CN103808173A - 列管式环形通道大通量微通道换热器 - Google Patents
列管式环形通道大通量微通道换热器 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了列管式环形通道大通量微通道换热器，该换热器通过套管（3）套装在列管（2）内，套管（3）与列管（2）之间形成环形间隙，环形间隙间距为0.05～5mm，以0.2～1mm为优。本发明采用列管式环形通道设计，使得该换热器微通道的截面积和比表面积非常大，液体的传热系数可达105W/(m2·K)以上，解决目前常规换热器传热效果差的难题，同时实现了大通量。
Description
技术领域
本发明涉及微通道换热器，具体涉及一种列管式环形通道大通量微通道换热器。
背景技术
在工业生产中实现两种物料之间热量传递的设备统称为换热器。换热器在工业生产中的应用非常广，是在石油化工、冶金、电力、轻工、食品等行业普遍应用的一种通用工艺设备。据统计，在炼油、化工装置中换热器占总设备数量的40%左右，占总投资的30%～45%，而海水淡化工艺装置几乎全部是由换热器组成的。
上个世纪70年代初发生的世界性的能源危机，有力地促进了强化传热技术的发展。但是，经过多年的不断改进和发展，目前常规换热器中，传热效果比较好的管壳式换热器其最大换热效率也只达到了14000w/（m2.k）。为了节能降耗，提高工业生产的经济效益，如何提高换热器的紧凑度，以达到在单位体积上传递更多的热量，一直以来仍然是换热器研究和发展应用的目标。
微通道换热器是一类新型的换热设备，其特征是通道当量直径在微米级。由于其通道特征尺度微小，使其具有很高的传热能力和很大的传热面积/体积比，据报道，液体的传热系数可达105W/(m2·K)。因此，微通道换热器的出现，解决了常规换热器传热效果差的难题。但是，微通道换热器由于其通道特征尺度微小，物料通量也小，对于在大规模物料需要进行热交换的石油化工等领域的应用一直是个瓶颈。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种列管式环形通道大通量微通道换热器，解决目前常规换热器传热效果差以及现有微通道换热器物料通量小的难题。
本发明的技术解决方案是：该列管式环形通道大通量微通道换热器包括筒体、列管、套管、一号管板、一号法兰、一号支撑花板、一号封头、折流板、二号封头、二号支撑花板、二号法兰、二号管板、弹簧、支撑板和螺钉，一号管板和二号管板焊接在筒体内，支撑板也焊接在筒体内，筒体内还带有折流板，筒体上设有换热介质进口和换热介质出口，列管套装在筒体内，列管的一端焊接在一号管板上，列管的另一端焊接在二号管板上，一号支撑花板和二号支撑花板通过螺钉固定在支撑板上，套管套装在列管内，套管的两端做成封闭的圆锥体，分别固定在一号支撑花板和二号支撑花板相应的开孔内，弹簧放置于一号支撑花板和螺钉之间，筒体的一端通过一号法兰与一号封头连接，一号封头上设有物料出口，筒体的另一端通过二号法兰与二号封头连接，二号封头上设有物料进口，整体构成了列管式环形通道大通量微通道换热器。
本发明的套管套装在列管内，套管与列管之间形成环形间隙，环形间隙间距为0.05～5mm，以0.2～1mm为优，形成环形微通道。
本发明的列管的数量为2～10000根，根据生产要求以100～1000根为优，列管的直径d1为5～108mm，以18～57mm为优，列管的长度L为500～12000mm，以1000～3000mm为优。
本发明的一号支撑花板和二号支撑花板上的开孔数量都大于列管的数量，与列管数量相等的开孔与一号管板和二号管板上的开孔同心同轴。
本发明的一号支撑花板和二号支撑花板的孔径d3小于套管的直径d2。
本发明具有以下优点：
（1）采用列管式环形通道设计，使得该换热器微通道的截面积非常大，当进料压力为0.3Mpa、微通道环隙间距为0.6mm时，单管单环形微通道物料的通量可达到1080 m3/年；当微通道环隙间距为1mm时，该单管微通道物料的通量可达到9000 m3/年；如果制造一台直径为600mm的该种换热器，列管数量约为100根，当环隙为0.6mm时，换热器的物料年通量就可轻松达到10万吨级，彻底解决了微通道换热器如何实现大通量这一世界性难题。
（2）该换热器比表面积非常大，当列管直径在25～27mm、环隙为0.5～1mm时，比表面积可达到2，041～4，082m2/m3；而当环隙为0.2mm时，其换热器比表面积可达到10，616 m2/m3，液体的传热系数可达105W/(m2·K)以上。
（3）本发明适合各种金属和非金属材料制作，尤其以不锈钢为优。
附图说明
图1为本发明结构主视示意图。
图2为本发明A-A剖视示意图。
图3为本发明微通道结构截面示意图。
