CN112179176A - 一种基于高密度管道换热用分流式换热器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种基于高密度管道换热用分流式换热器，包括用于进行热量交换的换热器壳体、用于集热水的集水箱、用于输入换热冷水的冷水管、用于输出吸热后热水的热水管、用于输入被换热的热水的上部空心体，涉及换热器领域。该基于高密度管道换热用分流式换热器根据现有的换热器存在的水流流速差异的问题，设计出特殊的结构产生特殊的涡旋区域，并对管道内部进行不规则的震动产生震动波，内外结合促进热量交换，从而有效的解决了一般的换热器在使用的时候，受到管道排列的影响，稠密的管道外部容易形成较多的隔热水层，影响到换热效率，稀疏的管道影响到换热水资源的使用效率，且管道内部流速也会影响换热的效果的问题。

Description

一种基于高密度管道换热用分流式换热器
技术领域
本发明涉及换热器技术领域，具体为一种基于高密度管道换热用分流式换热器。
背景技术
换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，又称热交换器。换热器在化工、石油、动力、食品及其它许多工业生产中占有重要地位，其在化工生产中换热器可作为加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器等，应用广泛，在列管换热器中，由于管道之间相互靠近，若是管道依靠很近的话，靠近管道附近的换热水受到管道的附着作用，靠近管道的水流流动相对较慢，会在管道附近产生热流层，阻碍热量的交换，影响到换热的效率，而当管道排列较为疏远的时候，则冷却水流动量大，在远离管道的水会难以吸收到热量，进而造成无效换热，影响到水资源的使用效率，而且现在的输送被换热液体的管道多为圆管，圆管圆周方向放热均匀，但是圆管内部流动的水柱靠近管壁的水流速较慢，而中部流速较快，中部的热量难以散失，一般的换热器在使用的时候，受到管道排列的影响，稠密的管道外部容易形成较多的隔热水层，影响到换热效率，稀疏的管道影响到换热水资源的使用效率，且管道内部流速也会影响换热的效果，所以需要一种基于高密度管道换热用分流式换热器。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于高密度管道换热用分流式换热器，解决了一般的换热器在使用的时候，受到管道排列的影响，稠密的管道外部容易形成较多的隔热水层，影响到换热效率，稀疏的管道影响到换热水资源的使用效率，且管道内部流速也会影响换热的效果的问题。
(二)技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种基于高密度管道换热用分流式换热器，包括用于进行热量交换的换热器壳体、用于集热水的集水箱、用于输入换热冷水的冷水管、用于输出吸热后热水的热水管、用于输入被换热的热水的上部空心体、用于收集被换热后水的下部空心体、用于流动被吸收热量的群管机构和用于促进快速换热的多涡旋换热机构，所述换热器壳体的底部固定连接有支撑腿，所述换热器壳体的下表面固定连接有集水箱，所述换热器壳体的上表面固定连接有上部空心体，所述集水箱的下表面固定连接有下部空心体，所述冷水管的一端贯穿并延伸至换热器壳体的内部，所述热水管的一端贯穿并延伸至集水箱的内部，所述上部空心体的表面套接有进液管，所述下部空心体的表面套接有出液管，所述群管机构和多涡旋换热机构均设置在换热器壳体的内部。
优选的，所述群管机构包括若干个换热外管、吸热内管、集气管、若干个自膨胀囊、若干个撞击体、震动杆和锥形通管，若干个所述换热外管等距离分布在换热器壳体的内部，所述换热外管的一端贯穿并延伸至上部空心体的内部，所述换热外管的另一端贯穿并延伸至下部空心体的内部，所述吸热内管设置在换热外管的内部，所述吸热内管与换热外管同轴，所述吸热内管与换热外管之间设置有流体通道。
优选的，所述吸热内管的内部固定连接有集气管，所述集气管的一端贯穿吸热内管、换热器壳体、集水箱和下部空心体并延伸至下部空心体的底部，所述集气管的内部固定安装有单项导气阀，所述集气管的表面设置有若干个自膨胀囊，所述自膨胀囊与集气管内部连通，所述自膨胀囊的表面开设有爆气口，所述爆气口的内壁固定连接有异性相吸的两个软磁铁，两个所述软磁体上套接有密封垫，所述吸热内管的材料包括弹簧钢，所述吸热内管的内部设置有撞击体，所述撞击体的表面固定连接有震动杆，所述震动杆远离撞击体的一端与吸热内管的内壁固定连接，所述撞击体的表面呈圆弧形状。
