[發明專利]一種高效同軸套管換熱器

在審

• 申請號: 202110503337.4
• 申請日: 2021-05-08
• 公開（公告）號: CN113280655A
• 公開（公告）日: 2021-08-20
• 發明（設計）人: 陳振乾;陳鵬旭;許波
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: F28D7/12
• 分類號: F28D7/12;F28F1/40
• 代理公司: 北京德崇智捷知識產權代理有限公司 11467
• 代理人: 郝雅潔

本發明涉及一種高效同軸套管換熱器，包括內管和套設在所述內管外部且一端封閉的外管，所述外管內壁與所述外管外壁之間形成入流通道，所述內管中形成與所述入流通道連通、截面積減小的出流通道；所述外管內壁上設有沿軸向均勻分布的波紋結構。本發明套管換熱器外管采用內壁設波紋的不銹鋼金屬管，有利于減少了流體與土壤的傳熱熱阻，強化了外管與土壤的換熱，液體工質也不易在管壁上結垢，同時提高了防震性能良好，具有較高的承壓能力和抗腐蝕性能。內管內設截面接較小的流體通道有利于增大流體出口速度，減少了換熱器內管的熱損失。

技術領域

本發明涉及套管換熱器技術領域，尤其是一種高效同軸套管換熱器。

背景技術

套管換熱器是地源熱泵系統的關鍵部件，其換熱效率的高低直接影響到了整個系統的能效。隨著地源熱泵的不斷推廣，對地源熱泵系統整體能效的要求越來越苛刻，這就對套管換熱器地換熱效率、承壓能力、抗震能力等各項指標提出了更高地要求。

現有的套管換熱器結構包括內管和外管，流體從外層套管流入，與土壤充分換熱之后從內管流出。現有換熱器的內管多采用導熱系數較低的塑料作為材料，但其內部的出流流體在對應于入流流體的位置處的熱損失依然很大。外管由于承壓、抗震能力有限，難以適應復雜的地形條件，整個換熱器很難適應當前應用需求。

發明內容

針對現有技術的缺陷，本發明提供了一種高效同軸套管換熱器，以達到減少換熱后流體在內管中的熱損失的目的。

本發明采用的技術方案如下：

一種高效同軸套管換熱器，包括內管和套設在所述內管外部且一端封閉的外管，所述外管內壁與所述外管外壁之間形成入流通道，所述內管中形成與所述入流通道連通、截面積減小的出流通道；所述外管內壁上設有沿軸向均勻分布的波紋結構。

其進一步技術方案為：

所述出流通道平行間隔設置至少兩條，所述出流通道的截面積總和小于所述入流通道的截面積。

所述內管為實心軟塑料柱狀結構，所述出流通道設置在所述柱狀結構靠近中心的區域內，出流通道的進、出口分別位于所述內管底部、頂部端面上。

所述外管具有開口端和封閉端，所述封閉端位于所述出流通道的進口位置下方，所述封閉端內壁上設有增加流阻的擾流結構。

所述擾流結構呈波紋狀、鋸齒狀或凸起狀。

所述內管外壁敷設有納米介孔保溫材料層。

所述納米介孔保溫材料層采用納米二氧化硅微顆粒、玻璃纖維氈制備而成。

所述內管底部通過擋塊與外管連接；所述擋塊沿周向均勻設置至少三個，使所述內管懸空固定，并與所述外管同軸。

所述外管固定在換熱介質中，外壁與所述換熱介質相接觸，同時所述外管的開口端用于向所述入流通道導入需要換熱的工質。

所述內管和所述外管之間銀釬焊接。

本發明的有益效果如下：

本發明減少了換熱器內管的熱損失，強化了外管與土壤的換熱同時提升了外管的承壓能力。本發明具體具有如下優點：

1.本發明外管采用內壁設置波紋結構的不銹鋼金屬管，有利于改變管內工質流體滯留層的狀態，提高了換熱系數，減少了工質流體與土壤的傳熱熱阻，液體工質也不易在管壁上結垢。同時防震性能良好，具有較高的承壓能力。不銹鋼材料在與土壤長期接觸的過程中也不易腐蝕。

2.本發明工質流體通過兩個截面積狹小的出流通道流出內管，由于流速增加，與入流流體傳熱時間較短，且位置遠離內管的管壁，可有效減少熱量損失。