CN116734631A - 多股流管壳式换热器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种多股流管壳式换热器，属于换热设备技术领域，包括：壳体，第一传热管束穿设在壳体内，在壳体的两端分别连接第一管箱，两个第一管箱分别与第一传热管束的两端连通；第二传热管束穿设在第一传热管束内并与第一传热管束的内壁之间具有间隙，在第一管箱上分别连接第二管箱，两个第二管箱分别与第二传热管束的两端连通；本发明的多股流管壳式换热器，通过第一传热管束外与壳体之间的通道、第一传热管束和第二传热管束之间的通道以及第二传热管束内部的通道，三个通道可用于三股流体的换热，从而通过一台换热器实现多股流体的换热，减小占用空间。

Description

多股流管壳式换热器
技术领域
本发明涉及换热设备技术领域，具体涉及一种多股流管壳式换热器。
背景技术
管壳式换热器又称列管式换热器，是以封闭在壳体中管束的壁面作为传热面的间壁式换热器。
管壳式换热器一般由壳体、传热管束、管板、折流板和管箱等部件组成。壳体多为圆筒形，内部装有管束，管束两端固定在管板上。进行换热的冷热两种流体，一种在换热管内流动，称为管程流体;另一种在换热管外流动，称为壳程流体。使用时，高温介质将热量传递到管壁，再通过管壁将热量传递给低温介质。
然而，目前的管壳式换热器只能实现两种流体的热交换，若涉及多种介质的换热工况，通常需要多台换热器，存在所占空间大，且换热效率低等缺点。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的管壳式换热器只能实现两种流体的热交换的问题，从而提供一种多股流管壳式换热器。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种多股流管壳式换热器，包括：
壳体；
第一传热管束，穿设在所述壳体内，所述第一传热管束的两端分别穿设在第一管板上，所述第一管板与所述壳体连接；
第一管箱，具有两个，分别连接在所述壳体的两端，两个所述第一管箱分别与所述第一传热管束的两端连通；
第二传热管束，穿设在所述第一传热管束内并与所述第一传热管束的内壁之间具有间隙，所述第二传热管束的两端分别穿设在第二管板上，所述第二管板与所述第一管箱连接；
第二管箱，具有两个，分别连接在所述第一管箱上，两个所述第二管箱分别与所述第二传热管束的两端连通。
可选地，所述第二传热管束中至少部分将穿设在所述第一传热管束内的部分设置为螺旋管。
可选地，所述第二传热管束的外壁与所述第一传热管束的内壁之间的通道为螺旋通道。
可选地，所述第二传热管束内的通道为螺旋通道。
可选地，所述壳体内沿所述第一传热管束的方向间隔设置有若干折流板，所述折流板的缺口依次错开设置。
可选地，所述折流板为弓形板。
可选地，所述壳体的两端分别具有第一介质进口和第一介质出口；所述第一管箱中一个具有第二介质进口，另一个具有第二介质出口；所述第二管箱中一个具有第三介质进口，另一个具有第三介质出口。
可选地，所述壳体、所述第一管箱和所述第二管箱的底部分别设有排液管。
可选地，所述壳体、所述第一管箱和所述第二管箱采用焊接连接为一体；所述第一传热管束、所述第一管板和所述壳体采用焊接连接为一体；所述第二传热管束和所述第一管箱采用焊接连接为一体。
可选地，所述壳体的底部两端分别设有支架。
本发明技术方案，具有如下优点：
1.本发明提供的多股流管壳式换热器，通过第一传热管束外与壳体之间的通道、第一传热管束和第二传热管束之间的通道以及第二传热管束内部的通道，三个通道可用于三股流体的换热，从而通过一台换热器实现多股流体的换热，减小占用空间。
2.本发明提供的多股流管壳式换热器，将第二传热管束内的通道设为螺旋通道，换热介质在管内螺旋流动，螺旋管内部曲折的流道会改变流体流速和方向，由于离心力的作用产生的涡流强化了介质的掺混，增加了其湍流强度。减小了传热表面的边界层厚度以及传热过程的温度分布偏差，提升了传热效率。
