CN101160501A - 轴向热交换器 - Google Patents

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CN101160501A CN200680012097.1A CN200680012097A CN101160501A CN 101160501 A CN101160501 A CN 101160501A CN 200680012097 A CN200680012097 A CN 200680012097A CN 101160501 A CN101160501 A CN 101160501A
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Abstract

本发明提供一种用于在气体介质和流体或液体介质之间进行热交换的改进的轴向热交换器。该轴向热交换器包括适于封闭住第一气体介质流的大体上轴向延伸的纵向外管道。该热交换器还包括多个适于封闭住第二液体介质流的大体上平行的内管道。内管道布置在外管道内部，从而大体上沿着所述外管道的内部轴向延伸，以使所述第一气体介质和所述第二液体介质之间能够进行热传递。当内管道的数量增加时，可一定程度地改进热传递；另外，其进一步的改进在于：内管道中的至少一个与至少一个长形的片体联结。将片体布置成大体上沿着内管道轴向延伸，从而与流经外管道的第一气体介质的流动方向大体上一致。

Description

轴向热交换器
技术领域
本发明涉及一种用于在两种介质之间进行热交换的轴向热交换器，所述介质优选为气体介质和液体介质，最为优选则为空气和水。更加具体地，本发明涉及一种用于调节限定空间中——优选为室内空间中——的空气温度和空气舒适度的热交换器。
背景技术
简介
热传递是一种与自然和人为活动相关的非常常见的作用。热传递主要取决于三种不同机制，亦即传导、对流和辐射。
通过传导进行的热传递的实质特征在于：不发生可观察得到的物质运动。在金属固体中，存在有自由电子运动；在液体中，分子之间发生动量传递；而在气体中，则发生分子扩散(分子随机运动)。通过对流进行的热传递实质上为一种宏观的现象，其由流体成分的混合引起，其中，自然对流可由于密度差造成，而强制性对流则可通过机械手段造成。通过辐射进行的热传递的实质特征在于存在有电磁波。所有材料均辐射热能。当辐射落到第二物体上时，其将被传输、反射或吸收。所吸收的能量在物体中即表现为热。
在大多热交换器中，当热量经过一或几层材料而到达一吸热的流体或气体流时，热传递的发生主要通过传导并有可能还通过对流进行。然而，在某种程度上，也可包含其他传递机制。材料层通常具有不同厚度并且具有不同的导热性。因此，在热交换器的设计中知道整体的传热系数是必要的。当已知整体的传热系数时，通过穿过热交换器的整体能量平衡来计算所需的热传递面积。
热交换器具有多种不同的设计方案。最为常见的类型为管状热交换器、板式热交换器、刮板式热交换器。构成材料的选择根据应用情形而不同。在食品工业中，主导材料为不锈钢和耐酸钢或甚至是更加稀有的材料，比如钛，后者通常用于包含氯化物的流体。在其它工业中，热交换器由软钢制成即可足够。
板式热交换器经常用在粘度低的、对操作温度和压力要求不高的应用情形中，所述温度和压力通常低于150℃和25巴。选择填料以经受存在的操作温度和加工流体组分。在食品工业中，板式热交换器通常用于在温度低于100℃和压力低于15巴下进行的牛奶和果汁的巴氏消毒操作中。
管状热交换器通常用在对高温和高压的要求很高的应用情形中。同时，在流体包含将会阻塞板式热交换器的管道的颗粒时，使用管状热交换器。在食品工业中，管状热交换器通常用于在温度高于150℃的条件下进行操作的牛奶和果汁的消毒器中。管状热交换器还用于中高粘度和颗粒制品，如番茄莎酱、番茄酱和米饭布丁。在上述这些情形的某些情形中，操作压力可超过100巴。在管状热交换器中，可毫无问题地对尺寸高达10-15毫米的颗粒物进行处理。
刮板式热交换器用在粘度非常高且大的物块为流体的一部分、或者结垢问题严重的应用情形中。在食品工业中，刮板式热交换器用在例如像存在有整颗草莓的草莓酱这样的制品中。在热交换器中的处理非常轻柔并且压力降低到这样低，使得草莓将能经过***却仅受到非常小的损坏。然而，刮板式热交换器是最为昂贵的方案，因此，仅仅在板式热交换器和管状热交换器不能适当工作时才使用。
相关技术
