CN106288896B - 外波纹热管换热器及海水淡化装置 - Google Patents

外波纹热管换热器及海水淡化装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种外波纹热管换热器及海水淡化装置，涉及换热蒸发的技术领域，包括外波纹热管、套管、壳体和隔板；隔板把所述壳体分隔成蒸发室和冷凝室；外波纹热管两端封堵，外波纹热管放置在壳体内部，外波纹热管穿过隔板，通过隔板对外波纹热管进行支撑，隔板将外波纹热管分为蒸发管和冷凝管，蒸发管和冷凝管分别设置在蒸发室和冷凝室中；套管套装在外波纹热管上，套管穿过隔板，且套管与外波纹热管不接触设置，套管与外波纹热管之间的间隙形成换热腔；外波纹热管在管外设置有波纹，波纹包括两种形式：横波纹和纵波纹；解决了海水淡化过程蒸发器结垢的技术问题，外波纹热管因为其外波纹结构，提高蒸发器的传热效率，在蒸发过程中不易结垢。

Description

外波纹热管换热器及海水淡化装置
技术领域
本发明涉及换热器技术领域，尤其是涉及一种外波纹热管换热器及海水淡化装置。
背景技术
热管技术是一种密闭腔内的相变传热技术，应用相当广泛。在海水淡化领域，虽然已有将热管海水淡化装置用于船舶海水淡化的研究，但仍然无法避免蒸发部分的管外结垢现象发生。
波纹管换热元件是上世纪70年代中期出现的一种高效换热元件。对于相同公称直径的波纹管和光管，在相同流量时，波纹管的流动阻力系数和压降比光管大，但波纹管具有结垢速度慢、诱导期长、污垢热阻渐近值小的优点，而且波纹管在结垢前后都有良好的强化传热性能。波纹管加工简单，制造成本低廉，可在泵功率消耗不增加的情况下，显著地强化流体的传热效果。
换热器，是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，又称热交换器。
现有技术中的管板式换热器，其中缺点依次为密封性能较差，不适用于易挥发、易燃、易爆和有毒介质、结构较复杂，操作时浮头盖的密封情况检查困难、管内清洗因管子成U形而较困难，管束内围换热管的更换较困难，管束的固有频率较低易激起振动、壳程无法进行机械清洗，壳程检查困难，壳体与管子之间无温差补偿元件时会产生较大的温差应力，即温差较大时需采用膨胀节或波纹管等补偿元件以减小温差应力。
所以，如何解决结垢和热传导效率是现阶段本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种外波纹热管换热器及海水淡化装置，以缓解了介质在蒸发换热过程出现的结垢的技术问题。
为实现上述目的，本发明提供以下技术方案：
第一方面，本发明提供一种外波纹热管换热器，包括：外波纹热管、套管、壳体和隔板；
所述隔板把所述壳体分隔成蒸发室和冷凝室；
所述外波纹热管两端封堵，所述外波纹热管放置在所述壳体内部，所述外波纹热管穿过所述隔板，所述隔板将所述外波纹热管分为蒸发管和冷凝管，所述蒸发管和所述冷凝管分别设置在所述蒸发室和所述冷凝室中；
所述套管套装在所述外波纹热管上，所述套管穿过所述隔板，且所述套管与所述外波纹热管不接触设置，所述套管与所述外波纹热管之间的间隙形成换热腔。
进一步地，通过所述隔板对所述外波纹热管进行支撑。
进一步地，所述外波纹热管在管外设置有两种波纹：横波纹和纵波纹。
进一步地，所述横波纹包括若干个等距波纹条，相邻波纹条平行设置，且与外波纹热管轴向方向平行；
所述纵波纹包括若干个等距波纹条，相邻波纹条平行设置，且与外波纹热管轴向方向垂直。
进一步地，所述外波纹热管内设置有传热介质。
进一步地，所述套管和所述外波纹热管在所述隔板上成三角形分布。
进一步地，所述套管和所述外波纹热管平行设置在所述壳体内。
进一步地，所述套管设置有排液口，所述套管设置有波纹。
进一步地，所述蒸发室外部设置有进料口和出料口；所述冷凝室外部设置有进液口和出液口。
第二方面，本发明还提供一种海水淡化装置，包括分布器和第一方面中提供的任一种外波纹热管换热器。
本发明提供的外波纹热管换热器及海水淡化装置具有以下有益效果：
