CN1125318A - 热交换器 - Google Patents

Abstract

一种热交换器，可提高两流体间热交换的热效率，流体路径加长，从而增大了热交换器与流体之间的接触面并使整个热交换器可做得更紧凑。该热交换器用第一和第二传热件结合而成，它们分别包括较大和较小直径圆盘，圆盘上有小室，小室前部开口并互相连通，从而使流体在流动过程中冲击、散开并弯弯曲曲地流动。

Description

热交换器

本发明涉及可提高高温流体和低温流体之间热交换效率且体积减小的热交换器。

迄今已知有多种这类热交换器。例如，第一种为多管型热交换器，该种热交换器是在一圆柱形容器中放置若干管子，圆柱形容器和管子中的两流体之间进行热交换；第二种为蛇管型热交换器，该种热交换器是由绕成螺旋状的管子或螺管或直管、弯管交替而成管子构成的一蛇管放置并浸没在一容器中，管内和容器内的两流体之间进行热交换；第三种为螺管型热交换器，该种热交换器包括两平行平板，它们卷成螺旋状并放置在一密封圆筒中，两流体边旋流边进行热交换；第四种为板型热交换器，它由互相叠合并连接的薄波纹板构成，两流体可交替地流到形成在波纹板空间之间的小室中；第五种为叶片型热交换器，该种热交换器是在一圆管的外壁上设有许多十片。

但是，在所有上述热交换器中，热交换在管子、板或叶片与流动流体的表面层之间进行，因此流体在流动时其温度分布是不均匀的，并且不与热交换表面接触的流体的数量很大，因此热效率很低。此外，由于传导率只决定了管子、波纹板、叶片的热交换面积，因此这类热交换器的缺点是，为了提高导热率和热效率，就必须增加管子数量或增大波纹板的面积。

因此本发明的一个目的是提供这样一种热交换器，它使两流体沿径向并向心流动冲击、散开并弯弯曲曲地行进，并且使流动路径呈锯齿形而加长流动路径，从而使接触面增加，因此两流体之间的热导率得以提高，从而整个热交换器的体积可减小。另一个目的是提供一种热交换器，它可以只包括一个热交换件，也可以由多个热交换件连续连接而成，并在热交换时可减少热能损耗。

鉴于现有热交换器的问题是只依靠加大热交换面积来提高热导率，因此本发明的一个目的是提供一种热交换器，它由第一和第二传热件组合而成，它们分别包括较大和较小直径的两圆盘，圆盘上设有小室，小室前部开口，流体在小室中冲击、散开并弯弯曲曲地流动从而提高热导率，并且加长了流动路径从而可使整个热交换器做得更小。

由第一和第二传热件构成的热交换器插入在一壳体中，高温流体和低温流体可分别在第一和第二热交换件中流动。

第一传热件包括两对同心的较大直径圆盘和较小直径圆盘，每一圆盘上有许多多边形小室，小室的前部开口，每一对中的较大直径圆盘和较小直径圆盘面对面连接，其中，较大直径圆盘的小室和较小直径圆盘的小室互相错开放置，从而互相连通，并且，较大和较小直径圆盘的中心分别有直径不等的穿孔。

与第一传热件一样，第二传热件包括两对同心的较大直径圆盘和较小直径圆盘，其中，其中心处有管子连接孔的两较小直径圆盘背靠背地互相同心地连接，位于所述第二传热件两边的两个所述较大直径圆盘的圆周之间的一盖板在所述盖板与所述较小直径圆盘的圆周之间形成一流体通道，该管子连接孔的直径小于第一传热件的较大直径圆盘的穿孔。

第二传热件位于热交换件的中央，第一传热件的较小直径圆盘的后表面与第二传热件的较大直径圆盘的后表面同心地连接。

当热交换件插入壳体中而使第一传热件的较大直径圆盘的圆周紧密接触壳体的内圆周从而在盖板与壳体内周之间形成一流体通道时，与连接孔连接而供流体流进或流出第二传热件的第二进口管和出口管分别穿过第一传热件的较小和较大直径圆盘的穿孔。

