[发明专利]热壁式换热器

说明书

本发明公开了一种热壁式换热器，该热壁式换热器的热壁包括内支撑装置和包裹内支撑装置的换热间壁，内支撑装置包括可供相变流体上下流通的中间段以及可供相变流体左右流通的上下端；热壁为矩形，若干个大小一致的热壁并列成簇，或者，热壁为环形，若干个大小不一的热壁层层嵌套成簇；每一个相邻热壁之间设置有方便流体通过的通道条或翅片；将所有热壁外的通道条或翅片的流体侧分为多个区域，通过热壁内的相变流体实现换热流体的热交换。本发明提出的热壁式换热器紧凑度高于现行热管，可适应更多的换热领域，没有气相与液相两流体相互间阻力，没有毛细管张力所造成液相的阻力，使其相变流体循环速度加快，提高了换热效率。

技术领域

本发明涉及换热领域，尤其涉及一种热壁式换热器。

背景技术

人类文明进步已越来越离不开能源，能源的开采及使用方式也亟需进一步改进，人类开发生产和使用能源过程中差不多会有超过80％是需要热能转换的，而热能转换离不开各类换热器，因此，换热器理应成为节能减排最关键的设备。尤其当今社会自然环境面临着温室气体排放给人类所带来诸多挑战及人类存续的担忧，地球冰川正处于消融状态，极地冰帽正在逐渐地变小，极端天气不时地发生，海平面不断抬高这都已成为不争的事实。节能减排、消除雾霾还任重道远，这已成为我们党和政府的首要任务之一。

当今普遍使用的各类换热器由于各自特性和它们各自的局限性，导致它们在使用上都只能服务某个领域而不是全部，比如，能够和空气换热的设备无法将其用在两液体之间的换热，而两液体之间可以换热的设备却无法让此设备用于空气换热，而可用于低压低温环境换热的设备却无法让其用于高温高压环境换热。并且也呈现出：高效者不耐压，而耐压者不高效的窘境；或者便于拆卸清洗的换热器却不够密封耐压；要么体积笨重，要么成本过高等诸多缺点。以上现状才导致当今各类换热器凭借自身优势各占一席之地，有些虽然能够在应用范围形成一定的交集，但板式换热器绝对不可以用于空气换热，也绝不可以在高压高温环境中使用，特别遗憾的是中央空调至今都无法采用板式换热器用作蒸发器与冷凝器，而管壳式换热器虽然耐高温高压，但效率低、笨重占地方、成本高；而介于板式换热器与管壳式换热器之间的板壳式换热器虽然效率比管壳式换热器高两倍左右，耐压耐温程度比板式换热器高出两倍有余，但制作工艺要求高，焊接部分多,且固定板管的管板机加工比管壳式换热器的管板要困难得多,一般用户难以接受其购买价格，且难以小型化；而管式翅片换热器、板翅式换热器和微通道换热器只适宜水、油、汽的冷却，且各有应用范围，板翅式换热器适宜气态流体与空气的换热,但耐腐蚀性差，微通道换热器小规模空气换热效率非常高，而大规模换热难堪重任，管式翅片换热器属于低投资成本的较常用的空气冷却器，但效率不佳；尤其是业内人士为之称道的高效节能的热管设备，其应用范围虽然近几年有所拓展，但由于其管件结构形式也无法更大范围内使用,容易积灰堵风道,也占用空间,因为现行的热管不管是径向热管还是轴向热管都存在结构上缺陷,首先它们都是圆柱形的,圆柱形除了具有耐压优势外，在同等体积情况下其换热表面积要比板式的小得多，而且内侧容易形成流体边界层，外侧对风道阻力大。目前工业上使用较多的是轴向热管，但随着生产上对换热设备要求的不断提高，轴向热管在使用过程中的局限性越来越突出，主要表现在以下几方面：现有气液相热管换热器(热流体为工艺气，冷流体为水)所使用的热管是轴向热管(多为重力热管)，主要有箱体式和分离套管式两种。这类热管是靠重力沿着管子轴向实现工作介质蒸发冷凝，再蒸发再冷凝周而复始的循环传热工作过程，因此在工作时受热段必须在管子的下部，而放热段则必须在管子的上部，水平时就难以实现热的传递，由轴向热管组成的热管换热器多用于水平方向流动流体的换热，在垂直流动的流体中就很难应用。轴向热管沿轴向导热，不凝性气体易于聚集在放热段的端部，等温性能受到影响，降低了热管的传热性能。从制造工艺上分析，轴向热管焊接点较多，密封也很困难，一旦发生泄漏后果不堪设想。箱体式热管不能承受水侧压力，分离套管式能承受水侧压力，其水路流程比较复杂，造成水侧阻力增大。径向热管随着轴向热管在工业生产中应用的不断扩大，上述缺点已阻碍其在各领域中的发展。比如在硫酸工业中，由于场地的限制等原因，工艺要求热管必须垂直布置，而且不能有泄漏，上述两种结构的热管就很难做到了。为此新型热管换热器――径向热管换热器应运而生。径向热管早在上世纪60、70年代就已出现，但以前的径向热管的主要作用是提供一个恒温场，如外延炉等温热管，石英晶体测试仪等温热管，温度系数测试台等温热管，法国Sodern的热管恒温炉等都是属于这一范畴。南京工业大学热管研究所的专家突破了径向热管仅作为恒温场的限制，将径向热管作为传递热量的传热元件进行研制开发，由江苏科圣高温热管设备制造公司制造并投入使用。由于其功能变了，所以内部结构也相应改变，这主要反映在吸液芯结构上。作为等温体的热管其吸液芯一般布置，除管内腔壁面处布有吸液芯外，还另敷有辐条吸液芯。此类热管管内汽、液两相的流速很低，其关键是使汽、液两相流体要充满整个腔体，使之处于一个充分而完整的饱和状态，从而形成一个等温体，所以吸液芯要布满整个内腔。而作为热量传输的径向热管，汽、液两相的流速相对高些，它的关键是吸热面必须保证有充足的液体，以免出现干枯，因此一般只在吸热面处敷置吸液芯，而过多布置吸液芯反而会阻碍蒸汽的通畅流动且增加了传热热阻。