采用復(fù)合型異型管管束的管殼式蒸發(fā)器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于熱工換熱設(shè)備，具體涉及一種采用復(fù)合型異型管作為管束的熱交換器。
【背景技術(shù)】
[0002]能源短缺、環(huán)境污染已經(jīng)成為限制人類可持續(xù)發(fā)展的主要難題之一，其中提高能源的利用效率自然成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)，而換熱器作為一種重要的熱交換設(shè)備被廣泛應(yīng)用眾多領(lǐng)域。換熱器換效率的高低直接影響熱工系統(tǒng)或熱力循環(huán)系統(tǒng)的效率，從而影響能源的利用率。
[0003]作為熱交換器中的蒸發(fā)器，其換熱過程主要包括:預(yù)熱階段的液態(tài)對(duì)流換熱，相變階段的蒸發(fā)換熱，過熱階段的汽態(tài)對(duì)流換熱等。眾所周知，換熱方式不同對(duì)于蒸發(fā)器中管束的管型有不同的要求，目前多數(shù)管殼式蒸發(fā)器所使用的管束一般為光管或形狀比較單一的某類強(qiáng)化管。比如對(duì)于液-液換熱有強(qiáng)化作用的波節(jié)管用于相變蒸發(fā)換熱，其效率相對(duì)就比較低；對(duì)于核態(tài)沸騰換熱有強(qiáng)化作用的T型管或燒結(jié)管，用于具有相變的換熱其強(qiáng)化作用也不明顯。因此單一管型的管殼式蒸發(fā)器用于熱力循環(huán)，對(duì)于系統(tǒng)整體熱效率的提高具有一定的局限性。
[0004]基于以上問題，本發(fā)明提出了一種將改進(jìn)的異型管作為管束并將其組成管殼式蒸發(fā)器，可以明顯提高個(gè)蒸發(fā)器的換熱效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是，提供一種由波節(jié)管、T型管和翅片管三種管型組成的復(fù)合型異型管管束的管殼式蒸發(fā)器。
[0006]為解決上述問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是:采用復(fù)合型異型管管束的管殼式蒸發(fā)器包括:殼體、管板、管箱、折流板、波節(jié)管、T型結(jié)構(gòu)管以及翅片管等。由波節(jié)管、T型結(jié)構(gòu)管和翅片管從右至左依次焊接構(gòu)成一根復(fù)合型異型管，多根復(fù)合型異型管通過管兩端的管板并聯(lián)固定在一起成為換熱管束。在換熱管束的外側(cè)設(shè)有四塊折流板，使流體形成單管程三殼程的換熱通道。管板與殼體焊接為一體，管板兩端設(shè)有左、右管箱，管板與管箱通過法蘭式密封連接成為蒸發(fā)式換熱器。
[0007]由三段不同類型的強(qiáng)化管連接組成為一根復(fù)合型異型管，其目的在于適用于不同的換熱過程。不同換熱管束內(nèi)發(fā)生的換熱過程包括液-液換熱、液-汽以及過熱等，每一個(gè)換熱過程的特征都不盡相同，所以換熱管束采用的強(qiáng)化結(jié)構(gòu)也不應(yīng)相同。光管和單一類型的強(qiáng)化管顯然不能夠適用于蒸發(fā)器內(nèi)的整個(gè)換熱過程。而復(fù)合型異型管的提出可彌補(bǔ)所述缺陷，可整體提高蒸發(fā)器的換熱系數(shù)。
[0008]本發(fā)明的特點(diǎn)及產(chǎn)生的有益效果是，復(fù)合型異型管可針對(duì)換熱工質(zhì)的狀態(tài)和具體的流程而提高不同換熱階段的換熱系數(shù)。由于蒸發(fā)器的整體換熱效率可以得到有效提高，所以同樣的換熱負(fù)荷，可相對(duì)減小蒸發(fā)器的有效換熱體積，并且減少工質(zhì)的充灌量。
【附圖說明】
