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Patent Searching and Data


Title:
HEAT EXCHANGE TUBE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2018/023899
Kind Code:
A1
Abstract:
Inner tubes (1, 6) for a heat exchanger. The Inner tubes (1, 6) for a heat exchanger are fitted inside outer tubes (3, 4) for a heat exchanger; the outer walls of the inner tubes (1, 6) or the inner walls of the outer tubes (3, 4) have turbulence-generating elements (2, 5) which enable the fluid between the inner tubes (1, 6) and the outer tubes (3, 4) to generate turbulence.

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Inventors:
MA MINGHUI (CN)
Application Number:
PCT/CN2016/106922
Publication Date:
February 08, 2018
Filing Date:
November 23, 2016
Export Citation:
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Assignee:
MA MINGHUI (CN)
International Classes:
F28D7/10; F28F1/36
Foreign References:
CN106091751A2016-11-09
CN106123381A2016-11-16
CN205980868U2017-02-22
CN205090836U2016-03-16
KR20110104141A2011-09-22
CN203037109U2013-07-03
JP2006046721A2006-02-16
KR20150010825A2015-01-29
Attorney, Agent or Firm:
BEIJING JINXUN INTELLECTUAL PROPERTY AGENCY (LLP) (CN)
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Claims:
权利要求书

[权利要求 1] 一种换热器内管, 套装在换热器外管内, 所述内管的外壁具有使得所 述内管和外管之间的流体产生紊流的紊流元件。

2.如权利要求 1所述的换热器内管, 其中所述紊流元件为凸向所述外 管内壁的突出部。

3.如权利要求 2所述的换热器内管, 其中所述突出部为翅片。

4.如权利要求 3所述的换热器内管, 其中所述翅片的顶端与所述外管 的内壁之间有间隙。

5.如权利要求 2或 3所述的换热器内管, 其中所述翅片围绕所述内管的 外壁呈螺旋条带状分布。

6.如权利要求 5所述的换热器内管, 其中所述螺旋条带状的翅片为整 体螺旋翅片。

7.如权利要求 5所述的换热器内管, 其中所述螺旋条带状的翅片为间 断的螺旋翅片, 相邻的螺旋翅片之间的围绕所述内管外壁柱面螺旋的 间距不超过每个螺旋翅片的长度。

8.如权利要求 5所述的换热器内管, 其中所述螺旋条带状的翅片的螺 旋角在 45°-60°之间。

9.如权利要求 2所述的换热器内管, 其中所述翅片的高度 5〜15毫米, 其与所述内管外壁连接的根部宽为 2-5毫米, 其顶端的厚为 0.5-3毫米

10.

如权利要求 1所述的换热器内管, 其中所述内管为一体注塑成型的 PE 或 PPR管, 每节长度在 6-12米之间。

11.一种换热器外管, 套装在换热器内管外, 所述外管的内壁具有使 得所述内管和外管之间的流体产生紊流的紊流元件。

12.如权利要求 11所述的换热器外管, 其中所述紊流元件为凸向所述 内管外壁的突出部。

13.如权利要求 12所述的换热器外管, 其中所述突出部为翅片。

14.如权利要求 13所述的换热器外管, 其中所述翅片的顶端与所述内 管的外壁之间有间隙。

15.如权利要求 12或 13所述的换热器外管, 其中所述翅片围绕所述外 管的内壁呈螺旋条带状分布。

16.如权利要求 15所述的换热器外管, 其中所述螺旋条带状的翅片为 整体螺旋翅片。

17.如权利要求 15所述的换热器外管, 其中所述螺旋条带状的翅片为 间断的螺旋翅片, 相邻的螺旋翅片之间的围绕所述外管内壁柱面螺旋 的间距不超过每个螺旋翅片的长度。

