CN102128550A - 热交换器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种热交换器，包括：第一热交换筒，呈管形，包括引入并流动第一流体的第一流体入口以及排放该第一流体的第一流体出口；第二热交换筒，穿过所述第一热交换筒，包括引入并流动第二流体的第二流体入口以及排放该第二流体的第二流体出口；以及第三热交换筒，包括引入并流动经所述第二流体出口排放的第二流体的第三流体入口，和排放所述第二流体的第三流体出口，所述第三流体出口围绕所述第一热交换筒的外部表面。

Description

热交换器
技术领域
本申请公开一种热交换器。
背景技术
热交换器是公知的。但是，它们存在各种缺点。
发明内容
本公开文本提供了一种热交换器，其能通过增加使第一流体和第二流体彼此接触并进行热交换的传热面积来提高热交换性能。
本公开文本的技术目的不限于上述技术目的，显然本领域普通技术人员当可通过下文的描述而知道未提及的其它技术目的。
根据本发明的一个方案，提供一种热交换器，包括：第一热交换筒，呈管形，包括引入第一流体的第一流体入口以及排放该第一流体的第一流体出口；第二热交换筒，穿过所述第一热交换筒，包括引入第二流体的第二流体入口以及排放该第二流体的第二流体出口；以及第三热交换筒，包括第三流体入口和第三流体出口，已通过所述第二流体出口排放的所述第二流体被引入该第三流体入口，通过该第三流体出口排放所述第二流体，所述第三热交换筒围绕所述第一热交换筒的外部表面。
根据本发明的另一方案，提供一种热交换器，包括：高温热交换筒，包括引入第一流体的第一流体入口以及排放该第一流体的第一流体出口；以及低温热交换筒，包括第一低温热交换筒部与第二低温热交换筒部，该第一低温热交换筒部具有引入第二流体的第二流体入口并穿过所述高温热交换筒，该第二低温热交换筒部与该第一低温热交换筒部相连通，围绕所述高温热交换筒的外部表面并具有排放所述第二流体的第二流体出口。
根据本发明的再一方案，提供一种热交换器，包括：第一热交换筒，包括引入第一流体的第一流体入口以及排放该第一流体的第一流体出口；第二热交换筒，穿过所述第一热交换筒并引入第二流体，该第二热交换筒包括排放该第二流体的第二流体出口；第三热交换筒，引入所述第二流体，且围绕所述第一热交换筒的外部表面并与所述第二热交换筒相连通，包括排放所述第二流体的第三流体出口；以及第二流体入口筒，其连接到连接所述第二热交换筒与所述第三热交换筒的连接件，以向所述第二热交换筒与所述第三热交换筒提供所述第二流体。
此外，本发明还提供包括如上所述的热交换器的加热器、冷却器、蒸发器及冷凝器。
附图说明
参照下列附图详细描述各实施例，在附图中相同的标号表示相同的元件，其中：
图1为根据实施例的热交换器的透视图；
图2为图1中的热交换器沿II-II线的横向剖视图；
图3为图1中的热交换器沿图1的III-III线的纵向剖视图；
图4为根据另一实施例的热交换器的剖视图；
图5为根据又一实施例的热交换器的剖视图；
图6为根据再一实施例的热交换器的透视图；
图7为图6中的热交换器的剖视图；以及
图8为根据另一个实施例的热交换器的剖视图。
具体实施方式
下面将要参照附图描述实施例。在本公开文本中，为了清楚和便利的目的，可夸大附图中示出的部件的尺寸和形状。进一步地，根据操作者的意图或习惯，可改变考虑到所公开实施例的构成和操作而具体限定的术语。应基于本公开文本的整个内容来对这些术语做出限定。
热交换器是这样一种设备，其通过将热能从高温流体传递到较低温度流体，而降低了高温流体的温度并提高了低温流体的温度。这种热交换器例如可用于加热器、冷却器、蒸发器或冷凝器。
