CN108775828B - 超导换热单元及其装置、系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及热交换技术领域，尤其涉及一种超导换热单元及其装置、系统。该超导换热单元，包括超导单元进水管路、超导单元出水管路和多个换热模块；换热模块包括换热翅片和与换热翅片连接的换热管；换热翅片采用微热管阵列板；每个换热管均连通超导单元进水管路和超导单元出水管路，且多个换热管沿超导单元进水管路的延伸方向依次间隔设置；多个换热翅片沿超导单元进水管路的延伸方向依次间隔设置。该超导换热装置及其系统包括超导换热单元。本发明的目的在于提供超导换热单元及其装置、系统，以解决现有技术中存在的换热效率不高的技术问题。

Description

超导换热单元及其装置、系统

技术领域

本发明涉及热交换技术领域，尤其涉及一种超导换热单元及其装置、系统。

背景技术

换热器又称热交换器，是一种在不同温度的两种或两种以上流体间实现物料之间热量传递的节能设备，是使热量由温度较高的流体传递给温度较低的流体，使流体温度达到流程规定的指标，以满足工艺条件的需要，同时也是提高能源利用率的主要设备之一。换热器行业涉及暖通、压力容器、中水处理设备、化工、石油、钢铁、冶金、电力、船舶、制冷空调、食品、制药等近30多种产业，相互形成产业链条。

