紊流發生器制造技術

一種用于混合或作為熱交換器的紊流發生器，包括具有由一個內壁或多個內壁構成的內表面和一個外表面的外殼，外殼內插有可取出的至少兩個紊流部件（２、２’），每個紊流部件具有至少一個非結構部（３）和至少一個結構部（４），結構部由多個交替設置的翅板（８）和間隙（９）組成。（*該技術在2024年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及優選如圖1、1a以及1b所示的用于調節液體和氣體產品流溫度的外殼1，其可以用作例如熱交換器外殼，外殼內插入至少兩個可取出的作為紊流發生器的插入式梳形板2、2’，設置在穿過外殼的流道上的梳形板 2、2’，通過在流動方向上延伸形成三維網格以減少自由流動的斷面。每一層(梳形板)最好超過其最大寬度范圍，并與流動方向成適當角度，其具有至少兩個不同部分(區域)，即非結構部(區域)3和至少一個沿主流動方向5以多個翅板8和間隙9交替的形式形成的結構部(區域)4。這樣，插入式梳形板形成與外殼內壁接觸的彼此相對的斷斷續續的線條，從而通過導入流體流動區域那的熱傳導來進行溫度調節，并且同時最好是通過金屬接點和/或接觸線來固定梳形板。翅板相對主流動方向成10到80度傾角(α)。在外殼的流動斷面上，通過使翅板角α交替變換，從而使至少兩個重疊的梳形板形成網格結構。溫度調節區6包圍至少50％的外殼外表面部分。
技術介紹
已知的紊流部件或紊流發生器由具有圓形斷面的金屬絲或細桿制成，例如可以通過CalGavin公司的互聯網(2002年11月15日)http//www.calgavin.co.uk/HITRAN/hitran.htm購買到的名稱為HITRAN熱系統。該系統中采用的圓金屬絲僅在高流速下稍微提高傳熱性能。但是，金屬絲的圓形斷面不能滿足提高傳熱性能所需要的強烈混合作用。在高流速下，例如在水系統或氣體系統的情形中，紊流通常得到加強。根據流體力學可以知道，圓形斷面的介入物僅能產生很低程度的橫向流動，并且即使流體粘性很低(幾個mPa·s)，這種混合橫向流動也幾乎會完全消失。由于以上原因，人們只知曉水系統的紊流部件或紊流發生器。EP 0 623 771B1提出通過在扁管、異形管或管狀體內焊接具有作為紊流部件的復雜波紋金屬絲的方法來解決這一問題。在這種形式的紊流部件變體中，由于傳熱管與彎曲的金屬絲之間的金屬接觸，造成主流動區域熱傳導效果很差。CH 627 263 A5(＝US 4,211,277)中描述了一種流道，其設置有容納間接熱交換介質的裝置。具體來說，換熱器中的裝置包括至少兩組散熱板，每組散熱板基本上平行并相對流道軸線成一角度設置，一組散熱板與另一組散熱板交叉，且至少部分散熱板在交叉點上彼此連接。CH 648 404 A5(＝US 4,352,378)中描述了由板狀金屬元件制成的翅板部件，其插入換熱器管中以提高換熱效果，每個板狀金屬元件都有齒形插口，其與相鄰板狀金屬元件的齒形插口配合，板狀金屬元件的中心部形成通道。上述參考文獻沒有公開用于調節液體和氣體產品流溫度的外殼的具體設計，該外殼內插入至少兩個可取出的插入式梳形板，其作為穿過外殼的流體通道的紊流發生器。靜止混合器也可作為紊流產生裝置。但是，在工業上應用時，靜止混合器(Kenis、Sulzer及Koch-Glitsch公司生產)通常過于昂貴，因此極少采用。人們也已經知曉紊流發生裝置的多種變體，在這些變體中，將波紋板插入形管，然后進行焊接。但是這些技術方案僅能稍微增加產品側換熱面的面積，略微提高換熱性能。EP A 0 659 500公開了用于改善熱交換過程的扁管。該管由圓管經扁平孔型軋制而成。在扁管內，從溫度調節內管壁到管心的距離更小。這種設計的缺點在于溫度調節表面小，且扁管的低壓穩定性差。如果在這樣的扁管內對粘度較高的產品進行溫度調節，會造成流速分布不均勻，進而造成產品流的溫度分布也不均勻。高粘度的產品附帶產生高壓差，由于扁管的壓力穩定性低，使其有膨脹的趨勢，造成形狀不穩定。扁管內的高壓差也使其失去了矩形斷面而回到圓形斷面。為了增加扁管的壓力穩定性，可以增加管壁厚度，盡管這樣做也有降低傳熱性能的缺點。EP-A 0 302 232公開了一種由彎曲的金屬條制成的用于換熱器的扁管。這種扁管也可以設置產生紊流的插入件，通過焊接工藝實現完全密封。這種彎曲的扁金屬管僅能在低壓差下使用。一旦扁管由于高壓向上彎曲，其提高的傳熱特性就消失了。這種扁管的壓力穩定性是通過插入折疊的翅板成為整體而提高的。