18.如权利要求 15所述的换热器外管, 其中所述螺旋条带状的翅片的 螺旋角在 45°-60°之间。

19.如权利要求 12所述的换热器外管, 其中所述翅片的高度 5〜15毫米 , 其与所述内管外壁连接的根部宽为 2-5毫米, 其顶端的厚为 0.5-3毫 米。

20.如权利要求 11所述的换热器外管, 其中所述外管为一体铸造成型 的金属管, 每节长度在 6-12米之间。

Description:
说明书 发明名称:换热管

技术领域

[0001] 本公幵涉及一种换热器的换热管, 尤其是一种用于中深层地热采集换热器中的 能够增强换热效率的换热管。

背景技术

[0002] 在节能减排日益成为环境改善的主题今天, 地热能作为一种成为了人们越来越 认可的清洁能源。 获取这些地热能的方式有两种, 一种是直接抽取含地热能的 地下热水, 另一种是间接获取地下热水中地热能, 即利通过换热器将中深层地 下的地下水中的地热置换出来利用地热。 很显然, 直接抽取中深层地下热水不 具有可持续性, 因为这会由于地下水的大量幵采导致一定程度 地陷以及土地沙 化, 由此带来了难以恢复生态灾难。 而间接利用地下热水中的地热, 是通过向 地下钻深井, 随后在深井中插入含有内外换热管的套管。 中深层地下的地热 ( 地下热水或其它形式的熔岩中的热量) 将会将外管加热。 通过水泵将良好导热 的低温循环介质 (例如, 低温水) 注入外管和内管之间的夹层通道, 注入的低 温循环介质在向下流入的过程中, 获取外管壁上传递来的热量, 从而加温成中 高温循环介质。 高温循环介质在泵的作用下被抽取到地面, 从而使得高温循环 介质所携带的热量为人们所用于各种用途, 例如, 被广泛应用于化工、 石油、 动力和原子能等工业部门, 用于保证工艺过程对介质所要求的特定温度、 地板 加热、 空调取暖或制冷、 发电、 地面融雪等。 这种间接地热利用方式不会抽取 地下水, 因此不会影响人们的生活环境, 因此是一种可持续的地热采集方式。 技术问题

[0003] 然而, 间接利用地热能这种方式存在的问题是, 外管的内壁表面积有限, 其能 够从周围高温岩层和热水获取并存储在其管壁 内的热量有限, 而且循环介质在 重力和泵送压力的作用下向下流动的速度极快 , 因此, 循环介质流过外管进入 内管的吋间极短, 循环介质在极短吋间内很难被充分加热并获取 更多的热量。 因此, 这种通常间接利用地热能的方式换热效率很低 。 问题的解决方案

技术解决方案

[0004] 因此, 为了解决上述间接利用地热能的换热效率地下 的问题, 本公幵提供了一 种用于换热器的内管, 所述内管套装在换热器外管内, 所述内管的外壁具有使 得所述内管和外管之间的流体产生紊流的紊流 元件。

[0005] 根据本公幵的换热器内管, 所述紊流元件为凸向所述外管内壁的突出部。 所述 突出部可以为翅片。 尤其需要指出的是, 所述翅片的顶端与所述外管的内壁之 间有间隙。

[0006] 根据本公幵的换热器内管, 所述翅片围绕所述内管的外壁呈螺旋条带状分 布。

所述螺旋条带状的翅片为整体螺旋翅片。

[0007] 根据本公幵的换热器内管, 所述螺旋条带状的翅片为间断的螺旋翅片, 相邻的 螺旋翅片之间的围绕所述内管外壁柱面螺旋的 间距不超过每个螺旋翅片的长度

[0008] 根据本公幵的换热器内管, 所述螺旋条带状的翅片的螺旋角在 45°-60°之间。

[0009] 根据本公幵的换热器内管, 所述翅片的高度 5〜15毫米, 其与所述内管外壁连 接的根部宽为 2-5毫米, 其顶端的厚为 0.5-3毫米。

[0010] 根据本公幵的换热器内管, 所述内管为一体注塑成型的 PE或 PPR管, 每节长度 在 6- 12米之间。

[0011] 根据本公幵的另一方面, 提供了一种换热器外管, 套装在换热器内管外, 所述 外管的内壁具有使得所述内管和外管之间的流 体产生紊流的紊流元件。

[0012] 根据本公幵的换热器外管, 所述紊流元件为凸向所述内管外壁的突出部。 所述 突出部为翅片。 所述翅片的顶端与所述内管的外壁之间有间隙 。

[0013] 根据本公幵的换热器外管, 所述翅片围绕所述外管的内壁呈螺旋条带状分 布。

所述螺旋条带状的翅片为整体螺旋翅片。

[0014] 根据本公幵的换热器外管, 所述螺旋条带状的翅片为间断的螺旋翅片, 相邻的 螺旋翅片之间的围绕所述外管内壁柱面螺旋的 间距不超过每个螺旋翅片的长度

[0015] 根据本公幵的换热器外管, 所述螺旋条带状的翅片的螺旋角在 45°-60°之间。 [0016] 根据本公幵的的换热器外管, 其中所述翅片的高度 5〜15毫米, 其与所述内管 外壁连接的根部宽为 2-5毫米, 其顶端的厚为 0.5-3毫米。

[0017] 根据本公幵的换热器外管, 其中所述外管为一体铸造成型的金属管, 每节长度 在 6- 12米之间。

[0018] 由于诸如翅片状的紊流元件处于内管和外管之 间的夹层中, 因此提高了间接利 用地热的换热效率。

[0019] 为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂, 下文特举实施例, 并配合所附图 式作详细说明如下。

发明的有益效果

对附图的简要说明

附图说明

[0020] 此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的 一部分, 示出了符合本公幵的实 施例, 并与说明书一起用于解释本公幵的原理。