采用本发明提供的一种外波纹热管换热器，通过在壳体上设置有隔板，把壳体分为两部分，分别为蒸发室和冷凝室，并且通过在换热器内设置的外波纹热管进行换热，外波纹热管因为其外表面的外波纹结构，能大大提高蒸发器的传热效率，在蒸发过程中不易结垢；外波纹热管的数量和换热器的个数可根据需要设置，可增大液体的蒸发量，提高蒸发效率；在换热器通过设置隔板进行分隔的这种简单结构，隔板在换热器中不但有分隔的作用，同时起到了对外波纹热管的支撑的作用。该防垢外波纹热管用于海水淡化，不但可大幅度减少取排水及预处理的工程投资、降低运行成本，而且为淡化后浓海水应用提供了高浓度的原料，避免了浓海水直接排放入海对海洋生态可能造成的影响，将产生综合效益，降低海水淡化的综合成本。
采用本发明提供的海水淡化装置，通过在换热器上面设置有分布器，从而使进入蒸发室内的海水进行均匀分布进行蒸发，产生的蒸汽进行冷凝为所需的产品－淡水，而出来的浓海水，可以根据生产需要进入下一效换热器中，进行蒸发。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的外波纹热管换热器结构示意图；
图2为本发明实施例提供的外波纹热管换热器的外波纹热管的纵波纹主视图；
图3为本发明实施例提供的外波纹热管换热器的外波纹热管的纵波纹侧视图；
图4为本发明实施例提供的外波纹热管换热器的外波纹热管的横波纹主视图；
图5为本发明实施例提供的外波纹热管换热器的外波纹热管的横波纹侧视图。
图标：1-外波纹热管；11-蒸发管；12-冷凝管；13-横波纹；14-纵波纹；2-套管；21-换热腔；22-排液口；3-壳体；31-蒸发室；311-进料口；312-出料口；32-冷凝室；321-进液口；322-出液口；4-隔板。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
图1为本发明实施例提供的外波纹热管换热器结构示意图；
图2为本发明实施例提供的外波纹热管换热器的外波纹热管的纵波纹主视图；
图3为本发明实施例提供的外波纹热管换热器的外波纹热管的纵波纹侧视图；
图4为本发明实施例提供的外波纹热管换热器的外波纹热管的横波纹主视图；
图5为本发明实施例提供的外波纹热管换热器的外波纹热管的横波纹侧视图。
请参照图1、图2、图3、图4和图5，下面将结合附图对本发明实施例提供的外波纹热管换热器作详细说明。
本发明第一方面的实施例提供了一种外波纹热管换热器，包括：
外波纹热管1、套管2、壳体3和隔板4；
隔板4把壳体3分隔成蒸发室31和冷凝室32；
外波纹热管1两端封堵，外波纹热管1放置在壳体3内部，外波纹热管1穿过隔板4，通过隔板4对外波纹热管1进行支撑，隔板4将外波纹热管1分为蒸发管11和冷凝管12，蒸发管11和冷凝管12分别设置在蒸发室31和冷凝室32中；
套管2套装在外波纹热管1上，套管2穿过隔板4，且套管2与外波纹热管1不接触设置，套管2与外波纹热管1之间的间隙形成换热腔21；
外波纹热管1在管外设置有波纹，波纹包括两种形式：横波纹13和纵波纹14。
需要说明的是，在液体进入换热器时，流体液膜在沿着连续交替的波纹壁面由上而下流动的过程中，波峰处流体液膜变薄、速度降低，在波谷处流体液膜的厚度增大、速度增加，这会使液膜内部液体进行混合并产生附加扰动从而冲刷了流体的边界层，既增大了流体的湍动又减薄了边界层，从而强化了传热。
同时外波纹热管1的管外相应的波纹表面不但增大了传热面积，也增加了扰动，促使冷凝液膜迅速下流，减小了液膜阻力，使传热效果显著提高。
由于外波纹热管1是全圆弧结构，并且管壁薄，使外波纹热管1成为在全管长度范围内具有轴向伸缩能力和全弹性。它可以从两个方面防垢：
一，全圆弧弹性系统内没有局部层流，即液体在很低流速下呈湍流状态，对管壁具有全面冲洗作用，介质沉积机会很少，充分延长了结垢的诱导期；
二，在热冲击时，波纹管的全部圆弧面都会出现弹性变形，每个局部均有曲率变化，即使波纹管的垢层已经形成，它的伸缩也会迫使垢层裂开脱落，实现自动除垢的效果。
需要说明的是，当从换热器蒸发室31的进料口311进入蒸汽或者热物质，同时传热给外波纹管，外波纹热管1内的传热介质经过换热，由液体变为气体，由于气体的流动性更强，所以在整个外波纹热管1内部充满了气体传热介质；从蒸发室31进入的蒸汽冷下来变成了冷凝水或者二次蒸汽从蒸发室31出料口312出来，上述一系列反应是在换热器蒸发室31内进行的。
需要进行蒸发或换热的冷介质通过进液口321进入冷凝室32，通过与在冷凝室32内的一部分外波纹热管1即冷凝管12接触，从而进行蒸发或换热的过程。
