CN109506500A - 一种管壳式热交换装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种管壳式热交换装置。它包括圆管状壳体，圆管状壳体内部设有圆管状隔热筒，圆管状壳体的一端设有管箱，管箱的中间设有隔板，圆管状壳体的另一端设有封头，圆管状壳体与管箱之间以及圆管状壳体与封头之间均设有封闭管板，圆管状隔热筒内设有若干管束，管束通过通孔安装在两个封闭管板之间，管束的一端与管箱连通，管束的另一端与封头连通，管箱的上端设有冷媒进口端，管箱的下端设有冷媒出口端，圆管状隔热筒的上端设有出水口，圆管状隔热筒的下端设有进水口。本发明的有益效果是：热转换效率高，工作效率高，冷媒利用率高，实时了解冷媒的转化情况，安全可靠性高，有效的防止冷媒倒流，有效的保护整个装置不受损，隔热效果好。

Description

一种管壳式热交换装置

技术领域

本发明涉及空气能热水器相关技术领域，尤其是指一种管壳式热交换装置。

背景技术

换热器(亦称为热交换器或热交换设备)是用来使热量从热流体传递到冷流体，以满足规定的工艺要求的装置，是对流传热及热传导的一种工业应用。换热器可以按不同的方式分类。按其操作过程可分为间壁式、混合式、蓄热式(或称回热式)三大类；按其表面的紧凑程度可分为紧凑式和非紧凑式两类。

不锈钢热交换器是应用材质为不锈钢材料的热交换器，具有非常好的抗氧化特性，安全卫生，广泛应用食品、医药、采暖、生活用水、空调回水等领域。据换热设备推广中心的资料显示，不锈钢热交换器比传统碳钢换热器的换热效果具有更加良好的传热效果，且寿命使用较长。不锈钢热交换器在当前许多领域取得了较为广泛的应用，该热交换器采用食品级不锈钢材质，具有非常突出的防锈、防结垢的特性。中国主要生产不锈钢热交换器的地区是山东和江苏，这两省是压力容器生产大省，企业规模比较大，设计和制造能力比较突出。

现有的热交换器往往存在隔热效果差，导致热量流失较为严重，降低了热交换器的工作效率。

发明内容

本发明是为了克服现有技术中存在上述的不足，提供了一种热转化效率高的管壳式热交换装置。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种管壳式热交换装置，包括圆管状壳体，所述的圆管状壳体内部设有圆管状隔热筒，所述圆管状壳体的一端设有管箱，所述管箱的中间设有隔板，所述圆管状壳体的另一端设有封头，所述的圆管状壳体与管箱之间以及圆管状壳体与封头之间均设有封闭管板，所述的圆管状壳体、圆管状隔热筒以及两个封闭管板构成一个真空层，所述的封闭管板上且位于圆管状隔热筒的内部设有若干通孔，所述的通孔以隔板所在的平面为中心呈上下对称分布，所述的圆管状隔热筒内设有若干管束，所述的管束通过通孔安装在两个封闭管板之间，所述管束的一端与管箱连通，所述管束的另一端与封头连通，所述管箱的上端面上且位于隔板的上方设有冷媒进口端，所述管箱的下端面上且位于隔板的下方设有冷媒出口端，所述圆管状隔热筒的上端且贯穿圆管状壳体设有出水口，所述圆管状隔热筒的下端且贯穿圆管状壳体设有进水口。

使用时，高温高压气体通过冷媒进口端进入到管箱中，高温高压气体从置于隔板上方的管束进入到封头中，然后又从置于隔板下方的管束进入到管箱中；在上述过程中，通过进水口将冷水注入到圆管状隔热筒内，冷水先接触到的是置于下方的管束，后接触到的是置于上方的管束，冷水吸收管束内的热量进而升温，直到出水口将热水排除；而管束内的高温高压气体被冷水吸收热量之后变成了低温高压液体，从冷媒出口端流出；冷水从下而上的水位设计，使得冷水能够大量吸收下方管束内的热量升温，到上方管束内时冷水已经有了一定的温度，使得上方的管束内气体不易变成液体，而下方的管束内能够将高温高压气体彻底的变成低温高压液体；这样设计一方面能够有效的提高热转换效率，同时通过管束的设计使得冷媒能够尽可能多的接触冷水，从而能够更好的提高工作效率。

