CN105890402B - 一种多壳程管壳式换热器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多壳程管壳式换热器，包括壳程，壳程内设有收容腔，收容腔内收容传热管束，壳程的收容腔内还设置有隔离板，隔离板将收容腔分隔为第一腔体和第二腔体，第一腔体和第二腔体互不联通；传热管束包括位于第一腔体内的一级管束以及位于第二腔体内的二级管束，一级管束与二级管束前后连接；其中一级管束内的介质在第一腔体内通过冷媒进行一级热交换后，进入二级管束在第二腔体内进行二级热交换。该多壳程管壳式换热器通过隔离板将壳程均分为多个互不相通的腔体，传热管束依次通过每个腔体实现多级降温，能使介质温度骤降，还能使冷媒进、出口温度差小；传热管束的坡度设计更使得管束内不会有残留液体，使传热管束内的洁净度达卫生级。

Description

一种多壳程管壳式换热器

技术领域

本发明属于流体温度控制领域，特别涉及一种多壳程管壳式换热器。

背景技术

热交换器，又称换热器，是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备。换热器是化工、石油、动力、食品及其它许多工业部门的通用设备，在生产中占有重要地位，可用于加热介质，也可用于冷却介质。

目前的生物制药领域，各个工序基本都有一定的工艺要求，特别是对所使用的水的温度有着不同的要求。以下以水的降温工序为例，如：进行器具清洗时，要求将注射水从80℃瞬时降为20℃左右；而当配置生物制品时，更是要求将水从80℃降为2～8℃。因此，通常需要通过换热器，将水温降为合适的温度范围。

一般使用的换热器为单壳程的管壳式换热器或板式换热器，这两种换热器的共同点是：仅具有一个壳程，冷媒通过这一个壳程进出实现对待处理液导热。当水的处理前和处理后的温差很大时，单独使用任一种换热器，降温效率都较低。(冷媒：是在制冷过程中的一种中间物质，它先接受制冷剂的冷凉而降温，然后再去冷却其他的被冷却物质，冷媒也称为载冷剂)

一种解决办法是，让水连续通过多个换热器采用多级降温来实现，然而此法造成成本以及占用空间的增大。

另一种解决办法是，增加单个换热器的换热面积，然而此法导致换热器体积增大，冷媒在一个壳程内流转滞留时间过长，容易造成冷媒的进出口温差大，不仅增大了设备的使用空间，更是增大了冷媒供应链的工作负荷。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种多壳程管壳式换热器，其在获得有效换热的前提下，能提高换热效率，且能有效利用空间，并减小冷媒进出口温差。

本发明提供一种多壳程管壳式换热器，包括壳程，所述壳程内设置有收容腔，所述收容腔内收容有传热管束，所述壳程的收容腔内还设置有隔离板，所述隔离板将所述收容腔分隔为第一腔体和第二腔体，所述第一腔体和所述第二腔体互不联通；所述传热管束包括位于所述第一腔体内的一级管束以及位于所述第二腔体内的二级管束，所述一级管束与所述二级管束前后连接；其中所述一级管束内的介质在所述第一腔体内通过冷媒进行一级热交换后，会进入所述二级管束在所述第二腔体内进行二级热交换。

进一步的，所述壳程上设置有冷媒入口和冷媒出口，所述冷媒入口同时和所述第一腔体和第二腔体联通，所述冷媒出口也是同时和所述第一腔体和第二腔体联通。

进一步的，所述第一腔体和所述第二腔体分别设有与所述冷媒入口联通的开口。

进一步的，所述第一腔体和所述第二腔体分别设有与所述冷媒出口联通的开口。

进一步的，其还包括连接于所述壳程一端的平盖封头。

进一步的，所述平盖封头设有介质入口、介质出口以及用于配合介质流通的中转腔。

进一步的，所述中转腔包括一端与所述介质入口相通且另一端与所述一级管束入口相通的第一中转腔、一端与所述介质出口相通且另一端与所述二级管束出口相通的第二中转腔、以及一端与所述一级管束出口相通且另一端与所述二级管束入口相通的第三中转腔。

