CN101839655B - 高效模块回程容积式换热器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及换热器，具体说是一种高效模块回程容积式换热器，其特征是：还包括一个筒体，筒体一侧开孔，开孔使腔室筒体水平伸向筒体的腔体内，筒体的腔体内，从腔室筒体以上上下水平间隔布置回程隔板，形成多个回程混合腔室，水平的腔室筒体与垂直的筒体通过多孔辐射管连通，工作时，一次热媒经一次热媒进口法兰进入封头内，流经伸进封头内的水平换热管后，经过U型换热管和封头隔板隔成的重复回程，由伸进封头内的换热管出口经一次热媒出口法兰流出；二次热媒经筒体外侧的腔室筒体下端二次热媒进口法兰，经过回程混合腔室的充分混合、搅动、回程后，经筒体上端的二次热媒出口法兰排出。它提供了提高热效率和能源利用率、增加出水量、降低成本和缩小建筑空间、维修清洗方便、制作工艺简便的高效模块回程容积式换热器。

Description

高效模块回程容积式换热器

技术领域

本发明涉及换热器，具体说是一种高效模块回程容积式换热器。

背景技术

在现有技术中，容积式换热器主要有：RV系列容积式换热器，分为立式、卧式两种，现有立式、卧式容积式换热器是把换热管与管板连接，再用焊接的方式插入到容积式换热器的壳体内；其一次热媒和二次热媒行程过短，二次热媒在容积罐体内基本处于静止加热，无法实现传热学中的对流换热，因此热媒利用率极低，仅为50%左右，浪费了大量的可利用热量，增加了费用，容积利用率不高，而且有死水区，出水量较小，耗钢量较高，占地面积大，抽出换热管所需空间要求大，空间高度要求苛刻，换热系数（K值）非常低，汽-水换热传热系数（K值）为1800-2500W/（m2.k），水-水换热传热系数（K值）为800-1600W/（m2.k）；一次、二次热媒换热不充分，供水温度不稳定，在一次热媒为高温高压蒸汽时，凝结水温度高、压力低，必须加装疏水器和凝结水室，它才能正常工作，而且不容易回收利用，需要有专门的凝结水泵和凝结水箱，它才可正常工作，配套设备投资大，安装极不方便；长时间工作后容易造成换热管结垢，阻力加大，造成水泵功率加大，浪费电力，且换热系数大大降低，浪费了能源，加大了煤耗和电耗，达不到节能减排的目的。结垢严重时，甚至使设备损坏，引起管道的压力升高，造成爆管、爆炸等危险，并且现有容积式换热器的制作工艺极其复杂、维修费用高、设备不易拆卸，矿物离子易结晶，易堵塞、易腐蚀，不耐用，受其结构限制，换热管使用寿命一般在3—5年。

总结上述设备存在的的问题是：

A、制造工艺极其复杂，成本高；

B、钙、镁离子易沉淀、结晶；

C、设备热效率低，浪费能源，运行费用高；

D、维修不方便，维修费用高，使用寿命短；

E、一次热媒为蒸汽时，凝结水温度过高，被压压降损失大，只能加疏水阀及凝结水泵和凝结水箱才能正常工作。一次热媒出口温度过高，一次热媒出口温度高于二次热媒进口50℃-70℃以上，即浪费了能源，又加大了其他配套设备投资，同时加大了占地面积和空间高度要求；

F、被加热行程短，有死水区，机械损耗大，易渗漏；

G、安装工艺复杂，对土建和负载量要求极高，设备运行重量大，不便于安装。

发明内容

本发明的目的是提供一种模块回程式结构、容积大、且能提高热效率和能源利用率、增加出水量、降低成本和缩小建筑空间、无死水区、极不容易结垢、维修清洗方便、制作工艺简便的高效模块回程容积式换热器。

本发明的目的是这样实现的，设计一种高效模块回程容积式换热器，包括一次热媒进口法兰和一次热媒出口法兰通过外管道连接的一次热媒，包括连接一次热媒进口法兰和一次热媒出口法兰进口处的管板，管板固定换热管水平伸向腔室筒体，其特征是：还包括一个筒体，筒体一侧开孔，开孔使腔室筒体水平伸向筒体的腔体内，筒体的腔体内，从腔室筒体以上上下水平间隔布置回程隔板，形成多个回程混合腔室，水平的腔室筒体与垂直的筒体通过多孔辐射管连通，工作时，一次热媒经一次热媒进口法兰进入封头内，流经伸进封头内的水平换热管后，经过U型换热管和封头隔板隔成的重复回程，由伸进封头内的换热管出口经一次热媒出口法兰流出；二次热媒经筒体外侧的腔室筒体下端二次热媒进口法兰，经腔室筒体内进行换热，由多孔辐射管流入筒体内，筒体内上下水平布置的回程隔板，形成了回程混合腔室，经过回程混合腔室的充分混合、搅动、回程后，经筒体上端的二次热媒出口法兰排出。

