CN103712486B - 同一流路中变水力直径的微通道扁管缠绕式换热器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种同一流路中变水力直径的微通道扁管缠绕式换热器。微通道扁管缠绕式换热器包括换热器本体；换热器本体的壳体内设有若干微通道扁管，微通道扁管以设于壳体内的中心筒为中心缠绕式盘旋；微通道扁管的两端开口分别与设于壳体底部的进口管和设于壳体顶部的出口管相连接；每条微通道扁管的腔体内设有若干微通道流路；每层微通道扁管内的每条微通道扁管连接至少一条集流管，集流管为两端封闭的管路；微通道流路与集流管相连通，设于集流管两侧的微通道流路的数量、孔径和/或横截面的形状不等。本发明可以在流体从气相向液相转变过程中所流经管道的水力直径不断降低，达到既降低前期气管段内气体的流阻，又增强了后期液管段内液体的换热效果。

Description

同一流路中变水力直径的微通道扁管缠绕式换热器
技术领域
本发明涉及一种同一流路中变水力直径的微通道扁管缠绕式换热器，属于低温换热技术领域的设备。
背景技术
绕管式换热器是大型陆上天然气液化工厂的首选主低温换热器。据统计，90%的大型陆上天然气液化工厂采用了绕管式换热器。缠绕管式换热器是由多个圆管一层层围绕中心筒缠绕而成。圆管内流动的介质与壳体内流动的介质进行热交换。现有技术（Hausen/Linde，低温技术，1985年第二版，第471-475页；顾安忠，液化天然气技术手册，2012年第一版，第484-485页）报道了缠绕管式换热器，但大多采用等管径的绕管。天然气在管内流动时，流体在换热器管内侧从气体状态逐渐冷凝为过冷液体，使得流速从开始段比较大而后逐渐下降。由于大的流速对应着大的压降与大的传热系数，因此这种缠绕式换热器存在进口气管段压降偏大而出口液管段传热性能偏差的问题。
中国专利申请号为200680027902.8，专利名称为“具有不同管径的缠绕式换热器”的申请对现有的缠绕式换热器进行了改进，该发明的缠绕式换热器只是在不同流路中采用不同管径的圆管，有利于照顾到不同流路中传热介质特性的差异，但并没有解决同一流路中进口段压降偏大而出口段传热性能偏差的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种同一流路中变水力直径的微通道扁管缠绕式换热器，本发明通过微通道扁管来代替圆管，并改变流体所流经的微通道扁管的孔径大小和通道数目，继而减少了流体从气相向液相转变过程中所流经管道的水力直径，既降低了前期气体的流阻，又增强了后期液体的换热效果。
本发明所提供的一种同一流路中变水力直径的微通道扁管缠绕式换热器，包括换热器本体；所述换热器本体的壳体内设有若干微通道扁管，所述微通道扁管以设于所述壳体内的中心筒为中心缠绕式盘旋；所述微通道扁管的两端开口分别与设于所述壳体底部的进口管和设于所述壳体顶部的出口管相连接；
每条所述微通道扁管的腔体内设有若干微通道流路；
每层所述微通道扁管内的每条所述微通道扁管连接至少一条集流管，所述集流管为两端封闭的管路；所述微通道流路与所述集流管相连通，设于所述集流管两侧的所述微通道流路的数量、孔径和/或横截面的形状不等。
所述的微通道扁管缠绕式换热器中，所述微通道流路的横截面的形状可为方形、圆形或三角形；
所述微通道流路的孔径可为0.2mm～5mm。
所述的微通道扁管缠绕式换热器中，所述集流管可为圆管，所述圆管的直径可为5mm～100mm；所述集流管的设置可以改变流体流经的微通道扁管的孔径大小。
所述的微通道扁管缠绕式换热器中，每层所述微通道扁管内的每条所述微通道扁管连接的所述集流管之间相连接，且相邻所述集流管之间设有一挡板，即多个集流管通过挡板相连接成一个整体，易于制造和安装。
所述的微通道扁管缠绕式换热器中，所述集流管沿所述换热器本体的轴向方向设置。
所述的微通道扁管缠绕式换热器中，所述微通道扁管和所述微通道流路焊接固定于所述集流管的管壁上，焊接的方式比较牢固。
所述的微通道扁管缠绕式换热器中，沿所述换热器本体的轴向方向上，若干所述微通道扁管通过一支架相连接，以增加牢固性。
应用本发明微通道扁管缠绕式换热器时，可以进行多股流体介质同时进行换热，且每股流体在同一流路中的流道截面积是可变的。管内侧介质从壳体底部的不同进口管流入到相连接的微通道扁管内，沿微通道管内壁自下而上螺旋流动；通过每层微通道扁管所连接的集流管时，管内侧介质先混合再分别进入下一不同微通道形状、微通道孔径或微通道数量的微通道扁管内；最终从壳体顶部的出口管流出。壳侧介质从壳体上部的壳侧进口进入到壳腔内，沿着微通道扁管外壁降膜流下，通过微通道扁管壁面和管内侧流股进行热交换，最终从壳体下部的壳侧出口流出。
本发明提供的微通道扁管缠绕式换热器，通过微通道扁管来代替圆管，增加了制冷剂的流道数量与管子的耐压性；又通过集流管的作用改变流体所流经的微通道扁管的微通道形状、微通道孔径和微通道数目；因此可以在流体从气相向液相转变过程中所流经管道的水力直径不断降低，达到既降低前期气管段内气体的流阻，又增强了后期液管段内液体的换热效果，避免了以前缠绕式换热器存在进口气管段压降偏大而出口液管段传热性能偏差的问题。
附图说明
图1为本发明同一流路中变水力直径的微通道扁管缠绕式换热器的结构示意图。
图2为图1中虚线所示结构的局部放大图。
图中各标记如下：
1微通道扁管、2集流管、3挡板、4中心筒、5支架、6壳体、7进口管、8出口管。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明，但本发明并不局限于以下实施例。
如图1和图2所示，本发明所提供的同一流路中变水力直径的微通道扁管缠绕式换热器包括换热器本体；该换热器本体的壳体6内设有3条微通道扁管1。3条微通道扁管1以设于壳体6内的中心筒4为中心缠绕式盘旋。微通道扁管1的两端开口分别与设于壳体6底部的进口管7和设于壳体6顶部的出口管8相连接。
如图2所示，每条微通道扁管3的腔体内设有多个微通道流路（图中未标）。每层微通道扁管1的3个微通道扁管连接一集流管2，该集流管2为两端封闭的圆管，其沿换热器本体的轴向方向设置；相邻2个微通道扁管3之间通过一挡板3隔开。且从微通道扁管1的一端至另一端，微通道流路的数量由6条变为4条，微通道流路的横截面的形状由长方形变为圆形，因此可改变流体所流经的微通道流路的形状、孔径和数目。
为了提高连接的牢固性，将微通道扁管1和微通道流路与集流管2通过焊接固定。且沿换热器本体的轴向方向上，多个微通道扁管1通过一支架5相连接。
本发明提供的微通道扁管缠绕式换热器，集流管的直径可在5mm～100mm的范围内调整；微通道流路的横截面的形状可为方形、圆形或三角形等形状，其孔径可在0.2mm～5mm的范围内调整。根据实际使用情况，可在每层微通道扁管设置多个集流管。
使用本发明的微通道扁管缠绕式换热器时，可以进行多股流体介质同时进行换热，且每股流体在同一流路中的流道截面积是可变的。具体过程如下：
管内侧介质从壳体底部的不同进口管流入到相连接的微通道扁管1内，沿微通道管内壁自下而上螺旋流动；通过每层微通道扁管1所连接的集流管2时，管内侧介质先混合再分别进入下一不同微通道形状、微通道孔径或微通道数量的微通道扁管1内；最终从壳体顶部的出口管8流出。壳侧介质从壳体上部的壳侧进口进入到壳腔内，沿着微通道扁管1外壁降膜流下，通过微通道扁管1壁面和管内侧流股进行热交换，最终从壳体下部的壳侧出口流出。

