熱管式熱能回收冷卻裝置及熱能回收冷卻系統的製作方法
2023-06-20 21:30:36
本發明涉及熱交換裝置技術領域，具體地，本發明涉及一種熱管式熱能回收冷卻裝置，以及一種熱管式熱能回收冷卻系統。
背景技術：
在冶金、化工等諸多行業的工業生產中，均存在大量的廢熱需要排放，這些廢熱的直接排放或利用溫差循環冷卻都不僅造成了對環境的不利影響，還浪費了能源。
通過檢索可知，申請號為cn200820061805.7的中國專利公開了一種廢氣廢熱回收熱交換器，包括換熱器和導流器；換熱器包括換熱器殼體和波形換熱片；換熱器殼體為上下兩個端面敞口的長方體結構；波形換熱片層疊在一起，固定在換熱器殼體內；在相鄰波形換熱片間留有氣體通道，氣體通道的進出口設置在敞口的一面上；導流器包括導流器箱體和通道隔板；通道隔板間相互平行設置，固定在導流器箱體內，將導流器箱體內空間分隔為廢氣通道和助燃氣體通道,導流器設置在換熱器的進出口處,廢氣通道和助燃氣體通道相互間隔設置。然而實踐證明，該技術方案存在如下缺陷：1)波形換熱片的導熱性能比熱管差很多；2)相鄰波形換熱片間留有氣體通道，廢氣通過時風阻大；3)波形換熱片製造成本高、安裝麻煩，且不合適液體熱交換。
另外，專利號為cn200720031417.x的中國專利公開的一種熱回收型熱管式兩級蒸發冷卻器，採用蒸發冷卻裝置和熱回收裝置複合的結構，換熱器為熱管換熱器，熱管換熱器的熱管冷端與其前方設置的第一過濾器、熱管冷端後方設置的送風機組成蒸發冷卻裝置，熱管換熱器的熱管熱端與其前方設置的第二過濾器、熱管熱端上部的布水裝置以及熱管熱端後方設置的排風機組成熱回收裝置。該技術方案的缺點是：1)為回收空調外排熱需要布水裝置，增加了成本；2)布水裝置耗能，運行成本不經濟；3)不能滿足各種流體介質的換熱需求。
基於此，提供一種新的熱管式熱能回收冷卻裝置具有十分重要的意義。
技術實現要素：
本發明所要解決的技術問題在於，針對已有換熱裝置存在的缺陷，提供了一種熱管式熱能回收冷卻裝置，其效率高、適用範圍廣。
為解決上述技術問題，本發明採用的技術方案在於：一種熱管式熱能回收冷卻裝置，包括盤管組件、換熱箱以及導熱部件，
所述盤管組件為管狀，所述盤管組件包括多個盤管單元，所述盤管單元包括橫向延伸的第一直段、一端與所述第一直段相連且沿縱向垂直延伸的縱向段以及與所述縱向段的另一端相連且沿橫向延伸的第二直段，各個所述盤管單元之間通過沿縱向傾斜延伸的斜直段相連，第一個所述盤管單元形成有所述盤管組件的盤管入口，最後一個所述盤管單元形成有所述盤管組件的盤管出口；
所述換熱箱位於所述盤管組件的下方，所述換熱箱設置換熱入口以及換熱出口；
所述導熱部件為多個，所述導熱部件穿入所述盤管單元的第一直段、第二直段以及所述換熱箱。
其中，一種優選的方案，所述第一直段平行於所述第二直段，所述第一直段位於所述第二直段的正下方。
其中，一種優選的方案，所述縱向段的兩端分別通過下彎頭和上彎頭與所述第一直段和所述第二直段相連。
其中，一種優選的方案，各個所述盤管單元上設置有若干導熱部件，所述導熱部件沿著所述第一直段以及第二直段的長度方向布置。
其中，一種優選的方案，所述換熱入口在所述換熱箱上的位置低於所述換熱出口在所述換熱箱上的位置。
其中，一種優選的方案，所述導熱部件由所述第二直段穿出，穿過所述第一直段後穿入至所述換熱箱中。
其中，一種優選的方案，所述導熱部件為封閉的導熱管。
其中，一種優選的方案，所述盤管入口、所述盤管出口、所述換熱入口以及所述換熱出口均設置連接法蘭以及測溫器。
其中，一種優選的方案，所述熱管式熱能回收冷卻裝置包括兩個所述盤管組件以及兩個所述換熱箱，兩個所述盤管組件之間通過膨脹節連接。
另外地，本發明公開了一種熱管式熱能回收冷卻系統，其包括多個如上面一項所述的熱管式熱能回收冷卻裝置，該熱管式熱能回收冷卻裝置所具有的多個所述盤管入口分別與第一匯總管連接，所具有的多個所述盤管出口分別與第二匯總管連接，所具有的多個所述換熱入口分別與第三匯總管連接，所具有的多個所述換熱出口分別與第四匯總管連接。