US 5,251,603(Watanabe等)披露一种用于机动车辆的燃料冷却***，具有：用于将燃料供应给机动车辆引擎(E)的燃料缸(2)；制冷剂蒸发器(12)；用于进行空气调节的制冷***中的压缩机(8)以及设置在燃料管路(3b)和蒸发制冷剂管路(13)之间的热交换器(15)，参见第2栏第45-66行以及图1。热交换器(15)由共轴的内外管(17、18)以及例如容纳在内外管(17、18)之间的空间中的螺旋状传热片组成，参见第3栏第4-64行以及图2-4。通过此构造，使得流经在引擎(E)和燃料缸(2)之间延伸的燃料返回管路(3b)的燃料流经内外管(17、18)之间的空间，而使得蒸发的低温制冷剂流经热交换器的内管(17)的内部。内管具有紧固在其中的热交换片，例如，所述热交换片为这样的类型，即其沿所述内管纵向延伸并具有波状横剖面。燃料和制冷剂通过内管进行热交换，从而使燃料得到有效冷却。
US 5,107,922(So)披露一种用在小型的汽车热交换器(30)中的偏置条形散热片(42)。所述偏置条形散热片(42)具有多个沿轴向延伸的波纹横排，其中，相邻排中的波纹如此地重叠，使得油的边界层不断地重新形成。散热片的尺寸被优化，以获得优良的沿轴向方向的热传递与压降之间的比率。在一个方面，小型的同心管热交换器(30)具有位于环形流体流动通路中的偏置条形散热片(42)，而所述环形流体流动通路位于一对同心管(32、34)之间，参见第5栏第44行到第7栏第6行以及图1-4。
披露在以上的Watanabe和So中的热交换器基本上为管状热交换器。Watanabe和So中的热交换器相对较小以装配在机动车辆的有限的内空间中。因而，可利用的热交换面积有限，从而要求两个热交换介质之间的高温差，以获得足够的热交换。这一点Watanabe中得到证实，其通过使用压缩机(8)以蒸发制冷介质，这导致流经内管(17)的内部的制冷剂的明显冷却。
WO 03/085344(Jensen等)披露一种热交换器组件，包括形成用于第一流体的第一管道(24)的内管(3)以及完全包绕内管(3)并相对于内管平行延伸的外管(1)，从而界定形成用于第二流体的第二管道(25)。散热片(2)在内管(3)外壁和外管(1)内壁之间延伸。散热片(2)仅与内管(3)一体连接，参见Jensen中的第1页的摘要和图1-2。
上述Jensen中的热交换器基本上为一管状热交换器。热传递通过内管(3)的壁部和散热片(2)进行。然而，参看图1-2中的交换器的横截面，可看到内管(3)的壁部和散热片(2)相对较厚。因此，壁部和散热片中的材料需要具有高的导热性，以提供足够的热交换。内管(3)的厚的散热片(2)将进一步降低在内管(3)中可利用的、用于通过内管(3)的壁部和散热片(2)进行热传递的面积。通常，减小的热传递面积要求在流体之间具有较大的温差，以维持足够的热交换。可选的替代方案为增加一种或两种介质的压力和/或流动。如果如同Jensen中的热交换器用于在气体介质和流体介质之间或者在两种气体介质之间进行热交换，就尤其需要这样。气体介质密度小于流体介质，因而气体介质通常不能如流体介质一样携带、吸收或放出等量的每立方单位的能量。这意味着与把相同量的能量传递到流体介质或从流体介质传走所需的面积比较，把热量传递到气体介质或从气体介质传走通常需要较大的热交换面积。
US 5,753,342(Nitta)披露一种热交换器***，其包括外导管壳体(20)和位于一端的动力风扇(24)。包括两个嵌套管路(28、30)的热交换器按与风扇(24)成直线的方式被定位在导管(20)内。每一管路(28、30)包括径向向外的散热片(38、46)和径向向内的散热片(40、48)。位于外管路(28)上的径向向内的散热片(40)和位于内管(30)上的径向向外的散热片(46)相互交叉。位于管路端部上的端盖(32、34)包括挡板(54、56、58、68、70)，其适当地分隔限定在管路(28、30)之间和散热片(38、40、46、48)的端部之间的环形叉管(60、62)和端盖(32、34)，从而能够形成四个贯穿热交换器的长度方向的通路。
内管路(30)界定通过管路(30)的中心的内通路。径向向内的散热片(48)延伸进入该通路内。两个端盖(32、34)具有孔(72、74)，其与通过内管路(30)的通路对准。由此，风扇(24)能够迫使空气通过热交换器的内部以及在外部环绕着热交换器，并沿着装置的纵向方向流动，参见第2栏第58-65行。
Nitta热交换器类似于Jensen热交换器。然而，Nitta热交换器中管路的壁和散热片似乎比Jensen热交换器中的类似部件相对较薄。因而，在Nitta中，对壁部和散热片材料的高导热性的要求会低一些。然而，Nitta热交换器的横截面的相当大的一部分如Jensen热交换器地被内管路的壁部和散热片所占据。这使得用于将会经过热交换器的气体或流体等介质的通路变窄，进而必需增高介质的压力。
上述现有技术中的热交换器显示出具有一个或几个以下缺点：热交换面积小；温差大；用于介质流的横截面小；介质流率高；介质压力高。
显然，现有技术中的热交换器不适合在温差小的慢速流动的气体介质和流体或液体介质流之间进行热交换，其特别地不适合用作下述目的的热交换器：其用于调节慢速流经交换器的空气的温度以调节限定空间——优选为室内空间——中的温度和空气舒适度。
