CN110243092A - 一种可提高热交换效率的热交换器 - Google Patents

一种可提高热交换效率的热交换器 Download PDF

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Abstract

本发明提供的可提高热交换效率的热交换器包括：进水竖管、热交换管、螺旋折流板、固定杆、出水竖管以及导热管。所述进水竖管1的一端设置有所述热交换管，所述热交换管内设置有所述固定杆，所述固定杆与所述热交换管内壁之间设置有所述螺旋折流板，所述螺旋折流板上设置有所述导热管，所述热交换管连通所述出水竖管。本发明提供的可提高热交换效率的热交换器通过所述螺旋折流板的设置，使得水流在所述热交换管内螺旋前进，增加水流的在所述热交换管中的移动距离，增加水流经过所述热交换管的时间，使得水流有更多的机会获得接触所述热交换管的内壁以及所述螺旋折流板的机会，所述导热管的设置进一步加快吸热的效率。

Description

一种可提高热交换效率的热交换器
技术领域
本发明涉及地热用热交换器领域，尤其涉及一种可提高热交换效率的热交换器。
背景技术
地热开发过程中，往往通过若干竖直钻孔中设置U形的热量交换器，向所述U形的热量交换器一端注入作为热载体的中间介质(一般是水)，中间介质经U形的热量交换器伸入到地底，吸收地底的热量之后经U形的热量交换器的另一端流出，利用吸收热量后的中间介质进行生活生产活动，从而实现地热资源的利用。
现有的U形热量交换器通过构成热量交换器的金属介质进行导热，是外界的地热通过金属介质的传导对热量交换器内的水进行加热，但是金属介质导热的效率限制热量的传递影响地热的利用。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种可提高热交换效率的热交换器。
一种可提高热交换效率的热交换器，包括进水竖管，所述进水竖管竖直贯入大地延伸至地热源处，其中，
延伸至地底的所述进水竖管的一端连通有横向的热交换管，所述热交换管的轴心处设置有固定杆，所述固定杆与所述热交换管之间设置有螺旋折流板，所述螺旋折流板呈螺旋板状结构，所述螺旋板状结构的内侧固定于所述固定杆，所述螺旋板状结构的外侧密封连接于所述热交换管的内侧壁，所述热交换管的端部连通贯出地面的出水竖管；
可提高热交换效率的热交换器还包括有多个导热管，所述导热管包括主导热管，所述主导热管的一端沿所述螺旋折流板的径向设置于所述螺旋折流板，所述主导热管的另一端贯穿所述热交换管延伸至所述热交换管外，所述主导热管内壁设置有毛细壁，所述毛细壁内流动导热介质。
优选的，所述出水竖管的外壁包覆有隔热层。
优选的，靠近所述进水竖管的所述螺旋折流板以及所述热交换管一端设置的所述主导热管的数量大于靠近所述出水竖管的所述螺旋折流板以及所述热交换管一端设置的所述主导热管的数量。
优选的，所述主导热管延伸出所述热交换管的一端贴合所述热交换管的外壁设置。
优选的，所述导热管还包括支散热管，处于所述螺旋折流板上的所述主导热管连通有所述支散热管，所述支散热管内壁包覆所述毛细壁，所述支散热管垂直于所述主导热管固定于所述螺旋折流板。
优选的，所述导热管还包括支吸热管，处于所述热交换管外的所述主导热管连通有所述支吸热管，所述支吸热管内壁包覆所述毛细壁，所述支吸热管贴合所述热交换管的外壁固定于所述热交换管。
优选的，所述螺旋折流板靠近所述进水竖管的一端折流板分布比靠近所述出水竖管一端密集。
与相关技术相比较，本发明提供的可提高热交换效率的热交换器具有如下有益效果：
