主动式热交换以及其应用
【技术领域】
[0001]本发明涉及热交换器，使热交换器增加热交换能力和方式、减小体积、形状的多样化以及增加其应用。
【背景技术】
[0002]目前，如空调、冰箱、冷藏等的热交换系统是直接将很高和很低的热源剂(制冷、热剂)、输送到包括安装在室内的蒸发器和冷凝器的换热器进行热交换，而蒸发器和冷凝器为S胀管加散热翅片结构，翅片与蒸发器的管道接触面积小，翅片距离管道较远处与管道温差大，在流体流动方向上翅片平直，使流体更多以平衡于翅片流动，传热能力弱，接头多、体积大、换热能力弱的方形，同时也限制了其外观设计范围，增加制冷剂的使用量和泄漏故障；在如发动机的固定形状的热源中，做功钢筒外面的散热是一个传热剂(水)靠冷热的密度变化自循环体积，其热交换能力弱、占用体积大以及重量大的缺点；在现有蒸发耗水的散热器中也同样存在体积大、热交换能力弱以及噪声大的缺点。提高蒸发或热交换主动性促使效率的增加、减小热交换器的体积和增强高正负压的密封性以及使其外观的多样化是一个重要的课题。
【发明内容】
[0003]本发明解决技术方案的目的是提高蒸发或热交换能力、热交换器的体积和密封性以及使其外观的多样化。
[0004]本发明要解决技术问题的方案是:因为传热剂(如发动机钢筒外的水将热能传到散热水箱)、热源剂(如空调内的R22或R407C等)、散热剂(如冷凝器、蒸发器或散热水箱外的空气)作为流体在流道、传热介质或热源表面流动时，其蒸发或热传递的效率与流体对表面的冲击量、冲击面积、之间温差、流体间热交换速度成正比，将传热剂、热源剂、散热剂与流道、传热介质或热源表面组成的体积细化，在传热介质或热源表面加入凹凸体和改变热交换器的结构，从而提高传热剂、热源剂、散热剂的低耗功流动速度和使其结构的多样化，使管道、传热介质或热源表面间流动的流体增加对壁面的冲击量和面积，以及使流体之间滚流而增加流体间和流体与壁面的热交换，提高效率。
[0005]本发明的有益之处是提高蒸发或热交换效率、减小热交换器的体积、增强对热源剂密封性、使其外观的多样化以及其应用范围。
【附图说明】
[0006]
图1是本发明体积和表面细化的基本结构原理图。
[0007]图2是以空调为实施例的热交换结构原理图。
[0008]图3是以发动机钢筒为实施例的热交换结构原理图。
[0009]图4是以发动机钢筒端面为实施例的热交换结构原理图。
[0010]图5是旋绕式蒸发器实施例图。
[0011]图6管内增效热交换器实施例图。
[0012]图7是管状热源加散热翅片的热交换器实施例图。
[0013]图8是旋转式热交换器实施例图。
具体实施例
[0014]在图1中，1-1的(1) 一个热交换器体积径向细分的径向截面，包括饼状旋绕(31)的轴向分层细分和筒状旋绕(32)的径向分层，具体的截形状不限，这里图中的实施例形状为圆形，其弯曲半径较大，有利于在流速和密度高的流体中应用，当流体流速小或密度低时，流道或管道有某处弯曲半径小对流体流动的功率损耗不大，热交换器体积细分旋绕形成的径向截面形状不限；右边是如图5中的(59)或(520)以轴向筒状两种相互热交换的流体管道间隔旋绕对热交换器体积细分，其是内部可以有散热的凹凸或翅片(如16、18、19、2U22或24)增加流体对管道或热交换介质表面的冲击量(冲击量是单位面积时间内流体流到再流出热交换体表面进行热交换的分子数量)和冲击面积，小管道如(3、8、11、12)外部可与圆状(13)或方形(2、4、5)的管形(内有传热剂或热源剂)配合进行热交换，两不同管道的筒状相旋绕会受热胀冷缩变形不等量的影响，可以如方形管道(5)与方形管道或(11)与圆形管道的相配合面相对于轴线平行线的角度较大、(2与3)以管道壁的弹性配合、(26)是其中一种低压流道在圆周弹性或可拉伸连接，使两相旋绕管道在热胀冷缩时有良好接触；(6、4、11、12、28、30 )是如图5的(58 )经径向饼状旋绕对热交换器体积细分，其内部的散热凹凸或翅片和与外部的配合如(2)—样，但其轴向可装配有弹性体(7)，在各管或流道热胀冷缩时可轴向伸缩保持紧密接触进行热交换；(4、5、28之间或11与13)是散热剂或传热剂的管道与传热剂或热源剂管道倾斜配合(配合面较大的倾斜角&是在不同的管道温度的变化不同热胀冷缩时有利于一端或两端管道可轴向移动伸缩又保持各管道较为紧贴，倾斜角札与轴向线夹角越大越有利)进行热交换，中间每一截面的散热剂或传热剂的管道、传热剂或热源剂管道都有四个周围的面与四条传热剂或热源剂管道、散热剂或传热剂的管道紧贴热交换，(13)是圆管道与圆(29)或方管道(11、30)的配合接触面积略小，(4,5)是方管道与方管道的配合，应使不同流体管道的配合接触面增大，减小两种管道之间的温差，也可以加有弹性力(7)轴向伸缩紧贴配合；(5)是如图6中为管中管或管中翅片配合，即是管内的小管的流体与在外的大管内的流体通过小管隔离进行热交换，小管道或小管道与大管道间可加入翅片或变形扭曲(如图6)，增加小管道与两管间流体的热交换能力；(8)是在截面中管道或管道加翅片将热交换器体积一字排列细分，使管外流道(10)作S形流动；(9)是除了外接管道的密封壳，其中(8)是内可以有翅片(如图6的62)，可管道内流体向翅片热交换、增加管内的传热剂或热源剂向管壁热量传递面积和控制流体流动方向增加对翅片、管壁的冲击量，图中流道截面积小的管道可承受较大压力，一般作高压流体(如制冷剂)流动；流道截面积较大的管道可承受压力较小一般作散热剂或传热剂流动，流道内与流道外或相邻流道间不需要绝对密封，只需如外壳(9)除了外接管道使热交换器整体外表面密封即可；
(31)是一种流体管(流)道的筒状旋绕状态，如图中(2、3、5、13、29)的截面流道在X方向上叠加螺旋绕成筒状，流道截面在X方向上的叠加可以是与X成任何角度的直线或弧线排列；
(32)是一种流体管(流)道的饼状旋绕状态，如图中(12、30、11、6、28)的截面流道在Y方向上叠加旋绕成饼状，流道截面在Y方向上的叠加可以是与Y成任何角度的直线或弧线排列，即成X方向是轴向、Υ方向是径向。
[0015]图1的1-2是强制流体在流道流动时增加流体对流道表面的冲击量和冲击面积，
(14)是流体在流道中流动时，使流体在品状排列障碍作S流动，增加对流道侧表面的冲击和中间流体与流道表面流体的交换，可以是流道相对两侧面凸出形成品状排列，也可以是管道或翅片的品状排列；(15)是流体在S形的翅片中流动，如图2的(06)翅片，是在流体流动方向呈波状，它和(14) 一样，是使流体在两个面间波动，增加流体对管道或翅片的冲击交换量和流体间的交换量；(18、19)是强制流体在流动方向作交叉流动，是流道表面的凸出排列，有利于流体在流道表面凸出体侧表面间冲击热交换，可以很大程度地增加流体对固体热源的冲击量和面积；17是翅片作之字排列，强制流体以之字角度对翅片表面的冲击量，在相当的热交换量中可缩短流体在翅片的流动距离，但流体的流动耗功大，适合如(08)有较密的小翅片排列；(16、21)强制流体在较方形或圆形流道中增加旋转流动；(27)在管状体的沿管道方向流动中，增加流体的旋转和滚流；流体旋转时会产生离心力对流道表面和迫使其旋转的翅片冲击和滚流，增加对表面的冲击量，也旋转流体与在流道方向流动的流体快速交换；斜形翅片(22、24)是流体在两距离小的面(23、25)中流动时，使流体形成多个旋转循环流动，增加流体对(23、25)的表面冲击量和表面与中间流体的交换。
