[发明专利]共振式高效热能交换器

说明书

本发明公开了一种共振式高效热能交换器，主要由冷水管路、热水管路系统、激振装置、热交换容器组成，该热交换容器的空心交换管是螺旋弹簧形状的，通过减压阀的热水流经风扇扇叶，把热水流动的动能和压力势能转化成风扇扇叶绕其自身旋转轴转动的动能，让流经螺旋弹簧型热交换空心管的水流压力产生波动，激发该螺旋弹簧型热交换空心管共振，由于来自该交换器的热水进口压力与其出口压力差是通过减压阀调定的，该压力差驱动风扇扇叶不停旋转，螺旋弹簧型热交换空心管将会得到持续的共振激励，该共振打破了空心管壁周围的工作介质的流动速度和温度梯度分布状态，这样不仅提高了热交换器的交换效率，而且避免了水垢在热交换管壁上的生成。

技术领域

本发明涉及到一种共振式高效热能交换器，属于热能交换研究领域。

背景技术

近年来，随着我国石化、钢铁等行业的快速发展，热能交换器的需求大量增长。热能交换器的种类繁多，按照传热面的形状和结构进行分类可分为管型、板型和其它形式的热能交换器。管型的热能交换器包括管壳式热能交换器、套管式热能交换器、蛇管式热能交换器等。

在传统的管式结构热交换器的热交换界面，由于管壁粗糙度、水垢等杂质和黏附力的影响，沿管壁界面的液体流动阻力较大，使靠近管壁处的液体流动速度减慢甚至不流动，相对于热交换器热水进口处温度，就会在管内壁处形成一个局部低温区；而在管外壁的附近区域，相对于热交换器冷水进口处温度，就会形成一个局部高温区，从而使热交换的界面温度差减小，又因为整个热交换的界面环境处于相对稳定的层流状态，管外冷水和管内热水各自不能很好的混合，热交换界面的温度差一直保持在一个相对较小的范围内，所以热交换效率很低，图1为热交换管横截面周围的温度分布。

由于管壁粗糙度、水垢等杂质和黏附力的影响，界面附近液体流动阻力较大，在热交换的过程中，管内壁和管外壁的截面流场和截面温度场也呈现出一定的规律，图2和图3是热交换器内的管壁截面附近的流场和截面温度场分布曲线图。

通过上面的流速分布图和温度分布图我们可以得出传统的热交换器沿管壁热交换界面液体流速慢，温度差小，而且整个热交换管壁附近几乎是层流分布，冷水和热水之间热量交换速度慢，这样就导致了热交换效率低下，甚至大量的热能浪费。本申请的热交换器采用了共振原理打破了原有的热交换状态，克服了上述弊端，改变了热交换管壁截面流场和截面温度场分布状态，增大了热交换界面的温度差，大大提高了热交换效率，也降低了设备的维修次数和维护成本。

发明内容

本发明的主要内容是克服现有技术的不足，提供一种结构简单，并且能有效提高热交换速度的装置，共振式高效热能交换器采用的是管式结构，热能交换管的形状采用的是螺旋弹簧型热交换空心管，增大了热交换界面的面积，并且热交换管的固有频率低，容易实现共振，使螺旋弹簧型热交换空心管周围的工作介质的流动速度和温度梯度分布状态发生变化，这样不仅提高了热交换器的交换效率，而且避免了水垢在热交换管壁上的生成，实用性强，减少了热能的浪费。

为了解决上述问题，该装置采用了以下技术方案：

本发明所提供的共振式高效热能交换器，包括激振装置、冷水管路、热水管路和热交换容器，所述的热交换容器为热能交换提供能量交换场所，在所述的热交换容器内设有热交换空心管，所述的热水管路为所述热交换空心管提供热水，所述冷水管路为所述的热交换容器内部提供冷水，所述的激振装置给热交换空心管振动提供激励能源，热水流经激振装置的风扇扇叶把热水流动的动能和压力势能转化成激振装置风扇叶片绕其自身旋转轴转动的动能，使流经热交换空心管的热水由原来的连续流动变成波动流动，激发热交换空心管的共振，打破传统热交换器的传热过程中的流场分布和热场分布；所述冷水管路给高效热能交换器提供热交换所需的冷水。

进一步的，在所述的热交换容器的左右两端通过密封端盖密封，密封端盖和热交换容器形成一个相对密闭的空腔，所述的热交换空心管设置在该空腔内，且在热交换容器的侧壁上设有冷水进口和冷水出口。