一种基于不规则表面波浪纹的套管式样新型螺旋换热器

1.本发明属于化工设备能源控制领域，具体来说涉及一种通过增加热交换器冷热液体热交换界面的表面积，提高湍流程度和传热系数增加换热效率的设备结构。


背景技术：

2.在化工生产、医药、电力以及石油等都应用到换热器。化学工业与传热的关系尤为密切，但是在很多预处理、提纯和生产等过程中基本都会伴有热量的产生和传递，而这些能量如果散发到大气中则会浪费很多资源，所以急需一种技术，可以把这些热量收集起来回收利用，提高生产利用率。换热器就是在生产过程中把热量进行交换，做到各取所需，冷流体加热，热流体降温，从而维持工艺想要的温度，故必须向系统输入或输出热量。换热器可以用在很多地方，如再沸器、冷却器和分凝器等。换热器是化工生产中重要的单元设备，据统计，热交换器的重量约占整个工艺设备的20％-30％，可知它的重要性非常大。
3.换热器是由螺旋形传热版、中心隔板、顶底部盖板、定距柱和连接管构成，它通过纯逆流的方式可以更快、更节能的把热流体的高温供冷流体吸热，在确保生产过程对介质所要求的特定温度的基础上，提高能源利用率。按照传热的生产方式分为热传导、对流传热、辐射传热。在化工生产中对流传热是最常见的，根据板式换热器通过板面进行传热，按传热板的结构形式，可分为夹套换热器、平板式换热器、螺旋板式换热器、板翅式换热器和伞板式换热器。其中螺旋板式换热器是由两条具有一定间隔的平行薄材料弯曲而成的，呈现出热流体与冷流体相互交错且相邻的两个同心的螺旋型通道，两板之间焊有定距柱以维持通道间距，在螺旋板的两侧接有盖板。冷、热流体分别经过两条通道，经温度差的作用，在两薄板间进行换热。其优点是结构紧凑、单位体积的传热面积是管式管热器的3倍、流体在管道中流程长，并且是纯逆流，可在较小的温差下操作、冷热流体由于惯性离心力的作用和定距柱的干扰，在较低雷诺数下即达到湍流，并且流速大，故传热系数大。由于流速较高、惯性离心力的作用，换热器亦不易结垢和堵塞，可充分利用低温热源。化工设备厂等各种生产类公司都涉及到换热器的使用，但是在使用过程中难免会遇到一些事故。换热器是石化生产中重要的设备，几乎所有的工艺过程都有加热、冷却或冷凝过程，因此也是重要的节能设备。随着工业装置的大型化及高效化，国外换热器也趋于大型化，并向低温差、低压力损失方向发展。


