專利名稱：應用橢圓形換熱管的熱交換設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及機械設備技術領域，尤其涉及一種用于換熱的熱交換設備。
背景技術：
熱交換設備是眾多行業廣泛使用的一種重要設備，也是節能降耗的關鍵設備之一。眾所周知，熱交換設備的效率和節能的核心在于換熱管。目前，世界上使用量最多的是各種不同材料的無縫管，但是，它的效能已經發揮到極致，于是有了高效換熱器用異型管的出現，大大提高了各類換熱設備的效率，它的主要特點如下按GB/TM590-2009《高效換熱器用熱交換設備》標準，我國現行的換熱器用高效換熱管共分為四大類型，分別為T型槽管、波紋管、內波外螺紋管、內槽管。它們最大的共同點在于都是通過冷加工工藝在金屬基管(直光管)上制造加工出來的換熱管。如圖1所示，現有技術中的T型槽管，在金屬基管1的外壁上通過冷加工形成密集的螺旋狀T型凹槽11。T型槽管按結構形式可分為1型，管外壁呈T型槽道，管內壁表面光滑；II型，管外壁呈T型槽道，管內壁表面呈波紋狀。如圖2所示，現有技術中的波紋管，在金屬基管1上通過冷加工形成管內、外表面均呈波紋狀11的換熱管。如圖3所示，現有技術中的內波外螺紋管，在金屬基管1上通過冷加工形成管外壁呈螺紋11、管內壁呈波紋狀12的換熱管。如圖4所示，現有技術中的內槽管，在金屬基管1的內壁通過冷加工形成凹槽11 的換熱管。內槽管按結構形式可分為1型，軸向凹槽；II型，螺旋狀凹槽。上述四大類換熱管與未經冷加工直接用作換熱管的金屬直光管相比，因為在金屬基管上具有冷加工所形成的槽形、波形等，強化了傳熱效果，因此有效地提高了換熱管的換熱面積和換熱效率，故被稱為換熱器用“高效”換熱管。上述這四大類換熱管都是以無縫金屬直光管作為基管通過冷加工成型的，其冷加工工藝主要是對無縫金屬直光管做形狀的變化。進一步地，這四大類換熱管都是在無縫金屬直光管的內、外壁上進行冷加工，加工幅度受管壁厚度所限，因此難以再大幅度地提高換熱面積。現有技術中的換熱管在做熱交換時，水、油、氣等換熱介質在換熱管內流通，借助于換熱管壁實現與換熱管外的其他介質之間交換熱量的技術目的。在熱交換過程中，靠近換熱管管壁區域的換熱介質所進行的熱交換比較充分，換熱效率較高；而遠離換熱管管壁、 位于換熱管中心區域的換熱介質的熱交換并不充分，因此現有技術中的上述換熱管雖經過一定改進，但整體換熱效率仍較低。并且，現有技術中的換熱管在生產、使用過程中還存在以下幾點明顯的不足1、受制于冷加工設備的規格限制，換熱管成品在規格、長度等方面均受到很大的局限；
3
2、由于有冷加工步驟，原材料的損耗較大；3、由于冷加工過程復雜，導致產品的加工精度參差不齊；4、冷加工工藝的檢驗方法和檢驗手段難以保證成品質量；5、受加工工藝限制，制管效率不高；6、這四大類換熱管大多具有特殊的外型，給換熱器設備的制作諸如對波紋管、外槽管的折流板的處置帶來許多不便；7、這四大類換熱管都經過冷加工，管體上存有殘余應力，在介質通過時會形成湍流，強化了換熱管的局部腐蝕，因此對換熱器設備的使用壽命造成了一定的負面影響。現有技術中的熱交換設備由于上述原因，進入了一個技術瓶頸，換熱面積、換熱效率難以再大幅度提高，制約了熱交換設備的發展，難以滿足市場的需求。因此，本領域的技術人員一直致力于開發一種換熱效率高的熱交換設備。
發明內容
