CN108204750A - 一种交错凹面换热管套管式换热器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种交错凹面换热管套管式换热器，包括外壳、交错凹面换热管、左端盖和右端盖，交错凹面换热管外表面的左右和上下交错设置球形凹面，并在管体内表面形成了与管体外表面相对应的球形凸面，使壳程空腔内的流体速度的大小和方向发生了周期性的改变，增加了壳程流体的湍流程度，也加强了流体的扰动，提高了对流换热系数，同时，上凹面和下凹面与左凹面和右凹面交错设置，使得管体内的截面积也随之周期性变化，即流经上下凹面时，流速大截面积小，流经左右凹面时流速小截面积大，因此流经上下凹面和流经左右凹面时的流量无变化，但传热场的协同作用增强，换热器的热交换效率得到了有效提高。本发明结构简单易拆洗，应用前景广泛。
Description
技术领域
本发明属于传热设备领域，具体涉及一种交错凹面换热管套管式换热器。
背景技术
较列管式换热器而言，套管式换热器结构简单，传热面积增减自如，同时其由标准构件组合而成，安装时无需另外加工，传热效能高，是一种纯逆流型换热器，同时还可以选取合适的截面尺寸，以提高流体速度，增大两侧流体的传热系数，套管式换热器在科研和实际生产领域有着广泛的应用。它是用两种管径不同的标准管连接而成同心圆套管，外面的叫壳程，内部的叫管程。两种不同介质可在壳程和管程内逆向流动(或同向)以达到换热的效果。目前套管换热器中的内管都是采用光滑圆管，管材一般为铜、不锈钢及钛等金属材料，换热器中流体对流换热系数低，导致套管式换热器总的传热系数低。
发明内容
本发明设计了一种交错凹面换热管套管式换热器，以解决上述背景技术中提到的问题和不足。
本发明解决其技术问题的解决方案是：一种交错凹面换热管套管式换热器，包括管状的外壳、连接在外壳两端的左端盖和右端盖，所述外壳两端分别设有与管程流体的流向相反的壳程流体入口和壳程流体出口，还包括设在外壳内并与外壳同轴的交错凹面换热管，所述交错凹面换热管的外表面沿轴向设有连续且上下对称的上凹面和下凹面及连续且左右对称的左凹面和右凹面，同时上凹面和下凹面与左凹面和右凹面交错设置，所述上凹面、下凹面、左凹面、右凹面均为球形凹面且与管体表面光滑连接，所述交错凹面换热管的内表面具有与外表面相对应的上凸面、下凸面、左凸面、右凸面，所述交错凹面换热管的两端贯穿左、右端盖，所述外壳内表面、交错凹面换热管外表面及左、右端盖之间形成环状的壳程空腔。
作为上述技术方案的进一步改进，所述交错凹面换热管由金属材料圆管通过挤压成形。
作为上述技术方案的进一步改进，所述上凹面和下凹面与左凹面和右凹面之间形成交错凹面管段，所述交错凹面管段的凹面节距为凹面直径的1～3倍，所有凹面的尺寸相同。
作为上述技术方案的进一步改进，所述外壳采用钢、铸铁、铜、钛、陶瓷或玻璃中的任一种或两种材料。
本发明的有益效果是：本发明采用交错凹面换热管作为套管式换热器的内管，交错凹面换热管外表面的左右和上下交错设置球形凹面，并在管体内表面形成了与管体外表面相对应的球形凸面，使壳程空腔内的流体速度的大小和方向发生了周期性的改变，增加了壳程流体的湍流程度，也加强了流体的扰动，提高了对流换热系数，同时，上凹面和下凹面与左凹面和右凹面交错设置，使得管体内的截面积也随之周期性变化，即流经上下凹面时，流速大截面积小，流经左右凹面时流速小截面积大，因此流经上下凹面和流经左右凹面时的流量无变化，但传热场的协同作用增强，传热效率得到了有效提高。此外，外壳内表面、交错凹面换热管的外表面及两端盖之间形成环状空腔，加强了壳程流体径向混合，增加了壳程流体自身的湍流度，提高了对流换热系数。本发明结构简单易于拆洗和维修，可应用于多种工业换热设备，具有广泛的市场应用前景。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单说明。显然，所描述的附图只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，本领域的技术人员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设计方案和附图。
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明中交错凹面换热管的结构示意图；
图3是图2中A-A处的剖面放大示意图；
