專利名稱：超聲波強(qiáng)化換熱殼管式換熱器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種殼管式換熱器，特別是一種超聲波強(qiáng)化換熱殼管式換熱
器，屬于工業(yè)換熱節(jié)能技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
殼管式換熱器是工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用較廣泛的換熱設(shè)備，尤其在高溫、高壓、有毒 等特殊場(chǎng)合，殼管式換熱器將具有較好的適用性，但目前使用的殼管式換熱器還 存在傳熱效率低的問題。為了提高殼管式換熱器的換熱效率，人們對(duì)殼管式換熱 器管內(nèi)傳熱強(qiáng)化進(jìn)行了許多研究，目前的強(qiáng)化傳熱手段主要有兩種(l)改變換熱 管形狀或改造換熱管表面性質(zhì)，如采用螺紋管、表面多孔管等；(2)改變殼程檔板 和換熱管支撐板的形式，以減少殼程流動(dòng)的滯留死區(qū)，使傳熱面積得到充分利用。 經(jīng)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，中國(guó)專利(申請(qǐng))號(hào)為200510012628，名稱為平 面渦旋型傳熱管束殼管式換熱器發(fā)明專利，公開了一種高效殼管式換熱設(shè)備，該 設(shè)備的顯著特點(diǎn)為傳熱管為平面渦旋型管，集液管貫穿所有平面渦旋型管的中心 孔，平面渦旋型管與集液管相通，后流體法蘭盤的盤板中部設(shè)有均壓室，均壓室 內(nèi)設(shè)有數(shù)個(gè)制冷劑通過孔，平面渦旋型管的外端口與制冷劑通過孔相連通，該發(fā) 明可以使液體在管內(nèi)流動(dòng)過程中產(chǎn)生離心力，絕對(duì)限制了液膜增厚，有效提高了 換熱器的換熱系數(shù)。中國(guó)專利(申請(qǐng))號(hào)為200610122089，名稱為縱向多螺旋混 合流管殼式換熱器及其強(qiáng)化傳熱方法發(fā)明專利，公開了一種縱向多螺旋混合流管 殼式換熱器，該換熱器包括換熱管管束、殼體、換熱管、螺旋扭片，管板置于殼 體內(nèi)兩端，換熱管管束與管板固定連接，螺旋扭片均布設(shè)置在各換熱管外壁，螺 旋扭片為開孔螺旋扭片沿軸向等距開有若干小孔。該發(fā)明通過開孔螺旋扭片對(duì)管 間流體產(chǎn)生縱向螺旋流和射流的協(xié)同作用，使流體在管隙間始終保持多股縱向自 螺旋混合流狀態(tài)，有效提高換熱管束壁面的流體速度，實(shí)現(xiàn)不同殼體半徑處流體 的充分混合，從而提高殼程的傳熱系數(shù)。雖然這些技術(shù)能有效改善殼管式換熱器
的換熱效率，但同時(shí)也大大增加了流體的流動(dòng)阻力，使動(dòng)力設(shè)備(泵)的能耗大 幅度增加。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的改進(jìn)，提供一種利用超聲波進(jìn)行強(qiáng)化換熱的 殼管式換熱器。超聲波在液體中傳播時(shí)，產(chǎn)生的"空化效應(yīng)"加劇了液體的振蕩， 一方面增加了換熱管表面液體的紊流度，提高了換熱管內(nèi)、外流體之間的換熱系 數(shù)；另一方面，可大幅度降低通過換熱器的液體流速，降低液體的流動(dòng)阻力；其 次，超聲波的"空化效應(yīng)"還可降低液體的運(yùn)動(dòng)粘性系數(shù)，也在一定程度上降低 了液體的流動(dòng)阻力。因此，超聲波在強(qiáng)化換熱設(shè)備換熱的同時(shí)，可大幅度降低動(dòng) 力設(shè)備的能耗。