[发明专利]中空叶片转子式换热器

说明书

技术领域：

本发明专利所属的技术领域涉及一种换热器，特别是间壁式换热器。

背景技术：

间壁式换热器是温度不同的两种流体导热介质在被壁面分开的空间里流动，通过壁面的导热和流体在壁表面对流，两种流体导热介质之间进行热量交换的换热器。间壁式换热器有管壳式、套管式、板式、翅片式和其他型式的换热器。间壁式换热器是目前应用最为广泛的换热器，广泛应用在石油、化工、冶金、电力、船舶、汽车、集中供暖、制冷空调、动力机械、食品、制药、新能源汽车及IT电子产品等领域。

现有的间壁式换热器，均是通过换热系统中的流体泵或风机分别对两种流体介质做功，使流体介质获得足够的流动能量，然后分别在间壁式换热器内的各自管腔内流动，并通用管壁交换热量从而完成换热功能的换热器。像这种传统的间壁式换热器本身没有流体泵或风机，必须在与泵或风机构成的强制换热系统中才能正常工作，如申请号：CN201610045591.3，一种新型换热器的发明专利，是传统间壁式换热器的代表作。因此传统的间壁式换热器存在着如下难以克服的几个问题：

1、换热器在失去泵或风机后，由于传热介质无法流动或自然对流式流动速度极低，因此不能有效完成换热工作或者换热效能极低。

2、与间壁式换热器一起构成的完整的换热系统，需要有泵或风机。而泵或风机等与换热器是分体的，各自独立设计制造与安装，再用管道连接，从而造成这个系统组成复杂、设计匹配与选型困难、占用空间大、成本高且效率低是典型的缺点。

3、更为重要的是这样的换热器与系统，由于需要泵或风机提供足够的流量与扬程来保证换热时两种介质的换热对流强度，不能利用泵或风机在泵内或风机内，驱动流体介质获得动能与压力能时所形成的流动损失当中的湍流来进行高效的热量交换，而是要在流体介质进入换热器内再次损失动能与压力能产生湍流以达到需要的换热对流强度，从而使换热系统的能源利用效率严重低下。

发明内容：

本发明的发明目的，就是要提供一种泵或风机与换热器完全一体化的，能充分利用泵或风机驱动流体介质进行能量转换时形成的湍流来进行高效热量交换的、结构简单、体积小、成本低、效率更高的新型换热器--中空叶片转子式换热器。

本发明的内容为：一种间壁式换热器，包括内部流体流经换热器的进流管与出流管，外部流体流经换热器的进流管、外部流体能量转换区与出流管。其特征在于：所述内部流体进流管通过空腔转子的进流管与空腔转子的进流腔相连通，在内部流体进流管与空腔转子的进流管之间设有转动密封装置；所述内部流体出流管通过空腔转子的出流管与空腔转子的出流腔相连通，在内部流体出流管与空腔转子的出流管之间设有转动密封装置；所述一定数量的由导热材料制成的，作为推进器驱动外部流体介质在外部流体能量转换区实现能量转换流动的，由隔片分开形成内部流体介质进流流道、出流流道及两个流道在中空叶片内的连通部分构成的中空叶片，按在一个垂直于轴承的回转轴线的平面上，并以轴线为轴圆周阵列一次为一个级的方式，安装在空腔转子上，可以安装成单级或多级，并且所有中空叶片的出流流道与空腔转子出流腔或级间转流腔相连通，所述全部中空叶片的进流流道与空腔转子的进流腔或级间转流腔相连通，全部中空叶片的进流流道与内部流体推进器叶片相配合构成各级的内部流体介质的驱动装置，从而实现所有中空叶片随空腔转子转动时，即可对中空叶片内外部的流体介质同步做功驱动使其同时流动，并同时在中空叶片内外表面完成内外流体介质的热量交换。

采用以上技术方案后，与现有技术相比，本发明的中空叶片转子式换热器具有以下优点：

1、由于换热器本身即为内外部换热流体的共同驱动器，在驱动内外部流体的同时，就完成了两种流体间的热量交换，从而减少了换热流体在输送管道及传统换热器内的二次流动损失，从而有效降低对换热流体驱动的功率。

2、由于利用矢量关系有效提高了中空叶片外部流动弦向速度，从而获得了大于轴向流量的弦向流量，在轴向流速与流量相同的情况下，可以更充分的与外部流体交换热量。以典型轴流式推进器为例，在叶片安装角a为25°时，中空叶片的弦向速度υ₁比轴向速度υ₂大2.38倍。常规轴流风机轴向速度υ₂为10m/s 时(吹向传统换热器时的风机出口速度)，弦向速度υ₁可达23.8m/s，非常有利于获得大雷诺数以形成湍流，具体可以参见图7，这是轴流式叶片外部流体流动速度矢量三角关系说明示意图。