[发明专利]一种同轴共轭异向强化换热管形元件及换热装置

说明书

本发明提供一种同轴共轭异向强化换热管形元件及换热装置，包括一体化成型的基管、外翅和内翅，内翅的表面设置波浪形起伏结构，基管、外翅和内翅的材质相同，基管与内翅和外翅之间没有接触热阻；内翅为多组平行于基管轴线方向的纵向翅片，内翅关于基管中心面对称分为两组，基管中心的空心区域形成烟气走廊；外翅为螺旋翅片；基管内沿轴向设置波浪板或紊流板作为强化换热结构；外翅的翅化比大于10，内翅的翅化比大于3；内外翅和基管之间没有接触热阻，管内设置强化换热单元；相同长度下的换热面积是光管的三倍以上，平均表面换热系数是光管的两倍以上，综合换传热能力是光管的六倍以上，使换热装置结构更紧凑，显著降低原材料消耗及碳排放。

技术领域

本发明属于气体强化换热技术领域，具体涉及一种同轴共轭异向强化换热管形元件及换热装置。

背景技术

2030年实现碳达峰、2060年实现碳中和的双碳目标约束下，节能减排的收益已经不能单以经济效益来衡量，更大的意义在于降低碳排放。气-气换热广泛存在各种工业环节，例如化石燃料炉的排烟中含有大量余热，需要借助气-气换热器加热空气回收余热；煤化工、石油化工等工业过程中的需要依靠一种气体加热/冷却另一种气体，将气体控制在反应温度区间内，需要气-气换热器；食品工业、农牧业、建筑采暖等需要加热新风的场景，为了降低能耗常用排出的废气热风加热低温新风，也需要气-气换热器。在这些工业环节设置空气预热器，可以回收部分烟气中的余能，减少能源消耗，从而降低碳排放。制约余热回收装置广泛使用的主要障碍包括，目前传统的光管气-气换热器体积巨大，紧凑型的板式气-气换热器易堵塞、泄露，换热器设备初投资高等因素。因此，市场上需要一种抗堵塞能力强，体积紧凑，换热能力强的气 -气换热器，实现节能低碳的环保目标。

天津辰创环境工程科技有限责任公司申请的一种扰流子-铸铁管组合式空气预热器 CN201520572963.9由扰流子-铸铁管换热元件组成，扰流子用于高温管段、铸铁管换热元件用于低温管段，铸铁管的外翅为不连续的环状翅或针翅，内翅为纵向的板翅，铸造工艺得到的翅距大、扩展能力弱，且铸铁的导热系数低，翅效率低，不耐冷凝水腐蚀，使用条件有限；哈尔滨耦合动力工程技术中心有限公司申请的一种带内腔螺旋式扰流子的翅片式换热器 CN206378035U在螺旋翅片管内插入螺旋扰流子，同时强化管内和管外换热，但管内没有扩展受热面，强化能力有限，扰流子和管壁面接触面积小、接触热阻大，且螺旋扰流子的流动阻力较大。实现气-气换热的高效强化，需要同时强化管内与管外两侧的换热系数与换热面积，且扩展受热面与基管需要接触良好，最好是扩展受热面是从基管母材延展出来的一部分，彻底消除接触热阻。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种同轴共轭异向强化换热管，在热挤压铝型材外表面用滚刀轧制出螺旋翅片，形成内部轴向强化翅和外部环向强化翅的同轴异向翅片，内外翅片与基管直接相连，没有接触热阻，将这种内外翅片配对的结构称为同轴共轭、异向强化。该强化换热管和传统光管相比，相同长度下的换热面积是光管的三倍以上，平均表面换热系数是光管的两倍以上，内外翅综合传热能力是光管的六倍以上。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种同轴共轭异向强化换热管形元件，包括一体化成型的基管、外翅和内翅，内翅的表面设置波浪形起伏结构，基管、外翅和内翅的材质相同，基管与内翅和外翅之间没有接触热阻；内翅为多组平行于基管轴线方向的纵向翅片，内翅关于基管中心面对称分为两组，基管中心的空心区域形成烟气走廊；外翅为螺旋翅片；基管内沿轴向设置波浪板或紊流板作为强化换热结构；外翅的翅化比大于，内翅的翅化比大于。

基管、外翅、内翅和基管采用挤压铝材料制成；基管、外翅和内翅使用铸造工艺加工制成时，采用高温镍基合金或高铬耐热钢制成，基管、外翅、内翅同时铸造成形。

外翅的翅高8～16mm，翅厚0.2mm以上，翅距1.6～4mm；内翅的翅高为10mm～ 30mm，翅厚2mm～6mm。

波浪板波浪板为贯穿同轴共轭异向强化换热管的自扭转波浪形板材，将烟气分为两股，每隔10mm～300mm开有通孔。