在这样一种热交换器中，用于把热量传给要被加热的流体的传热介质(heat transfer medium)可被称为热媒(heat medium)，用于从流体获取热量的传热介质可被称为制冷剂。热媒或制冷剂例如可为空气或液体。
双管热交换器(double-pipe heat exchanger)为热交换器的一种，其包括：内筒(internal tube)，第一流体可经由该内筒被引入或者穿过该内筒；以及外筒(external tube)，其围绕内筒，第二流体可经由该外筒被引入或者穿过该外筒。通过将内筒的侧壁用作传热壁，可在不同流体之间进行热交换。
由于内筒的外壁与第二流体彼此接触的传热面积会较小，因此双管热交换器会具有低的热交换效率。因此，为了提高传热效率，必须放大双管热交换器的尺寸或拉长双管的长度。但是，由于双管热交换器的体积增加，从而难以拉长双管热交换器的长度或放大双管热交换器的尺寸。
图1为根据实施例的热交换器的透视图。图2为图1的热交换器沿图1中的II-II线的横向剖视图。图3为图1的热交换器沿图1中的III-III线的纵向剖视图。
参见图1至图3，热交换器800可包括第一热交换筒100、第二热交换筒200以及第三热交换筒300。此外，热交换器800还可包括连接筒400，其连接了第二热交换筒200与第三热交换筒300。
第一热交换筒100是引入并流动第一流体的筒。第一热交换筒100可包括上壁103、下壁104以及布置在上壁与下壁之间并连接它们的侧壁108。此外，第一热交换筒100可形成为管形。
第一热交换筒100的侧壁108的上部连接到引入并流动第一流体的第一流体入口102；第一热交换筒100中的面对侧壁上部的侧壁108的下部连接到排放第一流体的第一流体出口105。
第一流体通过第一热交换筒100的第一流体入口102而被引入，并通过第一流体出口105而被排放。在本实施例中，第一流体可具有第一温度。
向第二热交换筒200提供温度与第一流体的温度不同的第二流体。第二热交换筒200的直径形成为小于第一热交换筒100的直径，并且第二热交换筒200沿纵向方向穿过第一热交换筒100。参见图3，第二热交换筒200布置在第一热交换筒100的中心处，以使它们的轴同心。
在第二热交换筒200的一端形成引入并流动第二流体的第二流体入口202，并在第二热交换筒200的另一端形成第二流体出口205，第二流体出口205将第二流体排放到下文中将描述的连接筒400。通过第二流体入口202引入第二热交换筒200的第二流体可具有第二温度，该第二温度低于第一流体的第一温度。
第二热交换筒200可为直筒(straight tube)，即，在第一热交换筒100中形成为直线形。第一热交换筒100和第二热交换筒200的侧壁108、208被用作传热壁，通过所述传热壁可在第一流体和第二流体之间进行热交换。
流过第二热交换筒200和连接筒400的第二流体流入第三热交换筒300。第三热交换筒300的直径大于第一热交换筒100的直径，并布置在第一热交换筒100的外部以围绕第一热交换筒100的侧壁108。
参见图3，可将第三热交换筒300布置为使得第一热交换筒100和第三热交换筒300的轴同心。第三热交换筒300具有上壁303、下壁304、以及布置在上壁303与下壁304之间并连接它们的侧壁308。侧壁308可形成为圆筒形(cylindrical shape)。已穿过第二热交换筒200的第二流体所流入的第三流体入口302可形成在第三热交换筒300的下壁304上，并且排放第二流体的第三流体出口305可从第三热交换筒300的上部上的侧壁308凸出。
上壁303和下壁304的中心是开口的(open)，从而使第一热交换筒100可经其插入。此外，在第三热交换筒300中形成直径大于第一热交换筒100的直径的空的空间(empty space)。
