專利名稱：熱交換器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明是有關一種熱交換器，尤其指一種三重套管結構的熱交換器。
背景技術：
按將某種流體的熱量以一定的傳熱方式相互傳遞給他種流體的設備稱為熱交換 器，在該設備內至少具有兩種溫度不同的流體參與傳熱，亦即高溫流體放出熱量，而低溫流 體吸收熱量。因此，熱交換器已廣泛用于人們的生活中，例如制冷或制熱的運用。傳統(tǒng)泛見于造冷或制熱的熱交換器包括套管熱交換器(Double-pipeHeat Exchanger)，殼管熱交換器(Shell And Tube Heat Exchanger)，板式熱交換器(Plate Type Heat Exchanger)…等，其中(1)套管熱交換器主要由兩支直徑不同的管子組成同心套管，在小管內及兩管間 的環(huán)形空隙，分別流入不同溫度的流體，經由小管的管壁為傳熱面而作熱輸送。大管外通常 會包覆絕熱材料，以減少熱損失。套管式熱交換器的優(yōu)點在于，構造簡單、價格便宜，以及維 護容易；惟套管熱交換器顯著的缺點則為傳熱面積與流速、流量不能吻合。(2)殼管式熱交換器的主要構造由管束(tube bundle)與管殼(shell)兩部分組 成。管束是由成束排列的多支小管子，兩端以管束板(tube sheet)固定，并置于外殼內， 而在管束內流動的流體稱為管側流體，而在管束外流動的流體稱為殼側流體。該殼管式 熱交換器依照其分類，可分為定頭式熱交換器(Fixed Head Exchanger)，浮頭式熱交換器 (Floating Head Exchanger)，以及 U 管式熱交換器(U-tube Exchanger)。其中，定頭式熱交換器兩端管束板以螺栓固定在外殼的凸緣上，管束不能拉出。定 頭式熱交換器優(yōu)點為構造簡單、價格便宜；缺點為溫度高時，易使管子因發(fā)生膨脹而導致接 頭破裂，因此而造成滲漏。因此，浮頭式熱交換器是將管束板的一固定于外殼的凸緣上，另 一則套一個直徑略小于殼徑的浮頭，浮頭與外殼間不固定，能夠自由伸縮，并改進定頭式的 熱交換器，惟缺點在于構造復雜，成本過高。而U管式熱交換器系將管束彎曲成U形，使管 口均裝于同一管板上，其雖具有構造簡單、價格便宜，且容許管束因膨脹彎曲，而唯一的缺 點為管束內因不易清洗，故不適用易結垢流體的操作。(3)板式熱交換器主要由許多金屬平板平行所組成，兩板間以墊圈密封防止泄漏， 兩流體在交錯板間流動。平板材料以不銹鋼最常見，其表面通常會經壓花處理，以造成流體 流過時形成強烈擾流而增進熱傳效果。板式熱交換器具有體積小、重量輕、容易維修、平板 數(shù)目可依需要彈性調整，以及流體在熱交換器內可保持高度擾流的優(yōu)點，惟板式換熱器的 缺點在于，因密封周邊較長，容易泄漏，使用溫度只能低于150°C，不耐高溫，且承受壓差較 小，處理量小，一旦發(fā)現(xiàn)板片累積結垢就會即刻反應在系統(tǒng)數(shù)據上，甚至影響功效的需求， 例如造成壓縮機燒毀。因此，通過前述各種熱交換器的結構、原理及優(yōu)缺點的介紹，如何有效增加傳熱面 積、提高熱交換效率，以及結構簡化以降低制造成本的熱交換器，乃相關業(yè)者亟待克服的難題。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種熱交換器，為一種三重套管結構的熱交換器，可有效 地將熱或冷的熱量流體，例如冷媒與潤滑油表面與核心的熱量分別通過熱傳介質，例如水， 予以進行熱量移轉時，能夠有效增加傳熱面積，來吻合流速與流量并且提高熱交換效率，同 時簡化整體結構，并有效降低制造成本的優(yōu)點。