CN114353558A - 一种新型换热器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型换热器，包括U型管、管板组件以及管箱，所述管箱设有四个且均匀分布在管板组件的顶部，多个所述U型管束状错位排列形成U型管束，左右相邻的两个所述管箱之间均通过一U型管束相连接，所述U型管束设有两个且其两端均分别贯穿管板组件伸入到两个管箱的内腔中，两个所述U型管束的同一侧下端连接安装有同一支撑板组件。本发明极大地增加了换热面积，提升了换热效率和换热效果，提高了承压能力，强化了作业安全性。

Description

一种新型换热器

技术领域

本发明涉及换热设备技术领域，具体地来说，涉及一种应用于工业炉窑中的新型换热器。

背景技术

换热器是用来使热量从热流体传递到冷流体的一种设备，因此，工业炉窑作为重要的热加工设备，同时是能源消耗大户，为了降低能耗，一般在内部安装换热器，以回收烟气中的大量余热，用烟气余热来预热燃烧所需的空气或煤气，从而提高燃烧温度，节约高热值燃料；而为了节约成本，目前使用的换热器内多设置有直管式热媒管束，该种换热器的管束长度较小，湍流效果差，换热效果不明显，且应用在工业炉窑中时极易因内外温差应力过大，导致从管板上松脱，最终损坏换热器乃至引发安全事故。

针对上述问题，中国专利，公开号CN 112097530 A，公开一种新型预热空气换热器，文中提出“包括高温段U型列管，低温段U型列管，基板，空气导流箱，冷空气进口，热空气出口箱，热空气联通箱，预热空气换热器最顶端为并列排列的冷空气进口箱，热空气出口箱，热空气联通箱，依次往下有：空气导流箱，基板，U型列管组；空气导流箱内焊接有隔板，便于空气预热各阶段的空气流向疏导，最下端为U型列管组，列管端部开口焊接在基板上，基板把空气导流箱和U型列管组连接起来”。该现有技术中设有高温段U型列管用于与热空气出口箱连接，设有低温段U型列管用于与冷空气进口箱连接，其虽然通过U型管的设置在一定程度上提升了换热效果，但是整体空气换热行程过长，严重影响了换热效率，且换热面积小，结构稳定性不足，承压能力一般，作业安全性低，同时U型列管中的各个U型管为分散式排列，其集热效果和集热效率低，换热效果一般。

为此，需要一种新的技术方案来解决上述技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新型换热器，以解决上述背景技术中提出的现有换热器换热面积小，集热效果和集热效率低，整体换热效率和换热效果一般，且承压能力一般，作业安全性低的技术问题。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种新型换热器，包括U型管、管板组件，多个所述U型管束状错位排列形成U型管束，所述管板组件的顶部均匀分布有四个管箱，左右相邻的两个所述管箱之间均通过一U型管束相连接，所述U型管束设有两个且其两端均分别贯穿管板组件伸入到两个管箱的内腔中，所述管板组件包括纤维板，所述纤维板的上方固定焊接有管板，所述纤维板的下方固定焊接有挡板，所述纤维板、管板和挡板均呈矩形结构且其上均开设有与U型管相适配的管孔，所述U型管的两端穿设并固定于管孔中，两个所述U型管束的同一侧下端连接安装有同一支撑板组件，所述支撑板组件包括依次水平设置并被U型管贯穿的支撑板Ⅰ、支撑板Ⅱ和支撑板Ⅲ，所述支撑板Ⅰ、支撑板Ⅱ和支撑板Ⅲ上均开设有供U型管穿过的连接安装孔，所述支撑板Ⅱ的两端分别搭接在支撑板Ⅰ和支撑板Ⅱ上，所述支撑板Ⅱ的两端分别朝向支撑板Ⅰ和支撑板Ⅱ开设有与U型管相配合的半圆槽，所述支撑板Ⅰ、支撑板Ⅱ和支撑板Ⅲ长度方向的两侧均垂直卡接有若干个与U型管相配合的限位挡板；

