一种翅片管换热器及其应用和余热锅炉制造技术

本发明专利技术涉及换热器技术领域，公开了一种翅片管换热器及其应用和余热锅炉。所述翅片管换热器属径向传热热管，它具有传热效率高，轴向长度短，体积小，单位换热重量轻优势，管内无须设置吸芯,可借助第一层内管的内管翅片导流凝结水流到外管的内壁上吸热并得到蒸发，从而可以使外管整个内壁成为相变液体吸热蒸发表面积。所述翅片管换热器应用于工业余热上,既可以减少工业污染，也能充分利用工业余热，进行二次转换成能源供人类再次使用。所述余热锅炉采用热管组成的所述翅片管换热器进行热量回收，所述翅片管换热器体积小可以灵活布置在烟道上，而且热管属于径向传热极大地增加了在烟道中与废烟的换热面积，提高了换热效率。

Fin tube heat exchanger and application thereof and waste heat boiler

The invention relates to the technical field of heat exchangers, and discloses a finned tube heat exchanger and an application thereof and a waste heat boiler. The finned tube heat exchanger is radial heat pipe, it has high heat efficiency, short axial length, small volume, light weight and unit heat exchange tube suction advantage, without setting the core, with the first layer of the inner tube in tube condensation water diversion fin inner wall to the outer tube of the endothermic and evaporation. In order to make the whole outer tube wall become the phase-change liquid evaporation surface area. The fin tube heat exchanger is applied to the industrial waste heat, which can reduce industrial pollution and make full use of industrial waste heat, and is converted into energy for two times for human reuse. The waste heat boiler with heat pipe is composed of the fin tube heat exchanger for heat recovery, the finned tube heat exchanger has the advantages of small volume can be flexibly arranged in the flue, and a heat pipe to the radial heat transfer greatly increased in the flue and smoke waste heat exchange area, improves the heat exchange efficiency.

