CN105823350A - 一种换热器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种换热器，包括U形管壳式换热部和汽包，所述的汽包设置在所述的U形管壳式换热部的上方，所述的汽包上设有蒸汽出口和液相入口，所述的U形管壳式换热部包括U形外管和套设于所述的U形外管内的U形换热管，所述的汽包通过上升管和下降管与所述的U形外管分别连通。本发明的换热器具有设计简单、制造成本低、换热效率高和抗干扰能力强的优点。

Description

一种换热器

技术领域

本发明涉及一种换热器，特别是涉及一种壳体呈U形的管壳式换热器。

背景技术

换热器是一种广泛应用于化工、石油化工、能源动力、医药、冶金、制冷、轻工等行业的通用设备。管壳式换热器作为一种传统的标准换热设备在许多工业部门中被广泛使用，尤其是在化工、石油、能源、电力等行业中使用更为广泛，具有制造容易，生产成本低，选材范围广，清洗方便，适应性强，工作可靠等优点。然而，对于传热温差较大的工况，特别传统的U形管式换热器，由于管板同时与进出口流体接触，造成管板同一侧一部分与高温介质接触，一部分与低温介质接触，管板应力较大，管板设计复杂。

传统的换热器采用釜式结构，液体一般从壳体底端液相入口进入壳程，从壳体顶端蒸汽出口流出，由于液体在壳侧蒸发，液体蒸发需要较大的空间，因此壳体往往设计为容积较大的筒体，这样造成换热器体积大，耗材多，并且由于空间较大，液相在壳程的流速较慢，造成换热效果较差，一定程度上增加材料成本，造成资源浪费等问题。

发明内容

本发明提供一种换热器，以解决现有技术中上述缺陷。

本发明的技术方案如下：

一种换热器，包括U形管壳式换热部和汽包，所述的汽包设置在所述的U形管壳式换热部的上方，所述的汽包上设有蒸汽出口和液相入口，所述的U形管壳式换热部包括U形外管和套设于所述的U形外管内的U形换热管，所述的汽包通过上升管和下降管与所述的U形外管分别连通。

作为本发明所述的一种换热器的改进，所述的蒸汽出口的高度高于所述的液相入口的高度。

作为本发明所述的一种换热器的改进，所述的U形外管包括第一直壳程筒体、第二直壳程筒体、U形壳程筒体，所述的U形壳程筒体的两端分别与所述的第一直壳程筒体的一端和第二直壳程筒体的一端固定连接。

作为本发明所述的一种换热器的改进，所述的U形管壳式换热部还包括第一管板、第二管板，所述的第一直壳程筒体的另一端与所述的第一管板的一端固定连接，所述的第二直壳程筒体的另一端与所述的第二管板的一端固定连接，所述的U形换热管通过所述的第一管板和第二管板与外界连通。

作为本发明所述的一种换热器的改进，所述的U形管壳式换热部还包括第一管箱和第二管箱，所述的第一管板的另一端与所述的第一管箱的一端固定连接，所述的第一管箱的另一端为管程介质入口；所述的第二管板的另一端与所述的第二管箱的一端固定连接，所述的第二管箱的另一端为管程介质出口，所述的第一管箱和第二管箱与所述的U形换热管连通。

作为本发明所述的一种换热器的改进，所述的第一管箱的另一端和第二管箱的另一端还分别设置有第一管箱法兰和第二管箱法兰，所述的第一管箱法兰的中心和第二管箱法兰的中心为通孔，所述的第一管箱和第二管箱通过所述的通孔与外界连通。

作为本发明所述的一种换热器的改进，所述的汽包上还设有安全阀。

作为本发明所述的一种换热器的改进，所述的上升管的一端连接于所述汽包的侧面，所述的上升管的另一端连接于所述的U形外管的上面。

作为本发明所述的一种换热器的改进，所述的上升管的数量至少一根。

作为本发明所述的一种换热器的改进，所述的下降管的一端连接于所述的汽包的底面，所述的下降管的另一端连接于所述的U形外管的底面。

作为本发明所述的一种换热器的改进，所述的下降管的数量至少一根。

作为本发明所述的一种换热器的改进，所述的U形换热管的直臂段内设置有定距杆，所述的定距杆上设置有支撑板。

作为本发明所述的一种换热器的改进，所述的U形管壳式换热部和所述的汽包之间还设置有支撑件，用于支撑汽包。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

第一．本发明的一种换热器与传统釜式换热器的换热部相比，具有设计简单、材料消耗少、制造难度低、制造成本低等优点；

第二．本发明的一种换热器通过在U形管壳式换热部的上方设置汽包，用于容纳U形管壳式换热部产生的蒸汽，从而使U形管壳式换热部的蒸汽发生侧不再需要设置较大的空间，降低了换热部的制造难度，并降低了制造成本；

