一种新型全逆流旋转无混合式换热器的制造方法
【专利摘要】本发明为一种新型全逆流旋转无混合式换热器；除换热器基座外，换热器其它部分在使用过程中旋转，换热器由换热器筒体，流道转换器，换热器内封头，换热器外封头以及换热器基座构成；实现两股流体的全逆流无混合旋转式换热，达到增强换热效果的目的。换热器筒体为一个内部有2个或2个以上偶数个挡板的圆柱筒体，挡板将筒体均匀分为多个偶数等分，左右两侧挡板及其中间所夹的圆柱筒体部分形成一个扇形的流道,采用流道转换器作为流道转换装置。该换热器用于流体热交换场合，具有换热效率高，换热平均温差大，出口温度均匀度高，换热流体之间无混合等特点。本发明的用途广泛，可应用于工业应用中不同流体间的传热强化或者温度均化。
【专利说明】
一种新型全逆流旋转无混合式换热器
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种新型全逆流旋转无混合式换热器，属于流体换热设备技术范畴。
【背景技术】
[0002]热传递过程在工业过程及日常生活中非常普遍，是自然界中基本的物理过程之一。它广泛见诸如动力、化工、冶金、航天、空调、制冷、机械、轻纺、建筑等部门。大至单机功率为130万千瓦的汽轮发电机组，小至微电子器件的冷却都与传热过程密切相关。换热器是传热过程中广泛应用的一种通用设备，在炼油企业中，换热器的设备投资约占总投资的25%，换热器的重量占设备总重量的20%。以电厂为例，各种锅炉、冷凝器加热器等换热设备的投资约占整个电厂投资的70%。在制冷设备中蒸发器、冷凝器的重量也要占整个机组重量的30%以上。
[0003]由于换热器在实际应用过程中的重要性，从节能的角度出发，为了进一步减小换热器的体积，减轻重量和金属消耗，减少换热器消耗的功率，并使换热器能够在较低温差下工作，必须用各种办法来增强换热器内的传热。因此最近十几年来，如何强化传热效果，一直是热传递研究中的主要方向。目前强化传热的主要手段包括以下几种:1、增加换热面积，通过翅片，异性表面，多孔物质结构，减小管径等方法实现；2、增加平均换热温差，通过逆流或者错流换热等方式实现；3、增大总传热系数，减小传热边界层效应，通过提高气体流速，增强气体扰动，在流体中加入固体颗粒，采用短管换热器等方式。
[0004]目前热传递所使用的换热器主要有管式换热器，板式换热器，热管式换热器。换热器及其强化技术也主要在于静态结构的改进，采用翅片管、螺纹管，管内插件等技术，增加换热面积，加强湍动程度，降低传热阻力。目前，对于动态换热器的研究还比较少，CN103175420A公布了一种芯体旋转式换热器，其主要通过换热芯体旋转的方式，增大列管换热器壳程流体的湍动程度，达到增强换热效果的目的。CN202013125U公布了一种流体冲击旋转式换热器，其采用的方法是在管壳式换热器的壳程设置叶轮，依靠壳程流体流过叶轮旋转增加壳程的扰动，从而达到增加换热效果的目的。本发明则采用了扇形间隔流道设计，冷热流体全部旋转，用于增加流体的扰动程度，剥离传热边界层，达到增强传热效果的目的。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种新型全混流旋转无混合式换热器，该换热器用于流体热交换场合，具有换热效率高，换热平均温差大，出口温度均匀度高，换热流体之间无混合等特点。
[0006]本发明是通过下述技术方案加以实现的，一种新型全混流旋转无混合式换热器，其特征在于换热器筒体7为一个内部有多片挡板圆柱筒体，挡板将筒体均匀分为多个偶数等分，左右两侧挡板及其中间所夹的圆柱筒体部分形成一个扇形的流道。流道转换器5和6为流道转换装置，结构相同，其基本组成单元为流道转换器外挡板6-1，流道转换器内挡板6-2和流道转换器隔板6-3，在流道转换器6的左侧，外挡板6-1与内挡板6-2的左侧边缘构成一个圆形，圆形内部为截面E，圆形外部与流道转换器筒体7之间的环形部分为截面G，内挡板6-2与其两侧的流道转换器隔板6-3以及换热器筒体7之间组成的区域为截面H，外挡板6-1与两侧的流道转换器隔板6-3之间组成的区域为截面F。外挡板6-1的右侧截面为一圆弧形，所有外挡板的右侧圆弧为同轴心，外挡板6-1右侧截面与换热器筒体7相重合，流道交换器隔板6-3的右侧边缘与换热器筒体7挡板左侧相重合。所有流道转换器内挡板6-1在右侧相交于一点，该点与换热器筒体7挡板的左侧中心点相重合。流道转换器6左侧截面与换热器内封头2右侧截面相重合。换热器外封头I右侧截面与换热器筒体右侧截面相重合。流道转换器5，换热器外封头3，换热器内封头4分别为流道转换器6，换热器外封头1，换热器内封头2相对于换热器左右方向上的中心截面的镜像。除换热器基座8和换热器基座9之外，其余部件全部为沿左右轴向的轴对称结构。换热器基座8与换热器基座9的上弧形表面与换热器筒体的外表面相重合。上述结构中，除换热器基座8和换热器基座9之外，其余部件在使用过程中均在外力条件下沿轴向方向同速度旋转。
