CN116123896B - 一种高效换热器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高效换热器；包括壳体、管板、换热管组、封头和折流挡板；所述换热管组设有多组，所有的换热管组的每一根管束的两端分别通过管板固定于壳体的两端；所述壳体和换热管组均竖直，且壳体的上端和下端分别连接可拆分的封头；所述折流挡板固定连接于壳体的内部，用于延长壳程；每组换热管组的所有管束的一端通过弯管依次连通，以及每组换热管组的所有管束的另一端通过另外弯管依次连通，进而使每组换热管组的所有管束形成一条换热通道；每根管束的侧壁设有一条或多条往外凸起的凹槽，且凹槽沿着换热管的轴向螺旋延伸。本发明增加了管束内的流速，提高了传热系数和热换效率，同时克服了传统列管式换热器存在的弊端。

Description

一种高效换热器

技术领域

本发明涉及换热器技术领域，具体涉及一种高效换热器。

背景技术

换热器的种类很多，列管式换热器是其中之一，同时列管式换热器也是化工行业应用最广的一种换热器。现有的列管式换热器主要由壳体、管板、换热管、封头、折流挡板等组成。所需材质可分别采用普通碳钢、紫铜、或不锈钢制作。在进行换热时，一种流体由封头的连结管处进入，在管流动，从封头另一端的出口管流出，这称之管程；另一种流体由壳体的接管进入，从壳体上的另一接管处流出，这称为壳程。两个流体在换热器中流动的同时进行热量传递，由热量高的一方传递至热量低的一方，从而可实现升温或者降温。

现有列管式换热器的换热管为直管，直管的两端通过管板固定于壳体的两端，所有的换热管的同一端与相应封头对应的分配室连通。通常壳体是水平安装，所有的换热管也是水平分布，管程内流体的流速与分配室的压力成正比，为了提高换热效率，可以通过增加压力的方式以增加流速，即流体在换热器内的流速越大，其传热系数也越大。但该种方式受管程的限制，以流体流出换热管的温度达到设定温度为限以及列管式换热器所能承受的最大压力为限，如果流速进一步增加，使得流出的流体温度高于或低于设定温度，即达不到设定的加热温度或降温温度，则会得不偿失。因此，直管式换热管的结构有待优化。

另外，同一个列管式换热器只能同时通入两种不同的流体，不能实现两种以上的流体换热，使用方式受限。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明提供了一种高效换热器；包括壳体、管板、换热管组、封头和折流挡板；所述换热管组设有多组，所有的换热管组的每一根管束的两端分别通过管板固定于壳体的两端；所述壳体和换热管组均竖直，且壳体的上端和下端分别连接可拆分的封头；所述折流挡板固定连接于壳体的内部，用于延长壳程；每组换热管组的所有管束的一端通过弯管依次连通，以及每组换热管组的所有管束的另一端通过另外弯管依次连通，进而使每组换热管组的所有管束形成一条换热通道；每根管束的侧壁设有一条或多条往外凸起的凹槽，且凹槽沿着换热管的轴向螺旋延伸；每根管束上端的所有凹槽均竖直往上延伸并形成与管束的侧壁分离的空心直管，同一换热管组中任意一个管束的所有空心直管分别通过U型管与其连通的另一管束的所有空心直管一一对应连通，且另一管束的所有空心直管均设有第一水泵；每根管束下端的所有凹槽与管束的侧壁形成一体，同一换热管组中与设有第一水泵的管束相邻的另一管束下端均设有第二水泵。

本设备的有益效果在于：

1、壳程内通入一种流体介质，不同的换热管组形成了不同的管程，不同的管程可以分别通入不同的流体介质，从而实现了同时对多种不同的流体介质进行热交换，克服现有列管式换热器只能同时实现两种流体介质的热交换问题，扩展了功能。

2、所有的管束均竖直，凹槽沿着管束的周向螺纹沿伸，部分流体介质进入凹槽后随着螺旋延伸的凹槽加速流动，使得整根管束内的流速得以提升，从而提高了传热系数。

3、凹槽增加了管束与壳程内流体介质之间的接触面积，进一步增加了传热效率。

4、行程往下的管束，其每个凹槽上端的空心直管均设有第一水泵，通过第一水泵和流体介质本身的重力提升了流体介质在凹槽中的速度，提升螺旋加速效果。

5、行程往上的管束，通过第二水泵提升流速，弥补因重力而损失的流速。

优选地，位于壳体下端的所有弯管的内部均设有温度探头。位于壳体下端的所有弯管均设有分流管，且温度探头位于分流管的上源。由于多根管束串连，相比现有的列管式换热器大幅度提升了管程，为了提高能源的利用，避免过渡热传递造成的能源浪费，通过分流管提前排出温度已达标的流体介质，提高了整个换热器的效率。

优选地，所述壳体的横断面形状为矩形，每组换热管组中所有管束位于同一水平面内，且每组换热管组均与壳体的短边侧壁平行。每组换热管组分别设有五根管束，五根管束中位于最左边的管束上端设有进水接头，位于最右边的管束下端设有排水接头。将壳体设置呈矩形，便于换热管组分布以及方便换热管组后期的排除故障、维修等。

