一种蜂窝通道圆管热交换技术制造技术

本发明专利技术为通道式间接换（传）热技术，其重要特征为起介质换热传递作用的圆管在正六边形蜂窝节点位置上布阵，断面形式之一见图１。该技术具有流体通道完美，传热面积大，适应性强，用途广，制作方便，并能真正实现介质间的完全逆向换热，且具有显著的节能、回收能源和环保意义。该技术剔除了现有换热设备的种种弊端，为一种更接近理想传热方式的换热结构，可用于制造各种形式和用途的换热及加热设备等。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
该专利技术属两种不同温度介质间的高效间接换热(或加热)技术。如汽-汽、汽-液、液-液间换热，燃料对介质的间接加热等。介质间的间接换热(或加热)技术，主要应用于制造热交换设备，现有热交换设备的结构形式有管壳式(如固定管板式、浮头式、填料函式及U型管式等)、板式(如板翅式、螺旋板式、伞板式及波纹板式等)、管式(空冷器、套管式、喷淋管式及箱管式等)及板壳式等。详细内容及其所涉及到的有关资料索引可查阅《化工工艺设计手册》等。众所周知，人类所拥有的煤炭、石油及天然气等天然能源资源是有限和不可再生的，不久的将来这些资源将被消耗殆尽，因此人类将有面临能源危机的可能；再则这些天然能源都是积蓄太阳能的产物，它们是在若干万年的时间里才形成的，而人类要将这些能量在短短的数百年的时间内集中释放出来，由此引起的温室效应(主要表现在大量释放CO2，地球气温逐渐升高)将会威胁到人类的生存。因此，用提高现有能源利用效率的途径来最大限度地降低天然能源的消耗速度，开发新的环保性能源，利用太阳的光合作用将“过量的”CO2还原为有机物，实现地球的生态平衡，这是人类需要作的非常迫切的几项任务。本专利技术的目的就是为改变现有热交换技术热利用效率不高，浪费能源严重的现状而提出的一种新型高效的节能技术。该技术不仅可以实现通过节能的途径，来达到节约能源资源和减少污染物排放的目的，而且可用来收集太阳能生产新的环保性能源。因此，本专利技术具有节能和环保双重意义，它是本人实施能源和环保战略的一个重要组成部分。本专利技术是一种通道式间接换(传)热技术，换热界面为圆形管道的管壁，附图说明图1～4为该种布阵方式的几个横断面例子。本专利技术的基本特征是1)换热管按正六边形蜂窝节点位置布阵；2)换热管公称外径近于或等于正六边形边长，即应以使相临换热管外壁近于或正好相切为准(是指热态下相切，而冷态下并不一定相切)。该技术中所采用的流体通道，是本人从上千种组合中精选出的一种近乎完美的布阵形式，其突出特点在于1)有两种比较理想的流体通道采用不同的换热管管径及壁厚，可将管程与壳程通道面积之比控制在0.50～0.95之间；2)有效地增大了单位体积内的传热面积和缩短了二换热介质间的最大传递距离；3)因相临两换热管外壁相切，起到了支架的作用，故通道长度可以在不受换热管受力和支架限制的情况下按实际需要任意加长，且管壁厚度还可以减小；4)管程与壳程都能够适应高温和高压的要求；5)其造型可满足各种安放场所的要求，并可以实现管道化和小型化；6)因管程与壳程都实现了通道化，故可实现真正意义上的两种介质间的完全逆向换热；7)能实现通道形状全程基本不变，因而可减小通道对流体的阻力；8)适应范围广，几乎能适用于两种介质传热或加热的各种场所；9)加工制作方便；10)能有效地利用热能和减少排放，故该技术具有显著的节能、回收能源和环保意义。此外，该技术还具有流体通道易清洗、能自净、不易堵塞，换热管勿需外加支架，换热器能适应热胀冷缩要求，能实现对流体温度的控制等多种特点。尽管有一些结构形式也可以形成两种相互交错的流体通道，但多都存在这样或那样的缺陷。例如图5和图6，是分别为换热管以正四边形和正三边形蜂窝节点布阵所形成的流体通道，其由换热管外壁围成的通道断面较小，易堵塞；又如，图7～10分别是由三角形、矩形、三角形与平面板、弧形波纹板组成的流体通道，尽管它们的通道形状较为理想，但它们稳定性较差，不耐高温高压，且加工制作比较复杂。现有的热交换设备多为容积式，有些为多管程或多段式结构。这些结构形式的换热管，一般单管程长度一般都较短，管壁间间距也较大，壳程又无明显的流体通道，存在着严重的短流和混流现象，故不能实现真正意义上的逆向换热，因而换热效果较差。尽管螺旋板热交换器为通道式，但其换热效率并不高，这主要是由于其通道本身的缺陷产生的图11为螺旋板式换热器的结构形式图，由图可以看出，该热交换器的通道断面实际上为单一的矩形，尽管其螺旋通道可以无限延长，但其单位体积内所拥有的换热面积较少(在相同通道宽度的情况下，其所拥有的换热面积仅为本专利技术的一半)，这是其换热效率低的原因之一；再则，尽管螺旋板换热器有较好的流体通道，在每个通道的两侧均为同一流体，但它却存在着明显的反向换热现象，这主要是由于在同一通道两侧的流体不同温所引起的。比如有高低温两种流体通过螺旋板换热器进行逆向换热，试看在高温流体通道的某个断面(例如“a”)处，如果其通道外侧在与低温流体换热，换热后的低温流体继续向内流动，并不断与更高温度的高温流体换热，此时低温流体的温度也在不断升高，然而在走行360°后，升温后的低温流体又转到了断面“a”处的内侧，因此在断面“a”的内侧就会出现换热效率低下，不换热，甚至是反向换热的现象，这说明，螺旋板换热器的流体通道未能实现真正的逆向换热，这是螺旋板换热器换热效率低的原因之二。