CN102384682A

CN102384682A - 内循环式特型高效换热器

Info

Publication number: CN102384682A
Application number: CN2011102269466A
Authority: CN
Inventors: 郭宏新; 刘丰; 刘世平; 马明; 田朝阳; 王红丽; 李晖; 陈卫卫
Original assignee: Jiangsu Sunpower Technology Co Ltd
Current assignee: JIANGSU SUNPOWER PRESSURE VESSEL AND EQUIPMENT MANUFACTURING CO., LTD.
Priority date: 2011-08-09
Filing date: 2011-08-09
Publication date: 2012-03-21
Anticipated expiration: 2031-08-09
Also published as: CN102384682B

Abstract

一种内循环式特型高效换热器，包括密闭壳体（5），其特征是所述的密闭壳体（5）中安装有将其内腔分为上下两个换热区的水汽分离器（11），在所述的上换热区中安装有第一换热单元，其管束内介质被加热，在所述的下换热区中安装有第二换热单元，其管束内介质被冷却，第一换热单元和第二换热单元管束外介质为同一介质。所述的第一换热单元和第二换热单元均由串接或并接的相连的管束式换热器（18）组成，所述的密闭壳体（5）的下部设有多个与下换热区相通的介质进口（14），所述的上换热区中安装有汽液分离器（9），所述的密封壳体（5）上与汽液分离器（9）相对位置处安装有多个出口接管（6）。本发明具有体积小，便于拆卸，日常维护、检修方便的优点。

Description

内循环式特型高效换热器

技术领域

本发明涉及一种换热器，尤其是一种石化、化工、冶金、电力等行业中使用的换热器，具体地说是可利用一种或多种热流体加热中间介质，被加热的中间介质再加热一种或多种冷流体，中间介质汽化由液相变气相，气相介质可加热一种或多种冷流体，热流体或冷流体的种类和负荷可按任意要求调整和组合的内循环式特型高效换热器。

背景技术

目前，在化工生产等许多领域，每天都在消耗大量能量。为使热能得到有效利用，减少传递过程中热损失，提高设备热效率，要尽可能使换热器传热过程增强，效率提高；以达到减少设备占用空间、减少设备制造的金属消耗量、或节约燃料、多产蒸汽、或使流体迅速升温、冷却、或实现低值余热的充分回收等目的。有的工艺介质冷却、加热要求温度控制非常严格，基本要求恒温冷却或加热。本设计了一种中间介质可保持恒温冷却或加热。其特点是： 1）中间介质传热有很小的内热阻，并有很小的温差，同样遵循没有温差就没有传热的热力学第二定律。2）只沿蒸汽流动方向传热，具有方向性。3）管束导热增加导热面积，即扩展传热表面。4）热流密度的可变性，冷、热介质的热负荷可调整。

换热器金属材料导热系数大，厚度小，热阻较低。此外提高流速、增强扰动可以降低传热热阻。但流速大则机械能损失也大，所以增强流体扰动、减薄及破坏层流底层，成了人们长期坚持不懈的主攻方向，如波纹管、槽道管、缠绕管、螺纹管、翅片管等，极大地减薄及破坏了层流底层，传热系数比较高。

现有的换热器均为功能单一的换热器，它们的设计重点仅仅是着重于提高换热效率，无法实现在恒温加热或冷却，热流体或冷流体的种类和负荷均无法进行调整和组合。

本设计在同一壳体内由一种或多种热流体加热中间介质使之汽化由液相变气相，气相介质再加热一种（即一台管束）或多种冷流体（即多台管束），热流体或冷流体的种类和负荷均根据要求进行调整和组合。

发明内容

本发明的目的是针对现有的换热器无法实现在恒温（工艺要求加热温差不能大）加热或冷却，热流体或冷流体的种类和负荷均无法进行调整和组合，不能在同一壳体内完成多相转换的问题，本设计一种可利用一种或多种热流体加热中间介质，中间介质汽化由液相变气相，气相介质可恒温加热一种或多种冷流体，热流体或冷流体的种类和负荷可按任意要求调整和组合的内循环式特型高效换热器。

