CN101968323B - 直混对流热交换器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种直混对流热交换器，包括混合容器A和混合容器B，所述混合容器A和所述混合容器B连通，在所述混合容器A上设高温流体入口和高温混合物出口，在所述混合容器B上设低温流体入口和低温混合物出口，设连通所述混合容器A和所述混合容器B的逆流通道，在所述逆流通道上设流体泵。本发明既使高温流体和低温流体混合，又保持了对流传热的优势，大幅度提高了热交换器的效率。

Description

直混对流热交换器
技术领域
本发明涉及热能与动力领域，尤其是一种直混对流热交换器。
背景技术
传统的热交换器高温流体和低温流体之间存在传热壁，两种流体不混合，由于温差的存在，这类热交换器体积大，效率低。如果在过程中允许高温流体和低温流体混合，那么可以将两种流体在一个容器内直接混合，这种办法虽然可以使热交换器的体积大幅度较低，但失去了热交换器的对流传热所带来的优势，需要较大的流体流量才能使混合后的流体的温度达到要求。如果能够发明一种高温流体和低温流体既混合又具有对流传热优势的热交换器，就可以使热交换器的体积大幅度降低，在以冷却为目的的过程中，可以减少冷却介质的流量；在以加热为目的的过程中，可以减少加热介质的流量。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出的技术方案如下：
一种直混对流热交换器，包括混合容器A和混合容器B，所述混合容器A和所述混合容器B连通，在所述混合容器A上设高温流体入口和高温混合物出口，在所述混合容器B上设低温流体入口和低温混合物出口，设连通所述混合容器A和所述混合容器B的逆流通道，在所述逆流通道上设流体泵。
在所述混合容器A和所述混合容器B之间设至少一个级间混合容器，所述混合容器A依次经每个所述级间混合容器与所述混合容器B连通，两个或多个所述逆流通道相互接续依次经每个所述级间混合容器连通所述混合容器A和所述混合容器B。
相互连通的所述混合容器A和所述混合容器B的组合体设为细长管道，在所述细长管道的一端附近设所述高温流体入口和所述高温混合物出口，在所述细长管道的另一端附近设所述低温流体入口和所述低温混合物出口，所述逆流通道连通所述细长管道的一端附近混合区和所述细长管道的另一端附近混合区。
在所述混合容器A上设低温流体相变物出口和/或热低温流体出口，在所述混合容器B上设高温流体相变物出口和/或冷高温流体出口。
所述高温流体入口设为与发动机排气道连通。
所述低温流体入口设为与液氧罐连通，所述高温混合物出口设为与发动机的进气道连通。
所述高温流体相变物出口设为与液体二氧化碳收集罐和/或干冰收集罐连通。
相互连通的所述混合容器A和所述混合容器B的组合体设为细长管道，在所述细长管道的长度方向上相互接续的设置两个或多个所述逆流通道。
在一个或多个所述级间混合容器上设流体导出口，以导出特定浓度或特定温度的流体或流体相变物。
在所述细长管道的非两端区域上设一个或多个流体导出口，以导出特定浓度或特定温度的流体或流体相变物。
本发明的原理是将高温流体和低温流体的混合物的一部分泵出体系后，再将其注入上游的高温流体流中(或上游的温度较高的高温流体和低温流体混合物中)，形成混合对流传热关系；或将高温流体和低温流体的混合物的一部分泵出体系后，再将其注入上游的低温流体流中(或上游的温度较低的高温流体和低温流体混合物中)，形成混合对流传热关系。依此类推，可形成更多级的混合对流传热或无级混合对流传热。所谓无级混合对流传热是指混合容器的个数非常之多以至于相邻的两个混合容器的温度和组分差别可以视为相同的混合对流传热方式，或者在设有细长管道的结构中，设有非常之多的逆流通道以至于一个逆流通道连通的两个区域的温度和组分可以视为相同的混合对流传热方式。
本发明所公开的直混对流热交换器可以用于气气、气液或液液之间的混合对流传热，还可以用于临界流体间的混合对流传热或临界流体与非临界流体之间的混合对流传热。
本发明所谓的逆流通道是指将某一混合容器内的流体泵送到相邻混合容器内的通道，逆流通道的流向可以指向高温流体，也可以指向低温流体；在设有细长管道的结构中，所谓的逆流通道是指将细长管道的某一区域内的流体泵送到细长管道内的相邻区域，逆流通道的流向可以指向高温流体，也可以指向低温流体；一般说来，逆流管道的流向应与主流向相反，所谓主流向是指连通相邻两个混合容器间的流向，在设有细长管道的结构中，所谓主流向是指细长管道内的流向。
本发明所谓低温流体是指在所述直混对流热交换器中被加热的流体，所谓高温流体是指在所述直混对流热交换器中被冷却的流体；所谓低温流体相变物是指低温流体发生相变的产物，如水的相变物是水蒸气；所谓高温流体相变物是指高温流体发生相变的产物，如水蒸汽的相变物是水或冰；所谓热低温流体是指接受对流传热后的温度变高的低温流体；所谓冷高温流体是指接受对流传热后的温度变低的高温流体；所谓逆流通道相互接续是指具有串联关系的相邻的两个逆流通道的流体出口和入口经混合容器或经细长管道的某一区域相互连接的关系；所谓混合容器A和混合容器B的组合体是指将混合容器A和混合容器B设置成一个整体，进而构成细长管道。
本发明的流体导出口的设置是为了从***中获得不同温度或不同组成成分的流体混合。例如当将液氧储罐内的液氧作为低温流体时，可以通过流体导出口的设置获得高浓度的含氧气体，在必要的时候，将此高浓度含氧气体导入发动机的燃烧室，可以保证发动机瞬间高功率输出，提高发动机的负荷响应能力。
本发明的有益效果如下:
1、本发明结构简单，制造成本低，可靠性高。
2、本发明既使高温流体和低温流体混合，又保持了对流传热的优势，大幅度提高了热交换器的效率。
附图说明
图1为本发明实施例1的结构示意图；
图2和图3为本发明实施例2的结构示意图；
图4为本发明实施例3的结构示意图；
图5为本发明实施例4的结构示意图；
图6为本发明实施例5的结构示意图；
图7为本发明实施例6的结构示意图；
图8为本发明实施例7的结构示意图；
图9为本发明实施例8的结构示意图。
具体实施方式
实施例1
如图1所示的直混对流热交换器，包括混合容器A1和混合容器B2，混合容器A1和混合容器B2连通，在混合容器A1上设高温流体入口3和高温混合物出口301，在混合容器B2上设低温流体入口4和低温混合物出口401，设连通混合容器A1和混合容器B2的逆流通道5，在逆流通道5上设流体泵501。
实施例2
如图2和图3所示的直混对流热交换器，其与实施例1的区别在于：在混合容器A1和混合容器B2之间设至少一个级间混合容器1020，混合容器A1依次经每个级间混合容器1020与混合容器B2连通，两个或多个逆流通道5相互接续依次经每个级间混合容器1020连通混合容器A1和混合容器B2。
实施例3
如图4所示的直混对流热交换器，其与实施例1的区别在于：相互连通的混合容器A1和混合容器B2的组合体设为细长管道1122，在细长管道1122的一端附近设高温流体入口3和高温混合物出口301，在细长管道1122的另一端附近设低温流体入口4和低温混合物出口401，逆流通道5连通细长管道1122的一端附近混合区和细长管道1122的另一端附近混合区。
实施例4
如图5所示的直混对流热交换器，其与实施例1的区别在于：在混合容器A1上设低温流体相变物出口1012和/或热低温流体出口1013，在混合容器B2上设高温流体相变物出口1022和/或冷高温流体出口1023。
实施例5
如图6所示的直混对流热交换器，其与实施例1的区别在于：高温流体入口3设为与发动机排气道1008连通，低温流体入口4设为与液氧罐6连通，高温混合物出口301设为与发动机的进气道1007连通，高温流体相变物出口1022设为与液体二氧化碳收集罐7和/或干冰收集罐8连通。
实施例6
如图7所示的直混对流热交换器，其与实施例1的区别在于：相互连通的混合容器A1和混合容器B2的组合体设为细长管道1122，在细长管道1122的长度方向上相互接续的设置两个或多个逆流通道5。
实施例7
如图8所示的直混对流热交换器，其与实施例2的区别在于：在一个或多个级间混合容器1020上设流体导出口100，以导出特定浓度或特定温度的流体或流体相变物。
实施例8
如图9所示的直混对流热交换器，其与实施例6的区别在于：在细长管道1122的非两端区域上设一个或多个流体导出口100，以导出特定浓度或特定温度的流体或流体相变物。

