CN104006686A - 一种可拆卸式组合热管 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可拆卸式组合热管，包括可贯穿地固定设置在管壁或塔壁上的热管绝热段直管及分别可拆卸地连接于热管绝热段直管两端的热管蒸发段和热管冷凝段，所述热管冷凝段包括若干热管冷凝段热管、热管冷凝段总管、热管冷凝段总管接口；所述热管蒸发段包括热管蒸发段总管、若干热管蒸发段热管、热管蒸发段总管接口。本发明结构简单，方便实用，便于安装及拆卸，较好地解决了在狭小空间内大热量的传递的问题，为诸如内部热集成精馏塔的传热、烟道气余热回收中的传热提供了一个较好的实用方案。

Description

一种可拆卸式组合热管

技术领域

本发明涉及传热及节能技术领域，尤其涉及一种可余热利用及狭小空间强化热量传递的可拆卸式组合热管。

背景技术

随着能源危机及环境污染的加剧，节约能源已越来越引起人们的重视，各种节能技术已被人们广泛使用。热管由于具有热量传输效率高，无需外部流体抽送系统，完全从热输入中得到液体和蒸汽循环所需的动力等特点，而被广泛应用与余热回收的节能技术领域。

热管在具体应用过程中，尤其是通过间壁技术回收和传递热量时，如回收烟道中烟气的余热、管道中腐蚀性高温流体的余热以及内部热集成精馏技术中内外塔之间的热量传递，如果采用常规的热管技术，需要固定有多根热管穿过管壁，影响管壁的机械强度，不便安装和拆卸，同时也增加了流体（气体或液体）通过管壁或塔壁泄露或互混，从而影响了节能效果及整个工艺质量。

为了解决热管在具体应用中的上述问题，提出一种可拆卸式组合热管解决这些问题，从而减少管壁的开孔面积和开孔数量，以便提高管壁强度及减少管壁间泄露的可能性。

发明内容

本发明针对上述单根热管在穿过管壁或塔壁中存在的问题，通过组合设计，提出了一种可以在塔壁内外或管壁内外分别安装的组合式热管，即解决了对管壁或塔壁机械强度的影响，同时也便于在组合热管上安装整体翅片，提高传热性能。如该组合式热管用于内部热集成精馏塔还有利于气液传质。

本发明通过以下技术实现：

一种可拆卸式组合热管，所述重力式热管换热元件包括可贯穿地固定设置在管壁或塔壁上的热管绝热段直管及分别可拆卸地连接于热管绝热段直管两端的热管蒸发段和热管冷凝段， 

所述热管冷凝段包括若干热管冷凝段热管、热管冷凝段总管、热管冷凝段总管接口，所述热管冷凝段总管两端密封，所述热管冷凝段热管相互平行地沿长度方向垂直焊接或一体式铸造在所述热管冷凝段总管上，所述热管冷凝段热管远离热管冷凝段总管的一端密封设置，所述热管冷凝段总管接口一端垂直焊接或一体式铸造于热管冷凝段总管中部，另一端与热管绝热段直管位于管外或塔外的一端螺纹连接；

所述热管蒸发段包括热管蒸发段总管、若干热管蒸发段热管、热管蒸发段总管接口，所述热管蒸发段总管两端密封，所述热管蒸发段热管相互平行地沿长度方向垂直焊接或一体式铸造在所述热管蒸发段总管上，所述热管蒸发段热管远离热管蒸发段总管的一端密封设置，所述热管蒸发段总管接口一端垂直焊接或一体式铸造于热管蒸发段总管中部，另一端与热管绝热段直管位于管内或塔内的一端螺纹连接。

进一步地，所述热管绝热段直管两端分别同轴地设有环形凸台状热管绝热段直管外接口和热管绝热段直管内接口，所述热管绝热段直管外接口和热管绝热段直管内接口的外周各设置有热管绝热段接口外螺纹，所述热管绝热段直管外接口和热管绝热段直管内接口中心各设置有可插入所述热管冷凝段总管接口及热管蒸发段总管接口的阶梯孔，所述热管冷凝段总管接口及热管蒸发段总管接口外周分别设置有热管冷凝段总管接口外螺纹和热管蒸发段总管接口外螺纹，所述热管冷凝段总管接口外螺纹和热管蒸发段总管接口外螺纹上各设置有一个螺母，所述热管绝热段接口外螺纹上均设置有相配合的压盖螺母，所述压盖螺母远离热管绝热段接口外螺纹的一端向内延伸设置有环形凸边，所述环形凸边的内径与热管冷凝段总管接口及热管蒸发段总管接口上向外延伸设置的环形凸缘的外径相一致，所述压盖螺母内孔与螺母的外圆间隙配合，所述热管冷凝段总管接口端面与阶梯孔的孔底之间、热管蒸发段总管接口的端面与阶梯孔的孔底之间分别设置有冷凝段主密封垫圈和蒸发段主密封垫圈。