3.本发明提供的多股流管壳式换热器，将第二传热管束的外壁与第一传热管束的内壁之间的通道设为螺旋通道，流体在夹层中螺旋流动增大了流体与壁面的接触时间，在一定程度上能够提升换热能力。夹层中的螺旋凹槽会使流体产生较大的涡流。改变流动方向，增加湍流强度，从而使其充分混合，减小了流动边界层厚度，提升传热效率。
4.本发明提供的多股流管壳式换热器，将普通圆直管加工为螺旋管，换热管会产生收缩，增加单位长度上的用料，从而提升换热面积。在强化换热的同时也增强了其机械性能，螺旋管采用拉拔冷加工，提升了材料强度，使其弯曲变形能力优越，拥有一定的回弹抗压能力，承压和耐冲击能力得到了强化，不怕冻结，在第二传热管束的管内和管外夹层中流动的流体介质可以强化扰动，流体螺旋快速流动，对管壁有刮擦作用，能够清除附着与管壁的污垢，使换热器拥有不怕脏堵的优点。
5.本发明提供的多股流管壳式换热器，加工方式取消了管板螺栓连接，采用一体式焊接固定，不会出现螺栓老化松动，垫片老化失效产生泄漏的问题
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，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的实施例中提供的多股流管壳式换热器的一种具体实施方式的部分剖开后的立体结构视图；
图2为图1的多股流管壳式换热器的立体图；
图3为多股流管壳式换热器中第一传热管束的立体图；
图4为多股流管壳式换热器中第二传热管束的立体图；
图5为图4中第二传热管束中单股的放大图；
图6为第二传热管束穿设在第一传热管束中的单股的截面立体图。
附图标记说明：
1、壳体；2、第一管箱；3、第二管箱；4、第一传热管束；5、第二传热管束；6、第一管板；7、第二管板；8、折流板；9、第一介质进口；10、第一介质出口；11、第二介质进口；12、第二介质出口；13、第三介质进口；14、第三介质出口；15、排液管；16、支架。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
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，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
本实施例提供的多股流管壳式换热器，可用于多股介质之间进行换热。
如图1、图3所示，为本实施例提供的多股流管壳式换热器的一种具体实施方式，外部包括：壳体1、第一管箱2和第二管箱3，内部包括：第一传热管束4和第二传热管束5。具体的，所述第一传热管束4穿设在壳体1内，所述第一传热管束4的两端分别穿设在第一管板6上，所述第一管板6与所述壳体1连接。其中，第一管板6与所述壳体1采用焊接连接为一体，所述第一传热管束4的两端分别穿出所述第一管板6后，再将第一传热管束4的外壁与第一管板6之间通过焊接连接为一体。另外，需要说明的是，所述第一传热管束4和第一管板6之间的连接关系还可以是其他常规连接方式，例如强度胀接连接等。
如图2所示，所述第一管箱2具有两个，分别连接在所述壳体1的两端，两个所述第一管箱2分别与所述第一传热管束4的两端连通。具体的，两个所述第一管箱2分别通过焊接与壳体1的两端连接为一体。另外，需要说明的是，所述第一管箱2和壳体1之间的连接关系还可以是其他常规连接方式，例如通过法兰密封连接等。
如图1、图4所示，所述第二传热管束5穿设在所述第一传热管束4内并与所述第一传热管束4的内壁之间具有间隙，所述第二传热管束5的两端分别穿设在第二管板7上，所述第二管板7与所述第一管箱2连接。具体的，所述第二传热管束5穿出所述第二管板7后外壁与所述第二管板7之间采用焊接连接，所述第二管板7和所述第一管箱2之间采用焊接连接为一体。另外，需要说明的是，所述第二传热管束5和所述第二管板7之间，以及所述第二管板7与所述第一管箱2之间的连接关系还可以是其他常规连接方式，例如强度胀接连接等。