发明内容
本发明提供一种用于在气体介质和流体或液体介质之间进行热交换的改进的轴向热交换器。
依据本发明的轴向热交换器包括大体上轴向延伸的纵向外管道——如管体等，该外管道适于封闭住第一气体介质流(优选为空气流)。该热交换器还包括多个大体上平行的内管道——如管路或导管等，该内管道适于封闭住第二液体介质流(优选为水流)。内管道布置在外管道内部，从而大体上沿着所述外管道的内部轴向延伸，以能够在所述第一气体介质和所述第二液体介质之间进行热传递。可以通过增加内管道的数量来改进热传递；另外，其特别的改进在于内管道中的至少一个、优选地是内管道中的至少两个与至少一个长形的片体联结。长形的片体布置成大体上沿着内管道轴向延伸，从而大体上与流经外管道的第一气体介质的流动方向一致。
依据本发明的多个轴向热交换器能够串联耦接，从而，第一气体介质流能够流经第一热交换器的外管道而进入下一热交换器的外管道，并如此继续流经每个串联耦接的热交换器。每个串联耦接的热交换器设置有第一分配装置和第二分配装置，所述装置适于耦接到大体上沿着串联耦接的热交换器延伸的供应管道装置，以提供流经每个轴向热交换器的内管道的第二液体介质流。
依据本发明的多个热交换器能够并联耦接，从而，第一气体介质流能够大体上同步及平行地流经并联热交换器的外管道。每一并联耦接的热交换器设置有第一分配装置和第二分配装置，所述装置适于耦接到大体上沿着并联耦接的热交换器延伸的供应管道装置，以提供流经每个轴向热交换器的内管道的第二液体介质流。
附图说明
图1为依据本发明第一实施方式的内部热交换结构100的立体图；
图2为大体上沿线X-X剖切的、如图1所示的内部热交换结构100的横截面的立体图；
图3为依据本发明第二实施方式的内部热交换结构300的立体图；
图4为大体上沿线Y-Y剖切的、如图2所示的内部热交换结构300的横截面的立体图；
图5a示出多个如图3-4所示的依据本发明第二实施方式的轴向热交换器A2；
图5b示出多个如图1-2所示的依据本发明第一实施方式的轴向热交换器A1；
图6a示出如图1-2所示的热交换器A1的示意性横截面；
图6b示出如图3-4所示的热交换器A2的示意性横截面；
图6c示出依据本发明第三实施方式的轴向热交换器的示意性横截面；
图6d示出依据本发明第四实施方式的轴向热交换器的示意性横截面；
图6e示出依据本发明第五实施方式的轴向热交换器的示意性横截面；
图6f示出依据本发明第五实施方式的轴向热交换器的示意性横截面。
具体实施方式
第一实施方式
图1为显示出依据本发明第一实施方式的内部热交换结构100的立体图。图1中的该内部热交换结构100也显示在图2中，其大体上沿着图1中的线X-X剖切，以露出内部热交换结构100的横截面的立体图。图2示出内部热交换结构100布置在外管道结构200的内部。在图2中，外管道结构200和封住的内部热交换结构100形成依据本发明第一实施方式的轴向热交换器A1。
显示在图2中的示例性外管道结构200具有圆柱形或管状形状。该示例性外管道200的内径可为大概100-500毫米，更加优选为大概100-300毫米，最为优选则为大概100-200毫米。外管道200的壁部的厚度可为几毫米，优选为小于两毫米。显然也可设想其它壁厚和其它直径。示例性外管道200的长度可为大概400-3000毫米，更加优选为大概500-2000毫米，最为优选则为600-1500毫米，尽管显然可设想其它长度。外管道结构200的形状和横截面可明显不同，只要其以这样的方式封闭住内部热交换结构100，即使得第一介质可以沿着轴向热交换器A1在至少一个介质管道中流动，更加优选则为在几个介质管道210中流动，所述介质管道形成于内部热交换结构100和外管道结构200的壁部之间。优选地，外管道结构200适于容纳一气体介质流，所述气体优选为空气或类似气体。在显示于图6a的轴向热交换器A1的示意性横截面中也指示出介质管道210。可观察到介质(如空气)可沿管道210中的两个可能方向中的一个或另一个流动。
优选地，图2中的外管道结构200的壁部由轻质材料制成，例如比如铝的轻金属或塑料材料、碳纤维材料等。还优选的是外管道结构200的壁部相对较薄。因此，帆布、布料、箔片、薄膜或任何类似的合适的薄片材均可形成外管道结构200。例如，片材可例如由金属、橡胶、塑料或织物等制成。因此，外管道结构200的优选实施方式可例如具有由塑料布、塑料薄片或者某些类似的大体上***漏(如气密)的、重量小的布料等制成的壁部。优选地，所述片材包绕内部热交换结构100的外边缘、或者以其它方式布置，使得形成封住内部热交换结构100的外管道结构200。所述片材可以例如是受热收缩并且配合在内部热交换结构100的外侧上的收缩包装或甚至收缩管体。