[0016]图1-3是传统热交换器一般流体流动形态，可以看出流体以较顺直的方式流动，流体以经过的方式在流道表面流动，不论流道表面是平面或有较整齐的凹凸，在流道表面流动的流体与流道中间的流体交换能力很弱，形成流道表面的流体与流道表面温差小而使热交换能力弱，加上对热交换器体积不细分或细分不合理，流体流速小或有流速而耗功率大。
[0017]本发明要增加热交换效率，是使流道表面的流体与流道表面温差尽可能大、距离尽可能小以及增大流体与流道表面接触面积的更好兼取，这就需要通过细分热交换器体积形成低耗功的流体速度，通过对流道形状和流道表面形状的合理设计，增加流体与流道表面接触面积，使流道表面的流体与中间流体合理交换，使温差大的流体及时流到流道表面，温差小的流体流到中间或另一温差大的流道表面进行热交换，这就加快某截面全部流体与流道的温差平衡或对流道表面的热交换速度。流体对流道表面的冲击是:热交换器是流体与流道或翅片表面有一定量的温差进行热交换，不论传导、辐射等何种传热方式，距离流道表面越近特别能接触到表面的流体热交换越快，越容易与流道表面温度接近并达到平衡而停止热交换，流体与流道表面从有距离至距离越远热交换能力会很迅速减弱，这需要中间流体以合理速度流到流道表面以更大的温差加快热交换，流道表面流体流到中间和其他流体或另一没有热能交换的表面(如从发动机钢筒表面流到流道另一表面)进行热交换，使整个流道截面的流体也相互热交换而加快速度；相同的流体流速一般热交换器作为外散热时(如制冷的冷凝器向大气散热以更快散热为目的)，流体冲击表面的方向与表面夹角角度较大，有利于温差大的散热剂与表面热交换即是流道表面流体交换速度快，但流体流动耗较大功率；作为有用流体散热时(如制冷的蒸发器向室内散冷气以得到一定的气温为目的)，流体冲击表面的方向与表面夹角角度较小，使流体与流道表面有一定时间得到一定温度，又使流体与表面得到合理速度交换，减小使流体流动功耗。
[0018]图2是一个制冷(热)及热交换的系统，(01)是毛细管，(02)是S形排列流体管道，(03)是流体为传热剂液体或散热剂气体(如空气)的热交换器，(04)是压缩机，(06)是套在S形排列热交换管上的翅片，(07)是输送传热剂或散热剂的成型件管道，(08,036)是网状形热交换器，(012)是如图5的(58)饼状旋绕管道，(014)是如图5的(59)轴向筒状旋绕的热交换器径向截面，(015)是旋绕细分的热交换器轴向截面外壳，(030)是除污器，可用过滤、电离子等方法去除空气中的尘粒，(034)是冷凝水与空气分离器，可以使水珠离心冲击在吸水材料等方法。
[0019]图2的热交换器(03)是流体为传热剂液体或散热剂空气，采用传热剂流体时，要注意的因素是:流体与流道或传热介质的相对化学和物理的稳定性，凝固点和沸腾温度，单位体积温度的吸收能量，流动性能，是否有毒害等。在热交换时(03)的一条管道两端连接高正或负压的制热、制冷流体，与其配合的是流体为低压液体流道或管道进行热交换，将液体用管道连接或分支连接到所需位置(如空调房间、各冰箱壁、冷藏空间)，如需要再热交换的空间(如空调房间、冷藏空间)连接散热器与空气进行热交换，使该位置的空间空气得到所需温度或热量，液体再用管道连接回到(03)循环热交换，其能将制冷(热)的高正负压系统组成一体机缩短管道长度、减小热源剂的用量，减小高正负压管的接头增强密封可靠性；液体吸收和携带热量多强，其与高正负压管内的热冷源交换能量快，传递热量到散热装置的管道(09)流量(管截面积、压力和流速)小，在普通水管道的基础上再加管道材料对液体性质和温度的适应性以及保温性能，即其管道、连接、分支、开关和加入其他控制件的压力密封要求相同，可以使高正负压系统缩小体积整机一体作为成品，外管道的安装连接按一般水管的要求即可，降低安装连接难度、成本和故障率。
[0020]采用散热剂气体(如空气)时，空调、冷藏、冰箱、供暖等，其可将整个热交