由于流入第三热交换筒300时的第二流体处于其热量在第二热交换筒200中时初步(primarily)与第一流体的热量进行交换的状态，从而该第二流体的温度略高于流入第二热交换筒200时的第二流体的温度。
第二热交换筒200和第三热交换筒300可形成为一体。或者，第二热交换筒200和第三热交换筒300可通过连接筒400彼此相连通。
连接筒400可连接第二热交换筒200与第三热交换筒300，以使穿过第二热交换筒200的第二流体流入第三热交换筒300。即，连接筒400的一端与第二热交换筒200的第二流体出口205相连通，并且连接筒400的另一端与第三热交换筒300的第三流体入口302相连通。
图4为根据另一实施例的热交换器的剖视图。图4中示出的热交换器800A与图3中示出的热交换器除了第二热交换筒之外基本上具有相同的结构。因此，用相同的标号来指示相同的元件，并省略重复描述。
参见图4，在热交换器800A中，布置在第一热交换筒100中的第二热交换筒220包括折筒(bent tube)，该折筒在第一热交换筒100中至少曲折一次。
图5为根据又一实施例的热交换器的剖视图。图5中示出的热交换器800B与图3中示出的热交换器除了第二热交换筒之外基本上具有相同的结构。因此，用相同的标号来指示相同的元件，并省略重复描述。
参见图5，在热交换器800B中，布置在第一热交换筒100中的第二热交换筒230包括弯筒(curved tube)，该弯筒在第一热交换筒100中具有以预定曲率弯曲的至少一个弯曲(curve)。
图6为根据再一实施例的热交换器的透视图。图7为图6中示出的热交换器的剖视图。参见图6和图7，热交换器800C包括高温热交换筒500和低温热交换筒600。
高温热交换筒500是引入并流动作为目标流体的第一流体的筒。高温热交换筒500包括上壁503、下壁504、以及布置在上壁503与下壁504之间并连接它们的侧壁508。高温热交换筒500可形成为圆筒形。引入并流动第一流体的第一流体入口502从高温热交换筒500的上部的侧壁508凸出，并且排放第一流体的第一流体出口505从高温热交换筒500的下部上的侧壁508(其可为传热壁)凸出。
此外，在高温热交换筒500中形成与高温热交换筒500具有相同形状的空的空间，并且第一流体入口502和第一流体出口505与该空的空间相连通。因此，通过第一流体入口502引入高温热交换筒500的第一流体可经过该空的空间流向第一流体出口505。
低温热交换筒600包括低温热交换筒部610、连接部620以及第二低温热交换筒部630。第一低温热交换筒部610、第二低温热交换筒部630以及连接部620可形成为一体。向低温热交换筒600提供温度低于第一流体的温度的第二流体。
第一低温热交换筒部610具有小于高温热交换筒500的直径的直径，并可沿纵向方向穿过高温热交换筒500并布置在高温热交换筒500中。
第一低温热交换筒部610布置在高温热交换筒500的中心处，以使第一低温热交换筒部610和高温热交换筒500的轴同心。在第一低温热交换筒部610的一端形成引入并流动第二流体的第二流体入口612。
第一低温热交换筒部610的形状可为：在高温热交换筒500中形成为直线形的直筒、在高温热交换筒500中至少曲折一次的折筒、或者在高温热交换筒500中以预定曲率至少弯曲一次的弯筒。
连接部620可为“U”形的筒，其连接第一低温热交换筒部610与第二低温热交换筒部630。此外，连接部620可从第一低温热交换筒部610与第二流体入口612相对的另一端延伸到第二低温热交换筒部630的底部。
穿过第一低温热交换筒部610和连接部620的第二流体流入第二低温热交换筒部630。第二低温热交换筒部630具有大于高温热交换筒500的直径的一直径，并布置在高温热交换筒500外部以围绕高温热交换筒500的侧壁508(传热表面)。第二低温热交换筒部630与高温热交换筒500的轴可为同心的。
