[發(fā)明專利]微波浪管與直管混合排列自支撐式換熱器

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310012832.0
• 申請(qǐng)日: 2013-01-14
• 公開（公告）號(hào): CN103017570A
• 公開（公告）日: 2013-04-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 范廣銘;孫中寧;張東洋;徐慧強(qiáng);閻昌琪;孫立成;曹夏昕;王建軍;丁銘;谷海峰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈爾濱工程大學(xué)
• 主分類號(hào): F28D7/00
• 分類號(hào): F28D7/00;F28F9/02;F28F1/08
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及的是一種強(qiáng)化換熱技術(shù)領(lǐng)域的換熱器。

背景技術(shù)

換熱器廣泛應(yīng)用于石油、化工、制冷、發(fā)電等諸多領(lǐng)域，其中管殼式換熱器所占的比例最大，被譽(yù)為工業(yè)過(guò)程的“傳熱之母”。

管殼式換熱器的核心部件是傳熱管，其換熱能力的好壞直接決定了換熱器性能的優(yōu)劣。隨著強(qiáng)化換熱技術(shù)研究的不斷深入，人們開發(fā)出很多強(qiáng)化換熱元件，波浪管便是其中之一。波浪管利用沿軸線方向正反變化的彎曲結(jié)構(gòu)使管內(nèi)流體在流動(dòng)時(shí)產(chǎn)生強(qiáng)烈的二次流，從而起到強(qiáng)化換熱的作用，而其彎曲結(jié)構(gòu)對(duì)管外流體同樣會(huì)產(chǎn)生擾動(dòng)作用，尤其在管束密集排布時(shí)效果更為明顯。

利用波浪管制作管殼式換熱器有兩方面問(wèn)題是值得認(rèn)真研究的：

1.波浪管的彎曲弧度。

波浪管的彎曲弧度決定了管內(nèi)二次流的強(qiáng)度和流動(dòng)阻力的大小，弧度越大二次流越強(qiáng)烈，換熱性能越好，但阻力也越大；另外，較大的彎曲弧度不利于管束在殼程空間的排布，還會(huì)使換熱器的體積增大，因此在利用波浪管制作換熱器時(shí)，管子的彎曲弧度不易過(guò)大。

2.波浪管的殼側(cè)支撐

如果采用傳統(tǒng)的弓形折流板對(duì)管束進(jìn)行支撐，由于管束沿軸向方向存在彎曲弧度，不但會(huì)使管束和折流板的加工精度要求大幅提高，而且也會(huì)使折流板的安裝工藝變得非常復(fù)雜；另外，折流板的存在還會(huì)大幅削弱波浪管本身對(duì)殼程流體產(chǎn)生的擾動(dòng)。因此，波浪管管束的支撐問(wèn)題亟待解決。

目前國(guó)內(nèi)外對(duì)波浪管換熱器的研究尚未充分開展，關(guān)于波浪管換熱器的相關(guān)專利也寥寥無(wú)幾。現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)非常簡(jiǎn)單，對(duì)波浪管的結(jié)構(gòu)、在殼體內(nèi)的具體布置方式和管子在管板上的排列等重要問(wèn)題都沒(méi)有提出明確的方案（專利申請(qǐng)?zhí)枺?4225614.X），無(wú)法滿足換熱器實(shí)際生產(chǎn)和使用的技術(shù)要求。其他概念性設(shè)計(jì)也存在換熱管結(jié)構(gòu)復(fù)雜、加工制造困難、難以承受高壓等突出的問(wèn)題，且殼側(cè)結(jié)構(gòu)無(wú)法滿足水-水換熱的設(shè)計(jì)要求，應(yīng)用場(chǎng)合僅限于汽車廢氣的冷卻系統(tǒng)（專利申請(qǐng)?zhí)枺?00610165381.4）。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供加工簡(jiǎn)單、結(jié)構(gòu)緊湊、管間支撐結(jié)構(gòu)可靠、具有很強(qiáng)的換熱能力的微波浪管與直管混合排列自支撐式換熱器。

本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：

本發(fā)明微波浪管與直管混合排列自支撐式換熱器，其特征是：包括殼體、上管板、下管板、微波浪管、直管，殼體、上管板、下管板組成密閉空間，微波浪管和直管安裝在密閉空間里，上管板左側(cè)設(shè)置上封頭，下管板右側(cè)設(shè)置下封頭，上封頭連通管側(cè)進(jìn)口，下封頭連通管側(cè)出口，微波浪管和直管均分別連通上封頭和下封頭，在殼體上，上管板旁設(shè)置殼側(cè)出口，下管板旁設(shè)置殼側(cè)進(jìn)口。

本發(fā)明還可以包括：

1、所述的微波浪管由兩端的直線形管和中間的波浪形管組成，波浪形管由彎曲弧度相等的圓弧組成，圓弧的弧度不大于60度，一個(gè)正向彎曲的圓弧和一個(gè)反向彎曲的圓弧構(gòu)成一個(gè)圓弧周期。

2、殼體內(nèi)微波浪管和直管以交替的方式排列，即除邊緣外，每根微波浪管的周圍均設(shè)置為直管，每根直管的周圍均設(shè)置為微波浪管，直管與微波浪管線接觸，形成互相支撐的結(jié)構(gòu)，直管的直徑不小于波浪管的直徑。

3、在微波浪管與直管混合排列自支撐式換熱器本體的剖視圖上，相鄰的三個(gè)微波浪管和三個(gè)直管構(gòu)成等邊三角形，三個(gè)微波浪管為等邊三角形的三條邊，三個(gè)直管為等邊三角形的三個(gè)頂點(diǎn)。

4、在最外圍的直管或微波浪管外設(shè)置約束圈，約束圈的內(nèi)緣與最外圍的直管或微波浪管外緣沿軸向相切。

5、每?jī)蓚€(gè)或三個(gè)圓弧周期設(shè)置一個(gè)約束圈。

6、在約束圈外側(cè)固定安裝拉桿，拉桿的兩端分別固連上管板和下管板。

7、在約束圈與殼體之間，還安裝有微波浪管或/和直管。

本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)在于：

1.微波浪管的波浪形結(jié)構(gòu)可使管內(nèi)流體流動(dòng)時(shí)產(chǎn)生強(qiáng)烈的二次流，從而顯著強(qiáng)化管內(nèi)換熱；而對(duì)于殼側(cè)而言，密集的波浪結(jié)構(gòu)可以對(duì)殼程流體產(chǎn)生強(qiáng)烈的攪混作用，使換熱大大增強(qiáng)；此外，當(dāng)管束長(zhǎng)度相同時(shí)，微波浪管的實(shí)際長(zhǎng)度要遠(yuǎn)大于直管長(zhǎng)度，由此可帶來(lái)?yè)Q熱面積的大幅提升，從而起到附加的強(qiáng)化作用。

2.微波浪管的加工方法簡(jiǎn)單，不破壞換熱管機(jī)械結(jié)構(gòu)，對(duì)其機(jī)械性能影響較小，可以滿足光滑直管所適用的工作環(huán)境；管子的波浪結(jié)構(gòu)，可以通過(guò)適當(dāng)?shù)男巫兾赵诠茏邮軣岵痪鶆驎r(shí)產(chǎn)生的熱應(yīng)力；流體流經(jīng)波浪結(jié)構(gòu)時(shí)，流動(dòng)方向不斷改變，產(chǎn)生的沖刷作用可以抑制管道表面污垢的沉積，具有良好的自清潔能力。