超聲波強(qiáng)化換熱還可防止換熱管表面結(jié)垢，省去了定時(shí)除垢清洗 等換熱器維護(hù)工作。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明包括外殼，換熱管，管程進(jìn)口管， 管程出口管，殼程進(jìn)口管，殼程出口管，第一管板，第二管板，隔板，擋板，功 率超聲波換能器，功率超聲波發(fā)生器，密封蓋板，圓套管，圓孔支座，其中，功 率超聲波換能器包括超聲波振動(dòng)晶片，超聲波密封輻射套管，緊固棒，正極薄銅 片，負(fù)極薄銅片，負(fù)極導(dǎo)線，正極導(dǎo)線。外殼是一個(gè)水平放置的封閉圓筒形殼體， 管程進(jìn)口管和管程出口管分別位于外殼右端面的上部和下部；外殼左端面中心位 置開有一個(gè)圓孔，圓孔大小等于功率超聲波換能器外直徑的盈合尺寸，殼程進(jìn)口 管和殼程出口管分別置于外殼的右上方和左下方。第一管板和第二管板為圓形， 其上開有若干個(gè)與換熱管外直徑盈合尺寸一致的圓孔，第一管板中心位置開有一 個(gè)圓孔，第二管板左側(cè)面中心處焊接圓孔支座，第一管板位于外殼左端面和殼程 進(jìn)口管之間，其周邊與外殼的內(nèi)表面無(wú)縫焊接，并與外殼左端面圍成一個(gè)流體混 合通道，圓套管的兩端分別與外殼左端面中心圓孔及第一管板中心圓孔的周邊無(wú) 縫焊接，第一管板中心圓孔直徑、圓孔支座的圓孔內(nèi)徑和圓套管內(nèi)徑均與功率超 聲波換能器外徑盈合尺寸一致，第二管板位于外殼右端面和殼程出口管之間，其周邊與外殼的內(nèi)表面無(wú)縫焊接，隔板水平置于第二管板和外殼右端面之間的中心 處，其周邊分別與第二管板、外殼右端面及外殼的內(nèi)表面無(wú)縫焊接，圍成同等大 小的上、下兩個(gè)通道，上通道與管程進(jìn)口管相通，下通道與管程出口管相通，換 熱管的兩端分別與第一管板和第二管板上對(duì)應(yīng)的圓孔無(wú)縫焊接，形成平行的管通 道，兩塊開有若干小孔的半圓形擋板分別位于殼程進(jìn)口管右側(cè)和殼程出口管左側(cè)， 為換熱管提供支撐作用。功率超聲波換能器為圓柱形，其中超聲波振動(dòng)晶片，超 聲波密封輻射套管，正極薄銅片和負(fù)極薄銅片均為長(zhǎng)管形狀，超聲波密封輻射套 管兩端密封，超聲波振動(dòng)晶片、正極薄銅片、負(fù)極薄銅片和緊固棒具有相同的長(zhǎng) 度，它們均密封在超聲波密封輻射套管內(nèi)，并與超聲波密封輻射套管兩端形成封 閉空間。超聲波振動(dòng)晶片的外環(huán)面為負(fù)極面，內(nèi)環(huán)面為正極面，緊固棒與超聲波 振動(dòng)晶片的內(nèi)環(huán)面緊密盈合，中間夾著正極薄銅片，超聲波振動(dòng)晶片的外環(huán)面與
超聲波密封輻射套管的內(nèi)環(huán)面緊密盈合，中間夾著負(fù)極薄銅片。
功率超聲波換能器從外殼左端面中心圓孔插入，依次通過圓套管和第一管板 中心圓孔，伸入圓孔支座的內(nèi)孔后，由封蓋板將其密封在換熱器的殼程空間內(nèi)， 功率超聲波換能器的正極薄銅片和負(fù)極薄銅片分別通過正極導(dǎo)線和負(fù)極導(dǎo)線與功 率超聲波發(fā)生器的正、負(fù)極連接。
換熱器工作時(shí)， 一種換熱流體從殼程進(jìn)口管進(jìn)入，經(jīng)流換熱器殼程空間后從 殼程出口管流出，另一種換熱流體則從管程進(jìn)口管進(jìn)入，依次流經(jīng)換熱器的上半 空間換熱管和下半空間換熱管后從管程出口管流出，同時(shí)，功率超聲波發(fā)生器開 啟，超聲波沿著功率超聲波換能器的徑向發(fā)射，使換熱器殼程中的液體劇烈振蕩 并產(chǎn)生空化氣泡，增強(qiáng)換熱器的換熱效果。