第二低温热交换筒部630具有上壁603、下壁604、以及形成在上壁603与下壁604之间并连接它们的侧壁608。第二低温热交换筒部630可形成为圆筒形。第二流体出口635从第二低温热交换筒部630的上部凸出，从该第二流体出口635排放穿过第一低温热交换筒部610、连接部620以及第二低温热交换筒部630的第二流体。
第二低温热交换筒部630的上壁603和下壁604的中心是开口的，从而使高温热交换筒500经其插入，并在第二低温热交换筒部630中形成空的空间，该空的空间的直径大于高温热交换筒500的直径。该空的空间与第二流体出口635相连通。
由于流入第二低温热交换筒部630的第二流体处于其热量在第一低温热交换筒部610中初步与第一流体的热量进行交换的状态，从而该第二流体的温度略高于被引入第一低温热交换筒部610时的第二流体的温度。
图8为根据另一个实施例的热交换器的剖视图。参见图8，热交换器800D包括：第一热交换筒100，作为对象流体或目标的第一流体引入其中并流动；第二热交换筒200，布置在第一热交换筒100中且第二流体流入其中；第三热交换筒300，温度与引入第一热交换筒100的流体的温度基本相同的第二流体流入其中，且其围绕第一热交换筒100的外部表面；以及连接筒700，其连接第二热交换筒200与第三热交换筒300，并向第二热交换筒200与第三热交换筒300提供具有相同温度的第二流体。
图8中示出的热交换器800D的第一热交换筒100与根据前述实施例的热交换器的第一热交换筒基本上具有相同的形状和结构。因此，用相同的标号来指示相同的元件，并省略对第一热交换筒100的重复描述。
参见图8，第二热交换筒200沿纵向方向穿过第一热交换筒100并布置在第一热交换筒100中。第二热交换筒200布置在第一热交换筒100的中心，以使第一热交换筒100和第二热交换筒200的轴同心。
在第二热交换筒200的一端上或在一端处形成第二流体出口207，从第二流体出口207排放流入第二热交换筒200的第二流体。
第二热交换筒200可包括具有：在第一热交换筒100中形成为直线形的直筒、在第一热交换筒100中曲折至少一次的折筒、或在第一热交换筒100中以预定曲率弯曲至少一次的弯筒。
第三热交换筒300布置在第一热交换筒100外部以围绕第一热交换筒100的侧壁108。也可将第三热交换筒300布置为与第一热交换筒100具有同心轴。
第三热交换筒300包括上壁303、下壁304、以及形成在上壁与下壁之间并连接它们的侧壁308。第三热交换筒300可形成为圆筒形。排放第二流体的第三流体出口307从第三热交换筒300的上部的侧壁308凸出。此外，第三热交换筒300的上壁303和下壁304的中心是开口的，从而使第一热交换筒100插入到其中，并在第三热交换筒300中形成直径大于第一热交换筒100的直径的空的空间。第三流体出口307与该空的空间相连通。
第二流体流入第二热交换筒200和第三热交换筒300，从而筒200和筒300这两个筒都充有温度相同的流体，并且本实施例的热交换器800D与现有技术的热交换器相比具有高得多的热交换效率。
根据本实施例，第二热交换筒200和第三热交换筒300可形成为一体。或者，第二热交换筒200和第三热交换筒300可通过连接筒700彼此相连通。连接筒700连接第二热交换筒200和第三热交换筒300，以向第二热交换筒200和第三热交换筒300提供第二流体，从而使筒200和筒300这两个筒都充有温度相同的流体。即，连接筒700的一端连接到第二热交换筒200与第二流体出口207相对的一端，并且连接筒700的另一端连接到第三热交换筒300的下壁304。
