CN105157456B - 一种工业级微通道换热器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种工业级微通道换热器，属于油气生产技术领域。包括冷流体进口封头法兰组合，热流体进口封头法兰组合，固定吊耳，换热核心，热流体出口封头法兰组合，冷流体出口封头法兰组合和滑动吊耳；换热核心由换热核心单元通过焊接的方式并联组成一个整体；换热核心单元，包括热流板，冷流板和端板，热流板，冷流板和端板焊接为一个整体；固定吊耳与滑动吊耳分别固定于换热核心两侧的端板上。本发明换热器换热能力强，换热效率高，换热面积可高达1000m2/m3热效率可高达98％～99％，同时本发明结构紧凑，重量轻，6MW的换热器重量仅14吨。本发明换热器相比于现有换热器换热面积提高了100％‑400％，换热效率提高了13％‑14％，重量减轻了86吨，约61.4％。
Description
技术领域
本发明涉及一种工业级微通道换热器，属于油气生产技术领域。
背景技术
目前，微通道换热器已经广泛应用到汽车、空调等民用行业，如专利公布号为CN203980725U、CN204027086U等平行流微通道换热器专利均采用扁管配合散热带的结构，减小了空气侧流阻的同时，极大的降低微通道换热器的换热能力；专利公布号CN102706187A、CN102914191A、CN202599167等专利通过在相邻两层流板间加工出翅片等突出物，增大工质流动过程中的湍动能，以达到增强换热器换热能力的目的，但工质流阻大，承压能力有限，且换热器进出口布置方式单一，不能适应多变的使用环境；专利公布号CN102116545A、CN 102313401、CN 101509736A、CN 102494547等专利通过蚀刻方式在金属板上加工彼此独立的通道，并用扩散焊接的方式将刻有不同流道的金属板固连成一个整体，使流道的水力直径保持在1-2mm之间，极大程度的增大了流道内的湍动能和承压能力，增强了换热器的换热能力，但换热器的进出口直接通过蚀刻的方式加工在金属板上，导致换热器进出口的布置方式单一。
现有的换热器由于加工设备的限制，体积较小，换热能力有限，仅能通过串联的方式增大换热器的换热能力，且换热器进出口的布置方式受结构限制，无法满足工业化大功率换热器的需求，针对以上问题，专利公布号为CN 1784583A的专利通过将进出口流道与金属板边沿连通的方式。现有技术中急需一种换热效率高，换热能力强，结构紧凑同时重量轻的换热管。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明提供了一种工业级微通道换热器，尤其是一种用于油气生产行业的高效微通道换热器，采用的技术方案是：
一种工业级微通道换热器，包括冷流体进口封头法兰组合1，热流体进口封头法兰组合2，固定吊耳3，换热核心4，热流体出口封头法兰组合5，冷流体出口封头法兰组合6和滑动吊耳7，其中：冷流体进口封头法兰组合1、热流体进口封头法兰组合2、热流体出口封头法兰组合5，冷流体出口封头法兰组合6分别连接在换热核心4的各个端面上；所述换热核心4由换热核心单元通过焊接的方式并联组成一个整体，以完成换热介质的热交换；
所述换热核心单元，包括热流板41，冷流板42和端板43，其中：热流板41，冷流板42和端板43焊接为一个整体，热流板41和冷流板42平行交替堆栈在一起形成堆栈堆，冷流板42位于堆栈堆的首末位置，堆栈堆的两侧设有并列排布的端板43；冷流体进口封头法兰组合1覆盖全部冷流板42的入口，冷流体出口封头法兰组合6覆盖全部冷流板42的出口，从而形成联通的冷介质流域；热流体进口封头法兰组合2覆盖全部热流板41的入口，热流体出口封头法兰组合5覆盖全部热流板41的出口，从而形成联通的热介质流域；
所述固定吊耳3与滑动吊耳7分别固定于换热核心4两侧的端板43上。
优选地，所述冷流体进口封头法兰组合1，热流体进口封头法兰组合2，热流体出口封头法兰组合5和冷流体出口封头法兰组合6通过焊接的方式，固定连接于换热核心4的对应的端面上，分别与热流板平行流道411和冷流板平行流道421形成连通的工质流域。
优选地，所述焊接，方法为气体保护焊、埋弧焊、压力焊，钎焊或扩散焊。
优选地，所述热流板41、冷流板42和端板43的厚度相等。
优选地，所述热流板41，冷流板42和端板43焊接为一个整体。
更优选地，所述热流板41，冷流板42和端板43通过扩散焊接的方式成为一个整体。
优选地，所述热流板41，通过蚀刻的方式在金属平板上加工出热流板平行流道411；所述冷流板42通过蚀刻的方式在金属平板上加工出冷流板平行流道421。
