CN113790617B - 一种紧凑型弹性蛇形铜管换热器 - Google Patents

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Abstract

本发明属于传热技术领域，提供了一种紧凑型弹性蛇形铜管换热器。该换热器利用交错分布的折流板，增加了壳程流体的流动路径，使换热流体和换热管束充分接触，充分利用壳程流体诱导振动强化传热，提高换热器传热性能；本发明通过设计全新管腔式结构，可增加管程流体与壳程流体接触面积，进一步提高换热器的整体传热性能；本发明通过流体冲击激发换热管束振动实现强化传热，且铜管不易形变可延长使用寿命，在降低噪声危害的同时还能达到自动除水垢的作用。另外，本发明通过设置在各出入口上的法兰及连接管，可实现多个换热装置的多排列组合安装，可根据实际情况的需要灵活组装和拆卸。

Description

一种紧凑型弹性蛇形铜管换热器
技术领域
本发明涉及换热技术相关领域，具体的说，是涉及一种紧凑型弹性蛇形铜管换热器。
背景技术
换热器是一种在不同温度的介质之间传递热量的设备，能使热量由温度较高的介质传递给温度较低的介质，使介质的温度达到设定指标，提高能源的利用率。随着科学技术的发展，换热器作为进行介质热交换的专用设备，其广泛应用于石油、化工、制药、核电等行业。
换热器内的传热原件由传统的钢管替换为铜管，使得传热管束具有弹性。该换热器采用流体诱导振动强化换热技术，即利用换热器壳程内的流体诱导换热器管束振动，以达到强化换热的目的，无需要额外消耗能源。流体诱导振动是比较有潜力的强化换热技术，而设计适合壳程流体诱导振动的弹性管束换热器是其中的关键。
然而，传统的弹性管束换热器由于其内部结构的限制，无法实现对壳程流体的导流，使得壳程流体不能充分吸收热量，因此其强化传热效果并不明显。基于上述换热器存在的问题，亟需设计一种单位体积内换热面积大、换热路径长且能实现壳程流体导流的换热器。
发明内容
本发明为克服上述现有技术的不足，提供一种紧凑型弹性蛇形铜管换热器。本发明通过设计全新的结构，利用折流板的分布特点实现对换热器内壳程流体的导流，充分利用壳程流体诱导振动强化传热，并具有单位体积内换热面积大、换热路径长的特点。
本发明的技术方案包括：一种紧凑型弹性蛇形铜管换热器，包括左/右封头、管程出/入口管、折流板、弹性管束、管板、壳体、封头法兰、垫片、壳程出/入口管、管程连接管。弹性管束由多个蛇形铜管与管程入口横管连接而成，蛇形铜管与众多折流板交替式紧密排列在壳体内部；壳体固定连接在左右封头之间，且壳体和封头之间设有垫片。
本发明的技术方案还包括：所述折流板上固定连接有管程入口横管，且横管上连接多个蛇形铜管。管程入口横管与多个蛇形铜管组成弹性管束。
本发明的技术方案还包括：换热器的壳体内设有多个折流板，实现对壳程流体的导流，增加了流动路径，使得壳程流体能够充分吸收热量，提高换热器的整体传热性能。
本发明的技术方案还包括：所述蛇形铜管有40个，且等间距地连接在管程入口横管与壳体之间，所述封头上设有封头法兰，所述封头法兰与连接管相连接，可实现换热器的组合安装使用。
本发明的有益效果有：该换热器中弹性管束均由弹性材料—铜制成。壳/管程流体介质诱导铜管产生振动，增强了管内/外近壁处流体介质的紊流特性，实现强化传热；相较于其他材料，铜管振动时不易发生疲劳破坏，且具有降噪和自动除垢的特点，可长期使用；管束采用管程入口横管—蛇形铜管组合结构，管内流体介质在流动时产生二次流可进一步实现强化传热；通过利用折流板的分布结构，实现对壳程流体的导流，增加了壳程流体的流动路径，使得壳程流体充分吸收热量，从而进一步提高传热效果；通过设计全新管腔式结构，可增加管程流体与壳程流体接触面积，进一步提高换热器的整体传热性能。紧凑型弹性蛇形铜管换热器采用横放的安装方式，使各管出/入口压降趋于一致，有利于各管的振动效果均匀一致；单个换热器可直接使用，通过设置在各出入口上的法兰及连接管，可实现多个换热器的单列/阵列式组合安装，可根据实际情况的需要灵活组装和拆卸。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
图1为本发明的内部结构示意图。
图2为本发明中的弹性管束结构示意图。
图3为本发明中的折流板分布示意图。
图4为本发明的弹性管束分布示意图。
图5为本发明的组合安装结构示意图。