[0009]所示附圖是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)與原理簡(jiǎn)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0010]以下結(jié)合附圖并通過實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的原理與系統(tǒng)做進(jìn)一步的說明。需要說明的是本實(shí)施例是敘述性的，而非是限定性的，不以此限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0011]采用復(fù)合型異型管管束的管殼式蒸發(fā)器，包括:殼體、管板、管箱、折流板、波節(jié)管、T型結(jié)構(gòu)管以及翅片管等。其結(jié)構(gòu)是:由波節(jié)管1、T型結(jié)構(gòu)管2和翅片管3從右至左依次焊接構(gòu)成一根復(fù)合型異型管，多根復(fù)合型異型管通過管兩端的管板4并聯(lián)固定在一起成為換熱管束。在換熱管束的外側(cè)設(shè)有四塊折流板5，使兩換熱流體形成單管程三殼程的換熱通道。管板與殼體6焊接為一體，管板兩端設(shè)有左、右管箱7，管板與管箱通過法蘭式密封連接成為蒸發(fā)式換熱器。
[0012]熱流體側(cè)的進(jìn)、出口分別設(shè)在所述殼體的左上端和右下端，熱流體經(jīng)過殼體左上端的進(jìn)口 8進(jìn)入殼內(nèi)，通過由四塊折流板形成的通道，依次流過所述翅片管、T型結(jié)構(gòu)管和波節(jié)管表面，最后從殼體右下端的出口 9排出。
[0013]工質(zhì)側(cè)的進(jìn)、出口分別設(shè)在右、左兩側(cè)管箱的中心，液態(tài)工質(zhì)自右側(cè)管箱的進(jìn)口進(jìn)入換熱管束內(nèi)，然后依次經(jīng)過波節(jié)管、T型結(jié)構(gòu)管和翅片管，吸熱相變蒸發(fā)為蒸汽從左側(cè)管箱的出口排出。
[0014]波節(jié)管的波峰高度為2?4mm，波峰間距為4?6mm。T型結(jié)構(gòu)管T型高度為0.4?0.8mm，T型臺(tái)覆蓋率為14?18個(gè)/cm。翅片管的翅片為外翅片，翅片高度為3?5mm，翅片間距為4?6_。
[0015]波節(jié)管、T型結(jié)構(gòu)管、和翅片管組成復(fù)合型異型換熱管束的排布方式為，每排復(fù)合型異型管相互平行；每一根交錯(cuò)排列。波節(jié)管、T型結(jié)構(gòu)管和翅片管通過焊接工藝連接在一起。
[0016]作為實(shí)施例，由三段不同結(jié)構(gòu)換熱管組成的復(fù)合型異型管，其幾何參數(shù)為:壁厚1mm，外徑19mm，換熱段管長(zhǎng)1.2m, 14根，材質(zhì)為紫銅。波節(jié)管長(zhǎng)度為0.31m，波峰高度為3mm，波峰間距為5mm。T型結(jié)構(gòu)管長(zhǎng)度為0.58m，T型結(jié)構(gòu)高度為0.5mm，覆蓋率為16個(gè)/cm。翅片管長(zhǎng)度為0.18m，翅片高度為4mm，翅片間距為5mm。蒸發(fā)器內(nèi)管束的排列為正三角形排列，管中心間距為25mm，蒸發(fā)器殼體外徑為0.17m,長(zhǎng)度為1.68m。
[0017]將該蒸發(fā)器組裝于有機(jī)朗肯循環(huán)(ORC)熱力發(fā)電系統(tǒng)中，蒸發(fā)器管內(nèi)使用的工質(zhì)為R245fa。其流量為0.234m3/h，進(jìn)口壓力為0.86Mpa，溫度為30.4°C。出口的壓力為0.78Mpa，出口為85.6°C。熱流體為地?zé)崴?，其流量?.19m3/h，進(jìn)口溫度為105°C，出口溫度為80°C。
[0018]R245fa在復(fù)合型異型管管內(nèi)的流動(dòng)換熱過程為:30.4°C的液態(tài)工質(zhì)通過進(jìn)入管箱，然后進(jìn)入波節(jié)管段，溫度由30.4°C加熱到83.5°C液態(tài)，實(shí)際換熱量為6.4kff ；83.5°C的液態(tài)工質(zhì)進(jìn)入T型結(jié)構(gòu)管內(nèi)吸熱相變?yōu)轱柡瓦^熱蒸汽，實(shí)際換熱量為12.6kff ；T型結(jié)構(gòu)管內(nèi)流出的飽和工質(zhì)進(jìn)入翅片管內(nèi)被加熱成85.6°C的過熱蒸汽，然后經(jīng)過管箱出口流出蒸發(fā)器，該管段實(shí)際換熱量為0.62kW。
[0019]105°C的地?zé)崴蔁崃黧w進(jìn)口進(jìn)入蒸發(fā)器，流過折流板形成的通道，通過復(fù)合型異型管表面進(jìn)行換熱，最后從熱流體側(cè)流出，出口溫度為80°C。