已对起封闭作用的外管道200进行了一定程度论述，现再次将注意力集中到显示在图2中的热交换器A1的内部热交换结构100。从图2可清楚看出，热交换结构100包括五片其形状为薄的矩形片体的散热片110。这些散热片110中的至少四片清楚地显示在图1中。所述片体或散热片110的厚度可为零点几毫米到几毫米，优选为小于两毫米。
图1-2中的所示的片体或散热片110沿第一轴向延伸，该第一轴向大体上平行于图1中的内部热交换结构100以及图2中的外管道200的轴向延伸方向和/或中心轴线X1。散热片100大体上沿着内部热交换结构100的整个长度延伸。如在图2中可看到，布置在轴向热交换器A1中的内部热交换结构100的散热片110沿外管道结构200的轴向延伸方向延伸，从而大体上与在封闭外管道结构200内流动的介质的流动方向一致。
除了前述的沿轴向方向延伸之外，图1-2中的片体或散热片110还沿第二径向方向延伸。所述径向方向从热交换结构100的中心或中轴线大致向外地朝外管道结构200延伸，使得散热片110看似环绕着轮毂的辐条。散热片100与管道结构200可留有小的间隙，或者可简单地抵靠管道结构200。散热片还可以更紧固地连接到外管道结构200，例如从而与外管道200形成大体上封闭或密封的连接。
虽然图2中的热交换结构100的示例性散热片110为布置成与外管道200的延伸方向相平行的直的矩形片体，但是本发明的某些实施方式可具有弯曲或扭曲的片体等。例如，按螺旋模式等在外管道结构200内延伸，或者片体形成一个或几个相当于图2和6a中的介质管道210的介质管道，所述管道例如按螺旋形结构沿着轴向外管道200等的内部延伸。
图1-2中的散热片110由导热材料制成，优选为金属，更加优选为例如铝的轻质金属等。每一散热片110与一小的、直的、优选为管状的内管道120联结，该内管道120位于散热片110的中部或中部附近。示例性内管道120的壁部的厚度可为零点几毫米，优选为小于一毫米，而内管道120的内径则可为大约4-20毫米，优选为大约5-15毫米，最为优选为大约6-10毫米。显然可设想其它壁厚和其它直径。优选地，内管道120由与散热片110相同的导热材料或类似材料制成，所述材料确保在内管道120和散热片110之间具有良好的热传导。直的内管道120沿着整个矩形散热片110从一个近端延伸到另一端。优选地，内管道120适于容纳流体或液体介质流，优选为水流。
应补充说明的是，本发明并不限于图1-2中的管道120。相反，管道可以具有圆形或椭圆形以及部分圆形和/或部分椭圆形的横截面，或者具有三角形、正方形、矩形或者多边形横截面，再或者其横截面为上述这些例子的组合。此外，散热片110可与管道在其它位置和/或按照其它模式联结。例如，管道可这样与散热片110联结，使其沿着散热片按S形模式从一个近端延伸到另一端。片体或散热片110等还可设置有两个或更多的管道，这不会偏离本发明的范围。
图1中的立体图显示出热交换结构100设置有从热交换结构100径向延伸出的下分配叉管130。下分配叉管130连接到下分配管道140，下分配管道140进而通过弯曲的下管状连接管道122连接到散热片110中的每个管道120的下端，所述下管状连接管道122布置在热交换结构100的下端处。散热片110中的每个管道120的上端进而通过弯曲的上管状连接管道121连接到上分配中枢150，所述上管状连接管道121布置在热交换结构100的上端处。上集流中枢150进而连接到中心管道160上，该中心管道160从集流中枢150大体上与热交换结构100的中心轴线相重合地轴向向下延伸。示例性中心管道160的壁部的厚度可为零点几毫米到几毫米，优选为小于两毫米，而中心管道160的内径可为大概20-100毫米，优选为大概25-75毫米，最优选为大概25-50毫米。显然可设想其它壁厚和其它直径。中心管道160的下端具有一弯曲部分161，其使中心管道160终止于中心管道叉管170处，该中心管道叉管170在下端处从热交换结构100径向往外地延伸，优选为在散热片110的下方径向往外地延伸，以及优选为在下分配叉管130的下方径向往外地延伸。
所属领域的技术人员可容易地按公知的方式对例如所述特性比如外管道200的直径和壁厚、内管道120的直径和壁厚、散热片110的形状和厚度、外管道200、内管道110和散热片110的材料选择的某些特性进行适应调整，从而使其适应相关应用情形，举例说明，所述应用情形取决于将会流过外管道200的介质以及将会流过内管道110的介质的温度、密度、粘度、压力、流率等等。
第二实施方式
图3为显示出依据本发明第二实施方式的内部热交换结构300的立体图。图3中的该内部热交换结构300也显示在图4中，其大体上沿着图3中的线Y-Y剖切，以露出内部热交换结构300的横截面的立体图。图4所示的内部热交换结构300布置在外管道结构400的内部。在图4中，外管道结构400和封住的内部热交换结构300形成依据本发明第二实施方式的轴向热交换器A2。
