专利名称：中空纤维热交换装置及方法
技术领域：
本发明涉及一种热交换装置，具体讲涉及一种中空纤维热交换器。
技术背景目前工业上应用的绝大多数液-液、液-气、气-气、液-汽、以及气-汽 热交换装置是由金属制备的。优点是其所用的金属材料普遍具有很高的传 热系数和耐高温性，缺点是大多数金属的耐腐蚀性差，设备体积大和造价格昂贵等。相比较而言，聚合物材料拥有一定的优势，比如耐腐蚀性好、 容易加工，重量轻(较金属轻约4-5倍)和价格便宜等。但是通常情况下 高分子聚合物材料的传热系数较金属换热器的金属材料低约100-30G倍。 目前市场上应用的塑料管换热器，虽然克服了金属换热器易腐蚀的缺点， 但是由于其内外径和厚度均较大其传热系数和热交换效率都较小。如果将 合适的塑料材料制成中空纤维，并将其壁厚减至100)im(微米)的级别，其 传热系数将是相当大的。比如，聚丙烯的热导率(k)为O. 19 watts/m-K, 100,厚的中空纤维的传热系数可达到hwall = (0.19/100 x 10—6) = 1900 watts/m2—K由于可利用中空纤维的内外径较小，在较高装填密度的单位体积内中 空纤维的有效传热面积比传统金属换热器高出约一个数量级，所以薄壁中 空纤维热交换器的总传热系数是非常大的。中空纤维热交换器不仅能够克 服金属热交换器耐腐蚀性差的缺点，而且同金属热交换器相比具有相近的 或更大的总热交换系数，以及更容易制作生产、更轻的重量和更低的价格。 发明内容本发明的目的是提供一种传热系数大、换热面积大、耐腐蚀性好、容 易加工，重量轻、价格低、应用范围广的中空纤维热交换器装置。 本发明的另 一 目的是提供一种中空纤维热交换器换热的方法。 本发明中空纤维热交换装置的设计与制造着重考虑的几个方面是(1 ) 热交换装置的核心主体是中空纤维以及由中空纤维构建而成的换热器组 件；(2)中空纤维是无孔的；(3)中空纤维有较小的内径和厚度；(4)通 过换热器组件设计以实现中空纤维外侧流体相对于中空纤维的错流或相对 于中空纤维内部流体的逆流；(5)通过对换热器组件的设计以保证高的传
热系数和热交换效率。为实现上述发明目的，本发明提供的中空纤维热交换装置l(图1所示)包括柱形组件外壳以及固定在组件外壳内的中空纤维；中空纤维平行均匀 地排列在组件外壳内，中空纤维的两端被粘合剂固定在组件外壳内，组件 外壳接近两端封胶处分别设有流体的进出口 ，组件外壳的两端分别与两个 有流体进出口的尾帽相连结。本发明提供的中空纤维热交换装置2 (图2所示)包括组件外壳以及固 定在外壳内的空心多孔管、中空纤维；空心多孔管固定在组件的中央，空 心多孔管的一端开放而另一端被封堵，空心多孔管上的孔在靠近开放端处 最小，且随着与开放端距离的增加而逐渐增大；中空纤维平行均匀地排列 在空心多孔管周围，且中空纤维层与外壳内壁之间存在一定间隙，空心多 孔管和中空纤维的两端被粘合剂固定在组件外壳内，组件外壳在接近空心 多孔管的封堵端设有流体的出口 ，组件外壳的两端分别与两个有流体进出 口的尾帽相连结，其中一个尾帽有一个流体进出口，而另一个尾帽有两个 流体进出口，其中的一个口与空心多孔管相连接。本发明提供的中空纤维热交换装置3 (图3所示)包括组件外壳以及固 定在外壳内的空心多孔管、中空纤维；空心多孔管固定在组件的中央，空 心多孔管的两端开放，其二分之一处的内部空心通道被封堵成为两个部分， 空心多孔管上的孔在靠近开放一端和另一部分的封堵处最小，并逐渐增大； 中空纤维平行均匀地排列在空心多孔管周围，中空纤维之间以及空心多孔 管与中空纤维之间自长度的二分之一处也被粘合剂堵隔成两个部分(也可 根据需要堵隔为多个部分，与之相应的空心多孔管也被封堵为多个部分)， 中空纤维层与外壳的内壁之间存在一定间隙；空心多孔管和中空纤维的两 端被粘合剂固定在组件外壳内，组件外壳的两端分别与两个尾帽相连结， 每一个尾帽上有两个流体进出口，其中一个口与空心多孔管相连接。