CN110966877A - 一种管束块换热芯及制作方法及应用 - Google Patents

一种管束块换热芯及制作方法及应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种管束块换热芯，包括管束块；管束块为一个或多个，多个管束块固定相接；管束块内排列有多个纵向的短管；管束块的端部固定有管束块管板；管束块管板与短管连接为一体。制作方法为：煅烧使短管与管束块管板连接为一体；安装多个折流板和软挡板；通过安装夹具、螺栓或弹簧的方式固定相连管束块；外部设置壳体。管束块换热芯可应用于液气体加热器、液气体冷却器、冷凝器、再沸器、吸收器、闪蒸器、釜以及换热器中。本发明成本低、使用方便；省去了密封圈的使用使换热器等不易损坏，延长使用年限；提高换热效率；可根据需要进行管束块换热芯数量的选择，且出现故障可以对其中一个模块进行修复或更换，而不需要对整个流道进行更换。

Description

一种管束块换热芯及制作方法及应用
技术领域
本发明涉及一种换热芯及制作方法及应用，尤其涉及一种管束块换热芯及制作方法及应用。
背景技术
目前，针对陶瓷换热器，有多种不同技术：
1、带密封圈的管壳式换热器：陶瓷管与两块管板连接，管板形式多样化(PTFE衬胶，实心PTEF,PFA衬胶，玻璃钢，实心碳化硅等……),这些形式的共同点在于，连接管与管板需要用到很多密封圈(通常每根管4个密封圈)。问题在于：过多使用密封圈导致泄漏；无支撑的长管容易破损，并且无法完全清洗干净。
2、管壳式换热器：陶瓷管与两块陶瓷管板相连。管和管板紧密地连接在一起。为了实现这一点，管束先在高温炉中烧制，然后将获得的管束组与固定头和浮动头一并装进壳体内。问题在于：长管很难清洗；烧制大的管束成本很高；管束尺寸受限于高温炉尺寸；由于换热器内的温差长管很容易破损；无法实现模块化。
3、实心块换热器：陶瓷实心块(通常为烧结碳化硅)在轴向和纵向钻孔。然后用弹簧将它们在金属壳体内堆叠在一起。问题在于：陶瓷钻孔工艺成本较高；工艺侧换热面积是服务侧的两倍使换热效率降低；由于陶瓷块重量大，且陶瓷块越重则越难烧结，增加烧结成本；。
4、板式换热器:对陶瓷实心板(通常为烧结碳化硅)进行机加工，然后相邻叠放。然后用2个金属框架和许多拉杆将板束压合在一起。问题在于：陶瓷的机加工和挤压成型工艺成本较高，同时需要很多密封圈。
发明内容
为了解决上述技术所存在的不足之处，本发明提供了一种管束块换热芯及制作方法及应用。
为了解决以上技术问题，本发明采用的技术方案是：一种管束块换热芯，芯包括管束块；管束块为一个或多个，多个管束块固定相接；管束块内排列有多个纵向的短管；管束块的端部固定有管束块管板；管束块管板与短管连接为一体；管束块上设置有多个沿短管长度分布横向的折流板；折流板的一端设置有软挡板。
进一步地，管束块管板的两端凸起；相邻两个管束块的管束块管板相邻；多个管束块的固定通过夹具或螺接或弹簧压紧实现。
进一步地，夹具固定的管束块管板上，夹具包括夹具上部、夹具下部以及贯穿夹具上下部的夹具拉杆，且夹具拉杆的端部通过螺栓固定在夹具上。
进一步地，螺接固定的管束块管板上设置有贯穿相邻两个管束块管板的螺栓拉杆，且螺栓拉杆的两端均通过螺栓固定。
进一步地，弹簧固定的管束块管板，管束块的外侧设置有壳体，壳体分为相互独立的上壳体和下壳体；上壳体的下端安装有上壳体法兰、上端安装有装配法兰；下壳体的上端安装有下壳体法兰；上壳体法兰与下壳体法兰上设置有贯穿的弹簧拉杆；下壳体法兰下侧的弹簧拉杆上安装有压紧弹簧；弹簧拉杆的上端向上延伸至装配法兰，并与装配法兰固定相接。
