专利名称：重叠式波纹管换热器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及到一种供热领域中的水-水换热装置，尤其是一种重叠式波纹管换热器。
列管换热器是以碳钢管(壁厚2.5mm)或铜管(壁厚2.5mm)为换热元件，一般几行程串联使用，流程长，换热较充分。但体积大、易结垢、传热系数较低。
波纹管换热器以薄壁不锈钢波纹管(壁厚0.6-0.8mm)作为换热元件，近年来被广泛地应用于供热领域。其传热效率高、重量轻、体积小、可减缓结垢等特点已为大家所认识。但是对于换热器本身来说，仅有换热效率高的换热元件是远远不够的，在不同媒质，不同工况参数条件下，必须有不同特点的换热器内部结构的合理设计，才可使其高效性能特点得以真正充分的发挥。
目前，波纹管换热器均为单台式波纹管换热器，即单壳-多管程结构(如图1、图2)被广泛地应用于汽-水换热领域，蒸气走壳程，被加热水走管程。该结构既可充分利用蒸气的汽化潜热和冷凝水的高温，又利用薄壁不锈钢的性能特点，传热系数可高达3000～4000kcal/m2·h·℃，传热效果较为理想。但是，用于水-水换热，该种结构形式的传热效果随着热媒参数的不同，而受到很大的影响，无法满足需要。
特别是对于水-水热网的工况条件要求是一次水温(加热水)差较大，流量较小，要求二次供水(被加热水)温度比一次回水温度高十度左右(采暖125/70℃ 60/85℃；生活热水70/40℃ 12/55℃)。在这种特殊的工况条件下，上述单台式波纹管换热器往往造成一次回水温度降不下来，而二次供水温度升不上去的现象，无法满足上述水水热网的工况要求。
通过大量的测试结果表明在一次水流量充分的情况下，各种形式的单台波纹管换热器存在的一个共同特点是二次供水温度均比一次回水温度低七、八度不等，最好的情况单壳程-五管程也仅能使二次供水温度与一次回水温度基本持平。均不能满足上述水-水热网二次供水温度比一次回水温度高十度左右的要求。
在理论上，单壳-多管程结构由于非纯逆流的存在，降低了对数平均温差值，从而严重影响了传热效率。虽然随着管程数量的增加，二次供水温度与一次回水温度的温差逐渐减小，但始终存在二次供水温度≤一次回水温度。
对于多管程换热器，由于管程延长了，对媒质的充分换热有一定帮助，但是由于壳体内的纵向隔板在与筒体的生产加工过程中存在着难以避免的装配间隙，使得壳体内的部分流体没有按流程走，而是直接从间隙流到壳程的出口处。因此，由于纵向隔板存在的间隙短路，该纵向隔板阻碍了管束的充分换热。壳程的流体在横掠管束流动时，越靠后排，管束的涡流与旋流的扰动越大，对流传热系数值也就越大。一般来讲，十排以后的管束才不再受管排数的影响。纵向隔板的存在在一定的程度上阻碍了后排管束的涡流与旋流的充分扰动。因此妨碍了两种媒质的充分换热。
本实用新型的技术解决方案是一种重叠式波纹管换热器，包括第一和第二换热器，每一换热器均为单壳程双管程换热器；所述每一换热器上均设置有加热水入口、加热水出口及被加热水入口、被加热水出口，第一换热器上的加热水出口与第二换热器上的加热水入口、第一换热器上被加热水入口与第二换热器上的被加热水出口相联接。
如上所述的重叠式波纹管换热器，所述两换热器为横置设置，第一换热器横置于第二换热器的顶部，第二换热器的壳体下部设有固定支撑腿。
如上所述的重叠式波纹管换热器，所述两换热器间设有固定连接架。
如上所述的重叠式波纹管换热器，所述两换热器为横置设置，第一、第二换热器的壳体下部分别设有固定支撑腿，第二换热器横置于第一换热器的一侧边。
如上所述的重叠式波纹管换热器，所述两换热器间可设有固定联接筋。
如上所述的重叠式波纹管换热器，所述两换热器为竖直设置，第一换热器和第二换热器的底部分别设有固定支撑腿。