具体地，外波纹热管1其独特的外波纹结构有横波纹13和纵波纹14两种，横波纹13包括若干个等距波纹条，相邻波纹条平行设置，且与外波纹热管1轴向方向平行；纵波纹14包括若干个等距波纹条，相邻波纹条平行设置，且与外波纹热管1轴向方向垂直。波纹条高度为1mm-3mm，具体为：1mm、2mm、3mm。
考虑到海水淡化中，浓海水的腐蚀性，外波纹热管1材料选择为钛。钛材最有用的两个特性是，抗腐蚀性，和金属中最高的强度－重量比。钛材在非合金的状态下，钛的强度跟某些钢相同，但重量却比钢还要轻45％。
因为外波纹热管1的传热面积较小，从而换热效率较低，所以为了增加传热面积，在外波纹热管1外部套有套管2，套管2与外波纹热管1之间间隙形成换热腔21，为了更有利于换热腔21内的流体的换热和循环，在套管2底部设置有排液口22，从而增加流体的流动。
换热腔21的大小也根据流体的粘度和温度来进行设置。
考虑到结垢，在套管2设置有波纹，上述波纹形状可以为横向波纹和纵向波纹，或者与套管2轴向方向成角度的波纹，角度可以为30°、45°、60°。
此外，套管2和外波纹热管1在隔板4上成三角形分布。可以为正三角形排布，也可以为转角三角形排布。
根据处理流体的性质的不同，把套管2和外波纹热管1在隔板4上的分布做一下调整，正三角形排列有以下特点：最普遍、布管多、声振小、管外流体扰动大、传热好，但不易清洗；转角三角形有以下特点:易清洗，但传热效果不如正三角形。
上述外波纹热管1和套管2与隔板4之间的连接为可拆卸连接，这样的连接方式使得整个设备在使用过程中，任何部件出现问题均可以单独更换损坏零件即可，从而节约了成本。
隔板4这里不但起到了把换热器分隔成为蒸发室31和冷凝室32两个空间，同时对外波纹热管1和套管2起到了支撑的作用，为了保证蒸发室31和冷凝室32的绝对隔断，在隔板4周围设置有密封层，使蒸发室31和冷凝室32两个空间完全分离开，从而保证了换热的效率和换热介质的纯净度。
具体地，套管2和外波纹热管1平行设置在所述壳体3内。
换热器中换热效率对换热器是至关重要的，为了增加换热效率，在外波纹热管1换热器中设有搅拌装置。
上述搅拌装置可以有多种选择方式，如：
方式一，上述搅拌装置可以包括：搅拌棒，搅拌棒下端部设置有叶轮片，叶轮片数量至少为两个，搅拌棒上端部与电机相连，搅拌装置分别设置在外波纹热管1的蒸发室31和冷凝室32中。
方式二，上述搅拌装置可以包括：搅拌棒，搅拌棒下端部设置有方形部，搅拌棒上端部与电机相连，搅拌装置分别设置在外波纹热管1的蒸发室31和冷凝室32中。
蒸发室31外部设置有进料口311和出料口312；冷凝室32外部设置有进液口321和出液口322。
本发明第二方面的实施例提供了一种海水淡化装置(图中未示出)，包括上述任一项实施例中的外波纹热管换热器。
以海水淡化为例：海水从外波纹热管换热器的冷凝室内进入，通过分布器将海水进行喷淋，蒸汽从外波纹热管换热器的进料口进入，与外波纹热管的蒸发管进行换热，热量传递到外波纹热管的冷凝管，冷凝管对海水进行蒸发，浓海水从出液口流出，不凝气从冷凝器上部的不凝气口出来，即为所需要的淡水。
采用本发明提供的一种外波纹热管换热器，通过在壳体上设置有隔板，把壳体分为两部分，分别为蒸发室和冷凝室，并且通过在换热器内设置的外波纹热管进行换热，外波纹热管因为其外表面的外波纹结构，能大大提高蒸发器的传热效率，在蒸发过程中不易结垢；外波纹热管的数量和换热器的个数可根据需要设置，可增大液体的蒸发量，提高蒸发效率；在换热器通过设置隔板进行分隔的这种简单结构，隔板在换热器中不但有分隔的作用，同时起到了对外波纹热管的支撑的作用。该防垢外波纹热管用于海水淡化，不但可大幅度减少取排水及预处理的工程投资、降低运行成本，而且为淡化后浓海水应用提供了高浓度的原料，避免了浓海水直接排放入海对海洋生态可能造成的影响，将产生综合效益，降低海水淡化的综合成本。
采用本发明提供的海水淡化装置，通过在换热器上面设置有分布器，从而使进入蒸发室内的海水进行均匀分布进行蒸发，产生的蒸汽进行冷凝为所需的产品－淡水，而出来的浓海水，可以根据生产需要进入下一效换热器中，进行蒸发。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (9)

