CN108955307A - 管壳式换热器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种管壳式换热器，换热管包括内管和外管，内管同轴穿设在外管内，内管外壁和外管内壁之间具有间隙，间隙的两端密封形成腔室，当内管破裂时，内管内的介质进入腔室，外管可以阻止内管的介质与外管外的介质混合；当外管破裂时，外管外的介质进入腔室，内管可以阻止外管外的介质进入内管内，防止外管外的介质与内管内的介质混合；本发明的管壳式换热器，在使用的过程中，可有效防止两种介质的混合，实现换热器内两种介质不会因为换热管破裂而混合，杜绝了安全隐患，延长了换热器的使用寿命。

Description

管壳式换热器

技术领域

本发明涉及换热器技术领域，尤其是涉及一种管壳式换热器。

背景技术

管壳式换热器（shell and tube heat exchanger）又称列管式换热器。是以封闭在壳体中管束的壁面作为传热面的间壁式换热器。这种换热器结构简单、造价低、流通截面较宽、易于清洗水垢；可用各种结构材料（主要是金属材料）制造，能在高温、高压下使用，是目前应用最广的类型。

专利号为201310483656.9的中国专利《三流程无菌双管板管壳式换热器》中就具体介绍了管壳式换热器的具体安装结构：壳体的两端对称的依次设有内管板、外管板、分程板和管程接口；壳体侧壁的上部设有壳程出口，壳体侧壁的下部设有壳程进口；壳体内设有换热管、折流板和折流板支杆，换热管的两端分别穿过壳体两端的内管板和外管板；换热管与内管板胀接相连，换热管与外管板先胀后焊相连，壳体与内管板焊接相连，折流板支杆与内管板及折流板焊接相连。

但是，这种常规的管壳式换热器中的换热管都是单壁的，管内侧是管程介质，管外侧是壳程介质，一旦换热管发生破裂，那么两种介质就会混合，在某些特定的情况下，两种介质可能发生化学反应，比如剧毒，爆炸，强腐蚀等等。安全隐患较大，换热器的使用寿命较短，换热的效率较低。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：为了克服现有技术中的管壳式换热器中的换热管都是单壁的，一旦换热管发生破裂，两种介质就会混合的问题，提供一种管壳式换热器，使用包括内管和外管的换热管，内管和内管外壁和外管内壁之间具有间隙，间隙的两端密封形成腔室，腔室与内管腔和外管腔均不连通，腔室内填充泡沫金属和液体介质。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种管壳式换热器，包括壳体，所述壳体的两端均固定安装有管板，所述壳体内设有换热管，换热管的两端分别穿过壳体两端的管板，所述换热管包括内管和外管，所述内管同轴穿设在外管内，内管内形成内管腔，外管与壳体之间形成外管腔，所述内管外壁和外管内壁之间具有间隙，间隙的两端密封形成腔室，所述腔室与内管腔和外管腔均不连通。

本发明的管壳式换热器，包括换热管，换热管包括内管和外管，内管同轴穿设在外管内，内管外壁和外管内壁之间具有间隙，间隙的两端密封形成腔室，当内管破裂时，内管内的介质进入腔室，外管可以阻止内管的介质与外管外的介质混合；当外管破裂时，外管外的介质进入腔室，内管可以阻止外管外的介质进入内管内，防止外管外的介质与内管内的介质混合；本发明的管壳式换热器，在使用的过程中，可有效防止两种介质的混合，实现换热器内两种介质不会因为换热管破裂而混合，杜绝了安全隐患，延长了换热器的使用寿命。

由于换热管包括内管和外管，内管和外管之间具有间隙，间隙内具有气体，气体的传热效率较低，间隙的设置会降低换热器的换热效率，为了解决这一问题，所述腔室内填充有泡沫金属，泡沫金属是指含有泡沫气孔的特种金属材料，金属材料具有较好的导热性，从而提高了内管与外管之间的热转换效率。

由于泡沫金属为多孔材料，泡沫金属与内管和外管的接触面积较小，会降低换热器的换热效率，为了解决这一问题，所述腔室内填充有液体介质，液体介质与内管和外管的接触面积最大，从而提高了内管与外管之间的热转换效率。