换热单元是换热器的重要零部件之一。换热单元的换热性能直接导致换热器换热效率。然而，现有的换热单元的换热效率普遍不高。

因此，本申请针对上述问题提供一种新的超导换热单元及其装置、系统，以提高换热效率。

发明内容

本发明的目的在于提供超导换热单元，以解决现有技术中存在的换热效率不高的技术问题。

本发明的目的还在于提供超导换热装置，以解决现有技术中存在的换热效率不高的技术问题。

本发明的目的还在于提供超导换热系统，以解决现有技术中存在的换热效率不高的技术问题。

基于上述目的，本发明提供的超导换热单元，包括超导单元进水管路、超导单元出水管路和多个换热模块；

所述换热模块包括换热翅片和与所述换热翅片连接的换热管；所述换热翅片采用微热管阵列板；

每个所述换热管均连通所述超导单元进水管路和所述超导单元出水管路，且多个所述换热管沿所述超导单元进水管路的延伸方向依次间隔设置；

多个所述换热翅片沿所述超导单元进水管路的延伸方向依次间隔设置。

本发明的可选技术方案为，所述换热翅片包括第一翅片部和第二翅片部；所述第一翅片部与所述第二翅片部密封连接；

所述第一翅片部与所述第二翅片部之间设置有翅片热管主通道；所述换热管位于所述翅片热管主通道内部。

本发明的可选技术方案为，所述第一翅片部与所述第二翅片部之间设置有多个相互平行的翅片支通道；

所述翅片支通道与所述翅片热管主通道连通，且多个所述翅片支通道沿所述翅片热管主通道的延伸方向依次间隔设置。

本发明的可选技术方案为，所述翅片热管主通道与所述翅片支通道内设置有导热介质；

所述导热介质采用相变材料。

本发明的可选技术方案为，所述换热翅片的一端与所述换热管连接，且多个所述换热翅片设置在多个所述换热管的同一侧；

所述超导单元进水管路平行于所述超导单元出水管路；

多个所述换热翅片平行设置。

基于上述目的，本发明提供的超导换热装置，包括装置进水管路、装置出水管路和多个超导换热单元；

所述装置进水管路与所述超导换热单元的超导单元进水管路连通；

所述装置出水管路与所述超导换热单元的超导单元出水管路连通。

本发明的可选技术方案为，所述超导单元进水管路和所述超导单元出水管路分别与所述装置进水管路固定连接；

所述超导单元进水管路靠近所述装置进水管路的一端与所述装置进水管路连通；

所述超导单元出水管路远离所述装置进水管路的一端与所述装置出水管路连通；

多个所述超导换热单元设置为两组；每组所述超导换热单元包括沿所述装置进水管路的延伸方向依次设置的至少一个所述超导换热单元；

两组所述超导换热单元之间呈夹角，且两组所述超导换热单元对称设置在所述装置进水管路的两侧。

本发明的可选技术方案为，多个所述超导换热单元呈行呈列依次设置。

基于上述目的，本发明提供的超导换热系统，包括塔体和超导换热装置；

所述塔体内固定设置至少一个所述超导换热装置；

所述塔体包括塔体排入端和塔体排出端；壳外流体能够从所述塔体排入端，流经所述超导换热装置的换热翅片间隙，从所述塔体排出端排出。

基于上述目的，本发明提供的超导换热系统，包括风机和超导换热装置；

所述超导换热装置的数量至少为一个；

每个所述超导换热装置的底部对应设置有所述风机；所述风机用于令空气流经所述超导换热装置的换热翅片间隙。

本发明的有益效果：

本发明提供的超导换热单元，包括超导单元进水管路、超导单元出水管路、多个包括换热翅片和换热管的换热模块；超导单元进水管路的管内介质流经换热管再流向超导单元出水管路，通过换热翅片采用微热管阵列板，以使换热管内的管内介质的热能迅速传递给换热翅片；通过多个换热翅片沿超导单元进水管路的延伸方向依次间隔设置，以能够使流经换热翅片之间间隙的管外介质能够将热量传递给换热翅片，也即管内介质与管外介质通过换热翅片进行热量交换，其热交换效率高，解决了现有技术中存在的换热效率不高的技术问题。

本发明提供的超导换热装置和超导换热系统，其装置进水管路的管内介质依次经过超导单元进水管路、换热管和超导单元出水管路，再流向装置出水管路，通过换热管内的管内介质的热能迅速传递给换热翅片，以能够使流经换热翅片之间间隙的管外介质能够将热量传递给换热翅片，也即管内介质与管外介质通过换热翅片进行热量交换，其热交换效率高，解决了现有技术中存在的换热效率不高的技术问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例一提供的超导换热单元的第一角度结构示意图；

图2为本发明实施例一提供的超导换热单元的第二角度结构示意图；

图3为图2所示的超导换热单元的左视图；

图4为本发明实施例一提供的超导换热单元的换热翅片的局部剖视图；

图5为本发明实施例二提供的超导换热装置的第一角度结构示意图；

图6为图5所示的超导换热装置的简化图(图中未示出换热翅片)；

图7为本发明实施例二提供的超导换热装置的第二角度结构示意图；

图8为本发明实施例三提供的超导换热系统的结构示意图；

图9为本发明实施例三提供的超导换热系统的另一结构示意图。

图标：100-超导换热单元；110-超导单元进水管路；120-超导单元出水管路；130-换热模块；131-换热翅片；1311-第一翅片部；1312-第二翅片部；1313-翅片热管主通道；1314-翅片支通道；132-换热管；200-超导换热装置；210-装置进水管路；300-塔体。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例一

参见图1-图4所示，本实施例提供了一种超导换热单元；图1为本实施例提供的超导换热单元的立体图；图2为本实施例提供的超导换热单元的主视图；图3为图2所示的超导换热单元的左视图；为了更加清楚的显示结构，图4为所述超导换热单元的换热翅片的局部剖视图；

本实施例提供的超导换热单元，可用于暖通、压力容器、中水处理设备、化工、石油、钢铁、冶金、电力、船舶、制冷空调、食品、制药等领域；可用于空冷塔、空气预热器、烟气换热器等换热设备，可用于液与液、液与气、气与液等介质的热交换。

