CN106152835A - 一种堆迭式管隙热交换器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种结构简单、换热效率极高的堆迭式管隙热交换器。本发明包括换热器件，换热器件由若干金属管组成；若干金属管堆迭成具有若干个层的阵列；任意相邻的两根金属管之间相互平行设置；任意相邻的所述金属管在所述金属管的两端口外壁处密封连接；在阵列中，任意一根金属管的内腔均为中空状态，位于任意层两端最外侧的两根金属管分别与位于其上层及下层两端最外侧的两根金属管在管身方向上密封连接，在所述阵列内部任意金属管与金属管之间的间隙构成上下相通的间隙通道；在阵列中，至少有一层内部的任意相邻的两根所述金属管之间或至少有一对上下相邻的两个层之间的间距为0.5～10mm。本发明可应用于换热器领域。

Description

一种堆迭式管隙热交换器

技术领域

本发明涉及换热器领域，尤其涉及一种堆迭式管隙热交换器。

背景技术

随着社会的发展，自然界中储藏的能源被过度开采。这造成了严重的污染问题，给人类带来了日益严重的生存危机。为了改善上述情况，其一是努力发展新能源，其二是对现有能源进行更加充分的利用。在对现有能源进行更加充分的利用这一点上，如何提高能源的热能效率，仍然是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种结构简单、换热效率极高的堆迭式管隙热交换器。

本发明所采用的技术方案是：本发明包括换热器件，所述换热器件由若干金属管组成；若干所述金属管堆迭成具有若干个层的阵列；任意相邻的两根所述金属管之间相互平行设置；任意相邻的所述金属管在所述金属管的两端口外壁处密封连接； 在所述阵列中，任意一根所述金属管的内腔均为中空状态，位于任意层两端最外侧的两根所述金属管分别与位于其上层及下层两端最外侧的两根金属管在管身方向上密封连接，在所述阵列内部任意金属管与金属管之间的间隙构成上下相通的间隙通道；在所述阵列中，至少有一层内部的任意相邻的两根所述金属管之间或至少有一对上下相邻的两个层之间的间距为0.5～10mm。

上述方案可见，本发明将金属管堆迭成阵列结构，其以阵列内的金属管之间的间隙作为通气通道，且在横向或纵向上的金属管之间的间隙，至少有一层内部的任意相邻的两根所述金属管之间或至少有一对上下相邻的两个层之间的间距为0.5～10mm，其可将送入的高温气体自然地“切成”片状体，而片状体在几何学上具有一个特短的方向，使之整体更贴近热交换的热力受体，热力受体的热交换更加充分，作为若干层的结构，热气每通过一层都可进行热交换，其热交换效率极高，经过发明人试验，热效率可高达101％以上（该数值是基于低热值算法计算所得），且本发明结构简单。另外，通过简单的增减堆迭金属管层的数量和调节阵列中的金属管之间的间隙，可以获得针对不同功率的燃烧源达到最佳热交换效率的热交换器。

进一步地，在所述阵列中且沿着所述金属管的管身方向上，位于下一层的任意两根所述金属管之间的管隙正好与位于上一层的对应的一根金属管的中部位置正对。

上述方案可见，下层的两个金属管与上层的一个金属管正好构成“品”字形，即上下层的金属管的左右间隙被错开，其可实现交叉热交换，热交换效率得到进一步提高。

进一步地，所述金属管为方形管或圆形管。该方案可见，金属管的选择范围较多，这根据具体的情况而定。而在发明人进行的试验中，采用方形管的热交换效率更高。采用方形管时，位于上下层的金属管的左右侧间隙被错开，且每个间隙通道都形成90°弯角，而90°的弯角在热气进入后获得最大的热冲击和最充分的热交换，从而获得更高的热交换效率。

更进一步地，所述热交换器还包括有抽风机及废气管，在所述阵列的上部设置有金属帽盖，所述金属帽盖的底部四周边缘与所述阵列的上侧面边缘密封连接，所述金属帽盖形成尾气集气室，所述废气管设置在所述金属帽盖的上部并与所述尾气集气室相连通，所述抽风机设置在所述废气管的出口处，所述抽风机由压力开关控制，所述压力开关与外围的控制系统连接。

