主動式熱交換以及其應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及熱交換器，使熱交換器增加熱交換能力和方式、減小體積、形狀的多樣化以及增加其應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，如空調(diào)、冰箱、冷藏等的熱交換系統(tǒng)是直接將很高和很低的熱源劑(制冷、熱劑)、輸送到包括安裝在室內(nèi)的蒸發(fā)器和冷凝器的換熱器進(jìn)行熱交換，而蒸發(fā)器和冷凝器為S脹管加散熱翅片結(jié)構(gòu)，翅片與蒸發(fā)器的管道接觸面積小，翅片距離管道較遠(yuǎn)處與管道溫差大，在流體流動方向上翅片平直，使流體更多以平衡于翅片流動，傳熱能力弱，接頭多、體積大、換熱能力弱的方形，同時也限制了其外觀設(shè)計(jì)范圍，增加制冷劑的使用量和泄漏故障；在如發(fā)動機(jī)的固定形狀的熱源中，做功鋼筒外面的散熱是一個傳熱劑(水)靠冷熱的密度變化自循環(huán)體積，其熱交換能力弱、占用體積大以及重量大的缺點(diǎn)；在現(xiàn)有蒸發(fā)耗水的散熱器中也同樣存在體積大、熱交換能力弱以及噪聲大的缺點(diǎn)。提高蒸發(fā)或熱交換主動性促使效率的增加、減小熱交換器的體積和增強(qiáng)高正負(fù)壓的密封性以及使其外觀的多樣化是一個重要的課題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明解決技術(shù)方案的目的是提高蒸發(fā)或熱交換能力、熱交換器的體積和密封性以及使其外觀的多樣化。
[0004]本發(fā)明要解決技術(shù)問題的方案是:因?yàn)閭鳠釀?如發(fā)動機(jī)鋼筒外的水將熱能傳到散熱水箱)、熱源劑(如空調(diào)內(nèi)的R22或R407C等)、散熱劑(如冷凝器、蒸發(fā)器或散熱水箱外的空氣)作為流體在流道、傳熱介質(zhì)或熱源表面流動時，其蒸發(fā)或熱傳遞的效率與流體對表面的沖擊量、沖擊面積、之間溫差、流體間熱交換速度成正比，將傳熱劑、熱源劑、散熱劑與流道、傳熱介質(zhì)或熱源表面組成的體積細(xì)化，在傳熱介質(zhì)或熱源表面加入凹凸體和改變熱交換器的結(jié)構(gòu)，從而提高傳熱劑、熱源劑、散熱劑的低耗功流動速度和使其結(jié)構(gòu)的多樣化，使管道、傳熱介質(zhì)或熱源表面間流動的流體增加對壁面的沖擊量和面積，以及使流體之間滾流而增加流體間和流體與壁面的熱交換，提高效率。
[0005]本發(fā)明的有益之處是提高蒸發(fā)或熱交換效率、減小熱交換器的體積、增強(qiáng)對熱源劑密封性、使其外觀的多樣化以及其應(yīng)用范圍。
【附圖說明】
[0006]
圖1是本發(fā)明體積和表面細(xì)化的基本結(jié)構(gòu)原理圖。
[0007]圖2是以空調(diào)為實(shí)施例的熱交換結(jié)構(gòu)原理圖。
[0008]圖3是以發(fā)動機(jī)鋼筒為實(shí)施例的熱交換結(jié)構(gòu)原理圖。
[0009]圖4是以發(fā)動機(jī)鋼筒端面為實(shí)施例的熱交換結(jié)構(gòu)原理圖。
[0010]圖5是旋繞式蒸發(fā)器實(shí)施例圖。
