CN113280651B - 绕管式换热器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种绕管式换热器,目的是解决现有技术中壳程介质分配不均匀的问题。具体包括：壳体，其内部具有预设的分离腔和热交换腔；气液介质管，安装在壳体上并与分离腔连通；气液分离机构，设于分离腔内且位于在所述气液介质管的出口处，经气液分离机构分离后的液相进入液相通道，气相则进入气相介质储存区；气液混合机构，安装在分离腔内，具有进液口、进气口和排出口，进液口被配置为接纳来自于液相通道的液体，进气口被配置为接纳来自于气相介质储存区的气体，排出口与所述热交换腔连通；换热机构，安装在热交换腔内。本换热器能有效将气液两相介质均匀喷射到换热管上，具有结构紧凑，节省空间，均布性能好的优点。

Description

绕管式换热器

技术领域

本发明涉及换热器技术领域，尤其是涉及一种绕管式换热器。

背景技术

绕管式换热器是一种结构紧凑的高效换热设备，其具有管束补偿性好、管内的操作压力高、可同时实现多股流的热交换等优点，随着绕管式换热器规模逐渐增大，设备内径甚至已达到五米，为保证换热器能高效安全运行，要求各流股换热介质需要均匀地分配其所在通道。对于绕管式换热器而言，由于壳内侧空间较大且内构件复杂，壳程介质多为气液两相的复杂状态，因此存在壳程介质分配不均匀的问题。

发明内容

本发明为解决现有技术中的壳程介质分配不均匀的问题，提供一种绕管式换热器，预先将两相介质进行分离，分离后的介质采用文丘里原理将气相介质和液相介质进行混合，避免了两相介质的混合不均匀。

本发明采用的技术方案是：

一种绕管式换热器，包括：

壳体，其内部具有预设的分离腔和热交换腔；

气液介质管，安装在所述壳体上，并与所述分离腔连通；

气液分离机构，设于所述分离腔内，且安装在所述气液介质管的出口处，经所述气液分离机构分离后的液相进入液相通道，经所述气液分离机构分离后的气相进入气相介质储存区；

气液混合机构，安装在所述分离腔内，具有进液口、进气口和排出口，所述进液口被配置为接纳来自于液相通道的液体，所述进气口被配置为接纳来自于气相介质储存区的气体，所述排出口与所述热交换腔连通；

换热机构，安装在所述热交换腔内。

可选地，所述气液分离机构包括：

介质输送管，一端为介质进口，另一端为介质出口；

多个连接杆，一端安装在所述介质输送管的介质出口一端，另一端朝向远离所述介质输送管的介质进口设置；及

挡板，对应所述介质输送管的介质出口设置，且与所述连接杆的另一端连接；

其中，彼此相邻的所述连接杆之间形成出口。

可选地，所述连接杆为多根，且均匀分布在所述介质输送管的外圆周上。

可选地，所述挡板的直径大于所述介质输送管的直径。

可选地，所述挡板朝向所述介质出口的端面与所述介质输送管的轴线垂直。

可选地，所述连接杆的一端与所述介质输送管的一端外侧壁连接，所述连接杆的另一端与所述挡板的边缘处连接。

可选地，所述气液混合机构包括：

积液桶，其内部形成有液相通道；

盘状件；及

设置在所述盘状件上的至少一个文丘里管，任一所述文丘里管具有进气口、排出口以及与所述积液桶连通的进液口；

其中，所述盘状件、壳体以及所述积液桶的外侧壁共同形成一区域，所述区域被配置为气相介质储存区；所述文丘里管的进气口位于所述气相介质储存区内，所述文丘里管的排出口位于所述气相介质储存区外。

可选地，所述盘状件位于所述积液桶的桶底上方，使得所述积液桶的桶底与所述盘状件之间具有高度差。

可选地，所述积液桶的侧壁上设置有连接管，所述连接管上沿其轴线方向排布有多个所述文丘里管，所述连接管与多个所述文丘里管组成一个分配组件。

可选地，所述积液桶包括：

中心桶部分，与所述盘状件连接；

收集筒部分，设置在所述中心桶部分的桶口处，其直径大于所述中心桶的直径；

其中，所述连接管与所述中心桶部分连通，所述气液分离机构的介质出口位于所述收集筒部分内。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、气液混合机构采用文丘里原理，使得该换热器的整体结构比较紧凑。

2、预先分离两相介质，从而两相介质的分配更加均匀，避免进入文丘里管内的气相介质多于液相介质，或气相介质少于液相介质，造成气液分布不均匀。

3、该种形式组合的气液分离机构和气液混合机构特别适合大规模绕管式换热器，及气相体积分数较大且液相介质积液层液位较低的工况，能有效将气液两相介质均匀喷射到换热管上，具有结构紧凑，节省空间，均布性能好，操作弹性大等优点。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为该换热器的剖视结构示意图。