1.一种外波纹热管换热器，其特征在于，包括：外波纹热管(1)、套管(2)、壳体(3)和隔板(4)；
所述隔板(4)把所述壳体(3)分隔成蒸发室(31)和冷凝室(32)；
所述外波纹热管(1)两端封堵，所述外波纹热管(1)放置在所述壳体(3)内部，所述外波纹热管(1)穿过所述隔板(4)，所述隔板(4)将所述外波纹热管(1)分为蒸发管(11)和冷凝管(12)，所述蒸发管(11)和所述冷凝管(12)分别设置在所述蒸发室(31)和所述冷凝室(32)中；
所述套管(2)套装在所述外波纹热管(1)上，所述套管(2)穿过所述隔板(4)，且所述套管(2)与所述外波纹热管(1)不接触设置，所述套管(2)与所述外波纹热管(1)之间的间隙形成换热腔(21)；
所述套管(2)设置有排液口(22)，所述套管(2)设置有波纹。
2.根据权利要求1所述的外波纹热管换热器，其特征在于，通过所述隔板(4)对所述外波纹热管(1)进行支撑。
3.根据权利要求1所述的外波纹热管换热器，其特征在于，所述外波纹热管(1)在管外设置有两种波纹：横波纹(13)和纵波纹(14)。
4.根据权利要求3所述的外波纹热管换热器，其特征在于，所述横波纹(13)包括若干个等距波纹条，相邻波纹条平行设置，且与外波纹热管轴向方向平行；
所述纵波纹(14)包括若干个等距波纹条，相邻波纹条平行设置，且与外波纹热管轴向方向垂直。
5.根据权利要求1所述的外波纹热管换热器，其特征在于，所述外波纹热管(1)内设置有传热介质。
6.根据权利要求1所述的外波纹热管换热器，其特征在于，所述套管(2)和所述外波纹热管(1)在所述隔板(4)上成三角形分布。
7.根据权利要求5所述的外波纹热管换热器，其特征在于，所述套管和所述外波纹热管平行设置在所述壳体内。
8.根据权利要求1所述的外波纹热管换热器，其特征在于，所述蒸发室外部设置有进料口(311)和出料口(312)；所述冷凝室外部设置有进液口(321)和出液口(322)。
9.一种海水淡化装置，其特征在于，包括分布器和权利要求1至8中任一项所述的外波纹热管换热器。
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PB01 Publication
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
CB03 Change of inventor or designer information
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Inventor after: Zhang Shaofeng

Inventor after: Zhang Dieshuo

Inventor after: Gao Chenxi

Inventor after: Liu Yan

Inventor after: Zhang Wei

Inventor before: Gao Chenxi

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GR01 Patent grant
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