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的熱交換器，其包括口徑相異的一內管，一中間管，及一外管，該外管內套設一中間管，該中間管內套 設一內管，據以形成一種三重套管結構；一熱量流體，注入該中間管內；一熱傳介質，分別注入外管及內管內；以及該熱量流體表面與核心的熱量通過中間管分別與外管及內管內流動的熱傳介質 進行熱量移轉。所述的熱交換器，其中該中間管內流動的熱量流體與外管及內管內流動的熱傳介 質的流動方向為相反。所述的熱交換器，其中該內、外管的上、下游端各自連接一三通管，以輸送熱傳介 質；而中間管的上、下游端各自連接一連通的歧管，以輸送熱傳介質。所述的熱交換器，其中該熱量流體為冷或熱的液體或氣體，而熱傳介質則為熱或 冷的液體或氣體。所述的熱交換器，其中該熱量流體為冷媒與潤滑油，而熱傳介質為常溫的水。所述的熱交換器，其中該熱交換器外部以一保溫材進行包覆。所述的熱交換器，其中該內管、中間管及外管是以金屬管體所制成。所述的熱交換器，其中該金屬管體是以銅管所制成。本發(fā)明所具有的功效在于，該三重套管結構的熱交換器，可有效地將熱或冷的熱 量流體表面與核心的熱量分別通過熱傳介質，予以進行熱量移轉，除能夠有效增加傳熱面 積，來吻合流速與流量并且提高熱交換效率外，同時簡化整體結構，并有效降低制造成本的 優(yōu)點。此外，將該三重套管結構的熱交換器運用于熱交換循環(huán)系統(tǒng)，該熱交換器可個別用于 冷凝器或蒸發(fā)器，使該熱交換循環(huán)系統(tǒng)分別具有熱、冰水的供應；此舉，可避免熱能的浪費， 并減少過多廢熱的排放。


圖1為本發(fā)明熱交換器的立體圖；圖2為本發(fā)明熱交換器的剖面圖；圖3為本發(fā)明的熱交換器運用于空調、冷凍系統(tǒng)的示意圖。
具體實施例方式本發(fā)明提供的熱交換器，其包括口徑相異的一內管，一中間管，及一外管，該外管 內套設一中間管，該中間管內套設一內管，據以形成一種三重套管結構；一熱量流體，注入 該中間管內；一熱傳介質，分別注入外管及內管內；以及該熱量流體表面與核心的熱量通過中間管分別與外管及內管內流動的熱傳介質進行熱量移轉。為進一步說明本發(fā)明的具體技術內容，首先請參閱附圖。如圖1及圖2所示，基本上，本發(fā)明熱交換器是由一內管11，一中間管12，及一外 管13所組成。該些管體是以導熱系數(shù)高的金屬管體，例如銅管制成為佳。其中，該外管13 內套設一中間管12，且該中間管12內套設一內管11，據以形成一種三重套管結構，而為提 供本發(fā)明熱交換器進行熱交換，因此，一熱量流體2，例如冷媒與潤滑油是注入該中間管12 內，而熱傳介質3，例如常溫狀態(tài)的水則分別注入外管13與內管11內，且該熱量流體2與熱 傳介質3的流動方向系為相反。請再參閱圖2，該熱量流體2表面與核心的熱量分別通過中間管12，以便與外管13 及內管11內流動的熱傳介質3進行熱交換。此舉，該中間管12內流動的熱量流體2可分 別為內管11及外管13呈相反流動的熱傳介質3進行熱量移轉，使本發(fā)明的熱交換器能有 效縮短長度并減少體積。前已述及，該熱量流體2為冷媒，例如高溫氣態(tài)冷媒或低溫液態(tài)冷 媒，而熱傳介質3則為常溫狀態(tài)的水，由本發(fā)明三重套管結構的熱交換器的熱量移轉，使該 熱交換器分別具有冷凝器及蒸發(fā)器的功能。惟該熱量流體2與熱傳介質3不以前述的冷媒 與水為限，該熱量流體2實施時，可為冷或熱的液體或氣體；而熱傳介質3則為熱或冷的液 體或氣體，因此，本發(fā)明的熱交換器除運用于下述實施例的空調、冷凍系統(tǒng)外，亦可廣泛應 用于化工、石油、動力和原子能等工業(yè)用途。