本發(fā)明的有益效果本發(fā)明的超聲波強(qiáng)化傳熱管殼式換熱器利用超聲波在液 體中傳播時(shí)產(chǎn)生的"空化效應(yīng)"加劇液體的振蕩，降低液體的運(yùn)動(dòng)粘性系數(shù)，能 在液體低流速情況下增強(qiáng)換熱管的換熱效果，可大幅度降低動(dòng)力設(shè)備的能耗，具 有顯著的節(jié)能效果，同時(shí)超聲波的"空化效應(yīng)"還能防止換熱器換熱管表面結(jié)垢，
具有很強(qiáng)的適應(yīng)性和可操作性。


圖1是本發(fā)明的超聲波強(qiáng)化換熱管殼式換熱器結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本發(fā)明超聲波換能器結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是本發(fā)明圖1所示A-A剖視圖。
圖4是本發(fā)明圖3所示B-B剖視圖。
圖5是本發(fā)明圖3所示C-C剖視圖。
具體實(shí)施例方式
如圖l、圖2、圖3、圖4、圖5所示，本實(shí)施例發(fā)明包括外殼l，換熱管2， 管程進(jìn)口管3，管程出口管4，殼程進(jìn)口管5，殼程出口管6，第一管板7，第二管 板8，隔板9，擋板IO，功率超聲波換能器ll，功率超聲波發(fā)生器12,密封蓋板 13，圓套管14，圓孔支座15，其中，功率超聲波換能器11包括超聲波振動(dòng)晶片 16，超聲波密封輻射套管17，緊固棒18，正極薄銅片19，負(fù)極薄銅片20，負(fù)極 導(dǎo)線21，正極導(dǎo)線22。外殼l是一個(gè)水平放置的封閉圓筒形殼體，管程進(jìn)口管3 和管程出口管4分別位于外殼1右端面的上部和下部；外殼1左端面中心位置開 有一個(gè)圓孔，圓孔大小等于功率超聲波換能器ll外直徑的盈合尺寸，殼程進(jìn)口管 5和殼程出口管6分別置于外殼1的右上方和左下方。第一管板7和第二管板8為 圓形，其上開有若干個(gè)與換熱管2外直徑盈合尺寸一致的圓孔，第一管板7中心 位置開有一個(gè)圓孔，第二管板8左側(cè)面中心處焊接一個(gè)圓孔支座15，第一管板7 位于外殼1左端面和殼程進(jìn)口管5之間，其周邊與外殼1的內(nèi)表面無(wú)縫焊接，并 與外殼1左端面圍成一個(gè)流體混合通道，圓套管14的兩端分別與外殼1左端面中 心圓孔及第一管板7中心圓孔的周邊無(wú)縫焊接，第一管板7中心圓孔直徑、圓孔 支座15的圓孔內(nèi)徑和圓套管14內(nèi)徑均與功率超聲波換能器11外徑盈合尺寸一致， 第二管板8位于外殼1右端面和殼程出口管6之間，其周邊與外殼1的內(nèi)表面無(wú) 縫焊接，隔板9水平置于第二管板8和外殼1右端面之間的中心處，其周邊分別 與第二管板8、外殼1右端面及外殼1的內(nèi)表面無(wú)縫焊接，圍成同等大小的上、下 兩個(gè)通道，上通道與管程進(jìn)口管3相通，下通道與管程出口管4相通，換熱管2 兩端分別與第一管板7和第二管板8上對(duì)應(yīng)的圓孔無(wú)縫焊接，形成平行的管通道，
上、下兩塊半圓形擋板10分別位于殼程進(jìn)口管5右側(cè)和殼程出口管6左側(cè)，為換 熱管提供支撐作用。功率超聲波換能器ll為圓柱形，其中超聲波振動(dòng)晶片16，超 聲波密封輻射套管17，正極薄銅片19和負(fù)極薄銅片20均為長(zhǎng)管形狀，超聲波密 封輻射套管17兩端密封，超聲波振動(dòng)晶片16、正極薄銅片19、負(fù)極薄銅片20和 緊固棒18具有相同的長(zhǎng)度，它們均密封在超聲波密封輻射套管17內(nèi)，并與超聲 波密封輻射套管17兩端形成封閉空間。超聲波振動(dòng)晶片16的外環(huán)面為負(fù)極面， 內(nèi)環(huán)面為正極面，緊固棒18與超聲波振動(dòng)晶片16的內(nèi)環(huán)面緊密盈合，中間夾著 正極薄銅片19，超聲波振動(dòng)晶片16的外環(huán)面與超聲波密封輻射套管17的內(nèi)環(huán)面 緊密盈合，中間夾著負(fù)極薄銅片20，正極薄銅片19和負(fù)極薄銅片20的厚度為 1-2mra。
