CN108548438A - 一种混合腔体-管壳式换热器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种混合腔体‑管壳式换热器，其中包括管板、壳体、壳体内部所包含的换热管、以及整个换热器两端的封头，在上下两个封头设有换热管中流体的进口与出口。此壳体采用圆筒的外形，内部两相邻的换热管连接到同一个混流腔内并且分流至随后的两换热管之中，使得换热管内介质的温度更加的均匀分配，防止冷热流体接触不均匀。同时混流腔采用椭圆形球体的设计，增加了管道的换热面积，同时也增加了流体在换热管中停留的时间，有足够的时间进行热量的传递，混流腔的外表面扰动管外流体的流动，使得管外流体的湍动程度提高。本发明结构简单，充分利用壳体内部空间，具有增强换热的效果。

Description

一种混合腔体-管壳式换热器

技术领域

本发明涉及换热器技术领域，尤其涉及一种用于石化、电力、制冷等行业的混合腔体-管壳式换热器。

背景技术

传统的管壳式换热器的传热面主要是由圆柱形的管束组成，由两端的管板将一系列的管束进行固定，管束于管板全部被包含于外壳内，换热介质由外壳的入口进入与管束的外表面发生直接的接触，从而实现换热的目的。该换热器简单、便于加工制造、具有广泛的适用性，一直占据着工业市场的主导地位。

但这种管壳式换热器同时存在着一些缺点与不足，主要是。

第一，换热管采用单一的圆管作为流动载体，当圆管内的流体流速比较低时，此时由于边界层的的热阻较大，传热系数较低；而在流速较高的条件下，管内流动阻力较大，对换热效果影响显著。

第二，换热器内的流体可能会因为流速不同或受到重力、流体粘性等其他因素的影响导致管外流体分配不均匀，从而导致换热效果较差。

第三，传统的单弓形折流板换热器在折流板与壳体结合处存在死区，流体呈旋涡状流动，增加了流动阻力。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种结构设计合理，利用混流腔和不同支流的结构的混合腔体-管壳式换热器来达到提高整体的热交换率的目的。

本发明是通过以下的技术方案来解决上述问题：

一种混合腔体-管壳式换热器，整体采用竖直圆筒状的外形，其中包括壳体、管板、位于管壳两端的封头、换热管以及混流腔。该封头上分别设置有管内流体的进口、管内流体的出口，该管壳上分别设有管外流体的进口，管外流体的出口，并且该换热管靠近管板的两端分别于管板相连，随后每相邻的两换热管连接到同一个混流腔内并分流至两组对应的换热管相接。

本发明所述的换热器中混流腔为椭圆状金属空腔，上下分别设置两组进出口与两组相邻的换热管相连，管内流体经由一组相邻的换热管进入到同一个混流腔内并且分流至随后的两根换热管之中，使得换热管内介质的温度更加的均匀分配，防止冷热流体接触不均匀，充分利用温差进行换热。

本发明所述的换热器相邻换热管的流体流经混流腔，混流腔的呈椭球状，相比于换热管增加了两种介质之间热交换的表面积，提高了传热效率。

本发明所述的换热器中的椭球型混流腔充分利用换热器内的空间，流体在进入混流腔内会有短暂的停留，提高了在换热器内的停留时间，使得充分换热。

本发明所述的换热器中的椭球型混流腔由于外部呈椭球状，由于管外流体不断的冲刷混流腔，金属腔体的腔体会以不同的角度阻碍、扰动管外流体的流动，使得管外流体的湍动程度提高，提高换热效果。

附图说明

图1是本发明混合腔体-管壳式换热器实例的结构示意图。

其中：管内流体出口1、封头2、管板3、管内流体进口4、壳体5、换热管6、混流腔7、管内流体进口8以及管外流体进口9。

图2为图1中沿A-A的剖面结构示意图。

图3为本发明混流腔排列方式的结构示意图。

其中：其不互相连接混流腔的球心距为a，长半轴为b，短半轴为c，相互连接混流腔的球心距为d。

图4是图1中A处的放大示意图。

图5是混流腔扰流示意图。

具体实施方式

下面结合附图并通过实例对本发明作进一步的详细说明，一下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。