优选的，所述锥形管的一端与吸热内管的表面套接，所述锥形通管的另一端贯穿并延伸至换热外管的外表面，所述锥形通管的材料包括不锈钢金属管，所述锥形通管将换热器壳体的内部与吸热内管内部连通，所述锥形通管的表面呈三棱锥形状。
优选的，所述多涡旋换热机构包括若干个下水管、第一散热翅、第二散热翅、大涡漩区、小涡旋区和水流叶片，所述换热器壳体的内底壁套接有若干个下水管，所有所述下水管的底部均贯穿并延伸至集水箱的内部，每一个所述下水管的内壁均固定连接有支撑杆，所述支撑杆的表面固定连接有竖杆，所述竖杆的表面设置有轴承，轴承的外圈固定连接有水流叶片。
优选的，每一个所述换热外管的表面均固定连接有若干个第一散热翅，每一个所述换热外管的表面均固定连接有若干个第二散热翅，所述第一散热翅的表面和第二散热翅的表面均呈弧形状，每四个相邻的换热外管之间的第一散热翅和第二散热翅之间形成有一个大涡漩区和四个小涡旋区，所述下水管位于大涡漩区的下方，四个所述小涡旋区在大涡漩区的四周分布。
优选的，所述冷水管位于换热器壳体内部的一端位于第一散热翅和第二散热翅的上方，同一个所述换热外管上的第一散热翅和第二散热翅之间交错分布。
(三)有益效果
(1)本发明通过设置群管机构，在管道内部形成环形的流道，在被换热的液体流动的时候，不定时产生的膨胀气爆冲击产生的震动可以对环形流动的液体产生均匀的扩散震动，在环形流道内可以通过液体拨动反震，不断的促使流动的液体内部热量的交换，提高热量交换的效率。
(2)本发明通过设置多涡旋换热机构，可以在密集的列管中，产生涡旋转速不同的大涡漩区和小涡旋区，小涡旋区转速较快吸引大涡漩区水流，然后又在散热翅的导流下冲击被吸引过来的水流产生撞击，震动涡旋，小涡旋区围绕大涡漩区自转并交换热量，可以有效的避免水在管道附近产生稳定的热流区域，极大的促进了换热水内部热量的交换，提高了换热的效率。
(3)本发明通过设置第一散热翅和第二散热翅，一方面第一散热翅和第二散热翅可以集中换热外管内部被换热液体的热量，方便外部循环水将热量带走，另一方面可以产生独特的涡旋区域，促使热量高效快速的交换。
(4)本发明根据现有的换热器存在的水流流速差异的问题，设计出特殊的结构产生特殊的涡旋区域，并对管道内部进行不规则的震动产生震动波，内外结合促进热量交换，从而有效的解决了一般的换热器在使用的时候，受到管道排列的影响，稠密的管道外部容易形成较多的隔热水层，影响到换热效率，稀疏的管道影响到换热水资源的使用效率，且管道内部流速也会影响换热的效果的问题。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明换热器壳体结构剖视图；
图3为本发明大涡漩区结构俯视图；
图4为本发明图3中A处结构放大图；
图5为本发明吸热内管结构剖视图；
图6为本发明图5中B处结构放大图。
其中，1换热器壳体、2集水箱、3冷水管、4热水管、5上部空心体、6下部空心体、7群管机构、71换热外管、72吸热内管、73集气管、74自膨胀囊、75撞击体、76震动杆、77锥形通管、78流体通道、79单项导气阀、710爆气口、711软磁铁、8多涡旋换热机构、81下水管、82第一散热翅、83第二散热翅、84大涡漩区、85小涡旋区、86水流叶片、87支撑杆、88竖杆、9支撑腿、10进液管、11出液管。
具体实施方式
下面将结合本发明的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1-6所示，本发明实施例提供一种基于高密度管道换热用分流式换热器，包括用于进行热量交换的换热器壳体1、用于集热水的集水箱2、用于输入换热冷水的冷水管3、用于输出吸热后热水的热水管4、用于输入被换热的热水的上部空心体5、用于收集被换热后水的下部空心体6、用于流动被吸收热量的群管机构7和用于促进快速换热的多涡旋换热机构8，换热器壳体1的底部固定连接有支撑腿9，换热器壳体1的下表面固定连接有集水箱2，换热器壳体1的上表面固定连接有上部空心体5，集水箱2的下表面固定连接有下部空心体6，冷水管3的一端贯穿并延伸至换热器壳体1的内部，热水管4的一端贯穿并延伸至集水箱2的内部，上部空心体5的表面套接有进液管10，下部空心体6的表面套接有出液管11，群管机构7和多涡旋换热机构8均设置在换热器壳体1的内部。