所述的腔室筒体剖面是一个垂直放置的小椭圆体，筒体剖面是一个垂直放置的大椭圆体，腔室筒体的高度是筒体高度的1/2至2/3，腔室筒体焊接在筒体左侧的开孔内。

所述的一次热媒进口法兰在腔室筒体上端靠右位置，二次热媒出口法兰在腔室筒体下端靠右位置，一次热媒进口法兰和二次热媒出口法兰焊接于封头上，封头再与腔室筒体通过法兰连接，封头、法兰和腔室筒体法兰之间连接管板，管板固定换热管水平伸向腔室筒体。

所述的腔室筒体上端的筒体腔体上分别有温度计接口和压力表接口Ⅱ，通过温度计接口和压力表接口Ⅱ连接的温度计和压力表分别测量筒体腔体内的二次热媒温度和压力。

所述的筒体顶部为二次热媒出口法兰，二次热媒出口法兰通过管道将二次热媒引出。

所述的筒体上左右固定有吊耳。

所述的腔室筒体内的换热管由封头隔板隔成多个回程区，从一次热媒进口法兰处至一次热媒出口法兰回程区的换热管数量逐渐递减。

所述的腔室筒体是筒体的一伸出头，腔室筒体在筒体外留有1/3至1/4，所述的管程是一次热媒即高温蒸汽、高温水通道。

所述的筒体内的上下水平布置回程隔板，形成了个回程混合腔室。

所述的支座采用马鞍型支座。

所述的壳程是二次热媒即水流通道。

所述的换热管采用双波纹螺麻紫铜管、镍合金或镍钛合金管。

本发明的有益效果：壳体采用低合金钢板制作，换热管束为φ16、19、25、32×（2.0）1.5mm的双波纹螺麻紫铜管、镍合金或镍钛合金管。本换热器一般优点如：承压能力高，被压压降损失小，区域加热效率高，耐温性能好，制造工艺简略，有效容积大（同等条件下是其他换热器的1.5——2.5倍），成本较低，极不容易结垢，维护管理简便，使用寿命长等性能外，还具有下列重要特点：

（1）本发明应用了模块式、腔室、回程式结构，同等技术条件下，外形尺寸比其它容积式换热器小80—90%，占地面积减少了85—90%，重量比其它容积式换热器少60—70%，原材料消耗减少了40—50%，同时降低了维修空间的要求，且更容易拆卸、更换、维修；

（2）本发明的承压能力高，被压压降损失小，区域加热效率高，耐温性能好，制造工艺简单，同等技术条件下，能够达到高速连续出水，且出水量大，是其他容积式换热器的1.5-2.5倍，制造成本较低，同等条件下比其他容积式换热器减少了55%，检修维护简便，检修维护费用低廉，仅为其他容积式换热器的45—55%的费用，使用寿命长，换热管使用寿命在15—20年以上，本体使用寿命在20—25年以上；

（3）本发明传热系数高，节省换热面积，一般容积式换热器的传热系数（K值），汽—水换热传热系数（K值）为1800—2500W/(㎡.K),水—水换热传热系数（K值）为800—1600W/(㎡.K), 同等技术条件下，本发明的汽—水换热传热系数（K值）为5500—8500W/(㎡.K),比其它容积式换热器大2.5—3倍，换热面积可减少40—60%，换热管根数减少45—55%；同等技术条件下，水—水换热传热系数（K值）为2300—3700W/(㎡.K)比其它容积式换热器大2—2.5倍，换热面积可减少40—50%，换热管根数减少45—50%；

（4）高效模块回程容积式换热器的换热管束分单元、科学布置，每个单元的换热管束利用率高，无换热死角；

（5）密封效果好，高效模块回程容积式换热器的壳体连接采用焊接，换热管束和管板采用焊接、液压胀接，牢固可靠；

（6）高效新型，区域加热，热利用率高。高效模块回程容积式换热器汽-水换热排出的凝结水温度低，一般在15—25℃以下，既无漏汽损失，也不需要安装疏水器，同等技术条件下，本发明比其他容积式换热器节省能源（蒸汽或者高温水）45—55%。流道多，区域加热分：高温区、中温区、低温区、超低温区。换热区域不在同一管程内，分区加热，换热充分，出水速度快，出水温度稳定；

