CN114152119B - 波浪形石墨翅片换热器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种波浪形石墨翅片换热器，具有管壳，内置多根平行设置的石墨管。所述的石墨管外壁上具有沿着径向向外伸展的石墨翅片，所有石墨管本身的管径相同，非变径石墨管上的不同轴向位置的石墨翅片的外径均相同，变径石墨管上的不同轴向位置的石墨翅片的外径有所不同，由小增大，再由大变小，周期性变换。采用本发明的冷热流体的热交换效果好，两种流体的流动阻力均很小。
Description
技术领域
本发明涉及一种冷热媒体的热交换设备。
背景技术
使热量从热流体传递到冷流体的设备称为换热设备。换热设备广泛应用于炼油、化工、轻工、制药、机械、食品。
列管式换热器是由管子、管板、折流板、壳体、端盖（管箱）等组成。其设计制造质量的好坏直接影响换热器的使用期限和生产的连续性。列管式换热器最容易出现的故障就是管子和管板连接部分泄露。
固定管板式列管换热器主要由外壳、管板、管束、顶盖等零部件构成。管外（管间）走一种流体，管内走另一种流体，通过管壁进行传热。
申请号为2018208850239的实用新型公开了一种石墨热交换器，包括石墨热交换器本体、石墨热交换器本体两侧分别固定连接的左封头和右封头，左封头与右封头之间固定连接有两根碳纤维石墨管，碳纤维石墨管位于石墨热交换器本体内部，碳纤维石墨管包括石墨管本体、石墨翅片组件、第一保护套管、第二保护套管，通过在碳纤维石墨管的内侧嵌入固定有陶瓷构件的第二保护套管以及外侧嵌套固定的高聚氯乙烯构件的第一保护套管。其中的保护套管和石墨翅片沿轴向延伸，保护套管影响石墨管进行热交换，石墨翅片影响石墨管外流体做垂直于管壁的径向流动。
发明内容
发明目的：
提供一种热交换效率高，无需管板即可自行导流的波浪形石墨翅片换热器。
技术方案
本申请的波浪形石墨翅片换热器，具有管壳，内置多根平行设置的石墨管，管壳的左右两端分别是液体的进口和出口，管壳的上方具有流体（另一种液体或气体）的进口，管壳的下方具有流体的出口。
所述的石墨管外壁上具有沿着径向向外伸展的石墨翅片（或耐腐蚀金属翅片），石墨翅片能够将石墨管内外的流体的热交换面积增加一倍以上，提高热交换效率。
所有石墨管本身的管径相同。
但是一部分石墨管（称为非变径石墨管）上的不同轴向位置的石墨翅片的外径均相同，且外径为最小；另一部分石墨管（称为变径石墨管）上的不同轴向位置的石墨翅片（或耐腐蚀金属翅片）的外径有所不同，沿着轴向翅片的外径由小增大，再由大变小，周期性变换。
所有石墨管上的翅片数量相同，相同序号的翅片位于同一个径向平面内。
非变径石墨管与变径石墨管相间设置，使得相邻的石墨管之间形成不同的间隙，间隙沿着轴向由大变小，再由小变大，周期性变化。使得流体的流动空间的大小做周期性变化，间隙大的地方流体流动顺畅，流量大；间隙小的地方流体流动不畅，流量小。
间隙小的地方相当于具有管板阻挡，使得流体大部分沿着间隙大的空间流动。
即外径变化的石墨翅片，不仅具有增加热交换面积的功能，还兼具了管板分割导流的功能。而且没有管板的存在，流体的流动没有硬性的阻挡，自然形成流线型分布和导流，流动阻力小，噪音小，摩擦力小。
优选石墨翅片与石墨管为活动连接，石墨翅片可以沿着石墨管外壁移动调整位置后固定，使得翅片间隙形成不同的规律性改变。
优选间隙呈现波浪形（正弦波）分布规律（而不是平直间隙），与流体在自然状态中受到外界扰动形成的波浪和传播的方式类似。我们知道，正弦波的波长=波速*周期；本发明中，优选进入管壳内的流体流速与在其中流动时长的乘积等于上述正弦波的波长（可采用石墨管的管长等于波长或波长的整数倍）时，相当于形成了共振，流体的流动阻力最小。石墨管内壁光滑，其中流体的流动阻力自然很小。
有益效果：
使用本发明进行热交换的表面积大于常规石墨管，冷热流体的热交换效果好；两种流体的流动阻力均较小，尤其是间隙形成的正弦波的波长=波速*周期时，管壳内流体的流动阻力最小。而且省去了管板的使用，使得石墨管外部的流体的流动没有硬性的阻拦带来的扰动或喘流，流动为流线型态，减小流动阻力和部件的维修更换频率。
石墨翅片与石墨管为活动连接，同一根石墨管上的相邻翅片之间间距可以调整，相邻石墨管上相同序号翅片之间的间隙可以设计确定，管壳中流体的流量可以设计调整，进而可以调整两种流体的流量比值，使得热交换的温差达到需要的效果。
附图说明
图1是本发明的一种轴向剖面结构示意图。
图2是图1中石墨管局部的放大视图。
图3是本发明的不同位置的径向截面示意组图。
图4是传统石墨翅片管的换热器结构示意图。
图中，1-液体进口；2-管道接头；3-流体进口；4-长翅片；5-液体出口；6-流体出口；7-短翅片；9-石墨管。12-中等翅片。
具体实施方式
如图1所示的波浪形石墨翅片换热器，具有管壳，内置多根平行设置的石墨管，所述的石墨管外壁上具有沿着径向向外伸展的石墨翅片，所有石墨管本身的管径相同，石墨翅片的外径有所不同。
非变径石墨管与变径石墨管相间设置，一部分石墨管上的不同轴向位置的石墨翅片的外径均相同，且外径为最小；另一部分石墨管上的不同轴向位置的石墨翅片的外径有所不同，翅片外径沿着轴向石墨翅片的外径由小增大，再由大变小，正弦波浪形。使得相邻的石墨管之间形成不同的间隙，间隙沿着轴向由大变小，再由小变大，间隙呈现如图3所示的正弦波浪形分布：开始上方间隙小下方间隙大，接着中间间隙小上下间距居中，然后下方间隙小，上方间隙大。
如图2是图1中的石墨管局部的放大视图，一种翅片是短翅片，一种是中等长度翅片。
Claims (3)
1.一种波浪形石墨翅片换热器，具有管壳，内置多根平行设置的石墨管，所述的石墨管外壁上具有沿着径向向外伸展的石墨翅片，所有石墨管本身的管径相同，石墨翅片的外径有所不同；
所有石墨管上的翅片数量相同，相同序号的翅片位于同一个径向平面内；其特征在于：非变径石墨管与变径石墨管相间设置，非变径石墨管上的石墨翅片的外径均相同；变径石墨管上的不同轴向位置的石墨翅片的外径有所不同，沿着轴向翅片的外径由小增大，再由大变小，周期性变化；使得相邻的石墨管之间形成周期性变化的不同间隙，所述的间隙呈现正弦波浪形分布；进入管壳内的流体流速与在其中流动时长的乘积等于上述正弦波的波长。
2.如权利要求1所述的波浪形石墨翅片换热器，其特征在于：
非变径石墨管上的石墨翅片的外径为最小。
3.如权利要求1或2所述的波浪形石墨翅片换热器，其特征在于：石墨管的管长等于正弦波的波长或波长的整数倍。
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