一種廢氣余熱回收換熱器的制造方法
【專利摘要】一種用于廢氣余熱回收換熱器，主要由熱端腔體、冷端腔體、密封隔板、強(qiáng)化換熱冷凝管束和蒸發(fā)光管管束等組成；冷端翅片管的管內(nèi)腔通過焊接與熱端蒸發(fā)腔體的上壁相連通；工作時(shí)含有余熱的煙氣從熱端的管子內(nèi)部通過，加熱熱端腔體內(nèi)的液體，使之氣化，蒸汽從密封隔板上與強(qiáng)化換熱管的管內(nèi)聯(lián)通的小孔進(jìn)入，被加熱的氣體從強(qiáng)化換熱管束外流過，使管內(nèi)的蒸汽凝結(jié)，熱量傳遞給被加熱的氣體，凝結(jié)液體在重力作用下流回到熱端腔體內(nèi)，循環(huán)使用；和現(xiàn)有技術(shù)相比，本產(chǎn)品有效的解決了換熱器在廢氣余熱回收過程中堵塞不易清洗的問題。
【專利說明】
一種廢氣余熱回收換熱器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明屬于節(jié)能減排領(lǐng)域，涉及一種熱量回收裝置，具體涉及一種廢氣余熱回收換熱器。
【背景技術(shù)】
[0002]根據(jù)調(diào)查，各行業(yè)的余熱總資源占其燃料消耗總量的17%_67%，可回收利用的余熱資源約為余熱總資源的60%。目前，很多機(jī)械設(shè)備在工作過程中都會(huì)產(chǎn)生大量的廢氣(煙氣)，目前普遍的做法是直接將其排入大氣，既浪費(fèi)大量的熱能并且污染了環(huán)境。這部分廢氣由于工作環(huán)境的原因，常會(huì)含有灰塵、纖維和油污等雜質(zhì)。目前常用的廢氣余熱回收裝置有列管式、回轉(zhuǎn)式、板式換熱器和熱管換熱器等，但普遍存在回收效率低，壓力損失大，易堵塞，易積灰，易磨損，難清洗等弊病。
[0003]為了增加換熱管的余熱回收能力，一般在換熱管內(nèi)部增加換熱翅片，從而將換熱管內(nèi)部部的通道分為多個(gè)小的通道，但是此種情況下雖然會(huì)增加傳熱能力，但是以為小通道的存在，同時(shí)也會(huì)造成流動(dòng)阻力的增加，從而降低了換熱管的使用壽命。因此，需要對(duì)換熱管進(jìn)行改進(jìn)，使其在強(qiáng)化傳熱的同時(shí)，同時(shí)減少換熱管內(nèi)的流動(dòng)阻力。
[0004]針對(duì)上述問題，本發(fā)明提供了一種新廢氣余熱回收換熱器，從而解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的冋題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種有效的解決換熱器在廢氣余熱回收過程中堵塞不易清洗問題的廢氣余熱回收換熱器。
[0006]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:包括換熱殼體以及安裝在換熱殼體內(nèi)與換熱殼體底面平行的密封隔板，密封隔板將換熱殼體內(nèi)部分為熱端腔體和冷端腔體；
[0007]所述的熱端腔體包括熱管蒸發(fā)腔，在熱管蒸發(fā)腔內(nèi)布置有多排與換熱殼體底面平行的光管，光管的兩端分別設(shè)置有與光管相對(duì)應(yīng)的高溫廢氣入口和高溫廢氣出口；熱端腔體的底部換熱殼體設(shè)置有熱端活門，熱管蒸發(fā)腔內(nèi)充灌制冷工質(zhì)；
[0008]所述的冷端腔體上開設(shè)有空氣入口、空氣出口及冷端活門，冷端腔體內(nèi)布置有多排強(qiáng)化換熱管作為熱管冷凝端，密封隔板上開設(shè)有與熱管冷凝端相對(duì)應(yīng)的通孔，所述的強(qiáng)化換熱管的排列方式為順排或交叉排列，且強(qiáng)化換熱管焊接在密封隔板上并與密封隔板垂直布置，且與熱管蒸發(fā)腔相連通。
