[发明专利]一种全旋流管壳式换热器

说明书

本发明公开了一种全旋流管壳式换热器，换热管的外表面设有螺旋形凹槽，换热管内表面设有与外表面螺旋形凹槽相对应的螺旋形凸起；采用由圆环和旋流管组成的旋流环作为换热管支撑物，除了对换热管起到支撑作用外，还可供流体通过，使壳程流体呈轴向流动。支撑结构的旋流管、换热管外表面的螺旋形凹槽和换热管内表面的螺旋形凸起的协同作用，壳程和管程流体都呈螺旋流动，形成全旋流换热，壳程流体由近壁至流体主体、管内贴壁流体至管中心流体都都产生置换作用，大大强化了壳程和管程流体的换热，提高了换热器总的换热系数；由于壳程和管程流体都是轴向流动，换热器可以设计成纯逆流流动形式，增大传热温差，从而进一步提高了总的换热系数。

技术领域

本发明属于传热设备领域，具体涉及一种全旋流管壳式换热器。

背景技术

传统的管壳式换热器结构主要由壳体、换热管、管束支撑物、两端管板、两端封头、壳程及管程进出口接管共同连接构成，换热管为光滑管，管间支撑物为弓形折流板，使用弓形折流板作为支撑结构时，壳程流体呈S型流向，容易产生流动死角，死角内的流体几乎处于停滞状态，传热面积无法被充分利用，从而导致壳程传热系数低、易结垢、流体阻力大，并且当流体横向流过管束时，还可能使管子产生诱导振动，破坏管子及其与管板连接的可靠性。同时，换热管为光滑管，传热系数小，特别是当以气体为传热介质时，传热系数会更小，传热效率低。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的问题之一。为此，本发明提出了一种全旋流管壳式换热器，换热管的外表面设有螺旋形凹槽，换热管内表面设有与外表面螺旋形凹槽相对应的螺旋形凸起，流体在换热管的外表面和内表面呈螺旋流动；采用由圆环和旋流管组成的旋流环作为换热管支撑物，除了对换热管起到支撑作用外，还可供流体通过，使壳程流体沿换热管轴向呈旋流流动。支撑结构的旋流管、换热管外表面的螺旋形凹槽和换热管内表面的螺旋形凸起的协同作用，换热管内外流体都呈螺旋流动，形成全旋流换热，壳程流体由近壁至流体主体、管程贴壁流体至管中心流体都都产生置换作用，大大强化了管内外流体的换热，提高了换热器总的换热系数。

本发明解决其技术问题的解决方案是：一种全旋流管壳式换热器，包括壳体、前封头、后封头、换热管、换热管支撑物、左管板、右管板、管程入口、管程出口、壳程入口和壳程出口，所述左管板和右管板置于所述壳体的两端，所述换热管和换热管支撑物设置在壳体内，所述换热管的轴线与所述壳体的轴线平行，所述壳体的两端与左管板和右管板及前封头和后封头分别固定连接，所述换热管的外表面设有螺旋形凹槽，所述换热管的内表面设有与所述外表面螺旋形凹槽相对应的螺旋形凸起，所述换热管支撑物包括设在支撑结构外围的圆环和设在圆环内的若干旋流管，所述旋流管呈正方形排列，所述旋流管的间距等于换热管的间距，相邻的所述旋流管之间通过钢片焊接连接，靠近圆环的旋流管与圆环之间通过钢片焊接连接，相邻的4个旋流管及其连接钢片共同围成可供换热管穿过的通孔，且相邻的4个旋流管的外壁与所述换热管的外壁相切，对穿过通孔的换热管进行夹持，形成对换热管的支撑。前封头远离壳体的一端设有管程进口，后封头远离壳体的一端设有管程出口，壳体靠近前封头的一端顶侧设有壳程出口，壳体靠近后封头的一端底侧设有壳程进口。

作为上述技术方案的进一步改进，所述螺旋形凹槽的螺距为5～20mm，槽深为0.2～1.0mm，螺旋角为15°～75°，所述螺旋形凹槽的截面形状为半圆形。

作为上述技术方案的进一步改进，所述螺旋形凹槽由金属材料圆管通过机床扎制而成，同时形成所述换热管的内表面螺旋形凸起。

作为上述技术方案的进一步改进，所述旋流管的轴线与所述圆环轴线平行，所述旋流管的长度与所述圆环的高度相等，取值范围为10mm～100mm。其中，圆环的高度，是指圆环平放时的高度。

作为上述技术方案的进一步改进，所述旋流管包括圆管和设置在圆管内部的旋流片，所述圆管采用无缝钢管，所述旋流片由宽度为所述圆管的内径、长度为所述圆管的长度的矩形钢片扭曲而成，所述旋流片端面为S形，所述旋流片的中轴线与所述圆管的轴线相互重合，所述旋流片与所述圆管的连接方式为焊接。