如图2所示，所述第二管箱3具有两个，分别连接在所述第一管箱2上，两个所述第二管箱3分别与所述第二传热管束5的两端连通。具体的，所述第二管箱3采用焊接与所述第一管箱2连接为一体。另外，需要说明的是，所述第一管箱2和第二管箱3之间的连接关系还可以是其他常规连接方式，例如通过法兰密封连接等。
本实施例提供的多股流管壳式换热器，通过第一传热管束4内的通道、第一传热管束4和第二传热管束5之间的通道以及第二传热管束5外部的通道，三个通道可用于三股流体的换热，从而通过一台换热器实现多股流体的换热，减小占用空间。
如图1、图4和图5所示，本实施例提供的多股流管壳式换热器中，所述第二传热管束5中至少部分将穿设在所述第一传热管束4内的部分设置为螺旋管。具体的，所述第二传热管束5可采用普通的圆直管加工为螺旋管，在强化换热的同时也增强了其机械性能，螺旋管采用拉拔冷加工，提升了材料强度，使其弯曲变形能力优越，拥有一定的回弹抗压能力，承压和耐冲击能力得到了强化，不怕冻结。
如图6所示，本实施例提供的多股流管壳式换热器，所述第二传热管束5的外壁与所述第一传热管束4的内壁之间的通道为螺旋通道，能够增加传热面积，流体经过螺旋通道时会在螺旋凹槽周围产生较大的涡流，在相同体积内获得更大的传热量，也提高了流体的混合程度，其流动沿着内部曲折的流路，使流体流速和方向改变，产生旋转和涡流运动，增加单位体积内流体的混合程度，使其均匀混合，提高了传热效率。
如图6所示，本实施例提供的多股流管壳式换热器，所述第二传热管束5内的通道为螺旋通道，使介质在螺旋通道内螺旋流动，螺旋管内部曲折流道会使流体产生旋转和涡流，增加流体流速和湍流强度，减小了传热过程的温度分布偏差，提升了传热效率；另外，介质在螺旋管的外壁和圆管的内壁之间的夹层中螺旋流动，提升了流动速度和湍流强度，降低了流体在传热表面的边界层厚度，提高了其传热效率。
本实施例提供的多股流管壳式换热器，在第二传热管束5的管内和管外夹层中流动的流体介质可以强化扰动，流体螺旋快速流动，对管壁有刮擦作用，能够清除附着与管壁的污垢，使换热器拥有不怕脏堵的优点。
如图1所示，本实施例提供的多股流管壳式换热器中，所述壳体1内沿所述第一传热管束4的方向间隔设置有若干折流板8，所述折流板8的缺口依次错开设置，通过折流板8的扰流进行强化传热。具体的，所述折流板8为弓形板，通过弓形折流板8强制将流体弯曲和折流。另外，需要说明的是，所述折流板8的形状不限于弓形板，也可以采用其他常规结构的折流板8，例如螺旋折流板等。
如图1、图2所示，所述壳体1的两端分别具有第一介质进口9和第一介质出口10。使用时，第一种介质通过第一介质进口9进入壳体1内，然后再壳体1内壁与第一传热管束4的外壁之间形成的通道内流动，最后从第一介质出口10流出壳体1外。
如图1、图2所示，所述第一管箱2中一个具有第二介质进口11，另一个具有第二介质出口12。使用时，第二种介质通过第二介质进口11进入到第一管箱2内，并通过第一管箱2进入到第一传热管束4和第二传热管束5之间的通道，最后通过另一端的第一管箱2上的第二介质出口12流出壳体1外。
如图1、图2所示，所述第二管箱3中一个具有第三介质进口13，另一个具有第三介质出口14。使用时，第三种介质通过第三介质进口13进入到第二管箱3中，并通过第二管箱3进入到第二传热管束5中，最后通过另一端的第二管箱3上的第二介质出口12流出壳体1外。
需要说明的是，本实施例提供的多股流管壳式换热器，采用逆流换热。如图1、图2所示，所述第一介质进口9位于壳体1的第一端，所述第二介质进口11位于壳体1的第二端，所述第三介质进口13位于壳体1的第一端。工作时，第一介质从第一介质进口9进入换热器后沿第一方向流动，第二介质从第二介质进口11进入换热器后沿第二方向流动，第三介质从第三介质进口13进入换热器后沿第一方向流动；其中，第一方向和第二方向的流向相反，从而实现三种介质在换热器内逆流换热。
