CN100535569C - 套筒式换热器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种换热设备，尤其是一种套筒式换热器。一种套筒式换热器包括前端盖、后端盖、三个以上不同直径的同心套筒，前端盖和后端盖上设有弧形通道以及隔板，同心套筒之间同轴套设，两相邻的同心套筒之间形成环形空间，并与前端盖和后端盖密封连接，弧形通道和隔板使相隔的环形空间串联连通，形成两个相互独立的串联通道，分别作为冷风通道和热风通道。上述结构采用套筒式结构，两相邻套筒之间形成环形空间作为通道，冷风通道穿夹在折叠的热风通道之间，冷热风对流面积很大，对流充分，使冷热介质全过程始终都沿壁面流动，提高其传热速率和换热效率，套筒之间采用弧形通道连接，消除流通死角，降低空气阻力。

Description

套筒式换热器

技术领域

本发明涉及一种换热设备，尤其是一种套筒式换热器。

背景技术

换热器是在两种介质间交换热量的设备，都是基于传导、辐射和对流三种热传递方式或其中某些方式的组合来传递热量。

目前适用于气体热交换的常见换热器按结构形式主要有管壳式和套管式，包括热风进口、热风出口、冷风进口、冷风加热出口、冷风通道和热风通道。热风进口、热风出口与热风通道连通，冷风进口、冷风加热出口与冷风通道连通；冷风和热风分别在冷风通道与热风通道内流动，彼此进行热交换。

管壳式结构是传热管束采用焊接或胀接将其固定在两端管板上，再将管板固定在壳体上。两种介质在管子内外流动形成热交换，其缺点是管子难拆洗，当温差在70℃以上时，将由于产生的热应力过大而损坏。

而套管式结构是将直径不同的管子套在一起，两种介质分别在内管中和两管间环形空间中通过，进行热交换。

上述两种结构的不足之处是都采用了管子材料，其截面面积相对较小，换热的效率不高，为达到强化传热的效果只能以增加长度和数量，故增加设备重量，及焊接成本，一般在无特殊装置的情况下只适用于两种介质温差小的场合，否则会因热膨胀而产生很大的应力，最终导致换热器报废。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种重量轻、换热效率高的套筒式换热器。

本发明的进一步目的在于，提供一种使用寿命长、便于维修的适用于大温差场合的套筒式换热器。

本发明是通过如下方案实现的：一种套筒式换热器，包括热风进口、热风出口、冷风进口、冷风加热出口、冷风通道和热风通道，热风进口、热风出口与热风通道连通，冷风进口、冷风加热出口与冷风通道连通，其特征在于所述的套筒式换热器包括前端盖、后端盖、四个直径不同的同心套筒，前端盖和后端盖上设有弧形通道以及隔板，套筒之间同轴套设，两相邻的同心套筒之间形成环形空间，从内到外依次为第一套筒、第二套筒、第三套筒，最外层为第四套筒，第四套筒与第三套筒之间构成第四空间，依此类推，构成第三空间、第二空间，第一套筒中空部分为第一空间，所述前端盖由前分流框和头盖构成，三个直径不同的同心环，从内到外依次为第一环、第二环、第三环，第一环的直径与第一套筒的直径相同，第二环的直径与第二套筒的直径相同，第三环的直径与第三套筒的直径相同，第一环与第二环之间、第二环与第三环之间分别设有间隔的隔板，从内到外依次为第一层隔板和第二层隔板，两层隔板交错设置，并连接同心环构成前分流框，第一层隔板将第一环和第二环的空间隔开，第二层隔板将第二环和第三环之间的空间隔开，形成若干环形孔，头盖上设有口沿与环形孔及连接各个环形孔的第二环边沿构成的形状相适配的弧形罩盖，弧形罩盖罩于该前分流框上形成弧形通道，套筒与前端盖和后端盖密封连接，弧形通道和隔板使相隔的环形空间串联连通，形成两个相互独立的串联通道，分别作为冷风通道和热风通道。

