CN114018081B - 一种换热器壳体及换热器 - Google Patents

Abstract

本发明属于换热器领域，公开了一种换热器壳体及换热器，换热器壳体包括壳体、多个肋板、保温层和遮盖板，壳体内部设有高温气体腔室和低温气体腔室，壳体的侧壁包括高温区域和低温区域，高温区域对应高温气体腔室设置，低温区域对应低温气体腔室设置；多个肋板间隔贴设在壳体的高温区域的内侧；保温层填充设置在多个肋板之间；遮盖板盖设在保温层上且与多个肋板连接。本发明在壳体高温区域内侧设置肋板和保温层，肋板可起到支撑保温层和遮盖板的作用，以提高整个隔温结构的稳定性，保温层可起到隔温作用，以有效降低受压壳体的温度，同时减少壳体高温区域与低温区域壁温的温度差，减少壳体各部分的热膨胀量差，避免壳体存在过大的热应力。

Description

一种换热器壳体及换热器

技术领域

本发明涉及换热器领域，尤指一种换热器壳体及换热器。

背景技术

换热器是一种将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，又称热交换器。换热器在化工、石油、动力、食品及其它许多工业生产中占有重要地位，应用广泛。换热器可以处理各种类型的工质，比如液态、液态蒸发、气态和气态冷凝等。

目前，用于高温气体冷却或气体加热的换热器的壳体一般采用不锈钢材质，因气体温度变化较大，在使用时，换热器壳体会存在以下问题：

(1)换热器壳体承受高温载荷，材料在高温下的力学性能下降，增加了设计难度和成本；

(2)换热器壳体的高温区域和低温区域可能存在很大的温差，使换热器壳体各部分热膨胀程度差异显著，导致换热器壳体承受过大的热应力，容易导致换热器壳体产生变形。

发明内容

本发明的目的是提供一种换热器壳体及换热器，不仅可确保换热器壳体的力学性能符合要求，而且可有效减少换热器壳体承受的热应力。

本发明提供的技术方案如下：

一方面，提供一种换热器壳体，包括：

壳体，所述壳体内部设有高温气体腔室和低温气体腔室，所述壳体的侧壁包括高温区域和低温区域，所述高温区域对应所述高温气体腔室设置，所述低温区域对应所述低温气体腔室设置；

多个肋板，间隔贴设在所述壳体的高温区域的内侧；

保温层，填充设置在多个所述肋板之间；

遮盖板，盖设在所述保温层上且与多个所述肋板连接。

本技术方案中，通过在壳体的高温区域内侧设置隔温结构，可有效降低壳体高温区域的温度，进而降低壳体进气侧和出气侧的温度差，即降低壳体左右两侧的温度差，进而降低壳体承受的热应力，提高壳体的使用寿命。

在一些实施方式中，所述肋板为弧形且沿所述壳体的周向延伸设置；

多个所述肋板沿所述壳体的轴向间隔设置。

本技术方案提供肋板的一种具体安装形式，即肋板为半圆弧型，肋板与高温区域的横截面形状相同，以使肋板可更好地贴合壳体，提高肋板与壳体的连接强度。

在一些实施方式中，所述肋板为长条形且沿所述壳体的轴向延伸设置；

多个所述肋板沿所述壳体的周向间隔设置。

本技术方案提供另一种肋板的具体安装形式，肋板为长条形且沿壳体的周向间隔设置，同样可起到固定支撑保温层和遮盖板的作用。

在一些实施方式中，多个所述肋板与所述高温区域的总接触面积小于所述高温区域的表面积的1％。

本技术方案中通过限定肋板与高温区域的总接触面积，可防止肋板与壳体接触面积过大而导致热量通过肋板传递到壳体上，以控制壳体高温区域的温度；肋板与高温区域的总接触面积可通过肋板的尺寸以及肋板的数量来进行控制。