参见图1-图4所示，所述超导换热单元包括超导单元进水管路110、超导单元出水管路120和多个换热模块130；

换热模块130包括换热翅片131和与换热翅片131连接的换热管132；换热翅片131采用微热管阵列板；

每个换热管132均连通超导单元进水管路110和超导单元出水管路120，且多个换热管132沿超导单元进水管路110的延伸方向依次间隔设置；也即相邻的换热翅片131之间具有间隙，该间隙可用于流通液体或者气体等介质。

多个换热翅片131沿超导单元进水管路110的延伸方向依次间隔设置。

本实施例中所述超导换热单元，包括超导单元进水管路110、超导单元出水管路120、多个包括换热翅片131和换热管132的换热模块130；超导单元进水管路110的管内介质流经换热管132再流向超导单元出水管路120，通过换热翅片131采用微热管阵列板，以使换热管132内的管内介质的热能迅速传递给换热翅片131；通过多个换热翅片131沿超导单元进水管路110的延伸方向依次间隔设置，以能够使流经换热翅片131之间间隙的管外介质能够将热量传递给换热翅片131，也即管内介质与管外介质通过换热翅片131进行热量交换，其热交换效率高，解决了现有技术中存在的换热效率不高的技术问题。

其中，管内介质可以为液体或者气体，管外介质可以为液体或者气体；管内介质的温度可以比管外介质的温度高，也可以比管外介质的温度低。

需要说明的是，微热管阵列板采用微热管阵列技术，是一种导热能力超强的导热管元件，依靠内部工质流动和相变，使其本身的传热效率比同样材质的最佳导热体高出数千倍。微热管阵列技术是一种微尺度传热传质、相变传热传质级微尺度内高压条件下复杂流动等基础理论及材料与加工、封装工艺等相结合的综合应用技术。

参见图1-图3所示，本实施例的可选方案中，换热翅片131的一端与换热管132连接，且多个换热翅片131设置在多个换热管132的同一侧；以便于超导换热单元模块化设置。

可选地，超导单元进水管路110平行于超导单元出水管路120；以简化超导换热单元的结构，便于超导换热单元模块化设置。

可选地，多个换热翅片131平行设置；以简化超导换热单元的结构，便于超导换热单元模块化设置。

本实施例的可选方案中，换热翅片131可以为单板翅片，换热管132与单板翅片的一端固定连接；换热翅片131还可以为双板翅片，通过采用双板翅片可增加换热翅片131的结构强度。

参见图4所示，可选地，换热翅片131包括第一翅片部1311和第二翅片部1312；第一翅片部1311与第二翅片部1312密封连接；可选地，第一翅片部1311的边缘与第二翅片部1312的边缘密封连接。

第一翅片部1311与第二翅片部1312之间设置有翅片热管主通道1313；换热管132位于翅片热管主通道1313内部。通过第一翅片部1311和第二翅片部1312，以提高换热翅片131的结构强度，通过翅片热管主通道1313以容纳换热管132，以使换热管132更好地固定在第一翅片部1311和第二翅片部1312之间。可选地，翅片热管主通道1313内设置有导热介质；通过导热介质，以提高换热管132与第一翅片部1311、第二翅片部1312之间的换热能力。

可选地，第一翅片部1311与第二翅片部1312之间设置有多个相互平行的翅片支通道1314；通过设置翅片支通道1314，以提高第一翅片部1311与第二翅片部1312的表面积，也即提高流经换热翅片131之间间隙的管外介质与换热翅片131之间的接触面积，以进一步提高换热翅片131的换热能力。

可选地，翅片支通道1314与翅片热管主通道1313连通，且多个翅片支通道1314沿翅片热管主通道1313的延伸方向依次间隔设置。

可选地，翅片支通道1314内设置有导热介质；通过导热介质，以提高第一翅片部1311、第二翅片部1312的换热能力，进而提高换热翅片131的换热效率。

可选地，导热介质例如为导热油、甲醇、乙醇、丙酮、二氧化碳等等。

可选地，导热介质采用相变材料。通过采用相变材料的导热介质，以能够吸收或释放大量的潜热，以进一步提高超导单元进水管路110的管内介质与流经换热翅片131之间间隙的管外介质之间的换热效率。其中，相变材料可以为有机相变材料、无机相变材料或者复合相变材料。