进一步地，所述热管冷凝段总管接口为水平设置的直线形管道，且所述热管冷凝段总管接口、热管冷凝段热管和热管冷凝段总管在同一水平面上；所述热管蒸发段总管接口为曲线形管道，其连接热管蒸发段总管的一端及热管蒸发段热管和热管蒸发段总管在垂直方向上比热管冷凝段总管接口低0mm~100mm。

进一步地，所述热管冷凝段热管上垂直地焊接有相互平行的热管冷凝段翅片，所述热管蒸发段热管上垂直地焊接有相互平行的热管蒸发段翅片，所述热管冷凝段翅片及热管蒸发段翅片的间距均大于20mm，翅片可以逐块焊接在热管蒸发段热管或热管冷凝段热管上，也可以做成一体的板状套装翅片一次性安装。

进一步地，所述压盖螺母端面与热管绝热段直管的外圆轴肩之间分别设置有外管或外塔热管绝热段螺纹保护密封垫圈和内管或内塔热管绝热段螺纹保护密封垫圈，位于热管蒸发段和热管冷凝段内的螺母与压盖螺母的环形凸边之间分别设置有蒸发段总管接口密封垫圈和冷凝段总管接口密封垫圈。

进一步地，所述热管绝热段直管贯穿地焊接固定在管壁或塔壁上，所述热管绝热段直管下方还对称设置有位于管壁或塔壁内外侧的筋板。

进一步地，所述热管蒸发段翅片、热管冷凝段翅片、热管冷凝段热管、热管冷凝段总管、热管绝热段直管、热管蒸发段总管、热管蒸发段热管、热管冷凝段总管接口、热管蒸发段总管接口材料为铜、铝或铁及其合金，或者其他散热性能较好的金属材料。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

（1）在有限的空间内提供尽可能多的传热面积，将大量的热量从内管或内塔输送到外管或外塔，解决诸如内部热集成精馏塔内外塔传热或烟道中传热等问题。

（2）通过在热管上安装翅片，在强化传热的同时，对于内部热集成精馏塔，也有利于强化气液传质过程。

（3）热管组合在具体应用的装置中结构紧密，安装简单容易，可拆卸并替换各种零件。

（4）热管组合具体应用装置的管壁或塔壁开孔数量小，保证了装置的机械强度。

（5）由于采用多重密封技术，从而保证了热管本身的密封及具体应用装置上管壁或塔壁上的密封。

（6）由于在垂直方向上采用了热管蒸发段低于热管冷凝段，即使在热管内不采用吸液网芯，依靠重力作用，热管也能正常工作，从而简化了热管的加工过程。

附图说明

图1：本发明中的组合热管总体结构示意图。

图2：图1中的截面A-A的截面图。

图3：图2中B处的局部放大图。

图4： 本发明中的热管组合连接部件装配结构示意图。

其中，1-管壁或塔壁，2-热管冷凝段翅片，3-热管冷凝段热管，4-热管冷凝段总管，5-热管绝热段直管，6-热管蒸发段总管，7-热管蒸发段热管，8-热管蒸发段翅片，9-蒸发段总管接口密封垫圈，10-蒸发段主密封垫圈，11-内管或内塔热管绝热段螺纹保护密封垫圈，12-筋板，13-热管冷凝段总管接口外螺纹，14-热管冷凝段总管接口，15-螺母，16-压盖螺母，17-压盖螺母内螺纹，18-热管绝热段直管外接口， 19-热管绝热段直管内接口，20-热管绝热段接口外螺纹，21-热管蒸发段总管接口外螺纹，22-热管蒸发段总管接口，23-冷凝段总管接口密封垫圈，24-冷凝段主密封垫圈，25-外管或外塔热管绝热段螺纹保护密封垫圈，26-阶梯孔。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的发明目的作进一步详细地描述，实施例不能在此一一赘述，但本发明的实施方式并不因此限定于以下实施例。