[0009]所述的換熱殼體兩端還安裝有保溫封板。
[0010]所述的強(qiáng)化換熱管內(nèi)部設(shè)置有內(nèi)翅片，外部設(shè)置有外翅片，所述內(nèi)翅片將強(qiáng)化換熱管分為多個(gè)小通道，在內(nèi)翅片上開設(shè)有使相鄰的小通道彼此連通的連通孔。
[0011]所述的從熱管蒸發(fā)腔向熱管冷凝端方向，連通孔的孔徑逐漸減小。
[0012]所述的強(qiáng)化換熱管為圓管，連通孔的形狀為圓形。
[0013]所述的內(nèi)翅片為多個(gè)，內(nèi)翅片從圓管的中心軸線向外延伸，與圓管的內(nèi)壁連接，所述內(nèi)翅片之間的夾角相同。
[0014]所述的內(nèi)翅片為4個(gè)，所述圓管的內(nèi)壁半徑為R，所述連通孔的半徑r，所述同一內(nèi)翅片上相鄰的連通孔之間的距離為L(zhǎng)，滿足如下關(guān)系:
[0015]l/R*10> = a*(r/R*10)2-b*(r/R*10)+c;
[0016]其中&，13，。是參數(shù)，14〈&〈15，72〈13〈75，93〈?！?6;
[0017]0.34<1/R<0.6
[0018]0.2<r/R<0.3
[0019]20<R<80mm；
[0020]5〈r〈17mm。
[0021]所述的隨著r/R的增加，所述的a,c增加，b減小。
[0022]與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明的具有如下的優(yōu)點(diǎn):
[0023]本發(fā)明在蒸發(fā)腔內(nèi)布置有一系列光管，含有余熱的煙氣(廢氣)從排列整齊的光管管內(nèi)通過，有利于對(duì)廢氣在管內(nèi)造成的沾污、積灰等進(jìn)行及時(shí)清理。這里還需要指出的是本發(fā)明中高溫氣體側(cè)采用光管結(jié)構(gòu)可以大大減輕對(duì)換熱器制造的要求。因?yàn)槟壳霸诟邷責(zé)煔鈧?cè)普遍采用強(qiáng)化翅片管進(jìn)行余熱回收，而當(dāng)高溫氣體流經(jīng)翅片管時(shí)，常常會(huì)由于翅片與基管熱膨脹性的不同而引起附加接觸熱阻，從而影響換熱器的性能。要保證換熱器的可靠性能，就對(duì)翅片管的制造工藝提出更高的要求。
[0024]光管垂直設(shè)置有利于制冷工質(zhì)的均勻吸熱和降膜蒸發(fā);強(qiáng)化換熱管垂直設(shè)置可有
[0025]效降低制冷工質(zhì)循環(huán)工作壓力，即有利于制冷工質(zhì)的循環(huán)流通。
[0026]進(jìn)一步的通過在熱管冷凝端內(nèi)部設(shè)置內(nèi)翅片，將熱管冷凝端分為多個(gè)小流道，進(jìn)一步強(qiáng)化傳熱，并在內(nèi)翅片上設(shè)置連通孔，保證相鄰的小通道之間的連通，進(jìn)一步降低冷凝端的流動(dòng)阻力，實(shí)現(xiàn)了強(qiáng)化傳熱和阻力降低的雙重效果，提高了熱管的使用壽命。
[0027]本發(fā)明通過從熱管蒸發(fā)腔向熱管冷凝端方向的連通孔的面積的變化，即保證熱管冷凝端內(nèi)合理的壓力，又保證達(dá)到充分換熱。
[0028]本發(fā)明確定了最佳的熱管冷凝端的管徑、通孔的尺寸關(guān)系，從而使得保證在滿足換熱阻力的情況，從而使得實(shí)現(xiàn)最佳的換熱效果。
【附圖說明】
[0029]圖1是本發(fā)明的主視圖；
[0030]圖2是本發(fā)明的左視圖；