进一步的，所述传热管束包括U形管，所述U型管呈坡度排列。

进一步的，所述收容腔内设置有两个隔离板，所述隔离板将所述收容腔分隔为第一腔体、第二腔体和第三腔体，所述传热管束包括位于所述第一腔体内的一级管束、位于所述第二腔体内的二级管束以及位于所述第三腔体内的三级管束，所述一级管束、所述二级管束和所述三极管束前后连接；其中所述一级管束内的介质在所述第一腔体内通过冷媒进行一级热交换后，会进入所述二级管束在所述第二腔体内进行二级热交换，最后会进入所述三级管束在所述第三腔体内进行三级热交换。

本发明的有益效果：

本发明提供一种多壳程管壳式换热器，相对于现有技术，具有以下优势：

通过隔离板将壳程均分为两个或两个以上互不连通的腔体，对各个腔体内的传热管束进行单独降温，对于所有的传热管束而言实现多级降温；

每个腔体设有独立的冷媒入口和冷媒出口，进行冷却时，每个腔体内的冷媒相互独立，互不相混，如此，不仅能在短时间内使介质温度骤降，还能使各个腔体的冷媒入口之间、各个腔体的冷媒出口温度之间的温差较小，同时冷媒入口和冷媒出口之间的温差较小，从而减轻冷媒供应链的工作负荷；

该多壳程管壳式换热器还设置连接于壳程一端的平盖封头，平盖封头包括一端与介质入口相通且另一端与一级管束入口相通的第一中转腔、一端与介质出口相通且另一端与二级管束出口相通的第二中转腔、以及一端与一级管束出口相通且另一端与二级管束入口相通的第三中转腔，通过设置平盖封头，在第一腔体和第二腔体互不相通的前提下，有效实现一级管束和二级管束、及各级相邻管束之间的联通和介质的中转；

传热管束采用坡度排列，能确保管束内介质完全排净，换热结束后不会有残留液体，从而提高传热管束内的洁净度，使其达到卫生级要求；

传热管束、平盖封头及内管板采用卫生级材料，使得该多壳程管壳式换热器可适用于卫生要求较高的领域。

附图说明

图1为本发明实施例的多壳程管壳式换热器的主视图。

图2为本发明实施例的多壳程管壳式换热器的部分立体结构图。

图3为本发明实施例的多壳程管壳式换热器的装配示意图。

图4为本发明实施例的多壳程管壳式换热器的俯视图。

图5为本发明实施例的多壳程管壳式换热器的截面图。

具体实施方式：

实施例一：如图1至5所示，本发明提供一种多壳程管壳式换热器，其属于流体温度控制领域，可用于对热介质进行冷却，以下将结合附图对本实施例作进一步的详细阐述。

如图1至3所示，本实施例所提供的多壳程管壳式换热器，包括壳程1，壳程1内设置收容腔2，收容腔2内收容有传热管束3，壳程1的一端设有平盖封头4。其中，壳程1的收容腔2内设有隔离板5，隔离板5通过固定块(图未见)固定于收容腔2内表面。隔离板5可以是一个、两个或两个以上，隔离板5将收容腔2相应地平均分为两个、三个或三个以上腔体。本实施例中隔离板5数量为一个，因此收容腔2被隔离板5平均分为第一腔体21和第二腔体22，第一腔体21和第二腔体22分别位于隔离板5两侧，且第一腔体21和第二腔体22互不联通。

壳程1两端设有冷媒入口11以及冷媒出口12，本实施例中的冷媒入口11设于壳程1下表面，与第一腔体21及第二腔体22通过其上设置的开口211、221联通；冷媒出口12设于壳程1上表面，与第一腔体21及第二腔体22通过其上设置的开口212、222联通。

冷媒从冷媒入口11通过开口211、221分别进入第一腔体21和第二腔体22，然后再经过开口212、222后通过冷媒出口12排出。期间分别进入第一腔体21和第二腔体22的两部分冷媒完全隔离，互不相混，只是在进入和排出时，共用一个冷媒总入口11和一个冷媒总出口12。

设于收容腔2中的传热管束3包括位于第一腔体21内的一级管束31以及位于第二腔体22内的二级管束32，一级管束31与二级管束32前后连接。一级管束31内的介质在第一腔体21内通过冷媒进行一级热交换后，会进入二级管束32内在第二腔体22内通过冷媒进行二级热交换。

