向流动具有温差的介质，以形成至少两条即多条的所述套管换热段串联的逐级换热装置。 
对一种多级套管串联大温差的换热装置的上述技术方案作进一步阐述： 
所述套管换热段组合系统的内管的两端分别为A介质进口端和A介质出口端，所述套管换热段组合系统的外管的两端分别为B介质进口端和B介质 出口端，其中，A介质进口端和B介质出口端设于所述套管换热段组合系统的的同一端，A介质出口端和B介质进口端同设于所述套管换热段组合系统另外的一端，使A介质在内管中和B介质在外管中形成逆向流动。 
所述套管换热段的内管串联时及外管串联时，采用连接管连接；或者，所述套管换热段组合系统的内管及外管各为一整条蛇形的管状体。 
所述连接管为弯形管或直形管。 
本发明的机理在于：在现有的套管换热应用中，套管的长度是非常有限的，只相当于理想条件下中无数段换热段中的一段(即一级)而已，显然换热温差小，两种介质间的换热量就少，换热效率必然低。若增加一段(即一级)，可明显增大换热温差，提高换热量，提高换热效率；增加两级，换热温差继续增大，换热量继续提高，换热效率也继续提高；以此类推，换热级数越多，则换热温差就越大，换热量也越高，换热效率也越高(在不考虑介质运行阻力条件下)，本发明的机理正在于此。 
本发明同现有技术相比，其有益效果在于：其一，在有限空间中实现了套管换热段足够的长。理想条件中的无限长套管可以看作是由无数条实长的套管换热段组成。本发明通过许多条套管换热段串联起来逐级换热，实现了很长套管换热，从而实现任意两种介质的完全换热，即在同等热量中两种介质的绝对温度互换。其二，可明显增大换热温差，提高换热量，提高换热效率，完全能实现大温差换热。其三，可广泛应用于热泵系统、热回收系统等，可大大提高设备的运行效率，进而提高设备能效。其四，在节能方面意义更大，使能量实现充分转换及利用。其五，本发明同样适用于壳管，即在一壳管(相当于外管)内设置多条内管的情形。 
附图说明
图1为现有套管式换热装置示意图。 
图2为本发明一种多级套管串联大温差的换热装置示意图。 
图中：1、套管换热段；2、内管；21、A介质进口端；22、A介质出口 端，3、外管；31、B介质进口端；32、B介质出口端；5、弯头件。 
具体实施方式
下面，结合附图，介绍本发明的具体实施方式。 
一种多级套管串联大温差的换热方法，由具有一定长度的能导热的内管套插于外管中、并且内管与外管间设置足够的空间，以构成套管换热段；将至少两条所述套管换热段串联起来，即内管相串联，外管相串联，并且至少两条所述套管换热段平行排列以形成蛇形的足够长的套管换热段组合系统；在所述套管换热段组合系统的内管与外管中逆向流动具有温差的介质，以形成至少两条即多条的所述套管换热段串联的逐级换热方法。 
如图2所示，一种多级套管串联大温差的换热装置，包括至少两条套管换热段1，所述套管换热段1包括一定长度的能导热的内管2和外管3，内管2套插于外管3中，并且内管2与外管3间设置足够的空间；将至少两条所述套管换热段1串联起来，即内管2相串联，外管3相串联，并且至少两条所述套管换热段1平行排列以形成蛇形的足够长的套管换热段组合系统；在所述套管换热段组合系统的内管2与外管3中逆向流动具有温差的介质，以形成至少两条即多条的所述套管换热段1串联的逐级换热装置。 
所述套管换热段组合系统的内管2的两端分别为A介质进口端21和A介质出口端22，所述套管换热段组合系统的外管3的两端分别为B介质进口端31和B介质出口端32，其中，A介质进口端21和B介质出口端32设于所述套管换热段组合系统的的同一端，A介质出口端22和B介质进口端31同设于所述套管换热段组合系统另外的一端，使A介质在内管2中和B介质在外管3中形成逆向流动。 
所述套管换热段1的内管2串联时及外管3串联时，采用连接管5连接；或者，所述套管换热段组合系统的内管2及外管3为各为一整条蛇形的管状体。 
所述连接管5为弯形管或直形管。 
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明的技术范围作任何限制。本行业的技术人员，在本技术方案的启迪下，可做出一些变形与修改，凡是依据本发明的技术实质对以上的实施例所作的任何修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。 

Claims (6)

1.一种多级套管串联大温差的换热方法，由具有一定长度的能导热的内管套插于外管中、并且内管与外管间设置足够的空间，以构成套管换热段；其特征在于：将至少两条所述套管换热段串联起来，即内管相串联，外管相串联，并且至少两条所述套管换热段平行排列以形成蛇形的足够长的套管换热段组合系统；在所述套管换热段组合系统的内管与外管中逆向流动具有温差的介质，以形成至少两条即多条的所述套管换热段串联的逐级换热方法。
2.一种多级套管串联大温差的换热装置，包括至少两条套管换热段，所述套管换热段包括一定长度的能导热的内管和外管，内管套插于外管中，并且内管与外管间设置足够的空间；其特征在于：将至少两条所述套管换热段串联起来，即内管相串联，外管相串联，并且至少两条所述套管换热段平行排列以形成蛇形的足够长的套管换热段组合系统；在所述套管换热段组合系统的内管与外管中逆向流动具有温差的介质，以形成至少两条即多条的所述套管换热段串联的逐级换热装置。
3.根据权利要求2所述的一种多级套管串联大温差的换热装置，其特征在于：所述套管换热段组合系统的内管的两端分别为A介质进口端和A介质出口端，所述套管换热段组合系统的外管的两端分别为B介质进口端和B介质出口端，其中，A介质进口端和B介质出口端设于所述套管换热段组合系统的的同一端，A介质出口端和B介质进口端同设于所述套管换热段组合系统另外的一端，使A介质在内管中和B介质在外管中形成逆向流动。
4.根据权利要求2所述的一种多级套管串联大温差的换热装置，其特征在于：所述套管换热段的内管串联时及外管串联时，采用连接管连接。
5.根据权利要求2所述的一种多级套管串联大温差的换热装置，其特征在于：所述套管换热段组合系统的内管及外管各为一整条蛇形的管状体。
6.根据权利要求4所述的一种多级套管串联大温差的换热装置，其特征在于：所述连接管为弯形管或直形管。
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