图4所示的示例性管道结构400类似于图2所示的第一实施方式中的管道结构200，尤其是其封住内部热交换结构300而使得第一介质能够沿着轴向热交换器A2在至少一个介质管道中流动，更加优选则为在几个介质管道410中流动，所述介质管道形成于内部热交换结构300和外管道结构400的壁部之间。因此，进行必要修改后，如上所述的外管道结构200的特性可适用于外管道结构400。在显示于图6b中的轴向热交换器A2的示意性横截面中也指示出介质管道410。
此外，显示在图3-4中的热交换结构300的散热片310也同样类似于如图1-2所示的第一实施方式中的散热片110。因此，进行必要修改后，如上所述的散热片110的特性可适用于图3-4中的散热片310。
例如，图3-4中的片体或散热片310沿第一轴向延伸，该第一轴向大体上平行于图3中的内部热交换结构200以及图4中的外管道400的轴向延伸方向和/或中心轴线X2。此外，按与图1-2中的管状管道110相同的方式，图3-4中的每个散热片310与小的、直的、优选为管状的内管道320联结。然而，可注意到，与热交换器A1的热交换结构100中的五片散热片110对比，热交换器A2的热交换结构300包括六片散热片310。这说明在依据本发明的热交换器中，散热片或片体等的数量可变化。
此外，热交换结构300设置有一连接到下分配管道340上的下分配叉管330，所述下分配管道340进而通过弯曲的下管状连接管道322连接到散热片310中的每个管道320的下端。所使用的布置方式与图1-2中的热交换结构100的下端处的布置方式相同。
然而，图3-4所示的热交换结构300的上端处的分配装置并未如同上文所述的显示在图1-2中的热交换结构100一样具有分配中枢150和轴向居中的中心管道160。相反，在如图3-4所示的热交换结构300中，显示在图1-2中的热交换结构100的分配装置已被一上分配装置所替代，该上分配装置包括从热交换结构300径向往外地延伸的上分配叉管370，该叉管300连接到上分配管道350，该上分配管道350进而在散热片310的上端处通过弯曲的上管状连接管道322连接到每个管道320上，所述上管状连接管道布置在热交换结构300的上端处。
示例性横截面
如上所述，可按照具有不同横截面的不同模式对依据本发明实施方式的轴向热交换器A1、A2中的散热片110、310或片体等进行布置，其中，散热片110、310或片体等沿外封闭管道200、400的轴向延伸方向延伸，从而与在外管道200、400内流动的介质的流动方向大致一致。
以下给出少量的示意性横截面，以说明可能横截面的多样性。
图6a所示为图1-2中所述的热交换器A1的示意性横截面，其中，在图1-2和6a中，相同标号表示相同的构件。
图6b所示为图3-4中所述的热交换器A2的示意性横截面，其中，在图3-4和6b中，相同标号表示相同构件。
图6c所示为用于在依据本发明实施方式的轴向热交换器的外管道内布置散热片或片体的另一可能模式的示意性横截面。轴向热交换器包括一类似于外管道200和400的外管状管道500。外管道500封住一内片体510，该内片体510具有与外管道500相同的管状形式但其直径较小。倾斜的径向散热片520布置在内管状片体510和外管道500之间。管状片体510和散热片520具有与散热片110和310相同或类似的特性。内管状片体510在等间距位置处与管状管道530联结。散热片520中的一些也可与管状管道530联结。管状管道530类似于内管道120、320。图6c中的轴向热交换器可例如在上端和下端处使用与图3-4所示的上下分配装置类似的分配装置，即，使用将内管道530连接到具有叉管330、370的分配管道340、350的连接管道321、322。
图6d所示为一大体与上文所述的如图1-2所示的轴向热交换器A1相同的轴向热交换器的示例性横截面。然而，图6d中的热交换器设置有六片散热片110，而非如同热交换器A1中的五片散热片110。此外，在图6d中，热交换器A1的外管道200被外管道结构600所替代，所述外管道结构600由气密布料制成，其包绕内部热交换结构的外边缘、或者以其它方式布置。
图6e所示为与如图6d所示相同的轴向热交换器，只是图6e中的轴向热交换器的每个内管状管道120都设置有两片隔开180度并且垂直于散热片110的额外散热片650。设置在相邻管道120上的相邻额外散热片650可间隔一个小的间隙，如图6d所示。然而，可选择地，它们可轴向地联结从而在额外散热片650之间形成良好的热连接。
图6f所示为与如图6d所示相同的轴向热交换器，只是图6f中的轴向热交换器具有四片散热片110，而非如同如图6d所示的热交换器中的六片散热片110。尤其有利地，给图6f中的矩形轴向热交换器设置由泡沫塑料或微孔塑料构成的相当厚的外保护层。这提供了良好的运输和存储特性。热交换器安装后，可使护层继续留在热交换器上。