为了实现间隙两端的密封，所述管板为分体式管板，包括从外向内依次贴合的外管板和内管板，所述内管穿设固定在外管板上，所述外管穿设固定在内管板上，外管板与内管板贴合，外管板与内管板之间不具有间隙，从而实现间隙两端的密封，使间隙形成腔室。

在外管或内管破裂时，为了能够及时得知，所述内管板和外管板之间具有积液腔，间隙连通壳体两端的积液腔，所述管板上安装有压力报警器，所述压力报警器的测量头插设在积液腔内，不管是内管还是外管破裂，必然有介质进入腔室，介质从腔室汇聚到壳体两端的积液腔中，压力报警器感应到压力变化后进行报警，从而能够让使用者及时得知。

为了在内管板和外管板之间设置积液腔，所述外管板上开设有凹槽，内管板与外管板贴合，凹槽形成积液腔，内管板与外管板之间设置有密封圈，密封圈位于凹槽的外围。

传统的管壳式换热器的换热方式是从换热管的一端通入介质，介质在换热管内换热后从换热管的另一端流出，介质在换热管内停留的时间与换热管的长度呈正比，若是介质到达一定的热量，换热管的长度较长，那么换热器的长度较长，较长的换热器占用空间较大，安装较困难，为了解决这一问题，所述壳体两端管板的外侧均固定安装有后管箱，所述后管箱上开设有流通凹槽，后管箱与管板贴合，流通凹槽形成储液腔，后管箱和管板之间设置有密封垫，内管连通壳体两端的储液腔，壳体任意一端的储液腔内设置有隔板，隔板将储液腔分为两个储液腔室，后管箱上开设有分别连通两个储液腔室的进口和出口，在向内管内通入介质时，从进口通入介质，介质从进口进入其中一个储液腔室内，进入储液腔室内的介质进入与其连通的内管中，在内管中进行换热后进入壳体另一端的储液腔内，介质从储液腔内进入与另一个储液腔室连通的内管内进行换热，换热后进入储液腔室，然后从出口流出，介质在换热管内进行循环流动，进行两次换热，在较小换热管长度的同时，没有减小介质的流动长度与时间，换热效率不变，换热管的长度减半，方便安装与固定。

为了使本发明的换热器可以实现另一种规格的使用，所述壳体另一端未开设进口与出口的后管箱上开设有连通储液腔与外界的通孔，所述通孔内螺纹安装有密封螺钉，在使用时，将出口堵住，将密封螺钉卸下，使通孔作为出口，可做另一种规格的换热器进行使用。

本发明的有益效果是: 本发明的管壳式换热器，包括换热管，换热管包括内管和外管，内管同轴穿设在外管内，内管外壁和外管内壁之间具有间隙，间隙的两端密封形成腔室，当内管破裂时，内管内的介质进入腔室，外管可以阻止内管的介质与外管外的介质混合；当外管破裂时，外管外的介质进入腔室，内管可以阻止外管外的介质进入内管内，防止外管外的介质与内管内的介质混合；本发明的管壳式换热器，在使用的过程中，可有效防止两种介质的混合，实现换热器内两种介质不会因为换热管破裂而混合，杜绝了安全隐患，延长了换热器的使用寿命。腔室内填充泡沫金属，金属材料具有较好的导热性，从而提高了内管与外管之间的热转换效率；内管板和外管板之间具有积液腔，间隙连通壳体两端的积液腔，管板上安装有压力报警器，压力报警器的测量头插设在积液腔内，不管是内管还是外管破裂，必然有介质进入间隙，介质从间隙汇聚到壳体两端的积液腔中，压力报警器可以感应到压力变化，从而能够及时得知。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明实施例1的俯视图；

图2是本发明图1中A-A处的剖视图；

图3是本发明图2中B处的放大图；

图4是本发明实施例1中换热管与管板的连接节点图；

图5是本发明实施例1中换热管的横截面示意图；

图6是本发明实施例2中换热管的横截面示意图；

图7是本发明实施例3中换热管的横截面示意图；

图8是本发明实施例4中换热管的横截面示意图；

图9是本发明实施例5的二维剖视图；

图10是本发明图9中C处的放大图。

图中：1. 壳体，2. 管板，2-1. 外管板，2-2. 内管板，3. 换热管，3-1. 内管，3-2.外管，4. 腔室，5. 泡沫金属，6. 液体介质，7. 积液腔，8. 压力报警器，9. 密封圈，10. 后管箱，11. 储液腔，12. 密封垫，13. 隔板，14. 进口，15.出口，16. 密封螺钉，17.内管腔，18.外管腔。