本发明提供的可提高热交换效率的热交换器利用所述热交换管进行热量的交换，所述热交换管内设置有固定杆，所述固定杆与所述热交换管之间设置有螺旋折流板，而所述热交换管内壁从外界吸取地热，而地热经所述热交换管内壁直接加热水流，或者经所述螺旋折流板导热后，由所述螺旋折流板直接加热水流，通过所述螺旋折流板的设置，使得水流在所述热交换管内螺旋前进，增加水流的在所述热交换管中的移动距离，增加水流经过所述热交换管的时间，使得水流有更多的机会获得接触所述热交换管的内壁以及所述螺旋折流板的机会，而更长的流动时间意味着更长的加热时间，更多的接触机会意味着更高效的传热，使得水流能够充足的吸收地热；而所述螺旋折流板上设置的所述导热管，所述导热管的内壁设置有毛细壁，所述导热管内部设置有导热介质，所述导热管沿所述螺旋折流板延伸至所述热交换管外，所述热交换管外的所述导热管一端受外界地热加热后，导热介质受热汽化，形成的气体膨胀向所述导热管的另一端移动，所述导热管的另一端受水流作用，气态的导热介质冷凝成液态重新回到所述毛细壁中，所述毛细壁中的导热介质经毛细作用向所述热交换管外的所述导热管一端运动，形成导热的循环，提高地热的传递效率。
另外，所述出水竖管上包覆设置的所述隔热层，能够有效的减少经地热加热的水的热量散失，从而保证地热的利用效率；靠近所述进水竖管处的所述导热管数量多，能够快速高效的对刚进入所述热交换管的水进行加热，而靠近所述出水竖管处的水已经进行加热适当的减少导热管的数量降低成本，同样的靠近所述进水竖管处的所述螺旋折流板分布较密，能够快速高效的对刚进入所述热交换管的水进行加热，而靠近所述出水竖管处的水已经进行加热适当的减少所述螺旋折流板的密集程度来降低成本；所述导热管包含的所述支吸热管，能够增加导热介质吸收地热的面积，提高所述导热管整体的吸热的效率，所述导热管包含的所述支散热管，能够增加导热介质向水传热的面积，提高所述导热管整体向水的传热效率。
附图说明
图1为本发明提供的可提高热交换效率的热交换器的一种较佳实施例的结构示意图；
图2为图1中所示的A处的结构示意图；
图3为图1所示的导热管平展的结构剖视图；
图4为图1所示的导热管和热交换管结构示意图。
图中标号：1、进水竖管，2、热交换管，3、螺旋折流板，4、固定杆，5、出水竖管，6、隔热层，7、导热管，71、支散热管，72、主导热管，73、毛细壁，74、支吸热管。
具体实施方式
下面结合附图和实施方式对本发明作进一步说明。
请结合参阅图1、图2、图3以及图4，其中图1为本发明提供的可提高热交换效率的热交换器的一种较佳实施例的结构示意图；图2为图1中所示的A处的结构示意图；图3为图1所示的导热管平展的结构剖视图；图4为图1所示的导热管和热交换管结构示意图。
参阅图1所示，一种可提高热交换效率的热交换器，包括进水竖管1，所述进水竖管1沿钻好的竖直地热井竖直贯入大地延伸至地热源处，其中，
延伸至地底的所述进水竖管1的一端连通有横向的热交换管2，横向的所述热交换管2设置在含有地热的地下水处，所述热交换管2的轴心处设置有固定杆4，所述固定杆4与所述热交换管2之间设置有螺旋折流板3，所述螺旋折流板3呈螺旋板状结构，所述螺旋板状结构的内侧密封固定于所述固定杆4，所述螺旋板状结构的外侧密封连接于所述热交换管2的内侧壁，水泵将冷水经过所述进水竖管1泵入到所述热交换管2内，所述热交换管2由于接触含有地热的地下水，地下水中的热量经所述热交换管2和螺旋折流板3传递给所述热交换管2中的冷水，将冷水加热，所述螺旋折流板3的设置使得，冷水在所述热交换管2中沿所述螺旋折流板3的螺旋线移动，冷水能够更加充分的接触所述热交换管2内壁和螺旋折流板3，提高热交换进行的效率，冷水在所述热交换管2中的时间延长，增加了热交换的时间，使得冷水能够充分的被加热；所述热交换管2的端部连通贯出地面的出水竖管5，所述出水竖管5的外壁包覆有隔热层6，所述隔热层6由陶瓷隔热材料构成，所述隔热层6的设置使得加热后的水流经所述出水竖管5时，不会散失大量的热，从而提高地热的利用效率。具体的实施过程中，所述螺旋折流板3靠近所述进水竖管1的一端折流板分布比靠近所述出水竖管5一端密集，靠近所述进水竖管1处的所述螺旋折流板3上折流板分布较密，能够增加冷水接触所述螺旋折流板的机会，从而快速高效的对刚进入所述热交换管2的水进行加热，而靠近所述出水竖管5处的水已经进行加热适当的减少所述螺旋折流板的密集程度可以降低成本。
