CN103175439A - 换热适配装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种换热适配装置，该装置的一次侧进口与二次侧出口之间设置有第一通道，一次侧出口与二次侧进口之间设置有第二通道，第一通道和第二通道之间并联有两个单向阀，该两个单向阀的导通方向相反，其中，靠近一次侧的单向阀从一次侧出口向一次侧进口方向导通。本发明换热适配装置消除了原理性温差损失，可完全换热，且体积小、重量轻、成本低。

Description

换热适配装置
技术领域
本发明涉及一种换热适配装置。
背景技术
在现有技术中，一般使用板式换热器、容积式换热器或混水缸等作为换热适配装置，并广泛应用于化工系统、暖通系统等领域。使用换热器的目地是将冷源或热源以流量L1和温度T1送入换热适配装置一次侧的工质转换为二次侧流量L3和温度T3的工质。目前普遍使用的这些换热适配装置均存在原理性换热温差损失和不完全换热的问题，而且成本昂贵。
所谓理论性换热温差损失，是指由于工作原理决定必然产生的温差损失，即：在忽略散热损失的条件下，无论任何时候总有：
一次侧供热温度T1＞二次侧供热温度T3
  一次侧返回温度T2＞二次侧返回温度T4
所谓不完全换热，是指在任何条件下，一次侧的热量均不能完全进入二次侧，总有一部分热量由一次侧返回。
板式换热器和容积式换热器的换热温差损失及不完全换热的原因来自于换热界面材料的热阻，混水缸的换热温差损失及不完全换热的原因来自于缸体内的混水扰动。
已有换热技术存在的问题，在太阳能热利用方面显得非常突出。通常，在北方冬季，太阳能的工作温差可能小于10℃，如果△T＝T1－T3＞2℃，就意味着20%以上的能量不能被利用。可是，当需要△T从5℃减小到2℃时，对于板式和容积式换热器（或混水缸）需要增加一倍以上的换热面积（或容积），这意味着成本成倍的上升，而且△T≤2℃通常是很高的指标。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种结构简单、成本低廉的换热适配装置，该装置可以消除原理性温差损失，并且可实现完全换热。
为实现本发明的目的，本发明一种换热适配装置，该装置的一次侧进口（1）与二次侧出口（3）之间设置有第一通道，一次侧出口（2）与二次侧进口（4）之间设置有第二通道，第一通道和第二通道之间并联有两个单向阀，该两个单向阀的导通方向相反，其中，靠近一次侧的单向阀从一次侧出口（2）向一次侧进口（1）方向导通。
采用本发明的换热适配装置后，能够消除原理性温差损失和不完全换热的问题。当工质以流量L1和温度T1从一次侧进口进入后，若L1＞二次侧出口工质流量L3，则一部分工质经靠近二次侧的单向阀（9）分流L9与二次侧进入的工质L4汇合成L2返回一次测，另一部分从二次侧出口以L3流出的工质即为经过换热适配装置输出的供热工质。由于此工质直接来自于L1,故其温度T3＝T1,消除了原理性换热温差损失。若L1＜L3＝L4时，以流量L4进入二次侧的工质经靠近一次侧的单向阀（8）分流L8并与L1汇合为L3返回二次侧。因L2是由L4分流而来，L1全部从二次侧输出，故为全部换热。显然，当L1＝L3时，既无温差损失，又为完全换热。
本发明换热适配装置因主要由两个单向阀组成，所以体积小、重量轻，成本远低于已有的换热适配装置。
附图说明
图1是现有技术的换热器工作原理示意图；
图2是本发明的换热适配装置原理示意图。
具体实施方式
下面结合附图进一步说明本发明。