相比之下，蜂窝通道圆管热交换技术集众多换热技术的优点为一身，且剔除了现有换热设备的种种弊端，为一种更接近理想传热方式的换热结构，具有独特的优越性。蜂窝圆管热交换技术的节能功能主要在于以下几个方面1用加大单位体积内的换热面积，而不是传统观念上的加大流体流速或制造流体紊流的方式来提高换热效果，因此可使二换热流体的流速都可以降得足够低，并因全程拥有均匀不变的通道，这就使得流体在换热过程中压头损失大大减小，因而换热结构本身就是一种节能形式；2因该技术可实现换热设备的管道化，水平放置或采用本人专利技术的另一项通道技术，在有些场合下，能使换热器的最大位置高度大大降低，因而可减少因克服位能而引出的为流体升压而消耗的能量；3因该技术可真正实现二流体间的完全逆向换热，热交换充分，这在不同的场合有着不同的意义，下面是几个例子(1)对于循环冷却水，可减少循环水系统的能耗。比如在某地区，若要将某介质从90℃冷却到45℃，在采用非完全逆向换热的情况下，较经济合理的做法可能是用32℃的循环冷却水冷却，换热后的水温升高到45℃。然而，如改用完全逆向换热方式，就会产生如下两种积极效果a)在循环水量不变的情况下，可以用更高温度(比方说37℃)的循环冷却水，升温Δt＝13℃来实现。其意义在于假设当地的设计选用湿球温度为28.6℃，则冷却塔冷却后水温与设计湿球温度的差值，由原先的3.4℃提高到了8.4℃，这对提高冷却塔的淋水密度，减小冷却塔的规模及能耗意义极其重大；b)若还利用32℃的冷却水冷却，若换热后的水升温到55℃，此时冷却水量可较非完全逆向换热的情况减少40％以上，这不仅降低了冷却塔的能耗，而且减少了循环水加压系统的能耗。(2)对于低温冷却水，有时就可不必循环制冷假如，若某介质要从45℃被冷却到23℃，在采用非完全逆向热交换的情况下，常需要用16℃的制冷水冷却，换热前后冷却水的温差为Δt＝7℃。若采用完全逆向换热方式，就可能由20℃(或更高温度)的地下水升温到27℃(或更高温度)来实现。对于某些有低温水资源的地区，就可以利用现成的水温资源，而不必再去耗能制冷了，而升温后的低温水其水质基本不变，乃可供循环冷却水的补充水等新水用户使用，真可谓一举两得。(3)对于化工工艺冷热介质换热(如用于分馏塔等出塔高温流体与进塔低温流体间的换热等)，若采用完全逆向换热方式，可提高换热后低温流体的温度，这就意本文档来自技高网...

【技术保护点】
该专利技术属两种不同温度介质间的高效间接换热（或加热）技术。如汽－汽、汽－液、液－液间换热，燃料对介质的间接加热等。介质间的间接换热（或加热）技术，主要应用于制造热交换和加热设备等。按结构形式分，现有热交换设备有：管壳式（如固定管板式、浮头 式、填料函式及Ｕ型管式等）、板式（如板翅式、螺旋板式、伞板式及波纹板式等）、管式（空冷器、套管式、喷淋管式及箱管式等）及板壳式等。在上述传热结构中，仅有螺旋板换热器属通道式，其余容积式特征较为明显。容积式换热器的主要缺点是单管程长度一般 都较短，而壳程又无明显的流体通道，短流和混流现象比较严重，其不能实现真正意义上的逆向换热。就螺旋板换热器而言，虽为通道式，但因其单位体积内所拥有的换热面积较少，且通道结构本身存在着明显的反向换热现象等弊病，因而换热效果也并不理想。本专利技术 在于其独特的换热管布阵形式，其显著特征为：换热管按正六边形蜂窝节点位置布阵；换热管公称外径近于或等于正六边形边长，即应以使相临换热管外壁近于或正好相切为准（是指热态下相切，而冷态下并不一定相切）。该技术具有如下优点：１）形成了两种比较理想的流体通道；２）有效地增大了单位体积内的传热面积和缩短了二换热介质间的最大传递距离；３）通道长度可以在不受换热管受力和支架限制的情况下按实际需要任意加长，且管壁厚度还可以减小；４）管程与壳程都能够适应高温和高压的要求；５）其造型可满足各种安放场所的要求，并可以实现管道化和小型化；６）能实现真正意义上的两种介质间的完全逆向换热。更重要的是该技术具有显著的节能、回收能源和环保意义。独立保护权项：换热管按正六边形蜂窝节点位置布阵的通道式传热或加热技术。从属保护权项：１ ）用本蜂窝通道圆管热交换技术生产和制造的各种形式和用途的热交换设备（如热交换器、冷却器、冷凝器、凝缩器、加热器、空冷器及热水器等）。２）用本蜂窝通道圆管热交换技术生产和制造的各种形式和用途的蒸发及汽化设备（如再沸器、蒸发器、汽化器、浓缩 器及蒸馏水器等）；３）用本蜂窝通道圆管热交换技术生产和制造的各种形式和用途的加热设备（燃煤锅炉、燃油锅炉及燃气锅炉、废热锅炉等）；４）用本蜂窝通道圆管热交换技术生产和制造的各种形式和用途的制冷设备；５）用本蜂窝通道圆管热交换技术 生产和制造的各种形式和用途的热能回收设备（如余热及废热的回收或利用设备、太阳能接收和回收的某些关键设备等）。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘润海，
申请(专利权)人：刘润海，
类型：发明
国别省市：21[中国|辽宁]