本发明提供的中空纤维热交换装置4 (图4所示)包括槽体(外壳)以 及在槽内排列的中空纤维和多孔板，两个多孔板分别设置在中空纤维层的 上下两侧；槽体内的中空纤维在相互平行的平面上平行排列，并且相邻层 与层之间中空纤维的空间位置相互错开，中空纤维的两端被粘合剂分别固 定在槽体的两端；槽体的两端分别与两个有接口的尾帽相连结；多孔板设 有多个孔，多孔板中心部位孔的孔径最小，并且随着离多孔板中央处的距 离的增加而增大，孔径为0. 05-2cm;槽体(外壳)上下中心部位设有流体 的进口/出口 。所述的圆筒状组件外壳(槽体)的内径为1-200 cm、长度5-250 cm、 厚度不大于10 cm。所述的中空纤维内径为30-3000(im (;微米)，中空纤维的壁厚为 l-1000pm,组件内中空纤维的有效长度为5-200 cm,组件内中空纤维的填 装密度在0. G5-0. 75之间。所述的中空纤维是无孔的，其结构可以是均质无孔结构、复合结构， 也可以是多孔中空纤维的表面(内表面或外表面)有一层薄的无孔皮层。所述中空纤维的材质可为聚偏二氟乙烯、聚4-甲基-1-戊烯、聚四氟乙 烯、聚丙烯腈、聚砜、聚醚砜、聚曱基丙烯酸酯、聚酰胺、聚酰亚胺、聚 醚醚酮、聚苯硫醚、聚芳酯、聚芳砜、聚三氟氯乙烯、聚醚酯纤维、全氟 二曱基间二氧杂环戊烯-四氟乙烯、聚丙烯、聚乙烯、环氧树脂、酚醛树脂、 尼龙和高分子石墨等材料中的一种或其中几种的混合物、改性材料或复合 材料，以及其他具有良好导热性能、优良物理化学性能和机械性能的高分 子材料、无机材料以及它们的混合/复合材料。所述的中空纤维热交换器除中空纤维之外的其它部分(包括壳体、 空心多孔管、多孔板、尾(侧)帽、接口等)可由大多数高分子材料、无 机和金属材料中的一种或几种的混合物或复合材料制备而成，比如聚乙 烯、聚丙烯、聚4-甲基-1-戊烯、聚丙烯腈、聚砜、聚醚砜、有机玻璃、尼 龙、聚丙烯酸、聚四氟乙烯和聚偏氟乙烯、聚酰胺、聚酰亚胺、不锈钢等。所述的粘合剂应具备耐温性好、强度高、同纤维和外壳材料良好的粘 结性等特点。一种中空纤维热交换装置的换热方法，其特征在于包括如下步骤 A高温工质能够适用于中空纤维热交换器的热工质包括气、汽、液，其中液体 热工质主要是指水、各种水溶液以及部分有机液体。热工质的最高使用温 度与所用中空纤维的材质有关。B低温工质能够适用于中空纤维热交换器的冷工质包括气、液，其中液体冷工 质主要是指水及各种水溶液以及部分有机液体。
C热量交换冷热工质在进入中空纤维热交换器之前需除去其中的固体颗粒和悬浮物。冷工质首先流入热交换器组件，并流过中空纤维的一侧；然后热工质进入组件，流入中空纤维的另一侧。由于中空纤维的内外侧存在着温度差， 热量将从高温工质通过中空纤维壁传递给低温工质，其结果使高温工质的 温度降低和低温工质的温度上升。为获得理想的热交换效果，该中空纤维热交换器^皮设计为平行逆流和 错流两种形式。平行逆流热交换器组件的特点是具有良好的换热效果、组 件结构简单、容易加工制造以及相对较低的生产成本(见示意图1)。错流 热交换器组件的特点是能够较好地克服温度极化效应，使体系的传热效果达到较理想的状态，总的传热系数高，但是其结构相对较复杂(见示意图2, 3， 4)。中空纤维热交换器的核心部分是中空纤维以及由中空纤维构建而成的 热交换器组件。所述的中空纤维是无孔的，且具有较小的内径和厚度。通 常情况下，高分子材料的导热性能较金属材料低许多，但是薄的中空纤维 厚度(微米级)在很大程度上弥补了此项缺陷，极大地提高了传热系数。 同时为了提高薄壁中空纤维的耐压性(特别是抗外压性能)，该中空纤维应 具有较小的内径和较高的强度。