CN101799252B - 一种强化传热管 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种强化传热管，包括换热管、带状金属薄片，带状金属薄片的一个面为光滑的平面，带状金属薄片的另一个面通过精密滚压、化学或电化学等先进制造方法获得超疏水表面，超疏水表面为微纳米结构的毛刺突起，将带状金属薄片呈螺旋形紧密缠绕在换热管的外表面上，带状金属薄片的光滑面与换热管的外表面紧密贴合，并使缠绕好的带状金属薄片固定在换热管上，在缠绕带状金属薄片之前，还可以在换热管外表面上覆盖导热填料，将带状金属薄片缠绕并固定在覆盖有导热填料的换热管外。本发明的传热管制作简单，安装方便，适应性好，不易结垢，并具有强化传热的效果。
Description
技术领域
本发明涉及用于管壳式换热器、热交换反应器、冷凝器等设备中的传热管，该传热管能够广泛应用于热力发电、石油化工、食品、制药、轻工、冶金、船舶等行业的管壳式换热设备与反应设备上。
背景技术
现有的管壳式换热器一般常采用的强化传热传热管形式多样，例如薄壁波纹/波节传热管，由于其扰动强化传热和增大表面强化传热的作用，具有良好的传热强化效果。同时，由于其管壁具有良好的可延展性及收缩性，薄壁波纹/波节传热管还具有热应力小等优点，使其在工业中得到应用。但是这类传热管加工困难，管阻过大，而且在使用过程中，容易发生磨损，特别是波节/波纹传热管过密的波峰、波谷与支撑板之间的反复摩擦等问题大大降低了它的使用寿命。菱形强化传热管，由若干菱形管段、椭圆管段、圆-椭圆过渡段组成，管段的两端截面为椭圆形且两椭圆长轴之间交叉15°-90°角，由管段两端向中心变化，其横截面的椭圆度逐渐减小，直到管段中心横截面变为圆形或近似圆形，菱形管段和椭圆管段依次周期排列。菱形强化传热管对流体的扰动使其能够带来明显的换热效果，尤其是在粘性介质中强化传热效果良好。但是这种传热管加工成型困难，管壁较厚，管内壁结垢不易清除等缺点，使用领域受到限制。环箍强化薄壁传热管由于在管外设计了明显的沟槽，一定程度上能够通过扰动管外流体以及增加传热面积达到强化传热目的，但是槽边缘以及槽底应力集中明显、浪费沟槽部位材料等缺点都无法克服。
发明内容
本发明的目的是设计一种新型强化传热管，可以解决上述现有传热管存在的问题，并能提高传热系数，制作简单，安装方便，适应性好，不易结垢。
本发明提出的技术方案是：一种强化传热管，包括换热管、带状金属薄片，带状金属薄片的一个面为光滑的平面，带状金属薄片的另一个面通过精密滚压、化学或电化学等先进制造方法获得超疏水表面，超疏水表面为微纳米结构的毛刺突起，将带状金属薄片呈螺旋形紧密缠绕在换热管的外表面上，带状金属薄片的光滑面与换热管的外表面紧密贴合，并使缠绕好的带状金属薄片固定在换热管上，固定方法可以采用粘接、焊接或紧固件夹紧，为了提高带状金属薄片与换热管的热传导，避免带状金属薄片与换热管间夹杂空气或污物或壳程的流动介质，在缠绕带状金属薄片之前，在换热管外表面上覆盖导热填料，将带状金属薄片缠绕并固定在覆盖有导热填料的换热管外。
超疏水表面为微纳米结构，毛刺突起大约为20微米。它是根据仿生学设计而成，超疏水表面具有自清洁效应，也叫荷花效应，因为荷叶表面具有出淤泥而不染的优点，在电子显微镜下观察，荷叶表面与毛玻璃相似，密布20微米大小的毛刺突起，这样的界面称为超疏水界面。当换热器壳程流体流经传热管的外表面时，由于传热管外表面积的增加，增强了传热的效果，同时，由于表面具有微纳米结构，一定程度上破坏壳程流体边界层，起到扰流作用，增加了湍动程度，也起到强化传热作用，另外，因为超疏水表面的自清洁功能，使任何杂质不易沉积在传热管外表面，可以降低热阻，提高传热系数。
