CN101435668A - 内外翅片扁管换热器 - Google Patents
内外翅片扁管换热器 Download PDFInfo
- Publication number
- CN101435668A CN101435668A CNA2008102323492A CN200810232349A CN101435668A CN 101435668 A CN101435668 A CN 101435668A CN A2008102323492 A CNA2008102323492 A CN A2008102323492A CN 200810232349 A CN200810232349 A CN 200810232349A CN 101435668 A CN101435668 A CN 101435668A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- tube
- heat exchanger
- flat
- fin
- flat tube
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
Abstract
本发明公开了一种内外翅片扁管换热器，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；所述换热管由扁管以及设置在扁管内部的纵向波纹内翅片，所述扁管与其内部纵向波纹内翅片之间形成多个纵向流通通道。本发明通过在传统扁管内增加纵向内翅片板，从而能够充分加热换热管内的高粘度流体，使其在传热结构及换热性能方面与板翅式换热器相当，同时也使其承压能力得到有效提高。
Description
技术领域
本发明涉及一种换热器，尤其是涉及一种内外翅片扁管换热器。
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。此外，板翅式换热器不可拆，清洗困难，制造工艺复杂，成本高，因而限制了板翅式换热器的使用场合。
由于受到扁管管壳式换热器结构设计的影响，开发出了扁管管翅式换热器，即以扁管管束代替圆管管束，从而能够使得换热面积得到有效地提高，使其接近板壳式换热器的热效率，同时其能够承受较大的压力，制造工业简单。但对于单纯的扁管换热器而言，在石油化工中，高黏度流体在换热器光管中加热，常出现管壁附近流体温度过高，而在管子中心部位流体加热不足，即流体加热不均匀、不充分现象，从而影响设备的换热效率。因此，很有必要针对光管管内的流动传热进行强化。此外，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。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种内外翅片扁管换热器，其通过在传统扁管内增加纵向内翅片板，从而能够充分加热换热管内的高粘度流体，使其传热结构及换热性能方面与板翅式换热器相当，同时也使其承压能力得到有效提高。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种内外翅片扁管换热器，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弓型折流板式壳侧流通通道，所述换热管外设置有多个外翅片，其特征在于：所述换热管由扁管以及设置在扁管内部的纵向波纹内翅片，所述扁管与其内部纵向波纹内翅片之间形成多个纵向流通通道。
所述挡板的数量为奇数个，所述壳程进口和壳程出口位于壳体侧壁的同侧。
所述纵向波纹内翅片的波纹形状为连续周期函数。
所述纵向波纹内翅片的波纹为锯齿形、矩形或正弦波形。
所述纵向波纹内翅片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纵向涡发生器或百叶窗。
本发明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、换热管采用扁管，能够有效地增加管内传热面积，提高其传热效率；而在扁管内加内翅片则能够有效地增加管内传热面积，同时增加了流动地扰动，从而使得管内流体得以充分加热，因此，在扁管内增加纵向内翅片板对于扁管内的传热强化具有显著效果，从而能够充分加热管内的高粘度液体，使其在传热结构及换热性能方面与板翅式换热器相当，同时其承压能力也能够有效地得到提高；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，本发明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，本发明能够有效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，使其换热能力可以达到板翅式换热器的同等水平，同时在承受高压方面与板翅式相比具有明显优势；其通过在传统扁管内增加纵向内翅片板，从而能够充分加热换热管内的高粘度流体，使其传热结构及换热性能方面与板翅式换热器相当，同时也使其承压能力得到有效提高，具有制造简单、维修和清洗方便等优点。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明的装配结构示意图。
图2为本发明的内部结构示意图。
图3为本发明换热管的结构示意图。
图4为本发明纵向波纹内翅片的结构示意图。
