多層螺旋管式蒸發器的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于熱能工程領域，具體涉及一種采用多層螺旋管技術結構的熱交換器。
【背景技術】
[0002]熱交換器(也簡稱為換熱器)作為一種重要的換熱設備被廣泛應用眾多領域。在熱能工程領域換熱器換效率的高低直接影響熱工系統或熱力循環系統的效率，從而影響能源的利用率。能源短缺、環境污染已經成為限制人類可持續發展的主要難題之一，其中如何提高能源的利用效率，換熱器自然成為人們關注的設備之一。
[0003]換熱器包括蒸發器、冷凝器、中冷器以及空冷器(根據換熱特征不同)等多種形式，其換熱過程主要就是冷熱兩種流體的對流換熱。眾所周知，換熱方式不同對于換熱器中的換熱單元結構以及類型有不同的要求。目前多數管殼式換熱器所使用的管束一般為光管或形狀比較單一的某類強化管。
[0004]目前，朗肯循環是內燃機尾氣余熱回收而采用的一種主要熱力循環，主要由工質栗、水箱、蒸發器、冷凝器與活塞式膨脹機組成。其中蒸發器的性能直接影響著朗肯循環回收功率與效率，因此，受到人們極大的關注。但是，目前用于朗肯循環的管殼式結構的蒸發器都存在著體積大，換熱效率較低，使給出的熱源條件應用范圍狹窄以及不適合在內燃機排氣管中布置等問題。作為蒸發器如果采用單一管型的管束進行換熱，體積較大，且對于系統整體熱效率的提高具有一定的局限性。
[0005]本發明提出的蒸發器能夠使其蒸發器體積大幅度減小，朗肯循環的效率明顯提尚O
【發明內容】
[0006]本發明的目的是，提供一種結構緊湊的多層螺旋管式蒸發器，在減小蒸發器的體積的基礎上，增大換熱面積比。
[0007]為達此目的本發明所采取的技術結構是:蒸發器箱體內設有換熱管支架，螺旋換熱管由一根銅管以蒸發器箱體中心為圓心，由內向外盤繞，形成M圈XN層的螺旋換熱管束，螺旋換熱管束布滿在蒸發器箱體內。螺旋換熱管束通過換熱管支架固定，各層螺旋換熱管最內圈的直徑相等，從而形成圓柱型通道。圓柱型通道的一端與內燃機排氣管道相連通；另一端通過一塊圓形擋板密封。螺旋換熱管的進、出口位于內燃機排氣通道的出口端。
[0008]排氣管道通入的內燃機高溫尾氣并不是直接充滿整個蒸發器箱體，而是首先通入由最內圈螺旋管盤繞形成的通道中。該通道一端與內燃機排氣管相連，通入高溫尾氣；另一端被一擋板密封。高溫尾氣只能通過螺旋管之間的縫隙緩慢擴散至整個蒸發器箱體。煙氣與螺旋管內的工質進行換熱后降低了排氣溫度而排入大氣。在這一過程中高溫尾氣充分與換熱管接觸，同時工質從換熱管的最外圈流入，繞著整個螺旋管流動，與高溫尾氣進行充分熱交換后從換熱管的最里圈流出。
[0009]本發明的特點和有益效果是，蒸發器結構緊湊，相同的體積但可增加換熱面積。換熱管束由一根螺旋管環繞而成，減小了接觸熱阻，相對提高了朗肯循環的熱效率。將這種多層螺旋管結構的蒸發器應用于內燃機廢熱的回收，解決了內燃機余熱回收系統中普遍存在的結構布置難題。
【附圖說明】
[0010]圖1是本發明的原理與結構示意簡圖。
[0011]圖2是圖1的主視方向結構示意簡圖。
[0012]圖3是蒸發器原理示意圖。
[0013]圖4是螺旋換熱管的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0014]以下結合附圖并通過實施例對本發明的原理與技術結構作進一步的說明。
[0015]多層螺旋管式蒸發器，包括蒸發器箱體、螺旋換熱管、換熱管支架以及圓形擋板等。其結構是:蒸發器箱體I內設有換熱管支架3，螺旋換熱管4由一根銅管以蒸發器箱體中心為圓心，由內向外盤繞，形成M圈XN層的螺旋換熱管束，螺旋換熱管束布滿在蒸發器箱體內。螺旋換熱管束通過換熱管支架固定，各層螺旋換熱管最內圈的直徑相等，從而形成圓柱型通道5，圓柱型通道的一端與內燃機排氣管道2相連通；另一端通過一塊圓形擋板6密封。螺旋換熱管的進、出口位于內燃機排氣通道的出口端。螺旋換熱管內走液體工質，螺旋換熱管外走內燃機排出的高溫廢氣。