[0011]圖6管內(nèi)增效熱交換器實(shí)施例圖。
[0012]圖7是管狀熱源加散熱翅片的熱交換器實(shí)施例圖。
[0013]圖8是旋轉(zhuǎn)式熱交換器實(shí)施例圖。
具體實(shí)施例
[0014]在圖1中，1-1的(1) 一個熱交換器體積徑向細(xì)分的徑向截面，包括餅狀旋繞(31)的軸向分層細(xì)分和筒狀旋繞(32)的徑向分層，具體的截形狀不限，這里圖中的實(shí)施例形狀為圓形，其彎曲半徑較大，有利于在流速和密度高的流體中應(yīng)用，當(dāng)流體流速小或密度低時，流道或管道有某處彎曲半徑小對流體流動的功率損耗不大，熱交換器體積細(xì)分旋繞形成的徑向截面形狀不限；右邊是如圖5中的(59)或(520)以軸向筒狀兩種相互熱交換的流體管道間隔旋繞對熱交換器體積細(xì)分，其是內(nèi)部可以有散熱的凹凸或翅片(如16、18、19、2U22或24)增加流體對管道或熱交換介質(zhì)表面的沖擊量(沖擊量是單位面積時間內(nèi)流體流到再流出熱交換體表面進(jìn)行熱交換的分子數(shù)量)和沖擊面積，小管道如(3、8、11、12)外部可與圓狀(13)或方形(2、4、5)的管形(內(nèi)有傳熱劑或熱源劑)配合進(jìn)行熱交換，兩不同管道的筒狀相旋繞會受熱脹冷縮變形不等量的影響，可以如方形管道(5)與方形管道或(11)與圓形管道的相配合面相對于軸線平行線的角度較大、(2與3)以管道壁的彈性配合、(26)是其中一種低壓流道在圓周彈性或可拉伸連接，使兩相旋繞管道在熱脹冷縮時有良好接觸；(6、4、11、12、28、30 )是如圖5的(58 )經(jīng)徑向餅狀旋繞對熱交換器體積細(xì)分，其內(nèi)部的散熱凹凸或翅片和與外部的配合如(2)—樣，但其軸向可裝配有彈性體(7)，在各管或流道熱脹冷縮時可軸向伸縮保持緊密接觸進(jìn)行熱交換；(4、5、28之間或11與13)是散熱劑或傳熱劑的管道與傳熱劑或熱源劑管道傾斜配合(配合面較大的傾斜角&是在不同的管道溫度的變化不同熱脹冷縮時有利于一端或兩端管道可軸向移動伸縮又保持各管道較為緊貼，傾斜角札與軸向線夾角越大越有利)進(jìn)行熱交換，中間每一截面的散熱劑或傳熱劑的管道、傳熱劑或熱源劑管道都有四個周圍的面與四條傳熱劑或熱源劑管道、散熱劑或傳熱劑的管道緊貼熱交換，(13)是圓管道與圓(29)或方管道(11、30)的配合接觸面積略小，(4,5)是方管道與方管道的配合，應(yīng)使不同流體管道的配合接觸面增大，減小兩種管道之間的溫差，也可以加有彈性力(7)軸向伸縮緊貼配合；(5)是如圖6中為管中管或管中翅片配合，即是管內(nèi)的小管的流體與在外的大管內(nèi)的流體通過小管隔離進(jìn)行熱交換，小管道或小管道與大管道間可加入翅片或變形扭曲(如圖6)，增加小管道與兩管間流體的熱交換能力；(8)是在截面中管道或管道加翅片將熱交換器體積一字排列細(xì)分，使管外流道(10)作S形流動；(9)是除了外接管道的密封殼，其中(8)是內(nèi)可以有翅片(如圖6的62)，可管道內(nèi)流體向翅片熱交換、增加管內(nèi)的傳熱劑或熱源劑向管壁熱量傳遞面積和控制流體流動方向增加對翅片、管壁的沖擊量，圖中流道截面積小的管道可承受較大壓力，一般作高壓流體(如制冷劑)流動；流道截面積較大的管道可承受壓力較小一般作散熱劑或傳熱劑流動，流道內(nèi)與流道外或相鄰流道間不需要絕對密封，只需如外殼(9)除了外接管道使熱交換器整體外表面密封即可；
