基本信息
- 项目名称：
- 冷热流体同步双螺旋换热器
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 该换热器是一种冷热流体同步螺旋流动的高效换热器，可有效提高工作效率，节约生产成本。其主体结构包括内管、外管、内外螺旋片。冷热流体分别在相应的螺旋通道内同步逆向螺旋流动，流动的路径增长，流动截面积减小，流速增大，湍流程度提高，同时螺旋流动形成二次流，减薄传热边界层，增大对流传热系数。与普通套管换热器相比，该换热器单位体积换热面积提高40%，换热效率提高20%以上。
- 详细介绍：
- 换热器应用广泛！主要用于石油、化工、医药、冶金、制冷、轻工等行业。其种类繁多，其中管壳式换热器用途最为广泛。通常在化工装置中，换热器约占总投资的10%～20%。在石油炼制装置中，换热器约占全部工艺设备投资的35%～4O% 。随着经济的发展，各种不同型式和种类的换热器发展很快，新结构、新材料的换热器不断涌现。为了提高换热效率，同时顺应全球节能的趋势，我们研制出一种新型螺旋结构的换热器 ——冷热流体同步双螺旋换热器。冷热流体同步螺旋换热器是结合我国现行换热设备基础上，研制的一种高效节能换热设备。利用高导热系数的紫铜制成的内外双螺旋高效传热元件，由它制成的双螺旋换热器，在流体阻力不大的情况下，便形成强烈的湍流，大大提高了管、壳程的换热系数。 该换热器的创新点有以下三点：1、结构：管、壳程均具有螺旋片的结构。2、性能：传热系数高、金属利用率高流体阻力小、不易结垢。传热系数高是由于流体在换热器内沿螺旋片螺旋流动，其中切线速度产生作用在流体上的离心力， 会使流体产生压强差，中心流体出现回流，形成二次流，螺旋流和二次流相迭加，使湍流强度大幅度增强 ，并使湍流度径向分布均匀化，从而提高了换热效率；金属利用率高由于采用了内外双螺旋片，使管、壳程均形成螺旋通道，冷、热流体在管、壳程流动，在同体积材料条件下，其流程长度为普通套管换热器的2倍以上，同时，螺旋片又可增大冷、热流体接触面积；流体阻力小是因为换热器中的介质在壳体内连续平稳旋转流动，没有急剧的流向改变，因此，流体阻力小；不易结垢是因为流体在螺旋型流道中流动产生的离心力能增加流体扰动，产生强烈的冲刷作用，能够及时破坏高粘度液体在管子上形成的液膜，同时对沉淀型污垢有自洁作用，可延长检修周期。3、整体：构造简单、操作方便。近年来，随着我国石化、钢铁等行业的快速发展，换热器的需求大幅上涨，但国内企业的供给能力有限，导致换热器行业呈现供不应求的市场状态。同时，目前所使用的各种换热器普遍存在结构复杂、造价高，流体流动阻力大、换热效率低等缺点。所以说我们研制的换热器前景广阔，大有作为！
作品图片
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 作品设计、发明的目的：（1）换热器种类繁多，应用广泛，通常在化工设备中占30%以上。（2）现有的大多换热器换热效率相对较低，为改善换热器性能，提高生产效率，节约生产成本，我们研制了冷热流体同步双螺旋换热器。 基本思路：通过冷、热流体在内、外管同步逆向螺旋流动，形成螺旋流道，使换热面积增大，湍流程度增强，进而提高了换热效率。 创新点：（1）管、壳程均具有螺旋片（2）双螺旋逆向流动（3）结构较紧凑，操作简单。 技术关键：独有的双螺旋结构，使单位体积换热面积增大，湍流程度提高，进而提高了换热效率。
科学性、先进性
- 作品的科学性先进性： 该换热器是结合我国现有换热设备基础上研制的一种新型、高效、节能换热器。其先进性在于采用了内外双螺旋结构，使湍流程度大大增强，单位体积换热面积增大，有效提高换热效率。同时密封性能好，适用于易燃、易爆或贵重流体的换热。因其相邻通道内的流体呈纯逆流方式流动，故有利于小温差传热，适用于回收低温位热能。 参考文献： [1] 朱聘冠. 换热器原理及计算. 北京: 清华大学出版社, 1985. [2] 钱颂文. 换热器设计手册. 北京: 化学工业出版社, 2002. [3] 杨世铭, 陶文铨. 传热学(第三版).高等教育出版社, 1998. [4] Kays W M & Londen A L. 紧凑式热交换器. 宣益民译. 北京: 科学出版社, 1997.