更优选地，所述热流板平行流道411和冷流板平行流道421平行交错布置，所述热流板平行流道411和冷流板平行流道421之间相差半个相邻热流板41和冷流板42之间的距离。
优选地，所述换热核心4，相邻两个换热核心单元的交界面处加工有排气孔，将高温空气释放，减小焊缝载荷。
优选地，所述热流板41的外边沿平板部分412和冷流板42的外边沿平板部分422的宽度与单侧端板的厚度之和相差不大于2mm。
优选地，所述单侧端板43厚度之和比热流体封头法兰组合2中与换热核心4相接触的端面23的厚度大5mm。
优选地，所述固定吊耳3，包括立板，底板和立筋，其中：立板和底板垂直连接，立筋与立板和底板垂直连接；底板上设有圆孔，以便对其螺栓孔；立筋上设有吊孔，以便固定吊钩。
优选地，所述滑动吊耳7，包括立板71，底板72和立筋73，其中：立板71和底板72垂直连接；立筋73与立板71和底板垂直连接，底板72上设有长圆孔74，以便对其螺栓孔，立筋73上设有吊孔75，以便固定吊钩。
流道的进出口可以根据使用需求布置在换热核心4的端面上。冷流体进口封头法兰组合1，热流体进口封头法兰组合2，热流体出口封头法兰组合5和冷流体出口封头法兰组合6通过焊接的方式，固连在其对应的端面，与平行流道形成联通的工质流域，如多层冷流板42的所有进出口统一布置在相对的两个端面，由冷流体进口封头法兰组合1覆盖所有冷流板42的入口，由冷流体出口封头法兰组合6覆盖所有冷流板42的出口，从而形成连通的冷介质流域。
热流体进口封头法兰组合2包括法兰21和封头22，法兰21与封头22垂直密封连接，冷流体进口封头法兰组合1、热流体进口封头法兰组2、热流体出口封头法兰组合5和冷流体出口封头法兰组合6结构相似，尺寸不同，均由法兰和封头组合连接而成。
本发明换热器中冷流体由冷流体进口封头法兰组合1进入，分别流至每个并联的换热核心单元，流经各个热流板平行流道411，各换热核心单元流出的流体一起汇总，由冷流体出口封头法兰组合6流出，每个换热核心单元以并联的方式连接。热流体由热流体进口封头法兰组合5进入，分别流至每个并联的换热核心单元，流经各个冷流板平行流道421，各换热核心单元流出的流体一起汇总，由热流体出口封头法兰组合5流出，每个换热核心单元以并联的方式连接。
滑动吊耳7上设有长圆孔74，在工作过程中，换热核心4在受冷热温度变化时会热胀冷缩产生微变形，通过设置长圆孔74可以抵消换热核心4由热胀冷缩产生微变形。
本发明换热器特征：
1.本发明将若干个相邻的换热核心4通过焊接的方式形成统一的整体，使换热器的换热能力可以理论上无上限的增大，组成每个换热核心的热板片41和冷板片42的进出口均与金属板的边沿联通，使进出口可以自由的布置在换热器的四个端面上，或端面的一部分上，增强了进出口布置的自由度，并通过封头将布置在换热器端面的大量彼此独立的进出口集中在一个独立的空间内，使工质可以流入或流出换热器核心。
2.根据换热器的流阻要求和其他性能要求，可以选择不少于一种结构的流板，扩散焊接成换热核心4，增强了微通道换热器对于实际工况的适应能力。
3.根据换热器的实际使用情况，换热器板片的尺寸和微通道的布置方式是可以广泛调节的，从而保证了封头的尺寸具有很大的变化区间，进而使接口法兰对外部管线具有很强的适应性。
本发明有益效果：
1、本发明换热器换热能力强，换热效率高，换热面积可高达1000m2/m3热效率可高达98％～99％，同时本发明结构紧凑，重量轻，6MW的换热器重量仅14吨。本发明换热器相比于现有换热器换热面积提高了100％-400％，换热效率提高了13％-14％，重量减轻了86吨，约61.4％。
2、本发明增强了微通道换热器对于实际工况的适应能力，并且根据换热器的实际使用情况，换热器板片的尺寸和微通道的布置方式是可以广泛调节的，从而保证了封头的尺寸具有很大的变化区间，进而使接口法兰对外部管线具有很强的适应性。
附图说明
图1微通道换热器结构爆炸示意图；
图2换热核心结构示意图；
图3热流体进口封头法兰组合示意图；
图4曲折流板结构示意图；
图5纵流板结构示意图；
图6横流板结构示意图；
图7冷、热流板和端板布置示意图；
图8滑动吊耳结构示意图；