(31)是一種流體管(流)道的筒狀旋繞狀態(tài)，如圖中(2、3、5、13、29)的截面流道在X方向上疊加螺旋繞成筒狀，流道截面在X方向上的疊加可以是與X成任何角度的直線或弧線排列；
(32)是一種流體管(流)道的餅狀旋繞狀態(tài)，如圖中(12、30、11、6、28)的截面流道在Y方向上疊加旋繞成餅狀，流道截面在Y方向上的疊加可以是與Y成任何角度的直線或弧線排列，即成X方向是軸向、Υ方向是徑向。
[0015]圖1的1-2是強(qiáng)制流體在流道流動時增加流體對流道表面的沖擊量和沖擊面積，
(14)是流體在流道中流動時，使流體在品狀排列障礙作S流動，增加對流道側(cè)表面的沖擊和中間流體與流道表面流體的交換，可以是流道相對兩側(cè)面凸出形成品狀排列，也可以是管道或翅片的品狀排列；(15)是流體在S形的翅片中流動，如圖2的(06)翅片，是在流體流動方向呈波狀，它和(14) 一樣，是使流體在兩個面間波動，增加流體對管道或翅片的沖擊交換量和流體間的交換量；(18、19)是強(qiáng)制流體在流動方向作交叉流動，是流道表面的凸出排列，有利于流體在流道表面凸出體側(cè)表面間沖擊熱交換，可以很大程度地增加流體對固體熱源的沖擊量和面積；17是翅片作之字排列，強(qiáng)制流體以之字角度對翅片表面的沖擊量，在相當(dāng)?shù)臒峤粨Q量中可縮短流體在翅片的流動距離，但流體的流動耗功大，適合如(08)有較密的小翅片排列；(16、21)強(qiáng)制流體在較方形或圓形流道中增加旋轉(zhuǎn)流動；(27)在管狀體的沿管道方向流動中，增加流體的旋轉(zhuǎn)和滾流；流體旋轉(zhuǎn)時會產(chǎn)生離心力對流道表面和迫使其旋轉(zhuǎn)的翅片沖擊和滾流，增加對表面的沖擊量，也旋轉(zhuǎn)流體與在流道方向流動的流體快速交換；斜形翅片(22、24)是流體在兩距離小的面(23、25)中流動時，使流體形成多個旋轉(zhuǎn)循環(huán)流動，增加流體對(23、25)的表面沖擊量和表面與中間流體的交換。
[0016]圖1-3是傳統(tǒng)熱交換器一般流體流動形態(tài)，可以看出流體以較順直的方式流動，流體以經(jīng)過的方式在流道表面流動，不論流道表面是平面或有較整齊的凹凸，在流道表面流動的流體與流道中間的流體交換能力很弱，形成流道表面的流體與流道表面溫差小而使熱交換能力弱，加上對熱交換器體積不細(xì)分或細(xì)分不合理，流體流速小或有流速而耗功率大。
[0017]本發(fā)明要增加熱交換效率，是使流道表面的流體與流道表面溫差盡可能大、距離盡可能小以及增大流體與流道表面接觸面積的更好兼取，這就需要通過細(xì)分熱交換器體積形成低耗功的流體速度，通過對流道形狀和流道表面形狀的合理設(shè)計(jì)，增加流體與流道表面接觸面積，使流道表面的流體與中間流體合理交換，使溫差大的流體及時流到流道表面，溫差小的流體流到中間或另一溫差大的流道表面進(jìn)行熱交換，這就加快某截面全部流體與流道的溫差平衡或?qū)α鞯辣砻娴臒峤粨Q速度。