CN102937389A

CN102937389A - 高效管式换热器

Info

Publication number: CN102937389A
Application number: CN2012105344800A
Authority: CN
Inventors: 王益
Original assignee: 王益
Current assignee: MIANYANG KUAIDIAN TECHNOLOGY CO., LTD.
Priority date: 2012-12-12
Filing date: 2012-12-12
Publication date: 2013-02-20

Abstract

本发明提供了一种高效管式换热器，采用在壳管内设置与各换热管连接的换热翅板的方式来增大换热表面积，提高换热效率。具体的方案为：提供一种高效的管式换热器，包括壳管，与壳管轴向平行设置于壳管内的换热管，在壳管内间隔设置有翅板，各翅板均垂直于壳管直线设置，上述翅板上依次设有通孔，上述各通孔直径与各换热管外径大致相当，上述各换热管依次穿过上述各通孔并与上述翅板固定连接。

Description

高效管式换热器

技术领域

本发明是一种高效管式换热器，可以应用于大型空调系统，工厂节能系统，热循环系统等领域，属于换热器技术领域中的管式换热器。

背景技术

众所周知的，换热器在当今社会中应用面非常广，而其中的管式换热器用途也很多。例如，在制冷空调系统中，必须要采用换热器作为冷凝设备，而管式换热器是其中经常用到的一种。在工厂的冷却水热能回收时，也常常采用管式换热器来进行热回收。现有常用的管式换热器是由多个半径不同的管体构成，半径小的管体装在半径大的管体中，大管体（又称作壳管）中装有冷媒。意即，常见的管式换热器的结构是在一根管内嵌套有多根换热管，这些换热管浸泡于冷媒之中。由于热交换是在这多根换热管中的制冷剂通过换热管外表面与壳管内的冷媒之间进行，因而可进行热交换的面积是由这多根换热管外表面的总面积所决定。这种换热器结构较简洁，操作可靠，可用各种结构材料制造，例如金属材料，陶瓷材料等，能在高温、高压下使用，是目前应用最广的类型。

这样的结构固然简洁，制造工艺简单，但是在实际使用中还存在一些缺陷：例如，由于换热管内的制冷剂通过换热管时速度很快，因此换热时间短，导致总体的热交换效率并不高；因此当壳管内换热管的数量交少时，则总得换热面积小，换热效果就并不十分理想。而如果采用增多换热管的方式，那么整个换热设备必须要有更大的体积，由此使得占地面积增加，并带来整个生产成本大幅提高，十分不经济。现有技术中，虽然也有在换热管表面增设小翅片来扩大散热表面积的做法，但是效果依然不理想。并且每根管上附带翅片，在换热管安装时也不方便。

发明内容

为了提高换热效率，最有效的办法就是增大每根换热管的换热表面积。本发明采用在壳管内设置与各换热管连接的换热翅板的方式来增大换热表面积，提高换热效率。具体的方案为：提供一种高效的管式换热器，包括壳管，与壳管轴向平行设置于壳管内的换热管，其特征在于：在壳管内间隔设置有翅板，各翅板均垂直于壳管直线设置，上述翅板上依次设有通孔，上述各通孔直径与各换热管外径大致相当，上述各换热管依次穿过上述各通孔并与上述翅板固定连接。

进一步的，本发明在上述方案的基础上还提供了以下附加的方案以增强换热效果：

上述每一块翅板边缘径向接近于壳管的内侧壁。

所述翅板的边缘形状下列形状之一：圆形、圆缺形、四边形或多边形。

所述翅板采用平板形或波浪形。

为进一步增强热交换的效果，所述翅板上设置冲缝或者翻边。

上述各换热管管内壁设置阻挡装置。

上述各换热管内壁设置有扰流涂层。

本发明的管式换热器通过在翅板上设置冲缝或翻边孔，增加了热交换的面积，能有效提高热交换的效率。同时，通过在换热管内壁设置螺纹凸起结构，迟滞了制冷剂在换热管内的流动，增大了单位制冷剂与壳管内冷媒的热交换时间，使二者之间的热交换更加的充分。进一步的，通过在换热管内壁设置扰流涂层，增强了制冷剂在换热管内流动时形成的扰流，更有利于充分的热交换。在壳管底部还可以布置至少一排若干条不带翅板的换热管以增加制冷剂的过冷度。因而具有如下优点：