进一步的，所述管箱包括管箱筒体、以及与管箱筒体相适配的管箱盖，所述管箱筒体呈空心矩形柱状结构，所述管箱筒体的顶部固定焊接有管箱法兰，所述管箱法兰呈矩形框式结构，所述管箱盖通过管箱法兰密封盖设在管箱筒体上，所述管箱法兰的顶部沿其周向均匀分布有多个紧固件，所述管箱盖上开设有与紧固件一一对应的安装孔，所述紧固件穿过安装孔并与安装孔固定以将管箱盖固定在管箱法兰上，所述管箱法兰与管箱盖之间设置有密封盘根，所述管箱法兰的上表面开设有用于容纳密封盘根的密封槽，所述管箱盖上垂直焊接有介质接管，所述管箱盖的顶部中间位置开设有接管孔，所述介质接管呈空心圆柱状结构且其下端密封焊接在接管孔的内侧，所述介质接管的顶部固定焊接有接管法兰，所述介质接管通过接管孔与管箱筒体相连通；

进一步的，所述管箱筒体由两个相邻的矩形短板和两个相邻的矩形长板共同围合而成，所述管板的边缘上方固定焊接有周边板，所述矩形短板固定焊接在周边板的顶部，所述矩形长板固定焊接在管板的顶部，所述矩形短板及矩形长板的内侧壁与管箱法兰的下表面之间均分别固定焊接有多个支撑筋板。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1.本发明中设有四个均匀分布的具备进出介质作用的管箱的，相较于单一的两个管箱的安装结构的设置，大幅度地增加了换热器的换热面积，极大地提升了换热效率和换热效果，同时，通过左右相邻的两个管箱通过管板组件直接连接于同一U型管束的两端的设置，合理地控制了换热器的换热行程，进一步提高了换热效率和换热效果，并利用两个U型管束的同一侧下端通过同一支撑板组件连接的配合设置，使换热器的整体承压能力大大增强，作业安全性得到极大提高；此外，两个U型管束均分别由多个U型管错位排列在一起形成束状结构的设置，不仅能起到结构紧凑，增强承压能力的效果，且由于其同行的U型管之间由外到内依次层层包围，更是大大提升了U型管束的集热效果，提升了集热效率，从而进一步强化了换热器的换热效果和换热效率；

2.本发明中的管板组件焊接固定在管箱与U型管束之间，其由管板、纤维板以及挡板从上到下依次固定焊接而成，而纤维板具备隔热功能，通过管板、纤维板及挡板三者的协同作用，进一步保证了换热器整体的集热效果，提高了换热效率，同时进一步提高了换热器整体的承压能力，保证了换热作业的安全性；

3.本发明中的支撑板组件均由支撑板Ⅰ、支撑板Ⅱ、支撑板Ⅲ、以及多个限位挡板组成，支撑板Ⅰ、支撑板Ⅱ、支撑板Ⅲ的协同作用，在方便U型管束安装的同时，进一步提高了对U型管束的支撑承载效果，同时，通过限位挡板的配合设置，进一步保证了U型管束的安装稳定性，提升了换热器的整体作业安全性；

4.本发明中的管箱筒体由两个矩形短板和两个矩形长板共同围合而成，且矩形短板及矩形长板的内侧壁与管箱法兰的下表面之间均分别固定焊接有多个支撑筋板，通过管箱筒体的内侧壁与管箱法兰的下表面之间支撑筋板的设置，同时，配合管箱法兰与管箱盖之间紧固件和密封盘根的设置，大大地提升了管箱的整体安装稳定性和密封效果，从而进一步提高了换热器的换热效果及作业安全性。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为图1的局部放大图；

图3为本发明管箱的结构示意图（省去管箱盖）；

图4为本发明管板组件的工作原理示意图；

图5为本发明的工作原理示意图；

图中：1、U型管束，11、U型管，2、管板组件，21、纤维板，22、管板，23、挡板，24、管孔，25、周边板，3、管箱筒体，31、矩形短板，32、矩形长板，4、管箱法兰，41、紧固件，42、密封盘根，43、密封槽，5、管箱盖，51、接管孔，52、安装孔，6、介质接管，7、接管法兰，8、支撑筋板，9、支撑板组件，91、支撑板Ⅰ，92、支撑板Ⅱ，93、支撑板Ⅲ，94、限位挡板，95、连接安装孔，96、半圆槽，10、炉窑设备。