图中：1、法兰A；2、管程出口管；3、左封头；4、左垫片；5、管板；6、壳体；7、弹性蛇形铜管；8、折流板；9、右垫片；10、右封头；11、壳程出口管；12、法兰B；13、法兰C；14、管程入口横管；15、壳程入口管；16、法兰D。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。请参阅图1、图2、图3、图4和图5，图1为本发明的内部结构示意图，图2为本发明中的弹性管束结构示意图，图3为本发明中的折流板分布示意图，图4为本发明的弹性管束分布示意图，图5为本发明的组合安装结构示意图。
所述一种紧凑型弹性蛇形铜管换热器，包括法兰A1、管程出口管2、左封头3、左垫片4、管板5、壳体6、弹性蛇形铜管7、折流板8、右垫片9、右封头10、壳程出口管11、法兰B12、法兰C13、管程入口横管14、壳程入口管15、法兰D16，弹性管束由弹性蛇形铜管7和管程入口横管14组成，弹性管束固定连接在壳体6上；壳体6固定连接在左封头3和右封头10之间，且中间设有左垫片4和右垫片9，垫片有利于保证换热器的气密性。
所述弹性管束有多个弹性蛇形铜管，所有弹性蛇形铜管均等间距阵列地固定在管程入口横管上。弹性管束采用铜为材料，利于延长使用寿命，降低噪声危害，且能实现自动除水垢。弹性蛇形铜管采用S型，使管内流体内部成S型流动，由于离心力的作用生成二次流，进一步实现强化传热。该形状的复杂管束结构，使壳程流体流动湍流特性增强，进一步实现强化传热。
所述折流板8在壳体6内等间距交错分布。折流板的交错式分布结构可实现对壳程流体的导流，增加了流动路径，使得壳程流体充分吸收热量，提高换热器的传热性能。
所述蛇形铜管有40个，且等间距地连接在管程入口横管与壳体之间，所述封头上设有封头法兰，所述封头法兰与连接管相连接，可实现换热器的组合安装使用。
现场使用时，安装前，紧凑型弹性蛇形铜管换热器要进行压力试验和气密性试验。热介质在管程入口横管、弹性管束、管腔和管程出口管内流动，这条路径称为管程；冷介质在壳程入口管、弹性管束和壳程出口管与壳体之间的空隙内流动，这条路径称为壳程。紧凑型弹性蛇形铜管换热器采用横放的安装方式，管程热介质由管程入口流入，管程出口流出；壳程冷介质由壳程入口流入，让冷介质能够充满壳体，然后从壳程出口流出。实现壳程介质与管程介质交叉流动，有利于达到更好的换热效果。
在各实施例不相矛盾的情形下，各实施例中的至少部分技术方案可重新组合形成本发明的实质技术方案，当然，各实施例也可以相互引用或包含。并且，需要说明的是，本领域技术人员在重新组合各实施例记载的技术手段时所做出的适应性调整修改也将落入本发明的保护范围。
以上结合具体实施方式描述了本发明的技术原理，但需要说明的是，上述的这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的具体限制。基于此处的解释，本领域的技术人员在不付出创造性劳动即可联想到本发明的其他具体实施方式或等同替换，都将落入本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种紧凑型弹性蛇形铜管换热器，其特征在于：包括法兰A(1)、管程出口管(2)、左封头(3)、左垫片(4)、管板(5)、壳体(6)、弹性蛇形铜管(7)、折流板(8)、右垫片(9)、右封头(10)、壳程出口管(11)、法兰B(12)、法兰C(13)、管程入口横管(14)、壳程入口管(15)、法兰D(16)，弹性管束由弹性蛇形铜管(7)和管程入口横管(14)组成，弹性蛇形铜管(7)等间距地连接在壳体(6)和管程入口横管(14)上；壳体(6)固定连接在左封头(3)和右封头(10)之间，且中间设有左垫片(4)和右垫片(9)；
所述管板(5)上有弹性管束内管程流体的出口；
所述壳体(6)为内外双层结构，内外层之间形成管腔，所述弹性蛇形铜管(7)与管腔连通；
所述折流板(8)在壳体(6)内均等间距交错分布，且折流板(8)与弹性蛇形铜管(7)沿管程入口横管(14)轴向交叉分布。
2.根据权利要求1所述的一种紧凑型弹性蛇形铜管换热器，其特征在于：管板(5)和各个折流板(8)固定弹性管束。
3.根据权利要求1所述的一种紧凑型弹性蛇形铜管换热器，其特征在于：所述弹性管束有多个弹性蛇形铜管(7)，所有弹性蛇形铜管(7)均等间距阵列地固定在管程入口横管(14)上。
4.根据权利要求1所述的一种紧凑型弹性蛇形铜管换热器，其特征在于：所述管程入口横管(14)和壳程入口管(15)，分别将壳体内的管程流体和壳程流体传入换热器中，所述左封头(3)和右封头(10)设有法兰B(12)和法兰D(16)，二者相连接，实现壳程流体在换热器组合安装中的流通，法兰A(1)和法兰C(13)通过增设一个连接管实现管程流体在换热器组合安装中的流通。
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