CN112902710A - 一种冷壁夹套式高温气气换热器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及换热器技术领域，且公开了一种冷壁夹套式高温气气换热器，包括外壳体，所述外壳体的顶端固定安装有进口管箱，所述外壳体的底端固定安装有出口管箱，所述进口管箱与出口管箱之间固定连接有换热管，外壳体与内壳体之间形成壳程，内壳体与换热管之间形成管程，壳程和管程用于流通低温气体，换热管用于流通高温气体，低温气体和高温气体相对流动，冷热介质换热形式为纯逆流，传热效率更高，提高了换热效果，低温气体在壳程和管程中流动时，还可同时降低外壳体、内壳体和换热管的温度，不仅解决了换热管与内外壳体热膨胀差较大的问题，也因此可以减少设备耐高温贵重金属的使用，节约了成本。

Description

一种冷壁夹套式高温气气换热器

技术领域

本发明涉及换热器技术领域，具体为一种冷壁夹套式高温气气换热器。

背景技术

高温气体冷却一般采用水作为冷却介质，其中管程为高温气体，壳程为冷却水。利用壳程介质的膜传热系数大，控制壳程筒体及换热管金属壁温，可有效减小管束及壳体热膨胀差。

针对高温气气换热苛刻工况，两侧最高温度达到800℃以上。由于管壳程侧介质均为高温气体，传统的带膨胀节固定管板及柔性管板换热器，壳程金属壁温已经超出常规材质(低合金钢、不锈钢)的使用范围，壳体及膨胀节需采用耐高温的镍基合金等贵重金属，导致设备贵重材料耗量大，设备造价高。

中国专利公告号为：CN109855452B的发明专利，其公开了一种含有不凝气体的管壳式换热器，包括壳体，所述壳体两端分别设置封头，所述封头和壳体的连接位置设置管板，换热管连接两端的管板，气液两相流中的气相是不溶或者难溶性气体，即换热过程中，气体不会溶于液体，所述换热管内设置分隔装置，所述分隔装置是片状结构，所述片状结构在换热管的横截面上设置；所述分隔装置为正方形通孔和正八边形通孔组成，所述正方形通孔的边长等于正八边形通孔的边长，所述正方形通孔的四个边分别是四个不同的正八边形通孔的边，正八边形通孔的四个互相间隔的边分别是四个不同的正方形通孔的边。该发明提供一种新式结构的分隔装置的换热器，在管道内存在气液两相流动时，相对于其背景技术，进一步强化传热，减弱管道的振动，降低噪声水平。

上述专利中，虽然具有强化传热、减弱管道振动和降低噪声水平等优点，但是其结构比较复杂，生产难度较大，同时也没有解决本背景技术中热膨胀差的问题。

基于此，我们提出了一种冷壁夹套式高温气气换热器，希冀解决现有技术中的不足之处。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种冷壁夹套式高温气气换热器，具备换热效果好、成本低、热膨胀差较小的优点。

(二)技术方案

为实现上述换热效果好、成本低、热膨胀差较小的目的，本发明提供如下技术方案：一种冷壁夹套式高温气气换热器，包括外壳体，所述外壳体的顶端固定安装有进口管箱，所述外壳体的底端固定安装有出口管箱，所述进口管箱与出口管箱之间固定连接有换热管；

所述外壳体的内部同轴等间隙设置有内壳体，所述内壳体的顶端固定连接有端板，所述内壳体的底端开设有流通口，所述换热管位于内壳体的中部并贯穿端板；

所述外壳体的左侧固定安装有入口接管，所述内壳体的右侧固定安装有出口接管。

作为本发明的一种优选技术方案，所述进口管箱和出口管箱的内壁均固定安装有隔热衬里。

作为本发明的一种优选技术方案，所述内壳体的外壁均匀安装有套环，所述套环的外壁均匀设置有支撑件，所述支撑件的末端固定连接在外壳体的内壁上，用于固定内壳体的位置。

作为本发明的一种优选技术方案，所述出口接管的末端延伸至外壳体的外部，用于排出低温气体。

作为本发明的一种优选技术方案，所述出口接管的外壁设置有第一膨胀节，所述外壳体的外壁设置有第二膨胀节，用于补偿因温度差而引起的附加应力。

作为本发明的一种优选技术方案，所述外壳体的内壁还固定安装有导流板，所述导流板位于入口接管的下方。

作为本发明的一种优选技术方案，所述导流板呈半环形，具有内壁面和外壁面，其外壁面固定连接在外壳体的内壁上。

作为本发明的一种优选技术方案，所述外壳体与内壳体之间形成壳程，所述内壳体与换热管之间形成管程，所述壳程和管程用于流通低温气体，所述换热管用于流通高温气体。

(三)有益效果

与现有技术相比，本发明提供了一种冷壁夹套式高温气气换热器，具备以下有益效果：

1、该冷壁夹套式高温气气换热器，外壳体与内壳体之间形成壳程，内壳体与换热管之间形成管程，壳程和管程用于流通低温气体，换热管用于流通高温气体，低温气体和高温气体相对流动，冷热介质换热形式为纯逆流，传热效率更高，提高了换热效果。

