一种热交换设备制造技术

本发明专利技术公开了一种热交换设备，包括：换热器、超声阵子及连接件，所述超声阵子包括超声换能器及超声变幅杆，所述超声变幅杆的一端设置有所述超声换能器，所述超声变幅杆的另一端通过所述连接件与所述换热器连通。实施本发明专利技术可提高换热系数，还可以通过施加的超声波使流体交替的受到膨胀和压缩，以增加脉动而强化换热。

A heat exchanger

The invention discloses a heat exchange device, including a heat exchanger, a ultrasonic position and a connecting piece, which includes an ultrasonic transducer and an ultrasonic amplitude lever. One end of the ultrasonic amplitude lever is provided with the ultrasonic transducer, and the other end of the ultrasonic horn is connected to the heat exchanger by the connecting part. The invention can improve the heat transfer coefficient, and the fluid can be alternately expanded and compressed by the applied ultrasonic wave to increase the pulsation and strengthen the heat transfer.

【技术实现步骤摘要】
一种热交换设备
本专利技术涉及换热器设备
，并且特别涉及一种热交换设备。
技术介绍
热交换设备在化工、石油、航空航天和能源等工业领域中的应用极为普遍，而如何提高换热器换热能力和效率，己经成为整个行业与学术界共同努力的目标。人们采取了一系列技术措施增强传热：由于扩展传热面积、加大传热温差常常受到一定的条件限制，所以在如何提高对流传热系数方面需要进一步的深入研究。对于热交换设备，改变流体的流动，可以加入插入物，但是会产生流动阻力增加、通道易堵塞与结垢等生产上的问题；增加流速，但又必须注意增加流速也要受到各种因素的限制；加旋转流动装置，但是这需要一些专门生产旋转流动的元件和装置，费用较高，使得强化换热的性价比大大降低。因此亟待提出一种兼顾成本和换热效率的新型热交换设备。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术旨在提供一种热交换设备，以解决现有强化热交换设备换热技术中的不足，提升换热效率。具体而言，本专利技术的热交换设备，包括：换热器，所述热交换设备还包括超声阵子及连接件，所述超声阵子包括超声换能器及超声变幅杆，所述超声变幅杆的一端设置有所述超声换能器，所述超声变幅杆的另一端通过所述连接件与所述换热器连通。进一步地，所述超声变幅杆的过渡段节点位置x与该节点位置D的直径之间的对应关系满足第一公式约束，所述第一公式为：其中，N为变幅杆的输入端与输出端的面积比，I2为所述超声变幅杆的过渡段的长度，D1为变幅杆的输入端直径。进一步地，所述变幅杆的输入端直径比所述换热器直径大20％—30％。进一步地，所述变幅杆的输入端直径比所述换热器的直径大20％，且所述换热器的直径为47mm，所述变幅杆的输入端直径为56.4mm。进一步地，所述过渡段的长度I2通过第二公式计算获得，所述第二公式为：其中，H1为半波谐振长度系数，λ为变幅杆中的波长，所述变幅杆中的波长为129mm，所述半波谐振长度系数为0.843754。进一步地，所述变幅杆的形状因数ψ通过第三公式计算获得，所述第三公式为：其中，v为所述变幅杆的均匀杆中的最大质点速度，v2max为所述变幅杆的质点振动最大速度，所述变幅杆的形状因数ψ为1.47。进一步地，所述变幅杆放大倍数M通过第四公式计算获得，所述第四公式为：其中，α2为所述变幅杆的输出端振幅，α1为所述变幅杆的输入端振幅，所述变幅杆的形状因数ψ为17.5。进一步地，所述超声阵子产生的气泡射流和所述换热器的冷源流向相同。进一步地，所述连接件为连接导管，所述换热器的本体上设置有通孔，所述连接导管设置在所述通孔处，并与所述超声阵子可拆卸连接；所述通孔的开孔方向满足所述超声阵子产生的气泡射流和所述换热器的冷源流向相同。进一步地，所述超声阵子的数量包括多个，各所述超声阵子分别一一对应设置在所述换热器的冷端进口与折流板之间、所述换热器的折流板之间以及所述换热器的折流板与冷端出口之间。进一步地，所述超声阵子在所述换热器本体的两侧依次交错分布。本专利技术的热交换设备，通过利用超声阵子形成的空化气泡束，不仅可以形成射流冲击，直接冲击到换热器的管壁面，增加流体在传热界面的湍流程度，可提高换热系数，还可以通过施加的超声波使流体交替的受到膨胀和压缩，以增加脉动而强化换热。附图说明并入到说明书中并且构成说明书的一部分的附图示出了本专利技术的实施例，并且与描述一起用于解释本专利技术的原理。在这些附图中，类似的附图标记用于表示类似的要素。下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，而不是全部实施例。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，可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例提供的一种热交换设备的结构示意图；图2为图1所示热交换设备的剖视图；图3为图1所示热交换设备中超声阵子的结构示意图；以及图4为图1所示热交换设备中变幅杆的结构示意图。其中，1、2、3、4超声阵子，5、冷端进口，6、冷端出口，7、热端出口，8、热端进口，9、10管箱法兰，11、管壳式换热器，12、折流板，13、连接导管，14、换热管，15、超声空化气泡束，16、超声换能器，17、超声变幅杆，18、连接螺杆，19、外螺纹。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术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专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。下面结合附图详细说明本专利技术实施涉及的热交换设备。如图1及图2所示，热交换设备包括：换热器11、超声阵子1、2、3、4及连接导管13。超声阵子包括超声换能器16及超声变幅杆17。超声变幅杆17的一端设置有超声换能器16。超声变幅杆17的另一端通过连接导管13与换热器11连通。其中，换热器11可以采用小型<1-2>管壳式换热器，其包括冷端进口5、冷端出口6、热端出口7、热端进口8、管箱法兰9、10，壳体11以及折流板12。优选地，超声阵子1、2、3、4产生的气泡射流和换热器的冷源流向相同，以增强冲击效果。具体操作时，换热器11的本体上两侧设置有通孔，通孔的开孔方向满足超声阵子产生的气泡射流和换热器的冷源流向相同。连接导管13设置在通孔处，并与超声阵子1、2、3、4可拆卸连接。具体地，连接导管13有内螺纹，超声阵子1、2、3、4有外螺纹19，两者通过螺纹连接，可以更好地将超声阵子1、2、3、4安装到换热器11，超声阵子1、2、3、4拆卸后，通孔可以起到排泄口的作用，停用时可以采用螺杆将孔封闭。优选地，换热器11的本体两侧通孔位置为冷端进出口5、6与折流板12的中间位置，其余打孔位置为两个折流板12中间位置，通孔大小根据超声阵子底部直径大小确定；超声阵子在换热器11本体的两侧依次交错分布。在打孔位置可以通过无缝焊接的方式焊接连接导管13，连接导管13的长度可以以满足超声阵子不接触换热器内部换热管为基准。由此，超声阵子1、2、3、4可以有效的插入冷源液体中，使其聚集更高的超声能量，产生更多的超声空化泡15和更高的振动幅值。如图3所示，具体操作时，超声换能器16和超声变幅杆17可以通过连接螺杆18和AB胶双重连接。上述热交换设备的工作原理简述如下：在激励超声阵子1、2、3、4之前，使换热器11正常运行一段时间，带其稳定运行后，激励超声阵子1、2、3、4，会在超声作用区域形成局部的暂时的负压区，在液体中产生空穴或者气泡，这些充有蒸气或者空气的气泡处于非稳定状态，当它们突然闭合时会产生激波，因而在其作用区域产生很强的压力，从而把聚集起来的声场能在液体中的极小空间内迅速释放出来，形成高压以及强冲击波和射流等极端条件，从而出现超声空化气泡束15，不断冲刷换热器11的换热管14，增加流体在传热界面的湍流程度，减小传热边界厚度，从而增加传热系数。与此同时，施加超声波这一外来能量的作用，会使冷源流体交替的受到压缩和膨胀，以增加脉动从而强化传热。可以理解的是，超声阵子的数量可以根据换热器11内的折流板12的个数确定，本实施例中超声阵子的数量为4个，为举例说明，不应本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种热交换设备，包括：换热器(11)，其特征在于，所述热交换设备还包括超声阵子(1)及连接件，所述超声阵子包括超声换能器(16)及超声变幅杆(17)，所述超声变幅杆(17)的一端设置有所述超声换能器(16)，所述超声变幅杆(17)的另一端通过所述连接件与所述换热器(11)连通。