具体实施方式

现在结合附图对本发明做进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

实施例1：

如图1和图2所示的一种管壳式换热器，包括壳体1，所述壳体1的两端均固定安装有管板2，所述壳体1内设有换热管3，换热管3的两端分别穿过壳体1两端的管板2，所述换热管3包括内管3-1和外管3-2，所述内管3-1同轴穿设在外管3-2内，内管3-1内形成内管腔17，外管3-2与壳体1之间形成外管腔18，所述内管3-1外壁和外管3-2内壁之间具有间隙，间隙的两端密封形成腔室4，所述腔室4与内管腔17和外管腔18均不连通。为了实现间隙两端的密封，所述管板2为分体式管板，包括从外向内依次贴合的外管板2-1和内管板2-2，外管板2-1和内管板2-2通过螺钉固定贴合，如图3所示，所述内管3-1穿设固定在外管板2-1上，所述外管3-2穿设固定在内管板2-2上，外管板2-1与内管板2-2贴合，外管板2-1与内管板2-2之间不具有间隙，如图5所示，从而实现间隙两端的密封，使间隙形成腔室4。

本发明的管壳式换热器，包括换热管3，换热管3包括内管3-1和外管3-2，内管3-1同轴穿设在外管3-2内，内管3-1外壁和外管3-2内壁之间具有间隙，间隙的两端密封形成腔室4，当内管3-1破裂时，内管3-1内的介质进入腔室4，外管3-2可以阻止内管3-1的介质与外管3-2外的介质混合；当外管3-2破裂时，外管3-2外的介质进入腔室4，内管3-1可以阻止外管3-2外的介质进入内管3-1内，防止外管3-2外的介质与内管3-1内的介质混合；本发明的管壳式换热器，在使用的过程中，可有效防止两种介质的混合，实现换热器内两种介质不会因为换热管3破裂而混合，杜绝了安全隐患，延长了换热器的使用寿命。

所述壳体1两端管板2的外侧均固定安装有后管箱10，所述后管箱10上开设有流通凹槽，后管箱10与管板2贴合，流通凹槽形成储液腔11，后管箱10和管板2之间设置有密封垫12，内管3-1连通壳体1两端的储液腔11，壳体1任意一端的储液腔11内设置有隔板13，隔板13将储液腔11分为两个储液腔室，后管箱10上开设有分别连通两个储液腔室的进口14和出口15，在向内管3-1内通入介质时，从进口14通入介质，介质从进口14进入其中一个储液腔室内，进入储液腔室内的介质进入与其连通的内管3-1中，在内管3-1中进行换热后进入壳体1另一端的储液腔11内，介质从储液腔11内进入与另一个储液腔室连通的内管3-1内进行换热，换热后进入储液腔室，然后从出口15流出，介质在换热管3内进行循环流动，进行两次换热，在较小换热管3长度的同时，没有减小介质的流动长度与时间，换热效率不变，换热管3的长度减半，方便安装与固定。

为了使本发明的换热器可以实现另一种规格的使用，所述壳体1另一端未开设进口14与出口15的后管箱10上开设有连通储液腔11与外界的通孔，所述通孔内螺纹安装有密封螺钉16，在使用时，将出口15堵住，将密封螺钉16卸下，使通孔作为出口15，可做另一种规格的换热器进行使用。

实施例2：

由于换热管3包括内管3-1和外管3-2，内管3-1和外管3-2之间具有间隙，间隙内具有气体，气体的传热效率较低，间隙的设置会降低换热器的换热效率，为了解决这一问题，本发明的实施例2与实施例1相比，区别在于：所述腔室4内填充有泡沫金属5，如图6所示，泡沫金属5是指含有泡沫气孔的特种金属材料，金属材料具有较好的导热性，从而提高了内管3-1与外管3-2之间的热转换效率。

实施例3：

由于泡沫金属5为多孔材料，泡沫金属5与内管3-1和外管3-2的接触面积较小，会降低换热器的换热效率，为了解决这一问题，本发明的实施例3与实施例2相比，区别在于：所述腔室4内填充有液体介质6，如图7所示，液体介质6可为导热油，液体介质6与内管3-1和外管3-2的接触面积最大，从而提高了内管3-1与外管3-2之间的热转换效率。

