異型翅片擾流子換熱管和換熱器的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及糧食干燥余熱回收裝置，尤其涉及一種異型翅片擾流子換熱管和使用 該換熱管的換熱器。
【背景技術】
[0002] 二十一世紀環保和節能是科學技術發展的重要議題。為了優化我國的能源結構， 提高能源利用效率，減少二氧化碳排放，近年來我國積極開展節能減排余熱廢熱回收利用， 一方面大力開發未被廣泛利用的余熱，提高能源利用率。我國糧食產量約占世界的1/4,糧 食在干燥過程中耗費大量高品位能源的同時有大量的低品位熱能被排放掉，這樣不僅大量 熱能被排放浪費掉，而且還會對周圍的生態環境造成熱污染。如果利用熱栗將這部分余熱 回收不僅可以提高糧食的干燥品質而且起到節能降耗、環境友好等效益。糧食干燥余熱回 收技術既可以確保糧食得到很好的儲存又可以解決熱源資源的浪費，提高了能源利用率。 [0003] 糧食干燥余熱回收技術作為余熱回收利用主要方式之一，發揮著重要作用。冷凝 器（換熱管）是糧食干燥循環工質回收的設備，具有重要的作用，其結構和換熱效果對系統 的性能影響較大，其換熱和壓降特性對整個系統效率的提高起著非常重要的作用。常規朗 肯動力循環冷凝器以冷卻水為冷源，冷卻水壓較低，只需克服換熱器阻力即可。而糧食干燥 余熱回收裝置冷凝器以超臨界流體為冷源。普通冷凝管或換熱器中的換熱管均為光面，凝 結液體能很好地潤濕壁面，壁面上鋪展成膜，這時液膜層就成為傳熱的主要熱阻，造成傳熱 效率低、換熱面積大等問題。同時，由于在管內受到內壁面的加熱，因其自有低溫高壓的特 殊性在管內形成穩定的螺旋流動，即以溫度較低的液體核為中心的渦團螺旋向前流動，外 部圍繞著溫度較高的液體，雖然旋轉的離心力能把一部分溫度較低的液體甩到壁面，但大 部分溫度較低的液體還是聚集在管道中心，造成傳熱惡化，減少管內溫度較低的液體與管 壁的換熱，降低了冷凝器的換熱效率。
【發明內容】
[0004] 為了克服上述現有技術的不足，本發明提供一種異型翅片擾流子換熱管和使用該 換熱管的換熱器，該換熱管通過其外壁異型翅片和內壁擾流子的特殊結構，一方面可以解 決蒸氣凝結成液體后由上而下滴落時在下排管束形成液膜帶來傳熱熱阻增大的問題；另一 方面針對臨界狀態蒸氣，可以解決臨界狀態附近液體在管中加熱時產生的螺旋流動造成的 換熱惡化問題，從而提高臨界狀態換熱器的換熱效率。
[0005] 本發明的技術原理是：本發明提供的異型翅片擾流子換熱管中，蒸氣通過異型翅 片擾流子換熱管與超臨界液體工質換熱。蒸氣與低于飽和溫度的壁面接觸時，有兩種不同 形式的凝結形式。如果凝結液體能很好地潤濕壁面，它就在壁面上鋪展成膜。這種凝結形 式稱為膜狀凝結。膜狀凝結時，壁面總被一層液膜覆蓋著，凝結放出的相變熱（潛熱）必須 穿過液膜才能傳到冷卻壁面上去。這時，液膜層就成為傳熱的主要熱阻。當凝結液體不能 很好的潤濕壁面時，凝結液體在壁面上形成一個個的小液珠。無論是膜狀凝結還是珠狀凝 結，凝結液體都是構成液體與壁面交換熱量的熱阻載體。顯然，將蒸氣與冷壁面隔開的液體 層越大、越厚，熱阻越大。本發明采用帶導流角的異性翅片，可以將受重力作用凝結液體長 大到一定尺寸后就沿導流角滾下，在滾下的過程中，一方面會與相遇的液體合并成更大的 液滴，另一方面也避開沿途中滴落到下排管束，從而使蒸氣與壁面有更多直接接觸的面積， 減少傳熱熱阻，增大換熱效率。換熱管內壁上設置的擾流子可以打破臨界狀態穩定的螺旋 形流動，特別是在管內交替設置正擾流部和反擾流部，可以把在換熱管中心區域的溫度較 低的液核為中心的渦團分散到換熱器的內壁面；當沿著正擾流部擾動方向擾動的工質形成 溫度較高的液核為中心的渦團時，又會受到反擾流部的反向擾動，使高、低溫液體分散到管 的外周，從而提高了換熱效果。
[0006] 本發明提供的技術方案是：
[0007] -種異型翅片擾流子換熱管，蒸氣通過異型翅片擾流子換熱管與超臨界液體工質 換熱；異型翅片擾流子換熱管包括換熱管、異型翅片和擾流子；異型翅片包括基圓和導流 角，為整體沖壓成型的異型翅片，固定在換熱管的外面；基圓為空心圓環；基圓的下半部分 設有導流角；換熱管內有擾流子，該擾流子包括正擾流部、固定部、反向結和反擾流部，設置 在換熱管內壁的固定部把正擾流部前端固定，反擾流部的前端連接在正擾流部的末端，即 自由端；反擾流部與正擾流部的擾動方向相反；擾流子反復排列在管內且都與換熱管的壁 面接觸。