採用本發明的熱管式熱能回收冷卻裝置以及冷卻系統，具有以下有益效果：含廢熱介質可以通過盤管入口和盤管出口流經換熱盤管組件，同時吸熱介質可以流經換熱箱，此時，導熱部件(例如呈管狀的導熱管)的上端接觸廢熱，下端接觸換熱箱中的吸熱介質，從而，導熱部件立即將廢熱介質的熱量向位於冷端的吸熱介質傳導，從而加熱流過換熱箱中的吸熱介質，藉助吸熱介質迅速帶走熱量，以便實現熱量的回收利用。採用導熱管具有卓越的導熱性能，熱傳導效率高。本發明，熱量回收效率高，並且其結構緊湊，而採用管道以及箱體，廢熱介質和吸熱介質均既可以是氣體、也可以是液體，因此安裝靈活方便，適合氣-氣、氣-液、液-氣、液-液換熱等各種場合，運行成本經濟。
附圖說明
下面將結合附圖及實施例對本發明作進一步說明，附圖中：
圖1為本發明的熱管式熱能回收冷卻裝置的優選實施例的側視示意圖；
圖2為圖1的主視圖；
圖3為本發明的熱管式熱能回收冷卻系統的優選實施例的主視圖。
上述圖中部件標號為，
1-第一直段；2-下彎頭；3-縱向段；4-上彎頭；5-第二直段；6-下斜裝彎頭；7-斜直段；8-上斜裝彎頭；9-盤管入口；10-盤管出口；11-換熱箱；12-換熱入口；13-換熱出口；14-導熱部件；15-連接法蘭；16-測溫器；17-膨脹節；18-第一匯總管；19-第二匯總管；20-第三匯總管；21-第四匯總管。
具體實施方式
為了使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，下面結合實施例和附圖，對本發明進一步詳細說明。
參照圖1、圖2所示，本發明的一種熱管式熱能回收冷卻裝置，包括盤管組件、換熱箱11以及導熱部件14，盤管組件內通入廢熱介質，該廢熱介質可以為氣體或液體等，換熱箱11內通入吸熱介質，該吸熱介質可以為氣體或液體等，導熱部件14連入盤管組件和換熱箱11，從而將廢熱介質的熱傳入至換熱箱11，利用廢熱對換熱箱11的吸熱介質進行加熱，該吸熱介質可以直接應用或者儲存於待用處，例如，回收的熱能利用水或空氣為介質，返回於工廠的生產用熱和人們生活中的生活用熱。
盤管組件為管狀，介質在該管狀的盤管組件中流通。盤管組件包括多個盤管單元，盤管單元包括橫向延伸的第一直段1、一端與第一直段1相連且沿縱向垂直延伸的縱向段3以及與縱向段3的另一端相連且沿橫向延伸的第二直段5，即縱向段3的一端與第一直段1相連，縱向段3的另一端與第二直段5相連。各個盤管單元之間通過沿縱向傾斜延伸的斜直段7相連，第一個盤管單元形成有盤管組件的盤管入口9，以便廢熱介質進入該盤管組件，最後一個盤管單元形成有盤管組件的盤管出口10，以便廢熱介質排出該盤管組件，形成流通。
換熱箱11位於盤管組件的下方，換熱箱11可以為矩形箱體。換熱箱11設置換熱入口12以及換熱出口13，換熱入口12用於吸熱介質進入該換熱箱11，換熱出口13用於介質排出該換熱箱11。盤管組件位於換熱箱11的上方，盤管組件的底部與換熱箱11相接觸，具體而言，本發明中，盤管組件可以通過焊接固定在換熱箱11的頂部，或者是通過螺紋連接、鉚接等方式固定在換熱箱11的頂部。
導熱部件14用於實現熱量傳遞，導熱部件14為多個，導熱部件14的數量以盤管單元的數量為基數進行計算為佳，例如，盤管單元的數量為5個，則導熱部件14的數量為5個、10個、15個等整數倍較好，這樣，各個盤管單元的導熱部件14數量一致。導熱部件14穿入盤管單元的第一直段1、第二直段5以及換熱箱11，進一步，該導熱部件14為垂直穿過上述各部分，這樣，有利於導熱部件14與廢熱介質的充分熱交換。
導熱部件14可以通過焊接的方式分別與第一直段1、第二直段5以及換熱箱11固定，並且該焊接應該能夠起到密封的作用，即不因導熱部件14的穿入而影響第一直段1、第二直段5和換熱箱11的密封性能，保證裝置的正常運行。
本發明中，第一直段1平行於第二直段5，第一直段1位於第二直段5的正下方。進一步，縱向段3的兩端分別通過下彎頭2和上彎頭4與第一直段1和第二直段5相連。如圖1箭頭所示，盤管入口9形成在第一直段1上，盤管出口10形成在第二直段5上。可選方案中，第一直段1鄰近盤管入口9的位置高於遠離盤管入口9的位置，這樣形成了高度隨廢熱介質溫度降低趨勢逐漸降低的矩形螺旋盤管，有利於減小廢熱介質的流阻，從而進一步提高換熱效率。