[0020]本實(shí)施例中的蒸發(fā)器應(yīng)用在發(fā)電量為600W的有機(jī)朗肯循環(huán)(ORC)熱力發(fā)電系統(tǒng)中，與常規(guī)管殼式蒸發(fā)器相比，明顯提高了整體的換熱系數(shù)，因此在同樣的熱負(fù)荷條件下可以減少換熱器體積，并且可以減少系統(tǒng)工質(zhì)充灌量。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.采用復(fù)合型異型管管束的管殼式蒸發(fā)器，包括:殼體、管板、管箱、折流板、波節(jié)管、T型結(jié)構(gòu)管以及翅片管，其特征是:由波節(jié)管(I)、T型結(jié)構(gòu)管(2)和翅片管(3)從右至左依次焊接構(gòu)成一根復(fù)合型異型管，多根復(fù)合型異型管通過管兩端的管板(4)并聯(lián)固定在一起成為換熱管束，在換熱管束的外側(cè)設(shè)有四塊折流板(5)，使流體形成單管程三殼程的換熱通道，管板與殼體(6)焊接為一體，管板兩端設(shè)有左、右管箱(7)，管板與管箱通過法蘭式密封連接成為蒸發(fā)式換熱器。2.按照權(quán)利要求1所述的采用復(fù)合型異型管管束的管殼式蒸發(fā)器，其特征是:熱流體側(cè)的進(jìn)、出口分別設(shè)在所述殼體的左上端和右下端，熱流體經(jīng)過殼體左上端的進(jìn)口(8)進(jìn)入殼內(nèi)，通過由所述四塊折流板形成的通道，依次流過所述翅片管、T型結(jié)構(gòu)管和波節(jié)管表面，最后從殼體右下端的出口(9)排出，工質(zhì)側(cè)的進(jìn)、出口分別設(shè)在所述右、左兩側(cè)管箱的中心，液態(tài)工質(zhì)自右側(cè)管箱的進(jìn)口進(jìn)入換熱管束內(nèi)，然后依次經(jīng)過波節(jié)管、T型結(jié)構(gòu)管和翅片管，吸熱相變蒸發(fā)為蒸汽從左側(cè)管箱的出口排出。3.按照權(quán)利要求1或2所述的采用復(fù)合型異型管管束的管殼式蒸發(fā)器，其特征是:所述波節(jié)管的波峰高度為2?4mm，波峰間距為4?6mm。4.按照權(quán)利要求1或2所述的采用復(fù)合型異型管管束的管殼式蒸發(fā)器，其特征是:所述T型結(jié)構(gòu)管T型高度為0.4?0.8mm，T型臺(tái)覆蓋率為14?18個(gè)/cm。5.按照權(quán)利要求1或2所述的采用復(fù)合型異型管管束的管殼式蒸發(fā)器，其特征是:所述翅片管的翅片為外翅片，翅片高度為3?5mm，翅片間距為4?6mm。6.按照權(quán)利要求1或2所述的采用復(fù)合型異型管管束的管殼式蒸發(fā)器，其特征是:所述波節(jié)管、T型結(jié)構(gòu)管、和翅片管組成復(fù)合型異型換熱管束的排布方式為，每排復(fù)合型異型管相互平行；每一根交錯(cuò)排列。7.按照權(quán)利要求1或2所述的采用復(fù)合型異型管管束的管殼式蒸發(fā)器，其特征是:所述波節(jié)管、T型結(jié)構(gòu)管和翅片管通過焊接工藝連接在一起。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種采用復(fù)合型異型管管束的管殼式蒸發(fā)器，其結(jié)構(gòu)是：由波節(jié)管、T型結(jié)構(gòu)管和翅片管依次焊接構(gòu)成一根復(fù)合型異型管，多根復(fù)合型異型管通過管兩端的管板并聯(lián)固定在一起成為換熱管束。在管束的外側(cè)設(shè)有四塊折流板，使流體形成單管程三殼程的換熱通道。管板與殼體焊接為一體，管板兩端設(shè)有左、右管箱，管板與管箱通過法蘭式密封連接成為蒸發(fā)式換熱器。工質(zhì)自右側(cè)管箱進(jìn)入，依次經(jīng)過波節(jié)管、T型結(jié)構(gòu)管和翅片管，吸熱相變蒸發(fā)為蒸汽從左側(cè)管箱出口排出。本發(fā)明可針對(duì)換熱工質(zhì)的狀態(tài)和流程而提高不同階段的換熱系數(shù)。由于蒸發(fā)器的整體換熱效率得到有效提高，所以同樣的換熱負(fù)荷，可相對(duì)減小蒸發(fā)器的有效換熱體積，并且減少工質(zhì)的充灌量。
【IPC分類】F22G3/00
【公開號(hào)】CN104930497
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510350510
【發(fā)明人】朱家玲, 胡開永, 吳秀杰, 張偉
【申請(qǐng)人】天津大學(xué)
【公開日】2015年9月23日
【申請(qǐng)日】2015年6月23日