CN105308407A - 用于低温的热交换器 - Google Patents

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Abstract

用于低温的热交换器包括一本体(1)，一管道集(12)被设定入该本体的内部用于循环一热传导介质于该热交换器中，连接(20,22)用于引导该热传导介质入该管道集(12)，并且出管道集，以及连接(13)用于引导该热传感介质进，出该本体。根据本发明，该热交换器的本体(1)由平面轮廓板制成。一开口被设定于该本体(1)的至少一长侧，并且尺寸足够大以使管道集(12)形成至少一个热交换器的回路以穿过开口设定于该本体(1)的内部，从而该管道集能够容易的被抬出该本体的内部以替换单独的管道或管道排。一盖子(7)被设以覆盖该开口。

Description

用于低温的热交换器
本发明设计一种用于从低温能源恢复能量的热交换器。例如，水道，污水水库，以及类似的。
有了热泵的辅助，即使热能处于低温，例如地表的温度或者水库的温度，也能被利用。其他的大型水团，例如污水水库，能够被使用作为能源。在这一点上，术语低温指的大约为+0.5℃…+10℃。使用热泵所制的能量常常被用于加热或制造家用热水。热泵也能被用于冷却，热量从被冷却的物体，例如公寓大楼，被转移到一低温的物体上。为了采集热能，一采集回路被置于地面或者水库，并且被直接连接至热泵或者被连接穿过热泵，这样改热交换器的次级回路的热交换介质循环于采集回路且热泵工作热交换介质于主级回路。
本发明涉及一种工作与低温的热交器，其一种应用为能量采集和/或冷却***，基于热泵。在此应用中，例如，金属管热交换器能够被使用。用于金属热交换器的通常的制造金属为耐酸的(HST)或者不锈的(RST)的钢铁或铜。在金属热交换器中，该应用限制被使用的金属以及金属合金的选择且管的直径也常常较小，小于30mm。鉴于较小的管尺寸以及曲折的结构，它们很难被清理。有效的可持续的金属材料常常很昂贵。对于这些理由，金属热交换器的持续费用很高。
WO201167457公开了一种热交换器，其中一种大的直径的管能够由中空的管道轮廓所形成。其中，一种热交换介质被回路于该管横截面的内孔中，同时另一种介质能够流入由该横截面形成的更大的管中。可选的，两个共轴管螺旋被使用，其相互具有一段距离被放置，从而该热转换介质也能够被循环于共轴螺旋之间。在此解决方式中，一个问题是该管横剖面的耐压性，其约束了其在该应用的使用，其中压位差极大。
中国的实用新型CN2715090公开了一种热交换器，其中螺旋形的热交换器被应用。
已知多种不同的热交换结构。不同的结构具有他们的优势以及薄弱处，但是对于低温操作热交换器的一特别的问题为小的热交换表面区域，当温差小的时候其重要性得以放大。在热交换器的直径增加，次级回路的流阻极大的增加，其显著的限制了热交换器的长度。热交换器原件易脏，且，当使用不同的回路时，每个回路需要单独被调整。在管状热交换器中，其常有一圆柱形的管状体，一管道集被纵向设定其中，其包括数个小的管道。这样结构的例子于公开US3426841以及DE102010000421中。特别是在长热交换器中，管道集在环形外管道中的安装困难且维修与修复管道机器费工，或者甚至不可能。在低温时，冰冻常常成为一个问题。病封堵热交换器并且组织热能转换且能够破坏其结构。
如果多种材料被使用于结构中，热膨胀的问题涉及，例如，钢-塑料结构，由于不同的热膨胀系数。
本发明意在制造一种比之前的在低温介质间的能量传递更加成熟的热交换器。
本发明实施例的一个目的是创造一种热交换器，其能够完全由塑料制造。
本发明实施例的该目的是创造一种热交换器，其容易制造与维护。
本实施例的该目的是创造一种热交换器，其容易保持干净。
进一步，本发明实施例的该目的是创造一种热交换器，其具有良好的热传导能力。
