[發明專利]一種平行四邊形板翅式換熱器

有效

• 申請號: 201510702002.X
• 申請日: 2015-10-27
• 公開（公告）號: CN105258537B
• 公開（公告）日: 2017-01-25
• 發明（設計）人: 趙煒;范明秀
• 申請（專利權）人: 趙煒
• 主分類號: F28D9/00
• 分類號: F28D9/00;F28F3/04
• 代理公司: 濟南智圓行方專利代理事務所(普通合伙企業)37231
• 代理人: 杜文娟

技術領域

本發明屬于換熱器領域，尤其涉及一種不同沸點混合介質冷凝使用的換熱器，屬于F28D的換熱器領域。

背景技術

不同沸點混合介質的冷凝是天然氣液化（主要成分為沸點-162℃甲烷、沸點-88℃乙烷、沸點-42℃丙烷等）、空氣分離、混合冷劑制冷、石油或廢塑料裂解、生物質氣生產等行業的主要工藝過程。為降低工藝過程的?損失，此類生產工藝希望按照溫度級別逐級冷卻析出不同沸點的組分，同一股制冷劑或產物在不同溫度區間自身也進行熱量交換，因此要求冷凝設備方便實現多股介質同時換熱。目前能方便實現多股介質同時換熱的設備主要是螺旋纏繞管換熱器和板翅式換熱器兩種。螺旋纏繞管換熱器為管殼結構，承壓較高，應用較廣泛，但難以采取換熱強化措施，換熱系數較低，體積和重量難以縮減。板翅式換熱器隨著近年制造工藝的改進，承壓能力逐漸提高。憑其傳熱系數更高、更緊湊、重量更輕的優勢，在天然氣液化等很多場合出現取代纏繞管換熱器的趨勢。

雖然板翅式換熱器在沸騰與冷凝相變工況下同樣可以提供較高的換熱系數，但現有板翅式換熱器的翅片形式主要是針對單相介質（重點是氣相介質）換熱的機理設計的：平直翅片是擴展了換熱面積和減小了水力直徑；波紋翅片、鋸齒翅片、百葉窗翅片是在擴展面積基礎上擾動流體減薄邊界層；被公認可適用于相變換熱的打孔翅片、片帶翅片在用于冷凝換熱時可以破壞液膜的連續性，但在高雷諾數工況也被證實效果并不比平直翅片有優勢。

天然氣液化中非共沸多組分混合介質冷凝的熱阻機制與純組分物質冷凝有明顯區別，理論分析和實驗已證明換熱系數比純組分冷凝明顯降低。現有對非共沸混合介質冷凝換熱的研究更多集中在含一種不凝氣體的工況，采用低紋槽、人工粗糙度表面等措施減小平均液膜厚度在純組分冷凝時被證實效果突出的措施，在含不凝氣體情況下效果有時不明顯，而天然氣液化、石油裂解行業的冷凝換熱過程和機理更為復雜，冷凝過程通常包含兩種以上的不凝氣體，換熱情況更加復雜。

針對上述問題，本發明提供了一種新的板翅式換熱器，從而解決沸點不同的多組分混合介質的冷凝。

發明內容

本發明提供了一種新的板翅式換熱器，從而解決沸點不同的多組分混合介質的冷凝，以提高換熱效率，降低流體流動阻力。

為了實現上述目的，本發明的技術方案如下：

一種用于非共沸多組分混合物冷凝的板翅式換熱器，所述板翅式換熱器包括互相平行的板片，所述板片之間設置翅片，所述翅片包括傾斜于板片的傾斜部分，其特征在于，在傾斜部分上通過沖壓方式加工突起，從而使傾斜部分兩側的流體通過傾斜部分上沖壓方式形成的孔連通；所述突起從傾斜部分沿著混合物流動方向向外延伸。

作為優選，所述翅片包括水平部分和傾斜部分，所述水平部分與板片平行并且與板片貼在一起，所述傾斜部分與水平部分連接。

作為優選，所述突起為等腰三角形，所述等腰三角形的底邊設置在傾斜部分上，相鄰的板片的距離為H，等腰三角形底邊的長度為h，相鄰的傾斜部分的距離為w，等腰三角形的頂角為b,所述突起的延伸方向與混合物的流動方向的夾角為a，傾斜部分與板片之間的銳角的夾角為c，滿足如下公式：

c6*h/H=c1*Ln(L*sin(a)/（w*sin(c))+c2,

sin(b/2)=c3+c4*sin(a)-c5*(sin(a))²，

其中Ln是對數函數，c1、c2、c3、c4、c5是系數，

0.24<c1<0.25,0.68<c2<0.70,0.87<c3<0.88，0.68<c4<0.70，1.14<c5<1.15,

6.8<c6<7.3；

19°<a<71°，55°<b<165°,90°<c<70°；

10mm<w<15mm，6mm<H<14mm；

0.19<L*sin(a)/w<0.41,0.29<7*h/H<0.47；

H是以相鄰板片相對的面之間的距離，W是以相鄰的傾斜部分相對的面在沿著板片方向上的距離，L為等腰三角形的頂點到底邊中點的距離。

作為優選，c1=0.245，c2=0.694，

c3=0.873，c4=0.691，c5=1.1454，c6=7.03。

作為優選，所述突起的延伸方向與混合物的流動方向的夾角為a，同一個傾斜部分設置多個突起，沿著混合物的流動方向，所述的夾角a越來越小。