CN201269705Y - 换热管内外翅片复合强化传热换热器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种换热管内外翅片复合强化传热换热器，包括壳体、壳体两端的管程进口和管程出口、壳体内两端的两个管板、平行固定于两管板间的换热管、多个挡板以及壳体侧壁上的壳程进口和壳程出口；换热管与管程进口和管程出口组成管内流通通道，挡板与壳程进口和壳程出口组成壳侧流通通道，换热管外设置有多个外翅片；换热管包括同心穿套的外管和芯管及二者间绕管芯环绕嵌设的内翅片，内翅片由波纹内翅片板弯曲而成且在外管和芯管间形成一圆柱状的纵向螺旋式内翅片管，该纵向螺旋式内翅片管上分布有多个纵向螺旋式流通通道。本实用新型在增加换热管内外换热面积、强化管内外对流换热及管内传热的同时，也有效降低了换热管内的流动阻力。

Description

换热管内外翅片复合强化传热换热器

技术领域

本实用新型涉及一种换热器，尤其是涉及一种换热管内外翅片复合强化传热换热器。

背景技术

换热器是炼油、化工、环保、能源、电力等工业中的一种重要单元设备，通常在化工厂的建设中，换热器约占总投资的10-20％，目前，国内外常用的换热器大体上可以分为管式和板式两大类。对于有气体换热的情况，一般采用增加翅片的方式来强化气侧换热。通常而言，板翅式换热器广泛应用于气-气换热，管翅式换热器较多的应用于气-液换热。

对于板翅式换热器，因其在钎接过程中局部没有钎牢而形成薄弱环节，从而决定了板翅式换热器不能承受较高的绝对压力或者故障状态下较高的相对压力，因此在极限工况下很可能会发生胀裂，以致带来较大的经济损失和安全隐患，因而限制了板翅式换热器的使用场合。

对于管翅式换热器，一般仅在换热管外侧增加翅片，管侧方面的圆管能够承受较高的绝对压力，适用于具有高压流体运作的场合，且操作压力的应用范围较宽，如冷凝器、蒸发器和空冷器等，但其单位体积内的换热面积相对于板翅式换热器较低，换热能力低于板翅式换热器的换热能力。而对于管内加内翅片并以此来增加换热管传热面积的相关课题也有许多研究，但相关内翅片管的结构布置在起到强化传热作用的同时，也显著地增加了管内流动阻力，从而使得传热强化与流动阻力增加这对矛盾没有很好解决。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种换热管内外翅片复合强化传热换热器，在增加换热管内外换热面积、强化管内外对流换热及管内传热的同时，也有效降低了换热管内的流动阻力。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种换热管内外翅片复合强化传热换热器，包括壳体、设置在壳体上下两端的管程进口和管程出口、分别位于壳体内部两端的两个管板、平行固定于两个管板之间的多个换热管、设置在壳体内部的起固定换热管和导流作用的多个挡板以及分别位于壳体侧壁上的壳程进口和壳程出口，所述换热管与管程进口和管程出口连通组成管内流通通道，所述多个挡板与壳程进口和壳程出口连通组成一个纵向螺旋式的壳侧流通通道，所述换热管外设置有多个外翅片，所述换热管包括同心穿套的外管和芯管以及在二者间绕管芯环绕嵌设的内翅片，其特征在于：所述内翅片由波纹内翅片板弯曲而成且在外管和芯管之间形成一个圆柱状的纵向螺旋式内翅片管，所述纵向螺旋式内翅片管上分布有多个纵向螺旋式流通通道。

所述挡板的数量为奇数，所述壳程进口和壳程出口位于壳体侧壁的同侧。

所述波纹内翅片板波纹的纹路与水平方向间的夹角为α，其中15°≤α≤85°；所述波纹内翅片板波纹的形状为连续周期函数，其纵向幅高与外管和芯管之间的间距相等；

所述内翅片中所流通的介质黏性越大，所述波纹内翅片板的波纹越稀疏，所述波纹的波长λ越大，所述纵向螺旋式流通通道的数量越少，α越大。

所述波纹内翅片板的波纹为锯齿形、矩形或正弦波形。

所述波纹内翅片板上连续开有多个孔或多条缝。

所述外翅片为平板式连续板翅或波纹式连续板翅。

所述平板式连续板翅或波纹式连续板翅上开有多个孔或缝。

所述平板式连续板翅或波纹式连续板翅上安装有纵向涡发生器或百叶窗。

本实用新型与现有技术相比具有以下优点，1、结构合理、使用操作方便；2、换热管采用纵向螺旋式内翅片管，不仅增加了管侧的换热面积及流动扰动，同时能够有效降低流动阻力，从而综合优化了管内的流动与传热过程；3、在换热管外侧增加不同形式的外翅片，使换热管外侧的换热能力也同时得到了强化，这样使所得到换热器单位体积内的换热面积远远大于一般的管翅式换热器，与板翅式换热器单位体积内的换热面积相当，因而，本实用新型增加了换热管内外两侧的换热面积，从而强化了换热管内外两侧的对流换热，使所得到换热器的换热密度远大于一般的管翅式换热器；4、能够承受较高的绝对压力或者故障状态下较高的相对压力，能有效防止换热器发生胀裂。综上，本实用新型在增加换热管内外换热面积、强化管内外对流换热及管内传热的同时，也有效降低了换热管内的流动阻力，特别对于管内流动与传热过程，在显著强化管内传热的同时，也能够有效降低管内流动阻力，总之，其换热能力可以达到板翅式换热器的同等水平，但在承受高压方面与板翅式相比具有明显优势。

