TWI440805B - A variable pipe heat exchanger - Google Patents

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TWI440805B
TWI440805B TW100147131A TW100147131A TWI440805B TW I440805 B TWI440805 B TW I440805B TW 100147131 A TW100147131 A TW 100147131A TW 100147131 A TW100147131 A TW 100147131A TW I440805 B TWI440805 B TW I440805B
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Hin Ting Leung
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Hin Ting Leung
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/16—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged in parallel spaced relation
    • F28D7/163—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged in parallel spaced relation with conduit assemblies having a particular shape, e.g. square or annular; with assemblies of conduits having different geometrical features; with multiple groups of conduits connected in series or parallel and arranged inside common casing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F1/00—Tubular elements; Assemblies of tubular elements
    • F28F1/006—Tubular elements; Assemblies of tubular elements with variable shape, e.g. with modified tube ends, with different geometrical features

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Description

一種變徑管路換熱器
本發明涉及一種熱水器，特別是涉及一種熱水器中的換熱器。
作為空氣調節溫度的設備稱為空調機。這些空調機的性能都是為該機組而制定，空調熱水機(又稱熱泵熱水機)則將製冷、採暖、制熱水一機共融，並要做到不損害現有空調的表現時，又能發揮良好的制熱水效果及安全和可靠性能。然而，現在市場上的空調熱水機冷媒熱水機存在以下問題：
因為一般空調熱水器功率小，做不到一次加熱，即15℃入水而60℃出水。因此，大都採用迴圈式熱泵，但迴圈式熱泵存在一定的問題：如隨著溫度的上升，機組的冷凝溫度、排氣溫度、排氣壓力和運行電流都會隨之上升，當水溫升到45℃以上時，水和工質的溫差變小，吸熱能力變差，導致換熱效率大大降低。事實上，中溫迴圈式熱泵熱水機由於混水問題，長時間處於中高溫迴圈狀態，導致壓縮機長時間超負荷運行，使得效率低，耗能大，甚至縮短壓縮機的使用壽命。
為了克服現有技術的不足，本發明提供一種效率高、耗能小、的變徑管路換熱器。
本發明解決其技術問題所採用的技術方案是：
一種變徑管路換熱器，包括一換熱管及一設置於該換熱管內的冷媒，該換熱管包括一外管及一設置於該外管內的內管，該內管包括一第一導管及一與該第一導管相通的第二導管，且該第一導管的內徑小於該第二導管的內徑，該冷媒由該 第一導管流向該第二導管，其特徵在於：該外管分別與該第一導管以及該第二導管形成一第一流動空間與一第二流動空間，該第一流動空間大於該第二流動空間。
該第一導管及該第二導管的連接處設有一過渡管。
該內管上設有一中管，且該中管的一內壁與該內管的一外壁緊密接觸。
該外管及該中管間設有至少一花瓣片，該花瓣片上設有一過流孔。
該第一導管的該冷媒入口端設有一緩衝增壓裝置，且該第一導管的該冷媒入口端與該緩衝增壓裝置的該冷媒輸出端相連。
本發明的有益效果是：本發明的內管包括第一導管及與第一導管相通的第二導管，且第一導管的內徑小於第二導管的內徑，當冷媒為高溫高壓氣體在第一導管內流動時，因第一導管管徑較小，從而流速快，獲得更大的雷諮史諾數，而在第二導管內流動時，因熱量已大部分傳導出去，因而有較多的液體存在，而且第二導管管徑較大，讓產生的液體能夠加快流走，從而避免了換熱器大部分面積處於低效冷凝狀態；本發明的外管及中管間設置了花瓣片，該花瓣片上設有過流孔，因而增加了水的擾動，加強了換熱效果；第一導管的冷媒入口端與增壓裝置的冷媒輸出端相連，通過增壓裝置的加壓，可以使冷媒分流更均勻。