图5为本发明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为本发明换热管和开孔的平板式连续板翅连接的立体示意图。
图7为本发明换热管和波纹式连续板翅连接的立体示意图。
图8为本发明换热管和开缝的平板式连续板翅连接的立体示意图。
图9为本发明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—扁管；
7—纵向波纹内翅片； 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，本发明包括壳体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连通组成一个弓型折流板式的壳侧流通通道，并且换热管2外设置有多个外翅片。另外，所述挡板3的数量为奇数个，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组成一个折流板式流通通道。实际使用过程中，所述挡板3的数量也可以为偶数个，所述壳程进口11-1和壳程出口11-2分别位于壳体5侧壁的两侧。
结合图3、图4，所述换热管2由扁管6以及设置在扁管6内部的纵向波纹内翅片7，所述扁管6与其内部纵向波纹内翅片7之间形成多个纵向流通通道。另外，所述波纹的波纹形状为连续周期函数。在实际应用过程中，纵向波纹内翅片7中所流通的介质黏性越大，其波纹越稀疏且所述波纹的波长λ越大，纵向流通通道的数量越少。本实施例中，纵向波纹内翅片7的波纹形状为正弦波形，实践中，也可以将其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内部的多个纵向翅片流通通道流过，最后再由管程出口10-2流出。由于在换热管2内设置有纵向波纹内翅片板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内侧的流体换热。
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，因为采用扁管6作为换热管2内外两侧翅片的载体，因而能够使得换热面积得到有效地提高，使其接近板壳式换热器的热效率。也就是说，本发明通过在传统扁管6内增加纵向内翅片板，从而能够充分加热换热管2内的高粘度流体，使其传热结构及换热性能方面与板翅式换热器相当，同时也使其承压能力得到有效提高。
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。
建立物理模型对内翅片扁管内的传热特性进行计算并分析，具体是采用有限体积法对一定几何尺寸的扁管光管和本发明中的内翅片扁管两种传热管的流动与传热性能进行全场数值模拟，以此分析对比两者在相同边界条件下的传热性能。具体分析如下：以纵向长度为400mm的扁管光管和内翅片扁管为例，并且本发明的内翅片扁管中，扁管14的纵向长度为400mm且设置在扁管14内部的纵向波纹内翅片15的厚度为0.4mm，波纹周期个数为3，同时，纵向波纹内翅片15的材料为铜且其形状为锯齿形。另外，计算边界条件给定如下：两种传热管进口和出口均采用压力边界条件，流体工质为水，并且进口温度为T＝300K；而内翅片扁管和普通扁管的外壁采用定温边界条件为T＝400K。
采用流固耦合算法对两种传热管在高流速下的传热特性进行计算，湍流模型选用可实现k～ε两方程模型。采用有限容积法对计算区域进行离散，以内翅片扁管为例，其网格划分节点数为487312，网格类型为六面体结构化网格。采用SIMPLEC算法处理速度和压力的耦合问题，对流项的离散格式为QUICK。通过验证，采用上述数值分析方法所得出的数值计算结果与《扁管管内流动与传热的三维数值模拟》一文中所得出的分析结果相对偏差在6％以内，因而采用数值计算模型的可靠性较高。同时，为了便于分析问题，将两种传热管即扁管光管与内翅片扁管，在相同的进出口压力及相同的进口流速条件下，对比分析其出口温度、进口流速、总传热量、平均传热系数等数据，以此来分析内翅片扁管传热性能的优劣性。具体分析如下：
首先，在相同的进出口压力条件下，对比分析两种换热管的传热性能，其计算数据见表1。
表1 相同进出口压力条件下对比数据
| 对比参数 | 出口温度(K) | 进口流速(m/s) | 总传热量(kW) | 平均传热系数(W/(m2·K)) |
| 扁管光管 | 316.6 | 6.97 | 59.41 | 30688 |
| 内翅片扁管 | 325.8 | 5.0 | 67.25 | 25385 |
表1说明在相同的进出口压力边界条件下，相对扁管光管，内翅片扁管内水工质的出口温度提高了2.91％(即9.2℃)；在流速小于扁管光管的情况下(流速降低了28.3％)，总传热量反而提高了13.2％；平均传热系数则降低了17.2％，这主要由两方面的原因造成，其一为进口流速的降低，对内翅片扁管内的传热起到了一定的消弱作用；其二为内翅片扁管总传热量大于扁管光管，其传热面积也大于扁管光管，将总传热量进行平摊，其平均传热系数则可能小于扁管光管，但总的来说，即使在进口流速小于扁管光管的情况下，内翅片扁管的整体传热性能要好于扁管光管。
为了更加全面分析内翅片扁管的传热性能，在相同进口流速条件下，进一步对比分析内翅片扁管与扁管光管的传热特性。具体是：在相同的进口流速条件(V＝5.0m/s)下对比分析两种换热管的传热性能，其计算数据见表2。
表2 相同进口流速条件下对比数据
