CN108534582B - 一种换热器、碳化硅换热器及换热系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种换热器、碳化硅换热器及换热系统，涉及换热器技术领域。换热器包括基体和换热体。基体内部具有容纳空腔。换热体具有相互倾斜、互不连通且能热交换的第一流道和第二流道。换热体设于容纳空腔中并与基体内壁具有间隙，第一流道与基体内壁构成第一换热通道，第二流道与基体内壁构成第二换热通道，第一换热通道和第二换热通道相互独立。基体具有连通第一换热通道的物料进口和物料出口，基体具有连通第二换热通道的热冷媒介进口和热冷媒介出口。本发明可解决传统换热器强度低、安全性能差、耐高温高压能力弱和导热性能不强的问题。

Description

一种换热器、碳化硅换热器及换热系统

技术领域

本发明涉及换热器技术领域，具体而言，涉及一种换热器、碳化硅换热器及换热系统。

背景技术

换热器在化工、炼油、石油化工、动力、核能和其他工业领域中得到普遍应用，这其中石墨换热器石墨易脆裂，强度低，耐高温高压能力不强；搪瓷换热器耐温差急变性能低，存在爆瓷问题；氟塑料换热器导热性能不强，耐高温高压能力较弱。

发明内容

本发明的第一个目的在于提供一种换热器，解决传统换热器强度低、安全性能差、耐高温高压能力弱和导热性能不强的问题。

本发明的第二个目的在于提供一种碳化硅换热器，解决现有碳化硅换热器管板和换热管易高温高压失效变形断裂、安装复杂不易拆卸清洗、密封复杂易密封泄漏和售后成本高的问题。

本发明的第三个目的在于提供一种换热系统，解决现有换热系统使用寿命低和耐高温高压能力差的问题。

本发明的实施例是这样实现的：

一种换热器，换热器包括基体和换热体；基体内部具有容纳空腔；换热体具有相互倾斜且互不连通的第一流道和第二流道，第二流道被构造为用于与第一流道发生热交换；换热体设置于容纳空腔中并与基体的内壁具有间隙，第一流道与基体的内壁共同构成第一换热通道，第二流道与基体的内壁共同构成第二换热通道，第一换热通道和第二换热通道相互独立；基体具有连通第一换热通道的物料进口和物料出口，基体具有连通第二换热通道的热冷媒介进口和热冷媒介出口。

发明人设计了上述换热器，换热器包括基体和换热体，基体内部具有容纳空腔。换热体具有相互倾斜且互不连通的第一流道和第二流道，第二流道与第一流道发生热交换。换热体设置于容纳空腔中并与基体的内壁具有间隙，第一流道与基体的内壁共同构成第一换热通道，第二流道与基体的内壁共同构成第二换热通道，第一换热通道和第二换热通道相互独立。换热体作为主要换热部件，较传统换热器多个复杂的换热部件安全性能更好。用换热体代替了传统换热器的管板等支撑件，结构和安装更加简单，强度得到有效提高，具有更好的耐高温高压能力。基体具有连通第一换热通道的物料进口和物料出口，基体具有连通第二换热通道的热冷媒介进口和热冷媒介出口。具体地，控制热媒介或冷媒介从热冷媒介进口进入第二换热通道，并在换热体内的第二流道内流动，最后从热冷媒介出口流出；控制物料从物料进口进入第一换热通道，并在换热体内的第一流道内流动，最后从物料出口流出，由于第一换热通道和第二换热通道相互独立，第一流道与第二流道互不连通且能发生热交换，使得物料和热媒介或冷媒介发生热量传递，起到更好的换热效果。

在本发明的一种实施例中：

基体具有压盖、第一钢衬管箱、第二钢衬管箱和换热器壳体，压盖通过压力安装螺栓与第一钢衬管箱连接，换热器壳体与第一钢衬管箱通过密封压环连接，第二钢衬管箱与换热器壳体固定连接，换热器壳体、第一钢衬管箱和第二钢衬管箱的内壁共同构成容纳空腔。

在本发明的一种实施例中：

换热体包括多个换热部，换热部相对的两端设置有连接部；多个换热部依次连接，相邻两个换热部通过连接部连接；换热部具有相互倾斜且互不连通的第一通道和第二通道；多个第一通道相互连通构成第一流道，多个第二通道构成第二流道。