換熱管2采用^25x2.5附w或^32x3.0wm的無(wú)縫鋼管或銅管，超聲波振動(dòng)晶片 16由鋯鈦酸鉛壓電陶瓷制成，超聲波密封輻射套管17由高強(qiáng)度的鋁合金制成，緊 固棒18由鋼制成，功率超聲波發(fā)生器12與功率超聲波換能器11之間的匹配頻率 范圍為18kHz 35kHz，匹配功率范圍為500W 2000W。
功率超聲波換能器11從外殼1左端面中心圓孔插入，依次通過圓套管14和 第一管板7中心圓孔，伸入圓孔支座15的內(nèi)孔，密封蓋板13通過螺栓與外殼1 左端面固接，將功率超聲波換能器ll密封在換熱器的殼程空間內(nèi)，正極薄銅片19 和負(fù)極薄銅片20分別通過正極導(dǎo)線22和負(fù)極導(dǎo)線21與功率超聲波發(fā)生器12的 正、負(fù)極連接。
換熱器工作時(shí)， 一種換熱流體從殼程進(jìn)口管5進(jìn)入，經(jīng)流換熱器殼程空間后 從殼程出口管6流出，另一種換熱流體則從管程進(jìn)口管3進(jìn)入，依次流經(jīng)換熱器 的上半空間換熱管和下半空間換熱管后從管程出口管4流出，同時(shí)，功率超聲波 發(fā)生器12開啟，超聲波沿著功率超聲波換能器11的徑向發(fā)射，使換熱器殼程中 的液體劇烈振蕩并產(chǎn)生空化氣泡，增強(qiáng)換熱器的換熱效果。
權(quán)利要求
1.一種超聲波強(qiáng)化換熱管殼式換熱器，包括外殼(1)、換熱管(2)、管程進(jìn)口管(3)、管程出口管(4)、殼程進(jìn)口管(5)、殼程出口管(6)、第一管板(7)、第二管板(8)、隔板(9)、擋板(10)、功率超聲波換能器(11)、功率超聲波發(fā)生器(12)、密封蓋板(13)、圓套管(14)、圓孔支座(15)，其特征在于功率超聲波換能器(11)包括超聲波振動(dòng)晶片(16)、超聲波密封輻射套管(17)、緊固棒(18)、正極薄銅片(19)、負(fù)極薄銅片(20)、負(fù)極導(dǎo)線(21)、正極導(dǎo)線(22)，外殼(1)是一個(gè)水平放置的封閉圓筒形殼體，管程進(jìn)口管(3)和管程出口管(4)分別位于外殼(1)右端面的上部和下部，外殼(1)左端面中心位置開有一個(gè)圓孔，圓孔大小等于功率超聲波換能器(11)外直徑的盈合尺寸，殼程進(jìn)口管(5)和殼程出口管(6)分別置于外殼(1)的右上方和左下方，第一管板(7)和第二管板(8)為圓形，其上開有若干個(gè)與換熱管(2)外直徑盈合尺寸一致的小圓孔，第一管板(7)位于外殼(1)左端面和殼程進(jìn)口管(5)之間，其中心開有圓孔，周邊與外殼(1)的內(nèi)表面無(wú)縫焊接，圓套管(14)的兩端分別與外殼(1)左端面中心圓孔及第一管板(7)中心圓孔的周邊無(wú)縫焊接，第二管板(8)位于外殼(1)右端面和殼程出口管(6)之間，其周邊與外殼(1)的內(nèi)表面無(wú)縫焊接，圓孔支座(15)焊接在第二管板(8)左側(cè)面中心處，第一管板(7)中心圓孔直徑、圓孔支座(15)的圓孔內(nèi)徑和圓套管(14)內(nèi)徑均與功率超聲波換能器(11)外徑盈合尺寸一致，隔板(9)水平置于第二管板(8)和外殼(1)右端面之間的中心處，其周邊分別與第二管板(8)、外殼(1)右端面及外殼(1)的內(nèi)表面無(wú)縫焊接，換熱管(2)的兩端分別與第一