第二流体入口702与连接筒700的中部相连通，从而使温度高于第一流体温度的第二流体可流入连接筒700。
根据上文的详细描述，这里公开的根据实施例的热交换器具有布置在第一热交换筒内部和外部的第二与第三热交换筒，其中作为对象或目标流体的第一流体流入该第一热交换筒，第二流体的热量与第一流体的热量进行交换，第二流体流入第二与第三热交换筒，从而使第一流体和第二流体彼此接触的传热壁的传热面积变大。因而，与具有相同体积和长度的现有技术双管热交换器相比，可提高热交换性能。
这里公开的实施例提供一种热交换器，其能通过增加使第一流体和第二流体彼此接触并进行热交换的传热面积来提高热交换性能。
这里公开的实施例还提供一种热交换器，该热交换器包括：第一热交换筒，呈管形，包括流入第一流体的第一流体入口以及排放该第一流体的第一流体出口；第二热交换筒，穿过所述第一热交换筒，包括流入第二流体的第二流体入口以及排放该第二流体的第二流体出口；以及第三热交换筒，包括第三流体入口和第三流体出口，通过所述第二流体出口排放的第二流体又流入该第三流体入口，通过该第三流体出口排放所述第二流体，所述第三流体出口围绕所述第一热交换筒的外部表面。
这里公开的实施例提供一种热交换器，该热交换器可包括：高温热交换筒，包括流入第一流体的第一流体入口以及排放该第一流体的第一流体出口；以及低温热交换筒，包括第一低温热交换筒与第二低温热交换筒，该第一低温热交换筒具有流入第二流体的第二流体入口并穿过所述高温热交换筒，该第二低温热交换筒与该第一低温热交换筒相连通，围绕所述高温热交换筒的外部表面并具有排放所述第二流体的第二流体出口。
这里公开的实施例还提供一种热交换器，该热交换器包括：第一热交换筒，包括流入第一流体的第一流体入口以及排放该第一流体的第一流体出口；第二热交换筒，穿过所述第一热交换筒并流入第二流体，包括排放该第二流体的第二流体出口；以及第三热交换筒，流入所述第二流体，且其围绕所述第一热交换筒的外部表面并与所述第二热交换筒相连通，包括排放所述第二流体的第三流体出口，其中包括第二流体入口筒，其连接到连接件以连接所述第二热交换筒与所述第三热交换筒，从而向所述第二热交换筒与所述第三热交换筒提供所述第二流体。
本说明书中引用的任何“一个实施例”、“实施例”、“实例实施例”等指的是结合实施例描述的特定特征、结构或特性被包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中不同位置出现的这些词语并不必然都涉及相同的实施例。进而，当结合任意实施例描述特定特征、结构或特性时，认为其处于本领域技术人员结合其它实施例能实现这些特征、结构或特性的范围内。
尽管参照多个示意性实施例描述了实施例，但应该理解，本领域技术人员能够设计许多其它修改和实施例，这都落在本公开的原理的精神和范围内。更具体地，在本公开、附图及随附的权利要求的范围内，对主体组合排列的组件部分和/或排列作出各种变动和修改是可能的。除了组件部分和/或排列的变动和修改外，可选的使用对本领域技术人员来说也将是明显的。

Claims (28)

1.一种热交换器，包括：
第一热交换筒，呈管形，包括引入第一流体的第一流体入口以及排放该第一流体的第一流体出口；
第二热交换筒，穿过所述第一热交换筒，包括引入第二流体的第二流体入口以及排放该第二流体的第二流体出口；以及
第三热交换筒，包括第三流体入口和第三流体出口，已通过所述第二流体出口排放的所述第二流体被引入该第三流体入口，通过该第三流体出口排放所述第二流体，所述第三流体筒围绕所述第一热交换筒的外部表面。
2.根据权利要求1所述的热交换器，其中所述第一热交换筒和所述第三热交换筒具有同心轴且彼此具有不同的直径。