结合参阅图1和参阅图2所示，可提高热交换效率的热交换器还包括有多个导热管7，所述导热管7包括主导热管72，所述主导热管72的一端沿所述螺旋折流板3的径向设置于所述螺旋折流板3，所述主导热管72的另一端贯穿所述热交换管2延伸至所述热交换管2外，所述主导热管72与所述热交换管2之间密封设置，参阅图4所示，所述主导热管72延伸至所述热交换管2外的一端贴合所述热交换管2的外壁设置，所述主导热管72内壁设置有毛细壁73，所述毛细壁73内部为连通所述主导热管72两端的毛细缝隙，所述毛细壁73内流动导热介质，具体实施过程中，所述导热介质为氨。具体的实施过程中，靠近所述进水竖管1的所述螺旋折流板3以及所述热交换管2一端设置的所述主导热管72的数量大于靠近所述出水竖管5的所述螺旋折流板3以及所述热交换管2一端设置的所述主导热管72的数量，靠近所述进水竖管1处的所述导热管7数量多，能够快速高效的对刚进入热交换管的水进行加热，而靠近出水竖管处的水已经进行加热，适当的减少所述导热管7的数量能够降低成本。
结合参阅图2和图3所示，所述主导热管72延伸出所述热交换管2的一端贴合所述热交换管2的外壁设置，贴合所述热交换管2外壁设置的所述主导热管72能够有效的避免放置所述热交换管2时对所述主导热管72造成损伤，所述导热管7还包括支散热管71，处于所述螺旋折流板3上的所述主导热管72连通有所述支散热管71，所述支散热管71内壁包覆所述毛细壁73，所述支散热管71垂直于所述主导热管72固定于所述螺旋折流板3；所述导热管7还包括支吸热管74，处于所述热交换管2外的所述主导热管72连通有所述支吸热管74，所述支吸热管74内壁包覆所述毛细壁73，所述支吸热管74贴合所述热交换管2的外壁固定于所述热交换管2。
本发明提供的可提高热交换效率的热交换器的原理如下：
本发明提供的可提高热交换效率的热交换器利用流经所述进水竖管1、所述热交换管2和所述出水竖管5的水将地下的地热能带出地面；而所述热交换管2内部设置的所述螺旋折流板3和所述固定杆4使得水流经所述热交换管2时螺旋前进，一方面增大了所述热交换管2与水接触的机会，引入的螺旋折流板3同样能够通过导热对水进行加热，另外还增加了水在所述热交换管中的时间，增加对水加热的时间，从多个方面提高了地热转化为水热能的效率，而且，所述螺旋折流板3上设置有直接从所述热交换管2外部导热的所述导热管7，所述导热管7内部设置有所述毛细壁73，所述毛细壁73中流动易挥发液化的氨，所述热交换管2外的所述导热管7一端受地热加热，该端的所述毛细壁73中的氨汽化，氨膨胀向所述导热管7的另一端运动，受冷水影响，移动所述热交换管2内的所述导热管一端的气态氨液化放热，对流动在所述热交换管2中的水进行加热，液化的氨在所述毛细壁73的毛细作用下移动到所述热交换管2外的所述导热管7一端形成循环，提高了地热吸收效率；经地热加热的水流出所述热交换管2经过所述出水竖管5流出，所述出水竖管5上设置有隔热层6，所述隔热层6有效的阻止热水中热量的散失。
本发明提供的可提高热交换效率的热交换器利用所述热交换管进行热量的交换，所述热交换管2内设置有固定杆4，所述固定杆4与所述热交换管2之间设置有螺旋折流板3，而所述热交换管2内壁从外界吸取地热，而地热经所述热交换管2内壁直接加热水流，或者经所述螺旋折流板3导热后，由所述螺旋折流板3直接加热水流，通过所述螺旋折流板3的设置，使得水流在所述热交换管2内螺旋前进，增加水流的在所述热交换管2中的移动距离，增加水流经过所述热交换管2的时间，使得水流有更多的机会获得接触所述热交换管2的内壁以及所述螺旋折流板3的机会，而更长的流动时间意味着更长的加热时间，更多的接触机会意味着更高效的传热，使得水流能够充足的吸收地热；而所述螺旋折流板3上设置的所述导热管7，所述导热管7的内壁设置有毛细壁73，所述导热管7内部设置有导热介质，所述导热管7沿所述螺旋折流板3延伸至所述热交换管2外，所述热交换管2外的所述导热管7一端受外界地热加热后，导热介质受热汽化，形成的气体膨胀向所述导热管7的另一端移动，所述导热管7的另一端受水流作用，气态的导热介质冷凝成液态重新回到所述毛细壁73中，所述毛细壁73中的导热介质经毛细作用向所述热交换管2外的所述导热管7一端运动，形成导热的循环，提高地热的传递效率。