参见图1至图4，本实例中的混合腔体-管壳式换热器包括壳体5、管内流体进口8、管内流体出口1、管外流体进口9、管内流体进口4、换热管6、封头2、管板3以及混流腔7。封头2安置在换热器两端，并有管内流体进口8和出口1，壳体外壁上安置有管外流体进口9和出口4。换热管6置于壳体5内，并且两端与管板3相接，壳体5内不设折流板，相邻的两换热管6连接到同一个混流腔7内并分流至两组对应的换热管6相接。

本实施例中的换热管6为普通圆管，换热管6分别与两端的管板3进行密封连接。

结合图1至图2分析，换热管6为直管，每N个换热管6与N-1个混流腔7相互连接，现有技术中，流体在换热管6外流动时可能会由于重力、流体粘度等其他因素导致流体与换热管外表面的接触不均匀，导致部分管内流体接触到的冷却介质较少，换热不理想。所以本实例中流体介质分别从两个换热管6进入混流腔体7内从而实现换热管内流体混合，并继续分流到到两组对应的管道内，使得这两组换热管6内的流体温度分布均匀，防止冷热流体接触不均匀，提高管内流体与管外流体的热交换率。

结合图3分析，椭球状的混流腔7其不互相连接混流腔的球心距为a，长半轴为b，短半轴为c，相互连接混流腔的球心距为d，其中a、b、c、d的具体数值可根据具体的实际情况取值。

本实施例中混流腔7为与换热管6相接的金属空腔，当流体进去混流腔7内混合时需填充满内部的容积后方可流出腔体，该过程提高了流体在换热管6和混流腔7内的提留时间，使得换热过程更加充分，另外混流腔7呈现椭球型，对比与传统管壳式换热器换热面积有所增加，能够提高换热效果。

结合图5分析，本实例中流体从管外流体进口9进入与管壳内的换热管6进行热交换，在流经途中会不断地冲刷换热管6与混流腔7的表面，换热管6与管外流体处于顺流状态，但混流腔体呈椭球状，在管壳内间隔设置的混流腔7会阻碍管外流体的流动，管外流体在流动时遇到混流腔7表面因为阻碍的作用会改变原有的流动状态，因为管壳内设置了复数个混流腔7，会不断地重复这一过程，强制的扰动会使管外的流体出现强烈的湍动，以提高传热效果。

在此需要补充说明，本说明书所描述的具体实施例，仅仅是说明本发明的结构及附图，不能以此来限定本发明的权利范围，因此凡是依照本发明作出等同变化，均属本发明的保护范围。

Claims (5)

1.本发明提供了一种混合腔体-管壳式换热器，其中包括管板、壳体、壳体内部所包含的换热管、以及整个换热器两端的封头，在上下两个封头设有换热管中流体的进口与出口；此壳体采用圆筒的外形，内部两相邻的换热管连接到同一个椭球型混流腔内并且分流至随后的两换热管之中，该混合腔体-管壳式换热器内设置了多个混流腔的结构。

2.如权利要求1所述的一种混合腔体-管壳式换热器，其特征在于，内部两相邻的换热管连接到同一个椭球型混流腔内并且分流至随后的两换热管之中。

3.如权利要求2所述的一种混合腔体-管壳式换热器，其特征在于，内部两相邻的换热管连接到混流腔为椭球型，提高换热管的换热表面积。

4.如权利要求2所述的一种混合腔体-管壳式换热器，其特征在于，内部两相邻的换热管连接到混流腔为椭球型金属空腔，当流体进去混流腔内混合时需填充满内部的容积后方可流出腔体，提高了在换热器内的停留时间。

5.如权利要求2所述的一种混合腔体-管壳式换热器，其特征在于，由于管外流体不断的冲刷混流腔，金属腔体的腔体会以不同的角度阻碍、扰动管外流体的流动，使得管内流体的湍动程度提高。