实施例二

实施例二提供了一种超导换热装置，该实施例包括实施例一所述的超导换热单元，实施例一所公开的超导换热单元的技术特征也适用于该实施例，实施例一已公开的超导换热单元的技术特征不再重复描述。

图5和图7为本实施例提供的超导换热装置的两种角度结构示意图；为了更加清楚的显示结构，图6为图5所示的超导换热装置的简化图，图中未示出换热翅片131。

参见图5-图7所示，本实施例提供的超导换热装置，包括装置进水管路210、装置出水管路(图中未显示)和超导换热单元100；

装置进水管路210与超导换热单元100的超导单元进水管路110连通；

装置出水管路与超导换热单元100的超导单元出水管路120连通。

本实施例中所述超导换热装置，其装置进水管路210的管内介质依次经过超导单元进水管路110、换热管132和超导单元出水管路120，再流向装置出水管路，通过换热管132内的管内介质的热能迅速传递给换热翅片131，以能够使流经换热翅片131之间间隙的管外介质能够将热量传递给换热翅片131，也即管内介质与管外介质通过换热翅片131进行热量交换，其热交换效率高，解决了现有技术中存在的换热效率不高的技术问题。

参见图5-图7所示，本实施例的可选方案中，超导单元进水管路110和超导单元出水管路120分别与装置进水管路210固定连接；

超导单元进水管路110靠近装置进水管路210的一端与装置进水管路210连通；

超导单元出水管路120远离装置进水管路210的一端与装置出水管路连通；

多个超导换热单元100设置为两组；每组超导换热单元100包括沿装置进水管路210的延伸方向依次设置的至少一个超导换热单元100；例如每组超导换热单元100包括超导换热单元100的数量为1个、2个、3个、5个等等。

两组超导换热单元100之间呈夹角，且两组超导换热单元100对称设置在装置进水管路210的两侧。也即两组超导换热单元100呈人字形设置，以使超导换热装置能够应用在空冷岛等领域。

可选地，两组超导换热单元100之间的夹角为30°-100°。例如，两组超导换热单元100之间的夹角为30°、60°、90°、100°等等。

多个超导换热单元100除了呈人字形设置，还可以设置为其他结构；本实施例的可选方案中，多个超导换热单元100呈行呈列依次设置，以使超导换热装置能够应用在大型的发电厂、钢铁厂、化工厂等需要热交换的场地。

本实施例中所述超导换热装置具有实施例一所述超导换热单元的优点，实施例一所公开的所述超导换热单元的优点在此不再重复描述。

实施例三

实施例三提供了一种超导换热系统，该实施例包括实施例一所述的超导换热单元和实施例二所述的超导换热装置，实施例一所公开的超导换热单元和实施例二所述的超导换热装置的技术特征也适用于该实施例，实施例一已公开的超导换热单元和实施例二所述的超导换热装置的技术特征不再重复描述。

图8和图9为本实施例提供的超导换热系统的两种结构示意图。

参见图9所示，本实施例提供的超导换热系统，包括塔体300和超导换热装置200；

塔体300内固定设置至少一个超导换热装置200；可选地，多个超导换热装置200可以设置为一层，也可以设置为多层。其中，超导换热装置200可以为实施例二所述的人字形超导换热装置200，也可以为实施例二所述的呈行呈列依次设置的多个超导换热单元100组成的超导换热装置200，如图9所示。

塔体300包括塔体排入端和塔体排出端；壳外流体能够从塔体排入端，流经超导换热装置200的换热翅片131间隙，从塔体排出端排出。该超导换热系统例如应用于空冷塔、烟气换热器或空气预热器等领域。本实施例所述壳外流体流入超导换热装置200内的介质，即为实施例一和实施例二所述的管外介质。

