CN104930497B - 采用复合型异型管管束的管壳式蒸发器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种采用复合型异型管管束的管壳式蒸发器，其结构是：由波节管、T型结构管和翅片管依次焊接构成一根复合型异型管，多根复合型异型管通过管两端的管板并联固定在一起成为换热管束。在管束的外侧设有四块折流板，使流体形成单管程单壳程的换热通道。管板与壳体焊接为一体，管板两端设有左、右管箱，管板与管箱通过法兰式密封连接成为蒸发式换热器。工质自右侧管箱进入，依次经过波节管、T型结构管和翅片管，吸热相变蒸发为蒸汽从左侧管箱出口排出。本发明可针对换热工质的状态和流程而提高不同阶段的换热系数。由于蒸发器的整体换热效率得到有效提高，所以同样的换热负荷，可相对减小蒸发器的有效换热体积，并且减少工质的充灌量。
Description
技术领域
本发明属于热工换热设备，具体涉及一种采用复合型异型管作为管束的热交换器。
背景技术
能源短缺、环境污染已经成为限制人类可持续发展的主要难题之一，其中提高能源的利用效率自然成为人们关注的焦点，而换热器作为一种重要的热交换设备被广泛应用众多领域。换热器换效率的高低直接影响热工系统或热力循环系统的效率，从而影响能源的利用率。
作为热交换器中的蒸发器，其换热过程主要包括：预热阶段的液态对流换热，相变阶段的蒸发换热，过热阶段的汽态对流换热等。众所周知，换热方式不同对于蒸发器中管束的管型有不同的要求，目前多数管壳式蒸发器所使用的管束一般为光管或形状比较单一的某类强化管。比如对于液-液换热有强化作用的波节管用于相变蒸发换热，其效率相对就比较低；对于核态沸腾换热有强化作用的T型管或烧结管，用于具有相变的换热其强化作用也不明显。因此单一管型的管壳式蒸发器用于热力循环，对于系统整体热效率的提高具有一定的局限性。
基于以上问题，本发明提出了一种将改进的异型管作为管束并将其组成管壳式蒸发器，可以明显提高个蒸发器的换热效率。
发明内容
本发明的目的是，提供一种由波节管、T型管和翅片管三种管型组成的复合型异型管管束的管壳式蒸发器。
为解决上述问题，本发明的技术方案是：采用复合型异型管管束的管壳式蒸发器包括：壳体、管板、管箱、折流板、波节管、T型结构管以及翅片管等。由波节管、T型结构管和翅片管从右至左依次焊接构成一根复合型异型管，多根复合型异型管通过管两端的管板并联固定在一起成为换热管束。在换热管束的外侧设有四块折流板，使流体形成单管程单壳程的换热通道。管板与壳体焊接为一体，管板两端设有左、右管箱，管板与管箱通过法兰式密封连接成为蒸发式换热器。
由三段不同类型的强化管连接组成为一根复合型异型管，其目的在于适用于不同的换热过程。不同换热管束内发生的换热过程包括液-液换热、液-汽以及过热等，每一个换热过程的特征都不尽相同，所以换热管束采用的强化结构也不应相同。光管和单一类型的强化管显然不能够适用于蒸发器内的整个换热过程。而复合型异型管的提出可弥补所述缺陷，可整体提高蒸发器的换热系数。
本发明的特点及产生的有益效果是，复合型异型管可针对换热工质的状态和具体的流程 而提高不同换热阶段的换热系数。由于蒸发器的整体换热效率可以得到有效提高，所以同样的换热负荷，可相对减小蒸发器的有效换热体积，并且减少工质的充灌量。
附图说明
所示图1是本发明的结构与原理简图。
具体实施方式
以下结合图1并通过实施例对本发明的原理与系统做进一步的说明。需要说明的是本实施例是叙述性的，而非是限定性的，不以此限定本发明的保护范围。
采用复合型异型管管束的管壳式蒸发器，包括：壳体、管板、管箱、折流板、波节管、T型结构管以及翅片管等。其结构是：由波节管1、T型结构管2、翅片管3从右至左依次焊接构成一根复合型异型管，多根复合型异型管通过管两端的管板4并联固定在一起成为换热管束。在换热管束的外侧设有四块折流板5，使两换热流体形成单管程单壳程的换热通道。管板与壳体6焊接为一体，管板两端设有左、右管箱7，管板与管箱通过法兰式密封连接成为蒸发式换热器。
热流体侧的进、出口分别设在所述壳体的左上端和右下端，热流体经过壳体左上端的进口8进入壳内，通过由四块折流板形成的通道，依次流过所述翅片管、T型结构管和波节管表面，最后从壳体右下端的出口9排出。
