CN106288909B - 一种平面回折型弹性强化换热管束及换热器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种平面回折型弹性强化换热管束及换热器，属于换热技术相关领域。换热管束部分主要包括多根第一换热管；与所述第一换热管方向相异并处于同一平面内的第二换热管；任一第二换热管的两端均通过浮动块与第一换热管的一端密闭连接；未通过浮动块与第二换热管连接的第一换热管的端部则通过浮动块与相邻的第一换热管密闭连接。本发明通过设计全新的结构，能够充分利用壳程流体诱导横向振动强化传热，并具有横向刚度小，单位体积换热面积大的特点。

Description

一种平面回折型弹性强化换热管束及换热器
技术领域
本发明涉及换热技术相关领域，具体的说，是涉及一种平面回折型弹性强化换热管束及换热器。
背景技术
换热器内传热元件的振动能够显著提高传热效果，在一定振动参数范围内，传热元件的传热系数能够增大到9倍之多，并且传热元件振动能够抑制表面污垢形成，降低污垢热阻，最终实现复合强化传热。
现有技术中，已经存在部分关于流体诱导振动强化传热理论应用于换热器工程的相关研究，例如：
中国发明专利“浮动盘管两级加热汽水热交换器”(申请号：92106727.5)和“弹性管束汽水热交换机组”(申请号：94110563.6)提出了一种弹性管束传热元件，利用流体诱导管束振动进行强化传热，这种管束具有两个固定端和一个浮动质量端，这种管束是一种平面弹性管束传热元件。
中国发明专利“空间螺旋弹性强化换热管束及其支撑装置”(申请号：200810015875.3)提出一种空间螺旋弹性强化换热管束，管束分为单螺旋型和双螺旋型。双螺旋型换热管上有浮动质量块，作用是控制管束的振动幅值。
上述两种弹性管束的结构特点是纵向(沿壳程水流方向)刚度小，横向(垂直于壳程水流方向)刚度大。上述发明的工作原理是通过换热器内壳程和管程流体流动，主要诱导弹性管束纵向振动强化传热。
而换热器内传热元件的振动主要由壳程的横向流引起。上述两种弹性管束的结构特点使得常规的壳程流速难以诱导起管束横向的振动，而纵向振动微弱，特别是离壳程入口较远的管束排。因此上述两种发明管束结构达不到流体诱导振动强化传热的理想状态。
发明内容
本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种平面回折型弹性强化换热管束。本发明通过设计全新的结构，能够充分利用壳程流体诱导横向振动强化传热，并具有横向刚度小，单位体积换热面积大的特点。
为了达成上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种平面回折型弹性强化换热管束，包括：
多根第一换热管；
与所述第一换热管方向相异并处于同一平面内的第二换热管；
任一第二换热管的两端均通过浮动块与第一换热管的一端密闭连接；
未通过浮动块与第二换热管连接的第一换热管的端部则通过浮动块与相邻的第一换热管密闭连接。
优选的，任一第一换热管与任一第二换热管的轴线均垂直。
优选的，所述第一换热管及第二换热管均为直管。
优选的，所述第一换热管至少为2根。
一种换热器，该换热器具有外壳，所述外壳内安装有上述的平面回折型弹性强化换热管束。
上述的换热器中，所述换热管束为水平设置。
一种平面回折型弹性强化换热管束，包括：
多根换热管；
相邻换热管的端部通过浮动块密闭连接；
未通过浮动块与相邻换热管连接的换热管的端部具有安装头。
优选的，所有的换热管均为直管。
优选的，所述换热管至少为2根。
优选的，所有的换热管的轴线均位于同一平面内。
一种换热器，该换热器具有外壳，所述外壳内安装有上述的平面回折型弹性强化换热管束。
上述的换热器中，所述换热管束为水平设置。
本发明的有益效果是：
将多个水平方向的换热管密闭连接成为一个换热管束，换热管束仅在进口端及出口端固定，其他部分处于浮动状态，使得流经换热管的介质能够充分诱导起换热管以合适的横向振动频率和振幅振动来强化传热，解决了现有技术中，依靠竖直方向(纵向)振动微弱无法达到预期强化传热的目的。
附图说明
图1是本发明中第一种换热管束的结构示意图；
图2是本发明中第二种换热管束的结构示意图；
图3是本发明中第一种换热器的结构示意图；
图4是图3的A-A向剖视图；
图5是本发明中第二种换热器的结构示意图；
图6是图5的B-B向剖视图；
图中：1.换热管束，2.第一换热管，3.安装头，4.浮动块，5.壳体，6.固定支撑，7.第二换热管，8、换热管。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明进行详细说明。
实施例1：一种平面回折型弹性强化换热管束，其结构如图1所示，包括：
多根第一换热管2；
与所述第一换热管2方向相异并处于同一平面内的第二换热管7；每根第二换热管7的两端均与浮动块4密闭连接，每个浮动块4至少与1根第一换热管2密闭连接。
其中，任一第一换热管2与任一第二换热管7的轴线均垂直。且所述第一换热管2及第二换热管7均为直管。
同时，所述第一换热管2至少为2根。
在所有的第一换热管2中，未与浮动块4连接的端部具有安装头3。
浮动块4可以有两种结构，一种是内部中空，两开口分别位于相邻两个面的结构；另一种是内部中空，两开口位于同一个面上的结构。
第一换热管2、浮动块4和第二换热管7共同形成换热管束1。
采用上述的结构可以使得换热管形成双回折式结构。
本实施例的换热管束在使用过程中，基本处于水平状态。
实施例2：一种换热器，其结构如图1、图3和图4所示，其具有壳体5，壳体5内具有固定支撑6及换热管束。所述换热管束为实施例1所提供的换热管束结构，且所述换热管束为水平设置。
