專利名稱：縮放管全逆流雙殼程軸流式換熱器及其換熱方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是縮放管全逆流雙殼程軸流式換熱器及其換熱方法，屬傳熱強(qiáng)化技術(shù)設(shè)備，特別涉及管殼式換熱設(shè)備。
管殼式換熱器的殼程結(jié)構(gòu)有多種，在工業(yè)中常用的是弓形折流隔板支承管束的管殼式換熱器，簡(jiǎn)稱為折流隔板管殼式換熱器，殼程流體在折流隔板間作往返折流運(yùn)動(dòng)，也有柵板支承管束的管殼式換熱器，中國(guó)專利號(hào)為ZL93243442.8和空心環(huán)支承管束的管殼式換熱器，中國(guó)專利號(hào)為89218385.3，后兩種換熱器的殼程流體為軸向流動(dòng)，簡(jiǎn)稱為殼程軸流型管殼式換熱器。當(dāng)冷熱兩物流體積流量不大，而溫升及溫降較大，并且冷熱兩側(cè)傳熱溫差較小時(shí)，上述換熱器都存在著下述不同缺陷，(1)其折流隔板管殼式換熱器的傳熱溫差利用率低，往往單殼程甚至雙殼程也難以完成熱量傳遞任務(wù)；(2)普通殼程軸流型管殼式換熱器多為單殼程結(jié)構(gòu)，且傳熱管多為光滑管，因此當(dāng)管殼兩側(cè)物流量不大時(shí)，若要獲得適當(dāng)流速，殼徑就會(huì)很小，換熱器長(zhǎng)徑比太大，在工業(yè)系統(tǒng)中無(wú)法安置。由于以上原因，工業(yè)中常需多臺(tái)折流隔板管殼式換熱器串聯(lián)才能完成換熱任務(wù)，設(shè)備投資高，占地面積多，流體阻力損失大。
本發(fā)明的目的就是為了解決和克服現(xiàn)有換熱器在上述特殊工況條件下傳熱溫差有效利用率低，難以完成傳熱任務(wù)，需求用多個(gè)換熱器串聯(lián)運(yùn)行，從而導(dǎo)致?lián)Q熱器流體阻力損失大，操作能耗高，設(shè)備投資大，或者殼體長(zhǎng)徑比過(guò)大，無(wú)法在工業(yè)系統(tǒng)中安置的問(wèn)題和缺點(diǎn)，研究發(fā)明一種具有傳熱溫差有效利用率高、僅需單臺(tái)或兩臺(tái)換熱器運(yùn)行，換熱器流體阻力小、操作能耗低、設(shè)備投資省、易于在工業(yè)系統(tǒng)中實(shí)施安置的縮放管全逆流雙殼程軸流式換熱器及其換熱方法。
本發(fā)明是通過(guò)下述技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的，縮放管全逆流雙殼程軸流式換熱器的結(jié)構(gòu)示意圖如

圖1所示，其A-A向視圖如圖2所示，縮放管如圖3所示，柵板式管間支承物如圖4～5所示，本換熱器由縱向隔板在直徑上將換熱器殼體沿縱向分隔為雙流程，殼程流體流道是由傳熱管的外壁，殼體的內(nèi)壁，縱向隔板及兩端管板四者構(gòu)成的雙殼程軸向往返流道；它主要由換熱器殼體1，縱向隔板2，縮放型傳熱管3，柵板式管間支承物4，兩端管板5，兩端封口蓋6，殼程進(jìn)出口管7、8及管程進(jìn)出口管9、10共同連接構(gòu)成，其相互位置及連接關(guān)系為在換熱器殼體1內(nèi)，多條縮放傳熱管3沿軸向均布，并與殼體1兩端管板5相焊接或脹接，縱向隔板2緊靠殼程進(jìn)出口管7、8一端的管板，并在管板的直徑處相貼的殼體內(nèi)壁密封連接，把殼體分為兩程，而縱向隔板2在與另一端管板交接處流有一段缺口，構(gòu)成殼程流道的回流路徑，兩端封頭蓋6與兩端管板5相連接構(gòu)成管程流道的回流路線及進(jìn)出口管9、10，柵板式管間支承物4沿軸向等距安置于管束間并與縮放傳熱管3相連接成為傳熱管的管間支承物，柵板式管間支承物分為縱向柵和橫向柵兩種，沿殼程軸向安置時(shí)將兩種柵板相間安放以實(shí)現(xiàn)對(duì)傳熱管的橫向與縱向定位，防止管束振動(dòng)；其中縮放傳熱管3是由重復(fù)與連續(xù)的收縮與擴(kuò)張管段構(gòu)成，管壁厚度均勻一致，管內(nèi)外兩側(cè)縮放波形對(duì)稱，柵板式管間支承物由寬度為縮放管上一個(gè)肋間距以上的板條構(gòu)成。
