CN106017164A - 一种废气余热回收换热器 - Google Patents

Abstract

一种用于废气余热回收换热器，主要由热端腔体、冷端腔体、密封隔板、强化换热冷凝管束和蒸发光管管束等组成；冷端翅片管的管内腔通过焊接与热端蒸发腔体的上壁相连通；工作时含有余热的烟气从热端的管子内部通过，加热热端腔体内的液体，使之气化，蒸汽从密封隔板上与强化换热管的管内联通的小孔进入，被加热的气体从强化换热管束外流过，使管内的蒸汽凝结，热量传递给被加热的气体，凝结液体在重力作用下流回到热端腔体内，循环使用；和现有技术相比，本产品有效的解决了换热器在废气余热回收过程中堵塞不易清洗的问题。

Description

一种废气余热回收换热器

技术领域

本发明属于节能减排领域，涉及一种热量回收装置，具体涉及一种废气余热回收换热器。

背景技术

根据调查，各行业的余热总资源占其燃料消耗总量的17％-67％，可回收利用的余热资源约为余热总资源的60％。目前，很多机械设备在工作过程中都会产生大量的废气(烟气)，目前普遍的做法是直接将其排入大气，既浪费大量的热能并且污染了环境。这部分废气由于工作环境的原因，常会含有灰尘、纤维和油污等杂质。目前常用的废气余热回收装置有列管式、回转式、板式换热器和热管换热器等，但普遍存在回收效率低，压力损失大，易堵塞，易积灰，易磨损，难清洗等弊病。

为了增加换热管的余热回收能力，一般在换热管内部增加换热翅片，从而将换热管内部部的通道分为多个小的通道，但是此种情况下虽然会增加传热能力，但是以为小通道的存在，同时也会造成流动阻力的增加，从而降低了换热管的使用寿命。因此，需要对换热管进行改进，使其在强化传热的同时，同时减少换热管内的流动阻力。

针对上述问题，本发明提供了一种新废气余热回收换热器，从而解决现有技术中存在的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种有效的解决换热器在废气余热回收过程中堵塞不易清洗问题的废气余热回收换热器。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：包括换热壳体以及安装在换热壳体内与换热壳体底面平行的密封隔板，密封隔板将换热壳体内部分为热端腔体和冷端腔体；

所述的热端腔体包括热管蒸发腔，在热管蒸发腔内布置有多排与换热壳体底面平行的光管，光管的两端分别设置有与光管相对应的高温废气入口和高温废气出口；热端腔体的底部换热壳体设置有热端活门，热管蒸发腔内充灌制冷工质；

所述的冷端腔体上开设有空气入口、空气出口及冷端活门，冷端腔体内布置有多排强化换热管作为热管冷凝端，密封隔板上开设有与热管冷凝端相对应的通孔，所述的强化换热管的排列方式为顺排或交叉排列，且强化换热管焊接在密封隔板上并与密封隔板垂直布置，且与热管蒸发腔相连通。

所述的换热壳体两端还安装有保温封板。

所述的强化换热管内部设置有内翅片，外部设置有外翅片，所述内翅片将强化换热管分为多个小通道，在内翅片上开设有使相邻的小通道彼此连通的连通孔。

所述的从热管蒸发腔向热管冷凝端方向，连通孔的孔径逐渐减小。

所述的强化换热管为圆管，连通孔的形状为圆形。

所述的内翅片为多个，内翅片从圆管的中心轴线向外延伸，与圆管的内壁连接，所述内翅片之间的夹角相同。

所述的内翅片为4个，所述圆管的内壁半径为R，所述连通孔的半径r，所述同一内翅片上相邻的连通孔之间的距离为L，满足如下关系：

l/R*10>＝a*(r/R*10)²-b*(r/R*10)+c；

其中a,b,c是参数，14<a<15,72<b<75,93<c<96；

0.34<l/R<0.6

0.2<r/R<0.3

20<R<80mm；

5<r<17mm。

所述的随着r/R的增加，所述的a,c增加，b减小。

与现有技术相比较，本发明的具有如下的优点：

本发明在蒸发腔内布置有一系列光管，含有余热的烟气(废气)从排列整齐的光管管内通过，有利于对废气在管内造成的沾污、积灰等进行及时清理。这里还需要指出的是本发明中高温气体侧采用光管结构可以大大减轻对换热器制造的要求。因为目前在高温烟气侧普遍采用强化翅片管进行余热回收，而当高温气体流经翅片管时，常常会由于翅片与基管热膨胀性的不同而引起附加接触热阻，从而影响换热器的性能。要保证换热器的可靠性能，就对翅片管的制造工艺提出更高的要求。

