[發明專利]中空葉片轉子式換熱器

在審

• 申請號: 201710040506.9
• 申請日: 2017-01-16
• 公開（公告）號: CN106949766A
• 公開（公告）日: 2017-07-14
• 發明（設計）人: 付占江
• 申請（專利權）人: 付占江
• 主分類號: F28D21/00
• 分類號: F28D21/00;F28F5/04;F28F11/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域：

本發明專利所屬的技術領域涉及一種換熱器，特別是間壁式換熱器。

背景技術：

間壁式換熱器是溫度不同的兩種流體導熱介質在被壁面分開的空間里流動，通過壁面的導熱和流體在壁表面對流，兩種流體導熱介質之間進行熱量交換的換熱器。間壁式換熱器有管殼式、套管式、板式、翅片式和其他型式的換熱器。間壁式換熱器是目前應用最為廣泛的換熱器，廣泛應用在石油、化工、冶金、電力、船舶、汽車、集中供暖、制冷空調、動力機械、食品、制藥、新能源汽車及IT電子產品等領域。

現有的間壁式換熱器，均是通過換熱系統中的流體泵或風機分別對兩種流體介質做功，使流體介質獲得足夠的流動能量，然后分別在間壁式換熱器內的各自管腔內流動，并通用管壁交換熱量從而完成換熱功能的換熱器。像這種傳統的間壁式換熱器本身沒有流體泵或風機，必須在與泵或風機構成的強制換熱系統中才能正常工作，如申請號：CN201610045591.3，一種新型換熱器的發明專利，是傳統間壁式換熱器的代表作。因此傳統的間壁式換熱器存在著如下難以克服的幾個問題：

1、換熱器在失去泵或風機后，由于傳熱介質無法流動或自然對流式流動速度極低，因此不能有效完成換熱工作或者換熱效能極低。

2、與間壁式換熱器一起構成的完整的換熱系統，需要有泵或風機。而泵或風機等與換熱器是分體的，各自獨立設計制造與安裝，再用管道連接，從而造成這個系統組成復雜、設計匹配與選型困難、占用空間大、成本高且效率低是典型的缺點。

3、更為重要的是這樣的換熱器與系統，由于需要泵或風機提供足夠的流量與揚程來保證換熱時兩種介質的換熱對流強度，不能利用泵或風機在泵內或風機內，驅動流體介質獲得動能與壓力能時所形成的流動損失當中的湍流來進行高效的熱量交換，而是要在流體介質進入換熱器內再次損失動能與壓力能產生湍流以達到需要的換熱對流強度，從而使換熱系統的能源利用效率嚴重低下。

發明內容：

本發明的發明目的，就是要提供一種泵或風機與換熱器完全一體化的，能充分利用泵或風機驅動流體介質進行能量轉換時形成的湍流來進行高效熱量交換的、結構簡單、體積小、成本低、效率更高的新型換熱器--中空葉片轉子式換熱器。

本發明的內容為：一種間壁式換熱器，包括內部流體流經換熱器的進流管與出流管，外部流體流經換熱器的進流管、外部流體能量轉換區與出流管。其特征在于：所述內部流體進流管通過空腔轉子的進流管與空腔轉子的進流腔相連通，在內部流體進流管與空腔轉子的進流管之間設有轉動密封裝置；所述內部流體出流管通過空腔轉子的出流管與空腔轉子的出流腔相連通，在內部流體出流管與空腔轉子的出流管之間設有轉動密封裝置；所述一定數量的由導熱材料制成的，作為推進器驅動外部流體介質在外部流體能量轉換區實現能量轉換流動的，由隔片分開形成內部流體介質進流流道、出流流道及兩個流道在中空葉片內的連通部分構成的中空葉片，按在一個垂直于軸承的回轉軸線的平面上，并以軸線為軸圓周陣列一次為一個級的方式，安裝在空腔轉子上，可以安裝成單級或多級，并且所有中空葉片的出流流道與空腔轉子出流腔或級間轉流腔相連通，所述全部中空葉片的進流流道與空腔轉子的進流腔或級間轉流腔相連通，全部中空葉片的進流流道與內部流體推進器葉片相配合構成各級的內部流體介質的驅動裝置，從而實現所有中空葉片隨空腔轉子轉動時，即可對中空葉片內外部的流體介質同步做功驅動使其同時流動，并同時在中空葉片內外表面完成內外流體介質的熱量交換。

采用以上技術方案后，與現有技術相比，本發明的中空葉片轉子式換熱器具有以下優點：

1、由于換熱器本身即為內外部換熱流體的共同驅動器，在驅動內外部流體的同時，就完成了兩種流體間的熱量交換，從而減少了換熱流體在輸送管道及傳統換熱器內的二次流動損失，從而有效降低對換熱流體驅動的功率。

2、由于利用矢量關系有效提高了中空葉片外部流動弦向速度，從而獲得了大于軸向流量的弦向流量，在軸向流速與流量相同的情況下，可以更充分的與外部流體交換熱量。以典型軸流式推進器為例，在葉片安裝角a為25°時，中空葉片的弦向速度υ₁比軸向速度υ₂大2.38倍。常規軸流風機軸向速度υ₂為10m/s 時(吹向傳統換熱器時的風機出口速度)，弦向速度υ₁可達23.8m/s，非常有利于獲得大雷諾數以形成湍流，具體可以參見圖7，這是軸流式葉片外部流體流動速度矢量三角關系說明示意圖。