CN101464102A

CN101464102A - 一种具有较高换热效率的管壳式换热器

Info

Publication number: CN101464102A
Application number: CNA2009100736527A
Authority: CN
Inventors: 王奎涛; 杜兴敏; 张炳烛; 曹春锋; 吴海霞; 张伯楠; 申静静
Original assignee: Hebei University of Science and Technology
Current assignee: Hebei University of Science and Technology
Priority date: 2009-01-16
Filing date: 2009-01-16
Publication date: 2009-06-24

Abstract

一种具有较高换热效率的管壳式换热器，属热交换技术领域，用于提高管壳式换热器的换热效率。构成中包括壳体和设置在壳体内的换热管，改进后，在换热管内沿其长度方向设有螺旋翅片，螺旋翅片外径与换热管管体内径尺寸匹配。本发明主要特点如下：1.流体在螺旋翅片的导流下产生旋转，使流体内部产生二次涡流，破坏边界层的平衡，从而提高流体的湍流强度，达到强化传热的目的；2.螺旋翅片可以方便地放入管中或取出，不易积垢，且结垢后容易清除；3.可制作成不同螺距、厚度的螺旋翅片和换热管，适用于不同介质，其适用压力温度范围广。

Description

一种具有较高换热效率的管壳式换热器

技术领域

本发明涉及一种换热器，特别是适用于气—气、气—液介质换热、具有较高换热效率的高效换热器，属热交换技术领域。

背景技术

换热设备是化工、炼油、动力、食品、轻工、原子能、制药、机械及其它许多工业部门广泛使用的一种设备。在化工企业中，换热设备的投资约占总投资的10％～20％；在炼油企业中，约占总投资的35％～40％。受世界性能源危机的影响，为了降低能耗，伴随着工业生产中对换热器需求量的迅速增加，对换热器的性能要求也越来越高。

近年来，尽管在某些领域应用了结构紧凑的高效换热设备，例如：波纹板换热器、板翅式换热器、螺旋板换热器等，但在换热设备中，管壳式换热器仍占据着主导地位，它的高度可靠性和广泛适应性，是其它高效换热器所不能替代的。许多工艺过程都具有高温、高压、高真空、高腐蚀等特点，而管壳式换热器具有选材范围广、换热表面清洗方便、适应性强、处理能力大、以及耐高温、耐高压等优点，所以管壳式换热器仍被广泛应用于化工、炼油、石油化工、制药、核电以及其它许多工业中。为提高管壳式换热器的换热能力，目前常用的强化传热效率的方法是在管壁加工出波纹，但这种方法存有如下不足之处：1.波纹管：波纹换热管采用不锈钢，因其形状所限，物料在卧式设备的波纹换热管内流动时，易沉积在波纹底部，因此，波纹管换热器只能选用立式结构，卧式结构不宜采用；2.螺纹管：螺纹管管内物料扰动小，换热效率低，换热效果不理想。

发明内容

本发明用于克服上述已有技术之缺陷而提供一种结构简单、换热效果好、易清洗除垢的强化传热的高效管壳式换热器。

本发明所称问题是通过以下技术方案解决的：

一种具有较高换热效率的管壳式换热器，构成中包括壳体和设置在壳体内的换热管，其特别之处是：所述换热管内沿其长度方向设有螺旋翅片，螺旋翅片外径与换热管管体内径尺寸匹配。

上述具有较高换热效率的管壳式换热器，所述螺旋翅片中心设有中心轴，螺旋翅片环绕固定在中心轴外周。

上述具有较高换热效率的管壳式换热器，所述螺旋翅片为单线螺旋，螺旋翅片螺距与换热管内径比为0.2～10，翅片厚度2mm～40mm，管体内径与螺旋翅片外径间的间隙为1～10mm。