光管垂直设置有利于制冷工质的均匀吸热和降膜蒸发；强化换热管垂直设置可有

效降低制冷工质循环工作压力，即有利于制冷工质的循环流通。

进一步的通过在热管冷凝端内部设置内翅片，将热管冷凝端分为多个小流道，进一步强化传热，并在内翅片上设置连通孔，保证相邻的小通道之间的连通，进一步降低冷凝端的流动阻力，实现了强化传热和阻力降低的双重效果，提高了热管的使用寿命。

本发明通过从热管蒸发腔向热管冷凝端方向的连通孔的面积的变化，即保证热管冷凝端内合理的压力，又保证达到充分换热。

本发明确定了最佳的热管冷凝端的管径、通孔的尺寸关系，从而使得保证在满足换热阻力的情况，从而使得实现最佳的换热效果。

附图说明

图1是本发明的主视图；

图2是本发明的左视图；

图3是本发明热管冷凝端的横截面结构示意图；

图4是本发明内翅片上圆形连通孔分布示意图；

图5是本发明内翅片上圆形连通孔错列分布示意图；

图6是热管冷凝端横截面结构示意图。

图中：1-换热壳体、2-空气入口、3-强化换热管、4-密封隔板、5-高温废气入口、6-光管、7-热端活门、8-热管蒸发腔、9-高温废气出口、10-空气出口、11-热管冷凝端、12-冷端活门、13-前保温封板、14-后保温封板；15-内翅片，16-连通孔，17-小通道，18-外翅片，19-圆管。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

本文中，如果没有特殊说明，涉及公式的，“/”表示除法，“×”、“*”表示乘法。

参见图1，2，本发明包括换热壳体1以及安装在换热壳体1前端面的保温封板14和后端面的保温封板13，在换热壳体1内安装有与换热壳体底面平行的密封隔板4，密封隔板4将换热器分为热端腔体和冷端腔体；

所述的热端腔体的主体部分是热管蒸发腔8，在热管蒸发腔8内布置有多排光管6，光管6与换热壳体1底面平行，光管6的两端分别设置有与光管6相对应的高温废气入口5和高温废气出口9。热端腔体的底部换热壳体1上设置有热端活门7，热管蒸发腔8内充灌制冷工质；

所述的冷端腔体上开设有空气入口2和空气出口10，冷端腔体内布置有多排强化换热管3作为热管冷凝端11，密封隔板4上开设有与热管冷凝端11相对应的通孔，热管冷凝端11的顶部换热壳体1上设置有冷端活门12；

所述的冷凝腔体内的热管冷凝端11采用的是强化换热管3，强化换热管3的排列为平行或交叉排列，且强化换热管3焊接在密封隔板4呈垂直布置，并与热管蒸发腔8相连通。

高温废气进入换热壳体1下部的热端腔体内，从高温废气入口5进入光管6内部进行换热，使热端腔体内的液体蒸发(沸腾)，然后从高温废气出口9排出。

由于热管蒸发腔8内部常常需要维持真空(低于大气压力)，为了避免热管蒸发腔8的板状壳体因压力而凹陷，故需在其内部设置支撑体。其中的光管6一方面是对废气起到流通换热作用，另一方面对壳体起到支撑作用。

通过热管蒸发腔8的下面吸热和上边散热的功能，热量由底部传递到顶部。中间的密封隔板4起到隔离和定位作用。上部的外面的冷空气(或其它较冷的气体)通过气体进口2进入换热壳体1内。较冷的气体通过热管冷凝端11进行换热，温度升高后通过气体出口10排出。