本发明基于由平面薄板，尤其成型板，所制造的热交换器的盒体形成的本体以及被置于本体至少一侧的开口，其尺寸足够大以至少一管道集形成一热交换器回路以设定于本体盒体内贯穿开口。一可打开的或固定的盖子被设置以覆盖该开口。
根据本发明的一实施例，至少本体以及板管轮廓由聚烯烃所制，例如聚乙烯或者聚丙烯。
根据本发明的一实施例，轮廓板由空腔轮廓所制作。此空腔轮廓板的空腔能能够至少部分被填入填充物，例如，一绝热物质或者以比水重的物质。
根据本发明的一实施例，一加固物被设定于该热交换器的本体的至少一侧。
根据本发明的一实施例，该热交换器的本体包括一底部板，其至少在一个方向比由本体形成的盒体宽。
根据本发明的一实施例，热传导回路的至少一管道集包括至少两个由平行管道排包含细长的管道摄于互相的顶部，其互相的顶部上的管道被可选的连接于它们的末端，为了形成一液体通道。
根据本发明的一实施例，平行管道排被连接至两个歧管，管道排的液体循环被设置以穿过这两个歧管。
根据本发明的一实施例，该歧管被置于管道集的每一端。
更具体的，根据本发明的热交换器特征在本发明独立权利要求的特征部分中阐述。
本发明的优选实施例被描述于从属权利要求。
可考虑到的优势在本发明实施例的应用的辅助下得到。
通过本发明，一种热交换器被创造，其操作于低温下，其中进入主级循环的介质的温度，即，例如，从热泵中的循环环路，为Tin＝–5℃…–3℃，且进入次级介质的温度为Tin＝2.0℃…0.5℃。当聚合物材料，塑料，被使用为材料，可以得到良好的耐化学性，并且，依靠一合适的结构，良好的环压挺度，从而该热交换器能够被置于，例如，地下。耐化学性许可能量在需要的条件下传输，其中有盐，酸，烃类，以及碱质。因此，该热交换器能够被置放于，例如，海水中，或者于不同的工业处理流程，溶液，以及液体中。该热交换器尤其适合作为一热泵***的能源，同时用于加热以及制冷。聚烯烃尤其适合于冷的条件，因为冰不易于由聚烯烃所形成的结构上形成。
快速清理/清晰的可能性被考虑进了本结构中。优选的有一可开口盖子在该热交换本体盒体中，穿过其，该热交换器的内部以及该热传递管道能够被清洗以及保养。如果需要的话，该管道集能够被容易的从本体内部抬出用于更换单独的管道或者管道排。如果维修的速度很重要，该管道集能够被容易的抬出并且被替换为一新的。该功能尤其在该热交换器的制造中有益，因为该用于热传导的能够被简单的抬起的管道集被预先装入了上述的本体中。
由空腔轮廓板所组装的本体的特性能够通过讲合适的填充物填入空腔中而改变。例如，如果需要良好的绝热能力，空腔可以被填入绝热材料。另一方面，如果需要抵偿由于地下水或者地表水的热交换器的浮力，该空腔能够被填入比水重的填充物，例如水泥。该盒体的外形能够被使用以锚固该热交换器于地面。
已知的估算模型能够被使用为该热交换器设计的起点。
以下，本发明技术的优选实施例通过例子以及附图的参考而得到验证。
图1为根据本发明的一热交换器的侧剖面图；
图2为根据图1从第一端所视的该热交换器；
图3为根据图1的该热交换器的侧视图；
图4为根据图1从第二端所示的该热交换器；
图5为根据图1的该热交换器的顶视图；
图6为图1的实施例的热传导管道集的一端视图；
图7为图6的管道集的侧视图；
图8为图6的管道集的顶视图；
图9为图6的管道集的透视图；
图10为该管道集的更为细节的侧视图。