[0031 ]圖3是本發(fā)明熱管冷凝端的橫截面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032]圖4是本發(fā)明內(nèi)翅片上圓形連通孔分布示意圖；
[0033]圖5是本發(fā)明內(nèi)翅片上圓形連通孔錯(cuò)列分布示意圖；
[0034]圖6是熱管冷凝端橫截面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0035]圖中:1-換熱殼體、2-空氣入口、3-強(qiáng)化換熱管、4-密封隔板、5-高溫廢氣入口、6-光管、7-熱端活門、8-熱管蒸發(fā)腔、9-高溫廢氣出口、10-空氣出口、11-熱管冷凝端、12-冷端活門、13-前保溫封板、14-后保溫封板；15-內(nèi)翅片，16-連通孔，17-小通道，18-外翅片，19-圓管。
【具體實(shí)施方式】
[0036]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】做詳細(xì)的說明。
[0037]本文中，如果沒有特殊說明，涉及公式的，表示除法，“X”、表示乘法。
[0038]參見圖1，2，本發(fā)明包括換熱殼體I以及安裝在換熱殼體I前端面的保溫封板14和后端面的保溫封板13，在換熱殼體I內(nèi)安裝有與換熱殼體底面平行的密封隔板4，密封隔板4將換熱器分為熱端腔體和冷端腔體；
[0039]所述的熱端腔體的主體部分是熱管蒸發(fā)腔8，在熱管蒸發(fā)腔8內(nèi)布置有多排光管6，光管6與換熱殼體I底面平行，光管6的兩端分別設(shè)置有與光管6相對(duì)應(yīng)的高溫廢氣入口 5和高溫廢氣出口 9。熱端腔體的底部換熱殼體I上設(shè)置有熱端活門7，熱管蒸發(fā)腔8內(nèi)充灌制冷工質(zhì)；
[0040]所述的冷端腔體上開設(shè)有空氣入口2和空氣出口 10，冷端腔體內(nèi)布置有多排強(qiáng)化換熱管3作為熱管冷凝端11，密封隔板4上開設(shè)有與熱管冷凝端11相對(duì)應(yīng)的通孔，熱管冷凝端11的頂部換熱殼體I上設(shè)置有冷端活門12;
[0041]所述的冷凝腔體內(nèi)的熱管冷凝端11采用的是強(qiáng)化換熱管3，強(qiáng)化換熱管3的排列為平行或交叉排列，且強(qiáng)化換熱管3焊接在密封隔板4呈垂直布置，并與熱管蒸發(fā)腔8相連通。
[0042]高溫廢氣進(jìn)入換熱殼體I下部的熱端腔體內(nèi)，從高溫廢氣入口5進(jìn)入光管6內(nèi)部進(jìn)行換熱，使熱端腔體內(nèi)的液體蒸發(fā)(沸騰)，然后從高溫廢氣出口 9排出。
[0043]由于熱管蒸發(fā)腔8內(nèi)部常常需要維持真空(低于大氣壓力)，為了避免熱管蒸發(fā)腔8的板狀殼體因壓力而凹陷，故需在其內(nèi)部設(shè)置支撐體。其中的光管6—方面是對(duì)廢氣起到流通換熱作用，另一方面對(duì)殼體起到支撐作用。
[0044]通過熱管蒸發(fā)腔8的下面吸熱和上邊散熱的功能，熱量由底部傳遞到頂部。中間的密封隔板4起到隔離和定位作用。上部的外面的冷空氣(或其它較冷的氣體)通過氣體進(jìn)口 2進(jìn)入換熱殼體I內(nèi)。較冷的氣體通過熱管冷凝端11進(jìn)行換熱，溫度升高后通過氣體出口 10排出。
