CN104990430A - 同轴体组合换热器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种同轴体组合换热器，包括螺旋通道同轴换热体、圆形分隔板、圆形阻尼板、换热器筒体、封头、管口和支座，与其他类型的换热器相比有较大换热能力、较高的换热效率、较高耐压能力、较低制造成本、较小安装空间、较长使用寿命，是换热器家族中的新类型。

Description

同轴体组合换热器

技术领域

本发明涉及换热器领域，具体是一种同轴体组合换热器。

背景技术

目前常用换热器有列管换热器、螺旋板换热器、板式换热器和热管换热器等几种类型，每种类型的换热器都有优缺点，列管换热器制造工艺比较复杂，特别是管板和筒体法兰制造成本较高，光管流道长度短并易形成层流，影响传热效果和容易结垢；螺旋板换热器结构紧凑，不形成层流，不易结垢，但焊接工作量太大，制造完工后，通道内的异物不易清理干净，使用环境受限，另螺旋板既受内压又受外压，随直径增加承压能力急剧下降，由此限制了换热面积不能太大，否则必须增加板厚，导致制造成本大大增加；板式换热器为可拆式板片换热器，液-液换热时有比较优势，但耐垢性较差，对板片间的密封条要求很高，否则易泄露；热管式换热器在烟气余热回收方面有比较优势，相对体积较大，两相介质间的管板制造、安装、密封比较困难。

发明内容    本发明的目的是提供一种同轴体组合换热器，以解决现有技术存在的问题。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

同轴体组合换热器，其特征在于：包括有换热器筒体，换热器筒体的筒壁上安装有多个管口，换热器筒体两端筒口分别连接有封头，且换热器筒体两端筒口内分别同轴安装有圆形分隔板，换热器筒体内同轴安装有圆形阻尼板，换热器筒体内还设置有一个或多个螺旋通道同轴换热体，所述螺旋通道同轴换热体包括中心管，以及从内至外依次同轴套在中心管外的多层同轴管子，所述中心管及多层同轴管子外壁上分别绕焊有螺旋体，以中心管作为第一层管子，中心管外的多层同轴管子依次为第二层、第三层……第N层管子，其中第N-1层管子与第N层管子两端之间分别密封焊接有端封圆环，从而在第N-1层管子与第N层管子之间形成密封腔，第N层管子与第N+1层管子两端之间分别敞开，其中N为≧2的偶数，相邻密封腔之间的管子两端之间焊接有连通相邻密封腔的短管，且短管直径从内向外依次增大；所述螺旋通道同轴换热体与换热器筒体共中心轴线，且螺旋通道同轴换热体在筒体内穿过圆形阻尼板，螺旋通道同轴换热体的两端分别支撑在圆形分隔板中。

所述的同轴体组合换热器，其特征在于：换热器筒体上分别设置有连接管口，连接管口既可以是法兰连接也可以是螺纹连接。

所述的同轴体组合换热器，其特征在于：所述螺旋体为断面为矩形的扁钢带或断面为圆形的圆钢制成，螺旋体材质与同轴管子材质相同。

所述的同轴体组合换热器，其特征在于：所述圆形分隔板上开有若干个相同直径的安装孔，安装孔的直径比螺旋通道同轴换热体的外径大1~2mm左右，安装孔的数量和排列形式由螺旋通道同轴换热体的数量和排列方式确定，圆形分隔板安装在换热器筒体内的两端筒口内，圆形分隔板的外圆周与换热器筒体内侧壁焊牢并密封，圆形分隔板上的安装孔的孔壁分别与螺旋通道同轴换热体两端的外圆周焊牢并密封，两圆形分隔板的外侧与两封头的内侧分别形成同一介质的进口腔和出口腔。

所述的同轴体组合换热器，其特征在于：所述圆形阻尼板上开有若干个相同直径的安装孔，安装孔的数量和排列方式与圆形分隔板完全一样，圆形阻尼板安装在换热器筒体内两圆形分隔板中间位置，螺旋通道同轴换热体穿过圆形阻尼板上的安装孔，且圆形阻尼板上的安装孔与螺旋通道同轴换热体之间的装配间隙为0.5~1mm，圆形阻尼板外圆周与换热器筒体内壁焊接固定，圆形阻尼板的外圆周上开有一个排放小缺口，圆形阻尼板两侧与两端圆形分隔板内侧分别形成另一介质的出口集聚腔和进口集聚腔。