(1，冷流体进口封头法兰组合；2，热流体进口封头法兰组合；21，法兰；22，封头；23，端面；3，固定吊耳；4，换热核心；41，热流板；411，热流板平行流道；42，冷流板；421，冷流板平行流道；422，外边沿平板部分；43，端板；5，热流体出口封头法兰组合；6，冷流体出口封头法兰组合；7，滑动吊耳；71，立板；72，底板；73，立筋；74，长圆孔；75，吊孔)。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步说明，以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”和“竖着”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接连接，亦可以是通过中间媒介间接连接，可以是两个部件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”、“多组”、“多根”的含义是两个或两个以上。
结合图1-8说明本实施方式，本实施方式的一种工业级微通道换热器，包括冷流体进口封头法兰组合1，热流体进口封头法兰组合2，固定吊耳3，换热核心4，热流体出口封头法兰组合5，冷流体出口封头法兰组合6和滑动吊耳7，其中：冷流体进口封头法兰组合1、热流体进口封头法兰组合2、热流体出口封头法兰组合5，冷流体出口封头法兰组合6分别连接在换热核心4的各个端面上；所述换热核心4由换热核心单元通过焊接的方式并联组成一个整体，以完成换热介质的热交换；
换热核心单元，包括热流板41，冷流板42和端板43，其中：热流板41，冷流板42和端板43焊接为一个整体，热流板41和冷流板42平行交替堆栈在一起形成堆栈堆，冷流板42位于堆栈堆的首末位置，堆栈堆的两侧设有并列排布的端板43；冷流体进口封头法兰组合1覆盖全部冷流板42的入口，冷流体出口封头法兰组合6覆盖全部冷流板42的出口，从而形成联通的冷介质流域；热流体进口封头法兰组合2覆盖全部热流板41的入口，热流体出口封头法兰组合5覆盖全部热流板41的出口，从而形成联通的热介质流域；
固定吊耳3与滑动吊耳7分别固定于换热核心4两侧的端板43上。
冷流体进口封头法兰组合1，热流体进口封头法兰组合2，热流体出口封头法兰组合5和冷流体出口封头法兰组合6通过焊接的方式，固定连接于换热核心4的对应的端面上，分别与热流板平行流道411和冷流板平行流道421形成连通的工质流域。
焊接，方法为气体保护焊、埋弧焊、压力焊，钎焊或扩散焊。
热流板41，冷流板42和端板43通过扩散焊接的方式成为一个整体。热流板41、冷流板42和端板43的厚度相等。热流板41，通过蚀刻的方式在金属平板上加工出热流板平行流道411；所述冷流板42通过蚀刻的方式在金属平板上加工出冷流板平行流道421。热流板平行流道411和冷流板平行流道421平行交错布置，所述热流板平行流道411和冷流板平行流道421之间相差半个相邻热流板41和冷流板42之间的距离。
换热核心4，相邻两个换热核心单元的交界面处加工有排气孔，将高温空气释放，减小焊缝载荷。
热流板41的外边沿平板部分412和冷流板42的外边沿平板部分422的宽度与单侧端板的厚度之和相差不大于2mm。
单侧端板43厚度之和比热流体封头法兰组合2中与换热核心4相接触的端面23的厚度大5mm。
固定吊耳3，包括立板，底板和立筋，其中：立板和底板垂直连接，立筋与立板和底板垂直连接；底板上设有圆孔，以便对其螺栓孔；立筋上设有吊孔，以便固定吊钩。
滑动吊耳7，包括立板71，底板72和立筋73，其中：立板71和底板72垂直连接；立筋73与立板71和底板垂直连接，底板72上设有长圆孔74，以便对其螺栓孔，立筋73上设有吊孔75，以便固定吊钩。
热流体进口封头法兰组合2包括法兰21和封头22，法兰21与封头22垂直密封连接，冷流体进口封头法兰组合1、热流体进口封头法兰组2、热流体出口封头法兰组合5和冷流体出口封头法兰组合6结构相似，尺寸不同，均由法兰和封头组合连接而成。
本发明换热器中冷流体由冷流体进口封头法兰组合1进入，分别流至每个并联的换热核心单元，流经各个热流板平行流道411，各换热核心单元流出的流体一起汇总，由冷流体出口封头法兰组合6流出，每个换热核心单元以并联的方式连接。
滑动吊耳7上设有长圆孔74，在工作过程中，换热核心4在受冷热温度变化时会热胀冷缩产生微变形，通过设置长圆孔74可以抵消换热核心4由热胀冷缩产生微变形。
本发明将若干个相邻的换热核心4通过焊接的方式形成统一的整体，如图1所示，使换热器的换热能力可以理论上无上限的增大，组成每个换热核心的热板片41和冷板片42的进出口均与金属板的边沿联通，如图2所示，使进出口可以自由的布置在换热器的四个端面上，或端面的一部分上，增强了进出口布置的自由度，并通过封头将布置在换热器端面的大量彼此独立的进出口集中在一个独立的空间内，使工质可以流入或流出换热器核心，如图1至图3所示。根据换热器的流阻要求和其他性能要求，可以选择不少于一种结构的流板，如图4至图6所示，扩散焊接成换热核心4，增强了微通道换热器对于实际工况的适应能力。根据换热器的实际使用情况，换热器板片的尺寸和微通道的布置方式是可以广泛调节的，从而保证了封头的尺寸具有很大的变化区间，进而使接口法兰对外部管线具有很强的适应性。
