CN115752034A - 一种用于加热器的管式换热装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于加热器的管式换热装置，涉及或加热器技术领域，该管式换热装置包括筒体，其内部安装有换热件；活动件以及电磁铁，安装在筒体的外部，且电磁铁由筒体外部的驱动器驱动，沿着筒体前后滑动；其中，所述换热件包含相互对立的第一管板和第二管板，且第一管板和第二管板之间插接有若干个换热管，所述换热管的外壁套设有隔温套管；所述活动件包括活动板。本发明所述的一种用于加热器的管式换热装置，由于采用了覆盖加热管的方式，来调整冷流体在加热管换热的距离，且相邻两个导热环之间的温度互不干扰，所以，有效解决了现有的管式换热装置在使用时，无法控制换热后的温度的技术问题，进而实现了换热温度可控的目的。

Description

一种用于加热器的管式换热装置

技术领域

本发明涉及加热器技术领域，特别涉及一种用于加热器的管式换热装置。

背景技术

管式换热器是最典型的间壁式换热器，它在工业上的应用有着悠久的历史，而且仍在所有换热器中占据主导地位。 管式换热器主要有壳体、管束、管板和封头等部分组成，壳体多呈圆形，内部装有平行管束，管束两端固定于管板上。

目前，现有的管式换热装置，主要由板束和封头等构成。板束中有若干通道。在每层通道的两平板间放置翅片，并在两侧用封条密封。根据流体流动方式不同，冷、热流体通道间隔迭置、排列并钎焊成整体，即制成板束。两流体流动方式有逆流、错流和错逆流等。两种流体分别由入口封头经一分配段的导流片导入各自的板束通道，再经另一分配段的导流片导至出口封头而引出，两流体呈逆流间壁换热。常用的翅片有平直、多孔、锯齿和波纹等形式。

但在上述技术方案实施的过程中，发现至少存在如下技术问题：

无法控制换热后的温度：现有的管式换热装置在使用时，冷流体由换热管的一端流向另一端，在移动的过程中，吸收换热管表面的热量，直至移动到换热管的另一端（换热管的出水端），此过程中冷流体需要完全经过换热管，这就导致冷流体在同等条件下（流速、导热管的温度、冷流体的温度等一直），热量交换的量无法改变，但是换热器在使用时，往往需要指定的温度，不能过高也不能过低，这就导致现有的管式换热装置无法满足，例如冷流体吸收热量后的温度为100℃，而我们所需的温度为80℃，由于装置无法改变，这就导致吸热后冷流体的温度始终保持在100℃，无法达到所需的80℃，为此，我们提出一种用于加热器的管式换热装置。

发明内容

（一）解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种用于加热器的管式换热装置，解决现有的管式换热装置在使用时，无法控制换热后的温度，只能通过后续的降温调整的技术问题。

（二）技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

一种用于加热器的管式换热装置，该管式换热装置包括用于对存放换热件的筒体，筒体内部的换热件用于将从热流体吸收的热量传导给冷流体，换热件的外部套设有隔温套管，且隔温套管与活动件连接，而活动件通过磁吸方式由驱动器驱动移动，如图3和图4所示：

筒体，呈圆筒状，其内部安装有换热件（用于将从热流体吸收的热量传导给冷流体），冷热流体在筒体内部移动，并进行换热；

活动件，安装在筒体的内部，换热件插接在活动件的内部，如图5所示；以及

电磁铁，通电时产生磁性，而断电时磁性消失，安装在筒体的外部，且电磁铁由筒体外部的驱动器驱动，沿着筒体前后滑动，如图5所示；

其中，换热件包含相互对立的第一管板和第二管板（即位于换热管的两端，用于对换热管的两端进行固定），且第一管板和第二管板之间插接有若干个换热管，换热管包含若干导热环（采用导热材料制成，且该导热材料为非铁磁材料，可以采用如铜管等）以及连接在导热环之间的隔热环（采用隔热材料制成，且该导热材料为非铁磁材料，可以采用聚氨酯发泡板等），导热环在与热流体接触时，吸收热流体的热量，在冷流体流过时将热量释放到冷流体中，隔热环能够将相邻两个导热环之间隔离，避免温度沿着导热环传导到其他导热环；

