碳化硅换热器换热管的制作方法

本实用新型涉及换热器技术领域，具体而言，涉及一种碳化硅换热器换热管。

背景技术：

由于现今碳化硅换热管烧结工艺限制，碳化硅换热管只能烧结制作成光管，难以制作成缠绕管或波纹管形式，也无法在换热管内部制作强化翅片等结构。当碳化硅换热管内流体流速太低时，流体在换热管内的流态主要以层流为主，雷诺系数Re数值比较小，造成传热系数较低，为了达到预期的传热效果需要提供更大的换热面积。

如今，碳化硅换热器单位换热面积的制造成本还比较高，导致因为价格因素，碳化硅换热器在推广应用的过程中受到很多阻力，终端用户很多时候难以接受碳化硅换热器的使用成本。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于针对上述问题，提供一种碳化硅换热器换热管，管体内插入扰流件后，大大提高了管体内流体低流速下传热效果，从而减小碳化硅换热器实际需要的换热面积，降低了终端用户的设备采购、使用成本，也为碳化硅换热器的推广应用减小了阻碍，使上述问题得到改善。

本实用新型是这样实现的：

本实用新型的实施例提供了一种碳化硅换热器换热管，包括管体和插设于所述管体内的扰流件，所述扰流件沿所述管体的轴向延伸且与所述管体可拆卸的连接，所述扰流件包括多个扰流单元，相邻的两个所述扰流单元之间形成扰流区，所述扰流区用于改变所述管体内的流体的流态。

在本实用新型可选的实施例中，所述多个扰流单元沿所述管体的周向分布，所述扰流单元沿所述管体的轴向延伸，所述多个扰流单元相互连接于一体。

在本实用新型可选的实施例中，所述扰流单元在所述管体的径向的截面为三角形。

在本实用新型可选的实施例中，所述扰流单元设置有五个，五个所述扰流单元沿所述扰流件的周向旋转对称设置。

在本实用新型可选的实施例中，所述扰流件的轴向开设有多个间隔分布的分流槽组，所述分流槽组包括沿所述扰流件的周向分布的多个分流槽，所述多个分流槽与所述多个扰流单元一一对应，所述分流槽沿所述扰流件的周向贯穿所述扰流单元。

在本实用新型可选的实施例中，所述多个扰流单元沿所述管体的轴向分布，所述多个扰流单元相互连接于一体。

在本实用新型可选的实施例中，所述扰流件为螺旋带或扭曲带。

在本实用新型可选的实施例中，所述扰流件为折流杆，所述折流杆包括多段依次连接的连接段，所述连接段为所述扰流单元，相邻的两段所述连接段之间的夹角为90°-120°。

在本实用新型可选的实施例中，所述连接段开设有至少一个通孔，所述通孔沿所述管体的轴向贯穿所述连接段。

在本实用新型可选的实施例中，所述扰流件的两端与所述管体通过丝堵连接，所述扰流件可转动的插设于所述丝堵内，所述丝堵与所述管体可拆卸的连接，所述扰流件能够相对于所述管体转动。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：

该碳化硅换热器换热管，管体内插入扰流件后，大大提高了管体内流体低流速下传热效果，从而减小碳化硅换热器实际需要的换热面积，降低了终端用户的设备采购、使用成本，也为碳化硅换热器的推广应用减小了阻碍。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本实用新型第一实施例提供的碳化硅换热器换热管的结构示意图；

图2为图1的扰流件的结构示意图；

图3为图2所述的扰流件的分流槽组的结构示意图；

图4为本实用新型第二实施例提供的碳化硅换热器换热管的扰流件的结构示意图；

图5为图4所述的扰流件的通孔的结构示意图；

图6为本实用新型第二实施例提供的碳化硅换热器换热管的扰流件的一种结构示意图；

图7为本实用新型第二实施例提供的碳化硅换热器换热管的扰流件的另一种结构示意图。

图标：100-碳化硅换热器换热管；1-管体；2-扰流件；21-扰流单元；22-扰流区；31-分流槽组；32-分流槽；41-连接段；42-通孔；5-丝堵。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