有鑒于現有技術的上述缺陷，本發明所要解決的技術問題是提供一種換熱效率高的應用橢圓形換熱管的熱交換設備。為實現上述目的，本發明提供了一種應用橢圓形換熱管的熱交換設備，至少包括管束體，所述管束體上設置有管板，所述管板中穿設有多根橢圓形換熱管；所述橢圓形換熱管至少包括管體，所述管體合圍形成一介質通道；所述管體具有橢圓形橫截面，所述橢圓形橫截面將所述介質通道劃分為兩個側邊換熱區及一中間換熱區；兩個所述側邊換熱區的橫截面積分別與所述中間換熱區的橫截面積大致相同。較佳地，所述橢圓形橫截面的內表面由橢圓面形成。較佳地，所述橢圓形橫截面為所述管體經過壓制加工獲得的連續的冷軋加工面。較佳地，所述橢圓形換熱管的兩端為直管段。較佳地，所述應用橢圓形換熱管的熱交換設備為浮頭式換熱器。較佳地，所述應用橢圓形換熱管的熱交換設備為立式管板式換熱器或臥式管板式換熱器。較佳地，所述應用橢圓形換熱管的熱交換設備為U型管式換熱器。較佳地，所述應用橢圓形換熱管的熱交換設備為填料函雙殼程換熱器。較佳地，所述應用橢圓形換熱管的熱交換設備為釜式重沸器。較佳地，所述應用橢圓形換熱管的熱交換設備為填料函分流式換熱器。本發明的應用橢圓形換熱管的熱交換設備由于采用了橢圓形換熱管，大大提高了中間換熱區的換熱效率，在熱交換設備的整體換熱效率上要大大高于現有的熱交換設備。本發明還首次采用焊管做為核心部件一一換熱管的原材料，而焊管的成本比現有技術中用作換熱管原材料的無縫管的成本至少低20%左右，因而本發明大幅度地降低了熱交換設備的制造成本。并且，本發明的應用橢圓形換熱管的熱交換設備由于換熱管具有光滑的外表面， 在制造熱交換設備時，換熱管與管板的密封效果好，更適于現有熱交換設備的制作技術，其設計壽命和使用壽命大大高于現有的熱交換設備。本發明使用的橢圓形換熱管，更適合傳統熱交換設備制造工藝，其與管板的連接既可脹貼，也可焊接，同時也可脹焊結合使用。本發明的應用橢圓形換熱管的熱交換設備，具有結構簡單，成本低，制造便利等有益效果，適用于石油、化工、化肥、鍋爐、制藥、食品、電力、核能、環保、供熱等多種行業中。
圖1是現有技術中一種T型槽管的結構示意圖；圖2是現有技術中一種波紋管的結構示意圖；圖3是現有技術中一種內波外螺紋管的結構示意圖；圖4是現有技術中一種內槽管的結構示意圖；圖5是本發明的熱交換設備的實施例1的局部剖視結構示意圖；圖6是圖5所示實施例中一種橢圓形換熱管的橫截面結構示意圖；圖7是圖5所示實施例的外觀結構示意圖；圖8是本發明的熱交換設備的實施例2的局部剖視結構示意圖；圖9是本發明的熱交換設備的實施例3的局部剖視結構示意圖；圖10是本發明的熱交換設備的實施例4的局部剖視結構示意圖；圖11是本發明的熱交換設備的實施例5的局部剖視結構示意圖；圖12是本發明的熱交換設備的實施例6的局部剖視結構示意圖。
具體實施例方式以下將結合附圖對本發明的構思、具體結構及產生的技術效果作進一步說明，以充分地了解本發明的目的、特征和效果。實施例1 如圖5所示，本實施例的應用橢圓形換熱管的熱交換設備為浮頭式換熱器，主要包括管束體3，管束體3上設置有管板2，管板2中穿設有多根橢圓形換熱管1。如圖6、圖7所示，本發明的橢圓形換熱管1為一具有一定長度的金屬焊管，如奧氏體不銹鋼焊管、碳素鋼焊管、鈦及鈦合金焊管、鎳及鎳合金焊管，或奧氏體-鐵素體雙相鋼