上述方案可见，利用抽风机对整个阵列中的通道进行外力协助，在产生热气后，抽风机运行时对所述金属帽盖内以及所述阵列内的间隙通道形成负压，而热气产生之处为正压，通过所述阵列的间隙构成火焰高温废气的单向运行通道，被吸进所述阵列的高温气体以片状的形式与充满水的金属管进行热交换，最后被冷却的气体经抽风机抽离出去，从而保证本发明的热交换顺利进行。

再进一步地，所述热交换器还包括有水箱，所述换热器件设置在所述水箱内且所述阵列的底面与所述水箱的底面密封连接，所述阵列的外壁与所述水箱的壁面之间存在间隔，所述金属管的内腔与所述水箱的腔室连通，在所述水箱的上部设置有蒸汽管，所述废气管伸出到所述水箱的腔室之外，所述水箱内所产生的蒸汽和燃烧产生的废气可分别被引出水箱外。

上述方案可见，在换热器件外围设置水箱，能够为通过极高的热交换效率，高效地获得充足的蒸汽，为后续的其它应用提供蒸汽存量保证。

再更进一步地，在所述水箱的下部边缘处还设置有水夹层，所述水夹层的内室与所述水箱的腔室相连通，所述水夹层包围的空间形成燃烧室。

上述方案可见，通过水夹层的设置，在换热器件下方形成燃烧室，从而使得增加的热源的热量能够完全地与水箱内的水进行热交换，其形成的燃烧室只在下方设置开口，在抽风机抽风工作时，热源产生的高温热气能够更加集中地进入到所述阵列中，从而进一步地提高了热交换效率。

又更进一步地，在所述水箱上还设置有进水管，所述进水管的进水管道上设置有控水电磁阀，在所述水箱内设置有水位计，所述水位计与所述控水电磁阀相连接，所述控水电磁阀与外围的控制系统相连接。

上述方案可见，通过水位计控制电磁阀的开启，通过电磁阀控制进水管的开启，而这一且均通过外围的控制系统进行操作，保证了进水的自动化程度高且智能化程度高。

又再更进一步地，在所述水箱上还设置有防干烧水位器和防水溢水位器，所述防干烧水位器和所述防水溢水位器均与外围的控制系统相连接。

上述方案可见，防干烧水位器和防水溢水位器的设置可以防止出现干烧或满溢的情况出现，保证了整个系统的使用安全性能。

再进一步地，在所述水箱上还设置有排水管，在所述排水管的出水管道上设置有排水电磁阀，所述排水电磁阀与外围的控制系统相连接。

上述方案可见，排水管和排水电磁阀的设置可将水箱内的水放出，便于维护和保养，且便于运输。

而在所述燃烧室内设置有点火器，所述点火器与外围的控制系统相连接；通过点火器和外围的控制系统的配合，其可实现燃烧室内的热源提供实现自动化控制，提高了智能化程度，也减少了工作人员的频发操作。

附图说明

图1是所述换热器件的端面简易结构示意图；

图2是所述换热器件的俯视角度的简易结构示意图；

图3是所述换热器件的侧面视角的简易结构示意图；

图4是本发明所述换热器的整体简易结构示意图。

具体实施方式

如图1至图3所示，本发明所包含的换热器件所述换热器件由若干金属管1组成。在本实施例中，所述金属管采用方形不锈钢管，也可以是圆形管，但经过试验，圆形管的热交换效率低于方形管。若干所述金属管1间隙堆迭成具有若干个层的阵列2。任意两根所述金属管1之间相互平行设置。任意相邻的所述金属管1在所述金属管的两端外壁处密封连接并形成除所述金属管的管口外的端面密封面21。在所述阵列2中，任意一根所述金属管1的内腔均为中空状态。位于任意层两端最外侧的两根所述金属管1分别与位于其上层及下层的两端最外侧的两根金属管1在管身方向上密封连接也形成侧面密封面22。在所述阵列2内部任意金属管与金属管之间的间隙构成上下相通的间隙通道15。在所述阵列2中，至少有一层内部的任意相邻的两根所述金属管1之间或至少有一对上下相邻的两个层之间的间距为0.5～10mm。一般情况下，所述间距取值为0.5mm、1.0mm、1.5mm、2.0mm、2.5mm……等等，这根据需要而定，也可以设置为除了上述列举的间隔数值，但该数值依然落在0.5～10mm的范围内。

