一種形狀記憶合金折流板換熱器及折流板制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及一種折流板換熱器，尤其涉及一種形狀記憶合金折流板換熱器及 一種形狀記憶合金折流板制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 換熱器是一種實(shí)現(xiàn)物料之間熱量傳遞的節(jié)能設(shè)備，又稱熱交換器。它廣泛應(yīng)用于 化工、石油、動(dòng)力和原子能等工業(yè)部門。它的主要功能是保證工藝對介質(zhì)所要求的特定溫 度，同時(shí)也是提高能源利用率的主要設(shè)備之一。浮頭式換熱器是目前應(yīng)用最廣泛的的一種 換熱器。該種換熱器一端管板與殼體固定，一端的管板可在殼體內(nèi)自由浮動(dòng)。浮頭端設(shè)計(jì)成 可拆結(jié)構(gòu)，使管束能容易地插入或抽出殼體，方便清洗和檢修。為了達(dá)到提高殼程流體的流 速，增加湍動(dòng)程度，并使殼程流體垂直沖刷管束的目的，換熱器中增設(shè)了折流板，以改善傳 熱，增大殼程流體的傳熱系數(shù)，同時(shí)減少結(jié)構(gòu)。折流板與換熱器殼體內(nèi)壁之間的間隙過大， 泄露嚴(yán)重，流體短路，傳熱效率下降，能耗上升，還容易引起振動(dòng);但是，間隙過小，安裝困 難，并且在檢修和清洗時(shí)換熱器管束不能方便地抽出殼體或裝入。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0003] 本實(shí)用新型的一個(gè)目的是提供一種形狀記憶合金折流板換熱器，形狀記憶合金折 流板的奧氏體態(tài)伸直張開，馬氏體態(tài)為弧形，便于清洗維修。
[0004] 本實(shí)用新型提供的技術(shù)方案為：
[0005] -種形狀記憶合金折流板換熱器，包括：
[0006] 筒體；
[0007] 管箱，其設(shè)置于所述筒體兩側(cè)或一側(cè)；
[0008] 上層折流板，其貼合設(shè)置于所述筒體頂部；
[0009] 下層折流板，其貼合設(shè)置于所述筒體底部，與所述上層折流板間隔設(shè)置；
[0010] 換熱管束，其穿接在所述折流板的連接孔中。
[0011] 優(yōu)選的是，所述折流板包括位于中心位置折流板基板及設(shè)置在所述折流板基板邊 緣的折流板嵌板；
[0012] 其中，所述折流板嵌板材質(zhì)為形狀記憶合金。
[0013] 優(yōu)選的是，所述形狀記憶合金為鎳鈦形狀記憶合金、銅基形狀記憶合金和鐵基形 狀記憶合金中的一種。
[0014] 優(yōu)選的是，所述形狀記憶合金在奧氏體狀態(tài)為直線型，在馬氏體狀態(tài)為弧形。
[0015] 優(yōu)選的是，在馬氏體狀態(tài)下，所述上層折流板靠近筒體頂壁的弧面彎曲方向與下 層折流板靠近筒體底壁的弧面彎曲方向相同。
[0016] 優(yōu)選的是，所述折流板的厚度均為4mm~6mm。
[0017]優(yōu)選的是，所述上層折流板和所述下層折流板的間隔為20cm~35cm〇 [0018]本實(shí)用新型所述的有益效果
[0019] I、本實(shí)用新型所述的形狀記憶合金折流板換熱器與其普通換熱器折流板相比，明 顯提高了換熱率，節(jié)約能源，并清洗與維修管束創(chuàng)造了方便條件。
[0020] 2、本實(shí)用新型所述的形狀記憶合金折流板換熱器反應(yīng)靈敏，安全可靠，通過改變 合金成分及熱處理工藝可以改變相變點(diǎn)，即當(dāng)不同溫度的熱流體介質(zhì)通過時(shí)，折流板葉片 的動(dòng)作溫度可控;形狀記憶合金成本比較低、稍做處理可重復(fù)使用。
[0021] 3、本實(shí)用新型所述的形狀記憶合金折流板換熱器間隔精準(zhǔn)設(shè)置，保證換熱效果又 方便清洗。
【附圖說明】
[0022] 圖1為本實(shí)用新型所述形狀記憶合金折流板換熱器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023] 圖2為本實(shí)用新型所述形狀記憶合金折流板換熱器的剖面圖。
[0024] 圖3為本實(shí)用新型所述的形狀記憶合金馬氏體態(tài)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025] 圖4為本實(shí)用新型所述的形狀記憶合金奧氏體態(tài)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026] 圖5為本實(shí)用新型所述的形狀記憶合金結(jié)構(gòu)參數(shù)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027] 下面結(jié)合附圖對本實(shí)用新型做進(jìn)一步的詳細(xì)說明，以令本領(lǐng)域技術(shù)人員參照說明 書文字能夠據(jù)以實(shí)施。