[0016]用于回收內燃機尾氣余熱的朗肯循環系統主要由工質栗、水箱、蒸發器、冷凝器與活塞式膨脹機組成。首先，通過工質栗將工質水從水箱中栗出，并加壓至所需的壓力；然后，低溫的工質在蒸發器中與高溫的內燃機尾氣進行熱量交換后，高溫高壓的水蒸汽進入活塞式膨脹機，推動活塞輸出機械功，帶動發電機轉動，轉化為電能；而膨脹后的乏氣進入冷凝器與冷卻水進行熱量交換，被冷凝的液態水最終回到水箱，重新進行下一輪的循環。
[0017]作為實施例，螺旋換熱管為紫銅質，螺旋換熱管的直徑為6.5mm，壁厚0.25mm，螺距8.5mm。螺旋換熱管總長為40m，每一層盤繞6圈(M = 6)，共盤繞19層(N = 19)。
[0018]螺旋換熱管第一圈直徑68mm，第二圈直徑85mm，第三圈直徑101mm，第四圈直徑118mm，第五圈直徑134mm，第六圈直徑151mm。圓形擋板的厚度為2mm，直徑104mm。
[0019]蒸發器采用逆流型布置，內燃機氣缸內燃料燃燒產生的高溫尾氣，經由排氣管道通入螺旋換熱管最內圈(盤繞形成的)圓柱形通道中，因圓形擋板密封了通道的出口，高溫尾氣只能通過換熱管之間的縫隙(圖3中I )擴散至蒸發器箱體，然后經蒸發器箱體的排氣出口排入環境。這個過程中，高溫尾氣與螺旋換熱管的表面充分接觸。與此同時，朗肯循環工質從螺旋換熱管的最外圈(圖3中II )流入，繞著整個螺旋管流動，與高溫尾氣充分熱交換后從螺旋換熱管最里圈(圖3中III)流出。
【主權項】
1.多層螺旋管式蒸發器，包括蒸發器箱體、螺旋換熱管、換熱管支架以及圓形擋板，其特征在于:蒸發器箱體(I)內設有換熱管支架(3)，螺旋換熱管(4)由一根銅管以蒸發器箱體中心為圓心，由內向外盤繞，形成M圈XN層的螺旋換熱管束，螺旋換熱管束布滿在蒸發器箱體內，螺旋換熱管束通過換熱管支架固定，各層螺旋換熱管最內圈的直徑相等，從而形成圓柱型通道(5)，圓柱型通道的一端與內燃機排氣管道(2)相連通；另一端通過一塊圓形擋板(6)密封，螺旋換熱管的進、出口位于內燃機排氣通道的出口端。2.按照權利要求1所述的多層螺旋管式蒸發器，其特征在于:所述螺旋換熱管為紫銅質，螺旋換熱管的直徑為6.5mm,壁厚0.25mm,螺距8.5mm。3.按照權利要求1所述的多層螺旋管式蒸發器，其特征在于:所述螺旋換熱管總長為40m，每一層盤繞6圈，共盤繞19層。4.按照權利要求1所述的多層螺旋管式蒸發器，其特征在于:螺旋換熱管第一圈直徑68mm，第二圈直徑85mm，第三圈直徑101mm，第四圈直徑118mm，第五圈直徑134臟，第六圈直徑 151 mm η5.按照權利要求1所述的多層螺旋管式蒸發器，其特征在于:所述圓形擋板的厚度為2mm,直徑 104mm η6.按照權利要求1所述的多層螺旋管式蒸發器，其特征在于:所述螺旋換熱管內走液體工質，螺旋換熱管外走內燃機排出的高溫廢氣。
【專利摘要】本發明公布了一種多層螺旋管式蒸發器，其結構是：蒸發器箱體內設有換熱管支架，螺旋換熱管由一根銅管以蒸發器箱體中心為圓心，由內向外盤繞，形成M圈×N層的螺旋換熱管束，螺旋換熱管束布滿在蒸發器箱體內。螺旋換熱管束通過換熱管支架固定，各層螺旋換熱管最內圈的直徑相等，從而形成圓柱型通道，圓柱型通道的一端與內燃機排氣管道相連通；另一端通過一塊圓形擋板密封。螺旋換熱管的進、出口位于內燃機排氣通道的出口端。螺旋換熱管內走液體工質，螺旋換熱管外走內燃機排出的高溫廢氣。蒸發器結構緊湊，相同的體積但可增加換熱面積。換熱管束由一根螺旋管環繞而成，減小了接觸熱阻，相對提高了朗肯循環的熱效率。
【IPC分類】F01N5/02, F28D7/02
【公開號】CN105135909
【申請號】CN201510494367
【發明人】高文志, 何王波, 周天, 李廣華, 劉子奇
【申請人】天津大學
【公開日】2015年12月9日
【申請日】2015年8月12日