CN107830752A - 一种高效余热回收装置 - Google Patents

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林成迪
刘世杰
杨帆
郭瑞
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Abstract

本发明公开了一种高效余热回收装置，包括筒体和换热管，所述筒体的一端设有管程流体进口，另一端设有管程流体出口，所述筒体两端内壁均设有与筒体密闭的内管板和外管板，所述内管板与所述筒体内壁所形成的密闭空间两端分别设有壳程流体出口和壳程流体进口。本发明采用三维变形HP管，比圆形光管管程截面积可减少40～60％，使得壳层空间变大，管外壳程获取平稳的流动的空间；三维变形HP管使得流体在垂直于主流方向产生二次流，破坏了热边界层，强化了冷热流体的热交换，提升换热效率20％～40％；本发明的中间介质采用液态金属，具有远高于水、空气及许多非金属介质的热导率，可实现更加高效的热量输运，保证装置长期稳定地运行。

Description

一种高效余热回收装置
技术领域
本发明属于余热回收技术领域，具体涉及一种高效余热回收装置。
背景技术
在国家大力推进节能减排、使用绿色能源的理念下，余热回收越来越受到各个企业的重视。管壳式换热器作为一种实现余热回收的装置，广泛应用于各个行业中，包括电力、轻工、冶金、供热等工业部门。传统管壳式换热器管程和壳程的流体共用同一根换热管，随着换热器的长期运行，往往会出现因换热管腐蚀和磨损发生流体泄漏的情况，导致冷热流体发生混合，引发重大的安全事故。
随着技术的进步和发展，出现了双管程双管板换热器，通过中间介质将冷热流体隔离开来，避免上述情况的出现。双管程双管板换热器具有内外两个管板和内外两根换热管，内外管板之间和内外换热管之间具有空腔，用于填充中间介质，即使换热管发生破损导致流体泄漏，只会引发中间介质与冷流体或者中间介质与热流体的混合，防止了冷热流体的接触，提高了换热器的安全性能。
双管程双管板换热器内外换热管之间填充了中间介质，无疑会导致冷热流体之间热量的交换需通过中间介质才可以完成，这样便降低了换热器的传热效率，不利于能量的传递，增加了能耗。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高效余热回收装置，利用三维变形HP管替代传统的光管，实现余热的高效回收利用。
本发明是通过以下技术方案来实现的：
一种高效余热回收装置，包括筒体和换热管，所述筒体的一端设有管程流体进口，另一端设有管程流体出口，所述筒体两端内壁均设有与筒体密闭的内管板和外管板，所述内管板与所述筒体内壁所形成的密闭空间两端分别设有壳程流体出口和壳程流体进口，且壳程流体进口靠近所述管程流体出口，所述内管板和所述外管板之间形成密闭的空腔，用于填充中间介质，所述换热管包括套接在一起的内换热管和外换热管，所述内换热管和外换热管之间留有间隙，所述内换热管的两端穿过外管板分别与管程流体进口和管程流体出口连通，所述外换热管的两端穿过内管板分别和两个空腔连通。
进一步地，所述筒体下端设有关于中心对称的两个底座。
进一步地，所述空腔的上端设有与其相连通的储液罐，所述空腔下端设有阀门，所述空腔内部设有压力传感器，所述压力传感器外连接报警装置。
进一步地，所述空腔填充的中间介质为液态金属。
进一步地，所述内换热管和所述外换热管均采用三维变形HP管。
进一步地，所述筒体外壁覆盖聚氨酯发泡保温材料。
本发明的优点是：
1.三维变形HP管，管程截面由圆变扁，在同样外径下，比圆形光管管程截面积可减少40～60％，使得壳层空间变大，管外壳程获取平稳的流动的空间；
2.三维变形HP管，管形为特殊的螺旋结构，使得流体在垂直于主流方向产生二次流，破坏了热边界层，强化了冷热流体的热交换，提升换热效率20％～40％；
3.三维变形HP管最大变径凸点处相互抵触，管束之间形成自支撑，结构非常紧凑，通过钢带捆扎后，不易发生振动；
4.管程流体和壳程流体形成纯逆流流动，使得冷热流体传热温差达到最大，有利于提高换热效率，节省传热面积；
5.高效余热回收装置不需设置折流板，壳程不存在流动死区，不易结垢；同时有利于降低壳程流体的阻力，减少能耗。
6.中间介质采用液态金属，具有远高于水、空气及许多非金属介质的热导率，可实现更加高效的热量输运，保证装置长期稳定地运行。
7.增加了报警装置，可以监控换热管是否因破损而发生泄漏，及时地提醒进行维修。
8.采用保温材料，可以有效地避免热量的损失，提高能量的利用率。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是三维变形HP换热管结构示意图；
图3是三维变形HP换热管剖开局部示意图；
图4是三维变形HP管错列布置形成自支撑示意图；
图5是空腔局部结构示意图；
图中附图标记含义：1、管程流体进口，2、外管板，3、压力传感器，4、阀门，5、内管板，6、底座，7、管程流体出口，8、空腔，9、储液罐，10、壳程流体进口，11、换热管，12、筒体，13、壳程流体出口，14、内换热管，15、外换热管，16、支撑点。
具体实施方式
实施例
参阅图1至图5，一种高效余热回收装置，包括筒体12和换热管11，所述筒体12的一端设有管程流体进口1，另一端设有管程流体出口7，所述筒体12两端内壁均设有与筒体12密闭的内管板5和外管板2，所述内管板5与所述筒体12内壁所形成的密闭空间两端分别设有壳程流体出口13和壳程流体进口10，且壳程流体进口10靠近所述管程流体出口7，管程流体和壳程流体形成纯逆流流动，使得冷热流体传热温差达到最大，有利于提高换热效率，节省传热面积。所述内管板5和所述外管板2之间形成密闭的空腔8，用于填充中间介质，所述换热管11包括套接在一起的内换热管14和外换热管15，所述内换热管14和外换热管15之间留有间隙，该间隙亦用于填充液态金属，可以避免换热管14因腐蚀或破损导致冷热流体混合的情况，提升装置的安全性能。所述内换热管14的两端穿过外管板2分别与管程流体进口1和管程流体出口7连通，所述外换热管15的两端穿过内管板5分别和两个空腔8连通。
其中，所述筒体12下端设有关于中心对称的两个底座6。所述空腔8的上端设有与其相连通的储液罐9，可以对所述空腔8内有所消耗的液态金属进行补充。同时为了维修的方便，所述空腔8下端设有阀门4，可将空腔8内的液态金属排放出去。所述空腔8内部设有压力传感器3，所述压力传感器3外连接报警装置。一旦换热管11发生破损，流体流进所述空腔8，就会引起空腔内的压力增大，这时所述压力传感器3可以感应空腔内压力的变化，同时将该信号输送给报警装置，启动报警。所述空腔8填充的中间介质为液态金属。该液态金属具有远高于水、空气及许多非金属介质的热导率，可实现更加高效的热量输运，保证装置长期稳定地运行。所述内换热管14和所述外换热管15均采用三维变形HP管。该三维变形HP管由圆管压扁扭曲而成，使得管内外流体在垂直于主流方向产生二次流，破坏了热边界层，强化了冷热流体的热交换，提升换热效率20％～40％。为了保证换热管与管板的连接方便，只对圆管中间部分进行扭曲，两端依旧保持圆形。所述三维变形HP管为多根，多根三维变形HP管在最大变径凸点处相互抵触，并通过钢带捆扎形成自支撑管束，结构非常紧凑，不易发生振动。该高效余热回收装置不需设置折流板，可以减少壳程流体的流动阻力，降低了能耗；此外，由于三维变形HP管的管程截面由圆变扁，在同样外径下，比圆形光管管程截面积可减少40～60％，使得壳层空间变大，管外壳程获取平稳的流动的空间。所述筒体12外壁覆盖聚氨酯发泡保温材料。
上列详细说明是针对本发明可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围中。