在一些实施方式中，还包括进气管，所述进气管设置在所述高温区域且与所述高温气体腔室连通。

在一些实施方式中，还包括套管，所述套管套设在所述进气管内，且所述进气管与所述套管之间填充有保温层。

本技术方案中，通过在进气管内侧设置保温层和套管，可在进气口处起到隔温作用，防止壳体进气口处温度过高。

在一些实施方式中，所述套管包括相互连接的第一管段和第二管段，所述第一管段靠近所述壳体的内侧设置，所述第二管段与所述第一管段连接的一端的管径与所述第一管段的管径相同，所述第二管段另一端的管径大于所述第一管段的管径。

本技术方案中，第二管段远离第一管段的一端与进气管的内壁焊接，以使进气管内侧的保温层处于被包覆状态，防止保温层外露而损坏；此外，第二管段可形成导流环，起到气体整流作用，减少气体在进气管入口处的湍流。

在一些实施方式中，所述壳体、所述肋板和所述遮盖板的材质相同。

另一方面，还提供一种换热器，包括上述任一所述的换热器壳体。

在一些实施方式中，还包括换热管束，所述换热管束设置在所述高温气体腔室与所述低温气体腔室之间，用于分隔所述高温气体腔室与所述低温气体腔室，所述高温气体腔室内的气体通过所述换热管束之间的间隙进入所述低温气体腔室内。

本发明的技术效果在于：在壳体高温区域内侧设置肋板和保温层，肋板可起到支撑保温层和遮盖板的作用，以提高整个隔温结构的稳定性，保温层可起到隔温作用，防止高温气体热量传递到壳体上，以有效降低受压壳体的温度，确保壳体的力学性能符合要求，同时还可减少壳体高温区域与低温区域壁温的温度差，减少壳体筒身各部分的热膨胀量差，避免壳体筒身存在过大的热应力。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明：

图1是本申请具体实施例提供的一种换热器壳体的横截面示意图；

图2是本申请具体实施例提供的一种换热器壳体的肋板为另一种设置形式的横截面示意图；

图3是图2中保温层的横截面示意图；

图4是图3中A处的放大图。

附图标号说明：

10、壳体；101、高温气体腔室；102、低温气体腔室；11、高温区域；12、低温区域；20、肋板；30、保温层；40、遮盖板；50、换热管束；60、进气管；70、套管；71、第一管段；72、第二管段。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施例，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。

为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与本发明相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。

还应当进一步理解，在本申请说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

在本文中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“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，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

另外，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本申请的一个实施例中，如图1所示，一种换热器壳体，包括壳体10、多个肋板20、保温层30和遮盖板40，壳体10内部设有高温气体腔室101和低温气体腔室102，壳体10的侧壁包括高温区域11和低温区域12，高温区域11对应高温气体腔室101设置，低温区域12对应低温气体腔室102设置；多个肋板20间隔贴设在壳体10的高温区域11的内侧；保温层30填充设置在多个肋板20之间；遮盖板40盖设在保温层30上且与多个肋板20连接。

具体地，如图1所示，壳体10内部为中空的腔室，腔室内设置有换热管束50，换热管束50是由多根换热管组成的，各换热管之间存在间隙，换热管束50将壳体10内部腔室分隔为高温气体腔室101和低温气体腔室102，高温气体进入高温气体腔室101后从换热管之间的间隙穿过，与换热管内的工质进行换热后温度降低，并进入低温气体腔室102，然后从低温气体腔室102上设置的出气口排出。