结合本发明的附图1至4，对本发明装置结构及其装配方式进行详细说明。

如图1至图4所示，一种可拆卸式组合热管，所述重力式热管换热元件包括可贯穿地固定设置在管壁或塔壁1上的热管绝热段直管5及分别可拆卸地连接于热管绝热段直管5两端的热管蒸发段和热管冷凝段，所述热管绝热段直管5贯穿地焊接固定在管壁或塔壁1上，所述热管绝热段直管5下方还对称设置有位于管壁或塔壁1内外侧的筋板26，以加强热管绝热段直管5的稳定性及强度，

所述热管冷凝段包括若干热管冷凝段热管3、热管冷凝段总管4、热管冷凝段总管接口14，所述热管冷凝段总管4两端密封，所述热管冷凝段热管3相互平行地沿长度方向垂直焊接或一体式铸造在所述热管冷凝段总管4上，所述热管冷凝段热管3远离热管冷凝段总管4的一端密封设置，所述热管冷凝段总管接口14一端垂直焊接或一体式铸造于热管冷凝段总管4中部，另一端与热管绝热段直管5管外或塔外的一端螺纹连接；

所述蒸发段包括热管蒸发段总管6、若干热管蒸发段热管7、热管蒸发段总管接口22，所述热管蒸发段总管6两端密封，所述热管蒸发段热管7相互平行地沿长度方向垂直焊接或一体式铸造在所述热管蒸发段总管6上，所述热管蒸发段热管7远离热管蒸发段总管6的一端密封设置，所述热管蒸发段总管接口22一端垂直焊接或一体式铸造于热管蒸发段总管6中部，另一端与热管绝热段直管5位于管内或塔内的一端螺纹连接。

具体地，所述热管绝热段直管5两端分别同轴地设有环形凸台状热管绝热段直管外接口18和热管绝热段直管内接口19，所述热管绝热段直管外接口18和热管绝热段直管内接口19的外周各设置有热管绝热段接口外螺纹20，所述热管绝热段直管外接口18和热管绝热段直管内接口19中心各设置有可插入所述热管冷凝段总管接口14及热管蒸发段总管接口22的阶梯孔26，所述热管冷凝段总管接口14及热管蒸发段总管接口22外周分别设置有热管冷凝段总管接口外螺纹13和热管蒸发段总管接口外螺纹21，所述热管冷凝段总管接口外螺纹13和热管蒸发段总管接口外螺纹21上各设置有一个螺母15，所述热管绝热段接口外螺纹20上均设置有相配合的压盖螺母16，所述压盖螺母16远离热管绝热段接口外螺纹20的一端向内延伸设置有环形凸边，所述环形凸边的内径与热管冷凝段总管接口14及热管蒸发段总管接口22上向外延伸设置的环形凸缘的外径相一致，所述压盖螺母16内孔与螺母15的外圆间隙配合，所述热管冷凝段总管接口14端面与阶梯孔26的孔底之间、热管蒸发段总管接口22的端面与阶梯孔26的孔底之间分别设置有冷凝段主密封垫圈24和蒸发段主密封垫圈10。

同时，为进一步提高密封效果，保护各零部件免受腐蚀，所述压盖螺母16端面与热管绝热段直管5的外圆轴肩之间分别设置有外管或外塔热管绝热段螺纹保护密封垫圈25和内管或内塔热管绝热段螺纹保护密封垫圈11，位于热管蒸发段和热管冷凝段内的螺母15与压盖螺母16的环形凸边之间分别设置有蒸发段总管接口密封垫圈9和冷凝段总管接口密封垫圈23。

在热管蒸发段的密封垫圈组合中，起主要密封作用的是蒸发段主密封垫圈10，蒸发段主密封垫圈10将热管蒸发段总管接口22外的精馏物料和热管绝热段直管内接口19的管内工质隔离，而蒸发段总管接口密封垫圈9和内管或内塔热管绝热段螺纹保护密封垫圈11的密封作用主要是起到进一步的密封，同时保护连接元件的，蒸发段总管接口密封垫圈9和内管或内塔热管绝热段螺纹保护密封垫圈11隔离了精馏物料，保护压盖螺母内螺纹17、热管绝热段接口外螺纹20和热管蒸发段总管接口外螺纹21，使它们免于腐蚀，更有利于装置的拆卸更换。热管冷凝段的密封垫圈组合的作用机理和热管蒸发段的密封垫圈组合的作用机理相似，不再赘述。