本发明中的同轴体组合换热器特征是用螺旋通道同轴换热体两端的径向短管和中间的圆形阻尼板，最简单地把多个螺旋通道同轴换热体并联互通，为同轴体组合换热器有较大换热能力、较高耐压能力、较低制造成本、较小安装空间、较长使用寿命的实现创造了条件；螺旋通道同轴换热体管子可以根据不同介质的腐蚀性选用不同的耐蚀材料或做表面耐蚀处理，以延长同轴体组合换热器的使用寿命；根据压力容器的设计理论无论是受内压还是受外压筒体（特别是受外压筒体)，在材质和壁厚不变的情况下，其许用压力随直径的增加而急剧下降，所以螺旋通道同轴换热体的外径在200mm以内，用并联的方式满足不同流量和换热面积的要求；分隔板外侧的介质自一端分隔板外侧与封头内侧空间经所有螺旋通道同轴换热体敞开腔流道流向另一端分隔板外侧与另一端封头内侧空间流出换热器壳体；分隔板内侧的介质自阻尼板与分隔板内侧的空间经所有焊接短管口沿所有螺旋通道同轴换热体密封腔流道流向另一端焊接短管口汇聚到阻尼板与分隔板内侧空间流出换热器壳体，不同温度的两种介质同时流经换热器的过程即完成了两种介质的热量交换和传递。

本发明中螺旋通道同轴换热体是介质在螺旋通道内流动时边做圆周运动边做轴向运动，与列管和板式换热器相比，加长了流道长度,不形成层流，对通道有冲刷作用，不易结垢，耐垢性较好,大大增强了换热效果，相邻管子间的螺旋体在内外管子间起支撑作用，大大增强了受外压管子的稳定性，依据介质流量的大小确定螺旋体螺距的大小，螺旋通道同轴换热体的外径很小，与螺旋板换热器相比，其承压能力很高，单位换热面积的用材少，焊接量降低了很多倍，换热面积的大小不再是由直径大小决定，而是由螺旋通道同轴换热体的轴向长度即同轴管子长度和并列数量决定；螺旋通道同轴换热体两端的端封圆环和沿直径方向的焊接短管把螺旋通道同轴换热体的所有同轴管子连接成整体，螺旋通道同轴换热体两端的直径方向的焊接短管，不仅是介质的出入口，还是同轴管子间的连接体，两端沿直径方向的焊接短管对称布置，既保证了介质的可靠流进流出，无气塞现象，又保证了同轴管子间连接的可靠性，当螺旋通道同轴换热体水平安装时，其两端的对称布置的焊接短管的轴线位置垂直于水平面，以确保螺旋通道同轴换热体密封腔内的介质在停机时能够排出干净；螺旋通道同轴换热体垂直安装时，其两端的焊接短管的方位没有要求，因在重力作用下，停机时介质沿通道经焊接短管口能够排出干净。

本发明中圆形分隔板不再是起列管换热器中管板的承压作用，而是把压力传递给了螺旋通道同轴换热体，让螺旋通道同轴换热体承担轴向载荷，圆形分隔板只是起把两种不同温度的介质完全分开和径向支撑螺旋通道换热体的作用，所以圆形分隔板制造很容易，用材极少，不用锻造，不用上机床精加工，不用大量钻孔，成本很低。

本发明中圆形阻尼板，是把换热器筒体内、螺旋通道同轴换热体外及两分隔板内侧内的空间分隔成两部分，一部分为介质的进口集聚腔，一部分为该介质的出口集聚腔，让该介质在螺旋通道同轴换热体的密封腔的螺旋通道里流动，圆形阻尼板另一个作用是对螺旋通道同轴换热体有支撑作用，提高了螺旋通道同轴换热体的稳定性；当螺旋通道同轴换热体水平安装时，阻尼板的最下端开一小缺口，作为停机时的排出口，当螺旋通道同轴换热体垂直安装时，阻尼板的小缺口的方位在换热器筒体上的出口管的180°的位置上。