高温气体腔室101对应的壳体10侧壁为高温区域11，低温气体腔室102对应的壳体10侧壁为低温区域12，壳体10侧壁上的高温区域11需要承受高温载荷，为防止换热器壳体损坏，本实施例在壳体10侧壁的高温区域11内侧间隔设有多个肋板20，肋板20贴合设置在壳体10的高温区域11的内壁，然后在肋板20之间填充保温层30，保温层30为具有保温隔热功能的保温棉，在各肋板20之间敷设保温棉，保温棉可起到隔温作用，避免高温气体腔室101内的热量传递到壳体10上，以有效降低壳体10上高温区域11的温度，确保壳体10金属材料的力学性能符合要求，并有效减少壳体10的高温区域11与低温区域12的金属壁温的温度差，减少壳体10筒身各部分的热膨胀量差，避免壳体10筒身存在过大的热应力，防止壳体10在过大的热应力下产生变形。肋板20用于固定保温棉并对高温区域11内设置的整个隔热结构具有支撑作用，以提高保温层30和遮盖板40的连接稳定性。若不设置肋板20，因壳体10的直径较大，在壳体10内设置的遮盖板40的尺寸也会较大，遮盖板40和保温层30中间无任何支撑，会导致遮盖板40和保温层30容易从壳体10上脱落，造成内部隔温结构失效。

在各肋板20之间设置保温层30后，在保温层30上设置遮盖板40，遮盖板40与多个肋板20焊接，以固定遮盖板40，设置遮盖板40后，可保证保温层30不直接与工质接触，起到固定并保护保温层30的作用。

在一些实施例中，肋板20为弧形且沿壳体10的周向延伸设置；多个肋板20沿壳体10的轴向间隔设置。如图2所示，本实施例中，肋板20为半圆形，以使肋板20可与壳体10的高温区域11内壁完全贴合，提高壳体10的强度，多个肋板20沿壳体10的轴向间隔设置，壳体10的轴向为图2中垂直纸面的方向。如图3所示，保温层30也为弧形，并贴设在高温区域11的内侧壁，且位于相邻两个半圆形的肋板20之间。

在一些实施例中，如图1所示，肋板20为长条形且沿壳体10的轴向延伸设置；多个肋板20沿壳体10的周向间隔设置。本实施例提供另一种肋板20的安装形式，本实施例中肋板20为长条形，其安装方式为沿壳体10的周向间隔设置，保温层30设置在相邻两个长条形的肋板20之间。肋板20与壳体10的轴向可平行设置，也可与壳体10的轴向呈一定角度设置，只需要肋板20能起到支撑固定保温层30和遮盖板40的作用即可。

本实施例中，无论肋板20采用何种安装形式，都需要保证多个肋板20与壳体10高温区域11的总接触面积小于高温区域11的表面积的1％。因为遮盖板40与高温气体腔室101内的高温气体直接接触，而遮盖板40与肋板20连接，所以遮盖板40和肋板20都会承受高温载荷，壳体10、遮盖板40和肋板20均需采用可承受高温的高强度合金材料。壳体10、遮盖板40、肋板20的材质均为金属材质，肋板20可焊接在壳体10上，遮盖板40也可与肋板20焊接连接，以提高壳体10、肋板20和遮盖板40三者的连接强度。

遮盖板40和肋板20采用高强度合金材料时，其导热性能相对较高，高温气体腔室101内的温度会通过遮盖板40和肋板20传递给壳体10，为避免壳体10的温度过分增大，需要保证多个肋板20与壳体10高温区域11的总接触面积小于高温区域11总表面积的1％，这样才能保证壳体10高温区域11的温度满足要求，以减少壳体10高温区域11与低温区域12壁温的温度差，防止壳体10存在过大的热应力。

在一种实施方式中，如图1和图3所示，壳体10上还连接有进气管60，进气管60设置在壳体10的高温区域11，并与壳体10内部的高温气体腔室101连通设置。壳体10的高温区域11设有进气口，进气管60设置在进气口处且与进气口连通设置，高温气体从进气管60进入高温气体腔室101内。进气管60可与壳体10一体成型设置，也可分别成型后焊接在一起。

高温气体从进气管60进入高温气体腔室101时，进气管60也会承受高温载荷，如图1和图3所示，为防止进气管60因受高温载荷而损坏，进气管60内还设有套管70，套管70与进气管60之间填充有保温层30，保温层30为具有隔热功能的保温棉，通过敷设保温面并安装套管70的方式进行隔温，可避免壳体10进气口侧与出气口侧存在很大的温差。