如圖3所示，是將本發(fā)明的熱交換器運用于空調、冷凍系統(tǒng)的示意圖，該空調、冷 凍系統(tǒng)包括一壓縮機4，一輸送管路5，一第一熱交換器6，一冷凝強化裝置7，一膨脹裝置8， 一第二熱交換器9所組成。 其中，壓縮機4為公知技術，是以電動機，例如馬達為動力，以便將輸送管路5內的 熱量流體2，例如低壓低溫的氣態(tài)冷媒，例如R-22與潤滑油(以下簡稱為油)吸回(回收)， 并壓縮成高壓高溫，例如約500psi、168. 6°C的吐出溫度的氣態(tài)冷媒與油由壓縮機4的吐出 端沿著箭頭a所示方向于輸送管路5內移動。輸送管路5 —端連接于壓縮機4吐出端，另端則連接于第一熱交換器6的第一中 間管62。第一熱交換器6是將高壓高溫的氣態(tài)冷媒，經由熱傳介質3，例如水進行散熱，使 之形成液態(tài)冷媒。該第一熱交換器6是以一第一內管61套入該第一中間管62內，且該第 一中間管62套設于一第一外管63內。為使該第一熱交換器6成為一冷凝器，該第一中間 管62上、下游端各自連接一連通的歧管，用以輸送冷媒。而第一內、外管61、63下游端連接 一呈三通的分流管64，以便將熱傳介質3，例如28. 4°C常溫的水如箭頭bl所示方向注入該 第一內、外管61、63內，使該兩管61、63內的水朝向第一熱交換器6的上游端移動，并于所 包夾的第一中間管62內由上游往下游移動的高溫，例如140. 5°C的冷媒與油進行熱交換， 使該兩管61、63于上游端所連接呈三通的匯集管65將兩股熱水匯集而如箭頭b2所示方向 排放，經由實測，該所排放的熱水可高達75. 3°C。而由第一熱交換器6冷凝后的液態(tài)冷媒與 油則經由第一中間管62下游端進入輸送管路5。由該第一熱交換器6內部的熱量流體2與熱傳介質3的熱交換，可有效降低該冷 媒與油的溫度，而后經由輸送管路5的輸送，以便進入冷凝強化裝置7。冷凝強化裝置7是由復數(shù)個孔徑細小的毛細管71所組成，該些毛細管71可將來
5自第一熱交換器6的液態(tài)冷媒、油與氣泡導入，而形成如同本發(fā)明發(fā)明人所擁有的中國臺 灣專利公告第494222號的冷凝強化裝置，以進行「液、氣、油」自我調節(jié)流通，以利用該些孔 徑細小的毛細管71所組成的冷凝強化裝置7，使該液態(tài)冷媒與油進入冷凝強化裝置7后， 便自我調節(jié)分流并通過毛細管71，使泡沫被阻擋在毛細管71入口之外，從而提升冷凝的效 果。因此，通過該些毛細管71的液態(tài)冷媒與油會再度匯流于下游的輸送管路5，且由再度的 冷凝，使液態(tài)冷媒與油的溫度降至33°C。膨脹裝置8，例如膨脹閥或單一毛細管，其主要目的在于使液態(tài)冷媒通過時，經過 高壓擠壓而噴射成霧化，并降壓至低壓，例如約50psi，以便配合后續(xù)第二交換器9的蒸發(fā) 作用，使霧化冷媒在低壓下能低溫蒸發(fā)。第二熱交換器9將來自膨脹裝置8輸出的霧狀冷媒，經由該第二中間管92上游端 連通的歧管引入第二中間管92內，并向下游端的歧管移動。該第二熱交換器9結構與前述 第一熱交換器6相同，其系以一第二內管91套入該第二中間管92內，且該第二中間管92 套設于一第二外管93內。為使該第二熱交換器9成為一蒸發(fā)器，該第二內、外管91、93下 游端連接一呈三通的分流管94，以便將熱傳介質3，例如28. 