流體對流道表面的沖擊是:熱交換器是流體與流道或翅片表面有一定量的溫差進(jìn)行熱交換，不論傳導(dǎo)、輻射等何種傳熱方式，距離流道表面越近特別能接觸到表面的流體熱交換越快，越容易與流道表面溫度接近并達(dá)到平衡而停止熱交換，流體與流道表面從有距離至距離越遠(yuǎn)熱交換能力會很迅速減弱，這需要中間流體以合理速度流到流道表面以更大的溫差加快熱交換，流道表面流體流到中間和其他流體或另一沒有熱能交換的表面(如從發(fā)動機(jī)鋼筒表面流到流道另一表面)進(jìn)行熱交換，使整個流道截面的流體也相互熱交換而加快速度；相同的流體流速一般熱交換器作為外散熱時(如制冷的冷凝器向大氣散熱以更快散熱為目的)，流體沖擊表面的方向與表面夾角角度較大，有利于溫差大的散熱劑與表面熱交換即是流道表面流體交換速度快，但流體流動耗較大功率；作為有用流體散熱時(如制冷的蒸發(fā)器向室內(nèi)散冷氣以得到一定的氣溫為目的)，流體沖擊表面的方向與表面夾角角度較小，使流體與流道表面有一定時間得到一定溫度，又使流體與表面得到合理速度交換，減小使流體流動功耗。
[0018]圖2是一個制冷(熱)及熱交換的系統(tǒng)，(01)是毛細(xì)管，(02)是S形排列流體管道，(03)是流體為傳熱劑液體或散熱劑氣體(如空氣)的熱交換器，(04)是壓縮機(jī)，(06)是套在S形排列熱交換管上的翅片，(07)是輸送傳熱劑或散熱劑的成型件管道，(08,036)是網(wǎng)狀形熱交換器，(012)是如圖5的(58)餅狀旋繞管道，(014)是如圖5的(59)軸向筒狀旋繞的熱交換器徑向截面，(015)是旋繞細(xì)分的熱交換器軸向截面外殼，(030)是除污器，可用過濾、電離子等方法去除空氣中的塵粒，(034)是冷凝水與空氣分離器，可以使水珠離心沖擊在吸水材料等方法。
[0019]圖2的熱交換器(03)是流體為傳熱劑液體或散熱劑空氣，采用傳熱劑流體時，要注意的因素是:流體與流道或傳熱介質(zhì)的相對化學(xué)和物理的穩(wěn)定性，凝固點(diǎn)和沸騰溫度，單位體積溫度的吸收能量，流動性能，是否有毒害等。在熱交換時(03)的一條管道兩端連接高正或負(fù)壓的制熱、制冷流體，與其配合的是流體為低壓液體流道或管道進(jìn)行熱交換，將液體用管道連接或分支連接到所需位置(如空調(diào)房間、各冰箱壁、冷藏空間)，如需要再熱交換的空間(如空調(diào)房間、冷藏空間)連接散熱器與空氣進(jìn)行熱交換，使該位置的空間空氣得到所需溫度或熱量，液體再用管道連接回到(03)循環(huán)熱交換，其能將制冷(熱)的高正負(fù)壓系統(tǒng)組成一體機(jī)縮短管道長度、減小熱源劑的用量，減小高正負(fù)壓管的接頭增強(qiáng)密封可靠性；液體吸收和攜帶熱量多強(qiáng)，其與高正負(fù)壓管內(nèi)的熱冷源交換能量快，傳遞熱量到散熱裝置的管道(09)流量(管截面積、壓力和流速)小，在普通水管道的基礎(chǔ)上再加管道材料對液體性質(zhì)和溫度的適應(yīng)性以及保溫性能，即其管道、連接、分支、開關(guān)和加入其他控制件的壓力密封要求相同，可以使高正負(fù)壓系統(tǒng)縮小體積整機(jī)一體作為成品，外管道的安裝連接按一般水管的要求即可，降低安裝連接難度、成本和故障率。
[0020]采用散熱劑氣體(如空氣)時，空調(diào)、冷藏、冰箱、供暖等，其可將整個熱交