实施例4：

由于换热管3包括内管3-1和外管3-2，内管3-1和外管3-2之间具有间隙，间隙内具有气体，气体的传热效率较低，间隙的设置会降低换热器的换热效率，为了解决这一问题，本发明的实施例4与实施例1相比，区别在于：所述腔室4内填充有液体介质6和泡沫金属5，如图8所示，液体介质6可为导热油，液体介质6和泡沫金属5较气体的热传递性能较高，从而提高了内管3-1与外管3-2之间的热转换效率。

实施例5：

在外管3-2或内管3-1破裂时，为了能够及时得知，本发明的实施例5与实施例3和实施例4相比，区别在于：所述内管板2-2和外管板2-1之间具有积液腔7，为了在内管板2-2和外管板2-1之间设置积液腔7，如图9和图10所示，所述外管板2-1上开设有凹槽，内管板2-2与外管板2-1贴合，凹槽形成积液腔7，内管板2-2与外管板2-1之间设置有密封圈9，密封圈9位于凹槽的外围。间隙连通壳体1两端的积液腔7，所述管板2上安装有压力报警器8，所述压力报警器8的测量头插设在积液腔7内，压力报警器8为在售的压力报警器8，例如：可以使用万顺华牌，YLB-110型气体液体适用压力报警器；不管是内管3-1还是外管3-2破裂，必然有介质进入腔室4，介质从腔室4汇聚到壳体1两端的积液腔7中，压力报警器8感应到压力变化后进行报警，从而能够让使用者及时得知。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (8)

1.一种管壳式换热器，包括壳体（1），所述壳体（1）的两端均固定安装有管板（2），所述壳体（1）内设有换热管（3），换热管（3）的两端分别穿过壳体（1）两端的管板（2），其特征在于：所述换热管（3）包括内管（3-1）和外管（3-2），所述内管（3-1）同轴穿设在外管（3-2）内，内管（3-1）内形成内管腔（17），外管（3-2）与壳体（1）之间形成外管腔（18），所述内管（3-1）外壁和外管（3-2）内壁之间具有间隙，间隙的两端密封形成腔室（4），所述腔室（4）与内管腔（17）和外管腔（18）均不连通。

2.如权利要求1所述的管壳式换热器，其特征在于：所述腔室（4）内填充有泡沫金属（5）。

3.如权利要求2所述的管壳式换热器，其特征在于：所述腔室（4）内填充有液体介质（6）。

4.如权利要求3所述的管壳式换热器，其特征在于：所述管板（2）为分体式管板，包括从外向内依次贴合的外管板（2-1）和内管板（2-2），所述内管（3-1）穿设固定在外管板（2-1）上，所述外管（3-2）穿设固定在内管板（2-2）上。

5.如权利要求4所述的管壳式换热器，其特征在于：所述内管板（2-2）和外管板（2-1）之间具有积液腔（7），间隙连通壳体（1）两端的积液腔（7），所述管板（2）上安装有压力报警器（8），所述压力报警器（8）的测量头插设在积液腔（7）内。

6.如权利要求5所述的管壳式换热器，其特征在于：所述外管板（2-1）上开设有凹槽，内管板（2-2）与外管板（2-1）贴合，凹槽形成积液腔（7），内管板（2-2）与外管板（2-1）之间设置有密封圈（9），密封圈（9）位于凹槽的外围。

7.如权利要求1所述的管壳式换热器，其特征在于：所述壳体（1）两端管板（2）的外侧均固定安装有后管箱（10），所述后管箱（10）上开设有流通凹槽，后管箱（10）与管板（2）贴合，流通凹槽形成储液腔（11），后管箱（10）和管板（2）之间设置有密封垫（12），内管（3-1）连通壳体（1）两端的储液腔（11），壳体（1）任意一端的储液腔（11）内设置有隔板（13），隔板（13）将储液腔分为两个储液腔室，后管箱（10）上开设有分别连通两个储液腔室的进口（14）和出口（15）。

8.如权利要求7所述的管壳式换热器，其特征在于： 所述壳体（1）另一端未开设进口（14）与出口（15）的后管箱（10）上开设有连通储液腔（11）与外界的通孔，所述通孔内螺纹安装有密封螺钉（16）。