[0045]本發(fā)明的換熱器，蒸發(fā)端采用光管作為換熱表面，可以使得含有余熱的煙氣(廢氣)從排列整齊的光管管內(nèi)通過，有效的降低管壁表面的積灰和磨損問題，此外還有利于對(duì)廢氣在管內(nèi)造成的沾污、積灰等進(jìn)行及時(shí)清理。此外，高溫氣體側(cè)采用光管結(jié)構(gòu)可以大大減輕對(duì)制造的要求。因?yàn)槿粼诟邷貧怏w側(cè)采用翅片管等強(qiáng)化換熱管時(shí)，常常會(huì)由于翅片與基管熱膨脹性的不同而引起附加接觸熱阻，從而影響換熱器的性能。要保證換熱器的可靠性能，就對(duì)翅片管的制造工藝提出更高的要求。在冷凝端采用強(qiáng)化換熱管可以提高空氣側(cè)的換熱效率，從而有效的減小換熱器的整體體積和制作成本。
[0046]如圖3所示，本發(fā)明的強(qiáng)化換熱管3內(nèi)部設(shè)置內(nèi)翅片15，所述內(nèi)翅片15將強(qiáng)化換熱管3分為多個(gè)小通道17，在內(nèi)翅片上設(shè)置連通孔16，從而使相鄰的小通道17彼此連通。
[0047]通過設(shè)置內(nèi)翅片15，將強(qiáng)化換熱管3分為多個(gè)小通道17，進(jìn)一步強(qiáng)化傳熱，但是相應(yīng)的流體流動(dòng)的壓力增加。通過設(shè)置連通孔16，保證相鄰的小通道17之間的連通，從而使得壓力大的小通道內(nèi)的流體可以向鄰近的壓力小的小通道內(nèi)流動(dòng)，解決冷凝端的內(nèi)部各個(gè)小流道壓力不均勻以及局部壓力過大的問題，從而促進(jìn)了流體在換熱通道內(nèi)的充分流動(dòng)，同時(shí)通過連通孔的設(shè)置，也降低了冷凝端內(nèi)部的壓力，提高了換熱效率，同時(shí)也提高了集熱管的使用壽命。
[0048]優(yōu)選的，從熱管蒸發(fā)腔8向熱管冷凝端11方向，所述連通孔的面積不斷的減少。
[0049]所述的連通孔16為圓形結(jié)構(gòu)，從熱管蒸發(fā)腔向熱管冷凝端11方向，所述連通孔16孔徑不斷的減少。
[0050]因?yàn)閺臒峁苷舭l(fā)腔8向熱管冷凝端11方向，熱管內(nèi)的流體不斷的冷凝，因此使得熱管冷凝端11的壓力不斷的降低，而且因?yàn)檫B通孔16的存在，使得熱管內(nèi)部的壓力分配越來越均勻，因此連通孔的面積不需要很大，通過設(shè)置不斷的減小，從而使得在保證熱管內(nèi)部壓力均勻和壓力的情況下，通過連通孔面積的減少來增加換熱面積，從而提高換熱效率。
[0051]優(yōu)選的，從熱管蒸發(fā)腔8向熱管冷凝端11方向，所述連通孔16的面積不斷的減少的幅度不斷增加。通過如此設(shè)置，也是符合流動(dòng)壓力的變化規(guī)律，進(jìn)一步降低流動(dòng)阻力的同時(shí)，提高換熱效率。通過如此設(shè)置，通過是實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)可以提高1 %左右的換熱效率，同時(shí)阻力基本保持不變。
[0052]優(yōu)選的，從熱管蒸發(fā)腔8向熱管冷凝端11方向，連通孔16的分布數(shù)量越來越少，進(jìn)一步優(yōu)選，所述連通孔數(shù)量不斷的減少的幅度不斷增加。
[0053]通過上述數(shù)量的分布原理與面積減少原理相同，通過數(shù)量分布少來減少面積。
[0054]優(yōu)選的，所述熱管冷凝端11為圓管19，連通孔16的形狀為圓形。
[0055]優(yōu)選的，所述內(nèi)翅片15為多個(gè)，內(nèi)翅片15從圓管的中心軸線向外延伸，與圓管的內(nèi)壁連接，所述內(nèi)翅片15之間的夾角相同。通過內(nèi)翅片之間的夾角相同，可以使得冷凝端11內(nèi)部流體分配保持均勻，壓力分配也相應(yīng)的保持均衡。
[0056]優(yōu)選的，所述內(nèi)翅片15為4個(gè)，如圖3所示。所述內(nèi)翅片之間的夾角為90°。