如上所述的重叠式波纹管换热器，所述两换热器间可设有固定联接筋。
如上所述的重叠式波纹管换热器，所述波纹管的直径不大于32mm。
本实用新型的优点是本实用新型的重叠式波纹管换热器，从根本上解决了单台式波纹管换热器存在的问题，即解决了一次回水温度高于二次供水温度的问题。达到了水-水热网的工况条件要求，即一次水温(加热水)差较大，流量较小，要求二次供水(被加热水)温度比一次回水温度高十度左右(采暖125/70℃ 60/85℃；生活热水70/40℃ 12/55℃)。
重叠式波纹管换热器在内部结构上虽然也是非纯逆流，但由于生活热水和采暖工况下，对数平均温差的修正系数均大于0.8，因此，其流动形式的设计是合理的。重叠式波纹管换热器的突出特点是结合了传统列管式换热器和单台式波纹管换热器内部结构的优点，且其壳程流速比单台式波纹管换热器壳程流速有很大提高，能够充分降低一次回水温度，在满足一定的一次水资用压头和一次水流量的工况条件下，能使二次水供水温度得以充分地提高，从而较好地适应了上述水-水热网的工况条件的需要。
图1为现有技术中的单台式单壳-多管程结构波纹管换热器结构示意图；图2为现有技术中的另一种单台式单壳-多管程结构波纹管换热器结构示意图；图3为本实用新型的重叠式波纹管换热器卧式结构示意图；图4为图3中重叠式波纹管换热器卧式结构沿A-A剖开的剖面图；图5为本实用新型的重叠式波纹管换热器立式结构示意图；图6为图5中重叠式波纹管换热器立式结构沿B-B剖开的剖面图。
图3到图6说明了本实用新型的重叠式波纹管换热器的主要结构。其中，该种重叠式波纹管换热器包括第一和第二换热器1和1′，两端具有管箱2、2′，每一换热器的壳体3、3′内分别设有两管程4、5和4′、5′；所述每一换热器1和1′上均设置有加热水入口6、6′、加热水出口7、7′及被加热水入口8、8′、被加热水出口9、9′，其中第一换热器1上的加热水出口7与第二换热器1′上的加热水入口6′、第一换热器1上被加热水入口8与第二换热器1′上的被加热水出口9′相联接。
在图3中，所述两换热器1、1′为横置设置，第一换热器1的壳体3横置于第二换热器1′的顶部，第二换热器1′下部设有固定支撑腿10。在所述两换热器间设有固定连接架11。
从图4中可以看到，本实用新型的重叠式波纹管换热器分别具有两个管程4、5和4′、5′。波纹管的直径不大于32mm。
另外，所述两换热器的横置设置中，第一、第二换热器1、1′的壳体下部可分别设有固定支撑腿，第二换热器横置于第一换热器的一侧边。
图5和6为本实用新型的另一实施方式。其中，所述两换热器1、1′为竖直设置，换热器的壳体下部分别设有固定支撑腿10，第二换热器1′横置于第一换热器1的一侧边。其连接关系同横置设置中第一、第二换热器1、1′的连接关系。
现简单说明本实用新型的重叠式波纹管换热器工作原理。
根据重叠式波纹管换热器的准则方程式 △P管＝E-V管F..............................(C)△P壳＝G·V壳H.............................(d)及 其中，(a)、(b)公式中的普朗特数Pr已回归公式中。
可见，在△P管、△P壳允许的条件下，尽可能提高V管、V壳，从而才能使K值增大，同时由于K值总是比α管、α壳两者较小的一个还小，所以在增大传热系数时，必须把α最小的一项增大，才能最有效地增大K值。
由(a)、(b)两式可见，在V管≈ V壳时，α管＜α壳。因此提高V管，使得α管提高，K值才能有明显增大。所以在测试中我们发现增大一次水流量比增大二次水流量，K值提高地更显著。如G1＝10t/h，G2＝25t/h时，k＝1840w/m2·k若一次流量增为G1＝15t/h，G2不变，则k＝2150w/m2·k若一次流量G1不变，二次流量增为G2＝30t/h，则k＝1950w/m2·k。