本发明的换热器，蒸发端采用光管作为换热表面，可以使得含有余热的烟气(废气)从排列整齐的光管管内通过，有效的降低管壁表面的积灰和磨损问题，此外还有利于对废气在管内造成的沾污、积灰等进行及时清理。此外，高温气体侧采用光管结构可以大大减轻对制造的要求。因为若在高温气体侧采用翅片管等强化换热管时，常常会由于翅片与基管热膨胀性的不同而引起附加接触热阻，从而影响换热器的性能。要保证换热器的可靠性能，就对翅片管的制造工艺提出更高的要求。在冷凝端采用强化换热管可以提高空气侧的换热效率，从而有效的减小换热器的整体体积和制作成本。

如图3所示，本发明的强化换热管3内部设置内翅片15，所述内翅片15将强化换热管3分为多个小通道17，在内翅片上设置连通孔16，从而使相邻的小通道17彼此连通。

通过设置内翅片15，将强化换热管3分为多个小通道17，进一步强化传热，但是相应的流体流动的压力增加。通过设置连通孔16，保证相邻的小通道17之间的连通，从而使得压力大的小通道内的流体可以向邻近的压力小的小通道内流动，解决冷凝端的内部各个小流道压力不均匀以及局部压力过大的问题，从而促进了流体在换热通道内的充分流动，同时通过连通孔的设置，也降低了冷凝端内部的压力，提高了换热效率，同时也提高了集热管的使用寿命。

优选的，从热管蒸发腔8向热管冷凝端11方向，所述连通孔的面积不断的减少。

所述的连通孔16为圆形结构，从热管蒸发腔向热管冷凝端11方向，所述连通孔16孔径不断的减少。

因为从热管蒸发腔8向热管冷凝端11方向，热管内的流体不断的冷凝，因此使得热管冷凝端11的压力不断的降低，而且因为连通孔16的存在，使得热管内部的压力分配越来越均匀，因此连通孔的面积不需要很大，通过设置不断的减小，从而使得在保证热管内部压力均匀和压力的情况下，通过连通孔面积的减少来增加换热面积，从而提高换热效率。

优选的，从热管蒸发腔8向热管冷凝端11方向，所述连通孔16的面积不断的减少的幅度不断增加。通过如此设置，也是符合流动压力的变化规律，进一步降低流动阻力的同时，提高换热效率。通过如此设置，通过是实验发现可以提高10％左右的换热效率，同时阻力基本保持不变。

优选的，从热管蒸发腔8向热管冷凝端11方向，连通孔16的分布数量越来越少，进一步优选，所述连通孔数量不断的减少的幅度不断增加。

通过上述数量的分布原理与面积减少原理相同，通过数量分布少来减少面积。

优选的，所述热管冷凝端11为圆管19，连通孔16的形状为圆形。

优选的，所述内翅片15为多个，内翅片15从圆管的中心轴线向外延伸，与圆管的内壁连接，所述内翅片15之间的夹角相同。通过内翅片之间的夹角相同，可以使得冷凝端11内部流体分配保持均匀，压力分配也相应的保持均衡。

优选的，所述内翅片15为4个，如图3所示。所述内翅片之间的夹角为90°。

在实际实验中发现，连通孔16的面积不能过小，过小的话会导致流动阻力的增加，而且连通孔16的最小的面积与圆管管径有关，一般的是管径越大，则连通孔面积就可以设计的越小，管径越小，连通孔16的面积可以设计的越大，因此连通孔16与圆管管径及其相邻连通孔16之间的距离必须满足一定要求，否则就会导致流动阻力过大。