2、该冷壁夹套式高温气气换热器，壳程和管程用于流通低温气体，换热管用于流通高温气体，低温气体在壳程和管程中流动时，可同时降低外壳体、内壳体和换热管的温度，不仅解决了换热管与内外壳体热膨胀差较大的问题，也因此可以减少设备耐高温贵重金属的耗材，节约了成本。

3、该冷壁夹套式高温气气换热器，出口接管的外壁设置有第一膨胀节，外壳体的外壁设置有第二膨胀节，第一膨胀节和第二膨胀节用于补偿出口接管和外壳体因温度差而引起的附加应力，使得整体结构更加的稳定。

4、该冷壁夹套式高温气气换热器，导流板呈半环形，位于入口接管的下方，减小了外壳体与内壳体之间的间隙，当通过入口接管通入低温气体时，低温气体因间隙过小无法全部向下流动，会分流一部分向上流动，用来冷却端板，降低端板的壁温，进一步的保证了冷却效果。

5、该冷壁夹套式高温气气换热器，内壳体的外壁均匀安装有套环，套环的外壁均匀设置有支撑件，支撑件的末端固定连接在外壳体的内壁上，能够固定住内壳体的位置，保持内壳体与外壳体之间的间距，同时也能够避免内壳体产生振动。

附图说明

图1为本发明正视剖面图；

图2为本发明图1中A部分放大示意图；

图3为本发明图1中出口接管部分放大示意图；

图4为本发明内壳体部分局部立体示意图；

图5为本发明内壳体和外壳体部分俯视剖面图；

图中：1-外壳体、2-进口管箱、3-出口管箱、4-内壳体、5-端板、6-换热管、7-入口接管、8-导流板、9-出口接管、10-第一膨胀节、11-第二膨胀节、12-套环、13-支撑件、14-壳程、15-管程。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“竖直”、“上”、“下”、“水平”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

请参阅图1-5，一种冷壁夹套式高温气气换热器，包括外壳体1，外壳体1的顶端固定安装有进口管箱2，外壳体1的底端固定安装有出口管箱3，进口管箱2与出口管箱3之间固定连接有换热管6；

外壳体1的内部同轴等间隙设置有内壳体4，内壳体4的顶端固定连接有端板5，内壳体4的底端开设有流通口，换热管6位于内壳体4的中部并贯穿端板5；

外壳体1的左侧固定安装有入口接管7，内壳体4的右侧固定安装有出口接管9。

本实施例中，进口管箱2和出口管箱3的内壁均固定安装有隔热衬里，保证了进口管箱2和出口管箱3的耐热性。

本实施例中，内壳体4的外壁均匀安装有套环12，套环12的外壁均匀设置有支撑件13，支撑件13的末端固定连接在外壳体1的内壁上，用于固定内壳体4的位置，保持内壳体4与外壳体1之间的间距，同时也能够避免内壳体4产生振动。

本实施例中，出口接管9的末端延伸至外壳体1的外部，用于排出低温气体。

本实施例中，出口接管9的外壁设置有第一膨胀节10，外壳体1的外壁设置有第二膨胀节11，第一膨胀节10和第二膨胀节11用于补偿出口接管9和外壳体1因温度差而引起的附加应力，使得整体结构更加的稳定。

本实施例中，外壳体1的内壁还固定安装有导流板8，导流板8位于入口接管7的下方，导流板8减小了外壳体1与内壳体4之间的间隙，当通过入口接管7通入低温气体时，低温气体因间隙过小无法全部向下流动，会分流一部分向上流动，无论低温气体是向上还是向下流动，最终都会通过内壳体4底部的流通口进入内壳体4的管程15，低温气体进入内壳体4的管程15后，沿着内壳体4的管程15向上流动，最终从内壳体4右侧的出口接管9排出，而分流低温气体向上流动的目的，是用来冷却内壳体4上半部分和端板5的壁温。

本实施例中，导流板8呈半环形，具有内壁面和外壁面，其外壁面固定连接在外壳体1的内壁上，能够减小外壳体1与内壳体4之间的间隙，限制低温气体的流通。

本实施例中，外壳体1与内壳体4之间形成壳程14，内壳体4与换热管6之间形成管程15，壳程14和管程15用于流通低温气体，换热管6用于流通高温气体，高温气体在换热管6内由上至下流动，低温气体在内壳体4的管程15中由下至上流动，两者相对流动，冷热介质换热形式为纯逆流，传热效率更高，大大提高了换热效果，不仅如此，低温气体在壳程14和管程15中流动时，还可同时降低外壳体1、内壳体4和换热管6的温度，不仅解决了换热管6与两个壳体热膨胀差较大的问题，也因此可以减少设备耐高温贵重金属的耗材，节约了成本。