已经简洁地论述了几种示意性横截面，以说明本发明可能的实施方式的多样性。然而，本发明的轴向热交换器的其他实施方式可具有按照其它合适模式布置的散热片或片体，如按照三角形、正方形、矩形、圆形或半圆形模式进行布置，所述模式可以或者可以不绕内部热交换结构的中心轴线(如内部热交换结构100、300的中心轴线)延伸。
依据本发明实施方式的轴向热交换器的操作和使用
通过下分配叉管130以及下分配管道140将第一介质供应给轴向热交换器A1，所述介质从所述下分配叉管130以及下分配管道140流入散热片110中的管道120内，并继续流到上分配中枢150，然后再从该处通过中心管道160返回，所述中心管道160终止于中心管道叉管170，所述介质从所述中心管道叉管170排出热交换器A1。供应第二介质，使其沿着布置在外管道结构200和内部热交换结构100之间的空间中的轴向管道210流经热交换器A1。因此，如果两个介质之间存在温差，则经由布置在热交换结构100上的散热片110在第一和第二介质之间进行热交换。
类似地，通过下分配叉管330以及下分配管道340将第一介质供应给轴向热交换器A2，所述介质从所述下分配叉管330以及下分配管道340流入散热片310中的管道320内，并继续流到终止于分配管道叉管370的上分配叉管350，所述介质从分配管道叉管370排出热交换器A2。供应第二介质，使其沿着布置在外管道结构400和内部热交换结构300之间的空间中的轴向管道410流经热交换器A2。因此，如果两个介质之间存在温差，则经由布置在热交换结构300上的散热片310在第一和第二介质之间进行热交换。
第一介质可沿与上述方向相反的方向流动。第二介质可通过自然对流方式流经管道210、410，尤其在外管道结构200、400的内直径相对较大——如100-200毫米或更大——的实施方式中。换言之，本发明的某些实施方式可以不需要用以推动第二介质的鼓风机等，而在其它实施方式中，鼓风机等可能是优选的或必需的。
依据本发明的轴向热交换器可用在各种不同的应用情形中以及用在各种结构中。特别地，多个依据本发明的轴向热交换器可特别地以串联或并联的方式使用。
图5a所示为多个在上文参照图3-4进行论述的、依据本发明第二实施方式的轴向热交换器A2。热交换器A2按轴向串联方式进行耦接，以确保第一介质(优选为空气)能够从一个热交换器A2流到下一个热交换器，并继续前进通过所有轴向耦接的热交换器A2。图5a中的两个箭头410指示出所述流动。所述箭头与在上文参照图4进行论述的介质管道410相对应。热交换器A2可以例如通过连接部件420彼此耦接，所述连接部件420适于环绕着热交换器A2的外管道400紧密地配合，从而覆盖位于两个轴向布置的热交换器A2之间的联结部。连接部件420可以是其直径稍微大于管状外管道结构400的外径的连接管或连接筒。然后，能够从每一侧将一个热交换器A2轴向***到连接部件420内，以形成一个设置有基本上***漏的联结部——如气密的联结部——的自支撑的热交换结构。连接部件420还可以是包绕位于两个轴向耦接的热交换器A2之间的联结部、或者以其它方式布置的布料或收缩带等。当外管道结构400由填料制成时，填料将会特别有利，在该情况下，连接部件可由与管道结构400相同的材料制成。
应补充说明的是，轴向热交换器A2不必非得轴向串联耦接而形成一如图5所示的、大体上沿着中心轴线居中延伸的长形结构。相反，多个热交换器A2可按圆形或半圆形结构、按矩形结构、或按某些其它多边形结构相继地轴向耦接，或者，可按能够确保第一介质从一个热交换器A2流入下一个热交换器A2内、并继续前进流经所有轴向耦接的热交换器A2的任何其它结构进行耦接。举例说明，这可通过使得两个热交换器A2能够以相对于彼此成一角度的方式连接在一起的合适的成形连接部件420而得以实现。甚至还可以有热交换器A2自身为弯曲和扭曲的实施方式。通过使用多个耦接成沿着一弯曲或弯折轴线延伸的轴向热交换器A2，确保能够将热交换器A2布置成可成为现有的通风井、出风井、通气井、通气管、通气筒等的整体部分。在这些应用情形中，甚至能够把现有通风井等的壁部作为热交换器A2中的外管道400的替换件。换言之，可使用或者不使用外管道400地将一个热交换结构300或几个串联耦接的热交换结构300布置在现有的通风井等中。