本換熱器的換熱方法殼程流體沿進(jìn)口及進(jìn)口殼體1，沿軸向流道流動(dòng)，在縱向隔板2的尾部缺口處折流返回，再沿軸向流道流動(dòng)，然后從出口8流出殼體，管程流體沿進(jìn)口9進(jìn)入封頭蓋6，并從管板5進(jìn)入管程，與殼程流體作逆向軸流流動(dòng)，在另一封頭蓋處折返，作雙管程軸向流動(dòng)，然后從出口10流出管程，管程與殼程流體在換熱過(guò)程中作全逆流流動(dòng)換熱；其關(guān)鍵是采用管內(nèi)外兩側(cè)凹凸肋面對(duì)稱的縮放管，對(duì)兩側(cè)流體同時(shí)強(qiáng)化傳熱，并通過(guò)雙殼程結(jié)構(gòu)，使管殼兩側(cè)流體在體積流量不高時(shí)也能獲得較適當(dāng)流速，使得在全逆流條件下傳熱器也可獲得較高的總傳熱系數(shù)，而且換熱器的傳熱溫差利用率可達(dá)100％，由柵板作為縮放管束的管間支承物，流體阻力小，殼程壓降低。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下的優(yōu)點(diǎn)和有益效果(1)本換熱器是采用強(qiáng)化型縮放傳熱管束與雙殼程換熱器結(jié)構(gòu)組成的全逆流換熱器，換熱器中管程與殼程流體在換熱過(guò)程中為全逆流換熱，傳熱溫差利用率達(dá)100％，避免了現(xiàn)有技術(shù)中錯(cuò)流換熱有效傳熱溫差小的缺點(diǎn)；同時(shí)保持較高流速，獲得較高的總傳熱系數(shù)；(2)由于柵板管間支承物對(duì)流體阻力損失小，換熱器殼程壓降低，所需流體輸送功耗小，故本換熱器殼程軸流結(jié)構(gòu)具有流體阻力損失小，運(yùn)行操作能耗低的優(yōu)點(diǎn)，避免了現(xiàn)有技術(shù)中折流隔板對(duì)流體造成的高阻力損失，可大大節(jié)省操作能耗；(3)換熱器采用縮放管作為傳熱管，可在流速不高的條件下，也能獲得良好的傳熱強(qiáng)化效果，這有助于縮短傳熱管長(zhǎng)度，避免使用光滑管時(shí)管長(zhǎng)過(guò)長(zhǎng)的缺點(diǎn)，在工業(yè)系統(tǒng)中易于安置；(4)由于采用了高效傳熱管及雙殼程軸向流全逆流換熱方式，換熱器的傳熱性能大幅提高，特別在湍流條件(Re數(shù)＞5000)下，采用管內(nèi)外兩側(cè)凹凸肋面對(duì)稱的縮放型傳熱管內(nèi)外兩側(cè)縱向流動(dòng)的流體作強(qiáng)化對(duì)流換熱，可獲雙面良好傳熱強(qiáng)化效果，兩側(cè)流體傳熱膜系數(shù)較高；可大大減少所需的換熱面積，比現(xiàn)有技術(shù)的換熱設(shè)備投資可有較大幅度減少，同時(shí)體積緊湊，便于設(shè)備的安裝與維修。
下面對(duì)說(shuō)明書(shū)附圖進(jìn)一步說(shuō)明如下圖1是縮放管全逆流雙殼程軸流式換熱器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是圖1的A-A向視圖；圖3是縮放管示意圖；圖4、圖5均是柵板式管間支承物示意圖。
本發(fā)明的實(shí)施方式較為簡(jiǎn)單，可選用不銹鋼或碳鋼作材料，可采用普通的板金工藝和機(jī)加工方法及設(shè)備即可加工。實(shí)施本發(fā)明，只要按圖1～5所示設(shè)計(jì)、加工本裝置的各部件，并按上面說(shuō)明書(shū)所述的相互連接關(guān)系進(jìn)行連接裝配構(gòu)成圖1所示的流道結(jié)構(gòu)，便能較好地實(shí)施本發(fā)明。例如，發(fā)明人推薦設(shè)計(jì)由Ф500×6×6000mmmm的殼體，用488×5750mm縱向隔板沿軸向把殼體分為兩程，每程均布300根Ф19×2×6000mm的縮放管，管子按正方形排列，與兩端Ф560×20mm管板相接，管間用柵板式支承物支承定位，防止管束振動(dòng)，兩端管板處用Ф500×500mm封頭蓋密封。