翅板以形成具有提高壓力穩定性的多管扁通道的方式來使扁管發生變化。這樣扁通道中的每個管都幾乎是方的。但方形流動斷面就意味著僅有兩個溫度調整面是有效的。管心到溫度調節內表面的距離也很大，以至形成溫度梯度，阻礙均勻、快速的對產品無害的溫度調節。如果一種高粘度產品需要在低層流速度下調節溫度，則流動斷面上的溫差熱特別大。DE 10 212 799 C1描述了一種具有內外翅板的空心斷面。翅板沿金屬斷面的縱向布置。特別是在管道斷面內部，翅板非常短，而不是在整個管寬度上延伸。因此，內翅板僅增加部分傳熱面的尺寸，其并不能產生任何混合作用或者增強紊流。這樣，所述的空心斷面始終由多個平行四邊形的管組成，還有沿縱向布置的外翅板。所有內外翅板僅用來增加表面積，而其結構妨礙了其產生任何混合作用或增強紊流。DE 3 022 270 C2(＝US 4,352,318)描述的是類翅板裝置(帶翅板的插入件)，這種裝置總是需要三或四個這樣的插入板，且板形狀插入件的翅板通過互鎖相互支撐，所有帶翅板的插入件必須連在一起插入流道，由于帶翅板的插入件的中間部分7沿管中心軸自然而然形成縱向管3，互鎖板的框架可以插入流道。不能從流道中單獨取出單獨一個帶翅板的插入件。即使降低管心的流速，帶翅板的插入件也不是紊流發生部件，盡管它們降低了管道中心的流速，但其用來增大管道的傳熱表面并作為內側傳熱翅片。但是，眾所周知，當流速降低時，傳熱性能也變差。DE 3 022 270 C2(＝US 4,352,318)描述了作為管道插入件的被稱為靜止混合器的裝置。這些靜止混合器由板或模制部件很費力地組裝并在板的幾個接點處很費力地焊接在一起。焊接在一起的板形成插在管道內的三維混合部件，幾組混合器連續排列，前后兩組成90度交錯布置。每個混合部件由兩組混合器很費力地焊接而成，在所有情況下，兩組混合器都至少包括兩個翅片，且所述兩個翅片交錯布置并對其進行調整以使其和流動管道相配。為將每個翅板設置在相對流動方向的一個角度上，翅板彼此之間的準確定位非常復雜、費力，因此每個混合器都必須作為一個單獨元件獨立制造。采用的板沒有結構區域和非結構區域，沒有重疊，不在與主流成合適角度的流動管的整個寬度方向上延伸。EP 1 067 352 A1描述了一種熱交換器。為了在流動區域提供附加的或更大的加熱面，該熱交換器具有在主流動管內的內加熱管。另外，內加熱管還具有類似DE 3 022 270 C2(＝US 4,352,318)的板狀金屬部分，該部分焊接在加熱管內側，并且其內鉆有孔。因此EP 1 067 352 A1除了增加內部溫度調節管外，與DE 3 022 270 C2(＝US 4,352,318)相同。EP 1 067 352 A1中帶有焊接偏轉板的內加熱管只能從主流道中整體取出。FR 2 123 185 A1描述了一種帶有插入板的矩形管道。插入板必須進行切削、沖孔，使其外邊彎曲并且使內板部分凹凸變換兩次。另外，沒有設置沿流道寬度方向上伸展的翅片。沒有三維網格形成，沒有接觸線和接觸點，僅有接觸面。GB 2 044 911說明了與此相同的用于圓管的原理。最后，EP-A本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種產生紊流的熱交換器，其包括具有由一個內壁或多個內壁構成的內表面和一個外表面的外殼，外殼內插有可取出的至少兩個紊流部件（２、２’），所述每個紊流部件具有至少一個非結構部（３）和至少一個結構部（４），所述結構部由多個交替設置的翅板（８）和間隙（９）組成，所述紊流部件與所述外殼的內表面接觸，形成彼此相對的連續的接觸線、不連續的接觸線或斷斷續續的接觸線，所述連續的接觸線由所述部件的至少一個非結構部與所述內表面接觸形成，所述不連續的接觸線由所述至少一個結構部的翅板與所述內表面的一系列接觸點形成，所述紊流部件通過所述接觸線或接觸點，或者所述接觸線和接觸點固定在所述外殼內，所述翅板與穿過所述外殼并與外殼內壁平行的理論軸形成１０到８０度的角α，由于交替的翅板角α，使至少兩個重疊的紊流部件在所述外殼斷面內形成網格，至少５０％的外殼外表面設置有熱交換介質護套或設置成與熱交換流體接觸。

【技術特征摘要】
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【專利技術屬性】
技術研發人員：P耶恩，K奧赫曼，
申請(專利權)人：拜爾工業服務有限責任公司，
類型：發明
國別省市：DE[德國]