具体实施方式

以下实施例用来进一步说明本发明的内容，并不限制本发明的应用。

请参阅图1～图5，其示出一种新型换热器，包括管板组件2、以及两个U型管束1，管板组件2的顶部均匀分布有四个管箱，两个U型管束1的两端均分别贯穿管板组件2伸入到两个左右相邻的管箱的内腔中，两个U型管束1的同一侧下端连接安装有同一支撑板组件9，每个U型管束1均由多个U型管11错位排列在一起形成束状，即同行的U型管11之间由外到内呈依次层层包围的设置，每一行中的U型管11与相邻行中的相应U型管11循环错位排列，例如，第一行设置四个U型管，第二行设置三个U型管，第三行回归四个U型管，第四行回归三个U型管，如此循环（U型管1由整根直管弯制而成，弯制R较小，选用较薄的管壁以利用传热）；

进一步的，管板组件2由呈矩形结构的管板22、纤维板21和挡板23固定焊接而成，管板22的边缘上方固定焊接有周边板25，管板22、纤维板21和挡板23上均开设有多个管孔24，U型管11的两端穿设并固定于管孔24中（为达到装配精度，管孔24由激光切割加工而成，再用钻头铰孔，保证U型管11与管孔24的间隙，使焊接质量能得到保障；而纤维板21目的是隔热，纤维板21与管板22一致，保证所有的管孔24能与U型管11连接，纤维板21先与U型管11装配，随后管板22再与U型管11装配，通过挡板23将纤维板21固定），而支撑板组件9由支撑板Ⅰ91、支撑板Ⅱ92、支撑板Ⅲ93、以及多个限位挡板94组成；支撑板Ⅰ91、支撑板Ⅱ92及支撑板Ⅲ93依次水平设置，支撑板Ⅱ92的两端分别搭接在支撑板Ⅰ91和支撑板Ⅱ93上且朝向支撑板Ⅰ和支撑板Ⅱ开设有半圆槽96，半圆槽96的设置用于配合搭接边缘处的U型管11，支撑板Ⅰ91、支撑板Ⅱ92和支撑板Ⅲ93上均开设有供U型管11穿过的连接安装孔95，限位挡板94垂直卡接在支撑板Ⅰ91、支撑板Ⅱ92和支撑板Ⅲ93长度方向的两侧以限位保护U型管11，保证U型管11下端的安装稳定性和可靠性

进一步的，管箱由从下到上依次设置的管箱筒体3、管箱法兰4、管箱盖5、介质接管6和接管法兰7组成，管箱筒体3呈空心矩形柱状结构，管箱法兰4呈矩形框式结构且固定焊接在管箱筒体3的顶部，管箱法兰4的顶部沿其周向均匀分布有多个紧固件41，管箱盖5上开设有与紧固件41相适配的安装孔52，紧固件41穿过安装孔52并与安装孔52固定以将管箱盖5固定在管箱法兰4上，管箱法兰4上开设有密封槽43，密封盘根42通过密封槽43嵌设在管箱法兰4的上表面以使管箱法兰4与管箱盖5之间形成密封，管箱盖5的顶部中间位置开设有连通介质接管6和管箱筒体3的接管孔51，介质接管6呈空心圆柱状结构且其下端密封焊接在接管孔51的内侧，介质接管6的顶部固定焊接有接管法兰7，介质接管6通过接管法兰7与外部管道连接（介质接管6的外伸长度涉及与外部管道的连接，其外伸长度控制很关键）；其中，管箱筒体3由两个矩形短板31和两个矩形长板32共同围合而成，两个矩形短板31彼此相邻且均固定焊接在周边板25的顶部，矩形长板32彼此相邻且均固定焊接在管板22的顶部，矩形短板21及矩形长板22的内侧壁与管箱法兰4的下表面之间均分别固定焊接有多个支撑筋板8，为强化支撑筋板8的承载能力和稳定性，其可以设置为直角三角形的形状。

