異型翅片擾流子換熱管和換熱器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及糧食干燥余熱回收裝置，尤其涉及一種異型翅片擾流子換熱管和 使用該換熱管的換熱器。
【背景技術(shù)】
[0002] 二十一世紀(jì)環(huán)保和節(jié)能是科學(xué)技術(shù)發(fā)展的重要議題。為了優(yōu)化我國(guó)的能源結(jié)構(gòu)， 提高能源利用效率，減少二氧化碳排放，近年來我國(guó)積極開展節(jié)能減排余熱廢熱回收利用， 一方面大力開發(fā)未被廣泛利用的余熱，提高能源利用率。我國(guó)糧食產(chǎn)量約占世界的1/4,糧 食在干燥過程中耗費(fèi)大量高品位能源的同時(shí)有大量的低品位熱能被排放掉，這樣不僅大量 熱能被排放浪費(fèi)掉，而且還會(huì)對(duì)周圍的生態(tài)環(huán)境造成熱污染。如果利用熱栗將這部分余熱 回收不僅可以提高糧食的干燥品質(zhì)而且起到節(jié)能降耗、環(huán)境友好等效益。糧食干燥余熱回 收技術(shù)既可以確保糧食得到很好的儲(chǔ)存又可以解決熱源資源的浪費(fèi)，提高了能源利用率。
[0003] 糧食干燥余熱回收技術(shù)作為余熱回收利用主要方式之一，發(fā)揮著重要作用。冷凝 器（換熱管）是糧食干燥循環(huán)工質(zhì)回收的設(shè)備，具有重要的作用，其結(jié)構(gòu)和換熱效果對(duì)系統(tǒng) 的性能影響較大，其換熱和壓降特性對(duì)整個(gè)系統(tǒng)效率的提高起著非常重要的作用。常規(guī)朗 肯動(dòng)力循環(huán)冷凝器以冷卻水為冷源，冷卻水壓較低，只需克服換熱器阻力即可。而糧食干燥 余熱回收裝置冷凝器以超臨界流體為冷源。普通冷凝管或換熱器中的換熱管均為光面，凝 結(jié)液體能很好地潤(rùn)濕壁面，壁面上鋪展成膜，這時(shí)液膜層就成為傳熱的主要熱阻，造成傳熱 效率低、換熱面積大等問題。同時(shí)，由于在管內(nèi)受到內(nèi)壁面的加熱，因其自有低溫高壓的特 殊性在管內(nèi)形成穩(wěn)定的螺旋流動(dòng)，即以溫度較低的液體核為中心的渦團(tuán)螺旋向前流動(dòng)，外 部圍繞著溫度較高的液體，雖然旋轉(zhuǎn)的離心力能把一部分溫度較低的液體甩到壁面，但大 部分溫度較低的液體還是聚集在管道中心，造成傳熱惡化，減少管內(nèi)溫度較低的液體與管 壁的換熱，降低了冷凝器的換熱效率。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004] 為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型提供一種異型翅片擾流子換熱管和使 用該換熱管的換熱器，該換熱管通過其外壁異型翅片和內(nèi)壁擾流子的特殊結(jié)構(gòu)，一方面可 以解決蒸氣凝結(jié)成液體后由上而下滴落時(shí)在下排管束形成液膜帶來傳熱熱阻增大的問題； 另一方面針對(duì)臨界狀態(tài)蒸氣，可以解決臨界狀態(tài)附近液體在管中加熱時(shí)產(chǎn)生的螺旋流動(dòng)造 成的換熱惡化問題，從而提高臨界狀態(tài)換熱器的換熱效率。