如图1、图2所示，本实施例提供的多股流管壳式换热器中，所述壳体1、所述第一管箱2和所述第二管箱3的底部分别设有排液管15。通过排液管15的设置，可用于分别将壳体1、第一管箱2和第二管箱3内的积液排出。
如图1、图2所示，本实施例提供的多股流管壳式换热器中，所述壳体1的底部两端分别设有支架16，通过支架16用于对换热器进行稳固支撑。另外，需要说明的是，在一些实施例中，所述支架16可以省略。
本发明适用于多股流换热的需求，相比于传统壳管式换热器，可以减少换热器数量，降低经济成本，同时占地空间更少，采用螺旋管强化换热，增加传热效率，减少了管材的使用，降低了经济成本。
需要说明的是，本发明所涉及的多股流管壳式换热器，可根据不同的换热需求调整结构与材料。可改变管子数量、外径、长度等。对应不同的压降需求可以调整螺旋管加工参数、管排布、折流板数量等。也可根据不同的耐腐蚀需求选择相应的管材质。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，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)

1.一种多股流管壳式换热器，其特征在于，包括：
壳体（1）；
第一传热管束（4），穿设在所述壳体（1）内，所述第一传热管束（4）的两端分别穿设在第一管板（6）上，所述第一管板（6）与所述壳体（1）连接；
第一管箱（2），具有两个，分别连接在所述壳体（1）的两端，两个所述第一管箱（2）分别与所述第一传热管束（4）的两端连通；
第二传热管束（5），穿设在所述第一传热管束（4）内并与所述第一传热管束（4）的内壁之间具有间隙，所述第二传热管束（5）的两端分别穿设在第二管板（7）上，所述第二管板（7）与所述第一管箱（2）连接；
第二管箱（3），具有两个，分别连接在所述第一管箱（2）上，两个所述第二管箱（3）分别与所述第二传热管束（5）的两端连通。
2.根据权利要求1所述的多股流管壳式换热器，其特征在于，所述第二传热管束（5）中至少部分将穿设在所述第一传热管束（4）内的部分设置为螺旋管。
3.根据权利要求1所述的多股流管壳式换热器，其特征在于，所述第二传热管束（5）的外壁与所述第一传热管束（4）的内壁之间的通道为螺旋通道。
4.根据权利要求1所述的多股流管壳式换热器，其特征在于，所述第二传热管束（5）内的通道为螺旋通道。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的多股流管壳式换热器，其特征在于，所述壳体（1）内沿所述第一传热管束（4）的方向间隔设置有若干折流板（8），所述折流板（8）的缺口依次错开设置。
6.根据权利要求5所述的多股流管壳式换热器，其特征在于，所述折流板（8）为弓形板。
7.根据权利要求1-4中任一项所述的多股流管壳式换热器，其特征在于，所述壳体（1）的两端分别具有第一介质进口（9）和第一介质出口（10）；所述第一管箱（2）中一个具有第二介质进口（11），另一个具有第二介质出口（12）；所述第二管箱（3）中一个具有第三介质进口（13），另一个具有第三介质出口（14）。
8.根据权利要求1-4中任一项所述的多股流管壳式换热器，其特征在于，所述壳体（1）、所述第一管箱（2）和所述第二管箱（3）的底部分别设有排液管（15）。
9.根据权利要求1-4中任一项所述的多股流管壳式换热器，其特征在于，所述壳体（1）、所述第一管箱（2）和所述第二管箱（3）采用焊接连接为一体；所述第一传热管束（4）、所述第一管板（6）和所述壳体（1）采用焊接连接为一体；所述第二传热管束（5）和所述第一管箱（2）采用焊接连接为一体。
10.根据权利要求9所述的多股流管壳式换热器，其特征在于，所述壳体（1）的底部两端分别设有支架（16）。
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