[0008] 所述異型翅片的基圓的空心圓環內徑與換熱管外徑相同；異型翅片的導流角與基 圓相切，且兩切點分別與基圓的圓心在同一水平和垂直線上，導流角的邊均為光滑曲線且 對稱；基圓的下半部分設有的導流角為一個或兩個（相應的異型翅片分為單導流角異型翅 片和雙導流角異型翅片）；導流角的頂點與基圓的圓心的距離大于基圓外徑的萬倍。
[0009] 反擾流部與正擾流部的區別在于反擾流部具有反向結；正擾流部與反擾流部反復 交替排列在管內。
[0010] 本發明還提供一種換熱器（冷凝器），該冷凝器為裝有異型翅片擾流子換熱管的 管殼式換熱器，包括管箱、殼體、換熱管、循環液體進口、循環液體出口、蒸氣進口、凝結液體 出口和折流板；換熱管包括多個管束；置于殼體內部的換熱管位于管箱中間，循環液體進 口和循環液體出口均設在管箱的左側；蒸氣進口設在殼體的上方；凝結液體出口設在殼體 的下方；折流板設在換熱管的管束之間。
[0011] 換熱器的殼體可以是圓形筒體，也可以是方形筒體或其他形狀的筒體。
[0012] 上述裝有異型翅片擾流子的管殼式換熱器在工作時，蒸氣由殼體上方的蒸氣進口 進入殼體，在折流板的作用下將蒸氣均勻分布，迫使蒸氣均勻通過管束和換熱管的異型翅 片，將熱量釋放給換熱管內的超臨界液體（氣體）而凝結成液體，由凝結液體出口排出。超 臨界液體（循環液體）則從進口通過管箱進入上述換熱管，在上述換熱管內的擾流子的作 用下呈溫度均勻混合流動，并通過換熱管從蒸氣中吸收熱量，管內的超臨界液體溫度升高 或轉換為氣體，最終經管箱由循環液體出口排出。
[0013] 上述管殼式換熱器在工作時，換熱器在管程流動的超臨界工質與殼程流動的蒸氣 進行換熱。流動的流程可以是單流程，也可以是雙流程或多流程。
[0014] 與現有技術相比，本發明的有益效果是：
[0015] 本發明提供一種異型翅片擾流子換熱管和使用該換熱管的冷凝器，該換熱管通過 其外壁異型翅片和內壁擾流子的特殊結構，一方面可以解決蒸氣凝結成液體后由上而下滴 落時在下排管束形成液膜帶來傳熱熱阻增大的問題；另一方面針對臨界狀態蒸氣，可以解 決臨界狀態附近液體在管中加熱時產生的螺旋流動造成的換熱惡化問題，從而提高臨界狀 態換熱器的換熱效率。
[0016] 本發明采用帶導流角的異性翅片，可以將受重力作用凝結液體長大到一定尺寸后 就沿導流角滾下，在滾下的過程中，一方面會與相遇的液體合并成更大的液滴，另一方面也 避開沿途中滴落到下排管束，從而使蒸氣與壁面有更多直接接觸的面積，減少傳熱熱阻，增 大換熱效率。換熱管內壁上設置的擾流子可以打破臨界狀態穩定的螺旋形流動，特別是在 管內交替設置正擾流部和反擾流部，可以把在換熱管中心區域的溫度較低的液核為中心的 渦團分散到換熱器的內壁面；當沿著正擾流部擾動方向擾動的工質形成溫度較高的液核為 中心的渦團時，又會受到反擾流部的反向擾動，使高、低溫液體分散到管的外周，從而提高 了換熱效果。同等工況下，能夠強化傳熱、提高傳熱效率，減小換熱面積。
【附圖說明】
[0017] 圖1為本發明實施例提供的單導流角異型翅片的結構圖；
[0018] 圖2為本發明實施例提供的雙導流角異型翅片的結構圖；
[0019] 圖1~圖2中，1 一異型翅片基圓；2-異型翅片導流角；3-異型翅片基圓的中心 孔；〇-基圓1的圓心；A-導流角2與翅片基圓1相切且與基圓1的圓心0在同一水平線上 的切點；B-導流角2與翅片基圓1相切且與基圓1的圓心0在同一垂直線上的切點。
[0020] 圖3為本發明實施例提供的異型翅片擾流子換熱管的正剖面結構圖；
[0021] 其中，（a)為擾流子的正擾流剖面圖；(b)為擾流子的反擾流子剖面圖；1 一異型翅 片基圓；2-異型翅片導流角；4一換熱管；5-正擾流郃；6 -固定郃；7-反向結；8-管內 壁；9 一反擾流部。
[0022] 圖4為本發明實施例提供的設置異型翅片擾流子換熱管的管殼式換熱器的結構 圖；
[0023] 其中，10-管殼式換熱器；11