第一实施例

请参照图1，本实施例提供一种碳化硅换热器换热管100，包括管体1和插设于管体1内的扰流件2。

在本实施例中，管体1为现有的光滑内表面的管体1，在管体1的内部插设扰流件2，扰流件2与管体1可拆卸的连接，并且能够相对于管体1转动；扰流件2沿管体1的轴向延伸，扰流件2包括多个扰流单元21，相邻的两个扰流单元21之间形成扰流区22。当管体1内的流体流经扰流区22时，能够改变流体的流态，提高了流体雷诺系数Re，破坏了管体1内流体边界层，强化了传热效果；另外，管体1内的换热介质流动过程中的动能带动扰流件2旋转或震动，使得扰流件2不断与管体1的内壁接触，对管体1的内壁上的污垢产生挂扫效果，使换热介质的污垢无法堆积，达到连续、自动地清洗污垢的目的。

下面对该碳化硅换热器换热管100的各个部件的具体结构和相互之间的位置关系进行详细说明。

管体1为碳化硅材质，由于碳化硅换热管烧结工艺限制，管体1的内壁为光滑面。管体1的内部设置有供换热介质流动的空腔，换热介质在管体1内流动实现换热功能。

在管体1内插设扰流件2，扰流件2沿管体1的轴向延伸，并与管体1可拆卸的连接。扰流件2包括多个扰流单元21，相邻的两个扰流单元21之间形成扰流区22，扰流区22用于改变管体1内流动的流体的流态，从而提高管体1的换热效果。

管体1内插入扰流件2是强化管程单相流体传热的有效措施之一，利用扰流件2使流体产生径向流动，从而加强流体的混合，减小了径向温度场变化梯度，提高了流体雷诺系数Re，最终导致管体1内膜传热系数增大、污垢热阻减小，从而达到强化传热的效果。

在本实施例中，扰流件2的两端分别与管体1通过丝堵5连接，扰流件2可转动的插设于丝堵5内，丝堵5与管体1可拆卸的连接，便于扰流件2的更换，扰流件2能够相对于管体1转动。丝堵5起到限制扰流件2的作用，防止扰流件2移动出管体1；扰流件2能够相对于管体1转动，在管体1内流经流体时，扰流件2能够在流体的作用下转动，从而使得扰流单元21及扰流区22改变流体的流态。

由于碳化硅换热器主要应用于高腐蚀介质换热场合，对于扰流件2的材质也需要达到同样的防腐要求，一般采用氟塑料材质制作，如FEP，PTFE，PFA，F40等。在本实用新型的其他实施例中，扰流件2也可以为其他材质，只要达到防腐要求即可，使用者可以根据实际情况选取。

在本实施例中，多个扰流单元21沿管体1的周向分布，扰流单元21沿管体1的轴向延伸，多个扰流单元21相互连接于一体。周向设置的扰流单元21，使得换热介质(流体)在流经扰流件2时能够分流，进入相邻的两个扰流单元21形成的扰流区22内，从而改变了流体的流态。

如图2所示，扰流单元21在管体1的径向上的截面为三角形，该截面的面积由扰流件2的中心朝向边缘逐渐减小，相当于，扰流区22的空间范围由扰流件2的中心朝向边缘逐渐增大，从而使得位于扰流区22的流体能够朝向管体1的内壁流动，提高流体的换热效果。

需要指出的是，扰流单元21在管体1的径向上的截面的形状还可以为其他形状，例如矩形、梯形、扇形等，使用者可以根据实际情况选取。

如图2所示，作为本实施例的可选方式，扰流单元21设置有五个，五个扰流单元21沿扰流件2的周向旋转对称设置，可以将此扰流件2看作为星型杆，此扰流件2的横截面为五角星。可以理解为，此扰流件2为在杆的周向开设有五个凹槽，使得相邻的两个凹槽之间形成扰流单元21，凹槽即为扰流区22。扰流单元21的旋转对称分布，使得在扰流件2的周向的流体的流动空间相同，便于流经扰流区22的流体改变流态。

进一步地，如图3所示，扰流单元21的轴向开设有多个间隔分布的分流槽组31，分流槽组31包括多个沿扰流件2的周向分布的分流槽32，分流槽32沿扰流件2的周向贯穿扰流单元21。分流槽32贯穿扰流单元21，使得扰流区22被分隔成多个区域，流体在流至分流槽32时，能够进行热交换，同时，改变流体的流态。分流槽组31的设置，在扰流件2的轴向分布多个分流槽32，当换热介质流至分流槽32时，换热介质的流态再一次发生改变，提高了流体的雷诺系数Re，从而提高了换热效果。