在本发明的一种实施例中：

换热部内部沿换热部轴线方向开设有多个第一通道，第一通道贯穿连接部，多个第一通道之间相互独立；换热部内部沿垂直换热部轴线方向开设有多个第二通道，第二通道贯穿换热部的周壁，多个第二通道之间相互独立。

在本发明的一种实施例中：

换热部直径小于连接部直径，换热部周壁与连接部端面围成第二通道，多个第二通道构成第二流道；换热部内部沿换热部轴线方向开设有多个第一通道，第一通道贯穿连接部，多个第一通道之间相互独立，多个第一通道相互连通构成第一流道。

在本发明的一种实施例中：

相邻两个连接部之间设置有折流连接板。

在本发明的一种实施例中：

连接部开设有多个连接口，多个连接口绕连接部轴心并远离连接部轴线布置；折流连接板具有四氟密封圈和连接柱，折流连接板相对多个连接口开设有多个连接孔，折流连接板相对多个第一通道开设多个通孔，多个连接柱、多个连接口和多个连接孔配合连接；折流连接板抵靠在基体内壁上，折流连接板相对第二换热通道开设有通道口。

在本发明的一种实施例中：

物料进口开设在第一钢衬管箱上，物料出口和备用口开设在第二钢衬管箱上；换热器壳体还具有放空口和排尽口；热冷媒介进口、热冷媒介出口和备用口开设在同一侧，放空口和排尽口开设在同一侧；热冷媒介进口、热冷媒介出口、备用口与放空口、排尽口呈180°分布在换热器壳体上。

一种碳化硅换热器，碳化硅换热器包括上述任一项换热器，换热体为碳化硅换热体。

一种换热系统，换热系统包括上述碳化硅换热器。

本发明的技术方案至少具有如下有益效果：

本发明提供的一种换热器，解决传统换热器强度低、安全性能差、耐高温高压能力弱和导热性能不强的问题。

本发明提供的一种碳化硅换热器，解决现有碳化硅换热器管板和换热管易高温高压失效变形断裂、安装复杂不易拆卸清洗、密封复杂易密封泄漏和售后成本高的问题。

本发明提供的一种换热系统，解决现有换热系统使用寿命低和耐高温高压能力差的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例1中换热器在第一视角下的结构示意图；

图2为本发明实施例1中换热器在第二视角下的结构示意图；

图3为本发明实施例1中换热体在第一视角下的结构示意图；

图4为本发明实施例1中换热体在第二视角下的结构示意图；

图5为本发明实施例1中换热体在第三视角下的结构示意图；

图6为本发明实施例1中折流连接板在第一视角下结构示意图；

图7为本发明实施例1中折流连接板在第二视角下结构示意图；

图8为本发明实施例2中换热体在第一视角下的结构示意图；

图9为本发明实施例2中换热体在第二视角下的结构示意图。

图标：10-换热器；200-基体；210-容纳空腔；220-第一换热通道；230-第二换热通道；240-压盖；242-压力安装螺栓；250-第一钢衬管箱；252-物料进口；254-密封压环；256-密封填料；258-密封垫；260-换热器壳体；262-热冷媒介进口；264-热冷媒介出口；266-放空口；268-排尽口；270-第二钢衬管箱；272-物料出口；274-备用口；300-换热体；310-换热部；312-第一通道；314-第二通道；320-连接部；322-连接口；330-折流连接板；332-四氟密封圈；334-连接孔；336-连接柱；338-通孔；339-通道口；340-第一流道；350-第二流道；400-换热体；410-换热部；412-第一通道；414-第二通道；420-连接部；422-连接口。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“内”、“下”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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，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。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“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。可以是机械连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。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。