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本实用新型的装配结构示意图。

图2为本实用新型的内部结构示意图。

图3为本实用新型所采用波纹内翅片板的整体结构示意图。

图4为本实用新型换热管的结构示意图。

图5为本实用新型换热管和带有百叶窗的平板式连续板翅连接的立体示意图。

图6为本实用新型换热管和开孔的平板式连续板翅连接的立体示意图。

图7为本实用新型换热管和波纹式连续板翅连接的立体示意图。

图8为本实用新型换热管和开缝的平板式连续板翅连接的立体示意图。

图9为本实用新型换热管和带有纵向涡发生器的平板式连续板翅连接的立体示意图。

附图标记说明：

1—管板；              2—换热管；            3—挡板；

4—平板式连续板翅；    5—壳体；              6—外管；

7—内翅片；            8—芯管；              9—波纹式连续板翅；

10-1—管程进口；       10-2—管程出口；       11-1—壳程进口；

11-2—壳程出口；       12—孔；               13—缝；

14—纵向涡发生器；     15—百叶窗；           17—通孔。

具体实施方式

实施例1

如图1、图2所示，本实用新型包括壳体5、设置在壳体5上下两端的管程进口10-1和管程出口10-2、分别位于壳体5内部两端的两个管板1、平行固定于两个管板1之间的多个换热管2、设置在壳体5内部的起固定换热管2和导流作用的多个挡板3以及分别位于壳体5侧壁上的壳程进口11-1和壳程出口11-2，其管板1上对应开有多个用于安装换热管2的通孔17。其中，所述换热管2与管程进口10-1和管程出口10-2连通组成管内流通通道，所述多个挡板3与壳程进口11-1和壳程出口11-2连通组成一个纵向螺旋式的壳侧流通通道，并且换热管2外设置有多个外翅片。另外，所述挡板3的数量为奇数，所述壳程进口11-1和壳程出口11-2位于壳体5侧壁的同侧。本实施例中，挡板3的数量为7个且交错安装在壳体5内壁上的水平板，并且7个挡板3组成一个连续的纵向螺旋式流通通道。

结合图3、图4，所述换热管2包括同心穿套的外管6和芯管8以及在二者间绕管芯环绕嵌设的内翅片7，其内翅片7由波纹内翅片板弯曲而成且在外管6和芯管8之间形成一个圆柱状的纵向螺旋式内翅片管，所述纵向螺旋式内翅片管上分布有多个纵向螺旋式流通通道。另外，波纹内翅片板波纹的纹路与水平方向间的夹角为α，其中15°≤α≤85°；所述波纹内翅片板波纹的形状为连续周期函数，其纵向幅高与外管6和芯管8之间的间距相等，并且所述内翅片7与外管6和芯管8之间采用钎焊进行连接，同时，芯管8为堵塞芯管。在实际应用过程中，内翅片7中所流通的介质黏性越大，所述波纹内翅片板的波纹越稀疏，所述波纹的波长λ越大，纵向螺旋式流通通道的数量越少，α越大。本实施例中，波纹内翅片板的波纹为正弦波形，实践中，也可以将波纹内翅片板的波纹加工制作为锯齿形或矩形等其他波纹形状。

实际使用过程中，管侧的换热流体从管程进口10-1进入后，穿过固定在管板1上的多个换热管2，具体是从分布在换热管2内部纵向螺旋式内翅片管的多个纵向螺旋式流通通道流过，最后再由管程出口10-2流出。总之，换热管2与管内流通通道管程进口10-1和管程出口10-2组成管内流通通道，另外由于芯管8为堵塞芯管，其换热管2内所加堵塞的一端迎着管内换热流体的流来方向，因而在不同换热管2流通管道之间的换热流体相互不混合。这样，由于在换热管2内设置有纵向螺旋式的内翅片7，因而极大增加了换热管2内的传热面积，强化了换热管2内侧的气体换热，同时能够有效降低换热管2内换热流体的流动阻力。

而在换热管2外安装有平板式连续板翅4以及多个挡板3，平板式连续板翅4用来增大壳侧的换热面积，以增强壳侧的换热能力。实际使用过程中，其壳侧的换热流体从壳程进口11-1进入后，在挡板3的引导下横向冲刷换热管2，完成换热过程后从壳程出口11-2流出。

