[发明专利]一种蜂窝通道圆管热交换技术

说明书

该发明属两种不同温度介质间的高效间接换热(或加热)技术。如汽-汽、汽-液、液-液间换热，燃料对介质的间接加热等。

介质间的间接换热(或加热)技术，主要应用于制造热交换设备，现有热交换设备的结构形式有：管壳式(如固定管板式、浮头式、填料函式及U型管式等)、板式(如板翅式、螺旋板式、伞板式及波纹板式等)、管式(空冷器、套管式、喷淋管式及箱管式等)及板壳式等。详细内容及其所涉及到的有关资料索引可查阅《化工工艺设计手册》等。

众所周知，人类所拥有的煤炭、石油及天然气等天然能源资源是有限和不可再生的，不久的将来这些资源将被消耗殆尽，因此人类将有面临能源危机的可能；再则这些天然能源都是积蓄太阳能的产物，它们是在若干万年的时间里才形成的，而人类要将这些能量在短短的数百年的时间内集中释放出来，由此引起的温室效应(主要表现在大量释放CO₂，地球气温逐渐升高)将会威胁到人类的生存。因此，用提高现有能源利用效率的途径来最大限度地降低天然能源的消耗速度，开发新的环保性能源，利用太阳的光合作用将“过量的”CO₂还原为有机物，实现地球的生态平衡，这是人类需要作的非常迫切的几项任务。本发明的目的就是为改变现有热交换技术热利用效率不高，浪费能源严重的现状而提出的一种新型高效的节能技术。该技术不仅可以实现通过节能的途径，来达到节约能源资源和减少污染物排放的目的，而且可用来收集太阳能生产新的环保性能源。因此，本发明具有节能和环保双重意义，它是本人实施能源和环保战略的一个重要组成部分。

本发明是一种通道式间接换(传)热技术，换热界面为圆形管道的管壁，图1～4为该种布阵方式的几个横断面例子。本发明的基本特征是：1)换热管按正六边形蜂窝节点位置布阵；2)换热管公称外径近于或等于正六边形边长，即应以使相临换热管外壁近于或正好相切为准(是指热态下相切，而冷态下并不一定相切)。

该技术中所采用的流体通道，是本人从上千种组合中精选出的一种近乎完美的布阵形式，其突出特点在于：1)有两种比较理想的流体通道：采用不同的换热管管径及壁厚，可将管程与壳程通道面积之比控制在0.50～0.95之间；2)有效地增大了单位体积内的传热面积和缩短了二换热介质间的最大传递距离；3)因相临两换热管外壁相切，起到了支架的作用，故通道长度可以在不受换热管受力和支架限制的情况下按实际需要任意加长，且管壁厚度还可以减小；4)管程与壳程都能够适应高温和高压的要求；5)其造型可满足各种安放场所的要求，并可以实现管道化和小型化；6)因管程与壳程都实现了通道化，故可实现真正意义上的两种介质间的完全逆向换热；7)能实现通道形状全程基本不变，因而可减小通道对流体的阻力；8)适应范围广，几乎能适用于两种介质传热或加热的各种场所；9)加工制作方便；10)能有效地利用热能和减少排放，故该技术具有显著的节能、回收能源和环保意义。此外，该技术还具有流体通道易清洗、能自净、不易堵塞，换热管勿需外加支架，换热器能适应热胀冷缩要求，能实现对流体温度的控制等多种特点。

尽管有一些结构形式也可以形成两种相互交错的流体通道，但多都存在这样或那样的缺陷。例如图5和图6，是分别为换热管以正四边形和正三边形蜂窝节点布阵所形成的流体通道，其由换热管外壁围成的通道断面较小，易堵塞；又如，图7～10分别是由三角形、矩形、三角形与平面板、弧形波纹板组成的流体通道，尽管它们的通道形状较为理想，但它们稳定性较差，不耐高温高压，且加工制作比较复杂。

现有的热交换设备多为容积式，有些为多管程或多段式结构。这些结构形式的换热管，一般单管程长度一般都较短，管壁间间距也较大，壳程又无明显的流体通道，存在着严重的短流和混流现象，故不能实现真正意义上的逆向换热，因而换热效果较差。