CN110726315A - 一种套管式换热器 - Google Patents

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    • F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/10—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged one within the other, e.g. concentrically
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Abstract

本发明公开了一种套管式换热器，涉及温度控制技术领域。该套管式换热器包括外管以及穿设于所述外管内的内管，所述外管和所述内管均由软塑料制成，所述内管的两端伸出所述外管外，并分别连接有一根喷淋管道，所述内管的内径大于所述喷淋管道的内径。该套管式换热器中内管和外管采用具有弹性的塑料制成，一方面，塑料的成本低，相对于现有技术中的金属套管，能够有效降低套管式换热器的成本；另一方面，塑料材料具有一定的弹性，内管和外管可以弯曲，以便满足管式换热器的形状需求；塑料材质制成的外管导热慢，能够避免与外界之间的热交换，减少热量散发；此外，内管的内径大于喷淋管道的内径，可以确保温度的控制精度。

Description

一种套管式换热器
技术领域
本发明涉及温度控制技术领域，尤其涉及一种套管式换热器。
背景技术
套管式换热器是用两种尺寸不同的标准管连接而成同心圆套管，直径较大的管件称为外管或壳程，直径较小的管件称为内管或管程。两种不同介质可在壳程和管程内逆向流动以达到换热的效果。
目前常见的套管式换热器以金属套管为主，即内管和外管均为金属管，如紫铜管、不锈钢管、钛管等。换热器的形状根据套管的不同有很多种，其中以紫铜为套管的多为螺旋盘状为主，这是因为紫铜管比较软，容易加工成螺旋形盘状。以不锈钢管、钛管为套管的换热装置，一般都是采用直管加U形弯管通过法兰或者焊接等方式组合而成。之所以采用金属管比较普遍，主要是金属管便于焊接，内外管容易进行隔离，同时承压能力也比较大。
但是采用金属套管，消耗的金属比较多，整套设备的重量也比较大，制造、安装和运输成本都比较高。同时，由于全部采用金属管道，当外管不做保温处理的时候，热量容易通过外管对外散失，如果增加外管的保温措施，又会增加一些成本，同时维护保养也更加复杂。
发明内容
本发明的目的在于提出一种套管式换热器，成本低、热量散失少，且温度控制精度高。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种套管式换热器，包括外管以及穿设于所述外管内的内管，所述外管和所述内管均由软塑料制成，所述内管的两端伸出所述外管外，并分别连接有一根喷淋管道，所述内管的内径大于所述喷淋管道的内径。
其中，所述内管的两端分别由所述外管的两个端面伸出，且所述内管与所述外管的端面密封连接。
其中，所述内管与所述外管的端面通过热熔焊接密封；或
所述内管和所述外管一体成型。
其中，所述内管的两端通过第一变径卡套接头与所述喷淋管道连接。
其中，所述管式换热器还包括：
冷却装置，所述外管设置有介质出口和介质入口，所述介质出口和所述介质入口分别通过循环管道与所述冷却装置的入口和出口连通。
其中，所述循环管道的内径不小于所述介质入口和所述介质出口的直径。
其中，所述内管的外径不大于1cm。
其中，所述内管的内径小于3mm，所述内管的壁厚小于2mm。
其中，所述外管的内径至少为所述内管的外径的三倍。
其中，所述外管的长度不小于所述内管和两根所述喷淋管道长度之和的2/3。
其中，所述内管和所述外管由聚丙烯、聚氨基甲酸酯、四氟乙烯-全氟烷氧基乙烯基醚共聚物或聚偏氟乙烯制成。
有益效果：本发明提供了一种套管式换热器。该套管式换热器中内管和外管采用具有弹性的塑料制成，一方面，塑料的成本低，相对于现有技术中的金属套管，能够有效降低套管式换热器的成本；另一方面，塑料材料具有一定的弹性，内管和外管可以弯曲，以便满足管式换热器的形状需求；塑料材质制成的外管导热慢，能够避免与外界之间的热交换，减少热量散发；此外，内管的内径大于喷淋管道的内径，可以确保温度的控制精度。
附图说明
图1是本发明提供的套管式换热器的透视图；
图2是本发明提供的套管式换热器的部分结构示意图。
其中：
1、内管；11、第一喷淋管道；12、第二喷淋管道；2、外管；21、第一循环管道；22、第二循环管道；3、反应液容器；4、喷头；5、气动阀；61、第一变径卡套接头；62、第二变径卡套接头。
具体实施方式
为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