工作时，将多个换热器装配在炉窑设备10上，使换热器的U型管束1处于炉窑设备10的高温烟气中，待预热的空气或煤气经左侧管箱的介质接管6——左侧管箱的管箱筒体3——U型管束1——右侧管箱的管箱筒体3——右侧管箱的介质接管6，完成整个换热作业流程，提前预热；同时，由于每个换热器均有四个管箱筒体3、四个介质接管6、以及两个U型管束1，其可以同时进行两组换热作业，以进一步提升换热效果和换热效率。

Claims (8)

1.一种新型换热器，包括U型管、管板组件以及管箱，其特征在于，所述管箱设有四个且均匀分布在管板组件的顶部，多个所述U型管束状错位排列形成U型管束，左右相邻的两个所述管箱之间均通过一U型管束相连接，所述U型管束设有两个且其两端均分别贯穿管板组件伸入到两个管箱的内腔中，两个所述U型管束的同一侧下端连接安装有同一支撑板组件。

2.根据权利要求1所述的一种新型换热器，其特征在于，所述管板组件包括纤维板，所述纤维板的上方固定焊接有管板，所述纤维板的下方固定焊接有挡板，所述纤维板、管板和挡板均呈矩形结构且其上均开设有与U型管相适配的管孔，所述U型管的两端穿设并固定于管孔中。

3.根据权利要求2所述的一种新型换热器，其特征在于，所述管箱包括管箱筒体、以及与管箱筒体相适配的管箱盖，所述管箱筒体呈空心矩形柱状结构，所述管箱筒体的顶部固定焊接有管箱法兰，所述管箱法兰呈矩形框式结构，所述管箱盖通过管箱法兰密封盖设在管箱筒体上，所述管箱盖上垂直焊接有介质接管，所述介质接管的顶部固定焊接有接管法兰。

4.根据权利要求3所述的一种新型换热器，其特征在于，所述管箱盖的顶部中间位置开设有接管孔，所述介质接管呈空心圆柱状结构且其下端密封焊接在接管孔的内侧，所述介质接管通过接管孔与管箱筒体相连通。

5.根据权利要求4所述的一种新型换热器，其特征在于，所述管箱法兰的顶部沿其周向均匀分布有多个紧固件，所述管箱盖上开设有与紧固件一一对应的安装孔，所述紧固件穿过安装孔并与安装孔固定以将管箱盖固定在管箱法兰上，所述管箱法兰与管箱盖之间设置有密封盘根，所述管箱法兰的上表面开设有用于容纳密封盘根的密封槽。

6.根据权利要求5所述的一种新型换热器，其特征在于，所述管箱筒体由两个相邻的矩形短板和两个相邻的矩形长板共同围合而成，所述管板的边缘上方固定焊接有周边板，所述矩形短板固定焊接在周边板的顶部，所述矩形长板固定焊接在管板的顶部，所述矩形短板及矩形长板的内侧壁与管箱法兰的下表面之间均分别固定焊接有多个支撑筋板。

7.根据权利要求1所述的一种新型换热器，其特征在于，所述支撑板组件包括依次水平设置并被U型管贯穿的支撑板Ⅰ、支撑板Ⅱ和支撑板Ⅲ，所述支撑板Ⅱ的两端分别搭接在支撑板Ⅰ和支撑板Ⅱ上，所述支撑板Ⅰ、支撑板Ⅱ和支撑板Ⅲ长度方向的两侧均垂直卡接有若干个与U型管相配合的限位挡板。

8.根据权利要求7所述的一种新型换热器，其特征在于，所述支撑板Ⅰ、支撑板Ⅱ和支撑板Ⅲ上均开设有供U型管穿过的连接安装孔，所述支撑板Ⅱ的两端分别朝向支撑板Ⅰ和支撑板Ⅱ开设有与U型管相配合的半圆槽。

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