作为优选，所述圆管状隔热筒的上端面内壁上设有若干上折流挡板，所述圆管状隔热筒的下端面内壁上设有与上折流挡板相对应的下折流挡板，所述上折流挡板的形状和下折流挡板的形状是一致的，所述的上折流挡板和下折流挡板上均设有用于安装管束的孔，所述上折流挡板和下折流挡板在圆管状隔热筒内的分布结构采用上下交错间隔分布，所述进水口的位置置于圆管状隔热筒的下端且靠近管箱的位置处，所述出水口的位置置于圆管状隔热筒的上端且靠近封头的位置处。通过上折流挡板和下折流挡板的结构设计，使得圆管状隔热筒的冷水自左向右且自下而上逐渐升温，一方面能够使得冷水能够充分的与管束相接触，另一方面能够使得管束内的冷媒能够充分的被冷水吸收热量，进而提高了热转换效率。

作为优选，所述封头的形状为半球形，所述封头的下端面上设有一个切块，所述切块所在的平面与封闭管板上最下方的管束相切，所述的封头采用隔热材料制作而成。通过切块的结构设计，使得封头内下方的液体冷媒能够完全进入到管束内，使得封头内不会有液体的冷媒残留，提高了冷媒的利用效率。

作为优选，所述封头的半球面上设有观察窗，所述观察窗的长度是从封头的上端沿着半球面的中线到封头的下端直至切块所在的位置处。通过观察窗的设计，使得操作人员能够实时的了解该装置内的冷媒转化情况，可以根据冷媒的转换情况来调节冷媒的进出量。

作为优选，所述圆管状壳体与封头之间的封闭管板上设有导流板，所述的导流板置于封头的内部，所述的导流板置于封闭管板的中间位置处，所述导流板的方向朝下，所述导流板的最下端位置高于下折流挡板上最上方的管束位置。通过导流板的设计，使得冷媒能够完全进入到封头的下方，且置于封头下方的冷媒也不会倒流进入到上方的管束内，确保该装置的可靠使用；此外，导流板的方向设计，使得液体状的冷媒能够对封头下方的内壁进行冲刷，清理封头内的污垢，也能够使得液体状的冷媒更为快速的进入到管束中从冷媒出口端流出。

作为优选，所述的封闭管板上设有轴承座，所述导流板的一端设有转轴，所述的导流板通过转轴安装在封闭管板的轴承座上，所述的封闭管板上且置于轴承座的下方设有挡块，所述导流板的另一端上设有一个方形浮箱，所述导流板置于挡块上时方形浮箱的最下端位置高于下折流挡板上最上方的管束位置，所述封头的横截面形状为半圆形，所述封头的上四分之一圆的半径小于封头的下四分之一圆的半径，所述导流板的形状为半圆形，所述导流板的半径与封头的上四分之一圆的半径一致，所述导流板和方形浮箱的整体长度与封头的下四分之一圆的半径一致。通过方形浮箱的设计，使得封头下方液态冷媒堆积到一定程度时，使得方形浮箱带动导流板往上运动，直到方形浮箱与封头上的切口相接触，从而通过导流板和方形浮箱将封头的上下两部分隔离，防止液体冷媒倒流，影响该装置正常使用。

作为优选，所述封头的上四分之一圆上且与封头的下四分之一圆的衔接处设有干簧管，所述方形浮箱的上端面上且远离导流板的位置处设有磁铁，所述的冷媒进口端上设有电磁阀，所述的干簧管通过单片机与电磁阀电连接。通过干簧管和磁铁的设计，使得导流板将封头分隔成上下两部分时，将信号传递给单片机，而单片机将接收到的信号发送给电磁阀来关断冷媒进口端，防止冷媒继续通入而导致整个装置的损坏。

作为优选，所述的真空层内设有隔热材料。通过隔热材料的设计，能够使得圆管状壳体的表面不热，提高了该装置的安全性能。

本发明的有益效果是：热转换效率高，工作效率高，冷媒利用率高，能够实时了解冷媒的转化情况，安全可靠性高，能够有效的防止冷媒倒流，能够有效的保护整个装置不受损，隔热效果好。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是圆管状壳体的内部剖面结构示意图；

图3是封头的内部剖面结构示意图；

图4是导流板的结构示意图。

图中：1.圆管状壳体，2.上折流挡板，3.真空层，4.出水口，5.导流板，6.封头，7.封闭管板，8.管束，9.圆管状隔热筒，10.下折流挡板， 11.进水口，12.冷媒出口端，13.管箱，14.隔板，15.冷媒进口端，16.孔， 17.转轴，18.轴承座，19.挡块，20.切块，21.干簧管，22.磁铁，23.方形浮箱。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的描述。