图4是图2中A1-A1处的剖面放大示意图；
图5是图2中A2-A2处的剖面放大示意图；
附图标记：
1、外壳；2、交错凹面换热管；3、左端盖；4、右端盖；5、管程流体入口；6、管程流体出口；7、壳程流体入口；8、壳程流体出口；201、上凹面；202、下凹面；203、左凹面；204、右凹面；205、上凸面；206、下凸面；207、左凸面；208、右凸面；209、管体；210、圆弧。
具体实施方式
以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。另外，文中所提到的所有联接/连接关系，并非单指构件直接相接，而是指可根据具体实施情况，通过添加或减少联接辅件，来组成更优的联接结构。本发明创造中的各个技术特征，在不互相矛盾冲突的前提下可以交互组合。
参照图1-图5，一种交错凹面换热管套管式换热器，包括管状的外壳1、连接在外壳1两端的左端盖和右端盖，所述外壳1两端分别设有与管程流体的流向相反的壳程流体入口7和壳程流体出口8，还包括设在外壳1内并与外壳1同轴的交错凹面换热管2，所述交错凹面换热管2外表面沿轴向设有连续且上下对称的上凹面201和下凹面202及连续且左右对称的左凹面203和右凹面204，同时上凹面201和下凹面202与左凹面203和右凹面204交错设置，使得管体209内的截面积也随之周期性变化，即流经上下凹面202时，流速大截面积小，流经左右凹面204时流速小截面积大，因此流经上下凹面202和流经左右凹面204时的流量无变化，但传热场的协同作用增强，换热器的热交换效率得到了有效提高，所述上凹面201、下凹面202、左凹面203、右凹面204均为球形凹面且与管体209表面光滑连接，使得流体阻力小，所述交错凹面换热管2的内表面具有与外表面相对应的上凸面205、下凸面206、左凸面207、右凸面208，使壳程空腔内的流体速度的大小和方向发生了周期性的改变，增加了壳程流体的湍流程度，在边界层内速度矢量和温度梯度矢量的夹角变小，也加强了流体的扰动，提高了对流换热系数，所述交错凹面换热管2的两端贯穿左、右端盖，所述外壳1内表面、交错凹面换热管2外表面及左、右端盖之间形成环状的壳程空腔，增加了壳程流体自身的湍流度，提高了对流换热系数。
作为上述技术方案的进一步改进，所述交错凹面换热管2由金属材料圆管通过挤压成形，工艺简单，且成形的管材的强度和韧性也得到提高。
作为上述技术方案的进一步改进，所述上凹面201和下凹面202与左凹面203和右凹面204之间形成交错凹面管段，所述交错凹面管段的凹面节距为凹面直径的1～3倍，所有凹面的尺寸相同，使得管体209内相对应的交错凸面管段能连续改变流体的流动方向，强化了管体209内中心处流体的传热。
作为上述技术方案的进一步改进，所述外壳1采用钢、铸铁、铜、钛、陶瓷或玻璃中的任一种或两种材料。
以上对本发明的较佳实施方式进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。
Claims (4)
1.一种交错凹面换热管套管式换热器，包括管状的外壳、连接在外壳两端的左端盖和右端盖，所述外壳两端分别设有与管程流体的流向相反的壳程流体入口和壳程流体出口，其特征在于：还包括设在外壳内并与外壳同轴的交错凹面换热管，所述交错凹面换热管外表面沿轴向设有连续且上下对称的上凹面和下凹面及连续且左右对称的左凹面和右凹面，同时上凹面和下凹面与左凹面和右凹面交错设置，所述上凹面、下凹面、左凹面、右凹面均为球形凹面且与管体表面光滑连接，所述交错凹面换热管的内表面具有与外表面相对应的上凸面、下凸面、左凸面、右凸面，所述交错凹面换热管的两端贯穿左、右端盖，所述外壳内表面、交错凹面换热管外表面及左、右端盖之间形成环状的壳程空腔。
2.根据权利要求1所述的一种交错凹面换热管套管式换热器，其特征在于：所述交错凹面换热管由金属材料圆管通过挤压成形。
3.根据权利要求1所述的一种交错凹面换热管套管式换热器，其特征在于：所述上凹面和下凹面与左凹面和右凹面之间形成交错凹面管段，所述交错凹面管段的凹面节距为凹面直径的1～3倍，所有凹面的尺寸相同。
4.根据权利要求1所述的一种交错凹面换热管套管式换热器，其特征在于：所述外壳采用钢、铸铁、铜、钛、陶瓷或玻璃中的任一种或两种材料。
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