CN103217033B - 一种高温热管式换热器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高温热管式换热器，涉及高温换热器技术，包括套管式高温热管，中温热管、隔板、冷流体进出口箱体、管路及外围接口等，主要用于以冷流体为气体，要求出口温度较高的情况。本发明的高温热管式换热器，克服了传统管壳式高温换热器管外横掠，管内顺流，传热不匹配，总体换热系数低，设备笨重的缺陷；同时，解决了传统换热器各温区过渡段传热不合理衔接及低温区由于高温引起的爆管等问题，提高了高温热管式换热器的安全性。本发明启动快速，整体管温均匀，无热斑，对流换热系数高，结构紧凑，重量轻，工作压力低，系统安全可靠。
Description
技术领域
本发明涉及高温换热器技术领域，特别是一种高温热管式换热器，可以使冷流体有较高的出口温度。
背景技术
我国工业存在着大量的耗能行业，有很大的节能潜力，余热回收利用是一个有效的途径，现在余热回收领域中被大量使用的高温热管换热器存在着传热不匹配，总体换热系数低，设备笨重，各温区过渡段传热不合理衔接，以及低温区会由于高温引起爆管等缺陷。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高温热管式换热器，可用于高温流体换热，克服现有技术存在的换热系数低，设备笨重等不合理问题。
为达到上述目的，本发明的技术解决方案是：
一种高温热管式换热器，其包括筒体、高温热管区、冷流体进口箱、冷流体出口箱、中温热管区、管路和外围接口；
筒体内纵向平行设置高温热管区、中温热管区，高温热管区的高温热管为套管式结构，多根套管式高温热管构成高温热管束；中温热管区的换热管为普通热管，多根普通中温热管构成中温热管束；高温热管区、中温热管区的热管束相互平行设置；
高温热管束上下端相对的筒体上下侧壁各有一通孔，上通孔密封覆有上隔板，下通孔密封覆有下隔板，上下隔板上有多数个通孔；上下隔板通孔内径与套管式高温热管内管外径相适配，每一套管式高温热管的内管上下端伸出上下隔板通孔，或内管上下端与上下隔板在同一平面，高温热管内管两端的外圆分别与上下隔板通孔内缘密封固接；
每一套管式高温热管的外管套于内管外周圆，外管长度小于上下隔板间距离，外管两端分别以上下堵头密封与内管外侧面，内外管间所围成封闭空腔内充有工质；
下隔板下方固接有冷流体进口箱，上隔板上方固接有冷流体出口箱，每一套管式高温热管的内管分别与冷流体进口箱、出口箱相通连；冷流体出口箱顶端有通孔，出口箱通孔外周圆密封固接连接管道入口；
普通热管束与筒体等长，每一普通热管的两端分别与筒体上下侧壁固接，普通热管内腔里充有工质；
筒体内距筒体上侧壁为筒体长度1/4到1/2处，水平设有中隔板，中隔板上有多数个通孔，左侧的多数个通孔与普通热管一一对应，右侧的多数个通孔与套管式高温热管外管一一对应，每一中隔板通孔内径分别与普通热管外径，或与套管式高温热管外管外径相适配，中隔板通孔套设于热管外圆；
每一套管式高温热管外管外圆、或每一普通热管外圆分别与相对应的每一中隔板通孔内缘密封固接；中隔板外周圆与筒体内壁密封固接，使筒体内分为上下流道，上下流道左右两侧各有一开口；
上流道左侧开口外周圆密封固接连接管道出口，上流道右侧开口为冷流体出口；
下流道即为烟气流道。
所述的热管式换热器，其还包括膨胀节，膨胀节位于连接管中，两端与连接管密封固接。
所述的热管式换热器，其所述套管式高温热管外管，为光管，或在外管外侧面设有翅片；普通热管，为光管，或外侧面设有翅片。
所述的热管式换热器，其所述工质，在套管式高温热管内腔中，充装有能在温度高于460℃时稳定工作的工质，适用于高温区工作，为液态金属钠、钾、钠钾合金其中之一；高温热管区径向吸收热流体的热量，使整个高温热管内外侧温度均匀，无“热斑”现象。
所述的热管式换热器，其所述工质，普通热管内充装适用于中温热管区工作的工质，为导热姆A，联苯，导热姆E，萘，汞及水其中之一。
所述的热管式换热器，其所述上、中、下隔板，联合作隔断及支撑用。