另外，图5a中的每一轴向耦接的热交换器A2耦接到沿轴向耦接的热交换器A2延伸的供应管道装置，从而给每一交换器提供第二介质流(优选为水流)。因此，每个热交换器A2的下分配叉管耦接到第一供应管道710，而每个热交换器A2的上分配叉管370则耦接到第二供应管道720。将管道710、720中的其一布置成向前管道而另一则布置成向后管道。第一供应管道710和第二供应管道720进而连接到一介质调节源700上，该介质调节源700适于加热和/或冷却流经供应管道710、720的第二介质。因此，流经管道710、720并且通过每一耦接的热交换器A2的第二介质的加热将通过每一热交换器A2的热交换功能而得以传递，从而导致流经耦接的热交换器A2的第一介质(优选为空气)被加热。类似地，第二介质的冷却将通过每一热交换器A2的热交换功能得以传递，从而造成流经过耦接的热交换器A2的第一介质(优选为空气)被加热。可能会需要循环泵等，用于产生通过供应管道710、720和耦接的热交换器A2的第二介质流。供应管道710、720的结构和布置方式可与用在普通房屋或建筑物中、以对普通的热水加热***中的暖气片提供热水的供应管路非常类似。
图5b所示为多个在上文参照图1-2进行论述的、依据本发明第一实施方式的轴向热交换器A1。热交换器A1并联布置，以确保形成沿着在上文参照图2进行论述的介质管道210流经每一热交换器A1的大体上同步的第一介质流(优选为空气流)。不必非得按如图5b所示的沿着直线并列的方式布置热交换器A1。相反地，可按圆形或半圆形、或者方形、或者按照某些其它多边形模式并列布置热交换器A1。
图5b中每一并联的热交换器A1耦接到供应管道装置，该供应管道装置沿着并联的热交换器A1延伸以给每个交换器提供第二介质(优选为水)。因此，每个热交换器A1的下分配叉管130耦接到第一供应管道710，而每个热交换器A1的中心管道叉管170则耦接到第二供应管道720。显示在图5b中的供应管道装置710、720和介质调节源700可与在上文参照图5a进行描述的那些装置相同。
图5b中的虚线示出一箱状分配管道730。可将该共用的分配管道730等布置成覆盖住每个并联的热交换器A1的一端，以确保形成通过每个并联的热交换器A1的大体平行的且有可能是强制性的第一介质流。图5b中的分配管道730布置在并联的热交换器A1的上端处。应强调的是，下端也可覆盖管道。图5b中的上端可突入到布置在箱状分配管道730的朝向并联热交换器A1的长边中的孔口(未示出)内一合适的距离。并联的热交换器A1可相对于分配管道730的外部大体上密封，并优选地，热交换器A1相对于分配管道730的内部完全敞通。可通过一连接到分配管道730的供应管道(未示出)将第一介质提供给分配管道730。图5b中的箭头740指示出流入分配管道730内的第一介质流的可能流动方向。
应补充说明的是，图5a中的热交换器A2可基本上由依据本发明的任何热交换器替代，特别是由热交换器A1所替代。类似地，图5b中的热交换器A1也可基本上由依据本发明的任何热交换器替代，特别是由热交换器A2所替代。还应补充说明的是，可将如图5a所示的串联耦接的热交换器布置成如图5b所示的并列耦接。
在依据本发明的轴向热交换器中所能获得的大的热交换表面使得可以对第一介质和第二介质之间的小温差进行操作。例如，本发明的实施方式可对流经交换器以及从所述交换器流出的加热水和被加热空气之间的较小温差进行操作，以在例如房间或类似室内空间的限定空间中形成舒适的温度。依据本发明一个实施方式的热交换器可毫无疑问地通过利用温度低至+35℃的热水等用输入温度低至-18℃的空气来产生输出温度高至+18℃的空气。在依据本发明的热交换器中，一般可适于通过利用温度低至+40℃的热水对室内空间等进行加热。应当将此与在普通热水加热***中供应给暖气片的水温进行比较，所述水温一般为大概+55℃并且在室外温度低至例如-18℃时的寒冷冬天中可高达+75℃。
附图标记
A1    轴向热交换器     321    上连接管道
A2    轴向热交换器     322    下连接管道
X1    中心轴线         330    下分配叉管
X2    中心轴线         340    下分配管道
100   热交换结构       350    上分配管道
110   散热片，片体     370    上分配叉管
120   内部管道         400    外管道
121   上连接管道       410    介质管道
122   下连接管道       420    连接部件
130   下分配叉管       500    外管道
140   下分配管道       510    内管状片体
150   上分配中枢       520    倾斜散热片
160   中心管道         530    内管道
161   弯曲部分         600    外管道
170   中心管道叉管     650    额外散热片
200   外管道           700    介质调节源
210   介质管道         710    第一供应管道
300   热交换结构       720    第二供应管道
310   散热片，片体     730    平行分配管道