根据图1实例的该热交换器以平行六面体盒装盒体构造，以下简称为本体1。该本体由矩形腔体轮廓板所组成，其由该热交换器的底部2，端3,4，侧壁5,6，以及盖子7所组成。底部2，侧壁5,6，以及盖子7平行且形成该本体的长边且他们的方向限定了该本体的纵轴。一空腔轮廓板包含空腔，在此情况下为矩形，分区分割，以及两个对立的面。空腔的形状能够自然地改变，重要的是依靠空腔结构，一轻，但相对坚硬的板得以制得。因此，该材料的刚强度对于制作该热交换器的本体足够。该本体1被组装于该板的顶部形成一底部2，从而端壁以及侧壁3,4,5,6被垂直连接于底部2的顶部，离底部2的边缘有一点段距离。因此，当该热交换器被置于地面中，该底部2的边缘形成一锚固。该端壁3,4以及侧壁5,6被连接，例如通过焊接，至底部2并且互相连接于角落。侧壁5,6此外被由垂直支撑8所垂直的支承，垂直支撑横切至该壁，在此其横切面呈矩形并且与该壁的空腔成直角。此处，侧壁5,6的空腔互相水平。一管道9，其此外通过一附着板10被连接至该壁，充当一纵向加强杆并且被组装穿过该垂直支撑8大约在该壁的中心。当移动该热交换器，管道9能够被使用为一附着点，也能充当垂直锚固，例如，当该热交换器被陷入地面，其抵挡可能的地下水的浮力。
一盖子7被形成于该本体1的侧面，至底部2。在盖子中的空腔横向至该本体的纵向方向并且具有矩形截面的加固衬料被组装于盖子7的边缘于其长侧。此外，该盖子中有维护/检查开口11。本发明的一基本特征为盖子7精确的关闭该本体的上部分。被盖子7所关闭的开口由侧壁5,6以及端部所限定的矩形所形成。因为热交换器的管道集12必须被组装于由侧壁5,6以及端壁所限定的空间的内部，其将穿过由它们限定的开口组装。由盖子7所关闭的开口必须足够大并且足够管道集12，优选地与其附件，穿过其组装。盖子7关闭该开口。当热交换器被安装，该管道集被抬升，准备被安装，穿过该开口并且进入该本体，穿过该本体则其能简单的被组装。
在安装好该热交换器后，盖子7能够被永久的连接于此，例如通过焊接，但是优选的盖子是能够打开的，从而该管道集12能够更简便的于此处被清理或者被抬出该盒子或容器状的本体1为了维护与维修。虽然在管道热交换器有维护开口11，在此实例中，该管道集12填充于该本体的内部空间，并且其主要仅用于检修，但是维修操作不完全能够通过该开口11***作。因此，优选的以该盖子能够被打开的方式连接该盖子7至该本体1的其他部分。为了连接该盖子7，例如螺栓结合，铰链，锁结构或者，例如锁楔能够被使用。盖子7以及本体1之间的节点能够自然地被密封，不论是结构上的或者通过使用一封条。
该本体1的装备还包括，例如进水口以及出水口连接13，其位于本体1的端壁3,4，同样有的一些不具体设计本发明的其他的配件。
一管道集12包含热交换管道工程，其由若干平行的由互相设置于对方顶部的若干管道14所组装成的管道排15组成的，该管道工程被组装于本体1的内部。该管道集的管道平行于该本体1的纵轴。
图10显示了一个这样的管道集的侧视图。每个在对方顶部管道14被通过一对接或者电子焊接换向件16端对端的连接于其上方或者对应的下方的管道，从而上方管道17的另一端以及下方管道18是被打开的。这样一场的，曲折的液体管道形成，其中液体的流向总是在管道14的端部改变。每个管道排15的下方管道18的自由开口端通过一连接器管道19连接至下方歧管20并且上方管道17的自由开口端通过一连接器管道21连接至上方的歧管22。管道拍15被平行置放，从而一管道排15的下管道18以及上管道17的开口端在管道集12的一侧，接着在平行管道排中，所有的端部被换向件16封堵并且开口段在对立侧。因此，每一秒管道排15连接至歧管20,22于管道集12的第一端，且平行于它们的所有其他的管道排15依次连接至在另一端的歧管20,22。在管道集中的液体的循环从歧管流入管道14并且在循环过管道拍15后穿过第二歧管被移除。每个歧管20,22穿过本体1的侧壁5或者6，因而形成用于循环液体的进水口以及出水口连接。该液体循环能够，例如，为一普遍的使用过的基于乙醇的液体。