| 对比参数 | 出口温度(K) | 总传热量(kW) | 平均传热系数(W/(m2·K)) |
| 扁管光管 | 317.5 | 45.90 | 23449 |
| 内翅片扁管 | 325.8 | 67.25 | 25385 |
由表2可知，在相同的进口流速条件下，相对于扁管光管，内翅片扁管内水工质的出口温度提高了2.61％(即8.3℃)；总传热量提高了46.5％；平均传热系数提高了8.26％，即全体的传热指标都得到了有效地提高。因此，相对于扁管光管，内翅片扁管使得管内传热特性得到了很大地改善，有利于提高换热器整体的紧凑性。
综上所述，适当地增加设置在扁管14内的纵向波纹内翅片15的厚度及个数，选择具有高导热性能及良好材料性能的内翅片材料，对于进一步改善和提高内外翅片扁管换热器的整体传热效率及紧凑性具有一定的积极作用。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明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，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
Claims (8)
1.一种内外翅片扁管换热器，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)连通组成一个弓型折流板式壳侧流通通道，所述换热管(2)外设置有多个外翅片，其特征在于：所述换热管(2)由扁管(6)以及设置在扁管(6)内部的纵向波纹内翅片(7)，所述扁管(6)与其内部纵向波纹内翅片(7)之间形成多个纵向流通通道。
2.按照权利要求1所述的内外翅片扁管换热器，其特征在于：所述挡板(3)的数量为奇数个，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所述的内外翅片扁管换热器，其特征在于：所述纵向波纹内翅片(7)的波纹形状为连续周期函数。
4.按照权利要求1或2所述的内外翅片扁管换热器，其特征在于：所述纵向波纹内翅片(7)的波纹为锯齿形、矩形或正弦波形。
5.按照权利要求1或2所述的内外翅片扁管换热器，其特征在于：所述纵向波纹内翅片(7)上连续开有多个孔或多条缝。
6.按照权利要求1或2所述的内外翅片扁管换热器，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所述的内外翅片扁管换热器，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所述的内外翅片扁管换热器，其特征在于：所述平板式连续板翅(4)或波纹式连续板翅(9)上安装纵向涡发生器(14)或百叶窗(15)。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CNA2008102323492A CN101435668A (zh) | 2008-11-20 | 2008-11-20 | 内外翅片扁管换热器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CNA2008102323492A CN101435668A (zh) | 2008-11-20 | 2008-11-20 | 内外翅片扁管换热器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN101435668A true CN101435668A (zh) | 2009-05-20 |
Family
ID=40710237
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CNA2008102323492A Pending CN101435668A (zh) | 2008-11-20 | 2008-11-20 | 内外翅片扁管换热器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN101435668A (zh) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103307912A (zh) * | 2013-06-27 | 2013-09-18 | 山东美陵化工设备股份有限公司 | 油浆蒸汽发生器 |
| CN103712489A (zh) * | 2013-12-26 | 2014-04-09 | 南通大学 | 空气压缩机余热回收换热器 |
| CN103982329A (zh) * | 2014-04-29 | 2014-08-13 | 浙江银轮机械股份有限公司 | 一种用于发动机废热发电orc***的热量回收器 |
| CN105352346A (zh) * | 2015-11-25 | 2016-02-24 | 张伟 | 联箱壳体承压换热器 |
| CN107166999A (zh) * | 2017-06-30 | 2017-09-15 | 高志男 | 换热器及应用其的车辆 |
| CN107160975A (zh) * | 2017-06-30 | 2017-09-15 | 高志男 | 车辆 |
| CN108627035A (zh) * | 2018-04-25 | 2018-10-09 | 杭州三花家电热管理***有限公司 | 换热组件和换热*** |