焊管等。管體2的內、外表面均為橢圓形光滑表面。管體2的內部形成換熱介質流通的介質通道。管體2具有橢圓形橫截面，將介質通道劃分為兩個側邊換熱區31及一中間換熱區 32。兩個側邊換熱區31的橫截面積分別與中間換熱區32的橫截面積大致相同。本文中，所述的“大致相同”并不要求嚴格的相同。只要使中間換熱區32的橫截面積不大于側邊換熱區31的橫截面積的3倍，或不小于側邊換熱區31的橫截面積的1/3 即可。具體地，本實施例中的管體2是由一圓形的金屬焊管采用壓制加工工藝形成的連續的冷軋加工面。圓弧的轉角要有一定弧度，根據管體2直徑的不同，優選地采用轉角半徑為2-10 毫米。這樣避免了尖銳角的存在。從橫截面形狀上看，本實施例中管體2在做熱交換時，兩個側邊換熱區31和一個
5中間換熱區32的換熱效率都比較高，特別是中間換熱區32內的換熱介質也充分地參與到換熱過程里，大大地提高了橢圓形換熱管1的換熱效率。如本實施例中的管體2，采用橢圓形橫截面的有益效果在于，不僅可以大幅度地提高橢圓形換熱管1的換熱面積，提高了橢圓形換熱管1的換熱效率；還可以加大中間換熱區 32內換熱介質的流量和流速，也提高了橢圓形換熱管1的換熱效率。進一步地，還改善了橢圓形換熱管1在換熱介質作用下的受力狀態，加強了管體2的剛性。本發明中的橢圓形換熱管還由于制管成型后沒有冷加工，因此內部結構應力基本消除，抗結垢性、耐蝕性更好。本發明還具有結構簡單，成本低，制造更便利等有益效果。現有技術中的換熱管大多具有特定的外表面形狀(譬如螺旋、T槽、波紋)，在制作換熱器設備時，現有技術中的換熱管與管板的連接須增加連接段；換熱管與折流板之間間隙較大，固定性比較差。而本發明中的橢圓形換熱管具有光滑的外表面，更適于傳統換熱器的制作技術，其設計壽命和使用壽命大大高于現有的四大類換熱管。根據客戶需要，本發明中的橢圓形換熱管的整體長度可以在0米至數十米之間選取。當然，如果合理配置熱處理爐，本發明中的橢圓形換熱管的整體長度還可以在任意長度，而不受限于冷加工設備的規格。本發明的熱交換設備還可以采用帶有直管段的橢圓形換熱管，具有相應的有益效^ ο實施例2 如圖8所示，本實施例的應用橢圓形換熱管的熱交換設備為立式管板式換熱器， 主要包括管束體3，管板2，并采用本發明中的橢圓形換熱管1。本發明的熱交換設備在其他實施例中也可以是臥式管板式換熱器。實施例3 如圖9所示，本實施例的應用橢圓形換熱管的熱交換設備為U型管式換熱器，主要包括管束體3，管板2，采用本發明中的橢圓形換熱管1。實施例4:如圖10所示，本實施例的應用橢圓形換熱管的熱交換設備為填料函雙殼程換熱器，主要包括管束體3，管板2，采用本發明中的橢圓形換熱管1。實施例5 如圖11所示，本實施例的應用橢圓形換熱管的熱交換設備為釜式重沸器，主要包括管束體3，管板2，采用本發明中的橢圓形換熱管1。實施例6 如圖12所示，本實施例的應用橢圓形換熱管的熱交換設備為填料函分流式換熱器，主要包括管束體3，管板2，采用本發明中的橢圓形換熱管1。本發明的上述各種應用橢圓形換熱管的熱交換設備內只流通一種換熱介質，以與熱交換設備外的其他介質交換熱量。本發明使用的橢圓形換熱管與現有技術中同等直徑的其他結構換熱管相比，雖然橫截面積相同，但其換熱面積增加數倍，大大提高了換熱區域內的換熱效率，進一步降低了熱交換設備的能耗。
本發明的應用橢圓形換熱管的熱交換設備由于采用了橢圓形換熱管，與原機械部和中國石化總公司推薦的螺紋管(整體低翅片管等特型管)構成的熱交換設備相比，具有如下幾點優勢本發明使用的橢圓形換熱管的內表面積比螺紋管大數倍以上，總傳熱系數可達到倍數級提高。因此，在熱交換設備的結構設計時，可減少傳熱面積，達到減少用管數量，降低熱交換設備成本的效果。本發明使用的橢圓形換熱管與現有技術中的螺紋管相比，無需增加連接段，換熱管的剛性好、穿管容易、制造方便，這些因素優化了本發明的熱交換設備的性能。