本发明的技术方案是：

一种内循环式特型高效换热器，包括密闭壳体5，其特征是所述的密闭壳体5中安装有将其内腔分为上下两个换热区的水汽分离器11，在所述的上换热区中安装有第一换热单元，在所述的下换热区中安装有第二换热单元，所述的第一换热单元和第二换热单元均由串接或并接的相连的管束式换热器18组成，所述的密闭壳体5的下部设有多个与下换热区相通的介质进口14，所述的上换热区中安装有汽液分离器9，所述的密封壳体5上与汽液分离器9相对位置处安装有多个出口接管6。

所述的换热器18由封头管箱1、管板3、筒体4和U形管束7组成，所述的封头管箱1上设有进口接管2和出口接管16，所述的管板3位于封头管箱1和筒体4之间，封头管箱1、管板3和筒体4相连后位于密封壳体5外，U形管束7的两端均固定在管板3上，U形管束7的换热部分位于密闭壳体5中的换热区中。

水汽分离器11结构为蝶形板上压制凸凹槽，且在凸凹槽上开圆孔。

汽液分离器9结构为大波形板或箱式丝网膜或为大波形板加箱式丝网组合结构形式。在同一壳体内，下面管束加热使壳体内液相变气相，上面管束被气相加热而冷凝变液相，在二者之间设置气液分离器有效提高换热效率。在壳体顶部设置汽水分离器使汽体出口尽量少带水。当下部热流体负荷大于上部冷流体负荷时，壳体内产生的蒸汽从顶部出口排出，当下部热流体负荷小于上部冷流体负荷时，壳体内产生的蒸汽直接加热冷流体，顶部出口不排汽。上下管束之间气液分离器设有凸凹面，且开有圆孔，壳体内下部产生的蒸汽汽体从凸面圆孔上升排出，壳体内上部冷凝产生的夜体从凹面圆孔向下排出或沿凹面从端部向下排出。

所述的U形管束7为带有双面强化传热结构的波纹管、槽道管、缠绕管、螺纹管、翅片管或直翅片管。

本发明的有益效果：

本发明可实现一台换热器使用多种流体（介质），换热器可根据多种流体（介质）的负荷设计大或小，灵活性非常强，比普通列管类换热器换热效果好。换热管为内波外螺纹管、波纹管、槽道管、螺纹管、波节管及高热通量管等结构，用以进行管程介质强化传热，实现了管、壳程两介质同步强化传热。

本发明通过将一台或多台热流体进行并联或串联，使得一台可为同一种流体，多台为同一种流体或不同种流体，在同一壳体内加热中间介质使之汽化后由液相变气相，气相介质上升后可加热一种（即一台管束）或多种冷流体（即多台管束），热流体或冷流体的种类和负荷均可按任意要求调整和组合。在同一壳体内，下面管束加热使壳体内液相变气相，上面管束被气相加热而冷凝变液相，在二者之间设置气液分离器有效提高换热效率。在壳体顶部设置汽水分离器使汽体出口尽量少带水。当下部热流体负荷大于上部冷流体负荷时，壳体内产生的蒸汽从顶部出口排出，当下部热流体负荷小于上部冷流体负荷时，壳体内产生的蒸汽直接加热冷流体，顶部出口不排汽。上下管束之间气液分离器设有凸凹面，且开有圆孔，壳体内下部产生的蒸汽汽体从凸面圆孔上升排出，壳体内上部冷凝产生的夜体从凹面圆孔向下排出或沿凹面从端部向下排出。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是图1的剖视结构示意图。