通過上述結構的改進，本發明在功率較小的情況下也能做到一次加熱，在溫度、壓力和流量相同的情況下，當冷媒進入換熱器時，製作相同熱量所需的管長為一般換熱器的二分之一，不僅節省材料成本，還可減小換熱器尺寸。
參照圖1至圖3，本發明公開了一種變徑管路換熱器，包括一換熱管9及一設置於該換熱管9內的冷媒，該換熱管9包括一外管1及一設置於該外管1內的內管，該內管包括一第一導管2及一與該第一導管2相通的第二導管3，且該第一導管2的內徑小於該第二導管3的內徑，該冷媒由該第一導管2流向該第二導管3。其中，該外管1分別與該第一導管2以及該第二導管3形成一第一流動空間與一第二流動空間。該第一流動空間的容量大小為該外管1減去該第一導管2的容量大小，而該第二流動空間的容量大小為該外管1減去該第二導管3的容量大小。其中，該第一流動空間大於該第二流動空間。
於本具體實施例中，該第一導管2及該第二導管3的連接處設有一過渡管4，通過該過渡管4能夠減小變徑時管壁對該冷媒流動的形成的阻力及因此而產生的擾流。該內管上設有一中管5，且該中管5的一內壁與該內管的一外壁緊密接觸，該冷媒在雙壁管道內流動可針對該冷媒洩露時提供保護。該外管1及該中管5間設有至少一花瓣片8，該花瓣片8上設有一過流孔7，因而增加了水的擾動，加強了換熱效果。
該第一導管2的該冷媒入口端設有一緩衝增壓裝置6，且該第一導管2的該冷媒入口端與該緩衝增壓裝置6的該冷媒輸出端相連，該緩衝增壓裝置6可以使該冷媒分流更均勻，並增大該冷媒入獨立變徑微管路換熱器時的壓力，提高換熱係數。
本發明的工作原理如下：由於獨立變徑微管路換熱器的套管直徑微細，相同流量下，冷媒和水的流速增大，可以獲得較大的雷諾數，加上液態冷媒厚度減薄導致滯流層厚度大大減小，因此換熱係數能大大提高，使得傳熱速度更快。在冷媒通道末端加大管徑，有助使冷凝液儘快流出。冷媒在換熱器凝結換熱，從進口的過熱或飽和高溫高壓氣體一直冷凝至管內出口 飽和或過冷液體。冷凝液的存在阻礙了高溫高壓氣體和管壁面接觸，成為凝結換熱的主要熱阻。由於越近末端，冷凝液體的比例越多，加大冷凝管道的直徑可以減少流動阻力，令冷凝液體加快流出。由於流體具有粘性，所以流動時產生內摩擦力，形成流動阻力，根據范寧公式及牛頓粘性定律可以推知層流時，壓強降值與冷媒通道圓管管徑平方成反比。
在完全湍流時，流動阻力只與速度的平方成正比.加大管徑，冷凝液的流速減慢，無論在層流或是湍流，流動阻力或是壓強降值都會減小，因此流量的減慢會顯著降低。這種分段擴寬，增大流量，減低壓降的設計使當冷媒為高溫高壓氣體主導階段時有較長的換熱時間，在較多冷凝液體產生時加快流走，避免換熱器大部分面積處於低效冷凝過程。而且外管及中管間設有花瓣片，該花瓣片上設有過流孔，花瓣片及過流孔能夠增加水的擾動，通過擾動而加強換熱效果。
通過使用改進後的換熱器，即使是小功率冷媒熱水機，也能做到一次加熱。在冷媒進入換熱器時，當溫度，壓力和流量相同的情況下，製作相同熱量所需的管長為一般換熱器的二分之一。這不僅節省材料成本，還可減小換熱器尺寸。
外管
2‧‧‧第一導管
3‧‧‧第二導管
4‧‧‧過渡管
5‧‧‧中管
6‧‧‧緩衝增壓裝置
7‧‧‧過流孔
8‧‧‧花瓣片
9‧‧‧換熱管
下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。
圖1是本發明的剖面圖；圖2是圖1的A-A剖面視圖；圖3是本發明的整體視圖。
1‧‧‧外管
2‧‧‧第一導管
3‧‧‧第二導管
4‧‧‧過渡管
5‧‧‧中管
7‧‧‧過流孔
8‧‧‧花瓣片

Claims (5)

  1. 一種變徑管路換熱器，包括一換熱管及一設置於該換熱管內的冷媒，該換熱管包括一外管及一設置於該外管內的內管，該內管包括一第一導管及一與該第一導管相通的第二導管，且該第一導管的內徑小於該第二導管的內徑，該冷媒由該第一導管流向該第二導管，其特徵在於：該外管分別與該第一導管以及該第二導管形成一第一流動空間與一第二流動空間，該第一流動空間大於該第二流動空間。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的一種變徑管路換熱器，其中，該第一導管及該第二導管的連接處設有一過渡管。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的一種變徑管路換熱器，其中，該內管上設有一中管，且該中管的一內壁與該內管的一外壁緊密接觸。
  4. 如申請專利範圍第3項所述的一種變徑管路換熱器，其中，該外管及該中管間設有至少一花瓣片，該花瓣片上設有一過流孔。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的一種變徑管路換熱器，其中，該第一導管的該冷媒入口端設有一緩衝增壓裝置，且該第一導管的該冷媒入口端與該緩衝增壓裝置的該冷媒輸出端相連。
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