进一步地，管束块管板之间、管束块管板与夹具之间以及上壳体法兰与下壳体之间均垫置有垫片。
进一步地，软挡板包括固定部和伸长部；固定部与折流板固定相接，且固定部内设置有金属块。
进一步地，芯的材质为陶瓷或碳化硅或氧化铝或石墨。
一种管束块换热芯的制作方法，方法包括以下步骤：
a、分别烧制短管与管束块管板；在短管与管束块管板的连接部位填充碳化硅并煅烧，使短管与管束块管板连接为一体；
b、依照步骤a中的方法制造管束块，并在管束块中安装多个折流板；在折流板的一端安装软挡板，并且相邻两个折流板上的软挡板呈对侧分布；
c、根据不同的长度需要，依照步骤b的方法制造一个或多个管束块，其中相邻两个管束块之间通过安装夹具、螺栓或弹簧的方式固定相连，使管束块换热芯的长度可调且多个管束块之间稳定；
d、使用时，在管束块换热芯的外部设置壳体，一方面可以保护管束块换热芯，另一方面壳体与管束块换热芯之间形成服务介质通道，实现换热。
一种管束块换热芯的应用，管束块换热芯可应用于液气体加热器、液气体冷却器、冷凝器、再沸器、吸收器、闪蒸器、釜以及换热器中。
本发明克服了现有技术中长管无支撑、易破损、难清洗、烧制难且高成本、尺寸受高温炉尺寸限制等缺点，成本低、使用方便；省去了密封圈的使用，避免了由密封圈本身或密封圈老化引起的泄漏问题，使换热器等不易损坏，延长使用年限；提高换热效率；可根据需要进行管束块换热芯数量的选择，且出现故障可以对其中一个模块进行修复或更换，而不需要对整个流道进行更换。
附图说明
图1为本发明用作换热器时整体结构示意图。
图2为管束块的剖面结构示意图。
图3为软挡板的剖面结构示意图。
图4为夹具固定状态下管束块的剖面结构示意图。
图5为螺接固定状态下管束块的剖面结构示意图。
图6为弹簧固定状态下本发明的剖面结构示意图。
图中：3、短管；4、管束块管板；5、折流板；6、软挡板；7、夹具；8、螺栓拉杆；9、弹簧；10、螺栓；11、工艺侧进口；12、工艺侧出口；13、垫片；21、服务侧进口；22、服务侧出口；61、金属块；71、夹具上部；72、夹具下部；73、夹具拉杆；91、上壳体；92、下壳体；93、上壳体法兰；94、装配法兰；95、下壳体法兰；96、弹簧拉杆。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1所示的一种管束块换热芯，可作为换热主体应用但不限于液体/气体加热器、液体/气体冷却器、冷凝器、再沸器、吸收器、闪蒸器、釜以及换热器中，用途广泛。
芯的材质优选为陶瓷或碳化硅或氧化铝或石墨等，具有良好的耐腐蚀功能。
芯包括管束块；管束块为一个或多个，多个管束块纵向堆叠且相互固定相接，可根据实际用途选择堆叠的管束块数量，堆叠的管束块越多，则芯的高度越高，工艺流道就越长，相比于较短的工艺流道，长流道的换热量较大。
如图2所示，管束块内排列有多个纵向的短管3，相比于现有技术中的换热管，本申请中换热管的长度明显减小，因此称为短管。管束块的端部固定有管束块管板4，管束块管板在芯中起到固定短管以及连接其他管束块的作用。管束块管板与短管通过添加碳化硅煅烧的方式连接为一体，省去了密封圈的使用，从而避免了密封圈老化泄漏的可能。管束块上设置有多个沿短管长度分布横向的折流板5，折流板可以改变服务介质方向，从而延长服务介质的路径。与现有技术具有明显改善的是，折流板的一端设置有软挡板6，如图3所示，软挡板6包括固定部和伸长部；固定部与折流板固定相接，且固定部内设置有金属块61。软挡板可以补偿折流板与壳体内壁之间的间隙，可以避免流体产生支流；此外，软挡板的材料为软性材料，具有缓冲性，而其内部的金属块可在装配过程中保持软挡板的刚性。