如图1、图2所述的实施例中，一种管壳式热交换装置，包括圆管状壳体1，圆管状壳体1内部设有圆管状隔热筒9，圆管状壳体1的一端设有管箱13，管箱13的中间设有隔板14，圆管状壳体1的另一端设有封头6，圆管状壳体1与管箱13之间以及圆管状壳体1与封头6之间均设有封闭管板7，圆管状壳体1、圆管状隔热筒9以及两个封闭管板7构成一个真空层3，封闭管板7上且位于圆管状隔热筒9的内部设有若干通孔，通孔以隔板14所在的平面为中心呈上下对称分布，圆管状隔热筒9内设有若干管束8，管束8通过通孔安装在两个封闭管板7之间，管束8的一端与管箱13连通，管束8的另一端与封头6连通，管箱13的上端面上且位于隔板14的上方设有冷媒进口端15，管箱13的下端面上且位于隔板14的下方设有冷媒出口端12，圆管状隔热筒9的上端且贯穿圆管状壳体1设有出水口4，圆管状隔热筒9的下端且贯穿圆管状壳体1设有进水口11。真空层3内设有隔热材料。

如图2所示，圆管状隔热筒9的上端面内壁上设有若干上折流挡板2，圆管状隔热筒9的下端面内壁上设有与上折流挡板2相对应的下折流挡板10，上折流挡板2的形状和下折流挡板10的形状是一致的，上折流挡板2和下折流挡板10上均设有用于安装管束8的孔16，上折流挡板2和下折流挡板10 在圆管状隔热筒9内的分布结构采用上下交错间隔分布，进水口11的位置置于圆管状隔热筒9的下端且靠近管箱13的位置处，出水口4的位置置于圆管状隔热筒9的上端且靠近封头6的位置处。

如图3所示，封头6的形状为半球形，封头6的下端面上设有一个切块 20，切块20所在的平面与封闭管板7上最下方的管束8相切，封头6采用隔热材料制作而成。封头6的半球面上设有观察窗，观察窗的长度是从封头6 的上端沿着半球面的中线到封头6的下端直至切块20所在的位置处。

如图3、图4所示，圆管状壳体1与封头6之间的封闭管板7上设有导流板5，导流板5置于封头6的内部，导流板5置于封闭管板7的中间位置处，导流板5的方向朝下，导流板5的最下端位置高于下折流挡板10上最上方的管束8位置。封闭管板7上设有轴承座18，导流板5的一端设有转轴17，导流板5通过转轴17安装在封闭管板7的轴承座18上，封闭管板7上且置于轴承座18的下方设有挡块19，导流板5的另一端上设有一个方形浮箱23，导流板5置于挡块19上时方形浮箱23的最下端位置高于下折流挡板10上最上方的管束8位置，封头6的横截面形状为半圆形，封头6的上四分之一圆的半径小于封头6的下四分之一圆的半径，导流板5的形状为半圆形，导流板5的半径与封头6的上四分之一圆的半径一致，导流板5和方形浮箱23的整体长度与封头6的下四分之一圆的半径一致。封头6的上四分之一圆上且与封头6的下四分之一圆的衔接处设有干簧管21，方形浮箱23的上端面上且远离导流板5的位置处设有磁铁22，冷媒进口端15上设有电磁阀，干簧管21通过单片机与电磁阀电连接。

工作原理：使用时，高温高压气体通过冷媒进口端15进入到管箱13中，高温高压气体从置于隔板14上方的管束8进入到封头6中，然后封头6中的冷媒又从置于隔板14下方的管束8进入到管箱13中，最后从冷媒出口端12 流出；在上述过程中，通过进水口11将冷水注入到圆管状隔热筒9内，受上折流挡板2和下折流挡板10的结构设计，冷水自左向右流动，冷水先接触到的是置于左边下方的管束8充分吸收热量升温，然后接触到左边上方的管束 8来吸收热量，水温自左向右逐渐升温，同时水温自下而上逐渐升温，上方左边管束8内的高温高压气体即使充分吸收热量降低温度也会因为冷媒进口端15持续输入的高温高压气体而升温，故而隔板14上方的管束8内主要为气体，即使有液体也会被气体吹到封头6内，封头6内通过导流板5的设计，导流板5被挡块19限位并朝下形成一定角度，将低温高压液体引导到封头6 下方的切块20上，并沿着隔板14下方的管束8流向管箱13内，如果封头6 下方的液体有堆积时，导流板5上的方形浮箱23受到液体的作用而上升，直到方形浮箱23上的磁铁22与切口上的干簧管21相接触，发出信号给单片机进而控制电磁阀关断冷媒进口端15，与此同时，导流板5和方形浮箱23将封头6分隔成上下两部分，使得下方的液体不会倒流，有效的保证了该装置的正常使用。

Claims (8)

