CN102200399A - 非金属微细管束换热器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种非金属微细管束换热器。具体结构是冷流体管束与热流体管束穿过总管板并通过总管板与换热器壳体固定。冷、热流体管束的两端与分管板连接固定，分管板与管板接头固定，换热器壳体装有导热液补充接口。冷、热流体管束为非金属材料制成的软管，在换热器壳体总管板外呈现软连接，管束汇聚到分管板连接头后在与系统连接。管束的管外径为0.1mm-3.0mm。微细管束具有很高的换热面积与体积比，具有超强的抗腐蚀性，可用于各种严重腐蚀条件下的换热需要。微细管束接头灵活，不受空间的限制，柔韧性好，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。同时适用于有无相变传热的所有条件。

Description

非金属微细管束换热器

技术领域

本发明属于热交换器，具体涉及一种非金属材料的微细管束换热器。

技术背景

随着微型机械技术的广泛应用，那么微机械中超高热流密度的散热问题成为亟待解决的难题，同时根据节能减排的切实需要，研制更加高效紧凑的换热设备具有重要意义。目前在换热设备中，金属管壳式换热器仍占有相当大的比例。这种传统管壳式换热器的缺陷是，管径相对较粗，换热管束较长，温度分布不均匀，换热效率低。而且据统计60％以上金属设备的报废都与腐蚀有关。所以选择耐腐蚀的非金属(比如聚四氟乙烯，聚全氟乙丙烯)材料制造换热器则具有很好的抗腐蚀性。由于微细管束换热器具有很高的换热面积与体积比和超强的承压能力等特点，日益受到人们的青睐。“管道式微管换热器”(ZL 200710057134.7)；以及“具有微细通道结构的高效换热管”(ZL 200810143021.3)等所公开的技术；其换热器由外管和不导通的内管套装而成，在内外管之间形成水力直径小于3mm的规则或不规则的微细通道。但是该换热管的制作工艺非常困难，而且所用材料仍是金属管。“薄管高效换热器”(ZL2001131478.8)是一种具有高效强化换热特点的壳式换热器，主要技术特征是将大管径换热管束换成了薄壁小管径换热管束，仍然采用金属材质。金属材质的传热效果的确优于非金属相材质，但是金属材质管径越小、管壁越薄，越难以加工，更重要的是耐腐蚀性巨差，使用寿命短、制造成本相当高。

发明内容

针对上述技术缺陷，本发明的目的是提供一种非金属微细管束以及管束接口为软连接方式的换热器。

以下参照附图对本发明的技术原理和装置结构进行说明。非金属微细管束换热器的技术特征在于，冷流体管束与热流体管束穿过总管板并通过总管板与换热器壳体固定。冷、热流体管束的两端与分管板连接固定，分管板与管板接头固定，换热器壳体装有导热液补充接口。

所述冷、热流体管束为非金属材料制成的软管。

所述冷、热流体管束的外径为0.1mm-3.0mm；管壁厚度为0.005mm-0.5mm。

所述总管板与分管板开孔的排列方式是六角蜂窝形；或者是正方形；或者是三角形。

所述非金属材料是聚四氟乙烯，或者是聚全氟乙丙烯。

所述换热器壳体与管板接头的材质是金属；或者是玻璃纤维增强环氧树脂；或者是酚醛树脂，总管板、分管板的材质是聚四氟乙烯；或者是聚全氟乙丙烯。

所述冷、热流体管束两端与分管板的连接是涨接固定；或者是粘接固定；或者是管束整体成型后与分管板固定成一体。

所述分管板的外形轮廓是圆形；或者是正方形。

本发明的特点是：在换热器壳体及总管板外面的冷、热流体微细管束与分管板为软连接方式，即管束汇聚到分管板连接头后在与系统连接。换热管束在换热器壳体内沿轴线方向分层排布，同时在换热器壳体与(冷、热流体)微细管束外部所构成的封闭腔内填充导热性能好的中间导热液，导热液的补充与监控通过导热液补充接口连接专用设备操作，以保证换热器的正常运行。微细管的外径可根据冷热流体的热物性参数或者流量来选择确定。当然，冷、热流体管束可以互换，冷、热流体分管板也可互换。