管束块管板的两端凸起，方便夹具等固定装置的安装。相邻两个管束块的管束块管板相邻；多个管束块的固定通过夹具7或螺接或弹簧9压紧实现。
如图1及图4所示，当通过夹具固定时，夹具包括夹具上部71、夹具下部72以及贯穿夹具上下部的夹具拉杆73，且夹具拉杆的端部通过螺栓固定在夹具上。可通过拉紧夹具拉杆，将相邻两个管束块的管束块管板压紧。
如图5所示，当通过螺接固定时，管束块管板上设置有贯穿相邻两个管束块管板的螺栓拉杆8，且螺栓拉杆的两端均通过螺栓10固定。可直接旋动螺栓，实现相邻两个管束块的固定连接。
如图6所示，当通过弹簧固定时，管束块的外侧设置有壳体，壳体分为相互独立的上壳体91和下壳体92，下壳体固定不动，上壳体可沿下壳体上下浮动。上壳体的下端安装有上壳体法兰93、上端安装有装配法兰94；下壳体的上端安装有下壳体法兰95；上壳体法兰与下壳体法兰上设置有贯穿的弹簧拉杆96；下壳体法兰下侧的弹簧拉杆上安装有弹簧9；弹簧拉杆的上端向上延伸至装配法兰，并与装配法兰固定相接。通过弹簧的弹性，使上壳体法兰与下壳体法兰紧密相接，从而使管束块紧紧压在下一层管束块上。
管束块管板之间、管束块管板与夹具之间以及上壳体法兰与下壳体之间均垫置有垫片11。
一种管束块换热芯的制作方法，方法包括以下步骤：
a、分别烧制短管与管束块管板；在短管与管束块管板的连接部位填充碳化硅并煅烧，使短管与管束块管板连接为一体；通过添加碳化硅煅烧的方式可以降低工艺复杂度，其成本比实心块换热器的制作更低；
b、依照步骤a中的方法制造管束块，并在管束块中安装多个折流板；在折流板的一端安装软挡板，并且相邻两个折流板上的软挡板呈对侧分布；对侧分布可以强迫服务介质呈S型流动，且不会产生支流，使换热效率更高；
c、根据不同的长度需要，依照步骤b的方法制造一个或多个管束块，其中相邻两个管束块之间通过安装夹具、螺栓或弹簧的方式固定相连，使管束块换热芯的长度可调且多个管束块之间稳定；
d、使用时，在管束块换热芯的外部设置壳体，一方面可以保护管束块换热芯，另一方面壳体与管束块换热芯之间形成服务介质通道，实现换热。
本发明与现有技术相比具有的优点为：
a、降低了现有技术中换热管的长度，克服了现有技术中长管无支撑、易破损、难清洗、烧制难且高成本、尺寸受高温炉尺寸限制等缺点；采用多组由短管组成的管束块组合使用的方式，不需要增设支撑结构就可稳定使用，且折流板进一步增加了短管的稳定性；清洗方便且彻底，不会存留顽固污渍；短管的烧制成本更低，不需要使用大型高温炉也不必受高温炉尺寸的限制，并且同一个管身上换热距离短，不会存在较大温差，不易受温差破损，成本低、使用方便；
b、一体成型的管束块省去了密封圈的使用，避免了由密封圈本身或密封圈老化引起的泄漏问题，使换热器等不易损坏，延长使用年限；此外，相比实心块换热器直接钻孔的制作方式，节省了大量的钻孔成本和烧结成本；
c、本发明中软挡板一方面可以强迫介质呈S型流动，延长路径提高换热效率；另一方面防止分流引起的服务介质垂直向下流失，降低换热效果；此外。短管与短管之间空腔，可通过服务介质，增加了服务侧的换热面积，进一步增加换热效率；