所述的热管式换热器，其所述多根套管式高温热管束与多根普通热管束中的热管，数量和长度相等，或不等。
所述的热管式换热器，其工作流程为：
a)冷流体由冷流体入口进入冷流体进口箱，再流入套管式高温热管内管，进入高温热管区，进行第一次加热；
b)同时，热流体从下流道右侧进入，横掠下流道，依次流过高温热管区、中温热管区，将热量传给热管，由左侧排出；
c)被第一次加热后的冷流体，从高温热管区内管流入冷流体出口箱，经出口箱顶端通孔，过连接管道入口流进连接管道，再过连接管道出口，从上流道左侧开口进入上流道；
d)然后，被第一次加热后的冷流体，横掠上流道，依次流过普通热管束上部、套管式高温热管束上部后，冷流体被第二次加热；
e)被第二次加热后的冷流体，由上流道右侧开口流出，进入后续装置。
所述的热管式换热器，其所述c)步中，被第一次加热后的冷流体流过连接管道时，连接管道中的膨胀节缓解金属的热应力。
本发明的高温热管式换热器，利用套管式高温热管内管形成一个流道，方便流体流过参与换热；同时由于套管式热管也具有很高的均温特性，增强了传热过程，改善了传统换热器换热效率低的缺陷。本发明的高温换热器典型的应用是在高温余热回收领域，例如高温烟气(800℃以上)余热与助燃空气进行换热，可以获得出口温度较高(650℃以上)的助燃空气，从而达到“温度对口，能源梯级利用”的目的。
附图说明
图1为本发明的一种高温热管式换热器结构示意图。
图2为本发明的套管式高温热管结构示意图。
图中标记：
1、冷流体入口；2、下隔板；3、中隔板；4、上隔板；5、膨胀节；6、套管式高温热管换热区；7、中温热管换热区；8、连接管道；9、冷流体进口箱；10、冷流体出口箱；11、筒体；
12、套管式热管上堵头；13、套管式热管外管；14、套管式热管内管；15、套管式热管下堵头；16、工质。
具体实施方式
本发明的一种高温热管式换热器为新型高温热管换热器，采用套管式热管及传统中温热管相结构的方式，在结构形式安排，流道布局等都存在不同，是一种完全新型的换热器。
如图1、图2所示，高温区下隔板2、中隔板3及上隔板4将套管式热管管束隔成上下两个流体流通通道，并将热管的上下端头与两个流道隔离开，冷流体进口箱体9与冷流体出口箱体10通过热管束内管相通，构成冷流体流通通道。套管式高温热管组成的管束形成高温热管换热区6，中温热管组成的管束形成中温热管换热区7。两个换热区间增加膨胀节5，膨胀节用于缓解金属的热应力。套管式热管由内外两层管体13及14组成，上下端各有堵头12及15，在内外管间形成封闭空间，空间内充装有工质16，管壳材料及工质根据使用条件的不同进行选择。
换热器工作时，热流体依次流过套管式高温热管下流道——中温热管下流道，热流体将热量传给热管；冷流体依次流过高温热管区冷流体进口箱——套管式高温热管内管——高温热管区冷流体出口箱——连接管路——中温热管上流道——套管式高温热管上流道，冷流体从热管吸收热量被加热后排出。
由于管外流体横掠管束流动，换热系数高，同时套管式热管管壁温度均匀，增大了流体与管壁间的温差，所以该热管换热器换热效率大大提高，冷流体多次换热使其充分吸收热流体的热量，提高其出口温度。另外，如果在高温换热区应用高温热管，则可以实现高温换热，最大限度的利用了热流体的能量品位。最终达到热流体排烟温度降低，冷流体出口温度提高的目的。
图1仅对本发明主体部分示意说明，其它如流体接口、流道封闭箱体、固定支架及导流板等，在此省略。
本发明的主体部分在于高温区套管式高温热管的使用，对于整体外围的改进，如：1、在管束方向上设置一个或多个流道，达到多流体换热；2、热管管束内管的流道只使用部分热管内管；3、热管管束的设置为一排或多排；4、本换热器应用于低温换热场合等，以上这些也应归为本发明权利要求书的保护范围。
本发明不局限于上述实施方式，不论在其材料、形状或结构上作任何改变，凡是热交换器采用套管式热管穿于隔板，形成上下流体通道，利用内管流道及外管侧流道进行换热的装置，均属于本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种高温热管式换热器，其特征在于：包括筒体、高温热管区、冷流体进口箱、冷流体出口箱、中温热管区、连接管道和外围接口；