为降低成本以及方便加工、减小所占的壳程空间，带状金属薄片的厚度不超过1mm，带状金属薄片的材质可以是铜、铝等易导热材料，根据实际市场价格、壳程介质等因素来选择。导热填料包括导热硅胶、导热硅脂、导热粘合剂、导热硅胶垫片等热界面材料，导热填料要具有耐高温、耐酸碱、耐油等性质中的一种或多种。
本发明的有益效果是：
1.带状金属薄片的超疏水表面能够扩大换热管的换热面积，有益于强化传热；2.由于带状金属薄片表面的微纳米结构破坏边界层，起到扰流作用，有益于强化传热；3.超疏水表面的自清洁功能，使壳程介质中的杂质不易沉积在换热管外表面，提高了换热系数；4.由于换热管外缠绕有带状金属薄片使换热管的承压能力提高；5.带状金属薄片的带宽和长度可以自由选取，缠绕的参数可根据换热器的换热管的安装方式确定，缠绕操作简单，带状金属薄片的更换也方便，本发明的适用范围宽。
附图说明
图1为本发明一种强化传热管外观示意图。
图2为图1的管端局部剖视放大示意图。
图3为图1的左视放大图。
图4为带状金属薄片的超疏水表面结构放大示意图。
图中，1-换热管、2-带状金属薄片、3-导热填料。
具体实施方式
图1所示为本发明涉及的一种强化传热管的实施例子，强化传热管包括换热管1、带状金属薄片2、导热填料3。
因本发明一种强化传热管，首先将换热管1外表面清洗干净，然后将清洗过的换热管1穿过折流板并胀接到管板上，导热填料3选择导热硅脂，将导热硅脂均匀覆盖换热管1外表面，导热硅脂厚度为0.5mm左右，过厚影响换热效果。带状金属薄片2呈螺旋状紧密缠绕在覆盖有导热硅脂的换热管1的外表面，保证带状金属薄片2不重叠也不露出导热硅脂，导热硅脂与换热管1、带状金属薄片2与导热硅脂之间不留空隙，防止空气、杂质等导热系数低的介质进入。带状金属薄片2两端固定在换热管1的两端。为防止因换热器的震荡以及热收缩性而导致折流板对带状金属薄片2的摩擦，换热管1在折流板两边5～10cm处表面光滑，不覆盖导热硅脂，不缠绕带状金属薄片2；换热管1与管板胀接处5～10cm内不覆盖导热硅脂，不缠绕带状金属薄片2，以防热收缩性及胀接应力对带状金属薄片2的损伤，裸露在带状金属薄片2外边的导热硅脂应清理掉，以免粘着或沉积杂质。
本实施例中的带状金属薄片2的超疏水表面为密布20微米高的圆锥形的毛刺突起，如图4所示，锥底的直径为20微米，该毛刺突起也可以是底面为多边形、椭圆形等任意形状的锥。带状金属薄片2的最小壁厚保证其具有足够的强度，在缠绕安装时不宜破碎。
Claims (1)
1.一种强化传热管，其特征在于：包括换热管、带状金属薄片，带状金属薄片的一个面为光滑的平面，带状金属薄片的另一个面带有超疏水表面，超疏水表面为微纳米结构的毛刺突起，将带状金属薄片呈螺旋形紧密缠绕在换热管的外表面上，带状金属薄片的光滑面与换热管的外表面紧密贴合，并使缠绕好的带状金属薄片固定在换热管上，毛刺突起的形状是底面为圆形、椭圆形或多边形的锥，毛刺突起高度为20微米，底面直径为20微米。
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