实施例1

本实施例提供了一种换热器10，换热器10用于解决传统换热器强度低、安全性能差、耐高温高压能力弱和导热性能不强的问题。

请参考图1和图2，图1示出了本具体实施例提供的换热器10在第一视角下的示意结构，图2示出了本具体实施例换热器10在第二视角下的示意结构。

为清楚描述换热器10的结构，定义第一预设方向以及与第一预设方向垂直的第二预设方向，其中图1中示出了第一预设方向以及第二预设方向的指向方向：换热器10包括基体200和换热体300；基体200具有压盖240、第一钢衬管箱250、第二钢衬管箱270和换热器壳体260，压盖240通过压力安装螺栓242与第一钢衬管箱250连接，换热器壳体260与第一钢衬管箱250通过密封压环254连接，密封压环254内填装有密封填料256，第二钢衬管箱270与换热器壳体260固定连接。换热器壳体260、第一钢衬管箱250和第二钢衬管箱270的内壁共同构成容纳空腔210。换热体300设置于容纳空腔210中并与基体200的内壁具有间隙，换热体300与第一钢衬管箱250之间设置有密封垫258，换热体300与第二钢衬管箱270之间设置有密封垫258；换热体300具有相互垂直且互不连通的第一流道340和第二流道350，第二流道350被构造为用于与第一流道340发生热交换；第一流道340与基体200的内壁共同构成第一换热通道220，第二流道350与基体200的内壁共同构成第二换热通道230，第一换热通道220和第二换热通道230相互独立；换热体300内设置有折流连接板330，折流连接板330抵靠在换热器壳体260上。基体200具有连通第一换热通道220的物料进口252和物料出口272，基体200具有连通第二换热通道230的热冷媒介进口262和热冷媒介出口264；物料进口252开设在第一钢衬管箱250上，物料出口272和备用口274开设在第二钢衬管箱270上；换热器壳体260还具有放空口266和排尽口268；热冷媒介进口262、热冷媒介出口264和备用口274开设在同一侧，放空口266和排尽口268开设在同一侧；热冷媒介进口262、热冷媒介出口264、备用口274与放空口266、排尽口268呈180°分布在换热器壳体260上。具体地，控制热媒介或冷媒介从热冷媒介进口262进入第二换热通道230，并在换热体300内的第二流道350内流动，热媒介或冷媒介经折流连接板330挡流折流，在第二换热通道230和第二流道350内大致以“S”型路线流动，最后从热冷媒介出口264流出；控制物料从物料进口252进入第一换热通道220，并在换热体300内的第一流道340内流动，最后从物料出口272流出。

由于第一换热通道220和第二换热通道230相互独立，第一流道340与第二流道350互不连通且能发生热交换，折流连接板330的设置让热媒介或冷媒介的流动速度变缓，使得物料和热媒介或冷媒介更充分地发生热量传递，起到更好的换热效果；换热体300作为主要换热部件，较传统换热器多个复杂的换热部件安全性能更好；用换热体300代替了传统换热器的管板等支撑件，结构和安装更加简单，强度得到有效提高，具有更好的耐高温高压能力。

本实施例中，折流连接板330数量为三个，换热部310数量为四个，需要说明的是，本发明并不限定折流连接板330和换热部310的数量，在其他具体实施方式中，折流连接板330和换热部310的数量可以为多个。本实施例中第一流道340和第二流道350互相垂直，需要说明的是，本发明并不限定第一流道340和第二流道350的相对位置关系，在其他具体实施方式中，第一流道340和第二流道350也可互相倾斜不垂直。

本实施例中，第一钢衬管箱250和第二钢衬管箱270材质为四氟圆块或碳化硅烧结块，通过滚涂F40与F46、喷涂F46与PFA、模压烧结PTFE、缠绕烧结PTFE等方式制作，需要说明的是，本发明并不限定第一钢衬管箱250和第二钢衬管箱270的材质和制造工艺，在其他具体实施方式中，第一钢衬管箱250和第二钢衬管箱270的材质也可以用其他能达到耐腐蚀保密封的方式制作。同时，本实施例中，密封垫258和密封填料256的材料和制作工艺为进口石墨包氟垫，也可采用无石棉包氟垫或膨体四氟带，需要说明的是，本发明并不限定密封垫258和密封填料256的材料和制作工艺，在其他具体实施方式中，密封垫258和密封填料256可采用其他耐高温高压和具有弹性形变的材料制作。

具体地，请结合图3、图4和图5，图3示出了本具体实施例提供的换热体300在第一视角下的示意结构，图4示出了本具体实施例提供的换热体300在第二视角下的示意结构，图5示出了本具体实施例提供的换热体300在第三视角下的示意结构。

