换热管及使用该换热管的换热器制造技术

本实用新型专利技术涉及换热管，具体的说是一种用于气液两相态CO2工质的换热管，及使用该换热管的换热器。具体的公开一种换热管，所述的换热管内腔流动气液两相态的CO2工质，所述的CO2工质与换热管外的工质进行换热，其特征在于：所述的换热管内有正扰流子，该正扰流子包括首固定部和扰流部，首固定部固定在管内壁，扰流部在管内往复扰动；所述的换热管内还有反扰流子，该反扰流子包括用于限定其位置的首固定部和在管内往复扰动扰流部，其扰动方向与正扰流子的扰动方向相反。以及由该换热管加工的管壳式液-液换热器，或由该换热管加工的气-液换热器。采用这种换热管可以打破CO2气液两相流固有的螺旋流动，引导CO2两相流中的液态更均匀的分布。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本技术涉及换热管，具体的说是一种用于气液两相态CO2工质的换热管，及使用该换热管的换热器。具体的公开一种换热管，所述的换热管内腔流动气液两相态的CO2工质，所述的CO2工质与换热管外的工质进行换热，其特征在于：所述的换热管内有正扰流子，该正扰流子包括首固定部和扰流部，首固定部固定在管内壁，扰流部在管内往复扰动；所述的换热管内还有反扰流子，该反扰流子包括用于限定其位置的首固定部和在管内往复扰动扰流部，其扰动方向与正扰流子的扰动方向相反。以及由该换热管加工的管壳式液-液换热器，或由该换热管加工的气-液换热器。采用这种换热管可以打破CO2气液两相流固有的螺旋流动，引导CO2两相流中的液态更均匀的分布。【专利说明】换热管及使用该换热管的换热器
本技术涉及换热管，具体的说是一种用于气液两相态CO2工质的换热管，及使用该换热管的换热器。
技术介绍
二十一世纪环保和节能是科学技术发展的重要议题。传统制冷空调和热泵中使用的工质主要是CFCs和HCFCs，但是由于其对臭氧层破坏和大气变暖的重要影响，使得保护环境、实现CFCs和HCFCs的替代成为全世界共同关注的焦点问题。随着《蒙特利尔议定书》和《京都议定书》的签订，CFCs类制冷剂的替代和禁止迫在眉睫。目前，自然环保工质CO2因其具有无毒、不可燃、廉价、易得且对环境没有危害(温室效应潜能值GWP=U臭氧耗损潜能ODP=O)的特性，而倍受青睐。在跨临界状态下，CO2具有比热大、导热性好、气体密度高使设备紧凑体积小；单位容积制冷量为氟利昂的5倍；化学稳定性好与普通润滑剂和设备材料相兼容；价格低廉、容易获得、不需回收等优点，因此，CO2跨临界循环具有非常好的应用前景。跨临界CO2热泵替代传统的热泵可以减少CFCs和HCFCs对地球臭氧层的破坏和削减CO2排放，据估算如果采用跨临界CO2热泵代替传统的热泵，每年可减少CO2排放量为几千万吨。跨临界CO2热泵从而得到了广泛的研究，特别是在发达国家和地区。采用新型替代制冷剂后，这就需要重新对跨临界CO2热泵系统的各个部件在运行时的工作性能进行研究，以及对跨临界CO2热泵系统重新设计来弥补替代工质对系统性能的影响。因此，为了满足热泵系统在节能和环保方面的双重要求，有必要针对跨临界CO2热泵系统中的各个部件进行有针对性的研究。蒸发器是跨临界CO2热泵系统中主要的换热设备之一，跨临界CO2热泵蒸发器的结构和换热效果对跨临界CO2热泵的性能影响较大，其换热和压降特性对整个系统效率的提高起着非常重要的作用。普通的CFCs类制冷剂工作在普通的制冷制热工况下，其工质处于气液两态区，液态工质和气态工质的密度差异比较大，工质在换热管中流动时，液态工质易于贴近换热管内表面，所以，用于CFCs类制冷剂的换热管主要靠增加内表面的面积，通过内螺纹管内腔表面较密槽道来破坏液态工质流动过程中在换热管表面产生的层流，就可以实现换热效果的显著提升。由于CO2具有在临界状态附近气体密度高，使得气液密度的差异变小；同时由于在管内受到内壁面的加热，会自有的特殊性在管内形成稳定的螺旋流动，即以气、液两相核为中心的涡团螺旋向前流动，外部围绕着干度较大的气态CO2，虽然旋转的离心力能把一部分液态CO2甩到壁面，但大部分液态CO2还是聚集在管道中心，形成传热的恶化，减少管内CO2与管壁的换热，降低了蒸发器的换热效率。