七个矩形挡板片23沿管道集12放置，其同事支撑并且强化该管道集并且，对于它们而言，也增加了本体1的坚硬度。该挡板是为了创造热传导截止的混合体，并且从而竟可能的有效的在流入管道15的热传导介质与环绕它们的热传导介质之间传导热量。挡板片23也支撑该在本体1的内表面上的热传导管道集12。如果覆盖一半管道集的矩形挡板片23被使用，在它们之间的距离应该至少为本体内部尺寸的1/5，无论如何至少50mm。最大的距离应该不超过本体的内部尺寸，且当挡板片23充当热传导管道的支撑板时，它们的机械应力，例如力量以及震动必须被考虑。更多的此种连接方式的本热交换器的设计的细节说明可以从该部分的手册壹基金尺寸导引得到。
热交换器的尺寸根据应用而定。优选的使用聚烯烃，例如聚乙烯或者聚丙烯，作为热交换器的本体以及其他部分的材料，考虑到它们的良好的防止形成冰的性能。
管道集的管道14的制造材料优选的为一种材料，其本质上具有与热交换器的本体以及其他部分的相应的性能的同样的热膨胀系数以及耐化学性。所描述的相同的聚烯烃材料为一优选实例。管道的截面形状优选的为圆形，为了制造的便利，但是其也可以为一简单的等边矩形，或者椭圆形，或者能够有纵向的或者横向的筋条或者在其内部或者外部表面有其他的突出物或者同时具有，为了增大热交换器的表面。管道轮廓的表面能够应需选择，但是在制造技术方面，纵向的标准形状轮廓的制造是最简易的。如果热传导液体很容易脏，则管道轮廓的表面优选的为滑的且轮廓的内部表面能够是呈平面的或者伴有去脏的材质。管道轮廓的内也表面优选的为滑的，为了减小压力损失。当然，能够设想该管道轮廓由两个或更多层的混合材料所制成，如果有这样需求的话。在符合管道中，层结构的层能够包含相同的或者不同的材料。一个实例为一塑料金属符合管道，并且其他以增强塑料管为例子，其中通常为一富树脂材料的内与外层，并且他们之间一加固层加强了结构的坚韧度。
塑料材料普遍具有良好的耐化学性，从而在它们的辅助下，该热交换器能够被设计于有化学需要的应用中***作，其中，例如盐度以及PH限制材料的选择。
热传导管道集12的管道14的数量以及它们在本体1内的位置能够改变。然而，为了热交换器的热传导能力足够，管道排15应该为几个，至少多余5个，优选的多于10个。当然，们根据热交换器的尺寸，数量能够改变。基本的规则为热传导管道的外壁之间的距离应该至少为管道直径的0.25倍。
本发明的次级循环的液体优选的为水，其能够为海水，淡水，污水，或者工业处理水。主级循环的液体也能够为水，尤其当热交换器被使用为冷却器时。如果该热交换器被与热泵或者其他的循环制冷剂的设备一起使用，则合适这个目的的制冷剂当然必须被使用。制冷剂则将确定其用于被使用设备的匹配度。
在本发明的范围内，也能够设想与上述实施例不同的解决方法。例如，能够设想本体1的截面是矩形，圆柱形，多边形，或者其他的截面。一直线平行四边形，然而常常是最便宜制造的，并且足够抵挡额外的负载。
热交换器的主要成分优选的由聚烯烃塑料制成，但是自然地其他材料也能够应需使用，例如，封印，螺丝，螺栓，铰链销，以及由钢制作的类似的东西，其并不偏离本发明的基本想法。
一本体的优选应用选择为前述的空腔轮廓板。如果只有可焊塑料被使用为制造材料，该热交换器能够优选的焊接制造。如果不同的材料被使用并且焊接时不可能的，其他结构的选择能够被使用，例如凸缘接合。
取代空腔轮廓板，在至少一侧紧凑轮廓板能够被使用。在一实施例中，热交换器的整个本体1(即盒体)由这样轮廓的板所制造。它们的壁的厚度通常大约为10-200mm，尤其是大约20-100mm。
塑料材料能够被与煤烟，石墨，滑石，锂，磁矿铁，硫酸钡，以及金属延伸添加剂混合。
根据本发明技术的热交换器主要为工业规模使用而制作。因此，一单个热交换器的长度通常大约为500–10000mm,尤其是大约1000–7500mm，最合适的为1000–5000mm；宽度大约为100–5000mm尤其大约是250–3000mm,且高度大约为100–5000mm，尤其大约为500–3000mm。
热交换器的热传导管道的直径常常大约为10–500mm，尤其大约为25–300mm，最合适大约为30–200mm。一热交换器一般大约有10-200个热传导管道，尤其是10-100个用于一热交换器。