因而，中空纤维热交换器组件能够具有较 高的中空纤维填充密度和很高的换热面积。中空纤维热交换器的平行逆流 设计能够充分发挥换热器的效能，而错流设计能够有效地强化中空纤维外 侧温度过渡层的传热系数。实践表明，同金属热交换器相比，单位体积中 空纤维换热器组件具有与之相近的或更高的换热量。中空纤维热交换器具有下列优点1、 总传热系数高。薄壁和小内径中空纤维的特点决定了其在热交换器 组件内可以有很高的装填密度和单位体积内很高的换热比表面积。在相同 体积的热交换器中，中空纤维热交换器具有更高换热效率。2、 抗腐蚀性强。中空纤维热交换器的主要构成部分是高分子聚合物材 料，普遍具有良好的耐盐、耐酸碱和化学腐蚀性。3、 制备中空纤维的材料多种多样，不仅包括种类繁多的单一高分子材 料及其改性材料，而且包括不同材料的复合/混合以及同诸多无机材料的复8
合/混合材料。因而可根据市场需求开发生产出系列符合客户要求的多种产品4、 体积小、重量轻。聚合物材料较金属的比重低很多，因而相同换热 量的热交换器中，中空纤维热交换器的体积更小、重量更轻。5、 易加工、生产成本低。6、 应用范围广。中空纤维热交换器的上述特点决定了它能够应用于传 统热交换器几乎所有的应用领域，比如石油化工、化学工业、制药工业、 食品工业、机械制造业、能源、环保、军事航天工业等诸多领域。
图l是平行逆流管壳式中空纤维热交换器组件示意图1、中空纤维， 2、组件外壳，3、密封胶，4、尾帽，5、流体(液/汽/气体)a进口， 6、 流体(液/汽/气体)b出口 ， 7、流体a出口， 8、流体b进口， 12、流体b 相对于中空纤维的流动方向。图2是错流管壳式中空纤维热交换器组件示意图A: 1、中空纤维，2、 组件外壳，3、密封胶，4、尾帽，5、流体(液/汽/气体)a进口， 6、流体 (液/汽/气体)b出口， 7、流体a出口， 8、流体b进口， 9、空心多孔管， 10、孔，11、液体流道，12、流体b相对于中空纤维的流动方向。图3是错流管壳式中空纤维热交换器组件示意图B: 1、中空纤维，2、 组件外壳，3、密封胶，4、尾帽，5、流体(液/汽/气体)a进口， 6、流体 (液/汽/气体)b出口， 7、流体a出口， 8、流体b进口， 9、空心多孔管， 10、孔，11、液体流道，12、流体b相对于中空纤维的流动方向，13、隔 4反，15、室M, 16、室N。图4是垂直错流管壳式中空纤维热交换器组件示意图C: 1、中空纤维， 2、组件外壳，3、密封胶，4、尾帽，5、流体(液/汽/气体)a进口， 6、 流体(液/汽/气体)b出口， 7、流体a出口， 8、流体b进口， 12、流体b 相对于中空纤维的流动方向，14、多孔板。
具体实施方式
如图1所示，在此平行逆流管壳式中空纤维热交换器组件中，中空纤维 (1)平行均匀地排列在柱形外壳(2)内，中空纤维(1)与柱形外壳(2) 的两端用密封胶(3)密封，并分别与两个带有进出口 (5， 7)的尾帽(4) 相连接；组件外壳的两端各有一个流体进出口 (6, 8)。流体(液/汽/气体)
a从进口 (5)流经中空纤维的内腔，然后从出口 (7)流出热交换器组件； 具有不同温度的流体b从进口 (8)进入膜组件，以与流体a相反的方向流 经中空纤维的外侧，从出口 (6)流出热交换器组件。在流体a和b在以相 反的方向分别从膜的内侧和外侧通过组件的过程中，实施了热量由高温侧 向低温侧通过中空纤维壁的转移，其结果是低温流体温度升高，而高温流 体温度降低。通过针对具体情况的合理设计，能够使流体a的进口温度和 流体b的出口温度能够非常接近，流体b的进口温度和流体a的出口温度 非常接近。