本发明提供了一种同轴体组合换热器，集聚各类型换热器的优点，回避缺点，提高了生产过程中热能交换的效率和能力，降低了换热器制造成本，节约了安装空间。

附图说明

图1为同轴体组合换热器全剖正视图。

图2为同轴体组合换热器断面剖视图。

图3为螺旋通道同轴换热体全剖正视图。

图4为螺旋通道同轴换热体断面剖视图。

图5为螺旋通道同轴换热体密封腔内管正视图。

图6为螺旋通道同轴换热体密封腔内管断面剖视图。

图7为螺旋通道同轴换热体密封腔外管正视图。

图8为螺旋通道同轴换热体密封腔外管断面剖视图。

图9为圆形分隔板正视图。

图10为圆形阻尼板正视图。

具体实施方式

如图1-图10所示，同轴体组合换热器，包括有换热器筒体6，换热器筒体6的筒壁上安装有多个管口2，换热器筒体6两端筒口分别连接有封头5，且换热器筒体6两端筒口内分别同轴安装有圆形分隔板4，换热器筒体6内同轴安装有圆形阻尼板8，换热器筒体6内还设置有一个或多个螺旋通道同轴换热体1，螺旋通道同轴换热体1包括中心管，以及从内至外依次同轴套在中心管外的多层同轴管子1.1-1.7，中心管及多层同轴管子1.1-1.7外壁上分别绕焊有螺旋体1.14，以中心管作为第一层管子，中心管外的多层同轴管子1.1-1.7依次为第二层、第三层……第N层管子，其中第N-1层管子与第N层管子两端之间分别密封焊接有端封圆环1.8-1.10，从而在第N-1层管子与第N层管子之间形成密封腔，第N层管子与第N+1层管子两端之间分别敞开，其中N为≧2的偶数，相邻密封腔之间的管子两端之间焊接有连通相邻密封腔的短管1.11-1.13，且短管1.11-1.13直径从内向外依次增大；螺旋通道同轴换热体1在筒体6内穿过圆形阻尼板8，螺旋通道同轴换热体1的两端分别支撑在圆形分隔板4中。

换热器筒体6上的管口口壁上分别设置有法兰7或连接螺纹，换热器筒体6由多个支座3支撑。

螺旋体1.14为断面为矩形的扁钢带制成，其材质与同轴管子材质相同。

圆形分隔板4上开有若干个相同直径的安装孔，安装孔的直径比螺旋通道同轴换热体1的外径大1~2mm左右，安装孔的数量和排列形式由螺旋通道同轴换热体1的数量和排列方式确定，圆形分隔板4安装在换热器筒体6内的两端筒口内，圆形分隔板4的外圆周与换热器筒体6内侧壁焊牢并密封，圆形分隔板4上的安装孔的孔壁分别与螺旋通道同轴换热体1两端的外圆周焊牢并密封，两圆形分隔板4的外侧与两封头5的内侧分别形成同一介质的进口腔和出口腔。

圆形阻尼板8上开有若干个相同直径的安装孔，安装孔的数量和排列方式与圆形分隔板4完全一样，圆形阻尼板8安装在换热器筒体6内两圆形分隔板4中间位置，螺旋通道同轴换热体1穿过圆形阻尼板8上的安装孔，且圆形阻尼板8上的安装孔与螺旋通道同轴换热体1之间的装配间隙为0.5~1mm，圆形阻尼板8外圆周与换热器筒体6内壁焊接固定，圆形阻尼板8的外圆周上开有一个排放小缺口，圆形阻尼板8两侧与两端圆形分隔板4内侧分别形成另一介质的出口集聚腔和进口集聚腔。

