CN110030846A - 三介质换热器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及换热领域，提供了一种三介质换热器。该换热器包括两个集流管以及多个换热管，多个换热管沿集流管的高度方向依次设置，相邻两个换热管之间具有间隙以形成第三介质通道；其中一个集流管内设有沿其高度方向延伸的第一竖隔板，以将集流管的内部空间分隔成第一管程和第二管程；另一个集流管内设有沿其高度方向延伸的第二竖隔板，以将集流管的内部空间分隔成第三管程和第四管程；每个换热管包括上扁管以及贴覆在上扁管底面的下扁管；上扁管的两端分别与第一管程和第三管程连通、以形成第一介质通道；下扁管的两端分别与第二管程和第四管程连通、以形成第二介质通道。本发明结构简单、便于制造，能够实现三种介质中任意两种介质的直接换热。
Description
技术领域
本发明涉及换热技术领域，尤其涉及一种三介质换热器。
背景技术
换热器被广泛应用于石油化工、能源、冶金、制冷、核能等工业领域。近年来，随着工业技术的发展，越来越多的场合需要多种介质参与换热，如双热源热泵、空调排风热回收系统、用于数据中心冷却的热管热泵复合空调等。
现有的三介质换热器通常为套管式结构，其主要包括第一介质进口管、第一介质出口管、第二介质进口管、第二介质出口管、内管以及套设在内管外侧的外管，内管的两端分别与第一介质进口管和第一介质出口管连通，外管与内管之间的流道与所述第二介质进口管和第二介质出口管连通。由于内管被第二介质包围，因此流经内管的第一介质无法与外管外部的流体直接进行换热，因此这种换热器只能实现第一介质与第二介质、第二介质与外管外部流体之间的直接换热，而无法实现第一介质与外管外部流体的直接高效换热，进而导致传热效率低、适用范围窄。
发明内容
本发明的目的是提供一种结构简单、易于加工、适用范围广的三介质换热器，实现三种介质中任意两种介质的直接换热。
为实现上述目的，本发明提供了一种三介质换热器，该换热器包括两个集流管以及设置在两个所述集流管之间的多个换热管，多个所述换热管沿所述集流管的高度方向依次设置，相邻两个换热管之间具有间隙以形成第三介质通道；其中一个所述集流管内设有沿其高度方向延伸的第一竖隔板，所述第一竖隔板将所述集流管的内部空间分隔成第一管程和第二管程；另一个所述集流管内设有沿其高度方向延伸的第二竖隔板，所述第二竖隔板将所述集流管的内部空间分隔成第三管程和第四管程；每个所述换热管包括上扁管以及贴覆在所述上扁管底面的下扁管；所述上扁管的两端分别与所述第一管程和所述第三管程连通、以形成第一介质通道；所述下扁管的两端分别与所述第二管程和所述第四管程连通、以形成第二介质通道；所述集流管上设有与所述第一介质通道连通的第一介质进、出口以及与所述第二介质通道连通的第二介质进、出口。
其中，所述第二管程、所述第一管程、所述第三管程和所述第四管程沿所述换热管的长度方向依次设置。
其中，所述第二管程、所述第一管程、所述第四管程和所述第三管程沿所述换热管的长度方向依次设置。
其中，所述第三介质通道内设有翅片。
其中，所述翅片的纵向截面形状呈锯齿形。
其中，所述集流管为椭圆柱，所述椭圆柱的长轴与所述上扁管和所述下扁管的宽度方向平行，且所述上扁管的宽度和所述下扁管的宽度均小于所述椭圆柱的长轴长度。
其中，同一个所述换热管的所述上扁管与所述下扁管一体成型或焊接在一起。
其中，所述第一管程内设有N个第一横隔板，N个所述第一横隔板沿所述第一管程的高度方向依次设置、以将所述第一管程由上至下分隔成N+1个第一子管程；所述第三管程内设有N-1个第三横隔板，N-1个所述第三横隔板沿所述第三管程的高度方向依次设置、以将所述第三管程由上至下分隔成N个第三子管程；相邻两个所述第一子管程通过与其连通的所述上扁管与对应的所述第三子管程连通；其中，N≥1；所述第一介质进口与位于所述第一管程最下方的所述第一子管程连通，所述第一介质出口与位于所述第一管程最上方的所述第一子管程连通。
其中，所述第二管程内设有M个第二横隔板，M个所述第二横隔板沿所述第二管程的高度方向依次设置、以将所述第二管程由上至下分隔成M+1个第二子管程；所述第四管程内设有M-1个第四横隔板，M-1个所述第四横隔板沿所述第四管程的高度方向依次设置、以将所述第四管程由上至下分隔成M个第四子管程；相邻两个所述第二子管程通过与其连通的所述下扁管与对应的所述第四子管程连通；其中，M≥1；所述第二介质进口与位于所述第二管程最上方的所述第二子管程连通，所述第二介质出口与位于所述第二管程最下方的所述第二子管程连通。