获奖情况及鉴定结果
- （1）作品于2010年05月05日申请了专利，专利号：ZL 2010 2 0179169.5。 (2)作品于2010年03月22日委托“辽宁省科学技术情报研究所”进行查新。查新结论如下：冷热流体同步逆向螺旋流动的管壳式换热器，国内文献已见报道；但关于本委托单位研制的以“管、壳程均具有螺旋片”为查新结构的“冷热流体同步螺旋式换热器”，在国内文献检索中，未见相同研究的文献报道 。
作品所处阶段
- 实验室阶段
技术转让方式
- 无
作品可展示的形式
- 实物、产品、现场演示、图片、模型、样品
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 使用说明： 清洗管道系统 设备安装 水压试验 保温 软化 技术特点： 流体在双螺旋结构下进行同步逆向螺旋流动，冷、热流体通过螺旋片及内管壁同步双重换热。 作品优势： 1、换热系数高，实验证明，与普通套管换热器相比，换热系数提高20%以上。2、换热面积大，经测算，该换热器单位体积换热面积达0.19 ，比普通套管换热器提高40%。3、湍流程度高，有很强自清洗作用4、密封性能好，适用于易燃、易爆介质换热。 适用范围及应用前景： 换热器在石油、化工、制药等领域广泛应用，该换热器顺应未来市场对换热设备高效率、低成本要求的趋势，进行技术创新，将成为诸多行业首选换热设备。 市场分析和经济效益预测： 从整个中国换热器产业发展的状况分析，许多情况不容乐观，如生产效率低造成资源浪费。该换热器以提高效率为目标，所以市场总体发展潜力很大。
同类课题研究水平概述
- 通过查阅文献了解到当前国内应用螺旋的换热器： 1、双向螺旋板式换热器，该专利技术是螺旋板，螺旋通道和介质出入口组成的单螺旋板式换热器改进为双向螺旋板换热器，是高温水直接入户的配套换热器，特别适合与家庭住户的取暖和热水供应的需求，并可分户供热和分户计算，以适应市场经济需求。外形为短形椭圆六角体，造型美观，无方向要求，构造简单，体积小，可吊装、安装方便，适于室内装饰，成本仅为空调机的三分之一。节能效果好。 2、双螺旋流道曲面折流板换热器，其特征在于设有螺旋曲面折流板用于形成双螺旋流道，其由若干半圆形螺旋曲面折流板组成，两块折流板连接形成一个360 º螺旋环，螺旋曲面折流板的外径螺旋线的切线与垂直于换热管轴线平面夹角为9 º~40 º的螺旋角。本发明涉及一种换热工艺设备，特指一种双螺旋流道旋转曲面折流板换热器。其在现有的搭接双螺旋流道平面折流板换热器的基础上，将平面折流板设计成曲面折流板，在结构上可以避免折流板搭接处的缝隙的产生，防止流体在螺旋流道中从板缝中泄露，增大换热系数。螺旋形的曲面所构成的流道没有棱角，也没有板端面的阻挡，能够彻底消除螺旋流道中流动死区。并且将平面折流板改成螺旋曲面折流板能够减小流体与折流板之间的流动阻力，减小压降，进一步减小壳侧的结垢。 3、螺旋流道换热器，特征在于在现有管壳式换热器的基础上将折流板设计成与壳体横断面有一个倾斜角度，设有用于形成螺旋流动的折流板，其由若干扇形板块组成，沿轴向为双流道，扇形板块与换热管为9°~40°的螺旋角，使流体在壳程旋转流动，消除了原弓形折流板的流动死区，大大提高了换热效率，降低了流动阻力，减小了壳侧的结垢。 通过以上文献可以看出，螺旋板在换热器中的应用可大大提高换热效率，但目前仅局限于一种流体螺旋流动，冷热流体同步双螺旋换热器突破了这个技术瓶颈，实现了冷热流体同步双螺旋流动，同时解决了一系列在制造中所存在的问题。综上所述，冷热流体同步双螺旋换热器必将成为一种广泛使用的高效、节能的换热设备。