本发明相对现有换热器在换热能力、换热效率、结构紧凑度，重量等方面取得了显著的进步，现有换热器的换热面积一般仅能在200-500m2/m3，进口换热器换热效率最高仅达85％，经试验测定本发明换热器换热面积可高达1000m2/m3，热效率可高达98％～99％，同时本发明结构紧凑，重量轻，6MW的换热器重量仅14吨，而现有换热器6MW的换热器重量约100吨。本发明换热器在换热面积相比于现有换热器提高了100％-400％，换热效率提高了13％-14％，重量减轻了86吨，约61.4％。
虽然本发明已以较佳的实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做各种改动和修饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。
Claims (8)
1.一种工业级微通道换热器，其特征在于，包括冷流体进口封头法兰组合(1)，热流体进口封头法兰组合(2)，固定吊耳(3)，换热核心(4)，热流体出口封头法兰组合(5)，冷流体出口封头法兰组合(6)和滑动吊耳(7)，其中：冷流体进口封头法兰组合(1)、热流体进口封头法兰组合(2)、热流体出口封头法兰组合(5)，冷流体出口封头法兰组合(6)分别连接在换热核心(4)的各个端面上；所述换热核心(4)由换热核心单元通过焊接的方式并联组成一个整体；
所述换热核心单元，包括热流板(41)，冷流板(42)和端板(43)，其中：热流板(41)，冷流板(42)和端板(43)焊接为一个整体；热流板(41)和冷流板(42)平行交替堆栈在一起形成堆栈堆，冷流板(42)位于堆栈堆的首末位置，堆栈堆的两侧设有并列排布的端板(43)；冷流体进口封头法兰组合(1)覆盖全部冷流板(42)的入口，冷流体出口封头法兰组合(6)覆盖全部冷流板(42)的出口，从而形成联通的冷介质流域；热流体进口封头法兰组合(2)覆盖全部热流板(41)的入口，热流体出口封头法兰组合(5)覆盖全部热流板(41)的出口，从而形成联通的热介质流域；
所述固定吊耳(3)与滑动吊耳(7)分别固定于换热核心(4)两侧的端板(43)上；
所述热流板(41)，通过蚀刻的方式在金属平板上加工出热流板平行流道(411)；所述冷流板(42)通过蚀刻的方式在金属平板上加工出冷流板平行流道(421)；所述热流板平行流道(411)和冷流板平行流道(421)平行交错布置，所述热流板平行流道(411)和冷流板平行流道(421)之间相差半个相邻热流板(41)和冷流板(42)之间的距离；所述热流板平行流道(411)上位于流体入口平行流道和流体出口平行流道之间的流道呈折线形；所述冷流板平行流道(421)上位于流体入口平行流道和流体出口平行流道之间的流道呈折线形。
2.根据权利要求1所述换热器，其特征在于，所述焊接方法为气体保护焊、埋弧焊、压力焊，钎焊或扩散焊。
3.根据权利要求1所述换热器，其特征在于，所述热流板(41)、冷流板(42)和端板(43)的厚度相等。
4.根据权利要求1所述换热器，其特征在于，所述换热核心(4)，相邻两个换热核心单元的交界面处加工有排气孔。
5.根据权利要求1所述换热器，其特征在于，所述热流板(41)的外边沿平板部分(412)和冷流板(42)的外边沿平板部分(422)的宽度与单侧端板的厚度之和相差不大于2mm。
6.根据权利要求1所述换热器，其特征在于，单侧端板(43)厚度之和比热流体进口封头法兰组合(2)中与换热核心(4)相接触的端面的厚度大5mm。
7.根据权利要求1所述换热器，其特征在于，所述固定吊耳(3)，包括立板，底板和立筋，其中：立板和底板垂直连接，立筋与立板和底板垂直连接；底板上设有圆孔，立筋上设有吊孔。
8.根据权利要求1所述换热器，其特征在于，所述滑动吊耳(7)，包括立板(71)，底板(72)和立筋(73)，其中：立板(71)和底板(72)垂直连接，立筋(73)与立板(71)和底板垂直连接；底板(72)上设有长圆孔(74)，立筋(73)上设有吊孔(75)。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |