CN115638614A - 一种换热设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种换热设备，属于特种设备技术领域。它解决了现有换热设备的环形翅片虽然能够增加换热面积，但翅片之间的冷热媒不易流动，换热效率较低等技术问题。本换热设备包括内筒和下封头，内筒和/或下封头的外侧设置有夹套，夹套上设有上冷热媒进出口和下冷热媒进出口，内筒和/或下封头的外表面焊接固定有环形翅片，环形翅片设于夹套内，环形翅片上沿周向间隔设置有通孔。本发明中环形翅片上设置通孔，能够增加环形翅片之间冷热媒的流动性，起到扰流作用，将环形翅片之间的流动状态由层流转变为湍流，从而使环形翅片表面的传热得到增强，提高换热效率。
Description
技术领域
本发明属于特种设备技术领域，特指一种换热设备。
背景技术
本发明涉及包括搅拌反应器、发酵罐、单锥螺带真空干燥器、双锥真空干燥器、过滤洗涤干燥三合一设备、刮膜蒸发器等具有内筒、上封头、下封头、夹套和搅拌机构成的换热设备。
搅拌反应器、发酵罐、刮膜蒸发器、三合一设备、单锥螺带真空干燥器、双锥真空干燥器是化工、医药、冶金、废水处理等行业常见的生产设备，适用于各种物性和各种操作条件(温度、压力)的反应、浓缩蒸发、干燥等传热过程。
有传热要求的化工过程设备，为维持最佳操作温度，需要设置换热元件。常用的换热元件有夹套，但夹套存在传热面积小、传热效率低的问题。当化工过程设备的热量仅靠外夹套传热无法完成的情况下，工程中采用更多的是被动强化传热技术，即设法增大传热面积。如专利CN211936860U提出来一种具有高换热效率的釜式反应器，包括罐体和套接在所述罐体侧表面和底部的夹套，所述罐体和夹套之间还设有若干个水平设置的环形翅片。
上述翅片虽然在一定程度上增加了换热设备的换热面积，提高了换热效率，但依旧存在以下问题：翅片间的冷热媒不易流动，不易通过过流间隙的导流将冷热量带走，热量容易在翅片间堆积，热交换效率低。
发明内容
本发明的目的是提供一种换热效率更高的换热设备。
本发明的目的是这样实现的：
一种换热设备，包括内筒和下封头，所述下封头与内筒的下端固定连接，所述内筒和/或下封头的外侧设置有夹套，所述夹套的上部设置有上冷热媒进出口、下部设置有下冷热媒进出口，所述内筒和/或下封头的外表面焊接固定有翅片，所述翅片设于夹套内，其特征在于：所述翅片上沿周向间隔设置有通孔。
翅片上未设置通孔时翅片之间的冷热媒流速比较低，尤其是靠近内筒或下封头外壁处的冷热媒不易流动，不易通过导流实现热交换。本换热设备通过在翅片上设置通孔，能够极大的增加翅片之间的冷热媒的流动性，有利于通过导流实现热交换，从而提高换热效率。
上述通孔的设计能够使翅片内堆积的热量更容易被通孔内通过的冷媒所吸收或者使翅片更容易吸收从通孔处通过的热媒的热量，从而减少或避免热量在翅片内堆积，提高翅片整体的换热效率。
进一步的，通孔的设计能够起到扰流，阻止边界层发展的作用，同时还能够使流经通孔的流体产生涡旋作用，促使翅片之间的流动状态由层流提前过渡到湍流，增加靠近内筒或下封头外壁处的湍流度从而提高流体和外壁面的对流传热系数，使翅片表面的传热得到增强。
在上述的一种换热设备中，所述翅片呈环形，所述翅片沿所设置的内筒或下封头间隔设置。当翅片呈环形是，本申请通过在环形的翅片上增加通孔，提高冷热媒的流通量，提高翅片间的湍流度，从而提高翅片表面的传热能力。
在上述的一种换热设备中，所述翅片呈螺旋状。
翅片采用螺旋状设置，翅片可以采用整盘卷的条带状金属材料，翅片在焊接时，先将内筒或下封头固定于焊接设备上，缓慢转动内筒或下封头将翅片呈螺旋状焊接于内筒或下封头外表面，焊接过程中只需控制好内筒或下封头的转动与焊枪的移速即可实现焊接。通过自动化的机器焊接，将翅片一圈一圈的螺旋盘绕式地焊接到反应器上，这种焊接工艺可以将翅片做得更薄，可以将翅片在反应器上焊接的更加密集，可以大大的增加换热面积。