换热管的外壁套设有隔温套管（采用隔热材料制成波纹管的形状，如图7所示，其次，换热管和隔温套管之间的间隙较小），且隔温套管用于对换热管进行隔温度，从而将热流体与换热管之间隔开，其中有少量热流体会进入到隔温套环和隔温套管之间的间隙中，这些热流体的温度和体积有限，对换热的结果影响忽略不计；

活动件包括活动板，且活动板安装在换热管的外部（换热管贯穿活动板），活动板与隔温套管的一端连接，且隔温套管的另一端与第二管板连接，如图3和图4所示，所以在活动板向第一管板方向移动时，位于第二管板和活动板之间的隔温套管拉长，从而减小换热管的“长度”，如图4到图3所示；

通电状态下的电磁铁与活动板外部的磁铁块相互吸引，所以在电磁铁移动的过程中，能够带动活动板一起移动，而两者通过磁吸的方式连动，无需影响筒体的内部器件，其次，除磁铁块和电磁铁，其他材料均采用非磁铁材料制成。

在一些示例中，驱动器包含安装在筒体外壁的丝杆，且丝杆由筒体外部的电机驱动旋转，使得电磁铁沿着提筒体的外壁进行前后运动，如图3和图4所示；

其中，电磁铁与丝杆之间通过螺纹连接，所以在丝杆旋转的过程中，电磁铁能够沿着丝杆进行前后移动，且电磁铁，电磁铁呈弧形，与筒体的外壁贴合，避免在电磁铁与丝杆发生同步旋转。

在一些示例中，筒体的外壁安装有热流体进口和热流体出口，使得热流体沿着热流体进口进入到筒体中，在筒体中循环，并被换热管吸收，且筒体的两端分别安装有第一封头和第二封头，两个封头用于与换热管的两端对应，方便冷流体在换热管中流动；

其中，第一封头的下方安装有冷流体进口，第二封头的上方安装有冷流体出口，需要换热的冷流体从冷流体进口进入，通过换热管换热后，再由冷流体出口排出。

优选的，所述第一封头和冷流体出口之间连接有调温组件；

其中，调温组件包含辅流管，且辅流管的外部以及冷流体出口的内部均安装有流量控制器，通过将换热前后的冷流体进行混合，使得最终从冷流体出口排出的冷流体，达到所需的温度，如换热前冷流体的温度为0℃，换热后冷流体的温度为30℃，当所需的温度在两者的温度区间之间时，如所需的温度为20℃，将温度为0℃的冷流体和温度为30℃的冷流体混合，使得热量中和，得到所需20℃冷流体。

在一些示例中，第一封头和第二封头的内部均安装有温度传感器，用于检测冷流体换热前的温度和换热后的温度，方便控制盒调节冷流体的温度。

在一些示例中，冷流体出口的内壁安装有叶轮以及带动叶轮旋转的马达，在冷流体流过时，冲击叶轮，使得叶轮旋转，从而加速换热前后冷流体的混合；

其中，叶轮位于辅流管和冷流体出口连接处的上方，方便换热前后冷流体进行混合。

优选的，一种用于加热器的管式换热装置的使用方法，该方法包括以下步骤：

初始温度：检测冷流体排放时的温度；

温度调节：采用隔温材料包裹在换热管的外壁，并将观察冷流体排放时的温度，待温度达到指定温度时停止。

优选的，在温度调节过程中，隔温材料由换热管端部为起点，向另一端包裹。

优选的，该方法还包括：

温度控制：检测冷流体初始和排放时的温度，将换热前的冷流体输送到换热后的冷流体混合，得到指定温度的冷流体。

优选的，在温度控制步骤中，测量冷流体初始和排放时的温度后，根据所需冷流体的温度，控制换热前的冷流体和换热后的冷流体混合时的体积比；

换热前的冷流体和换热后的冷流体混合时的体积比公式如下所示：

V₁:V₂=（t₂-T）：（T-t₁）

其中，V₁表示换热前体积，t₁表示换热前温度，V₂表示换热后体积，t₂表示换热后温度，T表示指定温度。

（三）有益效果

1、由于采用了覆盖加热管的方式，来调整冷流体在加热管换热的距离，且换热管由导热环和隔热环组成，即相邻两个导热环之间的温度互不干扰，所以，有效解决了现有的管式换热装置在使用时，无法控制换热后的温度的技术问题，进而实现了换热温度可控的目的，方便直接得到所需温度的冷流体，提高装置适用性的同时，还能避免需要后续调整，节省工序。