如图2所示，在此错流管壳式中空纤维热交换器组件A中， 一根周围带 孔的空心多孔管(9)被固定在柱形组件的中央，空心多孔管(9)的一端 开放而另一端被封堵，空心多孔管(9)上的孔(10)在靠近开放端处最小， 且随着距流体入口 (8)处的距离的增加而逐渐增大，其目的是有利于获得均 匀的流体分布；空心多孔管(9)的内径随着柱形组件的内径和纤维数量的 增加而增大；中空纤维(1)平行均匀地排列在空心多孔管(9)周围，中 空纤维层与外壳的内壁之间存在一定间隙，空心多孔管(9 )和中空纤维(1) 的两端被密封胶(3)粘合固定在桶状外壳(2)内，组件的两头分别与两个 带有进出口的尾帽(4)相联接。其中，与空心多孔管(9)的敞开端相连 接的尾帽有两个流体的进出口， 一个为流体b的进口 (8)(与空心多孔管 (9)紧密相连)，另一个为流体a的出口 (7)。流体b从入口 (8)进入膜组 件，然后从空心管壁上的小孔(10)流出，形成相对于中空纤维(1)的错 流(l2 ),穿过中空纤维层的流体b在靠近组件外壳(2 )处的通道(11) 会集，沿壳壁经出口 (6)流出组件。流体a从入口 (5)进入组件，流经 中空纤维(1)的内腔，从出口 (7)流出。该形式组件的特点是由于存在 相对于中空纤维的错流，能够有效地克服纤维壁外侧的温度极化现象，从 而有利于提高热交换效率。图3所示为另一不同结构形式的错流管壳式中空纤维热交换器组件B。 与图3所示组件A的不同之处是在空心多孔管(9 )长度的1/2处被封堵， 而两端都敞开；与之相应，组件内中空纤维之间自长度的二分之一处也^皮 粘合剂(13)分割成两个部分(室M和室N)(但中空纤维的内腔没有被封 堵)；组件两端的两个尾帽分别含有两个流体的进出口，其中一个接口与空 心多孔管相连接，组件外壳则没有开口。流体b从入口 (8)进入膜组件，然
后从空心管壁上的小孔(10)流出，进入室M (15),形成相对于中空纤维 (1)的错流(12),穿过中空纤维层的流体b在通过通道(11)后进入室N (16),再以相对于中空纤维的错流汇集子空心多孔管，经出口 (6)流出组件；流体a从入口 (5)进入组件，流经中空纤维(1)的内腔，从出口(7) 流出。在实际应用中，可根据需要将组件的内腔分割成多个部分已达 到最佳的换热目的。该型结构热交换器的特点是兼顾了平行逆流和错流的 优点。图4是垂直错流管壳式中空纤维热交换器组件的示意图C。为实现流体 b相对于中空纤维的垂直错流，流体b通过位于组件外壳中心部位的进口(8) ，经过多孔板(14)的均匀分配之后，以均匀的流速流过中空纤维的 外侧，在中空纤维层的另一面则通过另外一个相同的多孔板，最后汇集并 流出组件(出口 (6))。在该型组件内，中空纤维膜(1)在相互在相互平 行的平面上平行排列，并且相邻层与层之间的中空纤维以错位的形式相互 排列；两个多孔板(14)上设有多个孔，多孔板中心部位孔的孔径最小， 并且随着离多孔板中央处的距离的增加而逐渐增大；两个多孔板平行对称 地放置于中空纤维层的两侧。流体a则从入口 (5)进入组件，流经中空纤 维(1)的内腔，从出口 (7)流出。该型结构的热交换器能够完全实现流 体相对于中空纤维的垂直错流，最大限度地克服纤维壁外侧的温度极化。下述实施例所述的流体的间隙流速和线速度定义为 间隙流速=流体通过组件的流量/单层膜纤维之间可以通过液体的面积。 线性流速=流体通过组件的流量/液体流入膜纤维内腔的有效横截面积。所有实施例的总传热系数U,均按照下式计算<formula>formula see original document page 11</formula>F:流体的体积流速；p:流体的密度；AT: 流体的进出口温度差； cp:流体的热容；ATlra:纤维内外流体的对数平均差(见下式)；s:中空 纤维的有效传热面积(内表面s = n兀(iiL );山纤维的内径；L:纤维 有效长度；n:纤维数<formula>formula see original document page 11</formula>T"和Ts2分别代表高温流体的进出口温度；Tn和Tf2分别代表低温流体 的进出口温度。 