CN111156850B - 一种换热器及其换热方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于换热器技术领域，具体涉及一种换热器及其换热方法，包括冷流通道和热流通道，冷流通道和热流通道均连接有液流通道，液流通道内设有液流混合换层腔，冷流通道和热流通道与液流通道的连接端均利用封条隔开，冷流通道、热流通道及液流通道两两之间设有隔板，冷流通道、热流通道和液流通道内部安装有翅板，液流通道内设有冷却溶液；本发明提出了一种减小换热器流阻并具有高效换热性能的新方法，可有效降低冷却气体温度，达到设计要求的出口温度。

Description

一种换热器及其换热方法
技术领域
本发明属于换热器技术领域，具体涉及一种换热器及其换热方法。
背景技术
近年来，伴随着制造技术的快速发展和换热器结构形式的不断优化，换热器在国民经济和化工生产领域中对产品质量、能量利用率以及系统经济性、可靠性起着举足轻重的作用，能源与材料费用的不断增长极大地推动了对高效节能换热器的研究，换热器内部强化传热主要有三种途径：第一种是增大传热面积，但换热器的传热面积不可能无限制增大，否则投资费用会大大增加，并且随着工业化的进展，设备的设计更加趋于精细紧凑化；第二种是提高传热系数，主要是合理设计布局及使用传热介质以提高传热强化系数；第三种是增加冷热流体间的平均换热温差。本发明是从后两种方式为切入点进行突破性研究。
目前市场上在利用气体介质进行传热的过程中，在设计气体介质之间存在较大温差换热器时，有可能存在冷却气体出口温度值高于被冷却气体所要求的出口温度的情况，此时采用常规单流程换热器已经无法达到设计要求。针对此问题的一个解决方案是采用多流程叉逆流设计，采用多流程叉逆流设计的不利因素是采用该种方案的流道阻力比较大，从而增大风机风压的要求，增加系统运行成本，因此提出一种减少换热器流阻并具有高效换热性能的新方法是必不可少的。
发明内容
为了解决上述气体介质换热过程中可能存在的冷却气体出口温度值高于被冷却气体所要求的出口温度的问题，针对一般设计方法所存在的不足，本发明提供了一种减小换热器流阻并具有高效换热性能的新方法，可有效降低被冷却气体温度，达到设计要求的出口温度的换热器及其换热方法。
本发明的技术方案在于：
一种换热器，包括冷流通道、热流通道和液流通道，冷流通道和/或热流通道连接有液流通道，液流通道内设有液流混合换层腔，冷流通道、热流通道与液流通道的连接端均利用封条隔开，冷流通道、热流通道及液流通道两两之间设有隔板，冷流通道、热流通道和液流通道内部均安装有翅板，液流通道内设有冷却溶液。
优选地，所述隔板将冷流通道和热流通道分隔叠置为不小于2n层,n≥1且n为正整数。
优选地，所述冷流通道和热流通道均连接有液流通道。
优选地，所述冷流通道和热流通道同一侧边缘处设有液流通道，且液流通道与冷流通道和热流通道均相接触。
优选地，所述冷流通道和热流通道之间设置有液流通道。
优选地，所述液流通道设置于冷流通道靠近热流通道的一面上，或者液流通道设置于热流通道靠近冷流通道的一面上，或者液流通道一半位于冷流通道上，一半位于热流通道上，且位于冷流通道上的一半与位于热流通道上的一半相接触。
冷流通道、热流通道及液流通道可根据环境需要合理布置通道之间的连接结构，通过合理布局冷流通道、热流通道和液流通道可以有效提高换热器整体平均换热温差，提高换热效率，有效节省制造成本。
优选地，冷流通道、热流通道及液流通道两两之间进行热交换，进而降低热流通道的气体出口温度。
优选地，所述冷流通道中有冷流气体通过，热流通道中有热流气体通过，冷流通道与热流通道之间通过隔板进行气气换热，热流通道与液流通道通过隔板进行气液换热，冷流通道与液流通道通过隔板进行气液换热，冷却溶液通过液流混合换层腔完成溶液的混合，同时完成冷流通道和热流通道的流层转换，进而降低热流通道的气体出口温度。
优选地，冷流通道中的冷流气体和热流通道中的热流气体为单流程回路。
将冷流通道和热流通道设置为单流程回路，能够有效的降低换热器的整体流阻。
优选地，所述液流通道内的冷却溶液为乙二醇水溶液。
优选地，所述液流通道溶液设有初始温度。
本发明的技术效果在于：冷流通道和热流通道之间进行热量交换，在冷流通道和热流通道之间设置可促进热量交换的液流通道，通过调节冷流通道、热流通道、液流通道及翅片的结构形式和尺寸，合理选择进入液流通道内的溶液初始温度，使得冷流通道和热流通道完成预计的换热量，进而达到设计要求的出口温度。
附图说明
图1为本发明换热器的流路图。
图2为本发明热流通道的流体流动示意图。
图3为本发明冷流通道的流体流动示意图。
附图标记：冷流通道-1，热流通道-2，液流通道-3，隔板-4，封条-5，翅板-6，液流混合换层腔-7。
具体实施方式
实施例1
一种换热器，其换热器的流程图如图1所示，包括冷流通道1、热流通道2和液流通道3，液流通道3内设有液流混合换层腔7，冷流通道1和/或热流通道2连接有液流通道3，冷流通道1、热流通道2与液流通道3的连接端均利用封条5隔开，冷流通道1、热流通道2及液流通道3两两之间设有隔板4，冷流通道1、热流通道2和液流通道3内部均安装有翅板6，液流通道3内设有冷却溶液。
一种换热器的换热方法，其中冷流通道1的流体流动示意图如图3所示，热流通道2的流体流动示意图如图2所示，冷流通道1、热流通道2及液流通道3两两之间进行热交换。所述冷流通道1与热流通道2之间通过隔板4进行气气换热，热流通道2与液流通道3通过隔板4进行气液换热，冷流通道1与液流通道3通过隔板4进行气液换热，冷却溶液通过液流混合换层腔7完成溶液的混合，同时完成冷流通道1和热流通道2的流层转换，进而降低热流通道的气体出口温度。
实施例2
一种换热器隔板4将冷流通道1和热流通道2分隔叠置为不小于2n层，n≥1且n为正整数，冷流通道1和热流通道2同一侧边缘处设有液流通道3，且液流通道3与冷流通道1和热流通道2均相接触。
冷流通道1中的冷流气体和热流通道2中的热流气体为单流程回路，液流通道3内的冷却溶液为乙二醇水溶液，且乙二醇水溶液有初始温度，选择合理的乙二醇水溶液初始温度能够保证热侧气流出口温度达到设计要求，乙二醇水溶液与冷流气体和热流气体进行气液换热后，进入液流混合换层腔7完成冷却溶液在冷流通道1层和热流通道2层的流层转换操作。
热流通道2中的气体温度较高，通过隔板4与其相邻层的冷流通道1中的冷流气体进行气气换热，完成热量转移工作，然后热流通道2中的气体继续与连接的液流通道3内的乙二醇水溶液进行气液换热，合理设置乙二醇水溶液的温度，利用乙二醇水溶液较大的比热和较高的导热系数特性能够快速降低热侧气流的温度，达到设计要求的出口温度。
冷流通道1与热流通道2进行气气换热，通过控制冷流通道1的冷流气体流量，可以带走热流通道中较多热量，冷流通道1通过与液流通道3中的乙二醇水溶液进行气液换热，乙二醇水溶液比热大导热系数大，能够快速将热量传递给冷侧气体，完成热量的传递工作，可有效提高冷流通道1的温度，减少热流通道2与冷流通道1的温度差，降低由于温差造成的热应力。
乙二醇水溶液作为中间导热介质是因为其比热容和导热系数较大，比热大所以在溶液换热过程中温度波动较小，在热流气体冷却的后半部分平均温差大，从而增加了热量传递的驱动力，能够有效提高换热器的换热效率。乙二醇水溶液导热性能较高，能够大幅降低传热热阻。因此能够增加换热器的换热效率，提高换热器的换热质量，达到热流气体所设计的出口温度值。
实施例3
一种换热器，冷流通道1和热流通道2均连接有液流通道3，液流通道3设置于冷流通道1靠近热流通道2的一面上，或者液流通道3设置于热流通道2靠近冷流通道1的一面上，或者液流通道3一半位于冷流通道1上，一半位于热流通道2上，且位于冷流通道1上的一半与位于热流通道2上的一半相接触。
实施例4
一种换热器，冷流通道1或热流通道2连接有液流通道3，冷流通道1的一侧边缘处设有液流通道3，且液流通道3与热流通道2相接触，或者热流通道2的一侧边缘处设有液流通道3，且液流通道3与冷流通道1相接触。

