[发明专利]间接热交换器

说明书

提供改进的间接热交换器，其由多条盘管回路组成，每条盘管回路由间接换热部分管道直段或板组成。每根管道直段或板具有其几何形状的至少一个变化，也可以从回路的入口前进到出口在其几何形状方面具有逐渐变化。沿着回路长度在几何形状方面的变化允许外部气流、内部传热系数、内部流体侧压降、横截面面积和传热表面积的同时平衡，以优化传热。

技术领域

本发明涉及热交换器，更具体地说，涉及由多条管道直段回路组成的间接热交换器。

发明内容

每条回路由具有多根管道直段和多个回弯头的管道构成。每根管道从其到入口集管的连接件附近至其与出口集管的连接件附近可以具有相同的表面积。然而，管道直段的几何形状随着管道直段从入口延伸到出口集管附近而改变。在一种情况下，管道直段的水平横截面尺寸随着管道直段延伸到出口集管附近而减小。水平横截面尺寸的这种减小可以从入口集管附近到出口集管附近而逐渐变化，或者每根盘管直段可以具有均匀的横截面尺寸，其中管道直段的至少一个水平横截面尺寸越接近出口集管越小。

特别地，提供了一种间接热交换器，其包括多条回路，其中入口集管连接到每条回路的入口端，而出口集管连接到每条回路的出口端。每条回路由一根直通管组成，该直通管以一系列直段和回弯头而从每条回路的入口端延伸到每条回路的出口端。在这些实施例中，管道直段可以具有回弯头，也可以是一根没有回弯头的长直管，例如具有蒸汽冷凝器盘管的长直管。每根回路直通管在每条盘管回路的入口端附近具有预先选择的水平横截面尺寸，并且每根回路直通管随着回路管道从每条回路的入口端附近延伸到每条盘管回路的出口端附近而具有减小的水平横截面尺寸。

所呈现的实施例在入口集管附近的第一直段中以在水平横截面尺寸或横截面面积方面较大的管道几何形状开始，然后从入口到出口并且通常沿气流方向在管道直段的水平横截面尺寸方面具有减小或扁平化(至少一次)。在冷凝器中逐渐扁平化的一个关键优点是内部横截面面积需要在最浓蒸气进入管道直段的情况下变成最大面积。这通过减少内侧压降而使气体进入管道直段内，以允许更多蒸气进入管道直段。水平管道直段横截面尺寸的减小或管道沿气流方向的扁平化与现有技术的热交换器相比获得了更多优点。首先，减小了的突出面积减小了阻力系数，其对气流具有较低的阻力，从而允许更多空气流动。除了气流增益之外，对于冷凝器，当制冷剂被冷凝时，由于制冷剂从开头端(气-低密度)向结束端(液-高密度)前进，所以很少对内部横截面面积有需要，因此当流体从入口流动到出口时有利于减少内部横截面面积，以允许较高的内部流体速度，进而允许较高的内部传热系数。对于冷凝器和流体冷却器，尤其是具有较低内部流体速度的流体冷却器，也是如此。在所示的一个实施例中，管道开始可以是圆形的，并且几何形状对于每组两根管道直段而逐渐流线化。决定多少根管道直段具有更加流线化的形状和水平横截面尺寸的减小以及需要减少多少是在期望的气流改善量、期望的内部传热系数量、制造难度以及可允许的内管侧压降之间进行平衡。

覆盖间接热交换器的典型管道直段直径范围为1/4”至2.0”，但这不是对本发明的限制。当管道直段以大内部横截面面积开始，然后逐渐被扁平化时，对于给定的管道直径，管道的周长进而其表面积在任何扁平化比率下基本保持不变，同时内部横截面面积逐渐减小，并且在间接热交换器外部的气流中的突出面积也减小。扁平型管道的一般形状可以是椭圆形、具有一个或两个对称轴的卵圆形、扁平卵圆形或任何流线型形状。确定每次通过的性能和压降优势的关键指标是椭圆的长(竖直)边与最短(水平)边的比率。圆形管道将具有1:1的比率。扁平化的程度通过增大两边的比率来表示。本发明涉及范围从1：1至6：1的比率，以提供最佳性能折衷。每个间接热交换器管道直段的最佳最大椭圆比率取决于盘管内的工作流体、期望的空气侧性能增益量、内部流体速度的期望增量和内部传热系数的增量、盘管操作条件、可允许的内管侧压降以及盘管的期望几何形状的可制造性。在理想情况下，所有这些参数将得到平衡，以满足客户的确切需要来优化系统性能，从而最小化能耗和耗水量。