综上，由于换热管2内外两侧都加有翅片，因而能够有效增大换热面积，并有效强化两侧换热流体的换热能力；此外，因为采用圆管作为换热管2内外两侧翅片的载体，所以与板翅式换热器相比，管翅式换热器能够大大增加承受高压的能力。

实施例2

本实施例与实施例1的不同之处在于，换热管2外安装的平板式连续板翅4上开有多个孔12，如图6所示；或者平板式连续板翅4上开有多个缝13，如图8所示；或者平板式连续板翅4上安装有多个百叶窗15，如图5所示；或者平板式连续板翅4上安装有多个纵向涡发生器14，如图9所示。在实际应用过程中，当壳侧的换热流体流经开有孔12或缝13，或者安装有纵向涡发生器14或百叶窗15的平板式连续板翅4时，流体流动的扰动进一步增大，因而其流动和换热边界层得到了有效地破坏和减薄，因而提高了壳侧的换热能力，使换热器的换热性能进一步提高。实际加工制作时，也可以在平板式连续板翅4的上下两侧均开有孔12或缝13，或者在其上下两侧均安装有纵向涡发生器14或百叶窗15。

实施例3

如图7所示，本实施例与实施例1的不同之处在于，换热管2外安装的外翅片为波纹式连续板翅9，其余部分的结构和功能均与实施例1相同。由于换热管2外安装有波纹式连续板翅9，因而壳侧换热流体在波纹式连续板翅9之间所形成的狭小空间内流动，从而更进一步增大了流体流动的扰动，使得壳侧的换热能力有所提高。这样，在换热管2内外均安装有波纹式翅片，在提高换热面积和增加扰动、更进一步强化换热能力的同时，也进一步提高换热器整体的承压能力。另外，同实施例2，也可以在波纹式连续板翅9上开有多个孔12或缝13，或者安装有多个纵向涡发生器14或百叶窗15。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。

Claims (8)

1.一种换热管内外翅片复合强化传热换热器，包括壳体(5)、设置在壳体(5)上下两端的管程进口(10-1)和管程出口(10-2)、分别位于壳体(5)内部两端的两个管板(1)、平行固定于两个管板(1)之间的多个换热管(2)、设置在壳体(5)内部的起固定换热管(2)和导流作用的多个挡板(3)以及分别位于壳体(5)侧壁上的壳程进口(11-1)和壳程出口(11-2)，所述换热管(2)与管程进口(10-1)和管程出口(10-2)连通组成管内流通通道，所述多个挡板(3)与壳程进口(11-1)和壳程出口(11-2)连通组成一个纵向螺旋式的壳侧流通通道，所述换热管(2)外设置有多个外翅片，所述换热管(2)包括同心穿套的外管(6)和芯管(8)以及在二者间绕管芯环绕嵌设的内翅片(7)，其特征在于：所述内翅片(7)由波纹内翅片板弯曲而成且在外管(6)和芯管(8)之间形成一个圆柱状的纵向螺旋式内翅片管，所述纵向螺旋式内翅片管上分布有多个纵向螺旋式流通通道。

2.按照权利要求1所述的换热管内外翅片复合强化传热换热器，其特征在于：所述挡板(3)的数量为奇数，所述壳程进口(11-1)和壳程出口(11-2)位于壳体(5)侧壁的同侧。

3.按照权利要求1或2所述的换热管内外翅片复合强化传热换热器，其特征在于：所述波纹内翅片板波纹的纹路与水平方向间的夹角为α，其中15°≤α≤85°；所述波纹内翅片板波纹的形状为连续周期函数，其纵向幅高与外管(6)和芯管(8)之间的间距相等；

所述内翅片(7)中所流通的介质黏性越大，所述波纹内翅片板的波纹越稀疏，所述波纹的波长λ越大，所述纵向螺旋式流通通道的数量越少，α越大。

4.按照权利要求1或2所述的换热管内外翅片复合强化传热换热器，其特征在于：所述波纹内翅片板的波纹为锯齿形、矩形或正弦波形。

5.按照权利要求1或2所述的换热管内外翅片复合强化传热换热器，其特征在于：所述波纹内翅片板上连续开有多个孔或多条缝。

6.按照权利要求1或2所述的换热管内外翅片复合强化传热换热器，其特征在于：所述外翅片为平板式连续板翅(4)或波纹式连续板翅(9)。

7.按照权利要求6所述的换热管内外翅片复合强化传热换热器，其特征在于：所述平板式连续板翅(4)或波纹式连续板翅(9)上开有多个孔(12)或缝(13)。

8.按照权利要求6所述的换热管内外翅片复合强化传热换热器，其特征在于：所述平板式连续板翅(4)或波纹式连续板翅(9)上安装有纵向涡发生器(14)或百叶窗(15)。

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