螺旋状的翅片增加了内筒和下封头的周向抗弯截面惯性矩，从而提高内筒和下封头的周向抗弯能力，提高了内筒的许用外压，从而增强所安装的内筒和下封头的结构强度，在相同结构强度下，设置了本螺旋状翅片的内筒和下封头能够做得更薄，更薄的内筒和下封头能够具有更好的导热性，即能降低反应器的材料成本又能增加热交换效率。更换了本螺旋状翅片的换热设备的总重量比常规的换热设备总重量更轻，节能降耗效果明显。
螺旋状的翅片还能够对冷热媒起到一定的导流作用，增加了相邻两层翅片之间间隙内冷热媒的流动，从而增加了翅片的换热效率。
翅片焊接固定的方式不仅能够使翅片与对应的内筒或下封头成为一个整体，增加了翅片与内筒或下封头的连接面积，具有更好的传热效果，热阻最小，同时使连接更为牢固；同时焊接后的翅片也能够对内筒或下封头起到增强结构强度的作用。
在上述的一种换热设备中，相邻两个翅片上的通孔对齐设置。
通孔对齐设置能够增加冷热媒的整体流通量，提高翅片间冷热媒的通过速度，提升冷热媒与翅片以及换热主体(内筒和下封头)外壁的热交换效率，从而实现换热主体的快速升温或降温。
在上述的一种换热设备中，相邻两个翅片上的通孔错开设置。
通孔错开设置能够增加冷热媒与翅片的接触时间，充分利用每个单位的冷热媒的换热能力，降低冷热媒的损耗，更加节能。
在上述的一种换热设备中，所述通孔为圆形、椭圆形、条形、菱形或正多边形。
上述圆形的通孔为基础形状，能够增加翅片之间的冷热媒的流动性、起到扰流、产生涡旋作用，增加湍流度等作用，从而增加换热效率；椭圆形、条形、菱形和正多边形的通孔能在圆形通孔的基础上，进一步提高通孔增加湍流度的能力，使流体和外壁面的对流传热系数增强，使翅片表面的传热得到增强。
在上述的一种换热设备中，所述翅片的外边沿与夹套的内侧面之间具有过流间隙。
上述的过流间隙能够使冷热媒能够在一定时间内沿该过流间隙从冷热媒的进口流到冷热媒的出口，使冷热媒在靠近冷热媒进口和出口处均与内筒和/或下封头的外表面之间具有一定的温差，使冷热媒能够起到较好的换热效果，同时，也能够增加横截面上冷热媒的数量，有利于提高换热效果。
本发明相比现有技术突出且有益的技术效果是：
1、本发明在翅片上设置通孔，能够极大的增加翅片之间的冷热媒的流动性，有利于通过导流实现热交换，从而提高换热效率。
2、本发明的通孔能够起到扰流，阻止边界层发展的作用，同时还能够使流经通孔的流体产生涡旋作用，促使翅片之间的流动状态由层流提前过渡到湍流，增加靠近内筒或下封头外壁处的湍流度从而提高流体和外壁面的对流传热系数，使翅片表面的传热得到增强。
附图说明
图1是本发明为搅拌反应器时的整体剖视图。
图2是图1中A处的局部放大图。
图3是图1中B处的局部放大图。
图4是本发明为单锥螺带真空干燥器时的整体剖视图。
图5是图4中C处的局部放大图。
图6是本发明的实施例一的部分翅片的结构示意图。
图7是本发明的实施例二的部分翅片的结构示意图。
图8是本发明的翅片呈螺旋状的结构示意图。
图中，1、内筒；2、下封头；3、夹套；31、上冷热媒进出口；32、下冷热媒进出口；33、过流间隙；4、翅片；41、通孔。
具体实施方式
下面结合附图以具体实施例对本发明作进一步描述，参见图1—8：
本换热设备包括内筒1和下封头2，下封头2与内筒1的下端固定连接，内筒1和/或下封头2的外侧设置有夹套3，夹套3的上部设置有上冷热媒进出口31、下部设置有下冷热媒进出口32，内筒1和/或下封头2的外表面焊接固定有翅片4，翅片4沿所设置的内筒1或下封头2间隔设置，翅片4设于夹套3内，翅片4上沿周向间隔设置有将其上下贯穿的通孔41。