在碳化硅换热器的换热管管体1内插入了扰流件2强化传热机理，一般有四种：

1.形成旋转流：流体进入碳化硅换热管后遇到扰流件2产生碰撞，流体在扰流件2表面发生旋转滚动并带动换热管中心的流体形成旋转流。

2.破坏边界层：流体流速较低时，管体1内流体主要以层流为主，与管体1中心流体不混合形成边界层；流体遇到扰流件2后碰撞形成湍流，对流作用增强，提高了流体雷诺系数Re，破坏了管体1内流体边界层，强化传热效果。

3.中心流体与管壁流体产生置换：当管体1内没有扰流件2时，流体流速较低时(一般低于0.5m/s)，管体1内流体主要以层流的方式在管内流动，贴近管体1内壁的流体不发生扰动，与管体1中心流体不混合置换，传热温差实际值较小，传热效果比较差；插入了扰流件2之后可以起到管体1内混合作用，强化传热效果。

4.管内污垢冲洗：管体1内的换热介质流动过程中的动能带动扰流件2旋转或振动，使得扰流件2不断与管体1内壁接触，对管体1内壁上的污垢产生刮扫效果，使换热介质的污垢无法堆积，达到连续、自动地清洗污垢的目的。

以上四种扰流件2强化传热机理说明了在碳化硅换热器换热管100中插入扰流件2可以显著提高换热器的换热性能。

本实用新型实施例的有益效果为：

相对于现有的碳化硅换热管，在本实用新型中，在碳化硅换热器换热管100的管体1内插入扰流件2，换热流体的雷诺系数Re大大增加，对流作用增强，流体对管体1内壁的冲刷越剧烈，同时，扰流件2的存在有效的破坏了管体1内中心流，使紊流作用加强，大大提高了换热效果。本实用新型的应用可以满足换热效果的条件下，大大减小了碳化硅换热器所需换热面积，减少了用户的设备投入，对碳化硅换热器的推广应用有大力促进作用。另外，管体1内插入扰流件2，不增加设备空间，安装及检修方便。第二实施例

研究人员经过研究，对本实用新型提供的碳化硅换热器换热管100，在上述第一实施例的基础上，还可作出下述可选的其他结构方案，具体说明如下：

在本实施例中，如图4所示，扰流件2为折流杆，折流杆包括多段沿管体1的轴向依次连接的连接段41，连接段41为扰流单元21，相当于，多个扰流单元21沿管体1的轴向分布，多个扰流单元21相互连接于一体。相邻的两段连接段41之间具有夹角，相邻的两段连接段41连接形成扰流区22，夹角的度数决定流体在管体1内的流动速度以及所遇到的阻力，使用者需要选取合理的夹角度数。发明人经大量的研究发现，当相邻的两段连接段41之间的夹角为90°-120°时，能够有效改善流体在管体1内的流态，加强流体的混合，减小径向温度场变化梯度，节省折流杆的材料，节省制造成本。

折流杆的设置，使得流体在流经连接段41时，流体被连接段41分流，从而改变流体的流态，强化传热效果。当流体在管体1内流通时，折流杆能够在流体的作用下相对于管体1转动，连接段41在转动的过程中，搅动流体，另一方面将流体分流至管体1的内壁，从而加强了流体的混合，强化了传热效果。

进一步地，如图5所示，连接段41开设有至少一个通孔42，通孔42沿管体1的轴向贯穿连接段41。当流体流经扰流区22时，部分流体能够穿过通孔42，从而实现两个扰流区22的流通，两个扰流区22的流体混合，加强了流通的混合，更有效的改变流体的流态，增加流体的湍流效果。

第三实施例

研究人员经过研究，对本实用新型提供的碳化硅换热器换热管100，在上述第一实施例的基础上，还可作出下述可选的其他结构方案，具体说明如下：

在本实施例中，多个扰流单元21沿管体1的轴向分布，多个扰流单元21相互连接于一体。扰流件2为螺旋带(如图6所示)或扭曲带(如图7所示)，螺旋带或扭曲带均为螺旋结构；螺旋带的波峰到波谷之间的部分可以看作为扰流单元21，扭曲带的一个扭曲单元可以看作一个扰流单元21。流体进入管体1内后，带动螺旋带或扭曲带相对于管体1转动，螺旋带或扭曲带改变流体的流态，使得流体的对流作用增强，强化传热效果。相对于没有扰流件2的换热管，螺旋带或扭曲带，由于螺旋结构设置，对于流体的搅动效果更好，能够提高换热效果。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例中的特征可以相互结合。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。