异型翅片扰流子换热管和换热器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及粮食干燥余热回收装置，尤其涉及一种异型翅片扰流子换热管和使用 该换热管的换热器。
【背景技术】
[0002] 二十一世纪环保和节能是科学技术发展的重要议题。为了优化我国的能源结构， 提高能源利用效率，减少二氧化碳排放，近年来我国积极开展节能减排余热废热回收利用， 一方面大力开发未被广泛利用的余热，提高能源利用率。我国粮食产量约占世界的1/4,粮 食在干燥过程中耗费大量高品位能源的同时有大量的低品位热能被排放掉，这样不仅大量 热能被排放浪费掉，而且还会对周围的生态环境造成热污染。如果利用热栗将这部分余热 回收不仅可以提高粮食的干燥品质而且起到节能降耗、环境友好等效益。粮食干燥余热回 收技术既可以确保粮食得到很好的储存又可以解决热源资源的浪费，提高了能源利用率。 [0003] 粮食干燥余热回收技术作为余热回收利用主要方式之一，发挥着重要作用。冷凝 器（换热管）是粮食干燥循环工质回收的设备，具有重要的作用，其结构和换热效果对系统 的性能影响较大，其换热和压降特性对整个系统效率的提高起着非常重要的作用。常规朗 肯动力循环冷凝器以冷却水为冷源，冷却水压较低，只需克服换热器阻力即可。而粮食干燥 余热回收装置冷凝器以超临界流体为冷源。普通冷凝管或换热器中的换热管均为光面，凝 结液体能很好地润湿壁面，壁面上铺展成膜，这时液膜层就成为传热的主要热阻，造成传热 效率低、换热面积大等问题。同时，由于在管内受到内壁面的加热，因其自有低温高压的特 殊性在管内形成稳定的螺旋流动，即以温度较低的液体核为中心的涡团螺旋向前流动，外 部围绕着温度较高的液体，虽然旋转的离心力能把一部分温度较低的液体甩到壁面，但大 部分温度较低的液体还是聚集在管道中心，造成传热恶化，减少管内温度较低的液体与管 壁的换热，降低了冷凝器的换热效率。
【发明内容】
[0004] 为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种异型翅片扰流子换热管和使用该 换热管的换热器，该换热管通过其外壁异型翅片和内壁扰流子的特殊结构，一方面可以解 决蒸气凝结成液体后由上而下滴落时在下排管束形成液膜带来传热热阻增大的问题；另一 方面针对临界状态蒸气，可以解决临界状态附近液体在管中加热时产生的螺旋流动造成的 换热恶化问题，从而提高临界状态换热器的换热效率。
[0005] 本发明的技术原理是：本发明提供的异型翅片扰流子换热管中，蒸气通过异型翅 片扰流子换热管与超临界液体工质换热。蒸气与低于饱和温度的壁面接触时，有两种不同 形式的凝结形式。如果凝结液体能很好地润湿壁面，它就在壁面上铺展成膜。这种凝结形 式称为膜状凝结。膜状凝结时，壁面总被一层液膜覆盖着，凝结放出的相变热（潜热）必须 穿过液膜才能传到冷却壁面上去。这时，液膜层就成为传热的主要热阻。当凝结液体不能 很好的润湿壁面时，凝结液体在壁面上形成一个个的小液珠。无论是膜状凝结还是珠状凝 结，凝结液体都是构成液体与壁面交换热量的热阻载体。显然，将蒸气与冷壁面隔开的液体 层越大、越厚，热阻越大。本发明采用带导流角的异性翅片，可以将受重力作用凝结液体长 大到一定尺寸后就沿导流角滚下，在滚下的过程中，一方面会与相遇的液体合并成更大的 液滴，另一方面也避开沿途中滴落到下排管束，从而使蒸气与壁面有更多直接接触的面积， 减少传热热阻，增大换热效率。换热管内壁上设置的扰流子可以打破临界状态稳定的螺旋 形流动，特别是在管内交替设置正扰流部和反扰流部，可以把在换热管中心区域的温度较 低的液核为中心的涡团分散到换热器的内壁面；当沿着正扰流部扰动方向扰动的工质形成 温度较高的液核为中心的涡团时，又会受到反扰流部的反向扰动，使高、低温液体分散到管 的外周，从而提高了换热效果。
[0006] 本发明提供的技术方案是：
[0007] -种异型翅片扰流子换热管，蒸气通过异型翅片扰流子换热管与超临界液体工质 换热；异型翅片扰流子换热管包括换热管、异型翅片和扰流子；异型翅片包括基圆和导流 角，为整体冲压成型的异型翅片，固定在换热管的外面；基圆为空心圆环；基圆的下半部分 设有导流角；换热管内有扰流子，该扰流子包括正扰流部、固定部、反向结和反扰流部，设置 在换热管内壁的固定部把正扰流部前端固定，反扰流部的前端连接在正扰流部的末端，即 自由端；反扰流部与正扰流部的扰动方向相反；扰流子反复排列在管内且都与换热管的壁 面接触。