1、将翅板设置于全部换热管外，组成带翅板的换热管束，有效增大了热交换面积。

2、通过翅板整体的形状，以及翅板边缘和表面的结构设置，使得冷媒经过翅板时形成扰流，提高了换热效率。

3、对于相同换热面积的换热器来说，翅板换热器比现有技术中换热管外表面设置小翅片的管式换热器更节约换热管，制造也更方便。

4、换热管内壁的螺纹凸起结构，增大了单位制冷剂通过换热管的时间，意即增大了进行热交换的时间，使换热更加充分。

5、通过在换热管内壁设置扰流涂层，使得制冷剂流过时形成扰流，有利于换热效率的增加。

6、通过设置不带翅板的换热管进行制冷剂的过冷，提高了制冷剂的过冷度，进而提高整个系统的制冷效果。

附图说明

图1是本发明实施方式1的管式换热器的示意图

图2是实施方式1换热管与翅板结合的示意图

图3是图2中B部分的局部放大视图

图4是实施方式2的管式换热器示意图。

具体实施方式

实施方式1

如图1所示的一种管式换热器，包括壳管1，冷媒进口管10，冷媒出口管11，设置在壳管1内的若干换热管9，在所述壳管1内间隔设置有径向接近于壳管1内侧壁的若干片翅板3。所述翅板3的边缘形状可以为圆形、圆缺形、四边形或多边形，优选为圆形，并紧贴壳管1内壁。

每片翅板3上依次设置有与换热管束的每一根换热管9相对应的通孔，上述通孔的直径约为换热管的外径。每根换热管9分别穿设在与其相对应的若干片翅板3上的通孔中，并与上述若干片翅板3连接，连接方式可以为固定连接，如焊接；或者非固定连接，例如以过盈配合的方式连接。上述翅板3是间隔分布在壳管1内，该翅板3的径向于与壳管1的内壁相接近。上述翅板3可以设置为平板形或波浪形。

如图2、3所示，为进一步增强换热效果，可将上述翅板3设置为波浪形状。并且，进一步的，可以在这些翅板3上设置翻边或者冲缝15。当冷媒流过翅板3表面，尤其是通过上述翻边或者冲缝15时，由于表面的不规则，会形成扰流，众所周知的，扰流能明显提高换热效率。

当翅板3形状为波浪形时，冲锋15的可以在每个波峰的两侧都进行设置，也可以只在迎着冷媒流过的一侧设置。这样设置的好处在不大幅降低换热效率的情况下，大幅降低了制造成本和节约制造时间。

在本实施例的管式换热器运行时，制冷剂从进口进入换热管9内，从出口而出，冷媒从冷媒进口管10内进入壳管1，从换热管9外流过，并冲刷翅板3。在冷媒冲刷翅板3时，在起表面，尤其是冲缝15附近形成扰流。在上述过程中，热量从制冷剂中通过换热管9外壁以及翅板3表面转移到冷媒中，冷媒最终从冷媒出口管11流出，完成热量交换。由于本实施方式的管式换热器设置了翅板3、冲缝15，使得换热效率比现有的换热器大幅提高，并且制造简单可靠。

实施方式2

当管式换热器用作空调的冷凝器时，通常需要对进入冷凝器的制冷剂进行一定程度的过冷。考虑到这一需求，如图4所示，在翅板3与壳管1底面内壁之间设置了一条过冷管14（亦可根据系统设计需要设置多条），以增加制冷剂的过冷度，从而提高整个制冷系统的制冷系数。

实施方式3

众所周知的，当两种介质进行换热的时间越长，则二者之间的热交换就更加充分。在管式换热器中，制冷剂流过换热管的时间基本是恒定的，因此决定制冷剂与冷媒热交换时长的关键因素就在于制冷剂通过换热管的速度。在本实施方式中，采用在制冷管内壁设置阻挡装置的方法。例如，采用设置螺纹凸起（未图示）的方式来迟滞制冷剂的流动，以延长制冷剂通过换热管的时间，使得制冷剂与冷媒的热量传递和交换更加的充分，以提高换热效率。

具体的，螺纹凸起的设置以凸出高度为0.5-1.5mm为宜。凸起高度过小的话迟滞的效果不明显。凸起高度过高的话，一方面，制冷剂流速就会收到过分的迟滞，影响整个系统的运行；另一方面，会容易造成制冷剂中的杂质或水分在换热管内凸起处集聚，形成冰堵或“脏堵”。

进一步的，螺纹凸起的螺距设置以4.5-20mm为宜。螺距设置过大则迟滞效果不理想，螺距设置过小则制造困难。

进一步的，螺纹凸起截面的牙型可以为常规的三角形截面，或者梯形截面，宽度以0.5-2mm为宜。

由于在换热管内设置了螺纹凸起以迟滞制冷剂的流动，制冷剂通过单位长度换热管的时间会比通过普通的换热管延长10-20%，大大提高了热交换效率。

此外，阻挡装置的形状还可以采用圆环凸起形，锯齿形，或者其他能有效阻挡制冷剂流动的形状。

实施方式4

除了采用实施方式3中的技术方案对换热管9内壁进行处理以提高热效率外，还可以采用在换热管9内壁涂覆扰流层的方式以使换热管9内的制冷剂在内壁面上形成扰流，达到提高换热效率的目的。涂覆扰流层的方式可以单独使用，也可以与实施方式3中的螺纹凸起、圆环凸起等技术手段混合使用。