筒体内纵向平行设置高温热管区、中温热管区，高温热管区的高温热管为套管式结构，多根套管式高温热管构成高温热管束；中温热管区的换热管为普通热管，多根普通中温热管构成中温热管束；高温热管区、中温热管区的热管束相互平行设置；
高温热管束上下端相对的筒体上下侧壁各有一通孔，上通孔密封覆有上隔板，下通孔密封覆有下隔板，上下隔板上有多数个通孔；上下隔板通孔内径与套管式高温热管内管外径相适配，每一套管式高温热管的内管上下端伸出上下隔板通孔，或内管上下端与上下隔板在同一平面，高温热管内管两端的外圆分别与上下隔板通孔内缘密封固接；
每一套管式高温热管的外管套于内管外周圆，外管长度小于上下隔板间距离，外管两端分别以上下堵头密封于内管外侧面，内外管间所围成封闭空腔内充有工质；
下隔板下方固接有冷流体进口箱，上隔板上方固接有冷流体出口箱，每一套管式高温热管的内管分别与冷流体进口箱、出口箱相通连；冷流体出口箱顶端有通孔，出口箱通孔外周圆密封固接连接管道入口；
普通热管束与筒体等长，每一普通热管的两端分别与筒体上下侧壁固接，普通热管内腔里充有工质；
筒体内距筒体上侧壁为筒体长度1/4到1/2处，水平设有中隔板，中隔板上有多数个通孔，左侧的多数个通孔与普通热管一一对应，右侧的多数个通孔与套管式高温热管外管一一对应，每一中隔板通孔内径分别与普通热管外径，或与套管式高温热管外管外径相适配，中隔板通孔套设于热管外圆；
每一套管式高温热管外管外圆、每一普通热管外圆分别与相对应的每一中隔板通孔内缘密封固接；中隔板外周圆与筒体内壁密封固接，使筒体内分为上下流道，上下流道左右两侧各有一开口；
上流道左侧开口外周圆密封固接连接管道出口，上流道右侧开口为冷流体出口；
下流道即为烟气流道。
2.如权利要求1所述的热管式换热器，其特征在于：还包括膨胀节，膨胀节位于连接管道中，两端与连接管道密封固接。
3.如权利要求1所述的热管式换热器，其特征在于：所述套管式高温热管外管，为光管，或在外管外侧面设有翅片；普通热管，为光管，或外侧面设有翅片。
4.如权利要求1所述的热管式换热器，其特征在于：所述工质，在套管式高温热管内腔中，充装有能在温度高于460℃时稳定工作的工质，适用于高温区工作，为液态金属钠、钾、钠钾合金其中之一；高温热管区径向吸收热流体的热量，使整个高温热管内外侧温度均匀，无“热斑”现象。
5.如权利要求1所述的热管式换热器，其特征在于：所述工质，普通热管内充装适用于中温热管区工作的工质，为导热姆A，联苯，导热姆E，萘，汞及水其中之一。
6.如权利要求1所述的热管式换热器，其特征在于：所述上、中、下隔板，联合作隔断及支撑用。
7.如权利要求1所述的热管式换热器，其特征在于：所述多根套管式高温热管束与多根普通热管束中的热管，数量和长度相等，或不等。
8.如权利要求1所述的热管式换热器，其特征在于：工作流程为：
a)冷流体由冷流体入口进入冷流体进口箱，再流入套管式高温热管内管，进入高温热管区，进行第一次加热；
b)同时，热流体从下流道右侧进入，横掠下流道，依次流过高温热管区、中温热管区，将热量传给热管，由左侧排出；
c)被第一次加热后的冷流体，从高温热管区内管流入冷流体出口箱，经出口箱顶端通孔，过连接管道入口流进连接管道，再过连接管道出口，从上流道左侧开口进入上流道；
d)然后，被第一次加热后的冷流体，横掠上流道，依次流过普通热管束上部、套管式高温热管束上部后，冷流体被第二次加热；
e)被第二次加热后的冷流体，由上流道右侧开口流出，进入后续装置。
9.如权利要求8所述的热管式换热器，其特征在于：所述c)步中，被第一次加热后的冷流体流过连接管道时，连接管道中的膨胀节缓解金属的热应力。
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| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20140924 |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |