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基本信息
- 項目名稱：
- 冷熱流體同步雙螺旋換熱器
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 該換熱器是一種冷熱流體同步螺旋流動的高效換熱器，可有效提高工作效率，節(jié)約生產(chǎn)成本。其主體結(jié)構(gòu)包括內(nèi)管、外管、內(nèi)外螺旋片。冷熱流體分別在相應(yīng)的螺旋通道內(nèi)同步逆向螺旋流動，流動的路徑增長，流動截面積減小，流速增大，湍流程度提高，同時螺旋流動形成二次流，減薄傳熱邊界層，增大對流傳熱系數(shù)。與普通套管換熱器相比，該換熱器單位體積換熱面積提高40%，換熱效率提高20%以上。
- 詳細(xì)介紹：
- 換熱器應(yīng)用廣泛！主要用于石油、化工、醫(yī)藥、冶金、制冷、輕工等行業(yè)。其種類繁多，其中管殼式換熱器用途最為廣泛。通常在化工裝置中，換熱器約占總投資的10%～20%。在石油煉制裝置中，換熱器約占全部工藝設(shè)備投資的35%～4O% 。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，各種不同型式和種類的換熱器發(fā)展很快，新結(jié)構(gòu)、新材料的換熱器不斷涌現(xiàn)。為了提高換熱效率，同時順應(yīng)全球節(jié)能的趨勢，我們研制出一種新型螺旋結(jié)構(gòu)的換熱器 ——冷熱流體同步雙螺旋換熱器。冷熱流體同步螺旋換熱器是結(jié)合我國現(xiàn)行換熱設(shè)備基礎(chǔ)上，研制的一種高效節(jié)能換熱設(shè)備。利用高導(dǎo)熱系數(shù)的紫銅制成的內(nèi)外雙螺旋高效傳熱元件，由它制成的雙螺旋換熱器，在流體阻力不大的情況下，便形成強(qiáng)烈的湍流，大大提高了管、殼程的換熱系數(shù)。?該換熱器的創(chuàng)新點有以下三點：1、結(jié)構(gòu)：管、殼程均具有螺旋片的結(jié)構(gòu)。2、性能：傳熱系數(shù)高、金屬利用率高流體阻力小、不易結(jié)垢。傳熱系數(shù)高是由于流體在換熱器內(nèi)沿螺旋片螺旋流動，其中切線速度產(chǎn)生作用在流體上的離心力， 會使流體產(chǎn)生壓強(qiáng)差，中心流體出現(xiàn)回流，形成二次流，螺旋流和二次流相迭加，使湍流強(qiáng)度大幅度增強(qiáng) ，并使湍流度徑向分布均勻化，從而提高了換熱效率；金屬利用率高由于采用了內(nèi)外雙螺旋片，使管、殼程均形成螺旋通道，冷、熱流體在管、殼程流動，在同體積材料條件下，其流程長度為普通套管換熱器的2倍以上，同時，螺旋片又可增大冷、熱流體接觸面積；流體阻力小是因為換熱器中的介質(zhì)在殼體內(nèi)連續(xù)平穩(wěn)旋轉(zhuǎn)流動，沒有急劇的流向改變，因此，流體阻力??；不易結(jié)垢是因為流體在螺旋型流道中流動產(chǎn)生的離心力能增加流體擾動，產(chǎn)生強(qiáng)烈的沖刷作用，能夠及時破壞高粘度液體在管子上形成的液膜，同時對沉淀型污垢有自潔作用，可延長檢修周期。3、整體：構(gòu)造簡單、操作方便。近年來，隨著我國石化、鋼鐵等行業(yè)的快速發(fā)展，換熱器的需求大幅上漲，但國內(nèi)企業(yè)的供給能力有限，導(dǎo)致?lián)Q熱器行業(yè)呈現(xiàn)供不應(yīng)求的市場狀態(tài)。同時，目前所使用的各種換熱器普遍存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價高，流體流動阻力大、換熱效率低等缺點。所以說我們研制的換熱器前景廣闊，大有作為！
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 作品設(shè)計、發(fā)明的目的：（1）換熱器種類繁多，應(yīng)用廣泛，通常在化工設(shè)備中占30%以上。（2）現(xiàn)有的大多換熱器換熱效率相對較低，為改善換熱器性能，提高生產(chǎn)效率，節(jié)約生產(chǎn)成本，我們研制了冷熱流體同步雙螺旋換熱器。 基本思路：通過冷、熱流體在內(nèi)、外管同步逆向螺旋流動，形成螺旋流道，使換熱面積增大，湍流程度增強(qiáng)，進(jìn)而提高了換熱效率。 創(chuàng)新點：（1）管、殼程均具有螺旋片（2）雙螺旋逆向流動（3）結(jié)構(gòu)較緊湊，操作簡單。 技術(shù)關(guān)鍵：獨有的雙螺旋結(jié)構(gòu)，使單位體積換熱面積增大，湍流程度提高，進(jìn)而提高了換熱效率。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 作品的科學(xué)性先進(jìn)性： 該換熱器是結(jié)合我國現(xiàn)有換熱設(shè)備基礎(chǔ)上研制的一種新型、高效、節(jié)能換熱器。其先進(jìn)性在于采用了內(nèi)外雙螺旋結(jié)構(gòu)，使湍流程度大大增強(qiáng)，單位體積換熱面積增大，有效提高換熱效率。同時密封性能好，適用于易燃、易爆或貴重流體的換熱。因其相鄰?fù)ǖ纼?nèi)的流體呈純逆流方式流動，故有利于小溫差傳熱，適用于回收低溫位熱能。 參考文獻(xiàn)： [1] 朱聘冠. 換熱器原理及計算. 北京: 清華大學(xué)出版社, 1985. [2] 錢頌文. 換熱器設(shè)計手冊. 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社, 2002. [3] 楊世銘, 陶文銓. 傳熱學(xué)(第三版).高等教育出版社, 1998. [4] Kays W M & Londen A L. 緊湊式熱交換器. 宣益民譯. 北京: 科學(xué)出版社, 1997.