翅片4上未设置通孔41时翅片4之间的冷热媒流速比较低，尤其是靠近内筒1或下封头2外壁处的冷热媒不易流动，不易通过导流实现热交换。本换热设备通过在翅片4上设置通孔41，能够极大的增加翅片4之间的冷热媒的流动性，有利于通过导流实现热交换，从而提高换热效率。
上述通孔41的设计能够使翅片4内堆积的热量更容易被通孔41内通过的冷媒所吸收或者使翅片4更容易吸收从通孔41处通过的热媒的热量，从而减少或避免热量在翅片4内堆积，提高翅片4整体的换热效率。
进一步的，通孔41的设计能够起到扰流，阻止边界层发展的作用，同时还能够使流经通孔41的流体产生涡旋作用，促使翅片4之间的流动状态由层流提前过渡到湍流，增加靠近内筒1或下封头2外壁处的湍流度从而提高流体和外壁面的对流传热系数，使翅片4表面的传热得到增强。
翅片4呈环形，翅片4沿所设置的内筒1或下封头2间隔设置。当翅片4呈环形是，本申请通过在环形的翅片4上增加通孔41，提高冷热媒的流通量，提高翅片4间的湍流度，从而提高翅片4表面的传热能力。
翅片4呈螺旋状。翅片4采用螺旋状设置，翅片4可以采用整盘卷的条带状金属材料，翅片4在焊接时，先将内筒1或下封头2固定于焊接设备上，缓慢转动内筒1或下封头2将翅片4呈螺旋状焊接于内筒1或下封头2外表面，焊接过程中只需控制好内筒1或下封头2的转动与焊枪的移速即可实现焊接。通过自动化的机器焊接，将翅片4一圈一圈的螺旋盘绕式地焊接到反应器上，这种焊接工艺可以将翅片4做得更薄，可以将翅片4在反应器上焊接的更加密集，可以大大的增加换热面积。
螺旋状的翅片4增加了内筒1和下封头2的周向抗弯截面惯性矩，从而提高内筒1和下封头2的周向抗弯能力，提高了内筒1的许用外压，从而增强所安装的内筒1和下封头2的结构强度，在相同结构强度下，设置了本螺旋状翅片4的内筒1和下封头2能够做得更薄，更薄的内筒1和下封头2能够具有更好的导热性，即能降低反应器的材料成本又能增加热交换效率。更换了本螺旋状翅片4的换热设备的总重量比常规的换热设备总重量更轻，节能降耗效果明显。
螺旋状的翅片4还能够对冷热媒起到一定的导流作用，增加了相邻两层翅片4之间间隙内冷热媒的流动，从而增加了翅片4的换热效率。
翅片4焊接固定的方式不仅能够使翅片4与对应的内筒1或下封头2成为一个整体，增加了翅片4与内筒1或下封头2的连接面积，具有更好的传热效果，热阻最小，同时使连接更为牢固；同时焊接后的翅片4也能够对内筒1或下封头2起到增强结构强度的作用。
进一步的，通孔41为圆形、椭圆形、条形、菱形或正多边形。上述圆形的通孔41为基础形状，能够增加翅片4之间的冷热媒的流动性、起到扰流、产生涡旋作用，增加湍流度等作用，从而增加换热效率；椭圆形、条形、菱形和正多边形的通孔41能在圆形通孔41的基础上，进一步提高通孔41增加湍流度的能力，使流体和外壁面的对流传热系数增强，使翅片4表面的传热得到增强。
翅片4的外边沿与夹套3的内侧面之间具有过流间隙33。上述的过流间隙33能够使冷热媒能够在一定时间内沿该过流间隙33从冷热媒的进口流到冷热媒的出口，使冷热媒在靠近冷热媒进口和出口处均与内筒1和/或下封头2的外表面之间具有一定的温差，使冷热媒能够起到较好的换热效果，同时，也能够增加横截面上冷热媒的数量，有利于提高换热效果。
实施例一
本换热设备中相邻两个翅片4上的通孔41对齐设置。通孔41对齐设置能够增加冷热媒的整体流通量，提高翅片4间冷热媒的通过速度，提升冷热媒与翅片4以及换热主体(内筒1和下封头2)外壁的热交换效率，从而实现换热主体的快速升温或降温。