图中：1筒体、2列管、3套管、4一号管板、5一号法兰、6一号支撑花板、7一号封头、8折流板、9二号封头、10二号支撑花板、11二号法兰、12二号管板、13弹簧、14支撑板、15螺钉。
具体实施方式
如图1-3所示，该列管式环形通道微通道换热器包括筒体1、列管2、套管3、一号管板4、一号法兰5、一号支撑花板6、一号封头7、折流板8、二号封头9、二号支撑花板10、二号法兰11、二号管板12、弹簧13、支撑板14和螺钉15，一号管板4和二号管板12焊接在筒体1内，支撑板14也焊接在筒体1内，筒体1内还带有折流板8，筒体1上设有换热介质进口和换热介质出口，列管2套装在筒体1内，列管2的一端焊接在一号管板4上，列管2的另一端焊接在二号管板12上，一号支撑花板6和二号支撑花板10通过螺钉15固定在支撑板14上，套管3套装在列管2内，套管3的两端做成封闭的圆锥体，分别固定在一号支撑花板6和二号支撑花板10相应的开孔内，弹簧13放置于一号支撑花板6和螺钉15之间，筒体1的一端通过一号法兰5与一号封头7连接，一号封头7上设有物料出口，筒体1的另一端通过二号法兰11与二号封头9连接，二号封头9上设有物料进口，整体构成了列管式环形通道大通量微通道换热器。
本发明的套管套装在列管内，套管与列管之间形成环形间隙，环形间隙间距为0.05～5mm，以0.2～1mm为优，形成环形微通道。
本发明的列管的数量为2～10000根，根据产能要求以100～1000根为优，列管的直径d1为5～108mm，以18～57mm为优，列管的长度L为500～12000mm，以1000～3000mm为优。
本发明的一号支撑花板6和二号支撑花板10上的开孔数量都大于列管2的数量，与列管2数量相等的开孔与一号管板4和二号管板12上的开孔同心同轴。
本发明的一号支撑花板6和二号支撑花板10的孔径d3小于套管3的直径d2。
安装时，保证列管2、套管3同心同轴；使用时，物料从二号封头9上的物料进口进入换热器的环形微通道，与列管2与筒体1之间的换热介质进行热交换，然后从一号封头7上的物料出口流出。
Claims (7)
1.列管式环形通道大通量微通道换热器，其特征是：该换热器包括筒体（1）、列管（2）、套管（3）、一号管板（4）、一号法兰（5）、一号支撑花板（6）、一号封头（7）、折流板（8）、二号封头（9）、二号支撑花板（10）、二号法兰（11）、二号管板（12）、弹簧（13）、支撑板（14）和螺钉（15），一号管板（4）和二号管板（12）焊接在筒体（1）内，支撑板（14）也焊接在筒体（1）内，筒体（1）内还带有折流板（8），筒体（1）上设有换热介质进口和换热介质出口，列管（2）套装在筒体（1）内，列管（2）的一端焊接在一号管板（4）上，列管（2）的另一端焊接在二号管板（12）上，一号支撑花板（6）和二号支撑花板（10）通过螺钉（15）固定在支撑板（14）上，套管（3）套装在列管（2）内，套管（3）的两端做成封闭的圆锥体，分别固定在一号支撑花板（6）和二号支撑花板（10）相应的开孔内，弹簧（13）放置于一号支撑花板（6）和螺钉（15）之间，筒体（1）的一端通过一号法兰（5）与一号封头（7）连接，一号封头（7）上设有物料出口，筒体（1）的另一端通过二号法兰（11）与二号封头（9）连接，二号封头（9）上设有物料进口，整体构成了列管式环形通道大通量微通道换热器。
2.根据权利要求1所述的列管式环形通道大通量微通道换热器，其特征是：套管（3）套装在列管（2）内，套管（3）与列管（2）之间形成环形间隙，环形间隙间距为0.05～5mm。
3.根据权利要求2所述的列管式环形通道大通量微通道换热器，其特征是：环形间隙间距为0.2～1mm。
4.根据权利要求1所述的列管式环形通道大通量微通道换热器，其特征是：列管（2）的数量为2～10000根，列管（2）的直径d1为5～108mm，列管（2）的长度L为500～12000mm。
5.根据权利要求4所述的列管式环形通道大通量微通道换热器，其特征是：列管（2）的数量为100～1000根，列管（2）的直径d1为18～57mm，列管（2）的长度L为1000～3000mm。
6.根据权利要求1所述的列管式环形通道大通量微通道换热器，其特征是：一号支撑花板（6）和二号支撑花板（10）的孔径d3小于套管（3）的直径d2。
7.根据权利要求1所述的列管式环形通道大通量微通道换热器，其特征是：一号支撑花板（6）和二号支撑花板（10）上的开孔数量都大于列管（2）的数量，与列管（2）数量相等的开孔与一号管板（4）和二号管板（12）上的开孔同心同轴。
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2014
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