翅片换热器

技术领域

本发明涉及换热设备领域，特别是涉及一种翅片换热器。

背景技术

回热式换热器是一种在高低温流体交替地流经同一流道空间，流体通过与回热填料的直接接触实现热交换的换热器。目前，常用的回热式热机的形式为板翅式，管壳式等，这些回热式热机能够满足大多数生产需求。

为在板翅式换热器中进一步提高换热效率和回热式热机性能，减少换热损失是必要的。常用的改进方法有扩展传热面积或提高传热面的传热性能，减小换热管内污垢层热阻和减小速度矢量和温度梯度夹角等方法。

其中减小速度矢量和温度梯度夹角在不改变换热器材料、涂层和换热器整体结构的基础上，通过改变流体入口角度，提高回热式热机性能。该方法原理在于温度场和速度场的协同关系会对对流换热时的边界层流动产生影响，减小流体在流动过程中损失的热量，强化对流换热。减小流体速度矢量和温度梯度之间的夹角作为提高换热效率的有效手段之一，越来越多地被运用于工业生产之中。

发明内容

本发明实施例的目的是提供一种翅片换热器，用于通过减小流体速度矢量和温度梯度之间的夹角提高换热效率。

本发明实施例提供一种翅片换热器，包括承压筒、内部换热翅片、流道套筒、进口流道和出口流道；

所述承压筒外壁上设置有多个外翅片，相邻的所述外翅片之间形成沟槽；

所述流道套筒套设在所述承压筒外部，所述流道套筒的内壁与所述外翅片背离所述承压筒的轴线的一侧贴合，所述流道套筒的两端分别与所述承压筒固定连接且形成密封；

所述内部换热翅片固定设置于所述承压筒内，所述内部换热翅片的相邻翅片之间形成由所述承压筒的内部一端至所述承压筒的内部另一端的流体通道；

所述进口流道的一端和所述出口流道的一端分别与所述流道套筒的内部连通，且所述进口流道经由所述沟槽与所述出口流道连通。

进一步地，所述内部换热翅片的翅片宽度方向沿所述承压筒的径向，所述内部换热翅片的各翅片以所述承压筒的轴线为中心周向间隔排布。

进一步地，所述流道套筒上设置有第一环形流道和第二环形流道，所述第一环形流道和所述第二环形流道均为所述流道套筒沿径向向外凸起的环形腔，所述进口流道与所述第一环形流道连通，所述出口流道与所述第二环形流道连通。

进一步地，所述第一环形流道和所述第二环形流道分别位于所述流道套筒的轴向两端。

进一步地，所述第一环形流道设置有两个，两个所述第一环形流道分别位于所述流道套筒的轴向两端，所述进口流道同时与两个所述第一环形流道连通，所述第二环形流道位于两个所述第一环形流道之间。

进一步地，所述进口流道为三通流道，所述进口流道的其中一个流道与一个所述第一环形流道连通，所述进口流道的另一个流道与另一个所述第一环形流道连通。

进一步地，所述出口流道内部的流体流动方向沿所述第二环形流道的切向。

进一步地，所述沟槽为倾斜设置且同向连续延伸的斜槽或为包含至少一个折角的弯折式凹槽。

进一步地，所述内部换热翅片采用紫铜或无氧铜材料制作。

进一步地，所述承压筒与所述外翅片一体成型，所述承压筒和所述外翅片采用不锈钢或高温合金钢材料制作。

本发明实施例提供的翅片换热器，通过流经内部换热翅片的流体和流经沟槽的流体之间的热交换实现换热功能。承压筒具有良好的承压能力，流经内部换热翅片的流体可以采用高压气体，内部换热翅片的相邻翅片之间形成的流体通道能够实现快速的换热功能；而沟槽能够将承压筒与流道套筒之间的流体分为多股，使流经承压筒与流道套筒之间的流体的温度场和速度场的发展均比较均匀，减小流体速度矢量和温度梯度之间的夹角，从而提高换热效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一个实施例进行局部剖后的立体图；

图2为图1所示实施例进行局部剖后另一个视角的立体图；

图3为图1所示实施例进行局部剖后一个端面的结构示意图；

图4为本发明另一个实施例进行局部剖后的立体图；

图5为图4所示实施例进行局部剖后的俯视图；

图中，1、进口流道；2、流道套筒；3、内部换热翅片；4、承压筒；5、出口流道；6、第一环形流道；7、第二环形流道；8、外翅片；9、沟槽。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”、“多根”、“多组”的含义是两个或两个以上，“若干个”、“若干根”、“若干组”的含义是一个或一个以上。

参见图1，示出了本发明一个实施例的结构示意图，图中，为清楚表达内部结构，对流道套筒2、第一环形流道6和第二环形流道7进行局部剖。该实施例提供的翅片换热器，包括承压筒4、内部换热翅片3、流道套筒2、进口流道1和出口流道5。

其中，承压筒4为两端开口的圆筒状刚性结构，其两端分别设置有用于与热机连接的连接结构，该连接结构可以是但不限于螺纹。承压筒4的内、外两侧分别通过不同温度的流体，实现换热功能。

承压筒4的外壁上设置有多个外翅片8，该外翅片8凸出承压筒4的表面，相邻的外翅片8之间形成沟槽9。沟槽9能够用于流体的通过。

在承压筒4的外壁上，多个外翅片8沿承压筒4的周向均匀间隔排布，形成多个尺寸相同的沟槽9。

流道套筒2为内径大于承压筒4外径的圆柱形套筒结构，流道套筒2套设在承压筒4外部，流道套筒2的内壁与外翅片8背离承压筒4的轴线的一端贴合，使流道套筒2、两个相邻外翅片8以及承压筒4之间围成一个沿沟槽9的流体通道。

流道套筒2的两端分别与承压筒4固定连接且形成密封，使流道套筒2不会脱离承压筒4，并且使流体不会由流道套筒2的两端沿径向流出。流道套筒2与承压筒4之间的连接方式可以为焊接、通过密封连接件固定连接或其他任意密封连接方式中的一种。

内部换热翅片3上包含多个翅片，内部换热翅片3上的各翅片分别与承压筒4内壁固定连接，从而使内部换热翅片3整体固定在承压筒4内，内部换热翅片3上的翅片与承压筒4内壁之间可采用焊接固定。

内部换热翅片3的相邻翅片之间形成由承压筒4的内部一端至承压筒4的内部另一端的流体通道，当流体通过时，可实现流体与内部换热翅片3之间、流体与承压筒4之间以及内部换热翅片3与承压筒4之间的热交换。内部换热翅片3能够分隔出多个流体通道，增大换热面积，提高换热效率。

进口流道1的一端和出口流道5的一端分别与流道套筒2的内部连通，且进口流道1经由沟槽9与出口流道5连通。进口流道1用于承压筒4外部流体的流入，出口流道5用于承压筒4外部流体的流出，当流体经过沟槽9时即可完成换热过程。

使用过程中，将承压筒4两端分别连接一个热机，为两端的热机同时供热，传热流体由进口流道1流入承压筒4与流道套筒2之间，经过沟槽9后由出口流道5流出。在传热流体经过沟槽9时，传热流体的热量通过承压筒4传递至内部换热翅片3之间的高压气体，高压气体受热后，分别在两端的热机内进行热声转换，完成能量的传递。

由沟槽9流过的传热流体包括但不限于水、导热油、液态金属或熔融盐等液态流体，承压筒4内部的高压气体可以是但不限于氦气、氩气等气体，高压气体的气体压力介于3～20MPa之间。

参见图2，在本发明一个实施例中，内部换热翅片3的翅片宽度方向沿承压筒4的径向，内部换热翅片3的各翅片以承压筒4的轴线为中心周向间隔排布，每两个相邻的内部换热翅片3的翅片之间均可构成一个流体通道，由内部换热翅片3所形成的若干个流体通道将高压气体分隔为多股，可提高换热效率。在一种可选方案中，内部换热翅片3的长度方向平行于承压筒4的轴向，从而使高压气体的流动更顺畅。在一种可选方案中，内部换热翅片3的轴心位置设置有沿轴向贯穿内部换热翅片3的通孔，该通孔不与内部换热翅片3的两个相邻翅片之间形成的流体通道连通，通孔内可用于设备安装，在使用过程中，高压气体不进入通孔内。

在本发明一个实施例中，流道套筒2上设置有第一环形流道6和第二环形流道7，第一环形流道6和第二环形流道7均为流道套筒2沿径向向外凸起的环形腔，第一环形流道6、第二环形流道7均与沟槽9连通，进口流道1与第一环形流道6连通，出口流道5与第二环形流道7连通。第一环形流道6和第二环形流道7优选为与流道套筒2共轴线的圆环形凹槽。由进口流道1进入的流体先进入第一环形流道6，再由第一环形流道6分散至各沟槽9内，通过各沟槽9流入第二环形流道7，最后由出口流道5流出。通过设置第一环形流道6和第二环形流道7，能够使流体分散更均匀，换热效率更高，所产生的热量损失更少，并且，流体在第一环形流道6和第二环形流道7内时同样可进行换热过程。

在本发明一个实施例中，第一环形流道6和第二环形流道7分别位于流道套筒2的轴向两端，此时，流体的流动过程为，第一环形流道6内的流体由沟槽9一端流动至沟槽9的另一端，即可进入第二环形流道7内。

在本发明另一个实施例中，第一环形流道6设置有两个，两个第一环形流道6分别位于流道套筒2的轴向两端，进口流道1同时与两个第一环形流道6连通，第二环形流道7位于两个第一环形流道6之间。此种情况下，第一环形流道6内的流体由沟槽9两端同时进入沟槽9内，并向沟槽9中心流动，直至流动至与第二环形流道7相接位置，并由第二环形流道7流出。

当第一环形流道6设置有两个时，为使进口流道1内的流体同时流入两个第一环形流道6内，将进口流道1设置为三通流道，进口流道1的其中一个流道与一个第一环形流道6连通，进口流道1的另一个流道与另一个第一环形流道6连通，当进口流道1的入口通入流体时，流体可同时进入两个第一环形流道6内。

参见图3，在本发明一个实施例中，出口流道5内部的流体的流动方向沿第二环形流道7的切向，具体可将出口流道5设置为沿第二环形流道7的切向的直管，或仅将出口流道5上与第二环形流道7连接的位置设置为沿第二环形流道7切向的管体。

将出口流道5设置为出口流道5内部的流体流动方向沿第二环形流道7的切向，能够减小流体流出第二环形流道7时的阻力，减小能量损耗。

在本发明实施例中，沟槽9可以采用倾斜设置且同向连续延伸的斜槽或采用包含至少一个折角的弯折式凹槽。

当沟槽9采用倾斜设置且同向连续延伸的斜槽结构时，沟槽9的导流方向不平行于承压筒4的轴线方向。

参见图4和图5，当第一环形流道6设置有两个时，可以将沟槽9设置为具有两段不平行凹槽的V字形凹槽，并且，优选的，沟槽9的拐角位置与第二环形流道7相交，从而使凹槽内的流体顺利地流入第二环形流道7内。

需要说明的是，V字形凹槽结构的沟槽9仅仅为沟槽9采用包含至少一个折角的弯折式凹槽结构的其中一种，其他采用包含至少一个折角的弯折式凹槽结构，例如多段折线形等，也可实现本发明的发明目的，理应在本发明方案的保护范围内。

在本发明一个实施例中，内部换热翅片3采用紫铜或无氧铜材料制作，使内部换热翅片3具有更好的导热性，提高换热效率。

在本发明一个实施例中，承压筒4与外翅片8一体成型，承压筒4和外翅片8采用不锈钢或高温合金钢材料制作，避免承压筒4受到外部传热流体的腐蚀，并且能够使承压筒4和外翅片8具有良好的牢固性，在承受高压时不产生变形。

当然，以上所给出的内部换热翅片3、承压筒4和外翅片8的材质仅为其优选材质，其他能够满足使用需求的材质也应在本申请的保护范围内。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。