第二传热件的两较小直径圆盘的互相连接的表面中的一个下凹，另一个凸出，从而互相紧密接触；热交换器中第二传热件的较大直径圆盘的后表面与第一传热件的较小直径圆盘的后表面连接，这两个后表面的的一个下凹、另一个凸出，从而互相紧密接触。

第二传热件的两较小直径圆盘可做成为一块较小直径圆盘；热交换器中互相连接的第二传热件的较大直径圆盘和第一传热件的较小直径圆盘也可制成一体。

以下结合附图对本发明进行详细描述。

图1为本发明第一实施例的热交换器的剖面图；

图2为构成第一传热件的较大直径圆盘的透视图；

图3为构成第一传热件的较小直径圆盘的透视图；

图4为构成第二传热件的较大直径圆盘的透视图；

图5为构成第二传热件的较小直径圆盘的透视图；

图6为热交换器一主要部分的剖面图；

图7为热交换器一主要部分的剖面图；

图8为本发明第二实施例的热交换器一主要部分的剖面图；

图9为本发明第二实施例的热交换器一主要部分的剖面图；

图10为本发明第三实施例的热交换器一主要部分的剖面图；

图11为使用多个热交换件的热交换器的剖面图。

下面结合图1到图7说明本发明第一实施例。

标记1表示一热交换器，它由单个热交换件4或多个互相连接的热交换件4构成，从而使高温和低温两流体之间进行热交换。该热交换件4包括供两流体中的一流体流过的第一传热件2和供两流体中另一流体流过的第二传热件3。

事实上，由于第一传热件2和第二传热件3用作热交换，因此它们最好用高导热率的金属制成。

首先，第一传热件2包括由两个圆盘，即较大直径圆盘6和较小直径圆盘7组成的一对圆盘，它们同心地成对，并水密地互相紧密接触。互相面对的较大直径圆盘6和较小直径圆盘7的前表面上设有多边形小室5、5a…，小室的前部开口。

如图1所示，较大直径圆盘6与较小直径圆盘7的小室5，5a…位置错开，从而互相连通。

在第一实施例中，从其平面图可看到，小室5，5a…为六边形，许许多多小室构成蜂窝状。但是小室5，5a…不限于六边形，也可以是三角形、方形、八边形等等，不过其作用不变。

每一较大直径圆盘6的中心有一较大直径穿孔8；每一较小直径圆盘7的中心有一较小直径穿孔9。

如图1、图4、图5和图6所示，第二传热件3包括一对位于传热件3两边的较大直径圆盘6a和位于传热件3中央处的较小直径圆盘7a，它们的直径分别小于第一传热件2的较大直径圆盘6和较小直径圆盘7，其中，两较小直径圆盘7a的背面互相同心靠置并水密地紧密接触，并且，两较大直径圆盘6a圆周前部之间有盖板10。而且，盖板10的内圆周面与较小直径圆盘7a的圆周面之间形成流体通道11。

在第一实施例中，虽然盖板10与两个较大直径圆盘6a分开制造，但它们也可连成一体地制成在一个较大直径圆盘6a或两个较大直径圆盘6a的圆周上，从而突起在其外圆周上或突起在其前表面上。在这种情况下，盖板10的突起尺寸当然减小了。

较大直径圆盘6a的中心有管子连接孔12，其直径小于较大直径圆盘6的穿孔8。

最好在一较小直径圆盘7a的背面上形成凸起部而在另一较小直径圆盘7a的背面上形成下凹部，从而这些下凹和凸起部交替地互相紧密接触，以便提高热效率。

虽然第一实施例中使用了两个较小直径圆盘7a，但也可使用前后表面上都有小室5，5a…的单个较小直径圆盘7a，以使单个较小直径圆盘7a两表面上的热效率损耗都降低。

由于两较大直径圆盘6a用螺丝14连接，因此第二传热件3可被整个拆下。

在热交换件4中，第二传热件3位于热交换件4的中央，而第一传热件2与第二传热件3这样连接，第一传热件2的较小直径圆盘7的背面与第二传热件3的较大直径圆盘6a的背面紧密接触。