此项设置采用套筒式结构，两相邻的套筒之间形成一个环形空间，套筒固定在两端盖之上，冷风通道穿夹在折叠的热风通道之间，冷气与热气的对流面积很大，对流充分，使冷热介质全过程始终都沿壁面流动，有效地提高其传热速率，提高了套筒式换热器的换热效率，套筒之间的连接采用弧形通道连接，消除了流通死角，降低了空气阻力。

此项设置在最外层又加设了一个套筒，增加了冷风通道的长度，使气体的对流更加充分，并且简化了整个套筒式换热器整体结构。

本发明的进一步设置为：所述在第一环与第二环之间均匀设置三个弧形隔板，在第二环与第三环之间均匀设置三个弧形隔板，头盖还包括外框，外框与弧形罩盖一体设置，外框与前分流框的形状相同，并与前分流框固定连接，弧形罩盖由两组边沿分别与第一环和第三环边沿相适配的扇形球面构成，后端盖包括后外端盖与后内端盖，后内端盖由同心的外环和内环连接构成，外环的外径与第三套筒的直径相同，外环的内径与第二套筒直径相同，且外环上设有一个环形的U型槽，内环的外径与第一套筒的直径相同，内环的内孔作为热风进口，后外端盖为一个设有通孔的弧形罩，内部设有一悬空的圆环，圆环与后外端盖内壁形成一个槽宽与第四空间宽度相同的环形开口，圆环与外环的外边沿连接，后外端盖的通孔边沿与内环的外沿通过环片连接，连通第二空间与第四空间，构成一个弧形通道，与前端盖相同的后分流框同心盖在后内端盖上，并分别与后内端盖的外环和内环的外沿构成环形插槽，后外端盖、后内端盖的U型槽上分别设有位置相对的开口，烟囱穿过后外端盖的开口与U型槽上的开口连接作为热风出口。

此项设置简化了整个套筒式换热器的结构，减轻了套筒式换热器的重量。

本发明的进一步设置为：所述的前端盖和后端盖设有与套筒口沿形状大小相适配的环形插槽，套筒与前后端盖插接，前分流框与头盖邻接的环上设有环形插件，头盖上与前分流框上的环形插件相对应的位置设有环形插槽，后分流框与后内端盖邻接的环上设有环形插件，后内端盖上与后分流框上的环形插件相对应的位置设有环形插槽，所述的头盖、前分流框、后分流框、后内端盖、后外端盖都设有位置相对的螺孔，头盖、前分流框、后分流框、后内端盖、后外端盖通过螺杆连接，将套筒固定在两端盖之间，构成一整体。

此项设置将套筒式换热器所有的部件凑采用了可拆卸连接，使整体结构拆卸简单，清洗也方便。

本发明的进一步设置为：所述的环形插槽内设有软密封环，套筒口沿翻转构成环形的管状口沿，套管口沿厚度与环形插槽过渡配合，环形的管状口沿作为硬密封环。

此项设置采用硬密封环与软密封环的配合无焊接密封结构，使套筒式换热器各部分之间的热膨胀量相等，不产生过大的热应力，确保不受拉力损坏，增加了套筒式换热器的使用寿命，同时确保了套筒式换热器可拆卸结构的密封度。

本发明的进一步设置为：所述的套筒式换热器，其特征在于所述的前端盖与后端盖上还设有保温层，最外层的套筒外还套有保温筒，保温筒与前后端盖插接连接。

此项设置中在套筒式换热器中加入了保温结构，减小了套筒式换热器的散热效果，提高了套筒式换热器的换热效率，并且保温筒与换热器本体之间也是可拆卸连接的。

本发明的进一步设置为：所述的套筒式换热器还包括预热器和送风机，送风机进口与一冷风管连接，热风出口与一热风管连接，热风管穿过冷风管，部分套于冷风管内，构成预热器。

此项设置中在套筒式换热器中加入了预热器，并且是通过热风管与冷风管的位置设置实现的，简化了套筒式换热器的结构，减轻了套筒式换热器的重量，利用了残余热气的热能，提高了套筒式换热器的换热效率。