[0057]在實(shí)際實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，連通孔16的面積不能過小，過小的話會(huì)導(dǎo)致流動(dòng)阻力的增加，而且連通孔16的最小的面積與圓管管徑有關(guān)，一般的是管徑越大，則連通孔面積就可以設(shè)計(jì)的越小，管徑越小，連通孔16的面積可以設(shè)計(jì)的越大，因此連通孔16與圓管管徑及其相鄰連通孔16之間的距離必須滿足一定要求，否則就會(huì)導(dǎo)致流動(dòng)阻力過大。
[0058]所述內(nèi)翅片為4個(gè)情況下，所述圓管的內(nèi)壁半徑為R，所述連通孔的半徑r，所述同一翅片上相鄰的連通孔之間的距離為1，滿足如下關(guān)系:
[0059]l/R*10> = a*(r/R*10)2-b*(r/R*10)+c;
[0060]其中a，b，c是參數(shù)，14〈a〈15，72〈b〈75，93<c<96 ；
[0061 ] 0.34<1/R<0.6
[0062]0.2<r/R<0.3
[0063]20<R<80mm；
[0064]5〈r〈17mm0
[0065]其中，I等于相鄰連通孔16圓心之間的距離。如圖4、5所示的左右相鄰和上下相鄰的連通孔圓心之間的距離。
[0066]進(jìn)一步優(yōu)選，10〈l〈45mm。
[0067]優(yōu)選的，隨著r/R的增加，所述的a,c增加，b減小。
[0068]作為優(yōu)選，l/R*10 = a*(r/R*10)2_b*(r/R*10)+c。此時(shí)換熱效果達(dá)到最佳，流動(dòng)阻力恰好滿足要求。
[0069]作為優(yōu)選，如圖4、5所示，每個(gè)內(nèi)翅片上設(shè)置多排連通孔16，如圖5所示，所述多個(gè)連通孔16為錯(cuò)排結(jié)構(gòu)。通過錯(cuò)排接構(gòu)，可以進(jìn)一步提高換熱，降低壓力。
[0070]優(yōu)選的，從熱管蒸發(fā)腔向熱管冷凝端11方向，圓管19的外翅片18高度不斷的減少。因?yàn)殡S著不斷向冷凝端的方向，蒸汽不斷的冷凝，換熱能力逐漸減弱，因此通過減少外翅片的的高度，可以使得單位面積的換熱量保持均衡，從而使得整個(gè)冷凝端11單位面積的散熱量均勻，避免局部熱量過熱，造成熱管的損害。通過上述的翅片分布，實(shí)驗(yàn)中可以提高10%左右的換熱量。
[0071]優(yōu)選的，從熱管蒸發(fā)腔向熱管冷凝端11方向，圓管19的翅片高度不斷的減少幅度不斷的減少。上述翅片管減少的幅度的變化也是符合熱管冷凝端11的溫度和換熱變化規(guī)律。通過上述的翅片分布，實(shí)驗(yàn)中可以提高5 %左右的換熱量。
[0072]雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例披露如上，但本發(fā)明并非限定于此。任何本領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，均可作各種更動(dòng)與修改，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以權(quán)利要求所限定的范圍為準(zhǔn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種廢氣余熱回收換熱器，其特征在于:包括換熱殼體(I)以及安裝在換熱殼體(I)內(nèi)與換熱殼體底面平行的密封隔板(4)，密封隔板(4)將換熱殼體內(nèi)部分為熱端腔體和冷端腔體； 