实施例1中空纤维聚偏二氟乙烯，内径600 ^im(微米)，厚度60 pm(微米)， 有效长度2 5cm (厘米)。组件平行对流结构(如图1所示)，500根中空纤维，填充密度0.43; 组件外壳材质为聚丙烯。操作条件1:中空纤维内側自来水，进口温度25。C，线性流速4120 cm/min;中空纤维外侧自来水，线性流速1860 cm/min。结果当中空纤维外侧自来水的进口温度为6(TC时，总传热系数为1300 watts/m2-K;当进口温度为90。C时，总传热系数为1452 watts/m2-K操作条件2:中空纤维内侧自来水，进口温度24。C,线性流速4220 cm/min;中空纤维外侧3. 5°/。NaCl盐水，进口温度90。C。结果当中空纤维外侧盐水的线性流速为1000 cm/min时，总传热系数 为1128 watts/m2-K;线性流速为4000 cm/min时，总传热系数为1732 watts/m2-K。操作条件3:中空纤维内侧自来水，进口温度22。C;中空纤维外侧 水蒸气，进口温度11(TC、 latm，线性流速60 cm/min (折合为水的线性流 速)。结果当中空纤维内侧自来水的线性流速为1000 cm/min时，总传热系 数为920 watts/m2-K;线性流速为4000 cm/min时，总传热系数为1545 watts/m2_K。实施例2中空纤维聚4-曱基-l-戊烯，内径425 ,(微米)，厚度50 inm(微 米)，有效长度20cm(厘米)。组件错流结构(如图2所示)，800根中空纤维，填充密度0.36;空 心多孔管和组件外壳材质为聚四氟乙烯。操作条件1:中空纤维内侧自来水，进口温度33。C，线性流速3520 cm/min;中空纤维外侧3°/。NaCl盐水，进口温度90。C。结果当中空纤维外侧盐水的间隙流速为120 cm/min时，总传热系数
为1250 watts/m2-K;当盐水的间隙流速为230 cm/min时，总传热系数为 1736 watts/m2-K。搡作条件2:中空纤维内侧水蒸气，进口温度115。C、 latm,线性流 速60cm/min (折合为水的线性流速)；中空纤维外侧3%NaCl盐水，进口 温度22。C。结果当中空纤维外侧盐水的间隙流速为100 cm/min时，总传热系数 为1483 watts/m2-K;当盐7JC的间隙;充速为250 cm/min时，总传热系凄史为 1833 watts/m2-K。操作条件3:中空纤维内侧水蒸气，进口温度115。C、 latm;中空纤 维外侧3%NaCl盐水，进口温度20。C，间隙流速为250 cm/min。结果当中空纤维内侧水蒸气的线性流速(折合为水的线性流速)为100 cm/min时，总传热系数为1559 watts/m2-K;当水蒸气的线性流速(折合为 水的线性流速)为200 cm/min时，总传热系数为1886 watts/m2-K。实施例3中空纤维聚丙烯，内径500 ,(微米)，厚度70 ^n(微米)，有效 长度30cm(厘米)。组件错流结构(如图3所示)，3000根中空纤维，填充密度0.55; 空心多孔管和组件外壳材质为聚丙烯。搡作条件中空纤维内侧海水，进口温度25°C ，线性流速4440 cm/min; 中空纤维外侧海水，进口温度80。C。结果当中空纤维外侧海水的间隙流速为150 cm/min时，总传热系数 为1450 watts/m2-K;当海水的间隙流速为250 cm/min时，总传热系凄t为 1767 watts/m2-K。实施例4中空纤维外表致密皮层非对称多孔聚4-曱基-1-戊烯，内径 550 nm(微米)，厚度65 nm(微米)，外皮层厚度<1 pm,有效长度30cm。