进口管15和出口管16在两边水密地连接到第二传热件3的两较大直径圆盘6a上的管子连接孔12上，从而高温和低温流体之一可流入第二进口管15并从第二出口管16流出。第二进口管15和出口管16穿过第一传热件2的较小和较大直径圆盘7和6上的穿孔8和9并伸出在第一传热件之外。第一进口管17和第一出口管18在两边水密地连接到第一传热件2的较大直径圆盘6的穿孔8上，以供两流体中的另一流体流入第一进口管17并从第一出口管18流出；第一进口管17和第一出口管18插入在壳体19的管子进口23和管子出口24中。

第二进口管15和第二出口管16与管子连接孔12水密地连接，同样，它们水密地穿过较小直径圆盘7的穿孔9。

如此结构的热交换件4插入壳体19的圆柱形空心中，较大直径圆盘6的圆周面水密地紧密接触壳体19的内圆周面，从而在第二传热件3的盖板10的外圆周面与壳体19的内圆周面之间形成流体通道20。

壳体19的内圆周面与较大直径圆盘6的圆周面之间可装一O形环之类的密封件(未画出)。

把热交换件4插入壳体19中而形成的流体通道20并不只限于第一实施例所示那一种。例如，如图10所示，如果第一传热件2的较大直径圆盘6的直径与第二传热件3的较大直径圆盘6a的直径相同，第二传热件3的盖板10的外圆周面就会紧密接触壳体19的内圆周面，因此可加大或下凹壳体在与盖板10对应部位的内圆周而形成流体通道20。

最好在第二传热件3的较大直径圆盘6a和第一传热件2的较小直径圆盘7之一的背面上形成下凹部，而在另一个的背面上形成凸起部，从而第二传热件3的较大直径圆盘6a和第一传热件2的较小直径圆盘7a在这些部位上紧密接触，以此降低热效率损耗。

虽然第二传热件3的较大直径圆盘6a与第一传热件2的较小直径圆盘7分开制造，但也可制成一单个部件，其前后表面分别做出小室，从而降低这些部位的热效率损耗。

壳体19两端上有突缘21，它们突出在壳体19两端开口处的圆周上；22为可拆卸地安装到两突缘21上的两盖，两盖22上分别开有管子入口23和管子出口24。

在第二实施例中，如图8和图9所示，小室5，5a…底面中央处做有突起25，其高度低于小室5、5a…的上部表面的高度，但在第一传热件2的较大和较小直径圆盘6和7的中央和第二传热件3的较大和较小圆盘6a和7a的中央的小室5、5a…中并无此种突起。所形成的这些突起25的大小向着第一和第二传热件2和3的较大和较小直径圆盘6、6a和7、7a的中心逐渐变小，从而必定使流体的流动产生紊流。

在第一实施例中，热交换器仅由单个热交换件构成，但也可如图11所示，可把多个热交换件互相连接而串联地装进壳体19中而构成一热交换器。

下面说明本发明热交换器的工作情况。当高温和低温两流体用适当压力输送装置从第一进口管17和第二进口管15分别送入第一传热件2和第二传热件3时，一部分流体通过穿孔8到达第一传热件2的内部并中击到较小直径圆盘7的小室5、5a…的底面上，从而其流程受干扰而其流动方向改变。此外，一部分流体冲击到小室5、5a…的侧壁上，从而阻止它笔直流动而其流动方向改变，然后它流过互相连通的各小室5、5a…，一边沿径向从中央部位向外流动，一边冲击、散开并弯弯曲曲行进。

流过第一传热件2之一的流体流到形成在壳体19内圆周面与第二传热件3的盖板10之间的流体通道20，然后从第一传热件的外侧流入第一传热件2的另一边小室5、5a…，从而重又冲击、散开和弯弯曲曲行进并从外向里流到第一传热件2中央，最好从第一出口管18排出。

同样，另一流体从管子连接孔12流到第二传热件3内部后如上述那样地冲击、散开并弯弯曲曲地沿径向从第二传热件3的中央部位向外流经各小室5、5a…。另一方面，流过第二传热件3之一的该流体流过形成在盖板10与较小直径圆盘7a的圆周之间的流体通道11后从其外侧进入第二传热件3的另一边小室5、5a…，从而又是中击、散开、弯弯曲曲地从外向着第二传热件3的中央流动，最后从第二出口管16排出。