上述结构将数个直径不同的套筒套接，并与弧形通道连接构成冷风管道与热风管道，隔板将冷风通道与热风通道隔开并交错，外部设有预热器，利用热废气对冷气进行预热，整体都采用了可拆卸连接，套筒与端盖的连接部采用软硬双密封无焊接结构。弧形通道的设置，消除了流通死角，减小了空气阻力；冷风通道与热风通道用隔板隔开并交错，不仅使结构更紧凑，而且使冷风与热风的对流面积变大；预热器的设置有效地利用了废气对冷风进行预热，提高了能量的利用率，从而提高了套筒式换热器的换热效率；整体采用可拆卸的连接，能方便的拆换和清洗以及更换，套筒与端盖的连接部采用软硬双密封无焊接结构，不会因为产生的热应力过大而损坏，提高了套筒式换热器的使用寿命。

附图说明

图1为本发明实施例的立体图；

图2为本实施例的剖视图；

图3为本实施例前分流框的结构示意图；

图4为本实施例后分流框的结构示意图；

图5为图2的局部放大图；

图6为本实施例头盖的结构示意图；

图7为本实施例后端盖的结构示意图；

图8为本实施例后外端盖的结构示意图；

图9为本实施例后内端盖的结构示意图；

图10为图2的A-A剖视图；

具体实施方式

参考图1、图2、图3、图4、图7、图8、图9可知，本实施例中有两个端盖，一个为前端盖A，另一个为后端盖B，前端盖A包括前分流框1和头盖2，后端盖B包括后外端盖3、后内端盖4、后分流框5、烟囱6，后外端盖3的底部设有环状的弧型槽31，后内端盖4的通孔42与一圆筒一体设置，本发明也可将这两部分分开，本实施例基于简化结构的考虑，因此采取一体式的设置，将后内端盖4套于后外端盖3内，再将后分流框5压在后内端盖4上，后内端盖4与后分流框5的隔板重叠，本发明在后外端盖3上可以不设置隔板，由于这种双层隔板结构既有增加密封效果的作用，还有一定的保温隔热的作用，因此本实施例选择了在后内端盖4上设置隔板，后内端盖4的外缘、后外端盖3的圆环32、后分流框5的第三环53共同构成一个环形插槽，可与第三套筒9插接，后分流框5在第二环52的两面分别设有环形插槽与环形插件，后分流框5的环形插件与后内端盖4的环形插槽插接配合，后分流框5的环形插槽可与第二套筒8插接，后分流框5的第一环51与后内端盖4的内边构成一个环形插槽，可与第一套筒7插接，环形插槽内还设置了软密封环301和硬密封环302，增加其密封的效果，后外端盖3在外缘处设有两个环形插槽，分别可与第四套筒10和保温筒11插接，烟囱6穿过后外端盖3与后内端盖4上U型槽41的开口通过螺钉连接，此处U型槽41深度必须小于后内端盖4到后外端盖3的垂直距离，这样才能与后外端盖3构成一个弧形通道，本发明可将后内端盖4与后分流框5作为一体设置，由于分开制作减小了工艺难度，更方便拆卸清洗，因此本实施例优选上述方案。将第一套筒7、第二套筒8、第三套筒9、第四套筒10和保温筒11依次从内到外与后端盖B上相应的环形插槽插接。