如图4所示，所述热交换器还包括有抽风机3及废气管4，在所述阵列2的上部设置有金属帽盖5，所述金属帽盖5的底部四周边缘与所述阵列2的上侧面边缘密封连接，所述金属帽盖5形成尾气集气室，所述废气管4设置在所述金属帽盖5的上部并与所述尾气集气室相连通，所述抽风机3设置在所述废气管4的出口处，所述抽风机3受压力开关控制，压力开关与外围的控制系统连接。所述热交换器还包括有水箱6，所述换热器件设置在所述水箱6内且所述阵列2的底面与所述水箱6的底面密封连接，所述阵列2的外壁与所述水箱6的壁面之间存在间隔。所述金属管1的内腔与所述水箱6的腔室连通。在所述水箱6的上部设置有蒸汽管7，所述废气管4伸出到所述水箱6的腔室之外。在所述水箱6的下部边缘处还设置有水夹层8，所述水夹层8的内室与所述水箱6的腔室相连通，所述水夹层8包围的空间形成燃烧室16。在所述水箱6上还设置有进水管9，所述进水管9的进水管道上设置有控水电磁阀10，在所述水箱6内设置有水位计11，所述水位计11与所述控水电磁阀10相连接，所述控水电磁阀10与外围的控制系统相连接。在所述水箱6上还设置有排水管17，在所述排水管17的出水管道上设置有排水电磁阀18，所述排水电磁阀18与外围的控制系统相连接。在所述燃烧室16内设置有点火器19，所述点火器19与外围的控制系统相连接。在所述水箱6上还设置有防干烧水位器12和防水溢水位器13，所述防干烧水位器12和所述防水溢水位器13均与外围的控制系统相连接。

本发明采用独特的管隙结构，被吸入的高温气体自然"被切成"片状体，而片状体在几何学上具有一个特短的方向，使之整体更贴近热交换的热力受体，发热体越薄则热交换越充分，具有包括圆形在内的其他形状的发热体所不具备的热交换优势；位于上下层的金属管的左右侧间隙被错开，每个间隙通道90°的弯角都是热冲击最大和热交换最充分的位置，而上述金属管的堆迭方式可提供更多的90°弯角，从而大大地提高了热交换效率。

本发明采用火排14作为热源进行试验。火排14通过燃气管20通入燃气，在燃气管20上设置有燃气阀23，燃气阀23与外围的控制系统相连接。当点火器19点燃火排14后火焰对阵列底部和水箱底部的夹水层围闭体加热，同时，抽风机运行时使金属帽盖内以及阵列内的间隙通道15形成负压，而火焰燃烧的燃烧室为正压，两者通过所述换热器件的间隙通道15构成火焰高温废气的单向运行通道，被吸进所述换热器件的高温气体以片状的形式与充满水的方管进行热交换，最后被冷却的气体经风机抽离出去。

本发明热交换效率高，使用本发明所述热交换器可使每公斤石油液化气产生不少于16.8公斤的饱和蒸汽，热效率达≥103%，该热效率值是基于低热值算法计算而得。该算法的公式如下：

其中，修正系数（f）计算公式如下：

本发明在进行试验时，先将上下各排管垂向间隙相互错开，以品字形上下组合固定，组合体使用的不锈钢管截面规格有三种组合：1号为13×25(mm)和25×25(mm)方形管组合，其中，13×25(mm)管道之间的间距为1mm，而25×25(mm)管道之间的间距为2mm；2号为25×25(mm)方形管组合，管道之间的间距为2mm；3号为直径22mm的圆管，管道之间的间距为5mm。上述三个组合体的热交换面积被做成大致相等，使用一样的火排，但热效率分别为1号≥101%，2号≤99%，3号≤94%。虽然三组之间有不同但都比现在市场同类产品的高。