1.一种管壳式热交换装置，其特征是，包括圆管状壳体(1)，所述的圆管状壳体(1)内部设有圆管状隔热筒(9)，所述圆管状壳体(1)的一端设有管箱(13)，所述管箱(13)的中间设有隔板(14)，所述圆管状壳体(1)的另一端设有封头(6)，所述的圆管状壳体(1)与管箱(13)之间以及圆管状壳体(1)与封头(6)之间均设有封闭管板(7)，所述的圆管状壳体(1)、圆管状隔热筒(9)以及两个封闭管板(7)构成一个真空层(3)，所述的封闭管板(7)上且位于圆管状隔热筒(9)的内部设有若干通孔，所述的通孔以隔板(14)所在的平面为中心呈上下对称分布，所述的圆管状隔热筒(9)内设有若干管束(8)，所述的管束(8)通过通孔安装在两个封闭管板(7)之间，所述管束(8)的一端与管箱(13)连通，所述管束(8)的另一端与封头(6)连通，所述管箱(13)的上端面上且位于隔板(14)的上方设有冷媒进口端(15)，所述管箱(13)的下端面上且位于隔板(14)的下方设有冷媒出口端(12)，所述圆管状隔热筒(9)的上端且贯穿圆管状壳体(1)设有出水口(4)，所述圆管状隔热筒(9)的下端且贯穿圆管状壳体(1)设有进水口(11)。

2.根据权利要求1所述的一种管壳式热交换装置，其特征是，所述圆管状隔热筒(9)的上端面内壁上设有若干上折流挡板(2)，所述圆管状隔热筒(9)的下端面内壁上设有与上折流挡板(2)相对应的下折流挡板(10)，所述上折流挡板(2)的形状和下折流挡板(10)的形状是一致的，所述的上折流挡板(2)和下折流挡板(10)上均设有用于安装管束(8)的孔(16)，所述上折流挡板(2)和下折流挡板(10)在圆管状隔热筒(9)内的分布结构采用上下交错间隔分布，所述进水口(11)的位置置于圆管状隔热筒(9)的下端且靠近管箱(13)的位置处，所述出水口(4)的位置置于圆管状隔热筒(9)的上端且靠近封头(6)的位置处。

3.根据权利要求1或2所述的一种管壳式热交换装置，其特征是，所述封头(6)的形状为半球形，所述封头(6)的下端面上设有一个切块(20)，所述切块(20)所在的平面与封闭管板(7)上最下方的管束(8)相切，所述的封头(6)采用隔热材料制作而成。

4.根据权利要求3所述的一种管壳式热交换装置，其特征是，所述封头(6)的半球面上设有观察窗，所述观察窗的长度是从封头(6)的上端沿着半球面的中线到封头(6)的下端直至切块(20)所在的位置处。

5.根据权利要求1或2所述的一种管壳式热交换装置，其特征是，所述圆管状壳体(1)与封头(6)之间的封闭管板(7)上设有导流板(5)，所述的导流板(5)置于封头(6)的内部，所述的导流板(5)置于封闭管板(7)的中间位置处，所述导流板(5)的方向朝下，所述导流板(5)的最下端位置高于下折流挡板(10)上最上方的管束(8)位置。

6.根据权利要求5所述的一种管壳式热交换装置，其特征是，所述的封闭管板(7)上设有轴承座(18)，所述导流板(5)的一端设有转轴(17)，所述的导流板(5)通过转轴(17)安装在封闭管板(7)的轴承座(18)上，所述的封闭管板(7)上且置于轴承座(18)的下方设有挡块(19)，所述导流板(5)的另一端上设有一个方形浮箱(23)，所述导流板(5)置于挡块(19)上时方形浮箱(23)的最下端位置高于下折流挡板(10)上最上方的管束(8)位置，所述封头(6)的横截面形状为半圆形，所述封头(6)的上四分之一圆的半径小于封头(6)的下四分之一圆的半径，所述导流板(5)的形状为半圆形，所述导流板(5)的半径与封头(6)的上四分之一圆的半径一致，所述导流板(5)和方形浮箱(23)的整体长度与封头(6)的下四分之一圆的半径一致。

7.根据权利要求6所述的一种管壳式热交换装置，其特征是，所述封头(6)的上四分之一圆上且与封头(6)的下四分之一圆的衔接处设有干簧管(21)，所述方形浮箱(23)的上端面上且远离导流板(5)的位置处设有磁铁(22)，所述的冷媒进口端(15)上设有电磁阀，所述的干簧管(21)通过单片机与电磁阀电连接。

8.根据权利要求1或2所述的一种管壳式热交换装置，其特征是，所述的真空层(3)内设有隔热材料。