2、由于采用了磁吸的方式带动活动件移动，能够有效的减小驱动器对密封性的要求。

3、由于采用了换热前后冷流体之间的混合，以达到所需的温度，有效解决了现有的管式换热装置在使用时，无法控制换热后的温度的技术问题，进而实现了换热温度可控的目的，方便获得所需温度的冷流体，提高装置的适用性。

附图说明

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

图1为本发明实施例的整体结构图；

图2为本发明实施例中整体结构的爆炸示意图；

图3为本发明实施例中换热件的结构图之一；

图4为本发明实施例中换热件的结构图之二图；

图5为本发明实施例中驱动器和活动件的结构图；

图6为本发明实施例中活动件的结构图；

图7为本发明实施例中活动件和换热件的局部截面图。

图例说明：11、筒体；12、第一封头；13、第二封头；14、冷流体进口；15、冷流体出口；16、热流体进口；17、热流体出口；2、电磁铁；3、驱动器；31、丝杆；32、电机；4、调温组件；41、辅流管；42、流量控制器；5、换热件；51、第一管板；52、第二管板；53、换热管；531、导热环；532、隔热环；54、隔温套管；6、活动件；61、活动板；62、磁铁块。

具体实施方式

本申请实施例通过提供一种用于加热器的管式换热装置，有效解决了现有的管式换热装置在使用时，无法控制换热后的温度，只能通过后续的降温调整的技术问题，由于采用了覆盖加热管的方式，来调整冷流体在加热管换热的距离，且换热管由导热环和隔热环组成，即相邻两个导热环之间的温度互不干扰，进而实现了换热温度可控的目的，方便直接得到所需温度的冷流体，提高装置适用性的同时，还能避免需要后续调整，节省工序；由于采用了磁吸的方式带动活动件移动，能够有效的减小驱动器对密封性的要求；由于采用了换热前后冷流体之间的混合，以达到所需的温度，进而实现了换热温度可控的目的，方便获得所需温度的冷流体，提高装置的适用性。

实施例1

本申请实施例中的技术方案为有效解决了现有的管式换热装置在使用时，无法控制换热后的温度，只能通过后续降温调整的技术问题，总体思路如下：

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种用于加热器的管式换热装置，该管式换热装置包括用于对存放换热件5的筒体11，筒体11内部的换热件5用于将从热流体吸收的热量传导给冷流体，换热件5的外部套设有隔温套管54，且隔温套管54与活动件6连接，而活动件6通过磁吸方式由驱动器3驱动移动，如图3和图4所示：

筒体11，呈圆筒状，其内部安装有换热件5（用于将从热流体吸收的热量传导给冷流体），冷热流体在筒体11内部移动，并进行换热；

活动件6，安装在筒体11的内部，换热件5插接在活动件6的内部，如图5所示；以及

电磁铁2，通电时产生磁性，而断电时磁性消失，安装在筒体11的外部，且电磁铁2由筒体11外部的驱动器3驱动，沿着筒体11前后滑动，如图5所示；

其中，换热件5包含相互对立的第一管板51和第二管板52（即位于换热管53的两端，用于对换热管53的两端进行固定），且第一管板51和第二管板52之间插接有若干个换热管53，换热管53包含若干导热环531（采用导热材料制成，且该导热材料为非铁磁材料，可以采用如铜管等）以及连接在导热环531之间的隔热环532（采用隔热材料制成，且该导热材料为非铁磁材料，可以采用聚氨酯发泡板等），导热环531在与热流体接触时，吸收热流体的热量，在冷流体流过时将热量释放到冷流体中，隔热环532能够将相邻两个导热环531之间隔离，避免温度沿着导热环531传导到其他导热环531；