组件垂直错流结构(如图4所示)，1200根中空纤維，填充密度O. 50; 空心板和组件外壳材质为聚碳酸酯。操作条件1:中空纤维内侧纯水，进口温度20°C;中空纤维外侧 々包和盐水，进口温度85。C,间隙流速为200 cm/min。结果当中空纤维内侧纯水的线性流速2200 cm/rain时，总传热系数为 2489 watts/m2-K;当纯水的线性流速4200 cm/min时，总传热系数为3430 watts/m2-K。搡作条件2:中空纤维内侧水蒸气，进口温度120。C、 latm，线性流 速(折合为水的线性流速)为80 cm/min;中空纤维外侧60%乙醇水溶液， 进口温度20°C。结果当中空纤维外侧60%乙醇水溶液的间隙流速为130 cm/min时，总 传热系数为2335 watts/m2-K;当乙醇水;容液的间隙流速为230 cm/min时 时，总传热系数为3421 watts/m2-K。实施例5中空纤维外表复合以0.7 pm厚的聚砜致密皮层多孔聚酰亚胺，内 径72G pm(微米)，厚度8G pm(微米)，有效长度25cm (厘米)。组件错流结构(如图3所示)，700根中空纤维，填充密度0.63;空 心板和组件外壳材质为聚醚^5风。操作条件1:中空纤维内侧海水，进口温度20°C,线性流速4322 cm/min;中空纤维外侧饱和盐水，进口温度92。C。结果当中空纤维外側饱和盐水的间隙流速为115 cm/min时，总传热 系数为2728 watts/m2-K;当饱和盐水的间隙流速为225 cm/min时，总传 热系凄史为3334 watts/m2-K。操作条件2:中空纤维内侧水蒸气，进口温度110。C、 latm，线性流 速(折合为水的线性流速)为100cm/min;中空纤维外侧10%盐酸水溶液， 进口温度24。C。结果当中空纤维外侧10%盐酸水溶液的间隙流速为78 cm/min时，总 传热系数为2123 watts/m2-K;当乙醇水溶液的间隙流速为196 cm/min时 时，总传热系数为3210 watts/m2-K。实施例6中空纤维石墨聚醚醚酮聚合物，内径515 jim(微米)，厚度30 pm(微 米)，有效长度18cm(厘米:)。组件平行对流结构(如图l所示)，900根中空纤维，填充密度0.43; 组件外壳材质为聚四氟乙烯。操作条件l:中空纤维内侧水蒸气，进口温度130。C、 2. 5atm,线性 流速(折合为水的线性流速)为120 cm/min;中空纤维外侧海水，进口
温度21。C。结果当中空纤维外侧海水线性流速为2590 cm/min时，总传热系数为 3476 watts/m2-K;当海水线性流速为4210 cm/min时，总传热系数为4216 watts/m2-K。才喿作条件2:中空纤维内侧空气，25°C、 2. Oatm,线性流速为3400 cm/min;中空纤维外侧水蒸气，进口温度120。C、 2. Oatm。结果当中空纤维外侧水蒸气线性流速(折合为水的线性流速)为70 cm/min时，总传热系数为1147 wat ts/m2-K;当水蒸气线性流速(折合为水 的线性流速)为124 cm/min时，总传热系数为1532 watts/m2-K。
权利要求
1、一种中空纤维热交换器装置，其基本组成部分包括中空纤维以及包含中空纤维的组件外壳；该中空纤维热交换器装置从结构上有平行逆流和错流两种基本形式。在不同形式的热交换器组件内中空纤维平行均匀地排列在组件外壳内，中空纤维的两端被粘合剂固定在组件外壳内，组件外壳的两端分别与含有流体进出口的尾帽相连结。
2、 按照权利要求l的中空纤维热交换器装置，其特征在于所述的组件外壳 内的中空纤维是无孔的，中空纤维的结构可以是均质无孔结构、复合结构， 也可以是多孔中空纤维的表面(内表面或外表面)有一层薄的无孔皮层。