优选地，所述折流挡板设有多个，所有的折流挡板沿着竖直方向错位分布于壳体中。所有的分流管、所有的进水接头和所有的排水接头均伸出壳体。位于壳体下端的封头设有底座。

优选地，还包括控制器；每根分流管均设有电磁阀，所述控制器分别与所有的电磁阀、所有的第一水泵、所有的第二水泵和所有的温度探头电连接。

本发明还提供了一种换热器的热交换方法，应用于上述高效换热器，包括以下步骤：

S1、控制器使所有的电磁阀关闭；

S2、分别往壳程和每组换热管组的管程通入需要热交换的流体介质；

S3、控制器使所有的第一水泵和第二水泵工作，增加管程内的流速；

S4、温度探头实时检测对应弯管中的流体介质温度，如果某一弯管中流体介质的实时温度达到设定温度，则与该弯管对应的分流管的电磁阀打开，释放出温度达标的流体介质；

S5、S4中如果弯管中流体介质的实时温度未达到设定温度，则与该弯管对应的分流管的电磁阀保持关闭，该换热通道中的流体介质从排水接头排出。

本方法的有益效果在于：通过控制器实现自动排放温度达标的流体介质，智能分布热量传递，提高能源的利用率。而第一水泵和第二水泵增加流速，提升热传递效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1为实施例一的结构示意图；

图2为图1中A处的放大图；

图3为图1中B处的放大图；

图4为图1中C-C的剖视图；

图5为实施例一中管束设有一条凹槽的示意图；

图6为实施例一中管束设有三条凹槽的示意图；

图7为实施例一中管束设有四条凹槽的示意图。

附图中，壳体1、管板2、换热管组3、封头4、折流挡板5、底座6、弯管7、凹槽8、管束9、U型管10、第一水泵11、第二水泵12、温度探头13、分流管14、电磁阀15、进水接头16、排水接头17、壳程进液管18、壳程出液管19、空心直管20。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。

需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。

如图1、图4所示，本实施例提供了一种高效换热器，包括壳体1、管板2、换热管组3、封头4和折流挡板5。所述换热管组3设有六组，所有的换热管组3的每一根管束9的两端分别通过管板2固定于壳体1的两端；所述壳体1和换热管组3均竖直，且壳体1的上端和下端分别连接可拆分的封头4。其中壳体1的横断面形状为矩形，壳体1的上部和下部分别设有与壳程连通的壳程进液管18和壳程出液管19。每组换热管组3中所有管束9位于同一水平面内，且每组换热管组3均与壳体1的短边侧壁平行。另外，位于壳体1下端的封头4设有底座6，便于固定安装于地面上。折流挡板5固定连接于壳体1的内部，用于延长壳程。折流挡板5设有多个，具体数量根据壳体1的长度而定，所有的折流挡板5沿着竖直方向错位分布于壳体1中。

如图1至图3所示，本实施例中每组换热管组3的所有管束9的一端通过弯管7依次连通，以及每组换热管组3的所有管束9的另一端通过另外弯管7依次连通，进而使每组换热管组3的所有管束9形成一条换热通道。六组换热管组3一共形成六条换热通道，即六条管程。

如图1、图5至图7所示，为了提升管程内的流速，在每根管束9的侧壁设有1-4条往外凸起的凹槽8，且凹槽8沿着换热管的轴向螺旋延伸。凹槽8的具体数量根据管束9的直径而定。部分流体介质进入凹槽8后随着螺旋延伸的凹槽8加速流动，使得整根管束9内的流速得以提升，从而提高了传热系数。另外，凹槽8增加了管束9与壳程内流体介质之间的接触面积，进一步增加了传热效率。

如图2、图4所示，每根管束9上端的所有凹槽8均竖直往上延伸并形成与管束9的侧壁分离的空心直管20，同一换热管组3中任意一个管束9的所有空心直管20分别通过U型管10与其连通的另一管束9的所有空心直管20一一对应连通，且另一管束9的所有空心直管20均设有第一水泵11。每组换热管组3分别设有五根管束9，即每组换热管组3从左至右，第三根管束9的空心直管20和第五根管束9的空心直管20均设有第一水泵11。五根管束9中位于最左边的管束9上端设有进水接头16，位于最右边的管束9下端设有排水接头17。将壳体1设置呈矩形，便于换热管组3分布以及方便换热管组3后期的排除故障、维修等。

如图1、图3所示，每组换热管组3中的五根管束9，从左至右，第二管束9的下端和第四管束9的下端均设有第二水泵12，第二管束9和第四管束9的行程均往上，通过第二水泵12提升流速，弥补因重力而损失的流速，保证螺旋加速效果。反之，行程往下的管束9，其每个凹槽8上端的空心直管20均设有第一水泵11，通过第一水泵11和流体介质本身的重力提升了流体介质在凹槽8中的速度，提升螺旋加速效果。而每根管束9下端的所有凹槽8与管束9的侧壁形成一体，即每个凹槽8的下端不再往下延伸。