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- （1）作品于2010年05月05日申請了專利，專利號：ZL 2010 2 0179169.5。 (2)作品于2010年03月22日委托“遼寧省科學(xué)技術(shù)情報研究所”進(jìn)行查新。查新結(jié)論如下：冷熱流體同步逆向螺旋流動的管殼式換熱器，國內(nèi)文獻(xiàn)已見報道；但關(guān)于本委托單位研制的以“管、殼程均具有螺旋片”為查新結(jié)構(gòu)的“冷熱流體同步螺旋式換熱器”，在國內(nèi)文獻(xiàn)檢索中，未見相同研究的文獻(xiàn)報道 。
作品所處階段
- 實驗室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 無
作品可展示的形式
- 實物、產(chǎn)品、現(xiàn)場演示、圖片、模型、樣品
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測
- 使用說明： 清洗管道系統(tǒng) 設(shè)備安裝 水壓試驗 保溫 軟化 技術(shù)特點： 流體在雙螺旋結(jié)構(gòu)下進(jìn)行同步逆向螺旋流動，冷、熱流體通過螺旋片及內(nèi)管壁同步雙重?fù)Q熱。 作品優(yōu)勢： 1、換熱系數(shù)高，實驗證明，與普通套管換熱器相比，換熱系數(shù)提高20%以上。2、換熱面積大，經(jīng)測算，該換熱器單位體積換熱面積達(dá)0.19 ，比普通套管換熱器提高40%。3、湍流程度高，有很強(qiáng)自清洗作用4、密封性能好，適用于易燃、易爆介質(zhì)換熱。 適用范圍及應(yīng)用前景： 換熱器在石油、化工、制藥等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，該換熱器順應(yīng)未來市場對換熱設(shè)備高效率、低成本要求的趨勢，進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新，將成為諸多行業(yè)首選換熱設(shè)備。 市場分析和經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測： 從整個中國換熱器產(chǎn)業(yè)發(fā)展的狀況分析，許多情況不容樂觀，如生產(chǎn)效率低造成資源浪費。該換熱器以提高效率為目標(biāo)，所以市場總體發(fā)展?jié)摿艽蟆?
同類課題研究水平概述
- 通過查閱文獻(xiàn)了解到當(dāng)前國內(nèi)應(yīng)用螺旋的換熱器： 1、雙向螺旋板式換熱器，該專利技術(shù)是螺旋板，螺旋通道和介質(zhì)出入口組成的單螺旋板式換熱器改進(jìn)為雙向螺旋板換熱器，是高溫水直接入戶的配套換熱器，特別適合與家庭住戶的取暖和熱水供應(yīng)的需求，并可分戶供熱和分戶計算，以適應(yīng)市場經(jīng)濟(jì)需求。外形為短形橢圓六角體，造型美觀，無方向要求，構(gòu)造簡單，體積小，可吊裝、安裝方便，適于室內(nèi)裝飾，成本僅為空調(diào)機(jī)的三分之一。節(jié)能效果好。 2、雙螺旋流道曲面折流板換熱器，其特征在于設(shè)有螺旋曲面折流板用于形成雙螺旋流道，其由若干半圓形螺旋曲面折流板組成，兩塊折流板連接形成一個360 o螺旋環(huán)，螺旋曲面折流板的外徑螺旋線的切線與垂直于換熱管軸線平面夾角為9 o~40 o的螺旋角。本發(fā)明涉及一種換熱工藝設(shè)備，特指一種雙螺旋流道旋轉(zhuǎn)曲面折流板換熱器。其在現(xiàn)有的搭接雙螺旋流道平面折流板換熱器的基礎(chǔ)上，將平面折流板設(shè)計成曲面折流板，在結(jié)構(gòu)上可以避免折流板搭接處的縫隙的產(chǎn)生，防止流體在螺旋流道中從板縫中泄露，增大換熱系數(shù)。螺旋形的曲面所構(gòu)成的流道沒有棱角，也沒有板端面的阻擋，能夠徹底消除螺旋流道中流動死區(qū)。并且將平面折流板改成螺旋曲面折流板能夠減小流體與折流板之間的流動阻力，減小壓降，進(jìn)一步減小殼側(cè)的結(jié)垢。 3、螺旋流道換熱器，特征在于在現(xiàn)有管殼式換熱器的基礎(chǔ)上將折流板設(shè)計成與殼體橫斷面有一個傾斜角度，設(shè)有用于形成螺旋流動的折流板，其由若干扇形板塊組成，沿軸向為雙流道，扇形板塊與換熱管為9°~40°的螺旋角，使流體在殼程旋轉(zhuǎn)流動，消除了原弓形折流板的流動死區(qū)，大大提高了換熱效率，降低了流動阻力，減小了殼側(cè)的結(jié)垢。 通過以上文獻(xiàn)可以看出，螺旋板在換熱器中的應(yīng)用可大大提高換熱效率，但目前僅局限于一種流體螺旋流動，冷熱流體同步雙螺旋換熱器突破了這個技術(shù)瓶頸，實現(xiàn)了冷熱流體同步雙螺旋流動，同時解決了一系列在制造中所存在的問題。綜上所述，冷熱流體同步雙螺旋換熱器必將成為一種廣泛使用的高效、節(jié)能的換熱設(shè)備。