通常采用的扰流层材料可以由金刚砂、PAE（邻苯二甲酸酯）、二羟基聚二甲基硅氧烷等物质构成。扰流层采用如下方式制作：取325-500目的金刚砂15-20重量份，PAE37-85重量份，二羟基聚二甲基硅氧烷65-85重量份，搅拌均匀后，静置5-8分钟。然后均匀涂覆在换热管内壁，涂层厚度以0.3mm-1mm为宜。涂覆完毕后，使换热管保持在65-75度的温度下15分钟以上，以使得扰流层固化成型。

为了更好的保证换热管的质量，在扰流层固化成型后，可以以高压（3Bar以上）压缩空气对换热管进行吹风，以吹除附着在扰流层表面的未完美固化的金刚砂，避免在换热管运行时这些金刚砂脱落，对设备造成损坏或堵塞。

在上述扰流层中，混杂的金刚砂使得扰流层表面粗糙度较大，容易使得制冷剂经过时产生细微紊流。而二羟基聚二甲基硅氧烷对于常用的烷烃卤代物有一定的吸引作用，而常用的制冷剂中有相当比例由烷烃卤代物构成，或者部分为烷烃卤代物。因此当上述制冷剂流过扰流层表面时，其中的烷烃卤代物质会受到二羟基聚二甲基硅氧烷吸引力的作用，减缓制冷剂的流速，配合由于表面粗糙引起的细微紊流，热交换效果更加明显。而采用PAE，有助于扰流层原料更好的融合。

实施方式5

扰流层还可以采用金刚砂、氯化石蜡、二羟基聚二甲基硅氧烷和少量乙烯基三胺构成，其中的乙烯基三胺可以使得整个混合物的固化效果更好更快。该种扰流层的制作工艺如下：

取325-500目的金刚砂15-20重量份，氯化石蜡30-45重量份，二羟基聚二甲基硅氧烷70-90重量份，乙烯基三胺3-8重量份，搅拌均匀后立即涂覆于换热管内壁，并以每分钟升温7-8度左右的加热速度缓慢加热至60-65度，保持5分钟左右，则扰流层固化成型。同样的，制作时扰流层材料涂覆的厚度应保持在0.3-1mm为宜。采用该技术方法制作换热管扰流层，比实施方式4中的方法更快捷高效，并且扰流效果不受影响。

由于本发明采用了上述各技术手段，使得本发明的管式换热器传热效率比传统管式换热器大幅提高。在室温15度，采用15度水作为冷媒，R134a作为制冷剂，压力为25巴左右的情况下做验证实验，其中壳管的尺寸，换热管的长度、数量完全一致，得到结果如下：

	传统换热器	实施例1	实施例1+3	实施例1+4	实施例1+5	实施例1+3+5
							出水口温度	21.1	25.2	27.4	27.2	26.9	29.1

由此可见，采用本发明的管式换热器，相比于传统的管式换热器能明显提高热交换效率。本发明所公开的管式换热器更高效，更经济。另外，需要注意的是，显而易见的，本发明各实施例中采用的技术手段，可以单独使用在管式换热器上，亦可组合使用在管式换热器上。本领域技术人员在本说明书的教导下，对本发明所做的简单的惯用手段替换，应被认为落入了本发明的保护范围之中。

Claims

1.一种高效管式换热器，包括壳管，与壳管轴向平行设置于壳管内的换热管，其特征在于：在壳管内间隔设置有翅板，各翅板均垂直于壳管直线设置，上述翅板上依次设有通孔，上述各通孔直径与各换热管外径大致相当，上述各换热管依次穿过上述各通孔并与上述翅板固定连接。

2.如权利要求1所述的高效管式换热器，其特征在于：上述每一块翅板边缘径向接近于壳管的内侧壁。

3.如权利要求2所述的高效管式换热器，其特征在于所述翅板的边缘形状为圆形、圆缺形、四边形或多边形。

4.如权利要求2或3所述的高效管式换热器，其特征在于所述翅板采用平板形或波浪形。

5.如权利要求4所述的高效管式换热器，其特征在于所述翅板上设置冲缝或者翻边。

6.如权利要求1-5之一所述的高效管式换热器，还包括设置于上述各换热管管内壁的阻挡装置。

7.如权利要求1-6之一所述的高效管式换热器，还包括设置于上述各换热管内壁的扰流涂层。

8.如权利要求1-7之一所述的高效管式换热器，其特征在于，在壳管底部设置有过冷管。