[0005] 本實(shí)用新型的技術(shù)原理是：本實(shí)用新型提供的異型翅片擾流子換熱管中，蒸氣通 過異型翅片擾流子換熱管與超臨界液體工質(zhì)換熱。蒸氣與低于飽和溫度的壁面接觸時(shí)，有 兩種不同形式的凝結(jié)形式。如果凝結(jié)液體能很好地潤(rùn)濕壁面，它就在壁面上鋪展成膜。這 種凝結(jié)形式稱為膜狀凝結(jié)。膜狀凝結(jié)時(shí)，壁面總被一層液膜覆蓋著，凝結(jié)放出的相變熱（潛 熱）必須穿過液膜才能傳到冷卻壁面上去。這時(shí)，液膜層就成為傳熱的主要熱阻。當(dāng)凝結(jié) 液體不能很好的潤(rùn)濕壁面時(shí)，凝結(jié)液體在壁面上形成一個(gè)個(gè)的小液珠。無論是膜狀凝結(jié)還 是珠狀凝結(jié)，凝結(jié)液體都是構(gòu)成液體與壁面交換熱量的熱阻載體。顯然，將蒸氣與冷壁面隔 開的液體層越大、越厚，熱阻越大。本實(shí)用新型采用帶導(dǎo)流角的異性翅片，可以將受重力作 用凝結(jié)液體長(zhǎng)大到一定尺寸后就沿導(dǎo)流角滾下，在滾下的過程中，一方面會(huì)與相遇的液體 合并成更大的液滴，另一方面也避開沿途中滴落到下排管束，從而使蒸氣與壁面有更多直 接接觸的面積，減少傳熱熱阻，增大換熱效率。換熱管內(nèi)壁上設(shè)置的擾流子可以打破臨界狀 態(tài)穩(wěn)定的螺旋形流動(dòng)，特別是在管內(nèi)交替設(shè)置正擾流部和反擾流部，可以把在換熱管中心 區(qū)域的溫度較低的液核為中心的渦團(tuán)分散到換熱器的內(nèi)壁面；當(dāng)沿著正擾流部擾動(dòng)方向擾 動(dòng)的工質(zhì)形成溫度較高的液核為中心的渦團(tuán)時(shí)，又會(huì)受到反擾流部的反向擾動(dòng)，使高、低溫 液體分散到管的外周，從而提高了換熱效果。
[0006] 本實(shí)用新型提供的技術(shù)方案是：
[0007] -種異型翅片擾流子換熱管，蒸氣通過異型翅片擾流子換熱管與超臨界液體工質(zhì) 換熱；異型翅片擾流子換熱管包括換熱管、異型翅片和擾流子；異型翅片包括基圓和導(dǎo)流 角，為整體沖壓成型的異型翅片，固定在換熱管的外面；基圓為空心圓環(huán)；基圓的下半部分 設(shè)有導(dǎo)流角；換熱管內(nèi)有擾流子，該擾流子包括正擾流部、固定部、反向結(jié)和反擾流部，設(shè)置 在換熱管內(nèi)壁的固定部把正擾流部前端固定，反擾流部的前端連接在正擾流部的末端，即 自由端；反擾流部與正擾流部的擾動(dòng)方向相反；擾流子反復(fù)排列在管內(nèi)且都與換熱管的壁 面接觸。
[0008] 所述異型翅片的基圓的空心圓環(huán)內(nèi)徑與換熱管外徑相同；異型翅片的導(dǎo)流角與基 圓相切，且兩切點(diǎn)分別與基圓的圓心在同一水平和垂直線上，導(dǎo)流角的邊均為光滑曲線且 對(duì)稱；基圓的下半部分設(shè)有的導(dǎo)流角為一個(gè)或兩個(gè)（相應(yīng)的異型翅片分為單導(dǎo)流角異型翅 片和雙導(dǎo)流角異型翅片）；導(dǎo)流角的頂點(diǎn)與基圓的圓心的距離大于基圓外徑的倍。
[0009] 反擾流部與正擾流部的區(qū)別在于反擾流部具有反向結(jié)；正擾流部與反擾流部反復(fù) 交替排列在管內(nèi)。
[0010] 本實(shí)用新型還提供一種換熱器（冷凝器），該冷凝器為裝有異型翅片擾流子換熱 管的管殼式換熱器，包括管箱、殼體、換熱管、循環(huán)液體進(jìn)口、循環(huán)液體出口、蒸氣進(jìn)口、凝結(jié) 液體出口和折流板；換熱管包括多個(gè)管束；置于殼體內(nèi)部的換熱管位于管箱中間，循環(huán)液 體進(jìn)口和循環(huán)液體出口均設(shè)在管箱的左側(cè)；蒸氣進(jìn)口設(shè)在殼體的上方；凝結(jié)液體出口設(shè)在 殼體的下方；折流板設(shè)在換熱管的管束之間。
[0011] 換熱器的殼體可以是圓形筒體，也可以是方形筒體或其他形狀的筒體。