如图1和图2所示，本实施例提供了一种套管式换热器，包括外管2和穿设于外管2内的内管1，内管1与外管2组成同心套管，内管1内形成一流体通路，内管1与外管2之间形成另一流体通路，且两个流体通路内分别流动有温度不同的两种流体，一般称为冷流体和热流体，两种流体通过内管1的管壁进行热量交换。其中，冷流体和热流体的流动方向可以相反，从而增大热交换效率。
具体地，内管1的两端由外管2的两个端面伸出，并分别连接有一根喷淋管道，其中内管1的一端通过第二喷淋管道12与反应液容器3连通，另一端通过第一喷淋管道11与喷嘴连通。第二喷淋管道12上还设置有气动阀5，气动阀5可以控制反应液的通断。外管2上设置有介质出口和介质入口，介质由介质入口进入外管2内，与内管1内的反应液换热后，由介质出口流出。
为了避免外管2的两个端面位置泄漏反应液，内管1和外管2的端面位置处可以通过热熔焊接密封。在其他实施例中，外管2与内管1也可以一体成型，外管2的端面与内管1密封连接，不需要后续焊接密封，工序简单、制作成本低。
本实施例中的套管式换热器还包括冷却装置，外管2上的介质出口和介质入口分别通过循环管道与冷却装置的入口和出口连通。具体地，介质入口与第一循环管道21连通，介质出口与第二循环管道22连通，第一循环管道21与第二循环管道22均与冷却装置连通。冷却装置内的介质经过第一循环管道21由介质入口进入外管2内，换热后介质温度升高，由介质出口经第二循环管道22进入冷却装置内冷却，冷却后的介质再次进入外管2内，形成循环回路。
在其他实施例中，也可以是外管2内的流体为反应液，内管1内的流体为介质，对应地，外管2与反应液容器3和喷头4连通，内管1与冷却装置连通，同样也可以实现冷流体和热流体之间的换热。
为了解决现有技术中套管式换热器成本高、热量散失大等问题，本实施例中，内管1和外管2均采用软塑料制成。具体地，可以由聚丙烯(Polypropylene，PP)、聚氨基甲酸酯(Polyurethane，PU)、四氟乙烯-全氟烷氧基乙烯基醚共聚物(Polyfluoroalkoxy，PFA)或聚偏氟乙烯(Polyvinylidene Fluoride，PVDF)。内管1和外管2采用软塑料制成，一方面，塑料的成本低，相对于现有技术中的金属套管，能够有效降低套管式换热器的成本；另一方面，软塑料具有一定的弹性，内管1和外管2可以弯曲，以便满足管式换热器的形状需求；同时，塑料材质制成的外管2导热慢，能够避免与外界之间的热交换，减少热量散发。
此外，塑料材料相比金属管道的抗腐蚀性能强，可以避免管道腐蚀而产生颗粒杂质，保证流体的纯度，避免管道堵塞，从而减少管道维护保养频率，降低成本。同样地，喷淋管道和循环管道也可以采用PP、PU、PFA、PVDF等抗腐蚀性好、洁净度(不易产生颗粒高)的塑料材料。
为提高对内管1内反应液的温度控制精度，内管1的内径可以大于喷淋管道的内径。反应液由喷淋管道进入内管1内后，管径变大，内管1内流体的压力小，使得流速变小，可以延长内管1内反应液与外管2内介质的换热时间，从而提高对反应液的冷却效果，有利于保证套管式换热器的温度控制精度。
进一步地，循环管道的内径不小于介质入口和介质出口的直径。介质由循环管道进入外管2内时，由于介质入口的直径较小，外管2内流体压力大，介质的流速增大，从而减少介质与外部的热交换，从而避免因介质温度改变而影响介质与反应液的换热效果，有利于提高反应液温度的控制精度。
由于内管1与喷淋管道的管径不同，内管1和喷淋管道可以通过第一变径卡套接头61连接。第一变径卡套接头61和气动阀5可以采用抗腐蚀性能强的材料制成，可以减少颗粒产生，从而避免管道堵塞。具体地，变径卡套接头可以采用不锈钢材料制成，适用于对于颗粒度要求比较高的溶液。其中，第一变径卡套接头61可以有316不锈钢材料制成。
外管2与循环管道可以通过卡套接头连通。当循环管道的内径与介质入口和介质出口的直径不同时，外管2和循环管道可以通过第二变径卡套接头62连接。第二变径卡套接头62与第一变径卡套接头61的材质可以相同，此处不再赘述。
本实施例中，内管1的外径不大于1cm，以满足对小流量溶液的温度控制需求。具体地，内管1的内径小于3mm，限制内管1内的流量。由于内管1有软塑料支撑，其导热效率小于金属材料，为了加快冷流体与热流体之间的换热，内管1的壁厚可以小于2mm，内管1壁厚较薄，有利于加快导热速率。
由于塑料管道热传导性普遍比金属较差，本套管式换热器中控制的反应液的温度与介质的温度相差应不大于3℃。
为了进一步提高对温度控制的精度，外管2的内径至少为内管1的外径的三倍，以便使外管2与内管1之间存在有足够的介质，满足换热需求。此外，外管2的长度应占内管1与两端的喷淋管道长度的2/3，即反应液与介质换热的长度为反应液流经管道总长度的2/3，保证换热段的长度，延长介质与反应液的换热时间，有利于提高温度控制精度。
以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (11)