另外，所述出水竖管5上包覆设置的所述隔热层6，能够有效的减少经地热加热的水的热量散失，从而保证地热的利用效率；靠近所述进水竖管1处的所述导热管7数量多，能够快速高效的对刚进入所述热交换管2的水进行加热，而靠近所述出水竖管5处的水已经进行加热适当的减少导热管的数量降低成本，同样的靠近所述进水竖管1处的所述螺旋折流板3分布较密，能够快速高效的对刚进入所述热交换管2的水进行加热，而靠近所述出水竖管5处的水已经进行加热适当的减少所述螺旋折流板3的密集程度来降低成本；所述导热管7包含的所述支吸热管74，能够增加导热介质吸收地热的面积，提高所述导热管7整体的吸热的效率，所述导热管7包含的所述支散热管71，能够增加导热介质向水传热的面积，提高所述导热管7整体向水的传热效率。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种可提高热交换效率的热交换器，其特征在于，包括进水竖管(1)，所述进水竖管(1)竖直贯入大地延伸至地热源处，其中，
延伸至地底的所述进水竖管(1)的一端连通有横向的热交换管(2)，所述热交换管(2)的轴心处设置有固定杆(4)，所述固定杆(4)与所述热交换管(2)之间设置有螺旋折流板(3)，所述螺旋折流板(3)呈螺旋板状结构，所述螺旋板状结构的内侧固定于所述固定杆(4)，所述螺旋板状结构的外侧密封连接于所述热交换管(2)的内侧壁，所述热交换管(2)的端部连通贯出地面的出水竖管(5)；
可提高热交换效率的热交换器还包括有多个导热管(7)，所述导热管(7)包括主导热管(72)，所述主导热管(72)的一端沿所述螺旋折流板(3)的径向设置于所述螺旋折流板(3)，所述主导热管(72)的另一端贯穿所述热交换管(2)延伸至所述热交换管(2)外，所述主导热管(72)内壁设置有毛细壁(73)，所述毛细壁(73)内流动导热介质。
2.根据权利要求1所述的可提高热交换效率的热交换器，其特征在于，所述出水竖管(5)的外壁包覆有隔热层(6)。
3.根据权利要求1所述的可提高热交换效率的热交换器，其特征在于，靠近所述进水竖管(1)的所述螺旋折流板(3)以及所述热交换管(2)一端设置的所述主导热管(72)的数量大于靠近所述出水竖管(5)的所述螺旋折流板(3)以及所述热交换管(2)一端设置的所述主导热管(72)的数量。
4.根据权利要求1所述的可提高热交换效率的热交换器，其特征在于，所述主导热管(72)延伸出所述热交换管(2)的一端贴合所述热交换管(2)的外壁设置。
5.根据权利要求1所述的可提高热交换效率的热交换器，其特征在于，所述导热管(7)还包括支散热管(71)，处于所述螺旋折流板(3)上的所述主导热管(72)连通有所述支散热管(71)，所述支散热管(71)内壁包覆所述毛细壁(73)，所述支散热管(71)垂直于所述主导热管(72)固定于所述螺旋折流板(3)。
6.根据权利要求5所述的可提高热交换效率的热交换器，其特征在于，所述导热管(7)还包括支吸热管(74)，处于所述热交换管(2)外的所述主导热管(72)连通有所述支吸热管(74)，所述支吸热管(74)内壁包覆所述毛细壁(73)，所述支吸热管(74)贴合所述热交换管(2)的外壁固定于所述热交换管(2)。
7.根据权利要求1所述的可提高热交换效率的热交换器，其特征在于，所述螺旋折流板(3)靠近所述进水竖管(1)的一端折流板分布比靠近所述出水竖管(5)一端密集。
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