可选地，塔体为混凝土塔体或钢铁壳体等，或者其他塔体。

参见图8所示，本实施例提供的超导换热系统，包括风机(图中未显示)和超导换热装置200；

超导换热装置200的数量至少为一个；可选地，超导换热装置200的数量为1个、2个、3个、5个等等。

每个超导换热装置200的底部对应设置有风机；风机用于令空气流经超导换热装置200的换热翅片131间隙。通过风机，以加快空气的流动，以使提高空气与超导换热装置200的管内介质的热交换效率，也即提高换热翅片131的热交换效率。

本实施例中所述超导换热系统具有实施例一所述超导换热单元和实施例二所述超导换热装置的优点，实施例一所公开的所述超导换热单元和实施例二所述超导换热装置的优点在此不再重复描述。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种超导换热单元，其特征在于，包括超导单元进水管路、超导单元出水管路和多个换热模块；

所述换热模块包括换热翅片和与所述换热翅片连接的换热管；所述换热翅片采用微热管阵列板；

每个所述换热管均连通所述超导单元进水管路和所述超导单元出水管路，且多个所述换热管沿所述超导单元进水管路的延伸方向依次间隔设置；

多个所述换热翅片沿所述超导单元进水管路的延伸方向依次间隔设置；

所述换热翅片包括第一翅片部和第二翅片部；所述第一翅片部与所述第二翅片部密封连接；

所述第一翅片部与所述第二翅片部之间设置有翅片热管主通道；所述换热管位于所述翅片热管主通道内部；

所述第一翅片部与所述第二翅片部之间设置有多个相互平行的翅片支通道；

所述翅片支通道与所述翅片热管主通道连通，且多个所述翅片支通道沿所述翅片热管主通道的延伸方向依次间隔设置；

所述翅片热管主通道与所述翅片支通道内设置有导热介质；

多个所述换热翅片平行设置。

2.根据权利要求1所述的超导换热单元，其特征在于，所述导热介质采用相变材料。

3.根据权利要求1所述的超导换热单元，其特征在于，所述换热翅片的一端与所述换热管连接，且多个所述换热翅片设置在多个所述换热管的同一侧；

所述超导单元进水管路平行于所述超导单元出水管路。

4.一种超导换热装置，其特征在于，包括装置进水管路、装置出水管路和多个权利要求1-3任一项所述的超导换热单元；

所述装置进水管路与所述超导换热单元的超导单元进水管路连通；

所述装置出水管路与所述超导换热单元的超导单元出水管路连通。

5.根据权利要求4所述的超导换热装置，其特征在于，所述超导单元进水管路和所述超导单元出水管路分别与所述装置进水管路固定连接；

所述超导单元进水管路靠近所述装置进水管路的一端与所述装置进水管路连通；

所述超导单元出水管路远离所述装置进水管路的一端与所述装置出水管路连通；

多个所述超导换热单元设置为两组；每组所述超导换热单元包括沿所述装置进水管路的延伸方向依次设置的至少一个所述超导换热单元；

两组所述超导换热单元之间呈夹角，且两组所述超导换热单元对称设置在所述装置进水管路的两侧。

6.根据权利要求4所述的超导换热装置，其特征在于，多个所述超导换热单元呈行呈列依次设置。

7.一种超导换热系统，其特征在于，包括塔体和权利要求4-6任一项所述的超导换热装置；

所述塔体内固定设置至少一个所述超导换热装置；

所述塔体包括塔体排入端和塔体排出端；壳外流体能够从所述塔体排入端，流经所述超导换热装置的换热翅片间隙，从所述塔体排出端排出。

8.一种超导换热系统，其特征在于，包括风机和权利要求4-6任一项所述的超导换热装置；

所述超导换热装置的数量至少为一个；

每个所述超导换热装置的底部对应设置有所述风机；所述风机用于令空气流经所述超导换热装置的换热翅片间隙。