因此，本实施例中的多壳程管壳式换热器为双壳程结构，待冷却的介质采用两级降温的形式，依次经过一级管束31、二级管束32，依次被第一腔体21、第二腔体22内的冷媒进行冷却降温。如此设计，既增加了介质的滞留时间，使得介质能达到较大温差的降温效果，且获得较快的降温速度；同时，每一个空腔内的冷媒，其进、出温度相差较小，可以减轻冷媒供应链的工作负荷。

为了便于安装及放置，该管壳式换热器的上部装有吊耳60，可用于将其悬挂安装；下部装有鞍座70，可用于将其水平放置。

如图4至5所示，本实施例中，一级管束31、二级管束32优选U型管，U型管的选用，不仅能配合换热器实现两级降温，更是延长了介质在每一级降温中的滞留时间。一级管束31设有分别位于U型管两端的一级管束入口311及一级管束出口312，二级管束32设有分别位于U型管两端的二级管束321入口及二级管束出口322。

该管壳式换热器还包括连接于壳程1一端的平盖封头4。平盖封头4上设置有介质入口6、介质出口7以及多个用于配合介质流通的中转腔。这些中转腔在本实施例中，包括连通介质入口6与一级管束入口311的第一中转腔41、连通介质出口7与二级管束出口322的第二中转腔42、以及连通一级管束出口312与二级管束入口321的第三中转腔43。

具体地，介质入口6通过第一中转腔41与一级管束入口311连接，位于平盖封头4的下部，介质出口7通过第二中转腔42与二级管束出口322连接，位于平盖封头4的下部，第三中转腔43用于联通一级管束出口312及二级管束入口321，位于平盖封头4的上部。因此，平盖封头4的第一中转腔41、第二中转腔42、第三中转腔43及传热管束3共同构成改管壳式换热器的管程；传热管束3内的介质通过平盖封头4的中转腔实现介质的流通及交换。

作为进一步的改进，U型管呈坡道排列，每一级管束的两部分的坡度走向相反，也就是说，一级管束31和二级管束32均为开口张大的U型管，即一级管束入口311和一级管束出口312之间的距离，大于一级管束31的弯曲部两端的距离，二级管束入口321和二级管束出口322之间的距离，大于二级管束32的弯曲部两端的距离。如此，介质出口7始终处于最低点，其通过第二中转腔42与二级管束出口322连接，便于传热管束3内介质的完全排净，进一步提高传热管束3内的洁净度，从而达到卫生级要求。

第一腔体21和第二腔体22内，分别设有与一级管束31垂直设置或者与二级管束32垂直连接的折流板8，折流板8既可以提高传热效果，也可以起到稳固传热管束3的作用。第一腔体21和第二腔体22内还设有与U型管平行设置的拉杆9，折流板8通过穿设在拉杆9上得以固定。

如图3至4所示，该管壳式换热器还包括依次贴设于平盖封头4与壳程1之间的外管板20、内管板30，外管板20和内管板30通过固定。其中，外管板20、内管板30均设有用于传热管束3通过的的穿孔，同时内管板30和外管板20通过涨焊接的方式将传热管束3固定。同样的，拉杆9也通过焊接方式固定在内管板30上。平盖封头4、外管板20和内管板30通过螺母80、螺栓90及壳程法兰40固定于壳程1上，且内管板30和壳程1之间需保持密封性，从而保持设备的密封性。内管板30上设置用于防止溢流的泄漏槽301，用于当传热管束3与内管板30因密封不严密而产生介质或者冷媒泄露的溢流。

如图1至2所示，壳程1还包括排空口51以及排净口50。排空口51设在壳程1上表面，用于排放废气，或者当冷媒被加热时会产生空气等不凝性气体。排净口50设于壳程1下表面，用于在使用结束后排出残余冷媒。

为了满足医药、食品领域要求，本实施例中流通介质的部件均采用卫生级材料，即传热管束3、平盖封头4及内管板30，均采用卫生级304/316L不锈钢材质，且内抛光表面处理Ra≤0.4μm，表面精密度高。