3.根据权利要求2所述的热交换器，其中所述第一热交换筒和所述第二热交换筒具有同心轴且彼此具有不同的直径。
4.根据权利要求1所述的热交换器，其中所述第二热交换筒包括布置在所述第一热交换筒中的直筒。
5.根据权利要求1所述的热交换器，其中所述第二热交换筒包括布置在所述第一热交换筒中的折筒，该折筒具有至少曲折一次的形状。
6.根据权利要求1所述的热交换器，其中所述第二热交换筒包括布置在所述第一热交换筒中的弯筒，该弯筒的形状包括预定曲率的至少一个弯曲。
7.根据权利要求1所述的热交换器，其中所述第一流体具有第一温度，所述第二流体具有低于所述第一温度的第二温度。
8.根据权利要求1所述的热交换器，还包括：
连接筒，该连接筒将所述第二热交换筒和所述第三热交换筒彼此连接。
9.一种加热器，包括根据权利要求1所述的热交换器。
10.一种冷却器，包括根据权利要求1所述的热交换器。
11.一种蒸发器，包括根据权利要求1所述的热交换器。
12.一种冷凝器，包括根据权利要求1所述的热交换器。
13.一种热交换器，包括：
高温热交换筒，包括引入第一流体的第一流体入口以及排放该第一流体的第一流体出口；以及
低温热交换筒，包括第一低温热交换筒部与第二低温热交换筒部，该第一低温热交换筒部具有引入第二流体的第二流体入口并穿过所述高温热交换筒，该第二低温热交换筒部与该第一低温热交换筒部相连通，围绕所述高温热交换筒的外部表面并具有排放所述第二流体的第二流体出口。
14.根据权利要求13所述的热交换器，其中所述第一低温热交换筒部包括下列的至少其中之一：布置在所述高温热交换筒中的直筒；布置在所述高温热交换筒中的折筒，该折筒具有至少曲折一次的形状；或者布置在所述高温热交换筒中的弯筒，该弯筒的形状包括以预定曲率弯曲的至少一个弯曲。
15.根据权利要求13所述的热交换器，其中所述第一流体具有第一温度，所述第二流体具有低于所述第一温度的第二温度。
16.根据权利要求13所述的热交换器，还包括：
连接件部，该连接件部连接所述第一低温热交换筒部与所述第二低温热交换筒部。
17.根据权利要求13所述的热交换器，其中所述第一、第二和第三低温热交换筒部是整体形成的。
18.一种加热器，包括根据权利要求13所述的热交换器。
19.一种冷却器，包括根据权利要求13所述的热交换器。
20.一种蒸发器，包括根据权利要求13所述的热交换器。
21.一种冷凝器，包括根据权利要求13所述的热交换器。
22.一种热交换器，包括：
第一热交换筒，包括引入第一流体的第一流体入口以及排放该第一流体的第一流体出口；
第二热交换筒，穿过所述第一热交换筒并引入第二流体，该第二热交换筒包括排放该第二流体的第二流体出口；
第三热交换筒，引入所述第二流体，且围绕所述第一热交换筒的外部表面并与所述第二热交换筒相连通，包括排放所述第二流体的第三流体出口；以及
第二流体入口筒，其连接到连接所述第二热交换筒与所述第三热交换筒的连接件，以向所述第二热交换筒与所述第三热交换筒提供所述第二流体。
23.根据权利要求22所述的热交换器，其中所述第二热交换筒包括下列的其中之一：布置在所述第一热交换筒中的直筒，布置在所述第一热交换筒中至少曲折一次的折筒，或者布置在所述第一热交换筒中以预定曲率至少弯曲一次的弯筒。
24.根据权利要求22所述的热交换器，其中所述第一流体具有第一温度，所述第二流体具有低于所述第一温度的第二温度。
25.一种加热器，包括根据权利要求22所述的热交换器。
26.一种冷却器，包括根据权利要求22所述的热交换器。
27.一种蒸发器，包括根据权利要求22所述的热交换器。
28.一种冷凝器，包括根据权利要求22所述的热交换器。
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