[0007]上述换热器的筒体挡板数量可以为2个或者2个以上偶数个，同时流道转换器的隔板的数量与其相同，流道转换器内外挡板的数量分别为上述数量的一半。
[0008]上述换热器的流道转换器的左侧截面E的面积与换热器筒体左侧截面面积的比为 0.1-0.9:1
[0009]上述换热器的流道转换器的内挡板及外挡板的锥度为10-170度。
[0010]上述双锥面多流道混合单元体的A端面圆的分弧段，用于构成椎面凸棱的弧段与用于构成椎面凹槽的弧段对应圆心角之比为0.5-2:1
[0011]上述结构除除换热器基座8和换热器基座9之外，其余部分在使用过程中沿轴向旋转的速度为0-lOOr/s。
[0012]本发明所述的新型全逆流旋转无混合式换热器，其在使用过程中的原理为:冷流体自换热器左侧环形截面A流入，流体在接触到换热器内封头2的左侧表面时由于受到阻挡，沿内封头左侧表面流入流道转换器6的G流道，G流道的液体由于受到换热器流道转换器6外挡板的阻挡作用，进入流道转换器6的H流道，同时在H流道中流过换热器筒体中与H流道相对应的流道，该股流体流过换热器筒体后进入换热器流道转换器5的F流道，同时受到换热器流道转换器5的外挡板的作用，向中心汇集，进入换热器流道转换器5的E流道。该股流体流过流道转换器5后，由于受到换热器内封头4左侧表面的阻挡作用，向中心汇集，最终由换热器右侧中心流体出口截面D流出。热流体自换热器右侧环形截面C流入，流体在接触到换热器内封头4的右侧表面时由于受到阻挡，沿内封头4左侧表面流入流道转换器5的G流道，G流道的液体由于受到换热器流道转换器5外挡板的阻挡作用，进入流道转换器5的H流道，同时在H流道中流过换热器筒体中与H流道相对应的流道，该股流体流过换热器筒体后进入换热器流道转换器6的F流道，同时受到换热器流道转换器6的外挡板的作用，向中心汇集，进入换热器流道转换器6的E流道。该股流体流过流道转换器6后，由于受到换热器内封头2右侧表面的阻挡作用，向中心汇集，最终由换热器左侧中心流体出口截面B流出。冷热两股流体在换热器内的通道进行换热，通道相互间隔，不会发生混合的情况。冷热流体在换热器内流动过程中，由于受到换热器自身旋转的影响，流体在换热器中穿过时，其流线为螺线向前，增加了流体在换热器中的流动距离。同时由于旋转作用的存在，增加了流体的湍动程度，更新了换热的边界层，同时由于旋转作用的存在，流体在流道内部不断自我混合，增加了流体出口的温度均匀度，提高了换热的平均温差，达到了强化传热的目的。
[0013]本发明的用途广泛，可应用于工业应用中不同流体间的传热强化或者温度均化。应用于不同的场合时，可选用不同结构参数。
[0014]本发明作为一种新型换热器，具有如下优点:
[0015]1.结构简单，制作及安装便利，由于采用了旋转结构，达到同样流型所需的金属材料重量降低，从而降低了设备投资；
[0016]2.全逆流式换热，增加了换热平均温差，强化了传热效果。
[0017]3.传热效率高，流体温度均化作用明显，停留时间得到良好改善；
[0018]4.流动阻力低，达到相同的传热效果的能耗小；
[0019]5.全流线型设计，流动无死区，不会发生个别流股无法流出混合器的情况；
[0020]6.对边界层的剥离效果较好，内部流体不断冲击传热面，增强管内对流传热系数，强化传热；
[0021]7.冷热流体在旋转过程中流道始终保持分离状态，无混合现象发生；
[0022]8.针对不同的应用场合和操作条件，可灵活改变单元体结构参数，达到最优化。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]图1为本发明整体结构示意图。
[0024]图2为外封头I与外封头3结构示意图。
[0025]图3为内封头2与内封头4结构示意图