进一步地，如图2所示，所述热管冷凝段总管接口14为水平设置的直线形管道，且所述热管冷凝段总管接口14、热管冷凝段热管3和热管冷凝段总管4在同一水平面上；所述热管蒸发段总管接口22为曲线形管道，其连接热管蒸发段总管6的一端及热管蒸发段热管7和热管蒸发段总管6在垂直方向上比热管冷凝段总管接口14低0mm~100mm，使得热管内的液相工质能通过重力作用回流到热管蒸发段。

如图1及图2所示，为增加散热面积，进一步提高散热效果，所述热管冷凝段热管3上垂直地焊接有相互平行的热管冷凝段翅片2，所述热管蒸发段热管7上垂直地焊接有相互平行的热管蒸发段翅片8，所述热管冷凝段翅片2热管蒸发段翅片8的间距均大于20mm，用以减少对工艺物流气液相产生过大的流动阻力。

进一步地，所述热管蒸发段翅片8、热管冷凝段翅片2、热管冷凝段热管3、热管冷凝段总管4、热管绝热段直管5、热管蒸发段总管6、热管蒸发段热管7、热管冷凝段总管接口14、热管蒸发段总管接口22材料为铜、铝或铁及其合金，也可以采用其他传热性能较好的金属材料。

本实施例的可拆卸式组合热管的主体结构为热管，主要由三部分组成，热管蒸发段、热管绝热段直管5和热管冷凝段，三个部件分别制造，然后通过连接部件将他们密封连接。热管冷凝段热管3和热管冷凝段总管4采用一体化铸造，装上热管冷凝段翅片2并对热管冷凝段总管接口14切出热管冷凝段总管接口外螺纹13，则得到本实施例的热管冷凝段。同样，热管蒸发段热管7和热管蒸发段总管6也采用一体化铸造，装上热管蒸发段翅片8并对热管蒸发段总管接口22切出热管蒸发段总管接口外螺纹21，则得到本实施例的热管蒸发段。

本实施例提供的可拆卸式组合热管的安装过程大致如下：

首先在管壁或塔壁1上开孔，插入热管绝热段直管5，将热管绝热段直管5焊接好，同时在热管绝热段直管5下端与管壁或塔壁1之间焊接筋板12以加强热管绝热段直管5的强度；

接着把内管或内塔热管绝热段螺纹保护密封垫圈11套在热管绝热段直管内接口19上，接着将中空的压盖螺母16套在热管蒸发段总管接口22光管部分，把蒸发段总管接口密封垫圈9套在热管蒸发段总管接口22上，通过拧紧螺母15使得蒸发段总管接口密封垫圈9牢固地卡在螺母15和热管蒸发段总管接口22的环形凸缘上。将热管蒸发段吊起在空中，对准热管蒸发段总管接口22和热管绝热段直管内接口19，两接口之间放上蒸发段主密封垫圈10，拧上压盖螺母16，使压盖螺母内螺纹17咬紧热热管绝热段接口外螺纹20，装配好的结构如图2和3所示；

完成热管蒸发段的装配后，用同样的方法装配热管冷凝段，如图3所示，拧紧压盖螺母16后，由于螺母15的卡位作用，冷凝段总管接口密封垫圈23被压盖螺母16、螺母15和热管冷凝段总管接口14上的环形凸缘固定，同时热管冷凝段总管接口14被压盖螺母16顶住；拧上压盖螺母16，使压盖螺母内螺纹17咬紧热管绝热段接口外螺纹20，将热管冷凝段总管接口14与热管绝热段直管外接口18连接起来，同时压紧了冷凝段主密封垫圈24和外管或外塔热管绝热段螺纹保护密封垫圈25；

连接好组合热管各种元件后，按常规热管加工方法，现场抽真空并灌注热管工作介质。

本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种可拆卸式组合热管，其特征在于：所述重力式热管换热元件包括可贯穿地固定设置在管壁或塔壁(1)上的热管绝热段直管(5)及分别可拆卸地连接于热管绝热段直管(5)两端的热管蒸发段和热管冷凝段， 

所述热管冷凝段包括若干热管冷凝段热管(3)、热管冷凝段总管(4)、热管冷凝段总管接口(14)，所述热管冷凝段总管(4)两端密封，所述热管冷凝段热管(3)相互平行地沿长度方向垂直焊接或一体式铸造在所述热管冷凝段总管(4)上，所述热管冷凝段热管(3)远离热管冷凝段总管(4)的一端密封设置，所述热管冷凝段总管接口(14)一端垂直焊接或一体式铸造于热管冷凝段总管(4)中部，另一端与热管绝热段直管(5)管外或塔外的一端螺纹连接；