图2为该换热器的外观结构示意图。

图3为该换热器的俯视局部内部结构示意图一。

图4为该换热器的俯视局部内部结构示意图二。

图5为该换热器的俯视局部内部结构示意图三。

图6为该换热器的气液分离机构的剖视结构示意图。

图7为该换热器的气液混合机构的剖视结构示意图。

图8为该换热器的气液分离机构与气液混合机构的配合结构示意图。

附图标记：

10、壳体；11、分离腔；12、热交换腔；111、气相介质储存区；112、液相通道；13、堵头；20、气液介质管；30、气液分离机构；31、介质输送管；311、介质入口；312、介质出口；32、连接杆；33、挡板；34、出口；40、气液混合机构；41、积液桶；411、中心桶部分；412、收集筒部分；413、积液层；42、盘状件；43、文丘里管；431、进气口；432、进液口；433、排出口；50、换热机构；60、分配组件；61、连接管；H、表示盘状件与积液桶的桶底之间的高度。

具体实施方式

在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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，或者是本发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，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。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是通信；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或两个元件的相互作用关系。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。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。

下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。

如图1和图2所示，本发明实施例提供了一种绕管式换热器，包括：壳体10、气液介质管20、气液分离机构30、气液混合机构40和换热机构50。

壳体10，其内部预设为分离腔11和热交换腔12，两相介质通过设置在壳体10上的气液介质管20进入壳体10内的分离腔11内，经设置在气液介质管20的出口34处的气液分离机构30进行分离，气相介质进入气相介质储存区111内，液相介质进入液相通道112内储存。

分离后的气相介质和液相介质通过气液混合机构40的进气口431和进液口432将气体和液体吸入其内部进行混合，混合后的介质通过气液混合机构40的排出口433排入热交换腔12内，便于设置在热交换腔12内的换热机构50进行换热。

在另外一个实施例中，如图6和图8所示，气液分离机构30包括介质输送管31、连接杆32和挡板33；连接杆32的一端与介质输送管31连接，另一端与挡板33连接，两相介质从介质输送管31的介质进口进入介质输送管31内，通过介质输送管31的介质出口312将两相介质排出，两相介质排出后与挡板33相碰撞，此时两相介质中的气相介质朝向该气液分离机构30的外部弥漫，液相介质则向下流动进入液相通道112内。采用该气液分离机构30对两相介质进行预先分离，可以有效地避免气相柱塞。

名词解释：气相柱塞指气液两相混合流动中出现的一段气泡，是一种仅含有气相介质的不均匀状态。

在另外一个实施例中，如图6所示，介质输送管31的外圆周上均匀分布有四根连接杆32，使得挡板33与介质输送管31的连接更加牢固。相邻的两连接杆32之间形成出口34，两相介质从出口34处向外输送。

在另外一个实施例中，如图6所示，当介质输送管31内的流量过大时，为了方便挡板33有效地将两相介质进行气液分离，挡板33的直径大于介质输送管31的直径。

在另外一个实施例中，如图6所示，为了方便两相介质从介质出口312出来后进行有效的分离，挡板33朝向介质出口312的端面与介质输送管31的轴线垂直。

在另外一个实施例中，如图6所示，连接杆32的一端与介质输送管31的介质出口312一端的外侧壁连接，另一端与挡板33的边缘处连接是为了增大出口34的面积，使得液相介质和气相介质更加快速地分离开。

在另外一个实施例中，如图7和图8所示，该气液混合机构40包括：积液桶41、盘状件42和文丘里管43；其中文丘里管43具有进气口431、排出口433以及与积液桶41连通的进液口432。

积液桶41，其内部为液相通道112；经分流后的液相介质进入积液桶41内储存备用。积液桶41与文丘里管43连通，由于文丘里管43的中部直径小于两端直径，因此在中部形成负压，将积液桶41内的液相介质吸入文丘里管43内。

盘状件42、壳体10以及积液桶41的外侧壁共同形成一区域，所述区域为上述内容中提到的气相介质储存区111，经分离后的气相介质储存在气相介质储存区111内；通过文丘里管43的进气口431将气相介质吸入文丘里管43内与液相介质进行混合，混合充分后的两相介质，通过位于气相介质储存区111外的文丘里管43的排出口433喷洒至指定位置。由于气相介质从文丘里管43的进气口431进入文丘里管43的中部，液相介质从文丘里管43的进液口432进入文丘里管43的中部，在文丘里管43中部液相介质与气相介质进行混合，避免了未经预分的两相介质直接进入文丘里管43内，造成气相柱塞。

在另外一个实施中，如图7所示，盘状件42位于积液桶41的桶底上方，使得积液桶41的桶底与盘状件42之间具有高度差，使得液相介质在积液桶41内形成高度为H的积液层413，便于在工作过程中文丘里管43的进液口432始终处于液相介质内，避免有气相介质从进液口432进入文丘里管43内，造成气相柱塞。

在另外一个实施中，如图3、图4、图5和图8所示，为了提高该气液混合机构40的工作效率，连接管61上沿其轴线方向设有多个所述文丘里管43，所述连接管61与多个所述文丘里管43组成一个分配组件60。