当换热设备内的换热主体(内筒1和下封头2)对温度的要求较高时，比如需要保持内筒1上端和下端的温度几乎保持一致时，此时需要冷热媒在夹套3的上端和下端均具有接近的换热能力，因此当冷热媒从进入冷热媒进口进入夹套3到从冷热媒出来流出夹套3的过程中，两处冷热媒的温差应该保持在一定的范围内，这需要冷热媒能够较快的从冷热媒进口流到冷热媒出口，而对齐设置的通孔41能够在确保冷热媒能够快速通过的情况下，在通孔41周围形成涡旋，提高冷热媒和内筒1或下封头2外壁面的对流传热系数，从而提高本换热设备在上述工况下的换热效率。
实施例二
本换热设备中相邻两个翅片4上的通孔41错开设置。
通孔41错开设置能够增加冷热媒与翅片4的接触时间，充分利用每个单位的冷热媒的换热能力，降低冷热媒的损耗，更加节能。
当换热设备内的换热主体(内筒1和下封头2)对温度的要求不那么高时，只需要将换热主体整体起到降温或升温作用即可，此时可以允许冷热媒在夹套3上端和下端的换热能力存在一定差异，此时为了充分利用冷热媒的换热能力，降低资源的损耗，则需要使冷热媒与翅片4有足够的时间接触，尽可能的将每个单位的冷热媒的换热能力运用到极致，而错开设置的通孔41使冷热媒经过其中一个翅片4上的通孔41后，需要在翅片4之间形成的间隙内横向流动一小段距离后才能够再进入下一个翅片4上的通孔41，在增加了相邻翅片之间冷热媒流动性的基础上，还增加了冷热媒与翅片4的接触时间，换热更加彻底，换热效率更高。
本换热设备为搅拌反应器时，该搅拌反应器包括内筒1、上封头、下封头2、夹套3和搅拌机，搅拌机由搅拌器、传动装置和轴封装置组成，上封头顶部设置原料进口，下封头2底部设置产品出口，内筒1和下封头2外侧均设置夹套3，内筒1呈圆筒状，内筒1和下封头2的外侧均设置有夹套3，翅片4焊接固定于内筒1和下封头2的外表面上。
本换热设备为单锥螺带真空干燥器时，该单锥螺带真空干燥器包括内筒1、上封头、夹套3和搅拌机，搅拌机由空心双螺带搅拌器、传动装置和轴封装置组成，上封头顶部设置原料进口，内筒1底部设置产品出口卸料。内筒1呈锥形，内筒1的外侧设置有夹套3，夹套3的上端和下端分别与内筒1的外表面固定连接，翅片4焊接固定于内筒1的外表面，翅片4的上端与夹套3的上端之间具有间隙、下端与夹套3的下端之间具有间隙。
上述实施例仅为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种换热设备，包括内筒(1)和下封头(2)，所述下封头(2)与内筒(1)的下端固定连接，所述内筒(1)和/或下封头(2)的外侧设置有夹套(3)，所述夹套(3)的上部设置有上冷热媒进出口(31)、下部设置有下冷热媒进出口(32)，所述内筒(1)和/或下封头(2)的外表面焊接固定有翅片(4)，所述翅片(4)设于夹套(3)内，其特征在于：所述翅片(4)上沿周向间隔设置有通孔(41)。
2.根据权利要求1所述的一种换热设备，其特征在于：所述翅片(4)呈环形，所述翅片(4)沿所设置的内筒(1)或下封头(2)间隔设置。
3.根据权利要求1所述的一种换热设备，其特征在于：所述翅片(4)呈螺旋状。
4.根据权利要求1所述的一种换热设备，其特征在于：相邻两个翅片(4)上的通孔(41)对齐设置。
5.根据权利要求1所述的一种换热设备，其特征在于：相邻两个翅片(4)上的通孔(41)错开设置。
6.根据权利要求1所述的一种换热设备，其特征在于：所述通孔(41)为圆形、椭圆形、条形、菱形或正多边形。
7.根据权利要求1-6任意一项所述的一种换热设备，其特征在于：所述翅片(4)的外边沿与夹套(3)的内侧面之间具有过流间隙(33)。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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