在进行对热介质进行冷却时，比如需要将80℃的注射用水骤降为2-8℃，则将80℃的水从介质入口6打入该换热器，80℃的水经过一级管束31，通过一级热交换后温度降为40℃左右，再进入二级管束32，经过二级热交换后温度降为6℃，即可完成降温工序，而此时从冷媒出口12排出的冷媒，与冷媒入口11进入的冷媒，温差并不是很大，进一步的减小冷媒供应链的工作负荷，降低成本。

实施例二：本发明提供一种多壳程管壳式换热器，与实施例一中描述的管壳式换热器结构基本相同，只是在收容腔内设置两个隔离板，隔离板将收容腔分隔为第一腔体、第二腔体和第三腔体，传热管束包括位于第一腔体内的一级管束、位于第二腔体内的二级管束以及位于第三腔体内的三级管束，一级管束、二级管束和三极管束前后连接；其中一级管束内的介质在第一腔体内通过冷媒进行一级热交换后，会进入二级管束在第二腔体内进行二级热交换，最后会进入三级管束在第三腔体内进行三级热交换。

相应地，平盖封头内相应设有四个中转腔，用于配合传热管束进行介质的流通。

如此设计，所达到骤然降温的效果更为明显。

当然，我们也可以设置三个隔离板，将收容腔均分为四个腔体，或者设置四个或以上隔离板，将收容腔均分为五个或以上腔体，增加隔离板所达到骤然降温的效果更明显，但是也进一步需要更大空间的壳程，因此，我们可以根据实际情况，采用不同隔离板数量的换热器。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种多壳程管壳式换热器，包括壳程，所述壳程内设置有收容腔，所述收容腔内收容有传热管束，其特征在于：所述壳程的收容腔内还设置有隔离板，所述隔离板将所述收容腔分隔为第一腔体和第二腔体，所述第一腔体和所述第二腔体互不联通；所述传热管束包括位于所述第一腔体内的一级管束以及位于所述第二腔体内的二级管束，所述一级管束与所述二级管束前后连接；其中所述一级管束内的介质在所述第一腔体内通过冷媒进行一级热交换后，会进入所述二级管束在所述第二腔体内进行二级热交换，所述壳程上设置有冷媒入口和冷媒出口，所述冷媒入口同时和所述第一腔体和第二腔体联通，所述冷媒出口也是同时和所述第一腔体和第二腔体联通，所述多壳程管壳式换热器还包括连接于所述壳程一端的平盖封头。

2.根据权利要求1所述的多壳程管壳式换热器，其特征为：所述第一腔体和所述第二腔体分别设有与所述冷媒入口联通的开口。

3.根据权利要求1所述的多壳程管壳式换热器，其特征为：所述第一腔体和所述第二腔体分别设有与所述冷媒出口联通的开口。

4.根据权利要求1所述的多壳程管壳式换热器，其特征为：所述平盖封头设有介质入口、介质出口以及用于配合介质流通的中转腔。

5.根据权利要求4所述的多壳程管壳式换热器，其特征为：所述中转腔包括一端与所述介质入口相通且另一端与所述一级管束入口相通的第一中转腔、一端与所述介质出口相通且另一端与所述二级管束出口相通的第二中转腔、以及一端与所述一级管束出口相通且另一端与所述二级管束入口相通的第三中转腔。

6.根据权利要求1所述的多壳程管壳式换热器，其特征为：所述传热管束包括U型管，所述U型管呈坡度排列。

7.根据权利要求1所述的多壳程管壳式换热器，其特征为：所述收容腔内设置有两个隔离板，所述隔离板将所述收容腔分隔为第一腔体、第二腔体和第三腔体，所述传热管束包括位于所述第一腔体内的一级管束、位于所述第二腔体内的二级管束以及位于所述第三腔体内的三级管束，所述一级管束、所述二级管束和所述三级管束前后连接；其中所述一级管束内的介质在所述第一腔体内通过冷媒进行一级热交换后，会进入所述二级管束在所述第二腔体内进行二级热交换，最后会进入所述三级管束在所述第三腔体内进行三级热交换。