[发明专利]异型翅片扰流子换热管和换热器

说明书

技术领域

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

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。如果利用热泵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。

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

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。

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。

本发明提供的技术方案是：

一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。

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倍。