所述内翅片为4个情况下，所述圆管的内壁半径为R，所述连通孔的半径r，所述同一翅片上相邻的连通孔之间的距离为l，满足如下关系：

l/R*10>＝a*(r/R*10)²-b*(r/R*10)+c；

其中a,b,c是参数，14<a<15,72<b<75,93<c<96；

0.34<l/R<0.6

0.2<r/R<0.3

20<R<80mm；

5<r<17mm。

其中，l等于相邻连通孔16圆心之间的距离。如图4、5所示的左右相邻和上下相邻的连通孔圆心之间的距离。

进一步优选，10<l<45mm。

优选的，随着r/R的增加，所述的a,c增加，b减小。

作为优选，l/R*10＝a*(r/R*10)²-b*(r/R*10)+c。此时换热效果达到最佳，流动阻力恰好满足要求。

作为优选，如图4、5所示，每个内翅片上设置多排连通孔16，如图5所示，所述多个连通孔16为错排结构。通过错排接构，可以进一步提高换热，降低压力。

优选的，从热管蒸发腔向热管冷凝端11方向，圆管19的外翅片18高度不断的减少。因为随着不断向冷凝端的方向，蒸汽不断的冷凝，换热能力逐渐减弱，因此通过减少外翅片的的高度，可以使得单位面积的换热量保持均衡，从而使得整个冷凝端11单位面积的散热量均匀，避免局部热量过热，造成热管的损害。通过上述的翅片分布，实验中可以提高10％左右的换热量。

优选的，从热管蒸发腔向热管冷凝端11方向，圆管19的翅片高度不断的减少幅度不断的减少。上述翅片管减少的幅度的变化也是符合热管冷凝端11的温度和换热变化规律。通过上述的翅片分布，实验中可以提高5％左右的换热量。

虽然本发明已以较佳实施例披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (8)

1.一种废气余热回收换热器，其特征在于：包括换热壳体(1)以及安装在换热壳体(1)内与换热壳体底面平行的密封隔板(4)，密封隔板(4)将换热壳体内部分为热端腔体和冷端腔体；

所述的热端腔体包括热管蒸发腔(8)，在热管蒸发腔(8)内布置有多排与换热壳体(1)底面平行的光管(6)，光管(6)的两端分别设置有与光管(6)相对应的高温废气入口(5)和高温废气出口(9)；热端腔体的底部换热壳体设置有热端活门(7)，热管蒸发腔(8)内充灌制冷工质；

所述的冷端腔体上开设有空气入口(2)、空气出口(10)及冷端活门(12)，冷端腔体内布置有多排强化换热管(3)作为热管冷凝端(11)，密封隔板(4)上开设有与热管冷凝端(11)相对应的通孔，所述的强化换热管(3)的排列方式为顺排或交叉排列，且强化换热管(3)焊接在密封隔板(4)上并与密封隔板(4)垂直布置，且与热管蒸发腔(8)相连通。

2.根据权利要求1所述的废气余热回收换热器，其特征在于：所述的换热壳体(1)两端还安装有保温封板(13，14)。

3.根据权利要求1所述的废气余热回收换热器，其特征在于：所述的强化换热管(3)内部设置有内翅片(15)，外部设置有外翅片(18)，所述内翅片(15)将强化换热管(3)分为多个小通道(17)，在内翅片上开设有使相邻的小通道(17)彼此连通的连通孔(16)。

4.根据权利要求3所述的废气余热回收换热器，其特征在于：所述的从热管蒸发腔(8)向热管冷凝端(11)方向，连通孔(16)的孔径逐渐减小。

5.根据权利要求3所述的废气余热回收换热器，其特征在于：所述的强化换热管(3)为圆管(19)，连通孔(16)的形状为圆形。

6.根据权利要求5所述的废气余热回收换热器，其特征在于：所述的内翅片(15)为多个，内翅片(15)从圆管的中心轴线向外延伸，与圆管的内壁连接，所述内翅片(15)之间的夹角相同。

7.根据权利要求6所述的废气余热回收换热器，其特征在于：所述的内翅片为4个，所述圆管的内壁半径为R，所述连通孔的半径r，所述同一内翅片(15)上相邻的连通孔之间的距离为L，满足如下关系：

l/R*10>＝a*(r/R*10)²-b*(r/R*10)+c；

其中a,b,c是参数，14<a<15,72<b<75,93<c<96；

0.34<l/R<0.6

0.2<r/R<0.3

20<R<80mm；

5<r<17mm。

8.根据权利要求7所述的废气余热回收换热器，其特征在于：所述的随着r/R的增加，所述的a,c增加，b减小。