换热管53的外壁套设有隔温套管54（采用隔热材料制成波纹管的形状，如图7所示，其次，换热管53和隔温套管54之间的间隙较小），且隔温套管54用于对换热管53进行隔温度，从而将热流体与换热管53之间隔开，其中有少量热流体会进入到换热管53和隔温套管54之间的间隙中，这些热流体的温度和体积有限，对换热的结果影响忽略不计；

活动件6包括活动板61，且活动板61安装在换热管53的外部（换热管53贯穿活动板61），活动板61与隔温套管54的一端连接，且隔温套管54的另一端与第二管板52连接，如图3和图4所示，所以在活动板61向第一管板51方向移动时，位于第二管板52和活动板61之间的隔温套管54拉长，从而减小换热管53的“长度”，如图4到图3所示；

通电状态下的电磁铁2与活动板61外部的磁铁块62相互吸引，所以在电磁铁2移动的过程中，能够带动活动板61一起移动，而两者通过磁吸的方式连动，无需影响筒体11的内部器件，其次，除磁铁块62和电磁铁2，其他材料均采用非磁铁材料制成。

在一些示例中，驱动器3包含安装在筒体11外壁的丝杆31，且丝杆31由筒体11外部的电机32驱动旋转，使得电磁铁2沿着提筒体11的外壁进行前后运动，如图3和图4所示；

其中，电磁铁2与丝杆31之间通过螺纹连接，所以在丝杆31旋转的过程中，电磁铁2能够沿着丝杆31进行前后移动，且电磁铁2，电磁铁2呈弧形，与筒体11的外壁贴合，避免在电磁铁2与丝杆31发生同步旋转。

在一些示例中，筒体11的外壁安装有热流体进口16和热流体出口17，使得热流体沿着热流体进口16进入到筒体11中，在筒体11中循环，并被换热管53吸收，且筒体11的两端分别安装有第一封头12和第二封头13，两个封头用于与换热管53的两端对应，方便冷流体在换热管53中流动；

其中，第一封头12的下方安装有冷流体进口14，第二封头13的上方安装有冷流体出口15，需要换热的冷流体从冷流体进口14进入，通过换热管53换热后，再由冷流体出口15排出。

在具体实施过程中，使热流体沿着热流体进口16进入到筒体11中，在筒体11中循环，并与换热管53接触，热量被换热管53吸收，之后再将需要换热的冷流体从冷流体进口14导入，进入到第一管板51上的换热管53中，冷流体在换热管53中流动时，冷流体与换热管53的内壁接触，将换热管53上的温度吸收，通过换热管53换热后，再由冷流体出口15排出，形成冷流体的换热。

当需要控制出口时冷流体的温度时，对电磁铁2通电，控制筒体11外壁的电机32带动丝杆31旋转，而电磁铁2连接在丝杆31的外部，且电磁铁2与筒体11的外壁紧密贴合，所以丝杆31旋转时，能够带动电磁铁2沿着筒体11向第一管板51的方向移动，如图4到图3所示，又由于电磁铁2通电后产生磁性，能够与筒体11内部的磁铁块62相互吸引，且磁铁块62安装在活动板61的外部，所以在电磁铁2移动的过程中，磁铁块62在电磁铁2磁吸的引力作用下，一起向第一管板51方向移动，此过程，无需在冷流体的内部完成，所以无需考虑密封的问题。

其次，在活动板61移动的过程中，连接在活动板61和第二管板52之间的隔温套管54不断展开，从而遮挡住换热管53，如图4到图3所示，此时换热管53的“有效长度”减小，所能换得的热量减小，所以冷流体换热后的温度下降，当检测到冷流体换热后的温度达到指定数值时，控制电机32停止带动丝杆31旋转，从而保持隔温套管54的覆盖位置，如图7所示，此时，在冷流体温度和流速不变的情况下，换热后的温度不变，恒定保持在所需的温度下，从而满足不同加热器对温度的需求。