图3是本发明的水分离器的结构示意图。

图4是图3的俯视图。

图5是本发明的汽液分离器的结构示意图之一。

图6是本发明的汽液分离器的结构示意图之二。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

如图1-6所示。

一种内循环式特型高效换热器，包括密闭壳体5，壳体5的两端各设有封头8，下部安装在鞍座15上，所述的密闭壳体5中安装有将其内腔分为上下两个换热区的水汽分离器11（如图3、4所示，其结构为蝶形板上压制凸凹槽，且在凸凹槽上开圆孔多孔板上的孔能使水气通过，而水分子无法通过），在所述的上换热区中安装有第一换热单元，在所述的下换热区中安装有第二换热单元，所述的第一换热单元和第二换热单元均由串接或并接的相连的管束式换热器18组成，换热器18由封头管箱1、管板3、筒体4和U形管束7组成，所述的封头管箱1上设有进口接管2，所述的管板3位于封头管箱1和筒体4之间，封头管箱1、管板3和筒体4相连后位于密封壳体5外，U形管束7的两端均固定在管板3上，U形管束7的换热部分位于密闭壳体5中的换热区中并由支撑架10支撑在密闭壳体5中，为了提高换热效率，所述的U形管束7可采用带有双面强化传热结构的波纹管、槽道管、缠绕管、螺纹管、翅片管或直翅片管。所述的密闭壳体5的下部设有多个与下换热区相通的介质进口14，所述的上换热区中安装有汽液分离器9，可采用图5或图6所示的结构，图5为大波形板结构，图6为箱式丝网膜结构，还可为大波形板加箱式丝网组合结构形式。所述的密封壳体5上与汽液分离器9相对位置处安装有多个出口接管6，用于将汽化的水气引出密闭壳体5外。

本发明的工作过程为：

中间液态介质从介质进口14进入密闭壳体5下部的下换热区中，与其中安装的第二换热单元进行换热，吸收第二换热单元中的换热器管束中的热量后汽化，汽化后的介质穿过水汽分离器9，液态介质下落，气态介质上升至上换热区中对其中的第一换热单元中的管束式换热单元18中的管束中的介质进行加热或再次被加热，热交换后汽化的介质部分变成液态介质通过水汽分离器11回到壳体下部，部分气态介质通过上部的出口接管6流出壳体5外供其它工艺使用。通过调节上换热区或下换热区中同时工作的管束换热器18的数量可实现换热流量负荷的调节。

本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

Claims

1.一种内循环式特型高效换热器，包括密闭壳体（5），其特征是所述的密闭壳体（5）中安装有将其内腔分为上下两个换热区的水汽分离器（11），在所述的上换热区中安装有第一换热单元，其管束内介质被加热，在所述的下换热区中安装有第二换热单元，其管束内介质被冷却，第一换热单元和第二换热单元管束外介质为同一介质；所述的第一换热单元和第二换热单元均由串接或并接的相连的管束式换热器（18）组成，所述的密闭壳体（5）的下部设有多个与下换热区相通的介质进口（14），所述的上换热区中安装有汽液分离器（9），所述的密封壳体（5）上与汽液分离器（9）相对位置处安装有多个出口接管（6）。

2.根据权利要求1所述的内循环式特型高效换热器，其特征是所述的换热器（18）由封头管箱（1）、管板（3）、筒体（4）和U形管束（7）组成，所述的封头管箱（1）上设有进口接管（2）和出口接管（16），所述的管板（3）位于封头管箱（1）和筒体（4）之间，封头管箱（1）、管板（3）和筒体（4）相连后位于密封壳体（5）外，U形管束（7）的两端均固定在管板（3）上，U形管束（7）的换热部分位于密闭壳体（5）中的换热区中。

3.根据权利要求1所述的内循环式特型高效换热器，其特征是所述的U形管束（7）为带有双面强化传热结构的波纹管、槽道管、缠绕管、螺纹管、翅片管或直翅片管。

4.根据权利要求1所述的内循环式特型高效换热器，其特征是所述的水汽分离器（11）结构为蝶形板上压制凸凹槽，且在凸凹槽上开圆孔。

5.根据权利要求1所述的内循环式特型高效换热器，其特征是所述的汽液分离器（9）结构为大波形板或箱式丝网膜或为大波形板加箱式丝网组合结构形式。