[0008] 所述异型翅片的基圆的空心圆环内径与换热管外径相同；异型翅片的导流角与基 圆相切，且两切点分别与基圆的圆心在同一水平和垂直线上，导流角的边均为光滑曲线且 对称；基圆的下半部分设有的导流角为一个或两个（相应的异型翅片分为单导流角异型翅 片和双导流角异型翅片）；导流角的顶点与基圆的圆心的距离大于基圆外径的万倍。
[0009] 反扰流部与正扰流部的区别在于反扰流部具有反向结；正扰流部与反扰流部反复 交替排列在管内。
[0010] 本发明还提供一种换热器（冷凝器），该冷凝器为装有异型翅片扰流子换热管的 管壳式换热器，包括管箱、壳体、换热管、循环液体进口、循环液体出口、蒸气进口、凝结液体 出口和折流板；换热管包括多个管束；置于壳体内部的换热管位于管箱中间，循环液体进 口和循环液体出口均设在管箱的左侧；蒸气进口设在壳体的上方；凝结液体出口设在壳体 的下方；折流板设在换热管的管束之间。
[0011] 换热器的壳体可以是圆形筒体，也可以是方形筒体或其他形状的筒体。
[0012] 上述装有异型翅片扰流子的管壳式换热器在工作时，蒸气由壳体上方的蒸气进口 进入壳体，在折流板的作用下将蒸气均匀分布，迫使蒸气均匀通过管束和换热管的异型翅 片，将热量释放给换热管内的超临界液体（气体）而凝结成液体，由凝结液体出口排出。超 临界液体（循环液体）则从进口通过管箱进入上述换热管，在上述换热管内的扰流子的作 用下呈温度均匀混合流动，并通过换热管从蒸气中吸收热量，管内的超临界液体温度升高 或转换为气体，最终经管箱由循环液体出口排出。
[0013] 上述管壳式换热器在工作时，换热器在管程流动的超临界工质与壳程流动的蒸气 进行换热。流动的流程可以是单流程，也可以是双流程或多流程。
[0014] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0015] 本发明提供一种异型翅片扰流子换热管和使用该换热管的冷凝器，该换热管通过 其外壁异型翅片和内壁扰流子的特殊结构，一方面可以解决蒸气凝结成液体后由上而下滴 落时在下排管束形成液膜带来传热热阻增大的问题；另一方面针对临界状态蒸气，可以解 决临界状态附近液体在管中加热时产生的螺旋流动造成的换热恶化问题，从而提高临界状 态换热器的换热效率。
[0016] 本发明采用带导流角的异性翅片，可以将受重力作用凝结液体长大到一定尺寸后 就沿导流角滚下，在滚下的过程中，一方面会与相遇的液体合并成更大的液滴，另一方面也 避开沿途中滴落到下排管束，从而使蒸气与壁面有更多直接接触的面积，减少传热热阻，增 大换热效率。换热管内壁上设置的扰流子可以打破临界状态稳定的螺旋形流动，特别是在 管内交替设置正扰流部和反扰流部，可以把在换热管中心区域的温度较低的液核为中心的 涡团分散到换热器的内壁面；当沿着正扰流部扰动方向扰动的工质形成温度较高的液核为 中心的涡团时，又会受到反扰流部的反向扰动，使高、低温液体分散到管的外周，从而提高 了换热效果。同等工况下，能够强化传热、提高传热效率，减小换热面积。
【附图说明】
[0017] 图1为本发明实施例提供的单导流角异型翅片的结构图；
[0018] 图2为本发明实施例提供的双导流角异型翅片的结构图；
[0019] 图1~图2中，1 一异型翅片基圆；2-异型翅片导流角；3-异型翅片基圆的中心 孔；〇-基圆1的圆心；A-导流角2与翅片基圆1相切且与基圆1的圆心0在同一水平线上 的切点；B-导流角2与翅片基圆1相切且与基圆1的圆心0在同一垂直线上的切点。
[0020] 图3为本发明实施例提供的异型翅片扰流子换热管的正剖面结构图；
[0021] 其中，（a)为扰流子的正扰流剖面图；(b)为扰流子的反扰流子剖面图；1 一异型翅 片基圆；2-异型翅片导流角；4一换热管；5-正扰流郃；6 -固定郃；7-反向结；8-管内 壁；9 一反扰流部。
[0022] 图4为本发明实施例提供的设置异型翅片扰流子换热管的管壳式换热器的结构 图；
[0023] 其中，10-管壳式换热器；11