如上所述，由于流体在流经第一和第二传热件2和3的较大直径和较小直径圆盘6、6a和7、7a时反复冲击、散开和弯弯曲曲行进，因此整个高温流体的热能可顺当传导，从而热能被较大和较小直径圆盘6和7急剧吸收。另一方面，对于低温流体来说，由于第一传热件2的较大和较小直径圆盘6和7紧靠在第二传热件3的较大和较小直径圆盘6a和7a上，因此热能就从前者传到后者上。由于热从较大和较小直径圆盘6a和7a顺当地传到整个低温流体上，因此传到第二传热件3的较大和较小圆盘6a和7a的热能被低温流体急剧吸收，这样就完成了传热。

由于本热交换器包括一圆环形壳体19、一插入在壳体19中的热交换件4；该热交换件包括分别供高温低温两流体流过的第一和第二传热件2和3；第一传热件2包括两对同心的较大和较小直径圆盘6和7，每一圆盘上有许多多边形小室5、5a…，小室的前部开口，每一对的较大和较小直径圆盘6和7面对面连接，较大直径圆盘6的小室5、5a…与较小直径圆盘7的小室5、5a…的位置互相错开，因此它们互相连通；较大和较小直径圆盘6和7的中心分别有穿孔8和9，穿孔9的直径比穿孔8小；从穿孔8流入的流体冲击到较小直径圆盘7的小室5、5a…的底面和侧壁上，其流程受到干扰从而其流动方向改变，然后它反复沿径向并向心地冲击、散开并弯弯曲曲地流过各互相连通的小室5、5a…，因此与流体只接触并流经管子内外表面的热交换器比较，流体的热能可有效地从整个流体传给较大和较小直径圆盘6和7。因此，流体在流动时的温度分布均匀，从而流体可在温度分布始终保持不变的情况下流动，从而不与传热面接触的流体量减少，因此，与现有热交换器比较，热效率大为提高。此外，聚焦和散开流动流体的连续路径为锯齿形，这就加长了流体路径，从而增大了流体接触面。而且，此连续路径与壳体19的轴向以直角相交，壳体19的长度可减小，从而可把整个热交换器做得更紧凑。

由于传热件3包括两对同心的较大和较小直径圆盘6a和7a，每一圆盘上有许多多边形小室5、5a…，小室的前部开口，每对较大和较小直径圆盘6a和7a面对面互相连接；较大直径圆盘6a和较小直径圆盘7a上的小室5、5a…的位置互相错开从而彼此连通；两较小直径圆盘7a背对背互相同心地连接，连接孔12的直径小于第一传热件2的较大直径圆盘6的穿孔8的直径；位于第二传热件3两边的较大直径圆盘6a的圆周之间有一盖板从而在盖板10与较小直径圆盘7a之间形成一流体通道11，传到较大和较小直径圆盘6a和7a上的热能可有效地传给在第二传热件3中流动的流体，从而与现有热交换器比较，结合上段所述效应，热交换器1的总的热效率大为提高。

此外，由于第二传热件3位于热交换件4的中央而第一传热件2的较小直径圆盘7的后表面与第二传热件3的较大直径圆盘6a的后表面同心地连接，从而构成热交换件4，因此视流体路径的长短不同，热交换器可以由单个热交换件4构成，也可以由多个热交换件4连接而成。而且，由于热交换件4插入在壳体19中，第一传热件2的较大直径圆盘6的圆周面与壳体19的内圆周面紧密接触而形成流体通道20，较大直径圆盘6、6a和较小直径圆盘7、7a在第一和第二传热件之间相互直接连接，从而提高了热量的传导；由于在流体通道20中流动的流体与盖板10接触，因此第二传热件3与第一传热件2之间的热效率损耗可降低。

由于连接到连接孔12上、供高温和低温流体之一流进或流出第二传热件3的第二进出口管15和16分别穿过第一传热件2的较小和较大直径圆盘7和6的穿孔8和9，因此高温和低温流体可流进第一传热件2和第二传热件3，两流体的方向可相同也可相反。此外，当连续连接多个热交换件4时，第二进出口管15和16可用作连接两个第二传热件3的连接，而可用通孔8连接两个第一传热件2，从而很方便地连续连接多个热交换件4。