第三．本发明的一种换热器的U形管壳式换热部的空间较小，液相流体在U形管壳式换热部中可以保证较快的流速。因此，当需要调节换热器的负荷时，能够对此进行快速响应。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

图1为本发明的一种换热器的俯视图；

图2为本发明的一种换热器的左视图；

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应该理解，这些实施例仅用于说明本发明，而不用于限定本发明的保护范围。在实际应用中本领域技术人员根据本发明做出的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。

下方结合附图以及具体实施例来对本发明作进一步的详细描述。

如图1所示，一种换热器，包括U形管壳式换热部（图中未标示）和汽包8，所述的汽包8设置在所述的U形管壳式换热部的上方，所述的汽包8上设有蒸汽出口7和液相入口14，所述的U形管壳式换热部包括U形外管（图中未标示）和套设于所述的U形外管内的U形换热管10，所述的汽包8通过上升管12和下降管13与所述的U形外管分别连通。

所述的蒸汽出口7的高度高于所述的液相入口14的高度，在本发明的一个具体实施例中，所述的蒸汽出口7设置在所述的汽包8上面，所述的液相入口14设置在所述的汽包8侧面，所述的蒸汽出口7即为工质出口，所述的液相入口14即为工质入口。在换热器工作时，工质自工质入口进入汽包8后，液态的工质通过自身重力由下降管13进入U形管壳式换热部，之后，液态的工质在U形管壳式换热部中吸收热量后转化为气态的工质，并通过上升管12进入汽包8中。采用这种设计，可形成一个自然循环，避免不必要地使用工质驱动装置，无需消耗不必要的能量。

所述的U形外管包括第一直壳程筒体15、第二直壳程筒体6、U形壳程筒体9，所述的U形壳程筒体9的两端分别与所述的第一直壳程筒体15的一端和第二直壳程筒体6的一端固定连接。

所述的U形管壳式换热部还包括第一管板16、第二管板4，所述的第一直壳程筒体15的另一端与所述的第一管板16的一端固定连接，所述的第二直壳程筒体6的另一端与所述的第二管板4的一端固定连接，所述的U形换热管10通过所述的第一管板16和第二管板4与外界连通。

所述的U形管壳式换热部还包括第一管箱17和第二管箱3，所述的第一管板16的另一端与所述的第一管箱17的一端固定连接，所述的第一管箱17的另一端为管程介质入口1；所述的第二管板4的另一端与所述的第二管箱3的一端固定连接，所述的第二管箱3的另一端为管程介质出口2，所述的第一管箱17和第二管箱3与所述的U形换热管10连通。在换热器工作时，第一管箱17和第二管箱3用于贮存流体，流体经第一管箱17均匀地流入到U形换热管10，在流体完成热交换后，再经第二管箱3均匀地从U形换热管10流出。

所述的第一管箱17的另一端和第二管箱3的另一端还分别设置有第一管箱法兰21和第二管箱法兰20，所述的第一管箱法兰21的中心和第二管箱法兰20的中心为通孔（图中未标示），所述的第一管箱17和第二管箱3通过所述的通孔与外界连通。

所述的汽包8上还设有安全阀5，通过设置安全阀5，可以有效消除因汽包8内压力过大而存在的安全隐患。

所述的上升管12的一端连接于所述汽包8的侧面，所述的上升管12的另一端连接于所述的U形外管的上面，所述的上升管12的数量为至少一根。

所述的下降管13的一端连接于所述汽包8的底面，所述的下降管13的另一端与第一直壳程筒体15和第二直壳程筒体6的底面连接出的管道分别连接，所述的下降管13的数量为至少一根。

所述的U形换热管10的直臂段内设置有定距杆（或拉杆）11，所述的定距杆上设置有支撑板（图中未标示），所述的支撑板用于支撑换热管，避免换热管由于间距较小和长度较长而产生碰撞等情况，所述的定距杆用于固定所述的支撑板和保证每个所述的支撑板的间隙。

所述的U形管壳式换热部和所述的汽包8之间还设置有支撑件（图中未标示），用于支撑汽包，所述的支撑件也可以称为加固件、连接件等名称，但只要是能够用来加强U形管壳式换热部和所述的汽包8之间牢固的部件都属于本发明申请的支撑件的范围。

如图2所示，一种换热器，在所的第一管箱17和第二管箱3上还分别设置有第三法兰19和第四法兰18，其作用是为了与第一管箱法兰21和第二管箱法兰20配套装配，实现管程介质入口1和管程介质出口2分别与第一管箱17和第二管箱3的连通。

在换热器工作时，液相流体自液相入口14流入汽包8内，在重力的作用下，沿着下降管13向下流动，并分成两股液相流体，一股液相流体流向第一直壳程筒体15，另一股液相流体流向第二直壳程筒体6，液相流体在U型外管汇合，并通过间壁热交换的方式，与U形换热管10内流动的另一种液相流体发生热交换，U型外管内的液相流体吸收热量后，发生相变，由液相变为气相，蒸汽通过上升管12，从侧面进入汽包8，并在汽包8内汇集，最终从蒸汽出口7流出。在重力的作用下，流体在汽包8、下降管13、上升管12和壳程筒体内的自然循环较为强烈，并且可以通过调节汽包8的高度，来调整自然对流循环的速度，从而能够显著的提高换热器壳程的对流换热效率。