【技术实现步骤摘要】
一种翅片管换热器及其应用和余热锅炉
本专利技术涉及换热器
，更具体地，涉及一种翅片管换热器及其应用和余热锅炉。
技术介绍
当今矿物质能源日趋短缺，人类居住环境也遭受的严峻破坏，尤其温室气体排放，所造成人类生存环境问题也日益凸显，地球平均气温上升，冰川逐渐缩小融化，海平面不断上升，正一步一步危及岛国，威胁沿海城市的安全，这已是不争事实。我国日益严重的雾霾问题久久得不到解决，严重影响人们身体健康，使人们患肺癌几率大幅上升，雾霾现象严重难以从根本上得到解决，原因在于是我国工业化进程加快，向大气排放的废气日益增多所致，而自然界本身自发因素居少。我们也知道人类所使用的能源差不多会有80%以上是需要经过热能转换的过程，热能转换设备主要依靠换热设备来实现的。人类许多活动及生产实践都离不开能源，而我国大多数能源来自矿物质能源，矿物质能源消耗会产生导致对环境不利的气体排放。由此我国竭力倡导对清洁能源开发与利用，同时大力研究开发节能设备新产品新技术，而热能转换设备当属节能减排最为关键的设备。热管就是属于这种高效热能转换设备之一，且使用面非常广，主要应用于热电厂、冶炼厂、食品化工、医药、建材生产企业等。从过去采用毛细管虹吸形式热管，发展到今天重力式热管，再到套管式径向传热式热管以及磁力热管等等，种类繁多，按结构形式可区分为：普通热管、分离式热管、毛细泵回路热管、微型热管、平板热管、径向热管等。专利技术人注意到径向传热式热管具有许多传统重力式热管无法比拟优势，在现有产品使用情况来看，套管式热管不仅具有生产成本低廉，其换热效率是传统重力热管1.2倍，虽然套管径向传热式热管的专利技术专利国内外已经有十几个了，但未发现有三层套管式热管。我们知道热量是由高温处向低温处传递的，温差是传热的动力，人们生产实践都是希望热能从一个介质朝另一个介质方向传递或从一端向另一端传递，具有指定性和目标性的，因为热分子运动不具备方向性，所以在换热过程中我们尽可能使分子热能传递朝我们需要方向传递，就必须减小同侧介质温差，加大两侧需要热能交换的平均温差，这是有利于换热的，也是符合场协同理论的，场协同理论告诉我们：当两流体采用逆流换热方式时，若速度场横截面均匀一致时，还有温度梯度场在换热横截面大小相等时，其温度梯度场和速度场的矢量和夹角余弦值趋于零，那么场协同是最理想的，其换热效率也是最佳的。所以我们尽量把换热形式变得使同侧热流弱化，异侧换热热流最大化，因为热分子运动是没有方向性可言，也无法去阻止同侧由温差导致热能选择无益的同侧方向传递，只有优化两侧流体流动方式，使温度梯度场趋于均匀一致，从而赢得换热效率最大化。目前各种余热锅炉是回收烟气热量的一种装置，为提供热能回收效率，其使用范围广泛，多采用热管组成的换热器进行热量回收的锅炉，中国专利ZL200820167661.3公开了一种套管式余热锅炉，现有技术中由于需要增大换热面积导致了换热器往往体积太大，而且换热效率还不高，往往通过换热以后的热水由于循环时间太久也导致了水温不高，效率低下。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是针对现有技术不足，根据场协同理论，提供一种传热效率高，轴向长度短，体积小的翅片管换热器。本专利技术还提供所述翅片管换热器的应用，应用于余热和低温热源。本专利技术还提供一种设有所述翅片管换热器的余热锅炉。本专利技术的目的通过以下技术方案予以实现：一种翅片管换热器，包括进水管、出水管和连接所述进水管和出水管的热管，所述热管还设有管板用于固定热管，所述热管采用并联或串联的方式与进水管和出水管连接；所述热管包括不同直径的第一层内管、第二层内管和外管，所述第一层内管和第二层内管组成双层内管，所述第一层内管套有第二层内管；所述外管套有双层内管；所述第一层内管和第二层内管相通；所述第一层内管和外管之间为封闭结构并构成环形通道热管，所述第一层内管工作介质可以与环形通道热管工作介质进行换热；所述环形通道热管与外部进行换热；所述双层内管工作介质循环进出都在所述热管的一端用于实现双层内管同侧同工作介质逆流换热，所述环形通道热管内设有内管翅片，所述内管翅片设在第一层内管上，所述内管翅片不与外管内壁接触，所述内管翅片与外管内壁间距为0.1～1mm，所述内管翅片上设有裂口，形成气体的通道用于气体自由流动，所述热管的外壁设有外管翅片；所述双层内管的工作介质可以是水，所述环形通道热管工作介质为水、氟利昂、甲醇、丙酮、油等一种或多种介质。本专利技术热管采用三层套管结构形式，首先是热管的外管通过吸收烟气热能或外界其它热能，致使外管与双层内管之间的环形通道热管工作介质汽化，已汽化了具有潜热的工作介质无须沿着较长的轴向方向运动而流向冷凝端，而是沿着径向轴心短距离流动去传递热能，并可迅速无阻力地向着轴心短距离流动，把潜热释放给第一层内管的水，自己又重新冷凝成液体，就这样反复汽化、冷凝，周而复始地相变运动着，冷凝段与蒸发段均在环形通道热管中；而第一层内管的水获得环形通道热管内工作介质潜热后又沿径向方向传递给第二层内管里的水。而通过第一层内管水与第二层内管水逆流同介质换热后，这双层内管内的水轴向温差会变小，从而减少了不利的换热因素，把轴向温差缩小就会相应增大径向平均温差，可提高换热效率。本专利技术热管设计加强了两种逆流换热方式的结合紧密度，第一种是双层内管在轴向空间上同介质换热的逆流，第二种是径向上双层内管同介质和环形通道热管4介质在时间上的逆流换热，从而实现了两维度逆流换热方式，致使整体平均换热温差变得最大化，这是有助于提高热管换热效率的，热管单位换热量的体积得到缩小，并降低了热管成本。本专利技术热管采用三层套管结构方式的热管，与现有套管式热管及传统的重力式热管不同之处在于更进一步加强了径向传热能力，增大径向传热深度（换热流程），使径向两侧传热介质平均温差最大化，并极大削弱同侧轴向传热不利因素，充分利用场协同理论，把温度梯度场与流体速度场很好有机协同起来，使热流密度向着热管径向方向传递，设有内管翅片和外管翅片，增强了热管传热能力，以使气液两侧换热能力趋于平衡，提高热管综合换热能力，缩小设备单位换热量体积，并且换热系数也得到很大的提高，可节约热能，热管生产企业可降低生产成本，设备运行企业可得到能耗降低。本专利技术因为热管的内管介质循环进出口是在同一端，所以热管组合方式简单，可以把热管倒立成排组合，也可以垂直组合以及横放组合。进一步地，所述进水管和出水管都位于热管的一端，并且可拆卸地与热管连接；由于进水管和出水管都位于热管的一端，安装方便灵活，而可拆卸连接使得换热器维修、清理烟垢也容易许多,而且还可以缩小换热器体积，灵活布置进水管和出水管的位置。优选地，所述第二层内管两端均为开口结构，所述进水管与第二层内管相连接，所述出水管与第一层内管一端连接，所述第一层内管的另一端为封闭结构。进一步地，所述第一层内管和第二层内管之间还设有第一隔热层，所述第一隔热层工作介质循环进出口处；由于工作介质进出都在热管的一端，因此在热管内设有第一隔热层以避免把换来的较高温度热量被较低温度同介质流体吸走，并把温度降下来。进一步地，所述进水管与出水管之间还设有第二隔热层，防止进水管与出水管之间存在热交换。优选地，所述进水管与出水管之间平行排列，所述进水管、出水管均与热管垂直，多种热管组合本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种翅片管换热器，其特征在于，包括进水管、出水管和连接所述进水管和出水管的热管，所述热管还设有管板用于固定热管，所述热管采用并联或串联的方式与进水管和出水管连接；所述热管包括不同直径的第一层内管、第二层内管和外管，所述第一层内管和第二层内管组成双层内管，所述第一层内管套有第二层内管；所述外管套有双层内管；所述第一层内管和第二层内管相通；所述第一层内管和外管之间为封闭结构并构成环形通道热管，所述第一层内管工作介质可以与环形通道热管工作介质进行换热；所述环形通道热管与外部进行换热；所述双层内管工作介质循环进出都在所述热管的一端用于实现双层内管同侧同工作介质逆流换热，所述环形通道热管内设有内管翅片，所述内管翅片设在第一层内管上，所述内管翅片不与外管内壁接触，所述内管翅片与外管内壁间距为0.1～1mm，所述内管翅片上设有裂口，形成气体的通道用于气体自由流动，所述热管的外壁设有外管翅片。