实施例2

本申请实施例为有效解决了现有的管式换热装置在使用时，无法控制换热后的温度，只能通过后续降温调整的技术问题，总体思路如下：

第一封头12和冷流体出口15之间连接有调温组件4；

其中，调温组件4包含辅流管41，且辅流管41的外部以及冷流体出口15的内部均安装有流量控制器42，通过将换热前后的冷流体进行混合，使得最终从冷流体出口15排出的冷流体，达到所需的温度，如换热前冷流体的温度为0℃，换热后冷流体的温度为30℃，当所需的温度在两者的温度区间之间时，如所需的温度为20℃，将温度为0℃的冷流体和温度为30℃的冷流体混合，使得热量中和，得到所需20℃冷流体。

在一些示例中，第一封头12和第二封头13的内部均安装有温度传感器，用于检测冷流体换热前的温度和换热后的温度，方便调节冷流体的温度。

在一些示例中，冷流体出口15的内壁安装有叶轮以及带动叶轮旋转的马达，在冷流体流过时，冲击叶轮，使得叶轮旋转，从而加速换热前后冷流体的混合；

其中，叶轮位于辅流管41和冷流体出口15连接处的上方，方便换热前后冷流体进行混合。

在具体实施过程中，先由第一封头12和第二封头13内部的温度传感器，检测冷流体换热前的温度和换热后的温度，当所需的温度在两者的温度区间之间时，将换热前的冷流体（温度低）和换热后冷流体（温度高）混合，使得热量中和，得到所需温度的冷流体，例如，换热前冷流体的温度为0℃，换热后冷流体的温度为30℃，当所需的温度在两者的温度区间之间时，如所需的温度为20℃，将温度为0℃的冷流体和温度为30℃的冷流体混合，使得热量中和，得到所需20℃冷流体。

实施例3

以实施例1和实施例2为基础，本申请实施例为有效解决了现有的管式换热装置在使用时，无法控制换热后的温度，只能通过后续降温调整的技术问题，总体思路如下：

将上述实施例1和实施例2结合。

在具体实施过程中，先通过电机32带动丝杆31调整活动板61的位置，由此来调整换热后的温度，完成后，具体参照实施例1，之后，再根据检测得到的温度（换热前后的冷流体温度），将换热前后的冷流体混合，从而确保从冷流体出口15流出的冷流体保持在所需的温度下，从而满足不同加热器对温度的需求。

实施例4

以实施例1为基础，本申请实施例为本申请实施例为有效解决了现有的管式换热装置在使用时，无法控制换热后的温度，只能通过后续降温调整的技术问题，总体思路如下：

一种用于加热器的管式换热装置的使用方法，该方法包括以下步骤：

初始温度：检测冷流体排放时的温度；

温度调节：采用隔温材料包裹在换热管53的外壁，并将观察冷流体排放时的温度，待温度达到指定温度时停止，隔温材料由换热管53端部为起点，向另一端包裹。

温度控制：检测冷流体初始和排放时的温度，将换热前的冷流体输送到换热后的冷流体混合，得到指定温度的冷流体。

测量冷流体初始和排放时的温度后，根据所需冷流体的温度，控制换热前的冷流体和换热后的冷流体混合时的体积比；

换热前的冷流体和换热后的冷流体混合时的体积比公式如下所示：

V₁:V₂=（t₂-T）：（T-t₁）

其中，V₁表示换热前体积，t₁表示换热前温度，V₂表示换热后体积，t₂表示换热后温度，T表示指定温度。

在具体实施过程中，先调整隔温材料覆盖换热管53的范围，使得冷流体换热后的温度达到自动数值，其次，为了确保冷流体的温度准确，检测换热前后冷流体的温度，再根据检测得到的温度（换热前后的冷流体温度），将换热前后的冷流体混合，从而确保从冷流体出口15流出的冷流体保持在所需的温度下，从而满足不同加热器对温度的需求。

例如，换热前冷流体的温度为0℃，换热后冷流体的温度为30℃，当所需的温度在两者的温度区间之间时，如所需的温度为20℃，将温度为0℃的冷流体和温度为30℃的冷流体混合；