[0026]图4为流道转换器5与流道转换器6结构示意图
[0027]图5为换热器筒体7结构示意图
[0028]图6为换热器基座8与换热器基座9结构不意图。
[0029]图中，I是换热器左侧外封头，2是换热器左侧内封头，3是换热器右侧外封头，4是换热器右侧内封头，5是换热器右侧流道转换器，6是换热器左侧流道转换器，6-1是流道转换器的外挡板，6-2是流道转换器的内挡板，6-3是流道转换器的隔板，7是换热器筒体，8是换热器右侧基座，9是换热器左侧基座。A是换热器左侧环形流体进口截面，B是换热器左侧圆形流体出口截面，C是换热器右侧环形流体进口截面，D是换热器右侧圆形出口截面，E是流道转换器的左侧中心截面，F是为两个流道转换器隔板与一个流道转换器外挡板之间的截面，G是流道转换器左侧外侧与换热器筒体形成的环形截面，H两个流道转换器隔板与一个流道转换器内挡板及换热器筒体之间的截面。
【具体实施方式】
[0030]以下为本发明在强化传热方面的一个实施例，但所述全逆流旋转无混合式换热器的作用不仅于此，仅举一例说明。
[0031]实施例
[0032]采用的全逆流旋转无混合式换热器的主体长度为lm，直径为0.4米，其中换热器筒体隔板长度为0.8米，流道交换器长度为0.1米，换热器筒体隔板及每个流道转换器隔板数量为8个，每个流道转换器外挡板及内挡板均为4个。原件厚度为1_，材质为不锈钢。流道转换器左侧截面直径为0.3m。实验介质为空气，冷空气流量为11.3立方米/秒，进口温度300K，热空气的流量为11.3立方米/秒，进口温度为8001(。利用Fluent流体力学计算软件进行模拟传热计算。得到的传热效果与相同换热面积条件下的列管换热器进行了对t匕。列管式换热器壳体直径0.4m，主题长度为lm，列管直径为0.05米，在相同的总换热面积条件下进行对比:全逆流旋转无混合式换热器的传热功率为924W，总传热系数为4.55W/m2K,冷流体出口的温度不均匀度为22K。普通列管式换热器的传热功率为530W，总传热系数为1.17ff/m2K,冷流体出口的温度不均匀度为67K。从结果可以看出，在相同条件下，与普通列管式换热器相比，新型全逆流旋转无混合式换热器的传热功率提高了 74%，总传热系数提高了 289%，出口温度的不均匀度也有了明显的降低。
【权利要求】
1.一种新型全逆流旋转无混合式换热器，其特征在于除换热器基座外，换热器其它部分在使用过程中旋转，换热器由换热器筒体，流道转换器，换热器内封头，换热器外封头以及换热器基座构成；实现两股流体的全逆流无混合旋转式换热，达到增强换热效果的目的。
2.如权利要求1所述的换热器，其特征是换热器筒体为一个内部有2个或2个以上偶数个挡板的圆柱筒体，挡板将筒体均匀分为多个偶数等分，左右两侧挡板及其中间所夹的圆柱筒体部分形成一个扇形的流道，采用流道转换器作为流道转换装置。
3.如权利要求1所述的换热器，其特征是所述的流道转换器，由多个内外挡板及隔板构成，流道转换器隔板的数量与换热器内筒体挡板的数量相同，内外挡板的数量分别为上述数量的一半，流道转换器的H通道与F通道间隔排列，分别与换热器筒体的扇形通道相连接。
4.如权利要求1所述的换热器，其特征是所述的内封头入口截面与流道转换器E截面相重合。
5.如权利要求1所述的换热器，其特征是所述的外封头出口截面与换热器筒体圆柱截面相重合。
6.如权利要求1所述的换热器，其特征是所述的换热器基座上部圆弧截面与换热体筒体截面相重合。
7.如权利要求1所述的换热器，其特征是换热器的流道转换器的左侧截面E的面积与换热器筒体左侧截面面积的比为0.1-0.9:1。
8.如权利要求1所述的换热器，其特征是换热器的流道转换器的内挡板及外挡板的锥度为10-170度。
9.如权利要求1所述的换热器，其特征是上述双锥面多流道混合单元体的A端面圆的分弧段，用于构成椎面凸棱的弧段与用于构成椎面凹槽的弧段对应圆心角之比为0.5-2:1。
10.如权利要求1所述的换热器，其特征是上述结构除除换热器基座(8)和换热器基座(9)之外，其余部分在使用过程中沿轴向旋转的速度为0-100r/S。
【文档编号】F28D11/02GK104180693SQ201410406850
【公开日】2014年12月3日 申请日期:2014年8月18日 优先权日:2014年8月18日
【发明者】刘春江, 刘辉, 张婷, 李敬楠 申请人:天津大学