在一些实施例中，如图4所示，套管70包括相互连接的第一管段71和第二管段72，第一管段71靠近壳体10的内侧设置，第二管段72与第一管段71连接的一端的管径与第一管段71的管径相同，第二管段72另一端的管径大于第一管段71的管径。第二管段72为喇叭状，且第二管段72远离第一管段71的一端管径大于第二管段72与第一管段71连接的一端管径，使第二管段72可形成导流环，起到气体整流作用，减少气体在进气管60入口处的湍流。此外，第二管段72可还在端部遮盖封闭保温层30，以保护进气管60处的保温层30，防止保温层30外露。

本发明还提供一种换热器的具体实施例，换热器包括上述任一实施例的换热器壳体和换热管束50，换热器壳体的结构如图1至图4所示，换热管束50设置在高温气体腔室101与低温气体腔室102之间，用于分隔高温气体腔室101与低温气体腔室102，高温气体腔室101内的气体通过换热管束50之间的间隙进入低温气体腔室102内，高温气体在穿过各换热管之间的间隙时，会与换热管内的工质进行换热，换热后高温气体的温度降低，然后进入低温气体腔室102，并从低温气体腔室102上设置的出气口排出。

通过在高温气体腔室101对应的高温区域11内侧设置保温层30，不仅可有效降低受压壳体10的温度，确保壳体10的力学性能符合要求，而且可有效减少壳体10的高温区域11与低温区域12的温度差，减少壳体10筒身各部分的热膨胀量差，避免壳体10筒身存在过大的热应力。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种换热器壳体，其特征在于，包括：

壳体，所述壳体内部分隔为高温气体腔室和低温气体腔室，所述壳体的侧壁包括高温区域和低温区域，所述高温区域对应所述高温气体腔室设置，所述低温区域对应所述低温气体腔室设置，所述高温区域与所述低温区域拼接形成闭合环形结构；

多个肋板，间隔贴设在所述壳体的高温区域的内侧；

保温层，填充设置在多个所述肋板之间；

遮盖板，盖设在所述保温层上且与多个所述肋板连接。

2.根据权利要求1所述的一种换热器壳体，其特征在于，

所述肋板为弧形且沿所述壳体的周向延伸设置；

多个所述肋板沿所述壳体的轴向间隔设置。

3.根据权利要求1所述的一种换热器壳体，其特征在于，

所述肋板为长条形且沿所述壳体的轴向延伸设置；

多个所述肋板沿所述壳体的周向间隔设置。

4.根据权利要求1至3任一项所述的一种换热器壳体，其特征在于，多个所述肋板与所述高温区域的总接触面积小于所述高温区域的表面积的1％。

5.根据权利要求1所述的一种换热器壳体，其特征在于，还包括进气管，所述进气管设置在所述高温区域且与所述高温气体腔室连通。

6.根据权利要求5所述的一种换热器壳体，其特征在于，还包括套管，所述套管套设在所述进气管内，且所述进气管与所述套管之间填充有保温层。

7.根据权利要求6所述的一种换热器壳体，其特征在于，

所述套管包括相互连接的第一管段和第二管段，所述第一管段靠近所述壳体的内侧设置，所述第二管段与所述第一管段连接的一端的管径与所述第一管段的管径相同，所述第二管段另一端的管径大于所述第一管段的管径。

8.根据权利要求1所述的一种换热器壳体，其特征在于，所述壳体、所述肋板和所述遮盖板的材质相同。

9.一种换热器，其特征在于，包括权利要求1-8任一项所述的换热器壳体。

10.根据权利要求9所述的一种换热器，其特征在于，

还包括换热管束，所述换热管束设置在所述高温气体腔室与所述低温气体腔室之间，用于分隔所述高温气体腔室与所述低温气体腔室，所述高温气体腔室内的气体通过所述换热管束之间的间隙进入所述低温气体腔室内。