（7）高效模块回程容积式换热器汽-水换热时，排出的凝结水压力为蒸汽压力的65—70%以上，可利用自身的余压回流至锅炉房。节省了凝结水泵、凝结水箱和站房投资，同时设计和管理均大为方便；

（8）流体力学水力特性好，一次热媒和二次热媒的流动阻力小，流速稳定,设计从压降和换热系数的最佳组合关系的角度出发，以最小的压降损失换取最高的换热效果，让使用时消耗最少的能源，获得最大的效益，减少能源的浪费，实现节能减排的目的；

（9）独特的多孔辐射管设计，使得设备的出水温度更稳定，加上回程混合腔室的充分混合、回程、搅动，使得本发明的出水温度更稳定，没有死水区，较轻、较小的杂质和结晶体完全可以顺着水流的方向流出设备，设备极不容易结垢；

（10）特殊的换热管布置方式增大了流速，提高了传热膜系数，从而提高总传热系数，使换热器的结构紧凑，错流、逆流、湍流状态更强烈。高效模块回程容积式换热器独特的设计，利用最少的能耗达到最佳的换热效果；

（11）本发明的工艺科学，便于检修，占地面积小，工艺管道便于安装，且使用寿命长，换热管使用寿命在15—20年以上，本体使用寿命在20—25年以上。

附图说明

下面结合实施例附图对本发明作进一步说明：

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的侧视示意图；

图3是本发明的俯视示意图；

图4是本发明的管板布管剖面示意图。

图中：1、一次热媒出口法兰；2、一次热媒进口法兰；3、封头；4、法兰；5、管板；6、压力表接口Ⅰ；7、温度计接口；8、压力表接口Ⅱ；9、二次热媒出口法兰；10、安全阀；11、筒体；12、回程隔板；13、吊耳；14、折流板；15、换热管；16、腔室隔板；17、腔室筒体；18、检修人口；19、多孔辐射管；20、排污口；21、回水口；22、支座；23、二次热媒进口法兰；24、封头隔板。

具体实施方式

如图1所示，高效模块回程容积式换热器，包括一次热媒进口法兰2和一次热媒出口法兰1通过外管道连接的一次热媒，包括连接一次热媒进口法兰2和一次热媒出口法兰1进口处的管板5，管板5固定换热管15水平伸向腔室筒体17，其特征是：还包括一个筒体11，筒体11一侧开孔，开孔使腔室筒体17水平伸向筒体11的腔体内，筒体11的腔体内，从腔室筒体17以上上下水平间隔布置回程隔板12，形成多个回程混合腔室，水平的腔室筒体17与垂直的筒体11通过多孔辐射管19连通，工作时，一次热媒经一次热媒进口法兰2进入封头3内，流经伸进封头内的水平换热管15后，经过U型换热管15和封头隔板24隔成的重复回程，由伸进封头3内的换热管15出口经一次热媒出口法兰1流出；二次热媒经筒体11外侧的腔室筒体17下端二次热媒进口法兰23，经腔室筒体17内进行换热，由多孔辐射管19流入筒体11内，筒体11内上下水平布置的回程隔板12，形成了回程混合腔室，经过回程混合腔室的充分混合、搅动、回程后，经筒体11上端的二次热媒出口法兰9排出。

实际上，由二次热媒进口法兰23、二次热媒出口法兰9、多孔辐射管19、腔室筒体17、回水口21、排污口20与筒体11连接形成壳程，二次热媒进口法兰23在腔室筒体17的左下端，二次热媒出口法兰9在筒体11的左上端，多孔辐射管19固定在腔室筒体17的右下端，回水口21在筒体11的左中下端，排污口20在筒体11的右中下端，排污口20与腔室筒体17和筒体11相连通，筒体11内由上下水平布置的回程隔板12隔开形成多层回程混合腔室。

如图2所示，给出图1的左视图，从左视图看，腔室筒体17剖面是一个垂直放置的小椭圆体，筒体11剖面是一个垂直放置的大椭圆体，腔室筒体17的高度是筒体11高度的1/2——2/3，腔室筒体17焊接在筒体11左侧的开孔内。一次热媒进口法兰2在腔室筒体17上端靠右位置，二次热媒进口法兰1在腔室筒体17下端靠右位置。一次热媒进口法兰2和二次热媒出口法兰1焊接于封头3上，封头3再与腔室筒体17通过法兰4连接，封头3、法兰4和腔室筒体17法兰之间连接管板5，管板5固定换热管15水平伸向腔室筒体17。腔室筒体17上端的筒体11腔体上分别有温度计接口7和压力表接口Ⅱ8，通过温度计接口7和压力表接口Ⅱ8连接的温度计和压力表分别测量筒体11腔体内的二次热媒温度和压力。筒体11顶部为二次热媒出口法兰9，二次热媒出口法兰9通过管道将二次热媒引出。筒体11上左右固定有吊耳13。