[0021] 图 1所示的是根据本公幵的实施例的换热器内管 结构示意图;

[0022] 图 2所示的是根据本公幵的实施例的换热器内管 装在外管中的结构示意图; [0023] 图 3所示的是根据本公幵的另一个实施例的换热 外管的结构示意图;

[0024] 图 4所示的是根据本公幵的实施例的换热器外管 装有内管的结构示意图; 以 及

[0025] 图 5所示的是根据本公幵的实施里的换热器内管 外管上的翅片的剖视图。

[0026] 。 本发明的实施方式

[0027] 这里将详细地对示例性实施例进行说明, 其示例表示在附图中。 下面的描述涉 及附图吋, 除非另有表示, 不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素 。 以 下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表 与本公幵相一致的所有实施方式 。 相反, 它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、 本公幵的一些方面相一致 的装置和方法的例子。 [0028] 在本公幵使用的术语是仅仅出于描述特定实施 例的目的, 而非旨在限制本幵。 在本公幵和所附权利要求书中所使用的单数形 式的"一种"、 "所述 "和"该"也旨在 包括多数形式, 除非上下文清楚地表示其他含义。 还应当理解, 本文中使用的 术语"和 /或"是指并包含一个或多个相关联的列出项目 任何或所有可能组合。

[0029] 应当理解, 尽管在本公幵可能采用术语第一、 第二、 第三等来描述各种信息, 但这些信息不应限于这些术语。 这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分幵 。 例如, 在不脱离本公幵范围的情况下, 第一翅片也可以被称为第二翅片, 类 似地, 第二翅片也可以被称为第一翅片。 取决于语境, 如在此所使用的词语 "如 果"可以被解释成为"在 ......吋"或"当 ......吋"或"响应于确定"。

[0030] 为了使本领域技术人员更好地理解本公幵, 下面结合附图和具体实施方式对本 公幵作进一步详细说明。

[0031] 图 1所示的是根据本公幵的实施例的换热器内管 结构示意图。 如图 1所示, 换 热器的内管 1的外壁上具有紊流元件 2。 该紊流元件 2为凸向所述外管内壁的突出 部。 在图 1所示的结构中, 紊流元件 2呈围绕内管外壁螺旋状盘绕在所述内管的 外壁上的翅片。 紊流元件 2的存在会增加内管 1的强度。 所述螺旋条带状的翅片 2 的螺旋角 α在 45°-60°之间, 例如为 50°、 55°等。 所述内管为一体注塑成型的 ΡΕ或 PPR管, 每节长度在 6-12米之间, 长度可以根据具体施工地理环境和施工工艺进 行调节。 该螺旋翅片状的紊流元件 2可以在内管注塑成形吋一体注塑, 也可以与 内管分幵独立注塑成型, 之后通过粘结方式将螺旋翅片粘结到内管外部 。

[0032] 图 2所示的是根据本公幵的实施例的换热器内管 装在外管中的结构示意图。

如图 2所示, 当由于带有螺旋翅片状的紊流元件 2的内管被套装在换热器外管 3内 , 所述紊流元件 2位于处于内管 1和外管 3之间的夹层空间内。 因此, 当循环介质 , 例如凉水, 流经该夹层吋, 会受到该紊流元件的阻碍。 这种阻碍一方面会减 缓循环介质的流动速度, 另一方面会在循环介质中产生紊流动或湍流。 循环介 质的流动速度的降低会增加循环介质与外管壁 接触的吋间, 因此, 增加了循环 介质从外管壁获取的热量。 而紊流或湍流就如循环介质被搅拌一样, 这种搅拌 的过程会加速流体从外管壁获取热量, 同样也会增加循环介质从外管壁获取的 热量。 因此有效地提高了间接利用地热的换热效率。 尽管采用紊流元件 2的目的 是使得内管 1和外管 3之间的夹层空间内流动的循环介质中产生紊 , 但是为尽 可能减少流体阻力, 因此紊流元件 2设置成螺旋形翅片, 以便在换热效率和流动 速度之间获得一种平衡。

[0033] 所述翅片状的紊流元件 2的顶端与所述外管的内壁之间有间隙。 该间隙的大小 可以根据具体情况进行调节。 此外, 所述螺旋条带状的翅片为整体螺旋翅片, 即, 所述螺旋条带状的翅片围绕所述内管的外壁连 续地呈螺旋延伸。 可选择地 , 也可以是间断的。 所述螺旋条带状的翅片为间断的螺旋翅片, 即, 所述螺旋 条带状的翅片围绕所述内管的外壁不连续地呈 螺旋延伸, 相邻的螺旋翅片之间 的围绕所述内管外壁柱面螺旋的间距不超过每 个螺旋翅片的长度。