本发明包括有换热器筒体6，封头5，筒体6 与封头5联接在一起组成换热器的外壳，让两相不同的介质在该外壳内流动和换热；管口2分别焊接在换热器外壳的相应位置上，分别是两相不同温度的介质进出换热器壳体的进口接管和出口接管；支座3是焊接在换热器壳体外固定和安装换热器的装置；圆形分隔板4固定在换热器筒体内两端部位置，外圆周与换热器筒体6密封焊接，螺旋通道同轴换热体1安装在圆形分隔板的安装孔中并与圆形分隔板密封焊接，圆形分隔板4的主要作用是支承螺旋通道同轴换热体1和把换热器壳体6内的空间分隔成完全密封的两部分，每一部分集聚和流动着两种不同温度的介质，介质在流动的过程中实现热量交换但不相互掺杂和渗透；圆形阻尼板8安装在换热器筒体6内两圆形分隔板4中间位置，与换热器筒体内壁焊接，所有螺旋通道同轴换热体1都穿过圆形阻尼板8的安装孔，该安装孔与螺旋通道换热体1不用焊接，圆形阻尼板的作用是把换热器筒体6内、螺旋通道同轴换热体外及两分隔板内侧内的空间分隔成两部分，一部分为介质的进口集聚腔，一部分为该介质的出口集聚腔，让该介质在螺旋通道同轴换热体1的密封腔的螺旋通道里流动，圆形阻尼板8另一个作用是对螺旋通道同轴换热体1有支撑作用，提高了螺旋通道同轴换热体1的稳定性；螺旋通道同轴换热体1是换热器的换热部件，热量交换由螺旋通道同轴换热体1完成，螺旋通道同轴换热体1由同轴管子1.1~1.7，端封圆环1.8~1.10，短管1.11~1.13组成，同轴管子分密封腔内层同轴管子和密封腔外层同轴管子，端封圆环依次相间分别安装在密封腔内层同轴管子和外层同轴管子之间的两端并密封焊接，形成依次相间的同轴密封腔，相邻同轴密封腔之间形成同轴敞开腔，每个同轴密封腔，依次同轴装配在一起，依次用短管1.11~1.13连通并形成整体，，密封腔内层同轴管子由换热管、螺旋体、短管焊接而成，密封腔外层同轴管子由螺旋体和换热管焊接而成，换热管两端径向相应位置开通连接短管的通孔，然后密封腔内层管子和外层管子依次交替同轴装配、焊接，组成螺旋通道同轴换热体，螺旋通道同轴换热体每层同轴管子间形成螺旋通道，两种不同温度的介质分别交替在密封腔和敞开腔内的螺旋通道内做螺旋线流动，达到完成热量传递和交换的目的。

Claims (5)

1.同轴体组合换热器，其特征在于：包括有换热器筒体，换热器筒体的筒壁上安装有多个管口，换热器筒体两端筒口分别连接有封头，且换热器筒体两端筒口内分别同轴安装有圆形分隔板，换热器筒体内同轴安装有圆形阻尼板，换热器筒体内还设置有一个或多个螺旋通道同轴换热体，所述螺旋通道同轴换热体包括中心管，以及从内至外依次同轴套在中心管外的多层同轴管子，所述中心管及多层同轴管子外壁上分别绕焊有螺旋体，以中心管作为第一层管子，中心管外的多层同轴管子依次为第二层、第三层……第N层管子，其中第N-1层管子与第N层管子两端之间分别密封焊接有端封圆环，从而在第N-1层管子与第N层管子之间形成密封腔，第N层管子与第N+1层管子两端之间分别敞开，其中N为≧2的偶数，相邻密封腔之间的管子两端之间焊接有连通相邻密封腔的短管，且短管直径从内向外依次增大；所述螺旋通道同轴换热体在筒体内穿过圆形阻尼板，两端分别支撑在圆形分隔板中。

2.根据权利要求1所述的同轴体组合换热器，其特征在于：换热器筒体上分别设置有连接管口，连接管口可以是法兰连接或螺纹连接。

3.根据权利要求1所述的同轴体组合换热器，其特征在于：所述螺旋体为断面为矩形的扁钢带或断面为圆形的圆钢制成，螺旋体材质与同轴管子材质相同。

4.根据权利要求1所述的同轴体组合换热器，其特征在于：所述圆形分隔板上开有若干个相同直径的安装孔，安装孔的直径比螺旋通道同轴换热体的外径大1~2mm左右，安装孔的数量和排列形式由螺旋通道同轴换热体的数量和排列方式确定，圆形分隔板安装在换热器筒体内的两端筒口内，圆形分隔板的外圆周与换热器筒体内侧壁焊牢并密封，圆形分隔板上的安装孔的孔壁分别与螺旋通道同轴换热体两端的外圆周焊牢并密封，两圆形分隔板的外侧与两封头的内侧分别形成同一介质的进口腔和出口腔。

5.根据权利要求1所述的同轴体组合换热器，其特征在于：所述圆形阻尼板上开有若干个相同直径的安装孔，安装孔的数量和排列方式与圆形分隔板完全一样，圆形阻尼板安装在换热器筒体内两圆形分隔板中间位置，螺旋通道同轴换热体穿过圆形阻尼板上的安装孔，且圆形阻尼板上的安装孔与螺旋通道同轴换热体之间的装配间隙为0.5~1mm，圆形阻尼板外圆周与换热器筒体内壁焊接固定，圆形阻尼板的外圆周上开有一个排放小缺口，圆形阻尼板两侧与两端圆形分隔板内侧分别形成另一介质的出口集聚腔和进口集聚腔。