4°C常溫的水如箭頭cl所示方 向注入該第二內、外管91、93內，使該兩管91、93內的水朝向第二熱交換器9的上游端移 動，并于所包夾的第二中間管92內由上游往下游移動的液態(tài)冷媒與油進行熱交換，使該霧 狀冷媒蒸發(fā)吸熱成氣態(tài)冷媒，而兩管91、93于下游端所連接呈三通的匯集管95將兩股冰水 匯集而如箭頭c2所示方向排放，經由實測，該所排放的冰水為17.4°C。而由第二熱交換器 9蒸發(fā)后的氣態(tài)冷媒與油則經由第二中間管92下游端進入輸送管路5，其另端則連接于壓 縮機4的吸入端，使氣態(tài)冷媒可為再次壓縮輸出；而該冰水可被輸送至各出風口的冷卻盤 管中，以便吸收該盤管周圍的空氣熱量，使產生的低溫空氣由出風口進入室內而降溫，以形 成一種空調的循環(huán)系統(tǒng)。其中，該第二熱交換器9使冷媒由霧狀(液態(tài))轉變成氣態(tài)，使該冷媒與油吸熱后 升溫至11. 1°C。再者，如圖3所示，該第一、第二熱交換器6、9內部的冷媒和油與水的流動 方向為相反。進一步地，而為避免熱量的散失，該第一、第二熱交換器6、9外部可以一保溫 材，例如高分子發(fā)泡材料進行包覆，以減少熱量的散失。為使氣態(tài)冷媒吐出時能形成前述168. 6°C的高溫，所以，該壓縮機4的吐出端與吸 入端的兩輸送管路5形成一貼合狀的導熱段51，以進行熱交換，以便將氣態(tài)冷媒與油在返 回壓縮機4的前予以升溫至約30. 9°C。此舉，可令返回壓縮機4前的氣態(tài)冷媒與油升溫后， 使油軟化后，有助于壓縮機4的運轉更為順暢。由于吐氣量增大，使壓縮機4線圈的熱得以 釋出，進而使吐出的氣態(tài)冷媒升溫，提高壓縮比，并降低電流安培量。本發(fā)明所揭示的只是較佳實施例的一種，舉凡局部的變更或修飾而源于本發(fā)明的 技術思想而為本領域技術人員所易于推知的，俱不脫本發(fā)明的權利要求范疇。
權利要求
一種熱交換器，其包括口徑相異的一內管，一中間管，及一外管，該外管內套設一中間管，該中間管內套設一內管，據以形成一種三重套管結構；一熱量流體，注入該中間管內；一熱傳介質，分別注入外管及內管內；以及該熱量流體表面與核心的熱量通過中間管分別與外管及內管內流動的熱傳介質進行熱量移轉。
2.如權利要求1所述的熱交換器，其中，該中間管內流動的熱量流體與外管及內管內 流動的熱傳介質的流動方向為相反。
3.如權利要求1所述的熱交換器，其中，該內、外管的上、下游端各自連接一三通管，以 輸送熱傳介質；而中間管的上、下游端各自連接一連通的歧管，以輸送熱傳介質。
4.如權利要求1所述的熱交換器，其中，該熱量流體為冷或熱的液體或氣體，而熱傳介 質則為熱或冷的液體或氣體。
5.如權利要求4所述的熱交換器，其中，該熱量流體為冷媒與潤滑油，而熱傳介質為常 溫的水。
6.如權利要求1所述的熱交換器，其中，該熱交換器外部以一保溫材進行包覆。
7.如權利要求1所述的熱交換器，其中，該內管、中間管及外管是以金屬管體所制成。
8.如權利要求7所述的熱交換器，其中，該金屬管體是以銅管所制成。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種熱交換器，其包括口徑相異的一內管，一中間管，及一外管，據以形成一種三重套管結構；一熱量流體，注入該中間管內；一熱傳介質，分別注入外管及內管內以進行熱量移轉。由該熱交換器的實施，可有效縮短長度并減少體積。假若該熱量流體為冷媒，而熱傳介質為常溫狀態(tài)的水，由該熱交換器的熱量移轉，使其可取代空調、冷凍系統(tǒng)中的冷凝器或蒸發(fā)器。
文檔編號F28D7/00GK101900498SQ20101017836
公開日2010年12月1日 申請日期2010年5月11日 優(yōu)先權日2009年5月29日
發(fā)明者左明立, 張舜宗 申請人:左明立;張舜宗