CN115388679A - 一种多程逆流套管式换热器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多程逆流套管式换热器，该换热器包括甲种流体进口接管、甲种流体进口分流箱、乙种流体出口接管、乙种流体出口汇流槽、管板、套管、乙种流体进口接管、乙种流体进口分流槽、甲种流体出口接管、甲种流体出口汇流箱、连通管和支座，所述套管包括多个同轴套管层层嵌套，各个套管的直径由外向内依次减小，本发明将多层套管逐层嵌套，能根据工艺需要合理分配流体的进出和均布流动，进行单程或多程纯逆流换热过程，具有结构紧凑、单位体积内换热面积多和换热强度高，具有更高的综合换热效率，经济效益良好，广泛应用于各个行业的冷热流体的换热过程。

Description

一种多程逆流套管式换热器

技术领域

本发明属于热交换器技术领域，具体涉及一种多程逆流套管式换热器。

背景技术

在工业生产中，换热器的主要作用是温度较高的流体传递给温度较低的流体，使流体温度或相态达到工艺流程规定的指标，以满足生产过程或条件的需要，换热器是工业发展中广泛使用的热力设备。

根据传热学理论，只有当冷热两种流体进行纯逆流换热时，才能获得最大的传热温差，同时冷热流体两侧的对流换热系数或热阻相近时才能获得最大的传热系数，这是换热器的研究和优化设计的理论基础，另外当实施大流量冷热介质换热时，还需要解决流体在整个流道或截面均流分布等工程问题。

换热器有多种类型：主要是根据两种流体的相态、压力和温度等进行分类，主要有液-液、液-气、液-汽、气-气、气-汽、气-液等多种类型，绝大多数是两种冷热流体分开的间壁式换热器，当一侧或两侧流体的换热阻力较大时，可以采用加装翅片增大换热面积来降低热阻。目前换热器主要有管壳式换热器、板式换热器、板翅式换热器、螺旋板式换热器、翅片管式换热器、热管换热器、套管式换热器、蒸发器和冷凝器等，这些换热器各有不同的特点，适用各种特定的场合。

在现有技术中套管式换热器是一种小型换热器，套管数仅为内外套管两层，可以承受高温高压，适合于液-液小流量的换热过程。其主要存在的技术问题是：①当两种换热介质的流量增大时就需要采用多层套管换热结构，此时需要解决两种换热流体的进出进行纯逆流以及流量的均匀分配问题，②当实施小流量大温差进行逆流换热时，需要在分流区域和汇流区域进行结构创新实现多程换热，③当需要实施多层套管气-液换热时，怎样在气侧加装翅片来增加换热面积或降低热阻。

在太阳能光热发电系统中，有众多的高温换热设备，采用导热油为太阳能吸热循环热媒，采用高温熔盐为蓄热介质，采用高温高压的汽水混合物为朗肯循环的工质，主要热力设备有换热器、蓄热器、蒸发器、过热器等，提高整个光热发电系统热利用效率的关键点：提高传热介质、蓄热介质的温度，进而产生更高参数的蒸汽进入汽轮机做功发电后再进行供热，从而提高系统

效率和换热效率。根据研究分析，本发明的换热器就特别适合于大型高温导热油和高温熔盐的换热过程，具有高的体积换热强度和换热效率。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：针对上述问题和现有的技术不足，本发明提供一种甲乙两种流体能合理进出且能均匀分流到各个套管之间，便于生产制造，增大换热面积，并提高换热效率的一种多程逆流同轴套管式换热器。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种多程逆流套管式换热器，该换热器包括甲种流体进口接管、甲种流体进口分流箱、乙种流体出口接管、乙种流体出口汇流槽、管板、套管、乙种流体进口接管、乙种流体进口分流槽、甲种流体出口接管、甲种流体出口汇流箱、连通管和支座，所述套管包括多个同轴套管层层嵌套，各个套管的直径由外向内依次减小，相邻两所述套管间构成一个流体通道，多层同轴所述套管之间的流体通道由外向内由偶数通道和奇数通道组成，多层同轴所述套管轴向的两端均固定连接有管板之间，所述管板与奇数通道密封连接，且偶数通道内布置多个用于连通相邻两奇数通道的连通管，且偶数通道之间相互连通；

所述甲种流体进口分流箱上设置有与其连通的多个甲种流体进口接管，所述甲种流体进口分流箱与左侧管板密封连接且与偶数通道相互连通，所述甲种流体出口汇流箱上设置有与其连通的多个甲种流体出口接管，所述甲种流体出口汇流箱与右侧管板密封连接且与偶数通道相互连通；