参考数字列表：
1.本体
2.底部
3,4.端壁
5,6.侧壁
7.盖子
8.垂直支撑
9.管道
10.附属板
11.维护/检查开口
12.管道集
13.进水口以及出水口连接
14.管道
15.平行管道排
16.换向件
17.上管道
18.下管道
19，21.连接器管道
20，22.歧管
23.挡板片。
参考公开
WO201167457
CN2715090
US3426841
DE102010000421。

Claims (15)

1.一种用于低温的热交换器，其中热交换器包括：一本体(1)，
一管道集(12)，组装于所述本体的内部，用于循环一第一热交换介质于所述热交换器中，连接(20，22)引导热交换介质进出所述管道集。
一开口，设置于所述本体(1)的至少一长侧(7)中，其尺寸足够大，所述热交换器的至少一个循环的管道集(12)能够通过所述开口被组装入所述本体的内部。
一盖子(7)设置以关闭所述开口，以及
一连接(13)用于引导所述热传导介质进入所述本体。
其特征在于，
所述热交换器的所述本体(1)由平面轮廓板所制造，
至少所述本体是由塑料材料所制成的，以及
所述热交换器包括一连接(13)用于引导所述热传导介质流出所述本体。
2.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于，所述管道集由塑料所制的管道轮廓所组成。
3.根据权利要求1或2所述的热交换器，其特征在于，所述本体(1)以及管道轮廓由聚烯烃所制，例如聚乙烯或者聚丙烯或者其混合物。
4.根据权利要求1或2所述的热交换器，其特征在于，所述盖子(7)可开启。
5.根据以上任意一条权利要求所述的热交换器，其特征在于，所述热交换器的所述本体(1)由平面的空腔轮廓板所制。
6.根据权利要求5所述的热交换器，其特征在于，所述空腔轮廓板的空腔至少部分被填入填充物，例如，一绝热物质或者一比水重的物质。
7.根据以上任意一条权利要求所述的热交换器，其特征在于，在所述管道(14)的轮廓的表面上具有突出，如果至少有一个管道集(12)。
8.根据以上任意一条权利要求所述的热交换器，其特征在于，所述管道集(12)的所述管道(14)的内部表面是滑的。
9.根据以上任意一条权利要求所述的热交换器，其特征在于，至少所述管道集(12)的所述管道(14)的内部表面是刨光的或者混杂防脏的物质。
10.根据以上任意一条权利要求所述的热交换器，其特征在于，一纵向加强杆(9)至少被组装在所述本体(1)的一长侧。
11.根据以上任意一条权利要求所述的热交换器，其特征在于，所述热交换器的至少一个管道集(12)包括平行管道排(15)，其包含至少两个被设置与对方顶部的细长的管道(14)，其中互相在对方顶部的管道(14，17,18)被选择性的连接于它们的端部，为了形成一液体通道。
12.根据权利要求11所述的热交换器，其特征在于，所述平行管道排(15)被连接至两个歧管(20,22)，穿过歧管，设有管道排(15)的液体循环。
13.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于，所述歧管(20,22)被置于所述管道集(15)的两端，并且平行的管道排(15)被选择性地连接至所述歧管(20,22)于不同的端部。
14.根据以上任意一条权利要求所述的热交换器，其特征在于，所述本体(1)包含以底部板(2)，其至少一个方向上比在所述本体(1)的底部板(2)的顶部上形成的盒体宽。
15.根据以上任意一条权利要求所述的热交换器，其特征在于，所述热交换器由一可焊接聚合物材料所制作而成。
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