Claims (8)

1.一种换热器，包括冷流通道（1）、热流通道（2）和液流通道（3），其特征在于：冷流通道（1）和热流通道（2）均连接有液流通道（3），液流通道（3）内设有液流混合换层腔（7），冷流通道（1）、热流通道（2）与液流通道（3）的连接端均利用封条（5）隔开，冷流通道（1）、热流通道（2）及液流通道（3）两两之间设有隔板（4），冷流通道（1）、热流通道（2）和液流通道（3）内部均安装有翅板（6），液流通道（3）内设有冷却溶液；所述隔板（4）将冷流通道（1）和热流通道（2）分隔叠置为不小于2n层，n≥1且n为正整数。
2.根据权利要求1所述的一种换热器，其特征在于：所述冷流通道（1）和热流通道（2）同一侧边缘处设有液流通道（3），且液流通道（3）与冷流通道（1）和热流通道（2）均相接触。
3.根据权利要求2所述的一种换热器，其特征在于：所述冷流通道（1）和热流通道（2）之间设置有液流通道（3）。
4.根据权利要求3所述的一种换热器，其特征在于：所述液流通道（3）设置于冷流通道（1）靠近热流通道（2）的一面上，或者液流通道（3）设置于热流通道（2）靠近冷流通道（1）的一面上，或者液流通道（3）一半位于冷流通道（1）上，一半位于热流通道（2）上，且位于冷流通道（1）上的一半与位于热流通道（2）上的一半相接触。
5.根据权利要求1-4任意一项所述的一种换热器的换热方法，其特征在于：冷流通道（1）、热流通道（2）及液流通道（3）两两之间进行热交换，进而降低热流通道（2）的气体出口温度。
6.根据权利要求5所述的一种换热器的换热方法，其特征在于：所述冷流通道（1）中有冷流气体通过，热流通道（2）中有热流气体通过，冷流通道（1）与热流通道（2）之间通过隔板（4）进行气气换热，热流通道（2）与液流通道（3）通过隔板（4）进行气液换热，冷流通道（1）与液流通道（3）通过隔板（4）进行气液换热，冷却溶液通过液流混合换层腔（7）完成溶液的混合，同时完成冷流通道（1）和热流通道（2）的流层转换，进而降低热流通道（2）的气体出口温度。
7.根据权利要求6所述的一种换热器的换热方法，其特征在于：所述冷流通道（1）中的冷流气体和热流通道（2）中的热流气体为单流程回路。
8.根据权利要求7所述的一种换热器的换热方法，其特征在于：所述液流通道（3）内的冷却溶液为乙二醇水溶液。
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