[發明專利]一種中低溫余熱回收用有機朗肯循環套管式換熱器

在審

• 申請號: 201910044868.4
• 申請日: 2019-01-17
• 公開（公告）號: CN109780892A
• 公開（公告）日: 2019-05-21
• 發明（設計）人: 馮永強;王欣;王爽;王謙;何志霞;張偉
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: F28D7/14
• 分類號: F28D7/14;F28F1/42;F28F21/08
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種中低溫余熱回收用有機朗肯循環套管式換熱器，包括內管和外管，內管置于外管內部，二者同軸設置，且內管和外管呈U型布置；外管與外U型連接管通過外管封頭連接，內管與外管之間為冷卻工質腔，外管的兩端分別設置分進氣連通管和分出氣連通管，分別與主進氣連通管、主出氣連通管連通；內管采用外凸式非對稱式波節管；本發明所提出的套管式換熱器提高綜合傳熱效率，同時降低波節管換熱器在高危行業應用時在役檢測的調試難度。

技術領域

本發明屬于換熱器技術領域，尤其涉及一種中低溫余熱回收用有機朗肯循環套管式換 熱器。

背景技術

當前車用發動機的燃料燃燒產生的熱能只有一小部份被轉換為有用功輸出，還有近三 分之二的熱能被發動機的排氣、冷卻系統和發動機本體的對流和輻射散熱白白消耗掉。如 果這部份浪費的能量能得到有效利用，一方面可以提高發動機燃料的總熱效率，節省能源 消耗量，另一方面，可以降低發動機做功時向環境的散熱，改善環境質量，減緩全球變暖 的趨勢。

目前利用發動機廢棄的余熱的方法主要有:利用余熱取暖，利用廢氣高溫的溫差發電， 利用余熱的吸附式熱泵制冷和利用余熱的有機朗肯循環發電或輸出有用功。利用余熱取暖 在冬季可以較好的利用發動機的余熱，但在其它季節不需要取暖時無法充分利用發動機的 余熱。利用溫差發電技術受到轉換效率低的限制，目前還無法實現實用化的應用。利用吸 附式熱泵制冷裝置往往體積太大，效率不高，也不適合車用發動機應用。利用有機朗肯循 環的余熱回收技術在當前效率是最高的，采用有機朗肯循環系統目前還在研究階段，換熱 器是有機朗肯循環的余熱回收的關鍵設備，設計滿足車輛使用要求的換熱器難度很大。

波節管是一種特殊形狀的縮放管，是以普通圓管為基管，通過液壓成型的方式擠出一 個個圓弧凸起，形成由弧形段和直管段交替變化組成的波節型通道。早在70年代，曾有人 提出用波紋管作為換熱管用在管式換熱器上，波節管是在1990年由中國的郎奎提出的，其 強化換熱機理為：當流體在波紋管內流動時，波峰處流體速度降低、靜壓增加，波谷處流 體速度增加、靜壓減少，這樣，流體的流動反復改變，軸向壓力梯度下發生二次擾動，產 生的劇烈渦旋沖刷了流體的邊界層，使邊界層減薄，破壞其邊界層，并且提高管內外流體 紊流的脈動性，促進湍流度的增加，另外直線段起著“積累能量”的作用，是不可缺少的，兩者互相促進，可大大提高換熱系數。因此，根據市場需要，這種高效換熱管應用在很多 行業，煤氣站汽化、電廠首戰、油田輸油管道加熱、儲藏設備制冷、賓館、居民樓供生活 用水、海水熱交換等。

流體在管程和殼程流動時波節管的阻力比光管有一定程度的增加，現有的波節管弧形 段和直管段過渡不夠平滑，流動死區大，流體阻力大，為了減小流動阻力，弧形段和直管 段由一個小圓弧來連接，小圓弧起到一個引流的作用，可以使流體平滑過渡到波節內，使 波節上升區域的流動死區減少，流體阻力減小。目前現有的波節管結構小圓弧半徑是完全 是對稱的，這種結構雖然能在一定程度上提高綜合傳熱效率，但是換熱量也有一定程度的 降低。

目前為止，傳統的波節管換熱器還沒有應用在氣-汽換熱中，比如核電站乏汽和水蒸氣 之間換熱就屬于典型的氣-汽換熱，核電站所用換熱器管內流體為高溫高壓的氦氣(溫度 450℃，壓力3MPa)，管外流體為高溫高壓水蒸氣(溫度280℃，壓力7MPa)，氣-汽換熱一般是在高溫高壓環境下運行，由于波節管階段性的圓弧凸起，導致局部的應力集中比較大，尤其是管外部壓力大于內部壓力時，應力集中更為明顯，抗壓能力較差傳統的波節管換熱器并不適用，一般的薄壁波紋管可以承受低于200℃，1.6MPa的工作環境，

換熱器應用在一些高危環境中工作時必須要進行定期的在役檢測，現有的波節管波距 太小，一般都在15mm-20mm之間，直線段太短，在役IT檢測時機器人在管內行動不便，容易卡住，檢測難度大，影響在役檢測的順利進行。

發明內容

本發明根據現有技術中存在的問題，提出了一種中低溫余熱回收用有機朗肯循環套管 式換熱器，目的在于提供一種采用了大波距波節管，并找到了最佳間距的套管式換熱器。 為高危行業的在役檢測提供方便。