[0012] 上述裝有異型翅片擾流子的管殼式換熱器在工作時(shí)，蒸氣由殼體上方的蒸氣進(jìn)口 進(jìn)入殼體，在折流板的作用下將蒸氣均勻分布，迫使蒸氣均勻通過管束和換熱管的異型翅 片，將熱量釋放給換熱管內(nèi)的超臨界液體（氣體）而凝結(jié)成液體，由凝結(jié)液體出口排出。超 臨界液體（循環(huán)液體）則從進(jìn)口通過管箱進(jìn)入上述換熱管，在上述換熱管內(nèi)的擾流子的作 用下呈溫度均勻混合流動(dòng)，并通過換熱管從蒸氣中吸收熱量，管內(nèi)的超臨界液體溫度升高 或轉(zhuǎn)換為氣體，最終經(jīng)管箱由循環(huán)液體出口排出。
[0013] 上述管殼式換熱器在工作時(shí)，換熱器在管程流動(dòng)的超臨界工質(zhì)與殼程流動(dòng)的蒸氣 進(jìn)行換熱。流動(dòng)的流程可以是單流程，也可以是雙流程或多流程。
[0014] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果是：
[0015] 本實(shí)用新型提供一種異型翅片擾流子換熱管和使用該換熱管的冷凝器，該換熱管 通過其外壁異型翅片和內(nèi)壁擾流子的特殊結(jié)構(gòu)，一方面可以解決蒸氣凝結(jié)成液體后由上而 下滴落時(shí)在下排管束形成液膜帶來傳熱熱阻增大的問題；另一方面針對(duì)臨界狀態(tài)蒸氣，可 以解決臨界狀態(tài)附近液體在管中加熱時(shí)產(chǎn)生的螺旋流動(dòng)造成的換熱惡化問題，從而提高臨 界狀態(tài)換熱器的換熱效率。
[0016]本實(shí)用新型采用帶導(dǎo)流角的異性翅片，可以將受重力作用凝結(jié)液體長(zhǎng)大到一定尺 寸后就沿導(dǎo)流角滾下，在滾下的過程中，一方面會(huì)與相遇的液體合并成更大的液滴，另一方 面也避開沿途中滴落到下排管束，從而使蒸氣與壁面有更多直接接觸的面積，減少傳熱熱 阻，增大換熱效率。換熱管內(nèi)壁上設(shè)置的擾流子可以打破臨界狀態(tài)穩(wěn)定的螺旋形流動(dòng)，特別 是在管內(nèi)交替設(shè)置正擾流部和反擾流部，可以把在換熱管中心區(qū)域的溫度較低的液核為中 心的渦團(tuán)分散到換熱器的內(nèi)壁面；當(dāng)沿著正擾流部擾動(dòng)方向擾動(dòng)的工質(zhì)形成溫度較高的液 核為中心的渦團(tuán)時(shí)，又會(huì)受到反擾流部的反向擾動(dòng)，使高、低溫液體分散到管的外周，從而 提高了換熱效果。同等工況下，能夠強(qiáng)化傳熱、提高傳熱效率，減小換熱面積。
【附圖說明】
[0017] 圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的單導(dǎo)流角異型翅片的結(jié)構(gòu)圖；
[0018] 圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的雙導(dǎo)流角異型翅片的結(jié)構(gòu)圖；
[0019] 圖1~圖2中，1一異型翅片基圓；2-異型翅片導(dǎo)流角；3-異型翅片基圓的中心 孔；〇-基圓1的圓心；A-導(dǎo)流角2與翅片基圓1相切且與基圓1的圓心0在同一水平線上 的切點(diǎn)；B-導(dǎo)流角2與翅片基圓1相切且與基圓1的圓心0在同一垂直線上的切點(diǎn)。
[0020] 圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的異型翅片擾流子換熱管的正剖面結(jié)構(gòu)圖；
[0021] 其中，（a)為擾流子的正擾流剖面圖；(b)為擾流子的反擾流子剖面圖；1一異型翅 片基圓；2-異型翅片導(dǎo)流角；4一換熱管；5-正擾流郃；6-固定郃；7-反向結(jié)；8-管內(nèi) 壁；9 一反擾流郃。
[0022] 圖4為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的設(shè)置異型翅片擾流子換熱管的管殼式換熱器的 結(jié)構(gòu)圖；
[0023]其中，10-管殼式換熱