此外，由于第二传热件3的两较小直径圆盘7a互相连接的表面中的一个下凹，另一个凸起，从而互相紧密接触；并且热交换器中第二传热件3的较大直径圆盘6a与第一传热件2的较小直径圆7相互连接的两后表面中的一个下凹，另一个凸起，从而互相紧密接触；因此较大直径圆盘6和6a与较小直径圆盘7和7a之间的传热面增大，从而热交换件4中第二传热件3的两个较小直径圆盘7a之间以及较大直径圆盘6a与较小直径圆盘7之间的热效率提高，进而提高了整个热交换器1的热效率。

由于第二传热件的两个较小直径圆盘7a可做成单个较小直径圆盘，且热交换器中每对互相连接的第二传热件3的较大直径圆盘6a和第一传热件2的较小直径圆盘7可做成单个圆盘，因此第二传热件3两较小直径圆盘7a之间以及较大直径圆盘6a与较小直径圆盘7之间的热效率损耗可减小，从而实际上显著提高整个热交换器1的热效率。

Claims (5)

1、一种热交换器，包括一圆柱形壳体、一插入所述壳体中的热交换件，所述热交换件由分别供高温和低温两流体流过的第一和第二传热件构成；

所述第一传热件包括两对同心的较大和较小直径圆盘，每一圆盘上有许多多边形小室，小室的前部开口，每对所述较大直径圆盘和较小直径圆盘面对面互相连接，其中，所述较大直径圆盘的所述小室与所述较小直径圆盘的所述小室位置互相错开，从而互相连通，并且，所述较大和较小直径圆盘的中心各有一穿孔，所述较小直径圆盘的所述穿孔的直径小于所述较大圆盘的所述穿孔的直径。

所述第二传热件包括两对同心的较大和较小直径圆盘，每一圆盘上有许多多边形小室，小室的前部开口，每对所述较大和较小直径圆盘面对面互相连接，其中，所述较大直径圆盘的所述小室与所述较小直径圆盘的所述小室位置相互错开，从而互相连通，并且，其中心具有管子连接孔的所述两较小直径圆盘背对背互相同心地连接，所述连接孔的直径比所述第一传热件的所述较大直径圆盘的所述穿孔的直径小；

位于所述第二传热件两边的所述较大直径圆盘的圆周之间有一盖板，从而在所述盖板与所述较小直径圆盘的圆周面之间形成一流体通道；其中

所述第二传热件位于所述热交换件的中央部位，所述第一传热件的所述较小直径圆盘的后表面与所述第二传热件的所述较大直径圆盘的后表面同心地连接，从而形成所述热交换件，所述热交换件插入所述壳体中而使所述热交换件的所述较大直径圆盘的所述圆周面紧密接触所述壳体的内圆周面从而在所述盖板与所述壳体的内圆周面之间形成一流体通道；并且

与所述连接孔连接、供所述高温和低温流体之一流入或流出所述第二传热件的第二进口管和出口管分别穿过所述第一传热件的所述较小和较大直径圆盘的穿孔。

2、按权利要求1所述的热交换器，其中，所述第二传热件的所述两较小直径圆盘的相互连接的所述表面中的一个下凹，另一个凸起，从而互相紧密接触。

3、按权利要求1所述的热交换器，其中，所述第二传热件的所述两较小直径圆盘可代之以单个较小直径圆盘，其前面和后面上都形成许多多边形小室。

4、按权利要求1所述的热交换器，其中，所述热交换器中的所述第二传热件的所述较大直径圆盘与所述第一传热件的所述较小直径圆盘相互连接的表面中的一个下凹，另一个凸起，从而相互紧密接触。

5、按权利要求1所述的热交换器，其中，所述热交换器中互相连接的每对所述第二传热件的所述较大直径圆盘和所述第一传热件的所述较小直径圆盘可代之以单一圆盘，该圆盘的前面和后面上都有许多多边形小室。

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