换热体300(参考图1)包括沿第一预设方向依次连接的四个换热部310(参考图1)；换热部310相对的两端设置有连接部320，换热部310和连接部320一体加工；换热部310内部沿换热部310轴线方向开设有五个第一通道312，五个第一通道312贯穿连接部320，五个第一通道312之间相互独立；换热部310内部沿垂直换热部310轴线方向开设有八个第二通道314，八个第二通道314贯穿换热部310的周壁，八个第二通道314之间相互独立；连接部320开设有八个连接口322，八个连接口322绕连接部320轴心并远离连接部320轴线布置。

需要说明的是，本发明并不限定换热部310和连接部320的加工方式，在其他具体实施方式中，换热部310和连接部320也可以采用其它方式加工，比如可以为焊接而成。同时，本发明并不限定连接口322、第一通道312和第二通道314的数量，在其他具体实施方式中，连接口322、第一通道312和第二通道314的数量可以为一个或一个以上。

具体地，请结合图6和图7，图6示出了本具体实施例提供的折流连接板330在第一视角下的示意结构，图7示出了本具体实施例提供的折流连接板330在第二视角下的示意结构。

折流连接板330具有四氟密封圈332和连接柱336，折流连接板330相对八个连接口322(参考图3)开设有八个连接孔334，折流连接板330相对五个第一通道312(参考图3)开设五个通孔338，五个连接口322和五个连接孔334通过相应个数的连接柱336配合连接从而实现多个换热部310(参考图1)沿第一预设方向的叠加连接；折流连接板330相对第二换热通道230(参考图1)开设有四个通道口339。

本实施例中，折流连接板330为碳钢包裹四氟密封圈332制作，需要说明的是，本发明并不限定折流连接板330的材质，在其他具体实施方式中，折流连接板330可以采用不锈钢等金属材质，也可采用PTFE和PVC等塑料制作。同时，本实施例中，连接柱336为螺栓，通道口339为折流连接板330上开圆孔，需要说明的是，本发明不限定连接柱336和通道口339的具体形式，在其他具体实施方式中，连接柱336可以是定位销；通道口339可以是折流连接板330板体外沿开口形成可以连通第二换热通道230(参考图1)的缺口，也可以是折流连接板330切去一段外圆后形成的可以连通第二换热通道230(参考图1)的缺口。另外，本发明也不限定连接柱336、连接孔334、通孔338和通道口339的数量，只要能满足相互配合关系即可，在其他具体实施方式中，连接孔334、通孔338和通道口339的数量也可以为一个或一个以上。

在本实施例中，四个换热部310由三个折流连接板330连接而成组成换热体300。用换热体300代替了传统换热器的流道管及管板的热交换设置，结构和安装更加简单，强度更高，耐高温高压能力更强，降低了设备的损坏率；换热部310、连接部320与折流连接板330加工工艺简单，安装难度低，成本可控；折流连接板330既作为连接件连接换热体300的换热部310与连接部320，又作为换热部310与连接部320的密封件，这种连接和密封方式简单可靠；同时折流连接板330沿换热器壳体260内壁圆周交错隔离第二换热通道230，让从热冷媒介进口262进入第二换热通道230和第二流道350的热媒介或冷媒介通过通道口339折回第二换热通道230和第二流道350，最后从热冷媒介出口264流出，降低了热媒介或冷媒介的流动速度，从而增大第二换热通道230和第二流道350内的热媒介或冷媒介与第一流道340中物料的热交换率。

实施例2

本实施例提供了一种换热器，该换热器与上述实施例提供的换热器10大致相同，不同之处在于，本实施例中的换热体400与上述实施例中的换热体300结构不同。

具体地，请结合图8和图9，图8示出了本具体实施例提供的换热体400在第一视角下的示意结构，图9示出了本具体实施例提供的换热体400在第二视角下的示意结构。

换热体400包括换热部410和连接部420，换热部410与连接部420一体加工，换热部410直径小于连接部420直径，换热部410周壁与连接部420端面围成第二通道414，第二通道414构成第二流道350(参考图1)；换热部410内部沿换热部410轴线方向开设有十三个第一通道412，十三个第一通道412贯穿连接部420，十三个第一通道412之间相互独立，十三个第一通道412相互连通构成第一流道340(参考图1)。

需要说明的是，本发明并不限定换热部410的数量，在其他具体实施方式中，换热部410的数量可以为多个；在其他具体实施方式中，换热部410与连接部420也可以采用其它方式加工，比如可以为焊接而成。同时，本发明并不限定连接口422和第一通道412的数量，在其他具体实施方式中，连接口422和第一通道412的数量可以为一个或多个。