本发明的工作原理及使用流程：

高温气体由进口管箱2进入，流通换热管6从出口管箱3排出，进口管箱2和出口管箱3的内壁均固定安装有隔热衬里，保证了进口管箱2和出口管箱3的耐热性；

低温气体由入口接管7进入，先流通外壳体1与内壳体4之间的壳程14，再流通内壳体4与换热管6之间的管程15，最终从出口接管9排出，并且，入口接管7的下方还设置有半环形导流板8，减小了外壳体1与内壳体4之间的间隙，当通过入口接管7通入低温气体时，低温气体因间隙过小无法全部向下流动，会分流一部分向上流动，无论低温气体是向上还是向下流动，最终都会通过内壳体4底部的流通口进入内壳体4的管程15，低温气体进入内壳体4的管程15后，沿着内壳体4的管程15向上流动，最终从内壳体4右侧的出口接管9排出，而分流低温气体向上流动的目的，是用来冷却内壳体4上半部分和端板5的壁温；

高温气体在换热管6内由上至下流动，低温气体在内壳体4的管程15中由下至上流动，两者相对流动，冷热介质换热形式为纯逆流，传热效率更高，大大提高了换热效果；

低温气体在壳程14和管程15中流动时，可同时降低外壳体1、内壳体4和换热管6的温度，不仅解决了换热管6与两个壳体热膨胀差较大的问题，也因此可以减少设备耐高温贵重金属的耗材，节约了成本；

出口接管9的外壁设置有第一膨胀节10，外壳体1的外壁设置有第二膨胀节11，第一膨胀节10和第二膨胀节11用于补偿出口接管9和外壳体1因温度差而引起的附加应力，使得整体结构更加的稳定；

内壳体4的外壁均匀安装有套环12，套环12的外壁均匀设置有支撑件13，支撑件13的末端固定连接在外壳体1的内壁上，能够固定住内壳体4的位置，保持内壳体4与外壳体1之间的间距，同时也能够避免内壳体4产生振动。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种冷壁夹套式高温气气换热器，包括外壳体(1)，其特征在于：所述外壳体(1)的顶端固定安装有进口管箱(2)，所述外壳体(1)的底端固定安装有出口管箱(3)，所述进口管箱(2)与出口管箱(3)之间固定连接有换热管(6)；

所述外壳体(1)的内部同轴等间隙设置有内壳体(4)，所述内壳体(4)的顶端固定连接有端板(5)，所述内壳体(4)的底端开设有流通口，所述换热管(6)位于内壳体(4)的中部并贯穿端板(5)；

所述外壳体(1)的左侧固定安装有入口接管(7)，所述内壳体(4)的右侧固定安装有出口接管(9)。

2.根据权利要求1所述的一种冷壁夹套式高温气气换热器，其特征在于：所述进口管箱(2)和出口管箱(3)的内壁均固定安装有隔热衬里。

3.根据权利要求1所述的一种冷壁夹套式高温气气换热器，其特征在于：所述内壳体(4)的外壁均匀安装有套环(12)，所述套环(12)的外壁均匀设置有支撑件(13)，所述支撑件(13)的末端固定连接在外壳体(1)的内壁上，用于固定内壳体(4)的位置。

4.根据权利要求1所述的一种冷壁夹套式高温气气换热器，其特征在于：所述出口接管(9)的末端延伸至外壳体(1)的外部，用于排出低温气体。

5.根据权利要求1所述的一种冷壁夹套式高温气气换热器，其特征在于：所述出口接管(9)的外壁设置有第一膨胀节(10)，所述外壳体(1)的外壁设置有第二膨胀节(11)，用于补偿因温度差而引起的附加应力。

6.根据权利要求1所述的一种冷壁夹套式高温气气换热器，其特征在于：所述外壳体(1)的内壁还固定安装有导流板(8)，所述导流板(8)位于入口接管(7)的下方。

7.根据权利要求6所述的一种冷壁夹套式高温气气换热器，其特征在于：所述导流板(8)呈半环形，具有内壁面和外壁面，其外壁面固定连接在外壳体(1)的内壁上。

8.根据权利要求1所述的一种冷壁夹套式高温气气换热器，其特征在于：所述外壳体(1)与内壳体(4)之间形成壳程(14)，所述内壳体(4)与换热管(6)之间形成管程(15)，所述壳程(14)和管程(15)用于流通低温气体，所述换热管(6)用于流通高温气体。

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