所述热管蒸发段包括热管蒸发段总管(6)、若干热管蒸发段热管(7)、热管蒸发段总管接口(22)，所述热管蒸发段总管(6)两端密封，所述热管蒸发段热管(7)相互平行地沿长度方向垂直焊接或一体式铸造在所述热管蒸发段总管(6)上，所述热管蒸发段热管(7)远离热管蒸发段总管(6)的一端密封设置，所述热管蒸发段总管接口(22)一端垂直焊接或一体式铸造于热管蒸发段总管(6)中部，另一端与热管绝热段直管(5)位于管内或塔内的一端螺纹连接。

2.根据权利要求1所述的可拆卸式组合热管，其特征在于：所述热管绝热段直管(5)两端分别同轴地设有环形凸台状热管绝热段直管外接口(18)和热管绝热段直管内接口(19)，所述热管绝热段直管外接口(18)和热管绝热段直管内接口(19)的外周各设置有热管绝热段接口外螺纹(20)，所述热管绝热段直管外接口(18)和热管绝热段直管内接口(19)中心各设置有可插入所述热管冷凝段总管接口(14)及热管蒸发段总管接口(22)的阶梯孔(26)，所述热管冷凝段总管接口(14)及热管蒸发段总管接口(22)外周分别设置有热管冷凝段总管接口外螺纹(13)和热管蒸发段总管接口外螺纹(21)，所述热管冷凝段总管接口外螺纹(13)和热管蒸发段总管接口外螺纹(21)上各设置有一个螺母(15)，所述热管绝热段接口外螺纹(20)上均设置有相配合的压盖螺母(16)，所述压盖螺母(16)远离热管绝热段接口外螺纹(20)的一端向内延伸设置有环形凸边，所述环形凸边的内径与热管冷凝段总管接口(14)及热管蒸发段总管接口(22)上向外延伸设置的环形凸缘的外径相一致，所述压盖螺母(16)内孔与螺母(15)的外圆间隙配合，所述热管冷凝段总管接口(14)端面与阶梯孔(26)的孔底之间、热管蒸发段总管接口(22)的端面与阶梯孔(26)的孔底之间分别设置有冷凝段主密封垫圈(24)和蒸发段主密封垫圈(10)。

3.根据权利要求2所述的可拆卸式组合热管，其特征在于：所述热管冷凝段总管接口(14)为水平设置的直线形管道，且所述热管冷凝段总管接口(14)、热管冷凝段热管(3)和热管冷凝段总管(4)在同一水平面上；所述热管蒸发段总管接口(22)为曲线形管道，其连接热管蒸发段总管(6)的一端及热管蒸发段热管(7)和热管蒸发段总管(6)在垂直方向上比热管冷凝段总管接口(14)低0mm~100mm。

4.根据权利要求3所述的可拆卸式组合热管，其特征在于：所述热管冷凝段热管(3)上垂直地焊接有相互平行的热管冷凝段翅片(2)，所述热管蒸发段热管(7)上垂直地焊接有相互平行的热管蒸发段翅片(8)，所述热管冷凝段翅片(2)及热管蒸发段翅片(8)的间距均大于20mm。

5.根据权利要求4所述的可拆卸式组合热管，其特征在于：所述压盖螺母(16)端面与热管绝热段直管(5)的外圆轴肩之间分别设置有外管或外塔热管绝热段螺纹保护密封垫圈(25)和内管或内塔热管绝热段螺纹保护密封垫圈(11)，位于热管蒸发段和热管冷凝段内的螺母(15)与压盖螺母(16)的环形凸边之间分别设置有蒸发段总管接口密封垫圈(9)和冷凝段总管接口密封垫圈(23)。

6.根据权利要求1至5任一项所述的可拆卸式组合热管，其特征在于：所述热管绝热段直管(5)贯穿地焊接固定在管壁或塔壁(1)上，所述热管绝热段直管(5)下方还对称设置有位于管壁或塔壁(1)内外侧的筋板(26)。

7.根据权利要求6所述的可拆卸式组合热管，其特征在于：所述热管蒸发段翅片(8)、热管冷凝段翅片(2)、热管冷凝段热管(3)、热管冷凝段总管(4)、热管绝热段直管(5)、热管蒸发段总管(6)、热管蒸发段热管(7)、热管冷凝段总管接口(14)、热管蒸发段总管接口(22)材料为铜、铝或铁及其合金。