实施例3

本实施例提供一种碳化硅换热器，碳化硅换热器包括实施例1中提供的换热器10，其中，换热体300为碳化硅材质，第一钢衬管箱250和第二钢衬管箱270为碳化硅结块制作。需要说明的是，换热体300可替换为换热体400。

碳化硅换热器中取消了管板和换热管结构，碳化硅换热体既作为换热元件，又作为管板和支撑件，简化了碳化硅换热器结构，降低制造成本，安装方式简单，容易拆卸清洗，耐高温高压能力更强；碳化硅换热体之间密封采用具有四氟密封圈的折流连接板密封，密封效果可靠，密封成本低廉。碳化硅换热器的密封不涉及四氟螺母和四氟管板,不会因材料高温软化变形而造成密封失效。

实施例4

本实施例提供一种换热系统，换热系统基于上述实施例提供的碳化硅换热器。该换热系统能有效解决现有换热系统使用寿命低和耐高温高压能力差的问题。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种换热器，其特征在于：包括基体和换热体；所述基体内部具有容纳空腔；所述换热体具有相互倾斜且互不连通的第一流道和第二流道，所述第二流道被构造为用于与所述第一流道发生热交换；所述换热体设置于所述容纳空腔中并与所述基体的内壁具有间隙，所述第一流道与所述基体的内壁共同构成第一换热通道，所述第二流道与所述基体的内壁共同构成第二换热通道，所述第一换热通道和所述第二换热通道相互独立；所述基体具有连通所述第一换热通道的物料进口和物料出口，所述基体具有连通所述第二换热通道的热冷媒介进口和热冷媒介出口；

所述换热体包括多个换热部，所述换热部相对的两端设置有连接部；多个所述换热部依次连接，相邻两个所述换热部通过所述连接部连接；所述换热部具有相互倾斜且互不连通的第一通道和第二通道；多个所述第一通道相互连通构成所述第一流道，多个所述第二通道构成所述第二流道；

相邻两个所述连接部之间设置有折流连接；

所述基体具有压盖、第一钢衬管箱、第二钢衬管箱和换热器壳体，所述压盖、所述第一钢衬管箱、所述换热器壳体和所述第二钢衬管箱依次连接；所述换热器壳体、所述第一钢衬管箱和所述第二钢衬管箱的内壁共同构成所述容纳空腔；

所述换热部内部沿所述换热部轴线方向开设有多个所述第一通道，所述第一通道贯穿所述连接部，多个所述第一通道之间相互独立；所述换热部内部沿垂直所述换热部轴线方向开设有多个所述第二通道，所述第二通道贯穿所述换热部的周壁，多个所述第二通道之间相互独立；

所述换热部直径小于所述连接部直径，所述换热部周壁与所述连接部端面围成所述第二通道，多个所述第二通道构成所述第二流道；所述换热部内部沿所述换热部轴线方向开设有多个所述第一通道，所述第一通道贯穿所述连接部，多个所述第一通道之间相互独立，多个所述第一通道相互连通构成所述第一流道；

所述连接部开设有多个连接口，多个所述连接口绕所述连接部轴心并远离所述连接部轴线布置；所述折流连接板具有四氟密封圈和连接柱，所述折流连接板相对多个所述连接口开设有多个连接孔，所述折流连接板相对多个所述第一通道开设多个通孔，多个所述连接柱、多个所述连接口和多个所述连接孔配合连接；所述折流连接板抵靠在所述基体内壁上，所述折流连接板相对所述第二换热通道开设有通道口；所述物料进口开设在所述第一钢衬管箱上，所述物料出口和备用口开设在所述第二钢衬管箱上；所述换热器壳体还具有放空口和排尽口；所述热冷媒介进口、所述热冷媒介出口和所述备用口开设在同一侧，所述放空口和所述排尽口开设在同一侧；所述热冷媒介进口、所述热冷媒介出口、所述备用口与所述放空口、所述排尽口呈180°分布在所述换热器壳体上。

2.一种碳化硅换热器，其特征在于：所述碳化硅换热器包括权利要求1中所述的换热器，所述换热体为碳化硅换热体。

3.一种换热系统，其特征在于：所述换热系统包括权利要求2所述的碳化硅换热器。