本发明可应用于换热器领域。

Claims (10)

1.一种堆迭式管隙热交换器，包括换热器件，其特征在于：

所述换热器件由若干金属管（1）组成；

若干所述金属管（1）堆迭成具有若干个层的阵列（2）；

任意相邻的两根所述金属管（1）之间相互平行设置；

任意相邻的所述金属管（1）在所述金属管的两端口外壁处密封连接；

在所述阵列（2）中，任意一根所述金属管（1）的内腔均为中空状态，位于任意层两端最外侧的两根所述金属管（1）分别与位于其上层及下层两端最外侧的两根金属管（1）在管身方向上密封连接，在所述阵列（2）内部任意金属管与金属管之间的间隙构成上下相通的间隙通道（15）；

在所述阵列（2）中，至少有一层内部的任意相邻的两根所述金属管（1）之间或至少有一对上下相邻的两个层之间的间距为0.5～10mm。

2.根据权利要求书1所述的一种堆迭式管隙热交换器，其特征在于：在所述阵列（2）中且沿着所述金属管（1）的管身方向上，位于下一层的任意两根所述金属管（1）之间的管隙正好与位于上一层的对应的一根金属管（1）的中部位置正对。

3.根据权利要求书2所述的一种堆迭式管隙热交换器，其特征在于：所述金属管为方形管或圆形管。

4.根据权利要求书3所述的一种堆迭式管隙热交换器，其特征在于：所述热交换器还包括有抽风机（3）及废气管（4），在所述阵列（2）的上部设置有金属帽盖（5），所述金属帽盖（5）的底部四周边缘与所述阵列（2）的上侧面边缘密封连接，所述金属帽盖（5）形成尾气集气室，所述废气管（4）设置在所述金属帽盖（5）的上部并与所述尾气集气室相连通，所述抽风机（3）设置在所述废气管（4）的出口处，所述抽风机（3）受压力开关控制，所述压力开关与外围的控制系统连接。

5.根据权利要求书4所述的一种堆迭式管隙热交换器，其特征在于：所述热交换器还包括有水箱（6），所述换热器件设置在所述水箱（6）内且所述阵列（2）的底面与所述水箱（6）的底面密封连接，所述阵列（2）的外壁与所述水箱（6）的壁面之间存在间隔，所述金属管（1）的内腔与所述水箱（6）的腔室连通，在所述水箱（6）的上部设置有蒸汽管（7），所述废气管（4）伸出到所述水箱（6）的腔室之外。

6.根据权利要求书5所述的一种堆迭式管隙热交换器，其特征在于：在所述水箱（6）的下部边缘处还设置有水夹层（8），所述水夹层（8）的内室与所述水箱（6）的腔室相连通，所述水夹层（8）包围的空间形成燃烧室（16）。

7.根据权利要求书5所述的一种堆迭式管隙热交换器，其特征在于：在所述水箱（6）上还设置有进水管（9），所述进水管（9）的进水管道上设置有控水电磁阀（10），在所述水箱（6）内设置有水位计（11），所述水位计（11）与所述控水电磁阀（10）相连接，所述控水电磁阀（10）与外围的控制系统相连接。

8.根据权利要求书5所述的一种堆迭式管隙热交换器，其特征在于：在所述水箱（6）上还设置有防干烧水位器（12）和防水溢水位器（13），所述防干烧水位器（12）和所述防水溢水位器（13）均与外围的控制系统相连接。

9.根据权利要求书7所述的一种堆迭式管隙热交换器，其特征在于：在所述水箱（6）上还设置有排水管（17），在所述排水管（17）的出水管道上设置有排水电磁阀（18），所述排水电磁阀（18）与外围的控制系统相连接。

10.根据权利要求6所述的一种堆迭式管隙热交换器，其特征在于：在所述燃烧室（16）内设置有点火器（17），所述点火器（17）与外围的控制系统相连接。