| US20220082336A1 (en) * | 2018-12-27 | 2022-03-17 | Eni S.P.A. | Thermal energy storage apparatus |
-
2008
- 2008-11-20 CN CNA2008102323492A patent/CN101435668A/zh active Pending
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103307912A (zh) * | 2013-06-27 | 2013-09-18 | 山东美陵化工设备股份有限公司 | 油浆蒸汽发生器 |
| CN103712489A (zh) * | 2013-12-26 | 2014-04-09 | 南通大学 | 空气压缩机余热回收换热器 |
| CN103982329A (zh) * | 2014-04-29 | 2014-08-13 | 浙江银轮机械股份有限公司 | 一种用于发动机废热发电orc***的热量回收器 |
| CN103982329B (zh) * | 2014-04-29 | 2016-03-02 | 浙江银轮机械股份有限公司 | 一种用于发动机废热发电orc***的热量回收器 |
| CN105352346A (zh) * | 2015-11-25 | 2016-02-24 | 张伟 | 联箱壳体承压换热器 |
| CN107166999A (zh) * | 2017-06-30 | 2017-09-15 | 高志男 | 换热器及应用其的车辆 |
| CN107160975A (zh) * | 2017-06-30 | 2017-09-15 | 高志男 | 车辆 |
| CN107160975B (zh) * | 2017-06-30 | 2024-01-12 | 高志男 | 车辆 |
| CN107166999B (zh) * | 2017-06-30 | 2024-01-12 | 高志男 | 换热器及应用其的车辆 |
| CN108627035A (zh) * | 2018-04-25 | 2018-10-09 | 杭州三花家电热管理***有限公司 | 换热组件和换热*** |
| US20220082336A1 (en) * | 2018-12-27 | 2022-03-17 | Eni S.P.A. | Thermal energy storage apparatus |
| US11953271B2 (en) * | 2018-12-27 | 2024-04-09 | Eni S.P.A. | Thermal energy storage apparatus |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101435668A (zh) | 内外翅片扁管换热器 | |
| CN101551207B (zh) | 管壳式螺旋扁管换热器 | |
| CN109405589B (zh) | 一种双管程独立换热的球形换热器 | |
| CN101363694A (zh) | 换热管内外流体介质双螺旋流动壳管式换热器 | |
| JP4357571B2 (ja) | 熱交換器 | |
| CN101650140A (zh) | 传热管外流体多股螺旋流壳管式换热器 | |
| CN201297878Y (zh) | 内外翅片扁管换热器 | |
| CN201281561Y (zh) | 换热管内外流体介质双螺旋流动壳管式换热器 | |
| CN201449186U (zh) | 一种传热管内外螺旋翅片式叉流换热器 | |
| CN2527954Y (zh) | 板管式换热装置 | |
| CN201434621Y (zh) | 传热管外流体多股螺旋流壳管式换热器 | |
| CN201653198U (zh) | 换热装置 | |
| CN107504850A (zh) | 一种异型管式换热器 | |
| CN201413066Y (zh) | 管壳式螺旋扁管换热器 | |
| CN207797806U (zh) | 一种异形管翅换热器 | |
| CN101187513A (zh) | 换热装置 | |
| CN207540401U (zh) | 一种异向翅片管折流管壳式换热器 | |
| CN109974509A (zh) | 一种折流板组件 | |
| CN203489748U (zh) | 一种干燥机换热器 | |
| CN201269705Y (zh) | 换热管内外翅片复合强化传热换热器 | |
| CN211400913U (zh) | 一种车用复合散热器 | |
| CN210036401U (zh) | 一种折流板组件 | |
| CN112146477A (zh) | 一种高效螺旋折流板管壳式换热器及换热方法 | |
| CN201297879Y (zh) | 内翅片扁管壳管式换热器 | |
| CN205192299U (zh) | 一种新型全焊接板壳式换热器 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C12 | Rejection of a patent application after its publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Open date: 20090520 |