[發明專利]一種新型全逆流旋轉無混合式換熱器

有效

• 申請號: 201410406850.1
• 申請日: 2014-08-18
• 公開（公告）號: CN104180693A
• 公開（公告）日: 2014-12-03
• 發明（設計）人: 劉春江;劉輝;張婷;李敬楠
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: F28D11/02
• 分類號: F28D11/02
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 王麗

技術領域

本發明涉及一種新型全逆流旋轉無混合式換熱器，屬于流體換熱設備技術范疇。

背景技術

熱傳遞過程在工業過程及日常生活中非常普遍，是自然界中基本的物理過程之一。它廣泛見諸如動力、化工、冶金、航天、空調、制冷、機械、輕紡、建筑等部門。大至單機功率為130萬千瓦的汽輪發電機組，小至微電子器件的冷卻都與傳熱過程密切相關。換熱器是傳熱過程中廣泛應用的一種通用設備，在煉油企業中，換熱器的設備投資約占總投資的25％，換熱器的重量占設備總重量的20％。以電廠為例，各種鍋爐、冷凝器加熱器等換熱設備的投資約占整個電廠投資的70％。在制冷設備中蒸發器、冷凝器的重量也要占整個機組重量的30％以上。

由于換熱器在實際應用過程中的重要性，從節能的角度出發，為了進一步減小換熱器的體積，減輕重量和金屬消耗，減少換熱器消耗的功率，并使換熱器能夠在較低溫差下工作，必須用各種辦法來增強換熱器內的傳熱。因此最近十幾年來，如何強化傳熱效果，一直是熱傳遞研究中的主要方向。目前強化傳熱的主要手段包括以下幾種：1、增加換熱面積，通過翅片，異性表面，多孔物質結構，減小管徑等方法實現；2、增加平均換熱溫差，通過逆流或者錯流換熱等方式實現；3、增大總傳熱系數，減小傳熱邊界層效應，通過提高氣體流速，增強氣體擾動，在流體中加入固體顆粒，采用短管換熱器等方式。

目前熱傳遞所使用的換熱器主要有管式換熱器，板式換熱器，熱管式換熱器。換熱器及其強化技術也主要在于靜態結構的改進，采用翅片管、螺紋管，管內插件等技術，增加換熱面積，加強湍動程度，降低傳熱阻力。目前，對于動態換熱器的研究還比較少，CN103175420A公布了一種芯體旋轉式換熱器，其主要通過換熱芯體旋轉的方式，增大列管換熱器殼程流體的湍動程度，達到增強換熱效果的目的。CN202013125U公布了一種流體沖擊旋轉式換熱器，其采用的方法是在管殼式換熱器的殼程設置葉輪，依靠殼程流體流過葉輪旋轉增加殼程的擾動，從而達到增加換熱效果的目的。本發明則采用了扇形間隔流道設計，冷熱流體全部旋轉，用于增加流體的擾動程度，剝離傳熱邊界層，達到增強傳熱效果的目的。

發明內容

本發明的目的在于提供一種新型全混流旋轉無混合式換熱器，該換熱器用于流體熱交換場合，具有換熱效率高，換熱平均溫差大，出口溫度均勻度高，換熱流體之間無混合等特點。

本發明是通過下述技術方案加以實現的，一種新型全混流旋轉無混合式換熱器，其特征在于換熱器筒體7為一個內部有多片擋板圓柱筒體，擋板將筒體均勻分為多個偶數等分，左右兩側擋板及其中間所夾的圓柱筒體部分形成一個扇形的流道。流道轉換器5和6為流道轉換裝置，結構相同，其基本組成單元為流道轉換器外擋板6-1，流道轉換器內擋板6-2和流道轉換器隔板6-3，在流道轉換器6的左側，外擋板6-1與內擋板6-2的左側邊緣構成一個圓形，圓形內部為截面E，圓形外部與流道轉換器筒體7之間的環形部分為截面G，內擋板6-2與其兩側的流道轉換器隔板6-3以及換熱器筒體7之間組成的區域為截面H，外擋板6-1與兩側的流道轉換器隔板6-3之間組成的區域為截面F。外擋板6-1的右側截面為一圓弧形，所有外擋板的右側圓弧為同軸心，外擋板6-1右側截面與換熱器筒體7相重合，流道交換器隔板6-3的右側邊緣與換熱器筒體7擋板左側相重合。所有流道轉換器內擋板6-1在右側相交于一點，該點與換熱器筒體7擋板的左側中心點相重合。流道轉換器6左側截面與換熱器內封頭2右側截面相重合。換熱器外封頭1右側截面與換熱器筒體右側截面相重合。流道轉換器5，換熱器外封頭3，換熱器內封頭4分別為流道轉換器6，換熱器外封頭1，換熱器內封頭2相對于換熱器左右方向上的中心截面的鏡像。除換熱器基座8和換熱器基座9之外，其余部件全部為沿左右軸向的軸對稱結構。換熱器基座8與換熱器基座9的上弧形表面與換熱器筒體的外表面相重合。上述結構中，除換熱器基座8和換熱器基座9之外，其余部件在使用過程中均在外力條件下沿軸向方向同速度旋轉。

上述換熱器的筒體擋板數量可以為2個或者2個以上偶數個，同時流道轉換器的隔板的數量與其相同，流道轉換器內外擋板的數量分別為上述數量的一半。

上述換熱器的流道轉換器的左側截面E的面積與換熱器筒體左側截面面積的比為0.1-0.9:1

上述換熱器的流道轉換器的內擋板及外擋板的錐度為10-170度。

上述雙錐面多流道混合單元體的A端面圓的分弧段，用于構成椎面凸棱的弧段與用于構成椎面凹槽的弧段對應圓心角之比為0.5-2:1