上述具有较高换热效率的管壳式换热器，所述设置在壳体内的各换热管(2)间并联或串联。

本发明对换热器中的主要元件换热管结构进行了改进，在管体内增加螺旋翅片，使管内介质沿螺旋线运动，从而增大了热交换设备的传热面积，增加了流体的湍流程度和流程，使传热过程得到强化。其主要特点如下：1.流体在管内流动时在螺旋翅片的导流下产生旋转，在旋转产生的离心力的作用下流体内部产生二次涡流，破坏边界层的平衡，从而提高流体的湍流强度，进而达到强化传热的目的；2.螺旋翅片结构简单、实用，它可以方便地放入管中或取出，而且可以预先加工好，在对现有管壳式换热器改造及清除管内污垢等方面有其独特的优势：由于换热管管体内壁光滑，与波纹管和螺纹管相比不易结垢，结垢后将螺旋翅片和固定轴抽出即可方便的将壁垢除去；3.可制作成不同螺距、厚度的螺旋翅片和换热管，适用于不同介质，其适用压力温度范围广。

附图说明

图1是本发明结构示意图；

图2是图1A部局部放大视图；

图3是本发明另一实施例结构示意图。

附图中标号表示如下：1.壳体；2.换热管；2-1.管体；2-2.中心轴；2-3.螺旋翅片；3.管板；4.折流挡板；5.汇流室。

具体实施方式

参看图1，本发明是一种管壳式换热器，其构成包括壳体1、换热管2、管板3和折流挡板4，换热管在壳体内呈束平行排列，其两端固定在管板上，为提高管外流体的给热系数，壳体内安装折流挡板，以防止流体短路、增加流体速度，并迫使流体按照规定的路径流动，提高热传递的效率。

参看图2，本发明的主要特点是在换热管管体2-1内沿其长度方向设置了螺旋翅片2-3，螺旋翅片外径与换热管内径尺寸匹配。螺旋翅片中心设有中心轴，螺旋翅片环绕固定在中心轴2-2外周，两者连接为一体，一同嵌装在换热管的管体中。该设计使流体进入换热管后，将沿螺旋翅片构成的螺旋流道运行，由螺旋翅片构成的螺旋流道产生的离心力对流体产生扰动，使得介质形成一个旋涡，从圆心到半径方向存在较大的速度梯度，管子表面产生湍流，使边界层减薄，从而提高了传热系数，达到强化传热的目的。本发明螺旋翅片与管体为分体装配结构，螺旋翅片预先加工好，可方便地压入(或予以固定)管体中或从管体中取出，管体内壁为光滑面，不易结垢，结垢后将螺旋翅片抽出即可方便快捷的将壁垢除去，与波纹换热管或和螺纹换热管相比，在清除管内污垢方面有具有独特的优势。

本发明所述的螺旋翅片为单线螺旋，通常换热管内径为20～1000mm，螺旋翅片螺距与换热管内径比为0.2～10，翅片厚度2mm～40mm，管体内径与螺旋翅片外径间的间隙为1～10mm。

换热管在壳体内的设置方式，可如图1所示采用并联，或如图3所示采用串联。管外流体由壳体上部流入、下部流出，管内流体由壳体左端流入、右端流出，在流动过程中完成两种介质的热交换。

以下给出一个具体的实施例：

结构如图1所示，其构成包括壳体1、换热管2、管板3和折流挡板4，汇流室5，换热管在壳体内呈束平行排列，螺旋翅片为单线螺旋，换热管内径25mm，螺距与换热管内径比为2，翅片厚度2.5mm，管体内径与螺旋翅片外径间的间隙为0.5mm。

Claims

1.一种具有较高换热效率的管壳式换热器，构成中包括壳体(1)和设置在壳体内的换热管(2)，其特征在于：所述换热管内沿其长度方向设有螺旋翅片(2-3)，螺旋翅片外径与换热管管体(2-1)内径尺寸匹配。

2.根据权利要求1所述的具有较高换热效率的管壳式换热器，其特征在于：所述螺旋翅片中心设有中心轴，螺旋翅片环绕固定在中心轴(2-2)外周。

3.根据权利要求1或2所述的具有较高换热效率的管壳式换热器，其特征在于：所述螺旋翅片为单线螺旋，螺旋翅片螺距与换热管内径比0.2～10，翅片厚度2mm～40mm，管体内径与螺旋翅片外径间的间隙为1～10mm。

4.根据权利要求3所述的具有较高换热效率的管壳式换热器，其特征在于：所述设置在壳体内的各换热管(2)间并联或串联。