本实施例的原理是：管程流体从一个安装头3进入，流经第一换热管2、浮动块4和第二换热管7后从另一个安装头3流出。壳程流体从换热器壳体5的下端流入，从上端流出。壳程流体绕流水平布置的平面回折型弹性管束时，作用在弹性管束上的交变的横向流体力，可使换热管束1产生横向振动，进而实现流体诱导振动强化传热的目的。
同时，第一换热管2、浮动块4和第二换热管7的振动能够抑制表面污垢形成，降低污垢热阻，进而实现了复合强化传热。相对于目前已有的平面弹性换热管束和空间螺旋弹性换热管束结构想要利用纵向流体诱导振动来强化传热，却达不到强化传热的理想状态而言，本发明创造性的给出了横向刚度小的平面回折型弹性管束结构形式，并水平布置换热管束于壳体内，从而实现横向流体诱导振动强化传热的目的。
本发明对一定尺寸的平面回折型弹性管束流体诱导振动的研究发现，在壳程低速流下，管束较易被诱导起围绕低阶横向固有振型的振动，自由端的横向振动幅值处于2.3mm～4.2mm之间。相对于同工况下静止平面回折型弹性管束换热，本发明所提供的流体诱导平面回折型弹性管束振动换热的面均换热系数能达到2.6倍。如表1所示
表1平面回折型弹性管束流体诱导振动与管束静止换热面均换热系数对比
基于上述设计原理，换热管束1在工作状态下仅于安装头3进行固定，其他部分均处于弹性状态，因此壳程流体绕流弹性管束，产生的交变流体力使得平面回折型弹性管束产生横向的振动。
实施例3：一种平面回折型弹性强化换热管束，其结构如图2所示，包括：
多根换热管8；
每根换热管8的端部均与一浮动块4密闭连接，未与浮动块4连接的换热管8的端部具有安装头3。
所有的换热管8均为直管，且换热管8至少为2根。所有的换热管8的轴线均位于同一平面内，使得换热管8和浮动块4形成换热管束1。
本实施例中：浮动块4是内部中空，两开口位于同一个面上的结构。
采用上述的结构可以使得换热管形成单回折式结构。
本实施例的换热管束在使用过程中，基本处于水平状态。
实施例4：一种换热器，其结构如图2、图5和图6所示，其具有壳体5，壳体5内具有固定支撑6及换热管束。所述换热管束为实施例3所提供的换热管束结构，且所述换热管束为水平设置。
本实施例的原理是：管程流体从一个安装头3进入，流经换热管8和浮动块4后从另一个安装头3流出。壳程流体从换热器壳体5的下端流入，从上端流出。壳程流体绕流水平布置的平面回折型弹性管束时，作用在弹性管束上的交变的横向流体力，可使换热管束1产生横向振动，进而实现流体诱导振动强化传热的目的。
同时，换热管8和浮动块4的振动能够抑制表面污垢形成，降低污垢热阻，进而实现了复合强化传热。相对于目前已有的平面弹性换热管束和空间螺旋弹性换热管束结构想要利用纵向流体诱导振动来强化传热，却达不到强化传热的理想状态而言，本发明创造性的给出了横向刚度小的平面回折型弹性管束结构形式，并水平布置换热管束于壳体内，从而实现横向流体诱导振动强化传热的目的。
基于上述设计原理，换热管束1在工作状态下仅于安装头3进行固定，其他部分均处于弹性状态，因此壳程流体绕流弹性管束，产生的交变流体力使得平面回折型弹性管束产生横向的振动。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现，未予以详细说明和局部放大呈现的部分，为现有技术，在此不进行赘述。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.一种平面回折型弹性强化换热管束，其特征在于，包括：
多根第一换热管；
与所述第一换热管方向相异并处于同一平面内的第二换热管；
任一第二换热管的两端均通过浮动块与第一换热管的一端密闭连接；
未通过浮动块与第二换热管连接的第一换热管的端部则通过浮动块与相邻的第一换热管密闭连接；
任一第一换热管与任一第二换热管的轴线均垂直；
所述第一换热管及第二换热管均为直管。
2.根据权利要求1所述的平面回折型弹性强化换热管束，其特征在于，所述第一换热管至少为2根。
3.一种换热器，该换热器具有外壳，外壳内具有换热管束，其特征在于，所述换热管束为权利要求1-2任一项所述的平面回折型弹性强化换热管束。
4.一种平面回折型弹性强化换热管束，其特征在于，包括：
多根换热管；
相邻换热管的端部通过浮动块密闭连接；
未通过浮动块与相邻换热管连接的第一换热管的端部具有安装头；
所有的换热管均为直管；
所有的换热管的轴线均位于同一平面内。
5.根据权利要求4所述的平面回折型弹性强化换热管束，其特征在于，所述换热管至少为2根。
6.一种换热器，该换热器具有外壳，外壳内具有换热管束，其特征在于，所述换热管束为权利要求4-5任一项所述的平面回折型弹性强化换热管束。
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Assignor: Qilu University of Technology

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Denomination of invention: A Planar Reflexing Elastic Enhanced Heat Exchange Tube Bundle and Heat Exchanger

Granted publication date: 20181102

License type: Common License

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