本發明使用的橢圓形換熱管與現有技術中的螺紋管相比，與折流板的適宜性更好，其管壁厚度均勻，外徑尺寸標準，與折流板、管板的間隙控制效果好，可使本發明的熱交換設備長期運行不受振動的困擾。本發明使用的橢圓形換熱管，其表面光滑，不易結垢，抗垢性能好，因此本發明的熱交換設備也具有不易結垢，抗垢性能好的特點。本發明使用的橢圓形換熱管，因無冷加工后的殘余應力，其耐腐蝕能力大大強于現有技術中的螺紋管，因此本發明的熱交換設備的耐腐蝕能力大為改善。特別是在有應力腐蝕的應用場合，因存在軋制應力是不能用現有的螺紋管的。本發明使用的橢圓形換熱管，可廣泛使用于各種類型、各種形式的熱交換設備，而現有技術中的螺紋管在某些場合，其應用受到了限制，如強化管外冷凝傳熱的場合，螺紋管就不能用于立式冷凝器，否則，就不會有強化冷凝的效果。又如設備振動較大的場合等等。 因此本發明的熱交換設備具有應用廣泛的有益效果。綜上所述，本說明書中所述的只是本發明的幾種較佳具體實施例，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制。凡本技術領域中技術人員依本發明的構思在現有技術的基礎上通過邏輯分析、推理或者有限的實驗可以得到的技術方案，皆應在本發明的權利要求保護范圍之內。
權利要求
1.一種應用橢圓形換熱管的熱交換設備，至少包括管束體，所述管束體上設置有管板， 其特征在于所述管板中穿設有多根橢圓形換熱管；所述橢圓形換熱管至少包括管體，所述管體合圍形成一介質通道；所述管體具有橢圓形橫截面，所述橢圓形橫截面將所述介質通道劃分為兩個側邊換熱區及一中間換熱區；兩個所述側邊換熱區的橫截面積分別與所述中間換熱區的橫截面積大致相同。
2.如權利要求1所述的熱交換設備，其特征在于所述橢圓形橫截面的內表面由橢圓面形成。
3.如權利要求2所述的熱交換設備，其特征在于所述橢圓形橫截面為所述管體經過壓制加工獲得的連續的冷軋加工面。
4.如權利要求1至3任一所述的熱交換設備，其特征在于所述橢圓形換熱管的兩端為直管段。
5.如權利要求1所述的熱交換設備，其特征在于所述熱交換設備為浮頭式換熱器。
6.如權利要求1所述的熱交換設備，其特征在于所述熱交換設備為立式管板式換熱器或臥式管板式換熱器。
7.如權利要求1所述的熱交換設備，其特征在于所述熱交換設備為U型管式換熱器。
8.如權利要求1所述的熱交換設備，其特征在于所述熱交換設備為填料函雙殼程換熱器。
9.如權利要求1所述的熱交換設備，其特征在于所述熱交換設備為釜式重沸器。
10.如權利要求1所述的熱交換設備，其特征在于所述熱交換設備為填料函分流式換熱器。
全文摘要
本發明公開了一種應用橢圓形換熱管的熱交換設備，至少包括管束體，管束體上設置有管板，管板中穿設有多根橢圓形換熱管；橢圓形換熱管至少包括管體，管體合圍形成一介質通道；管體具有橢圓形橫截面，所述橢圓形橫截面將介質通道劃分為兩個側邊換熱區及一中間換熱區；兩個所述側邊換熱區的橫截面積分別與所述中間換熱區的橫截面積大致相同。本發明的應用橢圓形換熱管的熱交換設備由于采用了橢圓形換熱管，大大提高了中間換熱區的換熱效率，在熱交換設備的整體換熱效率上要大大高于現有的熱交換設備。本發明還具有成本低，制造便利等有益效果，適用于石油、化工、化肥、鍋爐、制藥、食品、電力、核能、環保、供熱等多種行業。
文檔編號F28F1/02GK102297619SQ20111015269
公開日2011年12月28日 申請日期2011年6月8日 優先權日2011年6月8日
發明者孔祥鋒 申請人:上海科米鋼管有限公司