所述乙种流体出口汇流槽上设置有多个乙种流体出口接管，所述乙种流体出口汇流槽与左侧管板密封连接且与奇数通道相互连通，所述乙种流体出口汇流槽上设置有多个乙种流体进口接管，所述乙种流体出口汇流槽与右侧管板密封连接且与奇数通道相互连通。两种流体的进口分流管道和两种流体的出口分流管道形成平行对应，两种流体进行纯逆向流动换热方式，即若甲种流体进口接管在换热器的左端，那么乙种流体导流进口接管必在换热器右端。

优选地一些实施方式，所述述甲种流体进口分流箱内设置有用于阻隔相邻两偶数通道的第一隔流板，所述甲种流体出口汇流箱内设置有用于阻隔相邻两隔偶数通道的第二隔流板，所述第一隔流板和第二隔流板相互交错设置并使偶数通道之间相互串联，所述甲种流体进口接管和甲种流体出口接管分别设置在串联偶数通道的两端。

优选地一些实施方式，相邻两偶数通道内的连通管交错设置并使奇数通道之间相互串联，所述乙种流体出口接管和乙种流体进口接管分别设置在串联奇数通道的两端。

优选地一些实施方式，所述套管包括由外向内依次套设的外套管、内套A管、内套B管、内套C管、内套D管、内套E管和内套F管。在一个外套管的内部含有多干个内套管，每两个套管间形成一个流体流动的环形通道，从而构成多层平行套管式换热流体通道。

为了进一步提高换热效率及乙种流体能均匀分布在各流道内，优选地一些实施方式，奇数通道内并靠近乙种流体进口分流槽的进口端加装有均流环。

进一步为了增加更多的换热面积，或是降低换热系数较小一侧的热阻，优选地一些实施方式，所述套管之间的流体通道内设有多个可增大换热面积的翅片。

优选地一些实施方式，多个所述翅片相互交错设置，所述翅片的形式为针状、纵向直板状、轴向螺旋状、矩形、三角形或锯齿形。

优选地一些实施方式，相邻两偶数通道内布置的连通管相互交错设置。

为使甲种流体在整个圆周截面均匀分布，优选地一些实施方式，多个所述甲种流体进口接管沿圆周均布在甲种流体进口分流箱，多个所述甲种流体出口接管沿圆周均布在甲种流体出口汇流箱。

为使乙种流体在整个圆周截面均匀分布，优选地一些实施方式，多个所述乙种流体出口接管沿圆周均布在乙种流体出口汇流槽，多个所述乙种流体进口接管沿圆周均布在乙种流体出口汇流槽。

本发明由于采取以上的方案，其具有以下优点：

1.本发明的一种多程逆流套管式换热器，通过多层套管层层嵌套的方式排布，并采用端部管板间隔环状通道分流和套管之间采用环向交错布置多个连通管结构，使两种流体在套管内隔层纯逆流均匀流动，使整个换热器有效的空间内有更多的换热面，从而提高单位体积内换热强度。

2.本发明的一种多程逆流套管式换热器，可以在套管内的两侧或单侧布置纵向翅片和针刺状翅片，从而大大增加换热面积和降低热阻，因此本发明的换热器可以进行液-液、液-气、气-气换热，因此适用范围广，可以在众多领域中的到广泛应用。

3.本发明的换热器套管长度可以根据实际要求设定，不受其他方面的限制，当在套管内布置轴向螺旋导流翅片时，可以大大增加流程的长度，换热面的利用效率大大提高。

4.本发明的套管分别与两种流体的进口分流箱和出口分流箱固定连接，实现了甲种在同一管道内流动两种不同换热介质流动的新型套管，套管开设通孔节省了材料，优化了管路结构。

5.本发明的换热器可以通过两种流体进口区域和出口区域进行合理分流、第一隔流板、第二隔流板转向流动和汇流，可以实现了两种流体的多程逆流流动，从而适合小流量大温差的换热过程。

6.本发明的换热器整体结构简单，便于加工运输和检修，可根据实际需求选取套管的数量，并且还节省成本，安装灵活，清洁方便。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明实施例1的整体结构示意图；

图2是图1中G-G线的剖视图；

图3是图1中M-M线的剖视图；

图4是实施例1中套管间翅片布置结构示意图；

图5是本发明实施例2的整体结构示意图；

图6是图1中N-N线的剖视图；

图7是图1中H-H线的剖视图.

