CN101033922B - 管道式微细管换热器 - Google Patents

Abstract

管道式微细管换热器，具有换热器本体、管束、管板、换热流体集结箱等，换热流体集结箱由内管板和外管板两部分构成。冷热流体微细管束穿过两侧内管板分别延伸固定于外管板。微细管束的管外径为0.1～1.0mm。在换热器壳侧内与冷、热流体管束外侧及两侧内管板组成的空间内填充导热液。冷热流体经外管板及微细管束进入换热器，分别从换热器两侧的集结箱排出，而且冷、热流体进入换热器的路径可以相互置换。在冷热流体逆流的出口处自然形成集结箱体空间，从而具有加工成型简单、不受管组数的限制，除了具有微细管换热器的结构紧凑、高传热系数之外，可以实现高压、高温、高热负荷条件下的换热。

Description

管道式微细管换热器

技术领域

本发明属于热交换设备，具体涉及到一种具有微细管的管道式换热器。

背景技术

传统的管壳式换热器由于管径较大，换热管较长，温度分布不均匀，换热效率低，同时耐压性能和抗震性能较差。微管换热装置是最近十几年研究开发的高效传热技术，主要用于微型流体机械，高热流密度、高发热元器件的冷却。微管道换热器的主要技术特点是：(a)具有高换热面积与体积比，可以实现真正意义的紧凑式换热器，微细管换热器比传统的换热器可以高出一个甚至几个数量级；(b)有超强的抗压能力；(c)对一些流动介质的传热能力增强比较显著；(d)由于换热器的总体传热能力是传热系数与传热面积的乘积，因此，微管结构的换热器要比常规换热器的传热能力增强一个数量级甚至几个数量级成为可能。但微管道换热器的缺点是由于微细管换热器相对壁面积的增加，所带来的流动阻力相对较大。

国内的微细管换热器主要受微细管制作方法的限制，有人曾对毛细管高效换热器进行了研制(如专利公告号：CN2326918Y)。近几年有关微细管的制作工艺有了进一步的发展，如镀锡毛细铜管极其生产工艺(专利公告号：CN1632359)、内螺纹超细铜管(专利公告号：CN2632449)、微管道的制作方法(专利公告号：CN1430099)等。国外有关该方面的专利主要有，美国专利No.4676305、No.RE33528、No.4896410等。本发明的提出的微细管换热器除具有上述专利的特点外，其结构主要适用于高温高压、高热负荷下大型换热器的换热，同时亦适用于有无相变传热的所有条件。

发明原理

本发明的目的是提出了一种不受管组数的限制、可以实现高温、高压、高热负荷条件下换热的微细管换热器，适用于高温热泵、低温空调、余热回收以及中低温热资源发电等系统。

以下结合附图对本发明的结构进行说明。管道式微细管换热器具有：换热器本体、管束、管板、换热流体集结箱等。与普通换热器相同由换热器本体构成壳侧，由流体管束、管板构成管侧(如图1)。换热流体集结箱1由内管板和外管板两部分构成，冷流体微细管束2穿过两侧内管板3延伸固定于冷流体外管板4；热流体微细管束5亦穿过两侧内管板3延伸固定于热流体外管板6。因此冷流体经冷流体外管板4及冷流体微细管束2进入换热器，由换热器左端换热流体集结箱1-1的通道9排出；热流体经冷流体外管板6及热流体微细管束5进入换热器，由换热器右端换热流体集结箱1-2的通道10排出。从结构原理可以看出冷、热流体进入换热器的路径可以相互置换(如图2)。换热器左端换热流体集结箱1-1与右端换热流体集结箱1-2壳侧内经大于细微管束外径。为强化两流体管束间的换热，在换热器壳侧7内与冷、热流体微细管束外侧及两侧内管板3组成的空间内填充导热液8，而且导热液填满换热器本体的腔体。本发明属于细微管道的换热器，因此冷流体微细管束2与热流体微细管束5的管外径仅为0.1～1.0mm。流体微细管束2与热流体微细管束5径向的排列形状可以是正方形、正三角形或六角蜂窝形(如图3、图4)。换热器壳侧7外部装有导热液液位控制箱11，液位控制箱11接有控制阀12构成控制系统。导热液控制系统是指由于液面处液体挥发、或者换热器腔体泄漏等原因导热液面降低时启动补液控制或泄露报警系统。由于微细管间距相对传统的换热器管间距小很多，同时微细管束也未采用折流板结构，所以流动阻力不会很大。