權(quán)利要求
1.一種縮放管全逆流雙殼程軸流式換熱器，其特征在于本換熱器由縱向隔板在直徑上將換熱器殼體沿縱向分隔為雙流程，殼程流體流道是由傳熱管的外壁，殼體的內(nèi)壁，縱向隔板及兩端管板四者構(gòu)成的雙殼程軸向往返流道；它主要由換熱器殼體(1)，縱向隔板(2)，縮放型傳熱管(3)，柵板式管間支承物(4)，兩端管板(5)，兩端封口蓋(6)，殼程進(jìn)出口管(7)、(8)及管程進(jìn)出口管(9)、(10)共同連接構(gòu)成，其相互位置及連接關(guān)系為在換熱器殼體(1)內(nèi)，多條縮放傳熱管(3)沿軸向均布，并與殼體(1)兩端管板(5)相焊接或脹接，縱向隔板(2)緊靠殼程進(jìn)出口管(7)、(8)一端的管板，并在管板的直徑處相貼的殼體內(nèi)壁密封連接，把殼體分為兩程，而縱向隔板(2)在與另一端管板交接處流有一段缺口，構(gòu)成殼程流道的回流路徑，兩端封頭蓋(6)與兩端管板(5)相連接構(gòu)成管程流道的回流路線及進(jìn)出口管(9)、(10)，柵板式管間支承物(4)沿軸向等距安置于管束間并與縮放傳熱管(3)相連接成為傳熱管的管間支承物，柵板式管間支承物分為縱向柵和橫向柵兩種，沿殼程軸向安置時(shí)將兩種柵板相間安放以實(shí)現(xiàn)對(duì)傳熱管的橫向與縱向定位，防止管束振動(dòng)。
2.按權(quán)利要求1所述的一種縮放管全逆流雙殼程軸流式換熱器，其特征在于所述的縮放管傳熱管(3)是由重復(fù)與連續(xù)的收縮與擴(kuò)張管段構(gòu)成，管壁厚度均勻一致。
3.按權(quán)利要求1所述的一種縮放管全逆流雙殼程軸流式換熱器，其特征還在于所述的柵板式管間支承物是由寬度為縮放管上一個(gè)肋間距以上的板條構(gòu)成。
4.一種縮放管全逆流雙殼程軸流式換熱器的換熱方法，其特征在于殼程流體沿進(jìn)口及進(jìn)口殼體(1)，沿軸向流道流動(dòng)，在縱向隔板(2)的尾部缺口處折流返回，再沿軸向流道流動(dòng)，然后從出口(8)流出殼體，管程流體沿進(jìn)口(9)進(jìn)入封頭蓋(6)，并從管板(5)進(jìn)入管程，與殼程流體作逆向軸流流動(dòng)，在另一封頭蓋處折返，作雙管程軸向流動(dòng)，然后從出口(10)流出管程，管程與殼程流體在換熱過(guò)程中作全逆流流動(dòng)換熱；其關(guān)鍵是采用管內(nèi)外兩側(cè)凹凸肋面對(duì)稱的縮放管，對(duì)兩側(cè)流體同時(shí)強(qiáng)化傳熱，并通過(guò)雙殼程結(jié)構(gòu)，使管殼兩側(cè)流體在體積流量不高時(shí)也能獲得較適當(dāng)流速，使得在全逆流條件下傳熱器也可獲得較高的總傳熱系數(shù)，而且換熱器的傳熱溫差利用率可達(dá)100％，由柵板作為縮放管束的管間支承物，流體阻力小，殼程壓降低。
全文摘要
本發(fā)明是縮放管全逆流雙殼程軸流式換熱器及其換熱方法。本換熱器主要由殼體、隔板、縮放傳熱管、柵板式管間支承物、兩端管板、兩端封頭蓋、殼程及管程進(jìn)出口管共同連接構(gòu)成,采用縮放管作為強(qiáng)化傳熱管,用柵板作為管間支承物,用縱向隔板將殼體分隔為雙殼程,殼程流體流道由傳熱管外壁、殼體內(nèi)壁、縱向隔板及兩端管板構(gòu)成雙殼程軸上往返流道并通過(guò)兩端管板與封頭蓋構(gòu)成雙殼程全逆流軸流式換熱器。本發(fā)明具有傳熱溫差利用率高,流阻小,操作能耗低,傳熱強(qiáng)化性能好,設(shè)備材耗少,投資省,體積緊湊的優(yōu)點(diǎn)和效果。
文檔編號(hào)F28D7/00GK1320802SQ0110767
公開(kāi)日2001年11月7日 申請(qǐng)日期2001年3月24日 優(yōu)先權(quán)日2001年3月24日
發(fā)明者鄧先和, 張亞君 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)