本发明与金属换热器相比具有以下特点：

(1)微细管束具有很高的换热面积与体积比，比传统换热器可以高出一个甚至几个数量级；采用小直径薄壁管，既能弥补塑料导热性能低的缺点，又能保证强度。

(2)超强的抗腐蚀性，可用于各种严重腐蚀条件下的换热需要，比如电镀槽液、高温高浓度酸碱液及有机溶剂等。

(3)微细管束接头灵活，不受空间的限制，柔韧性好，而且适用于有无相变传热的条件。

(4)解决了金属类微细管束换热器加工工艺的复杂的难题，同时金属管道内表面相对粗糙，造成流体在管内流动阻力相对较大。

(5)价格低廉，采用小直径薄壁管每平方米所消耗的管材量很小。采用外直径Φ5.0×0.5mm的管材，每平方米换热面积仅需1.1-1.4kg塑料。

附图说明

所示附图是本发明原理结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图并通过具体实施例对本发明的结构作进一步的说明。需要说明的是本实施例是叙述性的而非限定性的。

非金属微细管束换热器包括：换热器壳体、总管板、分管板、冷流体管束、热流体管束、管板接头以及导热液补充接口等(如图所示)。具体结构是冷流体管束1与热流体管束2穿过总管板3并通过总管板3与换热器壳体4固定。冷、热流体管束的两端与分管板5连接固定，分管板与管板接头6固定，换热器壳体1装有导热液补充接口7。冷流体管束1与热流体管束2为非金属材料制成的软管。冷、热流体管束的管外径为0.1mm-3.0mm；管壁厚度为0.005mm-0.5mm。总管板3与分管板5开孔的排列方式是六角蜂窝形；或者是正方形；或者是三角形。非金属材料是聚四氟乙烯，或者是聚全氟乙丙烯。换热器壳体4与管板接头6的材质是金属；或者是玻璃纤维增强环氧树脂；或者是酚醛树脂。总管板、分管板的材质是聚四氟乙烯；或者是聚全氟乙丙烯。冷、热流体管束两端与分管板5的连接是涨接固定；或者是粘接固定；或者是管束整体成型后与分管板固定成一体。分管板5的外形轮廓是圆形；或者是正方形。

对于本实施例：微细管外径为0.32mm，管壁厚度为0.02mm。换热器壳体长为0.3m，壳体内径为0.1m。换热器壳体与总管板采用法兰连接；冷、热流体管束两端与分管板采用软连接固定；分管板与管板接头采用法兰固定。冷、热流体管束，总管板、分管板的材质均是聚四氟乙烯，换热器壳体采用聚四氟乙烯。该换热器用于水与油两种工质的换热。油的流量为0.2kg/s，油的入口温度140℃，出口需要降至60℃。冷却水入口温度35℃，管束为正方形排列，管间距0.42mm。换热器内壳与管束间，填充耐高温的导热油。换热器内壳管道截面内的微管数目为44528根，有效传热面积高达6.7m²，本实施例的总传热面积与目前相同外体积的紧凑式板式换热器相比，高出一个数量级。

本发明适合于低温空调、高温热泵、余热回收、中低温热资源发电等系统采用。同时适用于有无相变传热的所有条件。

Claims (8)

1.非金属微细管束换热器，包括换热器壳体、总管板、分管板、冷流体管束、热流体管束、管板接头以及导热液补充接口，其特征是冷流体管束(1)与热流体管束(2)穿过总管板(3)并通过总管板(3)与换热器壳体(4)固定，冷、热流体管束的两端与分管板(5)连接固定，分管板与管板接头(6)固定，换热器壳体(1)装有导热液补充接口(7)。

2.按照权利要求1所述的非金属微细管束换热器，其特征是所述冷流体管束(1)与热流体管束(2)为非金属材料制成的软管。

3.按照权利要求1或2所述的非金属微细管束换热器，其特征是所述冷流体管束(1)与热流体管束(2)管外径为0.1mm-3.0mm；管壁厚度为0.005mm-0.5mm。

4.按照权利要求1所述的非金属微细管束换热器，其特征是所述总管板(3)与分管板(5)开孔的排列方式是六角蜂窝形；或者是正方形；或者是三角形。

5.按照权利要求2所述的非金属微细管束换热器，其特征是所述非金属材料是聚四氟乙烯，或者是聚全氟乙丙烯。

6.按照权利要求1所述的非金属微细管束换热器，其特征是所述换热器壳体(4)与管板接头(6)的材质是金属；或者是玻璃纤维增强环氧树脂；或者是酚醛树脂，所述总管板(3)、分管板(5)的材质是聚四氟乙烯；或者是聚全氟乙丙烯。

7.按照权利要求1所述的非金属微细管束换热器，其特征是所述冷、热流体管束两端与所述分管板(5)是涨接固定；或者是粘接固定；或者是管束整体成型后与分管板(5)固定成一体。

8.按照权利要求1所述的非金属微细管束换热器，其特征是所述分管板(5)的外形轮廓是圆形；或者是正方形。

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