根据以上原理，在本实用新型中，采用Φ32或Φ22小管径的波纹管代替了现有技术中Ф45的波纹管，从而使管内流速V管得以提高。同时壳体媒质的流速，通过调节折流板12、12′的间距来控制。在满足压力容器国标设计规范中有关规定的情况下，调整F管与F壳的比值，从而使α管与α壳更加匹配，实现K值的合理性，详见下表1。
表1
采用Ф32小管径的波纹管代替现有技术中单台式波纹管换热器中Ф45的波纹管，使得同样公称直径的换热器的换热面积有很大提高。
通过重叠式波纹管换热器波纹管换热器与碳钢列管换热器的测试比较，表2列出准则方程式中公式(a)、(b)、(c)、(d)的系数值。
表2
由准则方程式做出某热网采暖和生活热水工况的参数表如下
表3
由表3可见，在相同的工况条件下，生活热水系统中，重叠式波纹管换热器的传热系数为碳钢列管的2.2倍；采暖系统中，重叠式波纹管换热器的传热系数为碳钢列管的2.5倍。
通过以上分析可见，重叠式波纹管换热器在结构设计上比单台式波纹管换热器有很大改善，且具有传热效率远高于碳钢列管换热器的优点。重叠式波纹管换热器的突出特点是结合了传统列管式换热器和单台式波纹管换热器内部结构的优点，能够充分降低一次回水温度，在满足一定的一次水资用压头和一次水流量的工况条件下，能使二次水供水温度得以充分地提高，从而较好地适应于目前采暖和生活热水的需要。
权利要求1.一种重叠式波纹管换热器，其特征在于该换热器包括第一和第二换热器，每一换热器均为单壳程双管程换热器；所述每一换热器上均设置有加热水入口、加热水出口及被加热水入口、被加热水出口，第一换热器上的加热水出口与第二换热器上的加热水入口、第一换热器上被加热水入口与第二换热器上的被加热水出口相联接。
2.如权利要求1所述的重叠式波纹管换热器，其特征在于所述两换热器为横置设置，第一换热器横置于第二换热器的顶部，第二换热器的壳体下部设有固定支撑腿。
3.如权利要求2所述的重叠式波纹管换热器，其特征在于所述两换热器间设有固定连接架。
4.如权利要求1所述的重叠式波纹管换热器，其特征在于所述两换热器为横置设置，第一、第二换热器的壳体下部分别设有固定支撑腿，第二换热器横置于第一换热器的一侧边。
5.如权利要求4所述的重叠式波纹管换热器，其特征在于所述两换热器间可设有固定联接筋。
6.如权利要求1所述的重叠式波纹管换热器，其特征在于所述两换热器为竖直设置，第一换热器和第二换热器的底部分别设有固定支撑腿。
7.如权利要求6所述的重叠式波纹管换热器，其特征在于所述两换热器间可设有固定联接筋。
8.如权利要求1、2、4、6所述的重叠式波纹管换热器，其特征在于波纹管的直径不大于32mm。
专利摘要一种重叠式波纹管换热器，该换热器包括第一和第二换热器，每一换热器均为单壳程双管程换热器；所述每一换热器上均设置有加热水入口、加热水出口及被加热水入口、被加热水出口，第一换热器上的加热水出口与第二换热器上的加热水入口、第一换热器上被加热水入口与第二换热器上的被加热水出口相联接。本实用新型克服了公知管壳式换热器的缺陷，其突出特点是结合了传统列管式换热器和单台式波纹管换热器内部结构的优点，能够充分降低一次回水温度，在满足一定的一次水资用压头和一次水流量的工况条件下，能使二次水供水温度得以充分地提高，从而较好地适应了上述水－水热网的工况条件的需要。
文档编号F28D7/10GK2546834SQ0223874
公开日2003年4月23日 申请日期2002年6月17日 优先权日2002年6月17日
发明者肖岱, 刘荣 申请人:北京市伟业供热设备有限责任公司