亟待找到一种临界状态附近CO2换热管，克服临界状态附近CO2在管中加热时，产生的螺旋流动造成的换热恶化问题。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种换热管，通过对其内壁的特殊结构，克服临界状态附近CO2在管中加热时，产生的螺旋流动造成的换热恶化问题，从而提高临界状态CO2在换热管内的换热效率；进一步，提供一种使用该换热管的换热器。为了实现上述目标，本技术的技术方案是:一种换热管，所述的换热管内腔流动气液两相态的CO2工质，所述的CO2工质与换热管外的工质进行换热，所述的换热管内有正扰流子，该正扰流子包括固定部和扰流部，固定部固定在管内壁，扰流部在管内往复扰动；所述的换热管内还有反扰流子，反扰流子包括用于限定其位置的固定部和在管内往复扰动扰流部，所述反扰流子的扰动方向与正扰流子的扰动方向相反。所述的正扰流子与反扰流子是反复交替排列在管内。所述的反扰流子的固定部连接在正扰流子的自由端。所述的正扰流子所在的管段内没有设置反扰流子；所述的反扰流子所在的管段内没有设置正扰流子。所述的正扰流子和反扰流子都与换热管管壁接触。所述的正扰流子和反扰流子都包括首固定部和尾固定部，且所述正扰流子和反扰流子的扰流部在大概相同的管段内。所述的换热管的外壁面为光管，液态工质通过光管表面与CO2换热。所述的换热管的外壁面设置有翅片，该翅片上有冲缝或者开窗，气态工质通过翅片与CO2换热。本技术还提供一种换热器，包括管箱和壳体，所述的壳体内设置有如前面所述的换热管，在管程流动的气液两相态CO2工质与壳程流动的循环冷却水进行换热。另一方面，本技术还提供一种换热器，包括气态工质流路和换热管组；所述的换热管组包括如前所述的换热管，在所述气态工质流路与所述换热管中的气液两相态CO2工质换热。采用在换热管内壁上设置正扰流子和反扰流子，可以破坏临界状态附近CO2的稳定的螺旋形流动，特别是在管内交替设置正扰流子和反扰流子，可以把在换热管中心区域的气、液两相核为中心的涡团分散到换热器的内壁面；当沿着正扰流子扰动方向扰动的工质形成气、液两相核为中心的涡团时，又会受到反扰流子的反向扰动，使气、液两相核分散到管的外周，从而提高了换热效果。【专利附图】【附图说明】图1本技术一种设置有反扰流子的换热管局部正面剖示意图；图2为本技术一种设置有正扰流子的换热管局部正面剖示意图；图3为本技术一种实施例的换热管局部正面剖示意图；图4为本技术另一种实施例的换热管局部正面剖示意图；图5本技术中气液两相CO2在光管及正或/和反扰流子段内流动状态示意图；图6本技术一种实施例的采用正、反扰流子换热管的管壳式换热器结构示意图。【具体实施方式】下面结合附图1-6和实施例对本技术作进一步的描述，多种实施例在不相互冲突的情况下，可以进行多种形式的组合。关于扰流子的正反的定义，正、反扰流子区别在于沿CO2工质的流动方向看过去，扰流子的扰流部是沿顺时针方向旋转还是逆时针旋转，当沿顺时针方向旋转被定义为正扰流子时，沿逆时针方向旋转则为反扰流子。一般的，本领域技术人员会通过在扰流子上设置一个或多个反向结来控制得到与原始转动方向相反或者相反的扰流子，即当设置有一个反向结的扰流子被定义为正扰流子时，则原始的扰流子因为与该正扰流子的转向相反，就成为反扰流子。反之亦然。在本文中，没有设置反向结的原始扰流子为正扰流子，扰流部的旋转方向为顺时针方向，图中用实线表示；设置一个反向结的原始扰流子为反扰流子，扰流部的旋转方向为逆时针方向，图中用虚线表示。如图1所示,为一种设置有反扰流子的换热管局部正面剖示意图，其中I为换热管，2为扰流部,3为反向结,4为首固定部,6为管内壁,5为尾固定部,在本图中和后面的图里，CO2工质的流动方向都是从图的左侧流向图的右侧，首固定部4以及扰流部2、反向结3和本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张信荣，刘勇，李宁，于华伟，杜洪亮，王少茹，崔增光，付加庭，刘彪，李林凤，
申请(专利权)人：北京大学工学院包头研究院，
类型：实用新型
国别省市：