本发明结构简单，采用现有成熟的微通道换热器加工技术即可加工，便于制造安装。本发明通过采用上扁管和下扁管相互紧贴的换热管，并使相邻两个换热管之间保持间隙形成第三介质通道，就可实现第一介质、第二介质和第三介质两两之间的直接换热，也就是说，同一个换热管中流经其上扁管的第一介质和流经其下扁管的第二介质之间可直接换热，与此同时，流经相邻两个换热管之间的第三介质又会直接与相邻上扁管内的第一介质和相邻下扁管内的第二介质直接换热。另外，本发明通过利用第一竖隔板将其中一个集流管分隔成第一管程和第二管程，利用第二竖隔板将另一个集流管分隔成第三管程和第四管程，就能在不增加集流管的情况下实现第一介质和第二介质独立流动换热。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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是本发明实施例中的一种三介质换热器的立体图；
图2是图1的纵向剖视图；
图3是本发明实施例中的一种三介质换热器的正视图；
图4是本发明实施例中的一种三介质换热器的俯视图；
图5是图4在A-A处的剖视图；
图6是图4在B-B处的剖视图；
图7是图4在C处的放大图；
图8是本发明实施例中换热管的剖视图；
图9是本发明实施例中另一种换热管的剖视图。
附图标记：
1-1、上扁管；1-2、下扁管；2、第三介质通道；3、集流管；
4、第一竖隔板；5、第二竖隔板；6、第一管程；
6-1、第一横隔板；6-2、第一子管程；7、第二管程；
7-1、第二横隔板；7-2、第二子管程；8、第三管程；
9、第四管程；10、第一介质进口；11、第一介质出口；
12、第二介质进口；13、第二介质出口；14、翅片。
具体实施方式
为使发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合发明中的附图，对发明中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于发明中的实施例，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，都属于发明保护的范围。
在本发明的描述中，除非另有说明，术语“上”、“下”、“左”、“右”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。
需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“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；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。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发明中的具体含义。
结合图1至图6所示，本实施例提供了一种三介质换热器，该换热器包括两个集流管3以及设置在两个集流管3之间的多个换热管，多个换热管沿集流管3的高度方向依次设置，相邻两个换热管之间具有间隙以形成第三介质通道2；其中一个集流管3内设有沿其高度方向延伸的第一竖隔板4，第一竖隔板4将集流管3的内部空间分隔成第一管程6和第二管程7；另一个集流管3内设有沿其高度方向延伸的第二竖隔板5，第二竖隔板5将集流管3的内部空间分隔成第三管程8和第四管程9；每个换热管包括上扁管1-1以及贴覆在上扁管1-1底面的下扁管1-2；上扁管1-1的两端分别与第一管程6和第三管程8连通、以形成第一介质通道；下扁管1-2的两端分别与第二管程7和第四管程9连通、以形成第二介质通道；集流管3上设有与第一介质通道连通的第一介质进、出口以及与第二介质通道连通的第二介质进、出口。例如，第一介质进口10和第二介质进口12设置在具有第一管程6和第二管程7的集流管3上，且第一介质进口10与第一管程6连通，第二介质进口12与第二管程7连通；第一介质出口11和第二介质出口13设置在具有第三管程8和第四管程9的集流管3上，且第一介质出口11与第三管程8连通，第二介质出口13与第四管程9连通。