图中：1.甲种流体进口接管，2.甲种流体进口分流箱，3.乙种流体出口接管，4.乙种流体出口汇流槽，5.管板，6.套管，61.外套管，62.内套管A，63内套管B，64.内套管C，65.内套管D，66.内套管E，67.内套管F，68.翅片，69.均流环，7.乙种流体进口接管，8.乙种流体进口分流槽，9.甲种流体出口接管，10.甲种流体出口汇流箱，11.连通管，12.支撑座，13.第一隔流板，14.第二隔流板。

具体实施方式

本发明下面结合实施例作进一步详述：

本发明不局限于下列具体实施方式，本领域一般技术人员根据本发明公开的内容，可以采用其他多种具体实施方式实施本发明的，或者凡是采用本发明的设计结构和思路，做简单变化或更改的，都落入本发明的保护范围。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，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”等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，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，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，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

如图1-4所示，一种多程逆流套管式换热器，该换热器包括甲种流体进口接管1、甲种流体分流箱2、乙种流体出口接管3、乙种流体出口汇流槽4、管板5、套管6、乙种流体进口接管7、乙种流体进口分流槽8、甲种流体出口接管9、甲种流体汇流箱10、连通管11和支座12，所述套管6由外套管内采用多个同轴套管层层嵌套，各个套管的直径由外向内依次减小，相邻两套管间构成一个流体通道，多层同轴所述套管之间的流体通道由外向内由偶数通道和奇数通道组成，多层同轴所述套管轴向的两端均固定连接有管板5之间，所述管板5与奇数通道密封连接，偶数通道内紧靠两端部布置多个连通相邻两奇数通道且交错布置的连通管11，偶数通道之间相互连通；

甲种流体进口分流箱2沿圆周方向均布多个甲种流体进口接管1，甲种流体进口分流箱2与左侧管板5密封固定连接且与偶数通道相互连通，甲种流体出口汇流箱10沿圆周方向均布多个甲种流体出口接管9且，甲种流体出口汇流箱10与右侧管板5密封固定连接且与偶数通道相互连通。

乙种流体出口汇流槽4沿圆周方向均布多个乙种流体出口接管3，乙种流体出口汇流槽4与左侧管板5密封固定连接且与奇数通道相互连通，乙种流体进口汇流槽8沿圆周方向均布多个乙种流体进口接管7，乙种流体进口汇流槽8与右侧管板5密封固定连接且与奇数通道相互连通。

套管包括由外向内依次套设的外套管61、内套A管62、内套B管63、内套C管64、内套D管65、内套E管66和内套F管67，各个套管之间同轴且间隔相等或不等，外套管61、内套B管63和内套D管65靠近右侧乙种流体进口分流槽8的进口端加装有均流环69。均流环69用于减缓最外层奇数通道内介质的流速。

内套管62和内套管63、内套管64和内套管65之间两端错位均布多个连通管11，且连通管11与两侧套管固定密封连接。

多层同轴套管内设有多个可增大换热面积的翅片68，翅片68相互交错排列，翅片68形式为针状、纵向直板状、轴向螺旋状、矩形、三角形或锯齿形等。

支撑座12对称布置在外套管61外侧且相互固定连接。

本发明单程逆流套管式换热器的工作过程：

首先假定甲种流体为需要放热降温的热流体，而乙种流体为需要吸热升温的流体，甲种流体从甲种流体进口接管1流入甲种流体进口分流箱2，再进入甲种流体的偶数通道内流动，甲种流体与奇数通道内流动的乙种冷流体进行对流换热并逐步降温，最后从右侧的甲种流体出口接管9流出，从而完成冷热流体的换热过程。相反：乙种流体从右侧乙种流体出口汇流槽8上的乙种流体进口接管7流入奇数通道的第一层环形通道，部分流体沿第一层环形通道进行纵向流动，而大部分流体分别经过连通管11进入其他奇数通道内流动，乙种流体与偶数通道内甲种热流体进行对流换热而逐步升温，最后流经乙种流体出口汇流槽4的乙种流体出口接管3流出，从而完成冷热流体的换热过程。

实施例2

实施例2为多程逆流套管式换热，具体为：如图5-7所示，甲种流体进口分流箱2内设置有用于阻隔相邻两偶数通道的第一隔流板13，所述甲种流体出口汇流箱10内设置有用于阻隔相邻两隔偶数通道的第二隔流板14，所述第一隔流板13和第二隔流板14相互交错设置并使偶数通道之间相互串联，所述甲种流体进口接管1和甲种流体出口接管9分别设置在串联偶数通道的两端。

相邻两偶数通道内的连通管11交错设置并使奇数通道之间相互串联，所述乙种流体出口接管3和乙种流体进口接管7分别设置在串联奇数通道的两端。

本发明多程逆流套管式换热器的工作过程：

首先假定甲种流体为需要放热降温的热流体，而乙种流体为需要吸热升温的流体，甲种流体从甲种流体进口接管1流入甲种流体进口分流箱2并进入甲种流体的套管之间对应的偶数通道，甲种流体沿其对应的环形流道流动，并通过套管壁与乙种冷流体进行对流换热而逐步降温，然后甲种流体流出环形通道到达右侧的甲种流体出口汇流箱10，再进入偶数通道继续进行对流换热，到达甲种流体进口分流箱2，再次进入第三流程进行与乙流体对流换热，最后从甲种流体出口接管9排出，从而完成冷热流体的换热过程；