参考图6可知，头盖2由一个立体的风车状的弧形罩盖21与外框22连接构成，并一体设置，本发明可将上述的两部件分开制作并连接，但是会增加密封措施，因此本实施例优选一体设置，头盖2上的边缘处设有一个环形插槽，其他部分设置了数个弧形的插槽，前分流框1压在头盖2的内面上，前分流框1与头盖2邻接的面上设有与之相适配的插件，前分流框1的第三环103与头盖2上的环形插槽配合构成一个新的插槽，可与第三套筒9连接，前分流框1的第二环102上设有一个环形插槽，可与第二套筒8插接，前分流框1的第一环101、密封圈、弧形罩盖21的内边缘共同构成一个插槽，可与第一套筒7插接。头盖2之外还设有一个外盖12，外盖12由内外两个环通过加强筋同心同面连接构成，外盖12在外环上设有两个环形插槽，可分别与第四套筒10和保温筒11插接。在前端盖A相对第三空间的隔板处与后端盖B的圆筒周围装设了保温层13。头盖2相对与第二空间的开口作为冷风加热出口202，头盖2相对第四空间的开口作为冷风进口201，后内端盖4的圆筒可与燃烧机连接作为热风进口203，烟囱6作为热风出口204。

在头盖2、前分流框1、后分流框5、后内端盖4、后外端盖3上都设置了螺孔，套筒式换热器主体通过螺杆连接固定，方便拆卸清洗。参考图5可知，所有与套筒插接的环形插槽内都设有软密封环301，本发明可以采用多种材质的软密封环301，出于性价比的考虑，本实施例优选石棉制的软密封环301，套筒口沿外翻或者内翻制作成环形的管状口沿，套管口沿厚度与环形插槽宽度相同，环形的管状口沿作为硬密封环302，本发明也可以采用独立的硬密封环302，由于独立的硬密封环302密封效果不好，会使整体结构复杂化，因此本实施例直接利用套筒的口沿作为硬密封环302。

参考图1可知，送风机603进口与一冷风管601连接，出口与冷风进口201通过一个内设环形通道的风罩604连接，烟囱6与一热风管602连接，热风管602穿过冷风管601，部分套于冷风管601内，构成预热器。本发明还可以采用其他独立的预热器，但是成本比较高，而且消耗更多的能源，本实施例优选上述的预热器结构是因为上述结构不仅简单实用，不会增加成本，而且可以对废烟气二次利用，提高换热效率。

参考图2、图10可知，燃烧机燃烧燃油产生热风，由于燃烧机中带有小型送送风机及因燃烧产生气体与大气的压差，驱使热风往左运动，在弧形罩盖21处折回向右运动，如此多次从内向外的左右运动，热风的温度逐渐下降，直至在后端盖B的热风出口204排出，进入预热器二次降温；冷风经过预热器的加热后，由送风机603从冷风进口201送入最外层的环状空间，沿最外层向右运动，经过后端盖B的弧形罩盖折回向左运动，如此多次从外向内的左右运动，冷风的温度逐渐上升，最后从冷风加热出口202排出。冷风和热风的对流实现了换热目的。

本发明根据实际需要可采用不同数量的同心套筒与前后端盖B连接，在前后端盖B上设置相应的弧形通道与隔板，即可构成新的套筒式换热器，根据实际的需要本实施例采用四个同心套筒；本发明中，弧形罩盖有很多的形状和方式可供选择，出于简化结构且方便拆卸的考虑，本实施例将弧形罩盖21做成风车型，并与外框22一体设置。

Claims (7)