【技术特征摘要】
1.一种翅片管换热器，其特征在于，包括进水管、出水管和连接所述进水管和出水管的热管，所述热管还设有管板用于固定热管，所述热管采用并联或串联的方式与进水管和出水管连接；所述热管包括不同直径的第一层内管、第二层内管和外管，所述第一层内管和第二层内管组成双层内管，所述第一层内管套有第二层内管；所述外管套有双层内管；所述第一层内管和第二层内管相通；所述第一层内管和外管之间为封闭结构并构成环形通道热管，所述第一层内管工作介质可以与环形通道热管工作介质进行换热；所述环形通道热管与外部进行换热；所述双层内管工作介质循环进出都在所述热管的一端用于实现双层内管同侧同工作介质逆流换热，所述环形通道热管内设有内管翅片，所述内管翅片设在第一层内管上，所述内管翅片不与外管内壁接触，所述内管翅片与外管内壁间距为0.1～1mm，所述内管翅片上设有裂口，形成气体的通道用于气体自由流动，所述热管的外壁设有外管翅片。2.根据权利要求1所述翅片管换热器，其特征在于，所述进水管和出水管都位于热管的一端，并且可拆卸地与热管连接。3.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：向立平，王汉青，寇广孝，李灿，欧阳琴，邬志伟，
申请(专利权)人：湖南工业大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43