群管机构7包括若干个换热外管71、吸热内管72、集气管73、若干个自膨胀囊74、若干个撞击体75、震动杆76和锥形通管77，若干个换热外管71等距离分布在换热器壳体1的内部，换热外管71的一端贯穿并延伸至上部空心体5的内部，换热外管71的另一端贯穿并延伸至下部空心体6的内部，吸热内管72设置在换热外管71的内部，吸热内管72与换热外管71同轴，吸热内管72与换热外管71之间设置有流体通道78，吸热内管72的内部固定连接有集气管73，集气管73的一端贯穿吸热内管72、换热器壳体1、集水箱2和下部空心体6并延伸至下部空心体6的底部，集气管73的内部固定安装有单项导气阀79，集气管73的表面设置有若干个自膨胀囊74，自膨胀囊74与集气管73内部连通，自膨胀囊74的表面开设有爆气口710，爆气口710的内壁固定连接有异性相吸的两个软磁铁711，两个软磁体上套接有密封垫，吸热内管72的材料包括弹簧钢，吸热内管72的内部设置有撞击体75，撞击体75的表面固定连接有震动杆76，震动杆76远离撞击体75的一端与吸热内管72的内壁固定连接，撞击体75的表面呈圆弧形状，锥形管的一端与吸热内管72的表面套接，锥形通管77的另一端贯穿并延伸至换热外管71的外表面，锥形通管77的材料包括不锈钢金属管，锥形通管77将换热器壳体1的内部与吸热内管72内部连通，锥形通管77的表面呈三棱锥形状。
多涡旋换热机构8包括若干个下水管81、第一散热翅82、第二散热翅83、大涡漩区84、小涡旋区85和水流叶片86，换热器壳体1的内底壁套接有若干个下水管81，所有下水管81的底部均贯穿并延伸至集水箱2的内部，每一个下水管81的内壁均固定连接有支撑杆87，支撑杆87的表面固定连接有竖杆88，竖杆88的表面设置有轴承，轴承的外圈固定连接有水流叶片86，每一个换热外管71的表面均固定连接有若干个第一散热翅82，每一个换热外管71的表面均固定连接有若干个第二散热翅83，第一散热翅82的表面和第二散热翅83的表面均呈弧形状，每四个相邻的换热外管71之间的第一散热翅82和第二散热翅83之间形成有一个大涡漩区84和四个小涡旋区85，下水管81位于大涡漩区84的下方，四个小涡旋区85在大涡漩区84的四周分布，冷水管3位于换热器壳体1内部的一端位于第一散热翅82和第二散热翅83的上方，同一个换热外管71上的第一散热翅82和第二散热翅83之间交错分布。
使用时，将需要被换热的液体通过进液管10进入到上部空心体5的内部，然后分布到各个换热外管71内部的流体通道78内流动，大量的热量集中到第一散热翅82和第二散热翅83上，然后进入到下部空心体6内通过出液管11流出去，与此同时，将冷水通过冷水管3进入到换热器壳体1的内部，冷水通过锥形通管77进入到吸热内管72的内部，在换热器壳体1内部的冷水通过各个下水管81流入到集水箱2的内部，冷水在经过水流叶片86的时候会带动水流叶片86旋转，冷水在带走第一散热翅82和第二散热翅83热量的同时，在水流叶片86的旋转以及各个第一散热翅82和第二散热翅83的作用下产生多个大涡漩区84和小涡旋区85，每一个大涡漩区84的四周都有四个小涡旋区85，大涡漩区84和小涡旋区85内部的涡旋转速不同，小涡旋区85内部产生的吸引力吸引大涡漩区84内部的水流，于此同时小涡旋区85内部的部分水流在第一散热翅82弧面的导流下冲击到被吸引来的水，两个区域的水产生冲击震动，破坏涡旋的稳定性，避免产生稳定的热流层，促进各个涡旋内外热量的交换，在吸热内管72内部的水在收热量的同时会促使自膨胀囊74内部气体膨胀，当自膨胀囊74内部气体膨胀到一定程度会突破爆气口710，气体冲出后，软磁铁711立即再次闭合爆气口710，气体在水中上升冲击撞击体75，撞击体75震动并通过各个震动杆76震动吸热内管72，吸热内管72外部产生的震动促使被换热的液体内部震动，促进热量的交换。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

Claims (7)

