[發明專利]采用旋流片支撐的矩形管束換熱器及其強化傳熱方法

無效

• 申請號: 200710029118.7
• 申請日: 2007-07-11
• 公開（公告）號: CN101086427A
• 公開（公告）日: 2007-12-12
• 發明（設計）人: 鄧先和;何兆紅;周亮
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: F28D1/03
• 分類號: F28D1/03;F28F9/24;F28F13/12
• 代理公司: 廣州粵高專利代理有限公司
• 代理人: 何淑珍

技術領域

本發明涉及換熱器，特別涉及一種采用旋流片支撐的矩形管束換熱器。本發明還涉及所述換熱器實現強化傳熱的方法。

背景技術

現有在工業中廣泛應用的各類管殼式換熱器，如傳統的弓形折流板支撐普通光滑管束的管殼式換熱器，采用空心環網板及旋流網板支撐縮放管束的強化傳熱管殼式換熱器(中國專利：ZL200420015378.0與ZL200420088741.1)等，也有多種板式換熱器，如平板板式換熱器與波紋板板式換熱器等。

管殼式換熱器的優點是機械密封性好，承壓能力高，管程與殼程冷熱兩側流道之間的密封只有管束兩端管子與管板之間的焊接或脹接密封，因此可以應用于許多高溫與高壓的換熱場合，而且管程與殼程的傳熱管流道面積較大，不易被污垢堵塞，便于清理，流體的流動阻力較低，換熱器的操作能耗較少，但缺點是傳熱管的管壁厚度較大(1～4mm)，在一定換熱面積的條件下換熱器的金屬材料消費較多，板式換熱器的優點是單位換熱器體積內換熱面積較大，換熱器緊湊，可以采用薄壁金屬板(0.2～0.8mm)作為換熱元件，在相同換熱面積的條件下金屬材料的消費遠低于管殼式換熱器，但缺點是換熱器的機械密封難度大，冷熱兩側流道之間的密封長度包括每塊換熱板面在冷熱兩側的四周邊，共計8條邊界的密封，需要密封的邊界太長，固容易產生流體泄漏，不宜用于高溫與高壓的換熱場合，而且板式換熱器的板間需要依靠板的凸肋支撐，板間距較小，流體流動阻力較大，容易造成污垢堵塞，換熱器的操作能耗較大，換熱器流道不容易清理，因此普通的板式換熱器不能適用于高溫，低密度，巨大體積流量的煙氣與煙氣之間的換熱。

發明內容

本發明的目的在于克服現有的換熱器技術對于管殼式換熱器金屬材料消費較大，而板式換熱器容易泄漏，且操作能耗較高的缺點，提供一種適用于高溫，低密度，巨大體積流量煙氣與煙氣之間換熱的采用旋流片支撐的矩形管束換熱器。

本發明的目的還在于提供所述換熱器實現強化傳熱的方法。

如圖1、圖2所示，本發明的采用旋流片支撐的矩形管束換熱器，包括筒體5、置于筒體5內且沿筒體軸向的若干個寬度不一且相互平行的矩形管束4、置于矩形管束4兩端的管板2、與兩端管板2相連的上下封頭1、9及換熱器管程與殼程的進出接口10、12、3、11，管程的進出接口10、12與上下封頭1、9連接，殼程的進出接口3、11與筒體5連接，在矩形管束4的管內沿軸向與橫向大致均勻間隔分置旋流片8，旋流片8的中心線與矩形管束4的中心線方向一致，相鄰的旋流片8的旋向相反，在矩形管束4的管與管之間也沿軸向與橫向大致均勻間隔分置旋流片8。

優選方案：所述旋流片8為在片狀短扭帶，扭角優選180～360度，扭率(扭率：旋流片旋轉180度時片條長度與片條寬度之比)為1.5～10。

管內的旋流片8與矩形管束4的兩內壁相接觸，管與管之間的旋流片8與相鄰的矩形管束4的外壁相接觸。

所述旋流片8在橫向之間用薄扁鋼7連接構成一組組橫向旋流片組，在同一軸向上的橫向旋流片組用若干根定位拉桿6固定。

所述矩形管束4由兩塊兩側封閉的平行板面構成，兩板之間相隔一定的板間距；平行板面為光滑板面或帶周期性凹凸粗糙肋面的板面，所述凹凸粗糙肋面為縮放形的折線肋面或波浪形的曲線肋面，肋面的粗糙高度為矩形管板間距的1％～20％，如圖5、圖6所示。

所述矩形管束4的間距優選10mm～100mm，所述旋流片8在橫向的間距為1.2～12倍矩形管束4的間距，在軸向的間距為3～60倍矩形管束4的間距。

所述換熱器管程的進出接口10、12的方向可以在0～360度水平方向與上下封頭1、9連接，殼程的進出接口3、11在水平方向上與筒體連接。

應用本發明所述的采用旋流片支撐的矩形管束換熱器實現強化傳熱的方法：流體在矩形管束4的管內與管間每經過一組橫向旋流片組時，形成若干平行且相互獨立的螺旋流，之后，螺旋流依靠流體自身的運動慣性在兩組橫向旋流片的間距中保持自旋流并逐漸衰減，流體經過下一組橫向旋流片時，又再形成螺旋流，流體沿流動方向重復所述螺旋流與自旋流的過程，流體螺旋流與自旋流使得流體在傳熱邊界層的流動速度提高，可以有效強化流體的對流傳熱，因為流體在自旋流區域的流動阻力很小，故只需要付出較少阻力的代價，就可以獲得較大傳熱性能的提高。