如图3所示，图3给出图1的俯视图，从俯视图看，腔室筒体17是筒体11的一伸出头，腔室筒体17在筒体11外留有1/3至1/4，一次热媒进口法兰2和二次热媒出口法兰1焊接于封头3左端，封头3再与腔室筒体17通过法兰4连接，腔室筒体17下端连接二次热媒进口法兰23。压力表接口Ⅰ6在腔室筒体17上，温度计接口7、压力表接口Ⅱ8、二次热媒出口法兰9、安全阀10在筒体11上；压力表接口Ⅰ6、温度计接口7、压力表接口Ⅱ8、二次热媒出口法兰9、安全阀10在腔室筒体17和筒体11的水平中心线上分布。筒体11上两个吊耳13左右对角分布。筒体11右端焊接检修人口18，以方便设备检测和维护。

如图4所示,图4是管板布管剖面示意图，腔室筒体17内的换热管15由封头隔板24隔成多个回程区，如图4的A、B、C、D、E、F、A1、B1、C1、D1、E1、F1。一般来讲回程区设计8个、10个或者12都是可以的，从图4可以看出，从一次热媒进口法兰2处至一次热媒出口法兰1回程区的换热管数量逐渐递减，因为换热管15的排列布置是呈逐渐递减的，因此，当一次热媒即高温蒸汽或者高温水时在放热过程中逐渐转化为低温凝结水或者低温水，每个回程内的换热管15均是满状的，因此一次热媒在换热管15内流动时，能保持较高的流速，形成强烈的错流、逆流和湍流。同理，二次热媒通过二次热媒进口法兰23进入腔室筒体17内，二次热媒经过由腔室隔板16所隔成的多个上下大小腔室，以及由折流板14所起到的折流作用，一次热媒和二次热媒完全是逆流、错流，加上换热管15呈逐渐递减的排列方式，每一个腔室内的流通截面积（即水流所通过壳体的面积）也发生了不同的变化（即流通截面积大小不一样），二次热媒在壳体内呈螺旋、活塞形不规则流动，因而，二次热媒与一次热媒形成了强烈的错流、逆流和湍流，强烈的错流、逆流和湍流增强了换热效果，大大提高了换热系数。

本发明中，筒体11内的上下水平布置回程隔板12，形成了4个回程混合腔室，经过Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ回程混合腔室的充分混合、搅动、回程后，经二次热媒出口法兰9流出。二次热媒通过腔室筒体17下部二次热媒进口法兰23进入腔室筒体17内，然后通过腔室隔板16导流和折流板14折流，经过上下2个、3个或者多个大小不同的腔室（因为换热管15的逐渐递减，形成了大小不同的腔室；相同质量的水，温度升高，密度减小，体积相应的增大），因为二次热媒一直是个吸热膨胀的过程，腔室的大小变化，一次热媒与二次热媒形成强烈的逆流和错流，从而形成传热学中的完美换热流动方式，强烈的逆流和错流提高了雷诺系数，加大了传热膜系数，促使换热管15内一次热媒充分放热，腔室筒体17内二次热媒充分的吸热，然后从腔室筒体17的右上端的多孔辐射管19流入筒体11内。

 本发明中，如图2、图4所示，支座22采用马鞍型支座，结构合理、受力均匀，便于安装。

为了更好的提高本发明的换热系数（K值），换热管采用双波纹螺麻紫铜管、镍合金或镍钛合金管，既加大了换热系数（K值），又提高了使用寿命。

为了减少维修成本，采用了长圆形模块式管板，整个换热管芯可以抽出，极大的减少了维修费用，降低了维修难度和强度。

为了更好的提高设备热效率，有效利用能源，我们采用了多行程、多流道、多折流、多腔室错流。高效模块回程容积式换热器结构紧凑，体型小，节省用地面积和建筑高度，节省建筑投资，便于设计布置，同时运行方便。高效模块回程容积式换热器采用低合金钢板和有色合金制作有效防止了腐蚀。承压能力高，被压压降损失小，热效率高（99.7%以上），耐温性能好，制造工艺简单，成本较低，维护管理简便等性能，使用寿命长（长达20年以上），有效的防止了其他容积式换热器的一些弊病。是四行程容积式换热器、立式容积式换热器、卧式容积式换热器以及其他一些容积式换热器的更新产品。