相反：乙种流体从右侧乙种流体出口汇流槽4上的乙种流体出口接管3流入奇数通道的第一流程环形通道，沿环形通道进行纵向流动与热流体进行逆向对流换热，温度逐步上升，再通过连通管11进入奇数通道的第二流程环形通道继续进行对流换热，温度进一步上升，再次连通管11进入奇数通道的第三流程环形通道继续进行对流换热，温度达到工艺要求后，进入乙种流体出口接管3排出。

上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (10)

1.一种多程逆流套管式换热器，其特征在于：该换热器包括甲种流体进口接管(1)、甲种流体进口分流箱(2)、乙种流体出口接管(3)、乙种流体出口汇流槽(4)、管板(5)、套管(6)、乙种流体进口接管(7)、乙种流体进口分流槽(8)、甲种流体出口接管(9)、甲种流体出口汇流箱(10)、连通管(11)和支座(12)，所述套管(6)包括多个同轴套管层层嵌套，各个套管的直径由外向内依次减小，相邻两所述套管间构成一个流体通道，多层同轴所述套管之间的流体通道由外向内由偶数通道和奇数通道组成，多层同轴所述套管轴向的两端均固定连接有管板(5)之间，所述管板(5)与奇数通道密封连接，且偶数通道内布置多个用于连通相邻两奇数通道的连通管(11)，且偶数通道之间相互连通；

所述甲种流体进口分流箱(2)上设置有与其连通的多个甲种流体进口接管(1)，所述甲种流体进口分流箱(2)与左侧管板(5)密封连接且与偶数通道相互连通，所述甲种流体出口汇流箱(10)上设置有与其连通的多个甲种流体出口接管(9)，所述甲种流体出口汇流箱(10)与右侧管板(5)密封连接且与偶数通道相互连通；

所述乙种流体出口汇流槽(4)上设置有多个乙种流体出口接管(3)，所述乙种流体出口汇流槽(4)与左侧管板(5)密封连接且与奇数通道相互连通，所述乙种流体出口汇流槽(8)上设置有多个乙种流体进口接管(7)，所述乙种流体出口汇流槽(8)与右侧管板(5)密封连接且与奇数通道相互连通。

2.根据权利要求1所述的一种多程逆流套管式换热器，其特征在于：所述述甲种流体进口分流箱(2)内设置有用于阻隔相邻两偶数通道的第一隔流板(13)，所述甲种流体出口汇流箱(10)内设置有用于阻隔相邻两隔偶数通道的第二隔流板(14)，所述第一隔流板(13)和第二隔流板(14)相互交错设置并使偶数通道之间相互串联，所述甲种流体进口接管(1)和甲种流体出口接管(9)分别设置在串联偶数通道的两端。

3.根据权利要求1或2所述的一种多程逆流套管式换热器，其特征在于：相邻两偶数通道内的连通管(11)交错设置并使奇数通道之间相互串联，所述乙种流体出口接管(3)和乙种流体进口接管(7)分别设置在串联奇数通道的两端。

4.根据权利要求1所述的一种多程逆流套管式换热器，其特征在于：所述套管包括由外向内依次套设的外套管(61)、内套A管(62)、内套B管(63)、内套C管(64)、内套D管(65)、内套E管(66)和内套F管(67)。

5.根据权利要求1所述的甲种多程逆流套管式换热器，其特征是在于：奇数通道内并靠近乙种流体进口分流槽(8)的进口端加装有均流环(69)。

6.根据权利要求1所述的一种多程逆流套管式换热器，其特征在于：所述流体通道内设有多个可增大换热面积的翅片(68)。

7.根据权利要求6所述的一种多程逆流套管式换热器，其特征在于：多个所述翅片(68)相互交错设置，所述翅片(68)的形式为针状、纵向直板状、轴向螺旋状、矩形、三角形或锯齿形。

8.根据权利要求1所述的一种多程逆流套管式换热器，其特征在于：相邻两偶数通道内布置的连通管(11)相互交错设置。

9.根据权利要求1所述的一种多程逆流套管式换热器，其特征在于：多个所述甲种流体进口接管(1)沿圆周均布在甲种流体进口分流箱(2)，多个所述甲种流体出口接管(9)沿圆周均布在甲种流体出口汇流箱(10)。

10.根据权利要求1所述的一种多程逆流套管式换热器，其特征在于：多个所述乙种流体出口接管(3)沿圆周均布在乙种流体出口汇流槽(4)，多个所述乙种流体进口接管(7)沿圆周均布在乙种流体出口汇流槽(8)。

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