V₁:V₂=（t₂-T）：（T-t₁）

其中，V₁表示换热前体积，t₁表示换热前温度，V₂表示换热后体积，t₂表示换热后温度，T表示指定温度。

t₁=0℃，t₂=30℃，T=20℃，带入公式；

V₁:V₂=（30-20）：（20-0）；

V₁:V₂=1:2，所以只需将换热前后的冷流体以1:2的比例混合，使得热量中和，得到所需20℃冷流体。

最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种用于加热器的管式换热装置，其特征在于，该管式换热装置包括：

筒体（11），其内部安装有换热件（5）；

活动件（6），安装在筒体（11）的内部；以及

电磁铁（2），安装在筒体（11）的外部，且电磁铁（2）由筒体（11）外部的驱动器（3）驱动，沿着筒体（11）前后滑动；

其中，所述换热件（5）包含相互对立的第一管板（51）和第二管板（52），且第一管板（51）和第二管板（52）之间插接有若干个换热管（53），所述换热管（53）包含若干导热环（531）以及连接在导热环（531）之间的隔热环（532）；

所述换热管（53）的外壁套设有隔温套管（54），且隔温套管（54）用于对换热管（53）进行隔温；

所述活动件（6）包括活动板（61），且活动板（61）安装在换热管（53）的外部，所述活动板（61）与隔温套管（54）的一端连接，且隔温套管（54）的另一端与第二管板（52）连接；

通电状态下的电磁铁（2）与活动板（61）外部的磁铁块（62）相互吸引。

2.如权利要求1所述的一种用于加热器的管式换热装置，其特征在于：所述驱动器（3）包含安装在筒体（11）外壁的丝杆（31），且丝杆（31）由筒体（11）外部的电机（32）驱动旋转；

其中，所述电磁铁（2）与丝杆（31）之间通过螺纹连接，且电磁铁（2）与筒体（11）的外壁贴合。

3.如权利要求1所述的一种用于加热器的管式换热装置，其特征在于：所述筒体（11）的外壁安装有热流体进口（16）和热流体出口（17），且筒体（11）的两端分别安装有第一封头（12）和第二封头（13）；

其中，所述第一封头（12）的下方安装有冷流体进口（14），所述第二封头（13）的上方安装有冷流体出口（15）。

4.如权利要求3所述的一种用于加热器的管式换热装置，其特征在于：所述第一封头（12）和冷流体出口（15）之间连接有调温组件（4）；

其中，所述调温组件（4）包含辅流管（41），且辅流管（41）的外部以及冷流体出口（15）的内部均安装有流量控制器（42）。

5.如权利要求3所述的一种用于加热器的管式换热装置，其特征在于：所述第一封头（12）和第二封头（13）的内部均安装有温度传感器。

6.如权利要求3所述的一种用于加热器的管式换热装置，其特征在于：所述冷流体出口（15）的内壁安装有叶轮以及带动叶轮旋转的马达；

其中，所述叶轮位于辅流管（41）和冷流体出口（15）连接处的上方。

7.如权利要求1-6任一所述的一种用于加热器的管式换热装置的使用方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

初始温度：检测冷流体排放时的温度；

温度调节：采用隔温材料包裹在换热管（53）的外壁，并将观察冷流体排放时的温度，待温度达到指定温度时停止。

8.如权利要求7所述的一种用于加热器的管式换热装置的使用方法，其特征在于，在温度调节过程中，隔温材料由换热管（53）端部为起点，向另一端包裹。

9.如权利要求7所述的一种用于加热器的管式换热装置的使用方法，其特征在于，该方法还包括：

温度控制：检测冷流体初始和排放时的温度，将换热前的冷流体输送到换热后的冷流体混合，得到指定温度的冷流体。

10.如权利要求9所述的一种用于加热器的管式换热装置的使用方法，其特征在于，在温度控制步骤中，测量冷流体初始和排放时的温度后，根据所需冷流体的温度，控制换热前的冷流体和换热后的冷流体混合时的体积比；

换热前的冷流体和换热后的冷流体混合时的体积比公式如下所示：

V₁:V₂=（t₂-T）：（T-t₁）

其中，V₁表示换热前体积，t₁表示换热前温度，V₂表示换热后体积，t₂表示换热后温度，T表示指定温度。

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