附图说明

图1是本发明结构简图。图中黑箭头表示冷流体的流入方向，空白箭头表示热流体的流入方向。

图2是管道式微细管换热器剖面示意图。

图3是图2中(管束位置)的AA剖面图。

图4是图2中(冷热流体集结箱位置)的BB剖面图。

图5是本发明实施例油/水冷却实验测试结果数据。

具体实施方式

以下通过具体实施例对本发明的结构原理做进一步的说明。本实施例是一个水冷却润滑油的微管换热器，冷、热流体微细管束穿过两侧内管板延伸焊接固定于冷、热流体的外管板。油的流量为0.2kg/s，油的入口温度140℃，出口降至60℃以下。换热器本体外管壳的内径为0.1m，换热器本体长为0.2m，采用的微细管外径为0.32mm，冷、热流体管束为正方形排列，管束间距0.42mm。换热器内壳侧充填耐高温，且导热性能良好的WD-320型导热油。换热器截面内的微管数目为44528根，有效传热面积高达4.4m2，与传统的紧凑式板式换热器相比，高出一个数量级。换热流体流动采用逆流传热方式，即冷流体右进左出、热流体左进右出(如图1)。在改变冷却水进口温度条件下，测得冷却水温度和油出口温度见图5曲线所示。

本发明的有益效果是：与传统的管壳式的换热器主要区别在于，本换热器冷热流体不是通过换热管壁相互传热，而是借助中间导热流体。本发明没有采用已有发明的片状微细管结构，因此该换热器内安装的传热管数可以比片状微细管结构的换热器高很多。管间充填的流体采用导热系数高、体积热膨胀系数小的流体，并根据温度工艺要求可以有不同的选择。虽然采用中间填充液增加了冷热流体间的传热热阻，但可以实现不同设计结构，增加了设计的灵活性，同时，由于填充流体可以与大气相通，液位显示面可以作为监测两侧流体微管是否泄漏。本发明具有加工成型简单易行，不受管组数的限制，除了具有微细管换热器的结构紧凑、高传热系数之外，可以实现高压、高温、高热负荷条件下的换热。由于换热器呈管道式结构设计，所以便于系统设备安装、维护和更换。更适合于低温空调、高温热泵、余热回收、中低温热资源发电等系统采用。

Claims (4)

1.管道式微细管换热器，具有换热器本体、管束、管板、换热流体集结箱，由换热器本体构成壳侧，由微细管束、管板构成管侧，其特征是所述换热流体集结箱(1)由内管板和外管板两部分构成，管外径为0.1～1.0mm的冷流体微细管束(2)穿过两侧内管板(3)延伸固定于冷流体外管板(4)，管外径为0.1～1.0mm的热流体微细管束(5)亦穿过两侧内管板(3)延伸固定于热流体外管板(6)，在换热器壳侧(7)内与冷、热流体微细管束外侧及两侧内管板(3)组成的空间内填充导热液(8)，冷流体经冷流体外管板(4)及管外径为0.1～1.0mm的冷流体微细管束(2)进入换热器，由换热器左端换热流体集结箱(1-1)的通道(9)排出；热流体经冷流体外管板(6)及管外径为0.1～1.0mm的热流体微细管束(5)进入换热器，由换热器右端换热流体集结箱(1-2)的通道(10)排出，所述冷、热流体进入换热器的路径可以相互置换。

2.按照权利要求1或2所述的管道式微细管换热器，其特征是所述冷流体微细管束(2)与热流体微细管束(5)径向的排列形状是正方形、正三角形或六角蜂窝形。

3.按照权利要求1所述的换热器左端换热流体集结箱(1-1)与右端换热流体集结箱(1-2)壳侧内径大于微细管束外径。

4.按照权利要求1所述的管道式微细管换热器，其特征是所述换热器壳侧(7)外部装有导热液液位控制箱(11)，液位控制箱(11)接有控制阀(12)。

Images