1.一种套筒式换热器，包括热风进口、热风出口、冷风进口、冷风加热出口、冷风通道和热风通道，热风进口、热风出口与热风通道连通，冷风进口、冷风加热出口与冷风通道连通，其特征在于所述的套筒式换热器包括前端盖、后端盖、四个直径不同的同心套筒，前端盖和后端盖上设有弧形通道以及隔板，套筒之间同轴套设，两相邻的同心套筒之间形成环形空间，从内到外依次为第一套筒、第二套筒、第三套筒，最外层为第四套筒，第四套筒与第三套筒之间构成第四空间，依此类推，构成第三空间、第二空间，第一套筒中空部分为第一空间，所述前端盖由前分流框和头盖构成，三个直径不同的同心环，从内到外依次为第一环、第二环、第三环，第一环的直径与第一套筒的直径相同，第二环的直径与第二套筒的直径相同，第三环的直径与第三套筒的直径相同，第一环与第二环之间、第二环与第三环之间分别设有间隔的隔板，从内到外依次为第一层隔板和第二层隔板，两层隔板交错设置，并连接同心环构成前分流框，第一层隔板将第一环和第二环的空间隔开，第二层隔板将第二环和第三环之间的空间隔开，形成若干环形孔，头盖上设有口沿与环形孔及连接各个环形孔的第二环边沿构成的形状相适配的弧形罩盖，弧形罩盖罩于该前分流框上形成弧形通道，套筒与前端盖和后端盖密封连接，弧形通道和隔板使相隔的环形空间串联连通，形成两个相互独立的串联通道，分别作为冷风通道和热风通道。

2.按照权利要求1所述的套筒式换热器，其特征在于所述在第一环与第二环之间均匀设置三个弧形隔板，在第二环与第三环之间均匀设置三个弧形隔板，头盖还包括外框，外框与弧形罩盖一体设置，外框与前分流框的形状相同，并与前分流框固定连接，弧形罩盖由两组边沿分别与第一环和第三环边沿相适配的扇形球面构成，后端盖包括后外端盖与后内端盖，后内端盖由同心的外环和内环连接构成，外环的外径与第三套筒的直径相同，外环的内径与第二套筒直径相同，且外环上设有一个环形的U型槽，内环的外径与第一套筒的直径相同，内环的内孔作为热风进口，后外端盖为一个设有通孔的弧形罩，内部设有一悬空的圆环，圆环与后外端盖内壁形成一个槽宽与第四空间宽度相同的环形开口，圆环与外环的外边沿连接，后外端盖的通孔边沿与内环的外沿通过环片连接，连通第二空间与第四空间，构成一个弧形通道，与前端盖相同的后分流框同心盖在后内端盖上，并分别与后内端盖的外环和内环的外沿构成环形插槽，后外端盖、后内端盖的U型槽上分别设有位置相对的开口，烟囱穿过后外端盖的开口与U型槽上的开口连接作为热风出口。

3.按照权利要求2所述的套筒式换热器，其特征在于所述的前端盖和后端盖设有与套筒口沿形状大小相适配的环形插槽，套筒与前后端盖插接，前分流框与头盖邻接的环上设有环形插件，头盖上与前分流框上的环形插件相对应的位置设有环形插槽，后分流框与后内端盖邻接的环上设有环形插件，后内端盖上与后分流框上的环形插件相对应的位置设有环形插槽，所述的头盖、前分流框、后分流框、后内端盖、后外端盖都设有位置相对的螺孔，头盖、前分流框、后分流框、后内端盖、后外端盖通过螺杆连接，将套筒固定在两端盖之间，构成一整体。

4.按照权利要求3所述的套筒式换热器，其特征在于所述的环形插槽内设有软密封环，套筒口沿翻转构成环形的管状口沿，套管口沿厚度与环形插槽过渡配合，环形的管状口沿作为硬密封环。

5.按照权利要求1或2或3或4所述的套筒式换热器，其特征在于所述的前端盖与后端盖上还设有保温层，最外层的套筒外还套有保温筒，保温筒与前后端盖插接连接。

6.按照权利要求1或2或3或4所述的套筒式换热器，其特征在于所述的套筒式换热器还包括预热器和送风机，送风机进口与一冷风管连接，热风出口与一热风管连接，热风管穿过冷风管，部分套于冷风管内构成预热器。

7.按照权利要求5所述的套筒式换热器，其特征在于所述的套筒式换热器还包括预热器和送风机，送风机进口与一冷风管连接，热风出口与一热风管连接，热风管穿过冷风管，部分套于冷风管内构成预热器。

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