该气液混合机构40具有多个分配组件60，多个所述分配组件60沿着所述积液桶41的周向方向均布在所述盘状件42上，使得设置在连接管61上的文丘里管43呈辐射状分布，便于充分混合后的两相介质进入需要交换热量的区域后均匀的充满该区域，实现热交换。

在另外一个实施中，如图1、图7和图8所示，积液桶41包括：中心桶部分411和收集筒部分412。中心桶部分411与所述盘状件42连接；收集筒部分412设置在中心桶部分411的桶口处。为了方便收集液相介质，收集筒部分412的直径大于中心桶部分411的直径；为了方便液相介质进入连接管61内，连接管61与中心桶部分411连通。

具体工作原理：

在使用时，两相介质通过气液介质管20将两相介质输送至介质输送管31内，两相介质通过气液分离机构30进行预先分离，两相介质从介质输送管31的介质出口312出来后与挡板33发生碰撞，从而通过惯性分离出气相介质和液相介质，气相介质进入气相介质储存区111内储存，液相介质进入积液桶41中部的液相通道112内储存，避免在后续的使用中气相介质和液相介质混合不均匀造成气相柱塞。

多组分配组件60通过盘状件42均匀的安装在积液桶41的侧壁上，盘状件42与积液桶41的桶底之间具有高度差H，便于液相介质和气相介质进入文丘里管43内。

分配组件60包括连接管61和串联在连接管61上的多个文丘里管43，连接管61均匀分布在积液桶41的外侧壁上，其液体入口位于盘状件42和积液桶41的桶底之间，文丘里管43的中部与连接管61连接，由于文丘里管43的中部直径小于两端直径，因此在中部形成负压，将积液桶41内的液相介质以及气相介质储存区111内的气相介质吸入文丘里管43内，并进行混合，设置在连接管61上的文丘里管43呈辐射状分布，混合后的两相介质通过进气口431进入文丘里管43内的气体将混合后的两相介质朝向排出口433推送，排出口433将混合均匀的两相介质喷洒至需要交换热量的区域内（即换热机构50所处的区域），两相介质进入需要交换热量的区域后均匀的充满该区域，实现热交换。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种绕管式换热器，其特征在于，包括： 壳体，其内部具有预设的分离腔和热交换腔；

气液介质管，安装在所述壳体上，并与所述分离腔连通；

气液分离机构，设于所述分离腔内，且安装在所述气液介质管的出口处，经所述气液分离机构分离后的液相进入液相通道，气相则进入气相介质储存区；

气液混合机构，安装在所述分离腔内，具有进液口、进气口和排出口，所述进液口被配置为接纳来自于液相通道的液体，所述进气口被配置为接纳来自于气相介质储存区的气体，所述排出口与所述热交换腔连通；

换热机构，安装在所述热交换腔内。

2.根据权利要求1所述的绕管式换热器，其特征在于，所述气液分离机构包括：

介质输送管，一端为介质进口，另一端为介质出口；

多个连接杆，一端安装在所述介质输送管的介质出口一端，另一端朝向远离所述介质输送管的介质进口设置；

挡板，对应所述介质输送管的介质出口设置，且与所述连接杆的另一端连接；

其中，彼此相邻的所述连接杆之间形成出口。

3.根据权利要求2所述的绕管式换热器，其特征在于，多个所述连接杆均匀分布在所述介质输送管的外圆周上。

4.根据权利要求2所述的绕管式换热器，其特征在于，所述挡板的直径大于所述介质输送管的直径。

5.根据权利要求2所述的绕管式换热器，其特征在于，所述挡板朝向所述介质出口的端面与所述介质输送管的轴线垂直。

6.根据权利要求2所述的绕管式换热器，其特征在于，所述连接杆的一端与所述介质输送管的一端外侧壁连接，所述连接杆的另一端与所述挡板的边缘处连接。

7.根据权利要求1所述的绕管式换热器，其特征在于，所述气液混合机构包括：

积液桶，其内部形成有所述液相通道；

盘状件；

设置在所述盘状件上的至少一个文丘里管，任一所述文丘里管具有进气口、排出口以及与所述积液桶连通的进液口；

其中，所述盘状件、壳体以及所述积液桶的外侧壁共同形成一区域，所述区域被配置为气相介质储存区；所述文丘里管的进气口位于所述气相介质储存区内，所述文丘里管的排出口位于所述气相介质储存区外。

8.根据权利要求7所述的绕管式换热器，其特征在于，所述盘状件位于所述积液桶的桶底上方，使得所述积液桶的桶底与所述盘状件之间具有高度差。

9.根据权利要求7所述的绕管式换热器，其特征在于，所述积液桶的侧壁上设置有连接管，所述连接管上沿其轴线方向排布有多个所述文丘里管，所述连接管与多个所述文丘里管组成一个分配组件。

10.根据权利要求9所述的绕管式换热器，其特征在于，所述积液桶包括：

中心桶部分，与所述盘状件连接；

收集筒部分，设置在所述中心桶部分的桶口处，其直径大于所述中心桶的直径；

其中，所述连接管与所述中心桶部分连通，所述气液分离机构的介质出口位于所述收集筒部分内。

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