图1中所示是现有换热适配装置的示意图。图1中工质从换热适配装置5的一次测进口1以流量L1、温度T1进入，从一次侧出口2以温度T2流量L2返回。二次侧工质从进口4以流量L4温度T4进入，以流量L3温度T3从出口3返回。换热适配装置5中的虚线表示内部分隔结构界面。对于板式换热器来说，该界面是分隔工质并起热交换作用的材料界面，对于容积式换热器而言表示容器内盘管的界面。显然，分别处于这个界面两侧的一次侧与二次侧的工质分别相对界面运动的流速，以及各自与界面接触的面积决定了换热量和换热效率，同样也决定了换热温差。一个板式换热器，在其他条件下相同的条件下，从5℃温差降到2℃，换热面积需要增加一倍，价格也提高一倍以上。对于混水缸而言，其换热量与流速和容积之间同样是正相关的函数关系，但温差损失和不完全换热是由于两侧工质在缸体内混流产生的。
图2是本发明换热适配装置的原理示意图。如图中所示，换热适配装置的一次侧进口1与二次侧出口3之间设置有第一通道6，一次侧出口2与二次侧进口4之间设置有第二通道7，第一通道6和第二通道7之间并联有两个单向阀8、9，形成四个连接节点：Pa、Pb、Pc、Pd，两个单向阀8、9的导通方向相反，其中，靠近一次侧的单向阀8从一次侧出口2向一次侧进口1方向导通，靠近二次侧的单向阀9从二次侧出口3向二次侧进口4方向导通。
当工质从一次侧进口1以流量L1进入时，先到达Pa点，与从单向阀8过来的流量为L8的工质汇合于Pa并流动至Pc，并在Pc分流为流向二次侧出口3的流量L3,以及流经单向阀9的流量L9，显然，流入节点Pa处的流量与Pc处流出的流量相等，即满足下述流量关系
L1＋L8＝L3＋L9                         （1）
同理得到
L2＋L8＝L4＋L9                         （2）
并且L1＝L2、L3＝L4。
因为Pa－Pc和Pb－Pd仅由很短的直通管路形成，水阻可忽略不计，故满足假设：忽略压差△P＝Pa－Pc＝Pb－Pd＝0。为简化分析，在忽略单向阀并联的节点压差Pa－Pc和Pb－Pd的假设下，当L1＝L2＞L4＝L3时，必有Pa＞Pb和Pc＞Pd，故L8＝0, 式（1）简化为
L1＝L3＋L9                             （3）
即：进入一次侧的工质L1除分流L9外，另一部分直接进入二次侧形成L3,没有受到混流或换热等任何影响温度变化的因素作用，因此不会造成温差损失,这时
△T＝T1－T3＝0
同理,当L1＜L4时，必有Pa＜Pb和Pc＜Pd，故L9＝0,式（1）简化为：
L3＝L1＋L8                             （4）
即： L1与进入二次侧工质L4并分流于单向阀的L8汇合形成L3, 进入一次侧的工质L1全部直接进入二次侧，没有不完全换热的问题。
同理，在L1＝L4时，L8＝L9＝0，既没有温差损失，也没有不完全换热的现象。
与传统换热适配装置相比，以20mm通径的产品规格为例，本发明换热适配装置不足60元，而相同换热量的混水缸则为700元，钎焊板式换热器则为1100元，容积式换热器成本更高。随着流量与换热量指标的提高，不仅是价格差距增大，就连价格差距的比例也随之增大。
    总之，本发明比已有的换热适配装置相比，还具有体积小、重量轻、成本低、无原理性温差损失和可完全换热等特点。尤其在太阳能热利用领域、特别是在地板采暖领域具有非常广阔的应用前景。

Claims (2)

1.一种换热适配装置，其特征在于，所述换热适配装置的一次侧进口（1）与二次侧出口（3）之间设置有第一通道，一次侧出口（2）与二次侧进口（4）之间设置有第二通道，第一通道和第二通道之间并联有两个单向阀，该两个单向阀的导通方向相反，其中，靠近一次侧的单向阀从一次侧出口（2）向一次侧进口（1）方向导通。
2.如权利要求1所述的换热适配装置，其特征在于，所述两个单向阀与所述第一通道和第二通道连接后，分别在第一通道上形成两个连接节点Pa、Pc，在第二通道上形成两个连接节点Pb、Pd，节点Pa、Pc之间的第一通道和节点Pb、Pd之间的第二通道均由直通管道构成，并且所述直通管道足够短，以便使其管阻能够忽略不计。
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