由此，第一介质通过第一介质进口10流入第一管程6后，便会通过上扁管1-1不断流入第三管程8，直至从第一介质出口11流出。同时，第二介质通过第二介质进口12流入第二管程7后，则会通过下扁管1-2不断流入第四管程9，直至从第二介质出口13流出。由于属于同一个换热管的上扁管1-1和下扁管1-2相互紧贴，因此在上述过程中，对于同一个换热管来说流经其上扁管1-1的第一介质与流经其下扁管1-2的第二介质可直接换热。与此同时，由于相邻两个换热管之间具有第三介质通道2，也就是说，相邻两个换热管中位于上方的换热管的下扁管1-2与位于下方的换热管的上扁管1-1之间具有间隙，因此流经相邻两个换热管之间的第三介质又能直接与相邻上扁管1-1内的第一介质和相邻下扁管1-2内的第二介质直接换热。其中，第一介质优选为液体或气液两相介质；第二介质优选为液体或气液两相介质；第三介质优选为气体或气体与喷淋液的混合介质。
可见，该换热器结构简单，采用现有成熟的微通道换热器加工技术即可加工，便于制造安装。该换热器通过采用上扁管1-1和下扁管1-2相互紧贴的换热管，并使相邻两个换热管之间保持间隙形成第三介质通道2，就可实现第一介质、第二介质和第三介质两两之间直接换热，也就是说，同一个换热管中流经其上扁管1-1的第一介质和流经其下扁管1-2的第二介质之间可直接换热，与此同时，流经相邻两个换热管之间的第三介质又能直接与相邻上扁管1-1内的第一介质和相邻下扁管1-2内的第二介质直接换热。另外，本发明通过利用第一竖隔板将其中一个集流管分隔成第一管程和第二管程，利用第二竖隔板将另一个集流管分隔成第三管程和第四管程，就能在不增加集流管的情况下实现第一介质和第二介质独立流动换热。
优选地，第二管程7、第一管程6、第三管程8和第四管程9沿换热管的长度方向依次设置，也就是说，第一管程6位于第二管程7的右侧，第三管程8位于第四管程9的左侧，也就是说，如图8所示，上扁管1-1的长度小于下扁管1-2的长度。当然，如图9所示，上扁管1-1长度与下扁管1-2的长度也可以相同，例如当第二管程7、第一管程6、第四管程9和第三管程8沿换热管的长度方向依次设置时，也就是说，当第一管程6位于第二管程7的右侧，第三管程8位于第四管程9的右侧时，上扁管1-1长度等于下扁管1-2的长度。
优选地，第三介质通道2内设有翅片14。这样设置的好处在于，既可以提高第三介质与第一介质和第二介质之间的换热效率，又能支撑相邻两个换热管、增强换热器整体的结构稳定性。
进一步地，翅片14的纵向截面形状呈锯齿形，也就是说，翅片14由多个W形(M形)翅片依次连接而成，W形(M形)翅片的顶端与位于其上方的下扁管1-2连接，W形(M形)翅片的底端与位于其下方的上扁管1-1连接。
优选地，如图7所示，集流管3为椭圆柱，椭圆柱的长轴与上扁管1-1和下扁管1-2的宽度方向平行，且上扁管1-1的宽度W和下扁管1-2的宽度均小于椭圆柱的长轴长度D。进一步地，集流管3包括管体和两个封盖，管体的顶端和底端均为敞口，两个封盖分别盖设在管体的顶端和底端上。
优选地，同一个换热管的上扁管1-1与下扁管1-2一体成型，也就是说，换热管为双排孔扁管。当然，同一个换热管的上扁管1-1与下扁管1-2也可直接焊接在一起。
优选地，第一管程6内设有N个第一横隔板6-1，N个第一横隔板6-1沿第一管程6的高度方向依次设置、以将第一管程6由上至下分隔成N+1个第一子管程6-2；第三管程8内设有N-1个第三横隔板，N-1个第三横隔板沿第三管程8的高度方向依次设置、以将第三管程8由上至下分隔成N个第三子管程；相邻两个第一子管程6-2通过与其连通的上扁管1-1与对应的第三子管程连通；其中，N≥1；第一介质进口10与位于第一管程6最下方的第一子管程6-2连通，第一介质出口11与位于第一管程6最上方的第一子管程6-2连通。
进一步地，第二管程7内设有M个第二横隔板7-1，M个第二横隔板7-1沿第二管程7的高度方向依次设置、以将第二管程7由上至下分隔成M+1个第二子管程7-2；第四管程9内设有M-1个第四横隔板，M-1个第四横隔板沿第四管程9的高度方向依次设置、以将第四管程9由上至下分隔成M个第四子管程；相邻两个第二子管程7-2通过与其连通的下扁管1-2与对应的第四子管程连通；其中，M≥1；第二介质进口12与位于第二管程7最上方的第二子管程7-2连通，第二介质出口13与位于第二管程7最下方的第二子管程7-2连通。
下面以N＝M＝1为例，对本实施例中的三介质换热器的结构和原理进行说明：其中，第一介质进口10、第一介质出口11、第二介质进口12和第二介质出口13均设置在同一个集流器上，且第一介质进口10与位于第一横隔板6-1下方的第一子管程6-2连通，第一介质出口11与位于第一横隔板6-1上方的第一子管程6-2连通，第二介质进口12与位于第二横隔板7-1上方的第二子管程7-2连通，第二介质出口13与位于第二横隔板7-1下方的第二子管程7-2连通。