工质侧的进、出口分别设在右、左两侧管箱的中心，液态工质自右侧管箱的进口进入换热管束内，然后依次经过波节管、T型结构管和翅片管，吸热相变蒸发为蒸汽从左侧管箱的出口排出。
波节管的波峰高度为2～4mm，波峰间距为4～6mm。T型结构管T型高度为0.4～0.8mm，T型台覆盖率为14～18个/cm。翅片管的翅片为外翅片，翅片高度为3～5mm，翅片间距为4～6mm。
波节管、T型结构管、翅片管组成复合型异型换热管束的排布方式为，每排复合型异型管相互平行；管束交错排列。
作为实施例，由三段不同结构换热管组成的复合型异型管，其几何参数为：壁厚1mm，外径19mm，换热段管长1.2m，14根，材质为紫铜。波节管长度为0.31m，波峰高度为3mm，波峰间距为5mm。T型结构管长度为0.58m，T型结构高度为0.5mm，覆盖率为16个/cm。翅片管长度为0.18m，翅片高度为4mm，翅片间距为5mm。蒸发器内管束的排列为正三角形排列，管中心间距为25mm，蒸发器壳体外径为0.17m，长度为1.68m。
将该蒸发器组装于有机朗肯循环(ORC)热力发电系统中，蒸发器管内使用的工质为 R245fa。其流量为0.234m3/h，进口压力为0.86Mpa，温度为30.4℃。出口的压力为0.78Mpa，出口为85.6℃。热流体为地热水，其流量为0.19m3/h，进口温度为105℃，出口温度为80℃。
R245fa在复合型异型管管内的流动换热过程为：30.4℃的液态工质通过进入管箱，然后进入波节管段，温度由30.4℃加热到83.5℃液态，实际换热量为6.4kW；83.5℃的液态工质进入T型结构管内吸热相变为饱和过热蒸汽，实际换热量为12.6kW；T型结构管内流出的饱和工质进入翅片管内被加热成85.6℃的过热蒸汽，然后经过管箱出口流出蒸发器，该管段实际换热量为0.62kW。
105℃的地热水由热流体进口进入蒸发器，流过折流板形成的通道，通过复合型异型管表面进行换热，最后从热流体侧流出，出口温度为80℃。
本实施例中的蒸发器应用在发电量为600W的有机朗肯循环(ORC)热力发电系统中，与常规管壳式蒸发器相比，明显提高了整体的换热系数，因此在同样的热负荷条件下可以减少换热器体积，并且可以减少系统工质充灌量。
Claims (6)
1.采用复合型异型管管束的管壳式蒸发器，包括：壳体、管板、管箱、折流板、波节管、T型结构管以及翅片管，其特征是：由波节管(1)、T型结构管(2)和翅片管(3)从右至左依次焊接构成一根复合型异型管，多根复合型异型管通过管两端的管板(4)并联固定在一起成为换热管束，在换热管束的外侧设有四块折流板(5)，使流体形成单管程单壳程的换热通道，管板与壳体(6)焊接为一体，管板两端设有左、右管箱(7)，管板与管箱通过法兰式密封连接成为蒸发式换热器。
2.按照权利要求1所述的采用复合型异型管管束的管壳式蒸发器，其特征是：热流体侧的进、出口分别设在所述壳体的左上端和右下端，热流体经过壳体左上端的进口(8)进入壳内，依次流过所述翅片管、T型结构管和波节管表面，最后从壳体右下端的出口(9)排出，工质侧的进、出口分别设在所述右、左管箱的中心，液态工质自右管箱的进口进入换热管束内，然后依次经过波节管、T型结构管和翅片管，吸热相变蒸发为蒸汽从左管箱的出口排出。
3.按照权利要求1或2所述的采用复合型异型管管束的管壳式蒸发器，其特征是：所述波节管的波峰高度为2～4mm，波峰间距为4～6mm。
4.按照权利要求1或2所述的采用复合型异型管管束的管壳式蒸发器，其特征是：所述T型结构管T型高度为0.4～0.8mm，T型台覆盖率为14～18个/cm。
5.按照权利要求1或2所述的采用复合型异型管管束的管壳式蒸发器，其特征是：所述翅片管的翅片为外翅片，翅片高度为3～5mm，翅片间距为4～6mm。
6.按照权利要求1或2所述的采用复合型异型管管束的管壳式蒸发器，其特征是：所述波节管、T型结构管、翅片管组成复合型异型换热管束的排布方式为，每排复合型异型管相互平行；管束交错排列。
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