CN101216269A - 矩形错齿翅片传热管及其用途 - Google Patents

矩形错齿翅片传热管及其用途 Download PDF

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Abstract

本发明提供矩形错齿翅片传热管及其用途，该矩形错齿翅片传热管包括管体和固定在管体上的多个矩形错齿翅片；矩形错齿翅片的背风面外缘为平整外缘，另外三个外缘为错齿外缘，其分别设有5～8个楔形窄槽，三个错齿外缘沿厚度方向截面呈错齿形。本矩形错齿翅片传热管可用于汽－固、汽－液相变凝华过程、升华过程及冷凝过程的热质交换设备。本发明结构简单、制造成本低，可提高局部湍流，大大强化气体侧换热以及强化相变传热传质过程。

Description

矩形错齿翅片传热管及其用途
技术领域
本发明涉及热质交换技术领域，特别涉及矩形错齿翅片传热管及其用途。
背景技术
我国工业能耗约占全社会总能耗的50％，且许多耗能密集过程的单元产品能耗水平比国际先进水平高30-90％，而热质交换热设备用能就占工业总用能的33％，因此强化热能器件能量转换效率成为节能减排的关键技术之一。目前国内外均采用强化传热管的方法来提高热质交换设备的传热效能。如采用翅片管代替光管，不仅可以增加有效传热面积，而且可以促进流体的紊流，提高传热效率提高。尤其是当管内外流体的对流换热系数差别很大时，在换热系数较小的一侧采用翅片非常有效。常见翅片管有纵向翅片管、径向翅片管、螺纹管等多种形式，目前，用于强化气体侧换热的强化传热管主要是径向翅片管，采用高频焊接、套装胀管、绕制、轧制等方法加工。径向翅片按几何形状又分为普通圆翅片、普通矩形翅片、开槽翅片、三角孔翅片、扇形翅片等。其中，普通圆翅片、普通矩形翅片等为径向连续翅片，在强化传热中主要是扩大传热面积的作用，其缺点是未能充分发挥增进局部紊流来实现传热强化，强化传热欠佳，未能充分发挥有效传热面积的传热强化作用；开槽翅片、三角孔翅片、扇形翅片等偏向错齿翅片，扩大了传热面积和一定程度地促进了局部紊流，但仍未能充分发挥增进局部紊流来实现传热强化。
目前各种专利中提出的周向三维翅片在对流换热时可使径向翅片上的流体边界层产生周期性断裂，充分促进了局部紊流，但受工艺限制，翅片高不大，因而在扩大有效传热面积的作用受到限制，且采用滚轧挤压的方式加工制造，成本较高。
综上所述，通过增加有效传热面积、较大程度地促进局部紊流，实现良好的强化传热，同时采用制造成本低的制造方法，才能有利于在工业中普遍推广应用。
发明内容
本发明的目的就是为了解决和克服现有技术存在的问题和缺陷，提供一种矩形错齿翅片传热管，其既可强化传热作用，并可降低制造成本，有利于在工业中普遍推广应用。
本发明的另一目的是提供采用上述矩形错齿翅片传热管的用途。
本发明的目的通过下述技术方案实现：本矩形错齿翅片传热管，包括管体和固定在管体上的多个矩形错齿翅片；所述矩形错齿翅片的背风面外缘为平整外缘，另外三个外缘为错齿外缘，其分别设有5～8个楔形窄槽，所述三个错齿外缘沿厚度方向截面呈错齿形。
为更好地实现本发明，所述管体为直管或U型管；所述矩形错齿翅片中部设有管孔突缘，矩形错齿翅片通过管孔突缘与管体外壁套接并点焊固定，从而实现与管体外壁较大面积接触，确保矩形错齿翅片安装稳定、牢固。
所述管孔突缘的圆心与矩形错齿翅片的几何中心不相重叠，并偏向平整外缘一侧。
所述管孔突缘和楔形窄槽采用冲压成型。
所述的矩形错齿翅片采用长为85～100mm，宽为75～85mm，厚为0.5～1mm的矩形薄钢板。
所述楔形窄槽宽度为8～12mm；各楔形窄槽的宽度可以相同或不相同；各楔形窄槽的相互间距可以相同也可以不相同。
所述楔形窄槽的外端部沿厚度方向突出矩形错齿翅片平面3～5mm。
所述管孔突缘的圆心与矩形错齿翅片的几何中心的偏心距为5～10mm，所述管孔突缘高度为4～8mm。
所述多个所述矩形错齿翅片的间距为10～30mm。
上述矩形错齿翅片传热管的用途广泛，可应用于汽-固、汽-液相变凝华过程、升华过程及冷凝过程的热质交换设备。
本发明的作用原理是：流体在横向流经矩形错齿翅片表面时，由于是错齿翅片，可以使流体冲刷时呈不断扰动状态，流体传热边界层在矩形错齿翅片上周期性受到破坏，从而使流体传热边界层的厚度减薄，这种局部紊流可使矩形错齿翅片管的换热系数提高，因此，同样换热面积的翅片管，可以使换热量、换热系数有较大的提高，相应地也可进一步减少换热基管的面积，降低成本，而且同时也提高了传质系数。在用于强化非稳态相变苯酐凝华结晶过程时，可以使汽相工质凝华成固体附着于翅片管表面，提高凝华得率和降低系统能耗。