如图3所示，本实施例还包括控制器，控制器独立设置，不与壳体1连接，避免高温壳体1损坏控制器。位于壳体1下端的所有弯管7的内部均设有温度探头13。位于壳体1下端的所有弯管7均设有分流管14，且温度探头13位于分流管14的上源。由于五根管束9串连，相比现有的列管式换热器大幅度提升了管程，为了提高能源的利用，避免过渡热传递造成的能源浪费，通过分流管14提前排出温度已达标的流体介质，提高了整个换热器的效率。每根分流管14均设有电磁阀15，所述控制器分别与所有的电磁阀15、所有的第一水泵11、所有的第二水泵12和所有的温度探头13电连接。而所有的分流管14、所有的进水接头16和所有的排水接头17均伸出壳体1，与外部管路连通。

另外，所有的弯管7、所有的U型管10、所有的第一水泵11和所有的第二水泵12均位于管板2的外侧与封头4的内侧。

实施例二：

本实施例提供了一种换热器的热交换方法，应用于实施例一的高效换热器，实施例二沿用实施例一的附图标记。包括以下步骤：

S1、控制器使所有的电磁阀15关闭；S2、分别往壳程和每组换热管组3的管程通入需要热交换的流体介质；S3、控制器使所有的第一水泵11和第二水泵12工作，增加管程内的流速；S4、温度探头13实时检测对应弯管7中的流体介质温度，如果某一弯管7中流体介质的实时温度达到设定温度，则与该弯管7对应的分流管14的电磁阀15打开，释放出温度达标的流体介质；S5、S4中如果弯管7中流体介质的实时温度未达到设定温度，则与该弯管7对应的分流管14的电磁阀15保持关闭，该换热通道中的流体介质从排水接头17排出。

本方法的有益效果在于：通过控制器实现自动排放温度达标的流体介质，智能分布热量传递，提高能源的利用率。而第一水泵11和第二水泵12增加流速，提升热传递效率。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (10)

1.一种高效换热器；其特征在于：包括壳体、管板、换热管组、封头和折流挡板；所述换热管组设有多组，所有的换热管组的每一根管束的两端分别通过管板固定于壳体的两端；所述壳体和换热管组均竖直，且壳体的上端和下端分别连接可拆分的封头；所述折流挡板固定连接于壳体的内部，用于延长壳程；

每组换热管组的所有管束的一端通过弯管依次连通，以及每组换热管组的所有管束的另一端通过另外弯管依次连通，进而使每组换热管组的所有管束形成一条换热通道；

每根管束的侧壁设有一条或多条往外凸起的凹槽，且凹槽沿着换热管的轴向螺旋延伸；

每根管束上端的所有凹槽均竖直往上延伸并形成与管束的侧壁分离的空心直管，同一换热管组中任意一个管束的所有空心直管分别通过U型管与其连通的另一管束的所有空心直管一一对应连通，且另一管束的所有空心直管均设有第一水泵；

每根管束下端的所有凹槽与管束的侧壁形成一体，同一换热管组中与设有第一水泵的管束相邻的另一管束下端均设有第二水泵。

2.根据权利要求1所述的一种高效换热器，其特征在于：位于壳体下端的所有弯管的内部均设有温度探头。

3.根据权利要求2所述的一种高效换热器，其特征在于：位于壳体下端的所有弯管均设有分流管，且温度探头位于分流管的上源。

4.根据权利要求3所述的一种高效换热器，其特征在于：所述壳体的横断面形状为矩形，每组换热管组中所有管束位于同一水平面内，且每组换热管组均与壳体的短边侧壁平行。

5.根据权利要求4所述的一种高效换热器，其特征在于：每组换热管组分别设有五根管束，五根管束中位于最左边的管束上端设有进水接头，位于最右边的管束下端设有排水接头。

6.根据权利要求1所述的一种高效换热器，其特征在于：所述折流挡板设有多个，所有的折流挡板沿着竖直方向错位分布于壳体中。

7.根据权利要求5所述的一种高效换热器，其特征在于：所有的分流管、所有的进水接头和所有的排水接头均伸出壳体。

8.根据权利要求1所述的一种高效换热器，其特征在于：位于壳体下端的封头设有底座。

9.根据权利要求7所述的一种高效换热器，其特征在于：还包括控制器；每根分流管均设有电磁阀，所述控制器分别与所有的电磁阀、所有的第一水泵、所有的第二水泵和所有的温度探头电连接。

10.一种换热器的热交换方法，其特征在于：应用于权利要求9所述的高效换热器，包括以下步骤：

S1、控制器使所有的电磁阀关闭；

S2、分别往壳程和每组换热管组的管程通入需要热交换的流体介质；

S3、控制器使所有的第一水泵和第二水泵工作，增加管程内的流速；

S4、温度探头实时检测对应弯管中的流体介质温度，如果某一弯管中流体介质的实时温度达到设定温度，则与该弯管对应的分流管的电磁阀打开，释放出温度达标的流体介质；

S5、S4中如果弯管中流体介质的实时温度未达到设定温度，则与该弯管对应的分流管的电磁阀保持关闭，该换热通道中的流体介质从排水接头排出。