[0028] 如圖1、2所示，本實(shí)用新型提供的形狀記憶合金折流板換熱器包括，筒體110,管箱 120，上層折流板140，下層折流板150和換熱管束160。
[0029]其中，管箱120,其設(shè)置于筒體110兩側(cè)；
[0030]如圖3所示，折流板包括位于中心位置折流板基板141及設(shè)置在折流板基板141邊 緣的折流板嵌板142;其中，折流板嵌板材質(zhì)為形狀記憶合金。
[0031 ]換熱管束160，其穿接在折流板的連接孔中。
[0032] 位于浮頭式換熱器兩端的管板170, 一端管板與殼體固定，而另一端的管板可在殼 體內(nèi)自由浮動(dòng)，即為浮頭端。換熱管束160受熱時(shí)，換熱管束160連同浮頭可以沿軸向自由伸 縮，完全消除了溫差應(yīng)力。
[0033] 浮頭式換熱器的筒體110和換熱管束160相對膨脹是自由的，故當(dāng)兩種介質(zhì)的溫差 較大時(shí)，換熱管束160和殼體之間不產(chǎn)生溫差應(yīng)力。浮頭端設(shè)計(jì)成可拆結(jié)構(gòu)，使換熱管束160 能容易的插入或抽出殼體。這樣為檢修、清洗提供了方便。
[0034] 浮頭換熱器的浮頭部分結(jié)構(gòu)，按不同的要求可設(shè)計(jì)成各種形式，除必須考慮管束 能在設(shè)備內(nèi)自由移動(dòng)外，還必須考慮到浮頭部分的檢修、安裝和清洗的方便。
[0035]在設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮浮頭管板170的外徑，小于筒體110內(nèi)徑，一般浮頭管板170與筒 體110內(nèi)壁的間隙為3~5_。這樣，當(dāng)浮頭出的鉤圈拆除后，即可將換熱管束160從殼體內(nèi)抽 出。以便于進(jìn)行檢修、清洗。浮頭蓋在管束裝入后才能進(jìn)行裝配，所以在設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮保證 浮頭蓋在裝配時(shí)的必要空間，鉤圈對保證浮頭端的密封、防止介質(zhì)間的串漏起著重要作用， 鉤圈一般都為對開式結(jié)構(gòu)，要求密封可靠，結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、便于制造和拆裝方便。
[0036]在另一實(shí)施例中，形狀記憶合金折流板選用鎳鈦形狀記憶合金、銅基形狀記憶合 金和鐵基形狀記憶合金中的一種。
[0037] 如圖3、4所示，折流板奧氏體狀態(tài)為直線折流板，馬氏體狀態(tài)為弧形折流板，馬氏 體狀態(tài)下上層折流板140靠近筒體頂壁的弧面的方向與下層折流板150靠近筒體底壁的弧 面的彎曲方向相同，折流板厚度4mm~6mm。
[0038] 形狀記憶合金作為折流板嵌板，伸直狀態(tài)為奧氏體相，彎曲狀態(tài)為馬氏體相，當(dāng)有 熱流體經(jīng)過折流板時(shí)，受熱展開，使折流板與換熱器殼體內(nèi)壁的間隙消失。增大了殼程流體 "蛇"字形的流動(dòng)路線，提高了導(dǎo)熱率。當(dāng)需要檢修或清洗時(shí)，通入低溫流體，使折流板彎曲 收縮，增大了折流板與殼體內(nèi)壁的間隙尺寸，使管束的抽出變得非常容易，清洗和檢修變得 也非常方便。
[0039] 折流板可以改變液體流向，增加流體在管間的湍動(dòng)程度，增大傳熱系數(shù)，提高傳熱 效率，同時(shí)還起到支撐管束的作用，折流板的間隔設(shè)置合理，有利于提高換熱器的傳熱效 率。
[0040] 作為一種優(yōu)選，根據(jù)基體折流板材料采用鉚接、焊接、螺栓連接等方式，把形狀記 憶合金折流板部分安裝到折流板基體上，上層折流板140和下層折流板150的間隔為20cm~ 35cm〇
[0041 ]本實(shí)用新型所述的形狀記憶合金折流板工作過程如下：
[0042] 因形狀記憶合金基材具有伸縮延展性，因此形狀記憶合金的精準(zhǔn)裁切可提高形狀 記憶合金折流板的性能參數(shù)，提高換熱器的換熱效果。
[0043] 步驟一:將形狀記憶合金基材裁切為圓形板材，其半徑為，
[0044] Lre = 0.02Rcv2+0.11Rcv+0.83
[0045] 其中RctS筒體內(nèi)徑，；