管板(7)和第二管板(8)上對(duì)應(yīng)的圓孔無(wú)縫焊接，上、下兩塊半圓形擋板(10)分別位于殼程進(jìn)口管(5)右側(cè)和殼程出口管(6)左側(cè)，功率超聲波換能器(11)為圓柱形，其中超聲波振動(dòng)晶片(16)，超聲波密封輻射套管(17)，正極薄銅片(19)和負(fù)極薄銅片(20)均為長(zhǎng)管形狀，超聲波密封輻射套管(17)兩端密封，超聲波振動(dòng)晶片(16)、正極薄銅片(19)、負(fù)極薄銅片(20)和緊固棒(18)具有相同的長(zhǎng)度，均密封在超聲波密封輻射套管(17)內(nèi)，并與超聲波密封輻射套管(17)兩端形成封閉空間，超聲波振動(dòng)晶片(16)的外環(huán)面為負(fù)極面，內(nèi)環(huán)面為正極面，緊固棒(18)通過正極薄銅片(19)與超聲波振動(dòng)晶片(16)的內(nèi)環(huán)面緊密盈合，超聲波振動(dòng)晶片(16)的外環(huán)面通過負(fù)極薄銅片(20)與超聲波密封輻射套管(17)的內(nèi)環(huán)面緊密盈合，功率超聲波換能器(11)從外殼(1)左端面中心圓孔插入圓孔支座(15)的內(nèi)孔，密封蓋板(13)通過螺栓與外殼(1)左端面固接，正極薄銅片(19)和負(fù)極薄銅片(20)分別通過正極導(dǎo)線(22)和負(fù)極導(dǎo)線(21)與功率超聲波發(fā)生器(12)的正、負(fù)極連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波強(qiáng)化換熱管殼式換熱器，其特征是所述的熱 管(2)采用025 x 2.5w附或032 x 3.0wm的無(wú)縫鋼管或銅管，超聲波振動(dòng)晶片(16)由 鋯鈦酸鉛壓電陶瓷制成，超聲波密封輻射套管(17)由高強(qiáng)度的鋁合金制成，緊固 棒(18)由鋼制成。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波強(qiáng)化換熱管殼式換熱器，其特征是所述的功 率超聲波發(fā)生器(12)與功率超聲波換能器(11)之間的匹配頻率范圍為18kHz 35kHz，匹配功率范圍為500W 2000W，正極薄銅片(19)和負(fù)極薄銅片(20)的厚度 為1-2腿。
全文摘要
一種超聲波強(qiáng)化換熱管殼式換熱器，屬于工業(yè)換熱設(shè)備節(jié)能技術(shù)領(lǐng)域，包括外殼，換熱管，管程進(jìn)口管，管程出口管，殼程進(jìn)口管，殼程出口管，第一管板，第二管板，隔板，擋板和功率超聲波換能器，功率超聲波換能器從外殼左端面中心圓孔插入，依次通過圓套管和第一管板中心圓孔，伸入圓孔支座，由密封蓋板將其密封在換熱器的殼程空間內(nèi)，超聲波沿著功率超聲波換能器的徑向發(fā)射，利用超聲波在液體中傳播時(shí)產(chǎn)生的“空化效應(yīng)”加劇液體振蕩，降低液體運(yùn)動(dòng)粘性系數(shù)，在液體低流速情況下增強(qiáng)換熱管的換熱效果，大幅度降低動(dòng)力設(shè)備能耗，具有顯著的節(jié)能效果，同時(shí)超聲波的“空化效應(yīng)”還能防止換熱管表面結(jié)垢，具有很強(qiáng)的適應(yīng)性和可操作性。
文檔編號(hào)F28D7/10GK101196380SQ20071017326
公開日2008年6月11日 申請(qǐng)日期2007年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月27日
發(fā)明者劉世清, 曄 姚, 靜 陳 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)