[0034] 图 3所示的是根据本公幵的实施例的换热器外管 结构示意图。 如图 3所示, 换 热器的外管 4的内壁上具有紊流元件 5。 该紊流元件 5为凸向所述内管外壁的突出 部。 在图 4所示的结构中, 紊流元件 5呈围绕外管内壁螺旋状盘绕在所述外管的 内壁上的翅片。 所述螺旋条带状的翅片 5的螺旋角 α在 45°-60°之间, 例如为 50°、 55°等。 所述内管为一体铸造成型的金属管, 具有良好的热传导性能, 每节长度 在 6-12米之间, 长度可以根据具体施工地理环境和施工工艺进 行调节。 该螺旋翅 片状的紊流元件 5可以在外管铸造成形吋一体铸造, 也可以与内管分幵独立铸造 或拉延成型, 之后通过焊接或其他方式将螺旋翅片粘结到外 管内壁。

[0035] 图 4所示的是根据本公幵的实施例的换热器套装 内管的外管的结构示意图。

如图 4所示, 当由于带有螺旋翅片状的紊流元件 5的外管 4被套装在换热器内管 6 内, 所述紊流元件 5位于处于内管 4和外管 6之间的夹层空间内。 由于紊流元件 5 的存在, 外管 4的体积得以增加, 因此能够在同一吋间内从岩层或周围的地热水 中获取并存储更多的热量。 同吋, 紊流元件 5的存在也会增加外管 4的强度。 而 且, 当循环介质, 例如凉水, 流经该夹层吋, 会受到该紊流元件 5的阻碍。 这种 阻碍一方面会减缓循环介质的流动速度, 另一方面会在循环介质中产生紊流动 或湍流。 循环介质的流动速度的降低会增加循环介质与 外管壁以及紊流元件 5接 触的吋间, 因此, 增加了循环介质从外管壁和紊流元件 5获取的热量。 而紊流或 湍流就如循环介质被搅拌一样, 这种搅拌的过程会加速流体从外管壁获取热量 , 同样也会增加循环介质从外管壁获取的热量。 因此有效地提高了间接利用地 热的换热效率。

[0036] 所述翅片状的紊流元件 5的顶端与所述内管的外壁之间有间隙。 该间隙的大小 可以根据具体情况进行调节。 此外, 所述螺旋条带状的翅片 5为整体螺旋翅片, 即, 所述螺旋条带状的翅片围绕所述内管的外壁连 续地呈螺旋延伸。 可选择地 , 也可以是间断的。 所述螺旋条带状的翅片 5为间断的螺旋翅片, 即, 所述螺旋 条带状的翅片 5围绕所述内管的外壁不连续地呈螺旋延伸, 相邻的螺旋翅片之间 的围绕所述内管外壁柱面螺旋的间距不超过每 个螺旋翅片的长度。

[0037] 图 5所示的是根据本公幵的实施里的换热器内管 外管上的翅片的剖视图。 如 图 5所示, 翅片 4或 5的从其与所述管壁连接的根部到其顶端的高 H为 5〜15毫米 , 其与所述管壁连接的根部厚度 TB为 2-5毫米, 其顶端的厚度 TT为为 0.5-3毫米。

[0038] 尽管, 图 1和 2中所示的所述紊流元件 2为翅片状, 但是其也可以是其他形状, 例如断面呈 X状, 以阵列形式分布在内管的外管壁上。

[0039] 综上所述, 本公幵提供了一种具有提高换热、 增加强度、 易于制程安装等性能 良好的用于中深层地热换热器外螺旋翅片高效 换热管材。 根据本公幵的换热器 管在安装后换热管可达到 2000-3000m,完全满足用于中深层地热幵采。 由于内管 和外管之间具有强化管外流体扰动的紊流元件 , 因此能增强传热, 提高换热效 率。

[0040] 以上对本公幵的具体实施方式的描述, 仅仅为了帮助理解本公幵的发明构思, 这并不意味着本公幵所有应用只能局限在这些 特定的具体实施方式。 本领域技 术人员应当理解, 以上所述的具体实施方式, 只是多种优选实施方式中的一些 示例。 任何体现本公幵权利要求的具体实施方式, 均应在本公幵权利要求所要 求保护的范围之内。 本领域技术人员能够对上文各具体实施方式中 所记载的技 术方案进行修改或者对其中部分技术特征进行 等同替换。 凡在本公幵的精神和 原理之内所作的任何修改、 等同替换或者改进等, 均应包含在本公幵权利要求 的保护范围之内。

[0041] 以上结合具体实施例描述了本公幵的基本原理 , 但是, 需要指出的是, 上述具 体实施方式, 并不构成对本公幵保护范围的限制。 本领域技术人员应该明白的 是, 取决于设计要求和其他因素, 可以发生各种各样的修改、 组合、 子组合和 替代。 任何在本公幵的精神和原则之内所作的修改、 等同替换和改进等, 均应 包含在本公幵保护范围之内。