3、 按照权利要求2所述中空纤维的材质是大多数具有良好导热性能、优良 物理化学性能和机械性能的高分子材料、无机材料、无机高分子材料以及 它们的混合/复合材料。
4、 按照权利要求2所述的中空纤维，其特征在于中空纤维的内径为 30-3000|um (微米)，中空纤维的壁厚为l-1000pm，组件内中空纤维的有效 长度为5-200 cm;组件内中空纤维的填装密度在0. 05-0. 75之间。
5、 按照权利要求1的中空纤维热交换器装置，所述的组件外壳的内径为 1-200 cm、长度5-250 cm、厚度不大于10 cm。
6、 按照权利要求l的中空纤维热交换器装置，其平行逆流组件的结构可表 述为平行均匀排列的中空纤维的两端被粘合剂固定在组件外壳内，组件外 壳接近两端的封胶处分别设有流体进出口 ，而组件外壳两端的尾帽上也分 别设有一个流体进出口。
7、 按照权利要求1的中空纤维热交换器装置，其错流组件的结构可表述为 一根空心多孔管固定在柱形组件的中央，空心多孔管的一端开放而另一端 被封堵；中空纤维平行均匀地排列在空心多孔管周围，且中空纤维层与外 壳内壁之间存在一定间隙，空心多孔管和中空纤维的两端被粘合剂固定在 组件外壳内，组件外壳在接近空心多孔管的封堵端设有流体的出口，组件 外壳的两端分别与两个有流体进出口的尾帽相连结，其中一个尾帽有一个 流体进出口，而另一个尾帽有两个流体进出口，其中一个口与空心多孔管 相连接，由此而构成了一个完整的错流中空纤维热交换器组件。
8、 在权利要求7所述错流组件的基础上，空心多孔管的两端开放，在其长度的二分之一处内部空心通道被封堵成为两个部分，空心多孔管与中空纤 维之间以及中空纤维之间自长度的二分之一处也被堵隔成两个部分(也可根据需要堵隔为多个部分，与之相应的空心多孔管也被封堵为多个部分)；组件外壳两端的每一个尾帽上有两个流体进出口，其中一个与空心多孔管 相连接，由此而构成了另一个错流形式的中空纤维热交换器组件。
9、 按照权利要求1的中空纤维热交换器装置，其错流组件的结构也可表述 为在组件槽体(外壳)内排列的中空纤维层的上下两侧分别设有两个多孔 板；槽体(外壳)上下部位设有流体的进口与出口，槽体两端的尾帽各有 一个流体进出口。由此而形成一个垂直错流中空纤维热交换器组件。
10、 一种中空纤维热交换装置的换热方法，其特征在于包括如下步骤A 咼溫工质能够适用于中空纤维热交换器的热工质包括气、汽、液，其中液体热 工质主要是指水、各种水溶液以及部分有机液体。热工质的最高使用温度 与所用中空纤维的材质有关。B低温工质能够适用于中空纤维热交换器的冷工质包括气、汽、液，其中液体冷 工质主要是指水、各种水溶液以及部分有机液体。 C热量交换冷热工质在进入中空纤维热交换器之前需除去其中的固体颗粒和悬浮物。操作方面，冷工质进入热交换器组件内中空纤维的一侧；而热工质流入 中空纤维的另一侧。由于中空纤维的内外側存在着温度差，热量将从高温 工质通过中空纤维壁传递给低温工质，其结果使高温工质的温度降低和低 温工质的温度上升。
全文摘要
本发明涉及一种中空纤维热交换器装置，包括中空纤维、组件外壳和流速分配系统。该中空纤维热交换器装置从结构上有平行逆流和错流两种基本形式。在不同形式的热交换器组件内中空纤维平行均匀地排列在组件外壳内，中空纤维的两端被粘合剂固定在组件外壳内，组件外壳的两端分别与含有流体进出口的尾帽相连结。本发明的热交换器适合于气、汽、液体系的热交换，具有总传热系数高、耐盐、耐酸碱和化学腐蚀、体积小、重量轻、易加工、生产成本低、应用范围广等特点。
文档编号F28F21/00GK101105380SQ200610014760
公开日2008年1月16日 申请日期2006年7月12日 优先权日2006年7月12日
发明者侯爱平 申请人:天津膜科力科技有限公司