斜直段7實現兩個盤管單元的連接，具體為連接一個盤管單元的第二直段5與另一個盤管單元的第一直段1。類似地，斜直段7的下端可以通過下斜裝彎頭6與第一直段1相連，斜直段7的上端可以通過上斜裝彎頭8與第二直段5相連。
如前面提及，導熱部件14的數量以盤管單元的數據為基數選擇為宜，作為一種優選的實施方案，各個盤管單元上設置有若干導熱部件14，導熱部件14沿著第一直段1以及第二直段5的長度方向布置，例如圖1、圖2中，盤管單元的數量為5個，每個盤管單元均設置12個導熱部件14。
請繼續如圖1所示，結合箭頭，換熱入口12在換熱箱11上的位置低於換熱出口13在換熱箱11上的位置。這樣，便於保證吸熱介質在換熱箱11中更長時間的加熱，直到其到達換熱出口13時排出，延長加熱時間，保證加熱的充分性。如圖所示，導熱部件14由第二直段5穿出，穿過第一直段1後穿入至換熱箱11中，加工時，在第二直段5的下部開孔，在第一直段1開上下貫穿的孔，在換熱箱11的頂部開孔，這樣，導熱部件14的上端位於第二直段5中，導熱部件14穿過第一直段1，下端位於換熱箱11中。
本發明中，作為一種優選的方案，導熱部件14為封閉的導熱管。導熱管的材質，可以根據廢熱的介質所確定，例如，選擇為鐵、鋁、合金等。為了確保導熱管高度的導熱性能，本發明中，導熱管為真空導熱管，優選具有高真空度的。
為了方便連接，本發明中，盤管入口9、盤管出口10、換熱入口12以及換熱出口13均設置連接法蘭15，這樣，可以方便實現管道的連通。另外，盤管入口9、盤管出口10、換熱入口12以及換熱出口13均設置測溫器16，這樣，可以方便測量各個位置的溫度。工作中如何使熱管式熱能回收冷卻裝置的熱能回收冷卻滿足系統工藝的要求，這由設置在熱管式熱能回收冷卻裝置進出管口上的測溫器16輸出實時信號所確定，當系統得知熱管式熱能回收冷卻裝置工作不符合工藝要求時，即令裝在二交換介質(廢熱介質和吸熱介質)進出管口外圍的電動閥作適當的開啟與閉合，可調節二交換介質各自的流量，來滿足熱管式熱能回收冷卻裝置在系統中的工作符合工藝要求。
為提高換熱效率，熱管式熱能回收冷卻裝置包括兩個盤管組件以及兩個換熱箱11，兩個盤管組件之間通過膨脹節17連接，即一個盤管組件的第二直段5與另一個盤管組件的第一直段1通過膨脹節17連接，當然，該膨脹節17位於相應的管道上。
另外地，參照圖3所示，本發明公開了一種熱管式熱能回收冷卻系統，其包括多個如上面一項的熱管式熱能回收冷卻裝置，該熱管式熱能回收冷卻裝置所具有的多個盤管入口9分別與第一匯總管18連接，所具有的多個盤管出口10分別與第二匯總管19連接，所具有的多個換熱入口12分別與第三匯總管20連接，所具有的多個換熱出口13分別與第四匯總管21連接。
如在船泊的主機冷卻、潛艇內部的溫度調節，以及電廠、鋼廠等廢熱排放等較大的換熱項目中，使用一個熱管式熱能回收冷卻裝置是不夠的，需要用多個熱管式熱能回收冷卻裝置並聯，組成熱管式熱能回收冷卻系統，才能滿足在各種情況下使用本發明的方案。由熱管式熱能回收冷卻裝置組成的熱能回收冷卻系統中，在工作時，廢熱介質和吸熱介質是同時開啟的，當廢熱介質從盤管入口9輸入，途經各熱管式熱能回收冷卻裝置時，廢熱介質與盤管單元充分接觸後，快速從盤管出口10中排出。而吸熱介質從換熱箱11的換熱入口12輸入至換熱箱11的內部，與導熱部件14接觸後，從換熱箱11的換熱出口13中排出。這樣，便實現了冷卻換熱回收。在此，回收的熱能利用水或空氣為介質，可以返回於工廠的生產用熱和人們生活中的生活用熱。
以上顯示和描述了本發明的基本原理和主要特徵和本發明的優點。本行業的技術人員應該了解，本發明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發明的原理，在不脫離本發明精神和範圍的前提下，本發明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發明範圍內。本發明要求保護範圍由所附的權利要求書及其等效物界定。