1.一种基于高密度管道换热用分流式换热器，包括用于进行热量交换的换热器壳体(1)、用于集热水的集水箱(2)、用于输入换热冷水的冷水管(3)、用于输出吸热后热水的热水管(4)、用于输入被换热的热水的上部空心体(5)、用于收集被换热后水的下部空心体(6)、用于流动被吸收热量的群管机构(7)和用于促进快速换热的多涡旋换热机构(8)，其特征在于：所述换热器壳体(1)的底部固定连接有支撑腿(9)，所述换热器壳体(1)的下表面固定连接有集水箱(2)，所述换热器壳体(1)的上表面固定连接有上部空心体(5)，所述集水箱(2)的下表面固定连接有下部空心体(6)，所述冷水管(3)的一端贯穿并延伸至换热器壳体(1)的内部，所述热水管(4)的一端贯穿并延伸至集水箱(2)的内部，所述上部空心体(5)的表面套接有进液管(10)，所述下部空心体(6)的表面套接有出液管(11)，所述群管机构(7)和多涡旋换热机构(8)均设置在换热器壳体(1)的内部。
2.根据权利要求1所述的一种基于高密度管道换热用分流式换热器，其特征在于：所述群管机构(7)包括若干个换热外管(71)、吸热内管(72)、集气管(73)、若干个自膨胀囊(74)、若干个撞击体(75)、震动杆(76)和锥形通管(77)，若干个所述换热外管(71)等距离分布在换热器壳体(1)的内部，所述换热外管(71)的一端贯穿并延伸至上部空心体(5)的内部，所述换热外管(71)的另一端贯穿并延伸至下部空心体(6)的内部，所述吸热内管(72)设置在换热外管(71)的内部，所述吸热内管(72)与换热外管(71)同轴，所述吸热内管(72)与换热外管(71)之间设置有流体通道(78)。
3.根据权利要求2所述的一种基于高密度管道换热用分流式换热器，其特征在于：所述吸热内管(72)的内部固定连接有集气管(73)，所述集气管(73)的一端贯穿吸热内管(72)、换热器壳体(1)、集水箱(2)和下部空心体(6)并延伸至下部空心体(6)的底部，所述集气管(73)的内部固定安装有单项导气阀(79)，所述集气管(73)的表面设置有若干个自膨胀囊(74)，所述自膨胀囊(74)与集气管(73)内部连通，所述自膨胀囊(74)的表面开设有爆气口(710)，所述爆气口(710)的内壁固定连接有异性相吸的两个软磁铁(711)，两个所述软磁体上套接有密封垫，所述吸热内管(72)的材料包括弹簧钢，所述吸热内管(72)的内部设置有撞击体(75)，所述撞击体(75)的表面固定连接有震动杆(76)，所述震动杆(76)远离撞击体(75)的一端与吸热内管(72)的内壁固定连接，所述撞击体(75)的表面呈圆弧形状。
4.根据权利要求3所述的一种基于高密度管道换热用分流式换热器，其特征在于：所述锥形管的一端与吸热内管(72)的表面套接，所述锥形通管(77)的另一端贯穿并延伸至换热外管(71)的外表面，所述锥形通管(77)的材料包括不锈钢金属管，所述锥形通管(77)将换热器壳体(1)的内部与吸热内管(72)内部连通，所述锥形通管(77)的表面呈三棱锥形状。
5.根据权利要求4所述的一种基于高密度管道换热用分流式换热器，其特征在于：所述多涡旋换热机构(8)包括若干个下水管(81)、第一散热翅(82)、第二散热翅(83)、大涡漩区(84)、小涡旋区(85)和水流叶片(86)，所述换热器壳体(1)的内底壁套接有若干个下水管(81)，所有所述下水管(81)的底部均贯穿并延伸至集水箱(2)的内部，每一个所述下水管(81)的内壁均固定连接有支撑杆(87)，所述支撑杆(87)的表面固定连接有竖杆(88)，所述竖杆(88)的表面设置有轴承，轴承的外圈固定连接有水流叶片(86)。
6.根据权利要求5所述的一种基于高密度管道换热用分流式换热器，其特征在于：每一个所述换热外管(71)的表面均固定连接有若干个第一散热翅(82)，每一个所述换热外管(71)的表面均固定连接有若干个第二散热翅(83)，所述第一散热翅(82)的表面和第二散热翅(83)的表面均呈弧形状，每四个相邻的换热外管(71)之间的第一散热翅(82)和第二散热翅(83)之间形成有一个大涡漩区(84)和四个小涡旋区(85)，所述下水管(81)位于大涡漩区(84)的下方，四个所述小涡旋区(85)在大涡漩区(84)的四周分布。
7.根据权利要求6所述的一种基于高密度管道换热用分流式换热器，其特征在于：所述冷水管(3)位于换热器壳体(1)内部的一端位于第一散热翅(82)和第二散热翅(83)的上方，同一个所述换热外管(71)上的第一散热翅(82)和第二散热翅(83)之间交错分布。
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