[0046] 步驟二:采用直板夾具將形狀記憶合金夾裝在中間，對所述形狀記憶合金進(jìn)行高 溫定型處理，工藝參數(shù)設(shè)定為:鎳鈦形狀記憶合金，溫度500°C~600°C，時(shí)間5~8小時(shí);銅基 形狀記憶合金，溫度300 °C~500 °C，時(shí)間0.5~2小時(shí)；鐵基形狀記憶合金，溫度800°C~850 °C，時(shí)間8~12小時(shí)。
[0047] 如圖5所示，步驟三:形狀記憶合金冷卻至室溫，采用沖壓裝置將形狀記憶合金彎 曲為弧型，形狀記憶合金的弧面彎曲角度相同，彎曲半徑為，
[0049] 其中，Q為換熱器的傳熱速率，其單位為J/S;CPS比熱容，其單位為J/Kg · °C; ΔΤ 為換熱管內(nèi)外液體溫差，單位為°C ;u為客體流動(dòng)速度，單位為m/s; σ為記憶合金密度，單位 為kg/m3。
[0050] 彎曲角度為，
[0052]作為一種優(yōu)選，所述步驟三中的形狀記憶合金冷卻方法為水冷或在空氣中冷卻。 [0053]作為一種優(yōu)選，所述步驟二中高溫定型處理方法為在熱處理爐中加熱保溫冷卻處 理。
[0054] 如圖4所示，在另一實(shí)施例中，步驟一中，浮頭換熱器為方形筒體時(shí)，將形狀記憶合 金基材裁切為方形板材，其裁切長度為，
[0055] Fre = 0.02Rcv2+0.11Rcv+0.83
[0056] 其中Rct為筒體內(nèi)徑；
[0057] 裁切寬度，Dre = 0.56ndo+0.28;
[0058] 其中，η為換熱管數(shù)量，do為換熱管外徑。
[0059] 盡管本實(shí)用新型的實(shí)施方案已公開如上，但其并不僅僅限于說明書和實(shí)施方式中 所列運(yùn)用，它完全可以被適用于各種適合本實(shí)用新型的領(lǐng)域，對于熟悉本領(lǐng)域的人員而言， 可容易地實(shí)現(xiàn)另外的修改，因此在不背離權(quán)利要求及等同范圍所限定的一般概念下，本實(shí) 用新型并不限于特定的細(xì)節(jié)和這里示出與描述的圖例。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種形狀記憶合金折流板換熱器，其特征在于，包括： 筒體； 管箱，其設(shè)置于所述筒體兩側(cè)或一側(cè)； 上層折流板，其貼合設(shè)置于所述筒體頂部； 下層折流板，其貼合設(shè)置于所述筒體底部，與所述上層折流板間隔設(shè)置； 換熱管束，其穿接在所述折流板的連接孔中。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的形狀記憶合金折流板換熱器，其特征在于，所述折流板包括位 于中心位置折流板基板及設(shè)置在所述折流板基板邊緣的折流板嵌板； 其中，所述折流板嵌板材質(zhì)為形狀記憶合金。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的形狀記憶合金折流板換熱器，其特征在于，所述形狀記憶合金 為鎳鈦形狀記憶合金、銅基形狀記憶合金和鐵基形狀記憶合金中的一種。4. 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的形狀記憶合金折流板換熱器，其特征在于，所述形狀記憶 合金在奧氏體狀態(tài)為直線型，在馬氏體狀態(tài)為弧形。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的形狀記憶合金折流板換熱器，其特征在于，在馬氏體狀態(tài)下， 所述上層折流板靠近筒體頂壁的弧面彎曲方向與下層折流板靠近筒體底壁的弧面彎曲方 向相同。6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的形狀記憶合金折流板換熱器，其特征在于，所述折流板的厚度 均為4mm~6mm 〇7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的形狀記憶合金折流板換熱器，其特征在于，所述上層折流板和 所述下層折流板的間隔為20cm~35cm〇
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種形狀記憶合金折流板換熱器，包括：筒體；管箱，其設(shè)置于筒體兩側(cè)或一側(cè)；折流板，其為形狀記憶合金，其中，上層折流板貼合設(shè)置于筒體頂部；下層折流板，貼合設(shè)置于筒體底部與上層折流板間隔設(shè)置；換熱管束，其穿接在折流板的連接孔中。
【IPC分類】F28F9/24, F28F21/08, F28D7/16
【公開號】CN205279813
【申請?zhí)枴緾N201521077084
【發(fā)明人】劉航, 馮立強(qiáng), 劉興江
【申請人】遼寧工業(yè)大學(xué)
【公開日】2016年6月1日
【申請日】2015年12月21日