本发明与现有的技术相比具有如下的优点及有益效果：
(1)强化了传热传质效果，比普通矩形平翅片管传热系数提高了50％以上，比常规捕集相变工质传质系数提高90～200％，相变工质捕集率达成250g/(m2·h)以上。由于采用了错齿翅片，可使径向翅片上的流体边界层产生周期性断裂，充分促进了局部紊流，提高了对流传热传质系数，增加了传热传质面积，强化了传热传质效果。
(2)结构简单、制造成本低。矩形错齿翅片采用薄钢板等硬质金属钢材料冲压而成，原材料利用率高。同时比用软金属铜或铝材料加工制成的翅片管具有更广泛的工业用途，相对现有的众多硬质金属材料换热器中，本发明更具推广应用价值。
附图说明
图1是本发明矩形错齿翅片传热管的结构示意图。
图2是图1所示矩形错齿翅片的俯视结构示意图。
图3是图1所示矩形错齿翅片的A-A向剖面视图。
图4是图1所示矩形错齿翅片的B-B向剖面视图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述。
实施例一
如图1所示，本矩形错齿翅片传热管，包括管体2和套接在管体2上的多个矩形错齿翅片1；如图2、3、4所示，矩形错齿翅片1的背风面外缘为平整外缘6，另外三个外缘为错齿外缘4，其分别设有5～8个楔形窄槽5，三个错齿外缘4沿厚度方向截面呈错齿形。
本矩形错齿翅片1采用长为90mm，宽为80mm，厚为0.5～1mm的矩形薄钢板；楔形窄槽5宽度为8～12mm，各楔形窄槽的宽度可以相同或不相同；各楔形窄槽的相互间距可以相同也可以不相同；楔形窄槽的外端部沿厚度方向突出矩形错齿翅片平面3～5mm；矩形错齿翅片中部设有管孔突缘3，管孔突缘的圆心与矩形错齿翅片的几何中心不相重叠，并偏向平整外缘6一侧，管孔突缘3的圆心与矩形错齿翅片1的几何中心的偏心距为5～10mm，管孔突缘3高度为4～8mm，矩形错齿翅片1通过管孔突缘3与管体2外壁套接并点焊固定，实现与传热管外壁较大面积接触，确保矩形错齿翅片安装稳定、牢固。
管孔突缘3和多个楔形窄槽5采用冲压成型。管体2可以是U型管或直管传热管。
实施例二
上述矩形错齿翅片传热管可应用于汽-固，汽-液等相变凝华过程、升华过程及冷凝过程的热质交换设备，在用于强化非稳态相变苯酐凝华结晶过程的热熔冷凝箱时，可以使汽相工质凝华成固体附着于翅片管表面，提高凝华得率和降低系统能耗。热熔冷凝箱中矩形错齿翅片传热管的管体2为U型管。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何改变翅片错齿尺寸位置等，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.矩形错齿翅片传热管，其特征在于：包括管体和固定在管体上的多个矩形错齿翅片；所述矩形错齿翅片的背风面外缘为平整外缘，另外三个外缘为错齿外缘，其分别设有5～8个楔形窄槽，所述三个错齿外缘沿厚度方向截面呈错齿形。
2.根据权利要求1所述矩形错齿翅片传热管，其特征在于：所述管体为直管或U型管；所述矩形错齿翅片中部设有管孔突缘，矩形错齿翅片通过管孔突缘与管体外壁套接并点焊固定。
3.根据权利要求2所述矩形错齿翅片传热管，其特征在于：所述管孔突缘的圆心与矩形错齿翅片的几何中心不相重叠，并偏向平整外缘一侧。
4.根据权利要求3所述矩形错齿翅片传热管，其特征在于：所述管孔突缘和楔形窄槽采用冲压成型。
5.根据权利要求4所述矩形错齿翅片传热管，其特征在于：所述的矩形错齿翅片采用长为85～100mm，宽为75～85mm，厚为0.5～1mm的矩形薄钢板。
6.根据权利要求4所述矩形错齿翅片传热管，其特征在于：所述楔形窄槽宽度为8～12mm，所述楔形窄槽的外端部沿厚度方向突出矩形错齿翅片平面3～5mm。
7.根据权利要求4所述矩形错齿翅片传热管，其特征在于：所述管孔突缘的圆心与矩形错齿翅片的几何中心的偏心距为5～10mm，所述管孔突缘高度为4～8mm。
8.根据权利要求4所述矩形错齿翅片传热管，其特征在于：所述多个所述矩形错齿翅片的间距为10～30mm。
9.权利要求1～8任一项所述矩形错齿翅片传热管的用途，其特征在于：应用于汽-固、汽-液相变凝华过程、升华过程及冷凝过程的热质交换设备。
10.根据权利要求9所述矩形错齿翅片传热管的用途，其特征在于：所述热质交换设备是热熔冷凝箱。
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