【技术特征摘要】
1.一种热交换设备，包括：换热器(11)，其特征在于，所述热交换设备还包括超声阵子(1)及连接件，所述超声阵子包括超声换能器(16)及超声变幅杆(17)，所述超声变幅杆(17)的一端设置有所述超声换能器(16)，所述超声变幅杆(17)的另一端通过所述连接件与所述换热器(11)连通。2.如权利要求1所述的热交换设备，其特征在于，所述超声变幅杆(17)的过渡段节点位置x与该节点位置D的直径之间的对应关系满足第一公式约束，所述第一公式为：其中，N为变幅杆的输入端与输出端的面积比，I2为所述超声变幅杆(17)的过渡段的长度，D1为变幅杆的输入端直径。3.如权利要求2所述的热交换设备，其特征在于，所述变幅杆的输入端直径比所述换热器直径大20％—30％。4.如权利要求3所述的热交换设备，其特征在于，所述变幅杆的输入端直径比所述换热器的直径大20％，且所述换热器的直径为47mm，所述变幅杆的输入端直径为56.4mm。5.如权利要求4所述的热交换设备，其特征在于，所述过渡段的长度I2通过第二公式计算获得，所述第二公式为：其中，H1为半波谐振长度系数，λ为变幅杆中的波长，所述变幅杆中的波长为129mm，所述半波谐振长度系数为0.843754。6.如权利要求5所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈国清，张树晓，张世平，安连锁，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：北京,11