d、每一个管束块换热芯都是一个单独的模块，可根据需要进行管束块换热芯数量的选择以适应不同的装置，且出现故障可以对其中一个模块进行修复或更换，而不需要对整个流道进行更换。
上述实施方式并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的技术方案范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种管束块换热芯，其特征在于：所述芯包括管束块；所述管束块为一个或多个，多个管束块固定相接；所述管束块内排列有多个纵向的短管(3)；所述管束块的端部固定有管束块管板(4)；所述管束块管板与短管连接为一体；所述管束块上设置有多个沿短管长度分布横向的折流板(5)；所述折流板的一端设置有软挡板(6)。
2.根据权利要求1所述的管束块换热芯，其特征在于：所述管束块管板的两端凸起；相邻两个管束块的管束块管板相邻；多个管束块的固定通过夹具(7)或螺接或弹簧(9)压紧实现。
3.根据权利要求2所述的管束块换热芯，其特征在于：所述夹具固定的管束块管板上，夹具包括夹具上部(71)、夹具下部(72)以及贯穿夹具上下部的夹具拉杆(73)，且夹具拉杆的端部通过螺栓固定在夹具上。
4.根据权利要求2所述的管束块换热芯，其特征在于：所述螺接固定的管束块管板上设置有贯穿相邻两个管束块管板的螺栓拉杆(8)，且螺栓拉杆的两端均通过螺栓(10)固定。
5.根据权利要求2所述的管束块换热芯，其特征在于：所述弹簧固定的管束块管板，管束块的外侧设置有壳体，壳体分为相互独立的上壳体(91)和下壳体(92)；所述上壳体的下端安装有上壳体法兰(93)、上端安装有装配法兰(94)；下壳体的上端安装有下壳体法兰(95)；所述上壳体法兰与下壳体法兰上设置有贯穿的弹簧拉杆(96)；下壳体法兰下侧的弹簧拉杆上安装有压紧弹簧(97)；弹簧拉杆的上端向上延伸至装配法兰，并与装配法兰固定相接。
6.根据权利要求3～5中任意一项所述的管束块换热芯，其特征在于：所述管束块管板之间、管束块管板与夹具之间以及上壳体法兰与下壳体之间均垫置有垫片(13)。
7.根据权利要求1所述的管束块换热芯，其特征在于：所述软挡板(6)包括固定部和伸长部；所述固定部与折流板固定相接，且固定部内设置有金属块(61)。
8.根据权利要求1所述的管束块换热芯，其特征在于：所述芯的材质为陶瓷或碳化硅或氧化铝或石墨。
9.一种如权利要求1所述管束块换热芯的制作方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
a、分别烧制短管与管束块管板；在短管与管束块管板的连接部位填充碳化硅并煅烧，使短管与管束块管板连接为一体；
b、依照步骤a中的方法制造管束块，并在管束块中安装多个折流板；在折流板的一端安装软挡板，并且相邻两个折流板上的软挡板呈对侧分布；
c、根据不同的长度需要，依照步骤b的方法制造一个或多个管束块，其中相邻两个管束块之间通过安装夹具、螺栓或弹簧的方式固定相连，使管束块换热芯的长度可调且多个管束块之间稳定；
d、使用时，在管束块换热芯的外部设置壳体，一方面可以保护管束块换热芯，另一方面壳体与管束块换热芯之间形成服务介质通道，实现换热。
10.一种如权利要求1所述管束块换热芯的应用，其特征在于：所述管束块换热芯可应用于液气体加热器、液气体冷却器、冷凝器、再沸器、吸收器、闪蒸器、釜以及换热器中。
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