Claims (7)

1.一种同一流路中变水力直径的微通道扁管缠绕式换热器，其特征在于：
所述微通道扁管缠绕式换热器包括换热器本体；所述换热器本体的壳体内设有若干微通道扁管，所述微通道扁管以设于所述壳体内的中心筒为中心缠绕式盘旋；所述微通道扁管的两端开口分别与设于所述壳体底部的进口管和设于所述壳体顶部的出口管相连接；
每条所述微通道扁管的腔体内设有若干微通道流路；
每层所述微通道扁管内的每条所述微通道扁管连接至少一条集流管，所述集流管为两端封闭的管路；所述微通道流路与所述集流管相连通，设于所述集流管两侧的所述微通道流路的数量、孔径和横截面的形状不等。
2.根据权利要求1所述的微通道扁管缠绕式换热器，其特征在于：所述微通道流路的横截面的形状为方形、圆形或三角形；
所述微通道流路的水力直径为0.2mm～5mm。
3.根据权利要求1或2所述的微通道扁管缠绕式换热器，其特征在于：所述集流管为圆管，所述圆管的直径为5mm～100mm。
4.根据权利要求1或2所述的微通道扁管缠绕式换热器，其特征在于：每层所述微通道扁管内的每条所述微通道扁管连接的所述集流管之间相连接，且相邻所述集流管之间设有一挡板。
5.根据权利要求4所述的微通道扁管缠绕式换热器，其特征在于：所述集流管沿所述换热器本体的轴向方向设置。
6.根据权利要求1或2所述的微通道扁管缠绕式换热器，其特征在于：所述微通道扁管和所述微通道流路焊接固定于所述集流管的管壁上。
7.根据权利要求1或2所述的微通道扁管缠绕式换热器，其特征在于：沿所述换热器本体的轴向方向上，若干所述微通道扁管通过一支架相连接。
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