使用时：当将第一介质通过第一介质进口10不断送入位于第一横隔板6-1下方的第一子管程6-2后，第一介质则会依次流经与该第一子管程6-2连通的上扁管1-1、第三管程8、与位于第一横隔板6-1上方的第一子管程6-2连通的上扁管1-1以及位于第一横隔板6-1上方的第一子管程6-2，并最终从第一介质出口11排出。与此同时，当将第二介质通过第二介质进口12不断送入位于第二横隔板7-1上方的第二子管程7-2后，第二介质则会依次流经与该第二子管程7-2连通的下扁管1-2、第四管程9、与位于第二横隔板7-1下方的第二子管程7-2连通的下扁管1-2以及位于第二横隔板7-1下方的第二子管程7-2，并最终从第二介质出口13排出。在上述过程中，同一个换热管中流经其上扁管1-1的第一介质和流经其下扁管1-2的第二介质通过导热、对流的方式直接换热，与此同时，流经相邻两个换热管之间的第三介质又会同时与相邻上扁管1-1内的第一介质和相邻下扁管1-2内的第二介质直接换热。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对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发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (9)
1.一种三介质换热器，包括两个集流管以及设置在两个所述集流管之间的多个换热管，其特征在于，多个所述换热管沿所述集流管的高度方向依次设置，相邻两个换热管之间具有间隙以形成第三介质通道；其中一个所述集流管内设有沿其高度方向延伸的第一竖隔板，所述第一竖隔板将所述集流管的内部空间分隔成第一管程和第二管程；另一个所述集流管内设有沿其高度方向延伸的第二竖隔板，所述第二竖隔板将所述集流管的内部空间分隔成第三管程和第四管程；每个所述换热管包括上扁管以及贴覆在所述上扁管底面的下扁管；所述上扁管的两端分别与所述第一管程和所述第三管程连通、以形成第一介质通道；所述下扁管的两端分别与所述第二管程和所述第四管程连通、以形成第二介质通道；所述集流管上设有与所述第一介质通道连通的第一介质进、出口以及与所述第二介质通道连通的第二介质进、出口。
2.根据权利要求1所述的三介质换热器，其特征在于，所述第二管程、所述第一管程、所述第三管程和所述第四管程沿所述换热管的长度方向依次设置。
3.根据权利要求1所述的三介质换热器，其特征在于，所述第二管程、所述第一管程、所述第四管程和所述第三管程沿所述换热管的长度方向依次设置。
4.根据权利要求1所述的三介质换热器，其特征在于，所述第三介质通道内设有翅片。
5.根据权利要求4所述的三介质换热器，其特征在于，所述翅片的纵向截面形状呈锯齿形。
6.根据权利要求1所述的三介质换热器，其特征在于，所述集流管为椭圆柱，所述椭圆柱的长轴与所述上扁管和所述下扁管的宽度方向平行，且所述上扁管的宽度和所述下扁管的宽度均小于所述椭圆柱的长轴长度。
7.根据权利要求1所述的三介质换热器，其特征在于，同一个所述换热管的所述上扁管与所述下扁管一体成型或焊接在一起。
8.根据权利要求1至7任一项所述的三介质换热器，其特征在于，所述第一管程内设有N个第一横隔板，N个所述第一横隔板沿所述第一管程的高度方向依次设置、以将所述第一管程由上至下分隔成N+1个第一子管程；所述第三管程内设有N-1个第三横隔板，N-1个所述第三横隔板沿所述第三管程的高度方向依次设置、以将所述第三管程由上至下分隔成N个第三子管程；相邻两个所述第一子管程通过与其连通的所述上扁管与对应的所述第三子管程连通；其中，N≥1；所述第一介质进口与位于所述第一管程最下方的所述第一子管程连通，所述第一介质出口与位于所述第一管程最上方的所述第一子管程连通。
9.根据权利要求1至7任一项所述的三介质换热器，其特征在于，所述第二管程内设有M个第二横隔板，M个所述第二横隔板沿所述第二管程的高度方向依次设置、以将所述第二管程由上至下分隔成M+1个第二子管程；所述第四管程内设有M-1个第四横隔板，M-1个所述第四横隔板沿所述第四管程的高度方向依次设置、以将所述第四管程由上至下分隔成M个第四子管程；相邻两个所述第二子管程通过与其连通的所述下扁管与对应的所述第四子管程连通；其中，M≥1；所述第二介质进口与位于所述第二管程最上方的所述第二子管程连通，所述第二介质出口与位于所述第二管程最下方的所述第二子管程连通。
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