Claims (8)

1.一种直混对流热交换器，包括混合容器A(1)和混合容器B(2)，其特征在于：所述混合容器A(1)和所述混合容器B(2)连通，在所述混合容器A(1)上设高温流体入口(3)和高温混合物出口(301)，在所述混合容器B(2)上设低温流体入口(4)和低温混合物出口(401)，设连通所述混合容器A(1)和所述混合容器B(2)的逆流通道(5)，在所述逆流通道(5)上设流体泵(501)。
2.根据权利要求1所述直混对流热交换器，其特征在于：在所述混合容器A(1)和所述混合容器B(2)之间设至少一个级间混合容器(1020)，所述混合容器A(1)依次经每个所述级间混合容器(1020)与所述混合容器B(2)连通，两个或多个所述逆流通道(5)相互接续依次经每个所述级间混合容器(1020)连通所述混合容器A(1)和所述混合容器B(2)。
3.根据权利要求1所述直混对流热交换器，其特征在于：相互连通的所述混合容器A(1)和所述混合容器B(2)的组合体设为细长管道(1122)，在所述细长管道(1122)的一端附近设所述高温流体入口(3)和所述高温混合物出口(301)，在所述细长管道(1122)的另一端附近设所述低温流体入口(4)和所述低温混合物出口(401)，所述逆流通道(5)连通所述细长管道(1122)的一端附近混合区和所述细长管道(1122)的另一端附近混合区。
4.根据权利要求1所述直混对流热交换器，其特征在于：所述高温流体入口(3)设为与发动机排气道(1008)连通。
5.根据权利要求1所述直混对流热交换器，其特征在于：所述低温流体入口(4)设为与液氧罐(6)连通，所述高温混合物出口(301)设为与发动机的进气道(1007)连通。
6.根据权利要求1所述直混对流热交换器，其特征在于：相互连通的所述混合容器A(1)和所述混合容器B(2)的组合体设为细长管道(1122)，在所述细长管道(1122)的长度方向上相互接续的设置两个或多个所述逆流通道(5)。
7.根据权利要求2所述直混对流热交换器，其特征在于：在一个或多个所述级间混合容器(1020)上设流体导出口(100)，以导出特定浓度或特定温度的流体或流体相变物。
8.根据权利要求3或6所述直混对流热交换器，其特征在于：在所述细长管道(1122)的非两端区域上设一个或多个流体导出口(100)，以导出特定浓度或特定温度的流体或流体相变物。
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