双波纹螺麻紫铜管、镍合金或镍钛合金管作为换热管15，高效模块回程容积式换热器在运行工作时，特殊的形状、特殊的排管方式，使得换热管15在腔室筒体17内不停的颤抖和高频振动，二次热媒中的钙镁等容易附着结垢的分、离子无法附着，因此换热管15外壁上极不容易结垢。

运行一段时间后，无法附着的钙镁等容易附着结垢的分、离子以及固体杂质等经多孔辐射管19顺流流出腔室筒体17，流入筒体11内，由于多孔辐射管19强大的冲击和搅动，较小、较轻的钙镁等容易附着结垢的分、离子混杂在水流中经二次热媒出口法兰9流出本设备，无法流出的固体杂质沉积于腔室筒体17和筒体11内的底部，通过设置在腔室筒体17和筒体11底部的排污口20排出。

Claims (9)

1.高效模块回程容积式换热器，其包括一个腔室筒体（17）和一个垂直的筒体，其特征在于：垂直的筒体（11）左侧开孔，该开孔使腔室筒体（17）的一部分水平向右伸进垂直的筒体（11）的腔体内；所述腔室筒体（17）的左侧设有与外管道连接的一次热媒进口法兰（2）和一次热媒出口法兰（1），所述一次热媒进口法兰（2）和一次热媒出口法兰（1）分别焊接于封头（3）上，该封头（3）与腔室筒体（17）通过封头法兰（4）、腔室筒体法兰连接，封头法兰与腔室筒体法兰之间还连接一管板（5），该管板固定水平设置的U型换热管（15）使U型换热管水平向右伸入腔室筒体（17）中；所述腔室筒体的位于垂直的筒体（11）外侧的左下端设有二次热媒进口法兰（23）；所述垂直的筒体（11）的顶部设有二次热媒出口法兰（9），二次热媒出口法兰通过管道将二次热媒引出；所述腔室筒体（17）与垂直的筒体（11）通过多孔辐射管（19）连通；工作时，一次热媒通过一次热媒进口法兰进入封头内，流经伸进封头内的所述U型换热管（15）后，经过U型换热管（15）和封头隔板（24）隔成的重复回程，由伸进封头（3）内的U型换热管（15）出口经一次热媒出口法兰（1）流出；二次热媒经所述垂直的筒体（11）外侧的腔室筒体（17）左下端的二次热媒进口法兰（23）进腔室筒体（17）内与一次热媒进行换热，再由所述多孔辐射管（19）流入垂直的筒体（11）内，垂直的筒体（11）内上下水平布置多个回程隔板（12），形成了回程混合腔室，经过回程混合腔室的充分混合、搅动、回程后，二次热媒经位于垂直的筒体（11）的顶部的所述热媒出口法兰（9）排出。

2.根据权利要求1所述的高效模块回程容积式换热器，其特征是：所述的腔室筒体（17）剖面是一个垂直放置的小椭圆体，垂直的筒体（11）剖面是一个垂直放置的大椭圆体，腔室筒体（17）的高度是垂直的筒体（11）高度的1/2-2/3，腔室筒体（17）焊接在垂直的筒体（11）左侧的开孔内。

3.根据权利要求1所述的高效模块回程容积式换热器，其特征是：所述一次热媒进口法兰（2）焊接于封头的上侧，一次热媒出口法兰（1）焊接于封头的下侧。

4.根据权利要求1所述的高效模块回程容积式换热器，其特征是：所述的腔室筒体（17）上端的筒体（11）腔体上分别有温度计接口（7）和压力表接口Ⅱ（8），通过温度计接口（7）和压力表接口Ⅱ（8）连接的温度计和压力表分别测量筒体（11）腔体内的二次热媒温度和压力。

5.根据权利要求1所述的高效模块回程容积式换热器，其特征是：所述的垂直的筒体（11）上左右固定有吊耳（13）。

6.根据权利要求1所述的高效模块回程容积式换热器，其特征是：所述的腔室筒体（17）内的U型换热管15由封头隔板（24）隔成多个回程区，从一次热媒进口法兰（2）处至一次热媒出口法兰（1）回程区的换热管数量逐渐递减。

7.根据权利要求1所述的高效模块回程容积式换热器，其特征是：所述的腔室筒体（17）是垂直的筒体（11）的一伸出头，腔室筒体（17）在垂直的筒体（11）外留有1/3至1/4。

8.根据权利要求1所述的高效模块回程容积式换热器，其特征是：所述的垂直的筒体（11）内上下水平布置的回程隔板（12）形成4个回程混合腔室。

9.根据权利要求1所述的高效模块回程容积式换热器，其特征是：所述的U型换热管（15）采用双波纹螺麻紫铜管、镍合金管。

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