1.一种套管式换热器，包括外管(2)以及穿设于所述外管(2)内的内管(1)，其特征在于，所述外管(2)和所述内管(1)均由软塑料制成，所述内管(1)的两端伸出所述外管(2)外，并分别连接有一根喷淋管道，所述内管(1)的内径大于所述喷淋管道的内径。
2.如权利要求1所述的套管式换热器，其特征在于，所述内管(1)的两端分别由所述外管(2)的两个端面伸出，且所述内管(1)与所述外管(2)的端面密封连接。
3.如权利要求2所述的套管式换热器，其特征在于，所述内管(1)与所述外管(2)的端面通过热熔焊接密封；或
所述内管(1)和所述外管(2)一体成型。
4.如权利要求1所述的套管式换热器，其特征在于，所述内管(1)的两端通过第一变径卡套接头(61)与所述喷淋管道连接。
5.如权利要求1所述的套管式换热器，其特征在于，所述管式换热器还包括：
冷却装置，所述外管(2)设置有介质出口和介质入口，所述介质出口和所述介质入口分别通过循环管道与所述冷却装置的入口和出口连通。
6.如权利要求5所述的套管式换热器，其特征在于，所述循环管道的内径不小于所述介质入口和所述介质出口的直径。
7.如权利要求1所述的套管式换热器，其特征在于，所述内管(1)的外径不大于1cm。
8.如权利要求7所述的套管式换热器，其特征在于，所述内管(1)的内径小于3mm，所述内管(1)的壁厚小于2mm。
9.如权利要求1-8中任一项所述的套管式换热器，其特征在于，所述外管(2)的内径至少为所述内管(1)的外径的三倍。
10.如权利要求1-8中任一项所述的套管式换热器，其特征在于，所述外管(2)的长度不小于所述内管(1)和两根所述喷淋管道长度之和的2/3。
11.如权利要求1-8中任一项所述的套管式换热器，其特征在于，所述内管(1)和所述外管(2)由聚丙烯、聚氨基甲酸酯、四氟乙烯-全氟烷氧基乙烯基醚共聚物或聚偏氟乙烯制成。
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