Claims (6)

1.一种高效余热回收装置，包括筒体(12)和换热管(11)，其特征在于，所述筒体(12)的一端设有管程流体进口(1)，另一端设有管程流体出口(7)，所述筒体(12)两端内壁均设有与筒体(12)密闭的内管板(5)和外管板(2)，所述内管板(5)与所述筒体(12)内壁所形成的密闭空间两端分别设有壳程流体出口(13)和壳程流体进口(10)，且壳程流体进口(10)靠近所述管程流体出口(7)，所述内管板(5)和所述外管板(2)之间形成密闭的空腔(8)，用于填充中间介质，所述换热管(11)包括套接在一起的内换热管(14)和外换热管(15)，所述内换热管(14)和外换热管(15)之间留有间隙，所述内换热管(14)的两端穿过外管板(2)分别与管程流体进口(1)和管程流体出口(7)连通，所述外换热管(15)的两端穿过内管板(5)分别和两个空腔(8)连通。
2.根据权利要求1所述的高效余热回收装置，其特征在于，所述筒体(12)下端设有关于中心对称的两个底座(6)。
3.根据权利要求1所述的高效余热回收装置，其特征在于，所述空腔(8)的上端设有与其相连通的储液罐(9)，所述空腔(8)下端设有阀门(4)，所述空腔(8)内部设有压力传感器(3)，所述压力传感器(3)外连接报警装置。
4.根据权利要求1所述的高效余热回收装置，其特征在于，所述空腔(8)填充的中间介质为液态金属。
5.根据权利要求1所述的高效余热回收装置，其特征在于，所述内换热管(14)和所述外换热管(15)均采用三维变形HP管。
6.根据权利要求1所述的高效余热回收装置，其特征在于，所述筒体(12)外壁覆盖聚氨酯发泡保温材料。
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