320   内部管道         740    介质流

Claims (10)

1.一种轴向热交换器(A1、A2)，包括：适于封闭住第一气体介质流的大体上轴向延伸的纵向外管道(200、400)；以及多个适于封闭住第二液体介质流的大体上平行的内管道(120、320)，所述内管道(120、320)布置在所述外管道(200、400)的内部，从而沿所述外管道(210、410)的内部大体上轴向地延伸，以使所述第一气体介质和所述第二液体介质之间能够热传递，其特征在于，
至少一个所述内管道(120、320)与至少一个长形片体(110、310)联结；以及
所述片体(110、310)沿所述内管道(120、320)大体上轴向地延伸，从而与流经所述外管道(200、400)的第一气体介质的流动方向大体上一致。
2.根据权利要求1所述的轴向热交换器(A1)，其特征在于：
具有中心管道(160)，所述中心管道大体上沿所述轴向热交换器(A1)的中心或中心轴线轴向地布置，以将第二液体介质分配到所述内管道(120、320)。
3.根据权利要求1-2中任一项所述的轴向热交换器(A1、A2)，其特征在于：
所述内管道(120、320)的至少一个端部通过连接管道(121、122、321、322)耦接到分配管道(140、150、340、350)，所述连接管道(121、122、321、322)在与所述长形片体(110、310)相同的平面中延伸，以减少对所述第一气体介质的大体纵向及轴向的流动的可能影响。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的轴向热交换器(A1、A2)，其特征在于：
在所述外管道(200、400)内沿第一大体为轴向的方向延伸的所述片体(110、310)中的至少两个沿第二径向从所述热交换器(A1、A2)的中心或中心轴线朝所述外管道(200、400)大体上朝外地延伸。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的轴向热交换器(A1、A2)，其特征在于：
所述片体(110、310)为大体上长形的矩形片状结构(110、310)，其中内管道(120、320)沿所述矩形片状结构(110、310)的中部或中部附近大体上纵向及轴向地联结。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的轴向热交换器(A1、A2)，其特征在于：
所述外管道结构(200、400)由比如帆布、布料、箔片或薄膜的薄的片材制成，或者由收缩带、收缩包装或收缩筒制成，或者由泡沫塑料或微孔塑料制成。
7.根据权利要求1-5中任一项所述的轴向热交换器(A1、A2)，其特征在于：
所述外管道(200、400)为通风井、出风井、通气井、通气管、通气筒等。
8.一种热交换***，包括至少两个根据权利要求1-7中任一项所述的轴向热交换器(A1、A2)，其特征在于：
所述轴向热交换器(A1、A2)串联耦接，从而第一气体介质流能够流经第一热交换器(A1、A2)的外管道(200、400)而进入下一热交换器(A1、A2)的外管道(200、400)，并如此继续流经每个串联耦接的热交换器(A1、A2)；以及
所述轴向热交换器(A1、A2)具有第一分配装置(122、130、140、322、330、340)和第二分配装置(121、150、160、170、321、350、370)，所述第一和第二分配装置适于耦接到大体上沿串联耦接的热交换器(A1、A2)延伸的供应管道装置(710、720)，以提供流经每个轴向热交换器(A1、A2)的内管道(120、320)的第二液体介质流。
9.一种热交换***，包括至少两个根据权利要求1-7中任一项所述的轴向热交换器(A1、A2)，其特征在于：
所述轴向热交换器(A1、A2)并联耦接，从而第一气体介质流能够大体上同步及平行地流经并联热交换器(A1、A2)的外管道(200、400)；以及
每个所述轴向热交换器(A1、A2)都具有第一分配装置(122、130、140、322、330、340)和第二分配装置(121、150、160、170、321、350、370)，所述第一和第二分配装置适于耦接到大体上沿耦接的热交换器(A1、A2)延伸的供应管道装置(710、720)，以提供流经每个轴向热交换器(A1、A2)的内管道(120、320)的第二液体介质流。
10.根据权利要求9所述的热交换***，其特征在于：
所述并联的热交换器(A1、A2)的至少一个端部耦接到共用的平行分配装置(740)，所述平行分配装置(740)布置成使得第一气体介质流能够大体上同步平行地并可能是强制性地流经并联的热交换器(A1、A2)。
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