技术实现要素：

4.针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种基于不规则表面波浪纹的套管式样新型螺旋换热器，即将传统的螺旋板式换热器变形为内外套管结构，冷热双通道中间的热交换界面，即内套管的管壁被加工为不规则的波浪状，以提升交换效率。
5.主要采用管式样螺旋换热器，并在基础上发明了一个新型不规则螺旋曲面。本技术仅仅对内套管表面进行了微加工，即平滑管壁改为曲面，传热面积将增大到原来的1-5倍，其传热系数是现有板式换热器的1-5倍，外形体积也相对现有换热器来说很大。本发明
把平滑表面进行加工为不规则波浪曲面式，所以曲面型设计使液体在中间流动的方向稍微倾斜，但整体方向不变，互相碰撞而增加换热介质的湍动程度，提高换热效率。
6.该螺旋曲面式换热器与常见的螺旋板式换热器总体相同。本发明主要对内管壁进行了改变，把平滑管壁改成了波浪曲面式。本发明利用可拆式螺旋管状换热器，是由外壳、螺旋体、进出口管、端盖垫片密封结构及支架等五大部分组成。螺旋体主要是由两根具有一定间隔的套管弯曲而成的，两种传热介质可进行全逆流动；进出口管分为冷流体进出口、热流体进出口，在外壳的筒体上方有两个管口以筒体的高为中心对称且向两边25-35度角，在外壳两端的中心各有一个管，共四个口实现冷热流体传热；端盖垫片密封结构是在每个管口的连接处，为了更好的连接管道，通常在法兰中间垫一个垫片，然后用螺栓进行固定防止漏液。使用时用两个支架架于外壳的1/3和2/3处，外壳两端的管口，筒体上的两个倾斜口一个进一个出，筒体两端也是一个进一个出，形成上进下出，下进上出的逆向流向。对螺旋管管壁进行微加工，把原来的平滑表面改为曲面式，使流体在流动过程中通过曲面让流体的方向来回变动，但是整体方向未变，以液推液，湍流程度大大增加，提高传热效率。
7.本发明公开的有益效果如下:由于冷热流体在管中进行逆流，把管壁设计成曲型，一方面使得流体的流动方向发生变化，但不影响整体流动方向，从而使流体的湍流程度增加。另一方面使冷热流体与管壁的接触面积大大增加，提高了换热面积，从而使换热效率提高。本发明使冷热流体途经的管壁改进为曲型管壁，保证了液体在曲型管壁的流动动力，有利于提高湍流程度，而且由于管壁被设计成曲型，冷热流体与管壁的接触面提升了很多，提升了换热效率。
附图说明
8.图1为整体设备结构图。1为:冷流体进口管；2为:热流体出口管；3为:热流体进口管；4为:冷流体出口管。
具体实施方式
9.下面结合附图对本发明的结构和控制方法进行详细说明。
10.如附图1所示，一种基于不规则表面波浪纹的套管式样新型螺旋换热器是在螺旋管式换热器的基础上，本发明对管壁进行微加工，把内平滑管壁弯曲成曲面板。
11.通过曲面板的不规则形状，本该沿着管道平行通过的热或冷流体受到不规则曲面板的不规则冲击，让流体的方向向左或右改变，从而给周围的液体一个推动力，就这样沿着曲面板流动到下一个曲面区域再次受到方向改变。
12.在此同时冷或热流体也经过同样的过程与热或冷流体逆向接触，就这样一个接一个互相推动可以使换热面积增大，换热介质的湍流程度变大，从而提高换热效率。
13.其中冷流体进口管、热流体出口管、热流体进口管、冷流体出口管。外壳的两端开有冷流体出口管和热流体进口管进行流体的流通，在外壳的上方开有一定斜度的冷流体进口管和热流体出口管。热流体通过进口管从中心流入，从出口管流出，冷流体从进口管流
入，通过出口管流出。冷热流体在管路中通过曲面而造成的推动力实现湍流程度大，所有流体沿着曲面的管壁进行传热，从而实现高效率换热。
14.以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。


技术特征：
1.一种基于不规则表面波浪纹的套管式样新型螺旋换热器，其特征在于，将原来冷热双通道中间的热交换界面套管层加工为不规则的波浪状曲面。2.根据权利要求1所述的一种基于不规则表面波浪纹的套管式样新型螺旋换热器，其特征在于：是在螺旋套管式换热器的基础上，对板式进行微加工，把内管壁表面弯曲成曲面板。3.根据权利要求1所述的一种基于不规则表面波浪纹的套管式样新型螺旋换热器，其特征在于：通过内管壁表面的不规则形状，本该沿着管道平行通过的冷或热流体受到不规则内管壁表面的不规则冲击，从而给周围的液体一个推动力，就这样沿着内管壁表面流动到下一个曲面区域再次受到方向改变。4.根据权利要求1所述的一种基于不规则表面波浪纹的套管式样新型螺旋换热器，其特征在于：在此同时冷或热流体也经过同样的过程与热或冷热交换流体逆向接触，一个接一个互相推动可以使换热面积增大，换热介质的湍流程度变大。5.根据权利要求1所述的一种基于不规则表面波浪纹的套管式样新型螺旋换热器，其特征在于：其中冷流体进口管、热流体出口管、热流体进口管、冷流体出口管，外壳的两端开有冷流体出口管和热流体进口管进行流体的流通，在外壳的上方开有一定斜度的冷流体进口管和热流体出口管，热流体通过进口管从中心流入，从出口管流出，冷流体从进口管流入，通过出口管流出，冷热流体在管路中通过内管壁表面接触，而造成的推动力实现湍流程度大，所有流体沿着波浪起伏的管壁进行传热，面积比平面板大，从而实现高效率换热。

技术总结
本发明公开了一种基于不规则表面波浪纹的套管式样新型螺旋换热器，将原本光滑平展的内管表面，加工为不规则的波浪纹形状，通过增加内外观热交换界面的表面积，提高湍流程度和传热系数增加换热效率。本发明公开的新型换热器结构，由于冷热流体在管中进行逆流，把管壁设计成曲型，一方面使得流体的流动方向发生变化，但不影响整体流动方向，从而使流体的湍流程度增加。另一方面使冷热流体与管壁的接触面积大大增加，提高了换热面积，从而使换热效率提高。提高。提高。


技术研发人员：赵文坤 郭湘立 李冬 侯惠静 冯艳文 井硕 卢鹏飞 孙冰倩 张欣悦 许蓉 张磊 刘荣祥
受保护的技术使用者：天津市职业大学
技术研发日：2023.03.20
技术公布日：2023/7/4