所述的熱端腔體包括熱管蒸發(fā)腔(8)，在熱管蒸發(fā)腔(8)內(nèi)布置有多排與換熱殼體(I)底面平行的光管(6)，光管(6)的兩端分別設(shè)置有與光管(6)相對(duì)應(yīng)的高溫廢氣入口(5)和高溫廢氣出口(9);熱端腔體的底部換熱殼體設(shè)置有熱端活門(7)，熱管蒸發(fā)腔(8)內(nèi)充灌制冷工質(zhì)； 所述的冷端腔體上開設(shè)有空氣入口(2)、空氣出口(10)及冷端活門(12)，冷端腔體內(nèi)布置有多排強(qiáng)化換熱管(3)作為熱管冷凝端(11)，密封隔板(4)上開設(shè)有與熱管冷凝端(11)相對(duì)應(yīng)的通孔，所述的強(qiáng)化換熱管(3)的排列方式為順排或交叉排列，且強(qiáng)化換熱管(3)焊接在密封隔板(4)上并與密封隔板(4)垂直布置，且與熱管蒸發(fā)腔(8)相連通。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的廢氣余熱回收換熱器，其特征在于:所述的換熱殼體(I)兩端還安裝有保溫封板(13，14)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的廢氣余熱回收換熱器，其特征在于:所述的強(qiáng)化換熱管(3)內(nèi)部設(shè)置有內(nèi)翅片(15)，外部設(shè)置有外翅片(18)，所述內(nèi)翅片(15)將強(qiáng)化換熱管(3)分為多個(gè)小通道(17)，在內(nèi)翅片上開設(shè)有使相鄰的小通道(17)彼此連通的連通孔(16)。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的廢氣余熱回收換熱器，其特征在于:所述的從熱管蒸發(fā)腔(8)向熱管冷凝端(11)方向，連通孔(16)的孔徑逐漸減小。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的廢氣余熱回收換熱器，其特征在于:所述的強(qiáng)化換熱管(3)為圓管(19)，連通孔(16)的形狀為圓形。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的廢氣余熱回收換熱器，其特征在于:所述的內(nèi)翅片(15)為多個(gè)，內(nèi)翅片(15)從圓管的中心軸線向外延伸，與圓管的內(nèi)壁連接，所述內(nèi)翅片(15)之間的夾角相同。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的廢氣余熱回收換熱器，其特征在于:所述的內(nèi)翅片為4個(gè)，所述圓管的內(nèi)壁半徑為R，所述連通孔的半徑r，所述同一內(nèi)翅片(15)上相鄰的連通孔之間的距離為L(zhǎng)，滿足如下關(guān)系: l/R*10> = a*(r/R*10)2-b*(r/R*10)+c； 其中&，13，。是參數(shù)，14〈&〈15，72〈13〈75，93〈?！?6; 0.34〈1/R〈0.6 0.2<r/R<0.3 20<R<80mm； 5<r<17mm08.根據(jù)權(quán)利要求7所述的廢氣余熱回收換熱器，其特征在于:所述的隨著r/R的增加，所述的a, c增加，b減小。
【文檔編號(hào)】F28F1/42GK106017164SQ201610340116
【公開日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年5月20日
【發(fā)明人】陶文銓, 田恩, 金宇, 冀文濤, 何雅玲
【申請(qǐng)人】西安交通大學(xué)