为了更好地理解U形管壳式换热器，下面以熔盐和水的热交换来举例说明U形管壳式换热器的使用原理，但是本发明并不局限于熔盐和水这两种液相流体的换热应用。

熔盐和水的热交换，即利用高温的熔盐将饱和水热交换为饱和蒸汽，水涉及相变，因此水走U形外管，熔盐走U形换热管10。高温的熔盐从管程介质入口1进入第一管箱17，并在第一管箱17内聚集，再均匀地流入到U形换热管10，高温的熔盐流经U形换热管10与U形外管中的水发生热交换后，在第二管箱3汇集，最后经管程介质出口2流出。水从液相进口14进入汽包8，在汽包8内汇集，经自身的重力作用下，水沿着下降管13向下流动，然后到达下降管13底端后，分为两股，一股流向第一直壳程筒体15，另一股流向第二直壳程筒体6。随着通入水量的增多，水在U形外管内汇集，并没过U形换热管10，最后通过与流经U形换热管的高温熔盐发生间壁热交换，水吸收来自高温熔盐的热量，变为蒸汽，蒸汽沿着上升管12上升，并在汽包8内汇集，最终由汽包8上的蒸汽出口7流出。

通过合理设计汽包8的高度，可以控制水在汽包8和壳程筒体内循环的速度，显著提高U形外管内水的流动速度，从而提高U形管壳式换热部的换热效率。

此外，由于U形管壳式换热部的壳层空间较小，流速较快，因此具有较高的换热效率。同时，由于在U形管壳式换热部上方设置有汽包，能够保证换热系统在调节负荷时的抗干扰能力。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (13)

1.一种换热器，其特征在于，包括U形管壳式换热部和汽包，所述的汽包设置在所述的U形管壳式换热部的上方，所述的汽包上设有蒸汽出口和液相入口，所述的U形管壳式换热部包括U形外管和套设于所述的U形外管内的U形换热管，所述的汽包通过上升管和下降管与所述的U形外管分别连通。

2.根据权利要求1所述的一种换热器，其特征在于，所述的蒸汽出口的高度高于所述的液相入口的高度。

3.根据权利要求1所述的一种换热器，其特征在于，所述的U形外管包括第一直壳程筒体、第二直壳程筒体、U形壳程筒体，所述的U形壳程筒体的两端分别与所述的第一直壳程筒体的一端和第二直壳程筒体的一端固定连接。

4.根据权利要求3所述的一种换热器，其特征在于，所述的U形管壳式换热部还包括第一管板、第二管板，所述的第一直壳程筒体的另一端与所述的第一管板的一端固定连接，所述的第二直壳程筒体的另一端与所述的第二管板的一端固定连接，所述的U形换热管通过所述的第一管板和第二管板与外界连通。

5.根据权利要求4所述的一种换热器，其特征在于，所述的U形管壳式换热部还包括第一管箱和第二管箱，所述的第一管板的另一端与所述的第一管箱的一端固定连接，所述的第一管箱的另一端为管程介质入口；所述的第二管板的另一端与所述的第二管箱的一端固定连接，所述的第二管箱的另一端为管程介质出口，所述的第一管箱和第二管箱与所述的U形换热管连通。

6.根据权利要求5所述的一种换热器，其特征在于，所述的第一管箱的另一端和第二管箱的另一端还分别设置有第一管箱法兰和第二管箱法兰，所述的第一管箱法兰的中心和第二管箱法兰的中心为通孔，所述的第一管箱和第二管箱通过所述的通孔与外界连通。

7.根据权利要求1所述的一种换热器，其特征在于，所述的汽包上还设有安全阀。

8.根据权利要求1所述的一种换热器，其特征在于，所述的上升管的一端连接于所述汽包的侧面，所述的上升管的另一端连接于所述的U形外管的上面。

9.根据权利要求1或8所述的一种换热器，其特征在于，所述的上升管的数量至少一根。

10.根据权利要求1所述的一种换热器，其特征在于，所述的下降管的一端连接于所述的汽包的底面，所述的下降管的另一端连接于所述的U形外管的底面。

11.根据权利要求1或10所述的一种换热器，其特征在于，所述的下降管的数量至少一根。

12.根据权利要求1所述的一种换热器，其特征在于，所述的U形换热管的直臂段内设置有定距杆，所述的定距杆上设置有支撑板。

13.根据权利要求1所述的一种换热器，其特征在于，所述的U形管壳式换热部和所述的汽包之间还设置有支撑件，用于支撑汽包。