CN201706525U - 辐射管用的换热器 - Google Patents

Abstract

一种辐射管用的换热器，属热能工程中的辐射加热装置技术领域。包括：一内管体，该内管体的一端具有废气进气口，另一端具有废气出气口；一外管体，位于内管体外，与内管体连接且与内管体隔绝，该外管体的一端具有助燃气进气口，另一端具有一助燃气出气口，内管体的管腔构成为管程，外管体的内壁与内管体的外壁之间的空间构成为壳程，特点是：所述的内管体和所述的外管体均为圆弧过渡连接的弯管结构，在所述的管程中且沿管程的长度方向设置有管程螺旋导流板，在所述的壳程中且沿壳程的长度方向设置有壳程螺旋导流板，所述的废气进气口和废气出气口均与所述的管程相通，所述的助燃气进气口和助燃气出气口均与所述的壳程相通。有利于节能、保护环境。

Description

辐射管用的换热器

技术领域

本实用新型属热能工程中的辐射加热装置技术领域，具体涉及一种辐射管用的换热器，安装在辐射管的末端，利用辐射管排出的废热空气的热能对进入辐射管的助燃空气加热。

背景技术

辐射管换热器与辐射管的配合方式是公知的，具体是将换热器的一部分或称一端从辐射管的末端伸进到辐射管内，而换热器的另一端或称另一部分露在辐射管的外部，废气在换热器的外层空腔内流动，外层空腔即壳程，而助燃空气在换热器的内层空腔即管程内流动，利用管程中的废气的余热对壳程中的助燃空气加热，藉以达到节能的目的。

关于辐射管换热器，在中国专利文献中不乏有报道，CN2791499Y推荐有一种喷射式辐射管换热器，在内、外管之间所形成的空隙即壳程内增设曲折布置的喷射板，并且在喷射板上开设喷射孔(专利称射流孔)，方案能改变壳程内的助燃空气的轴间流动通道，使内管管腔即管程内的废热气体对壳程内的助燃气体有效加热，对进入燃烧器如燃烧嘴的空气温度的提高有所建树，但是由内管引出的废热气体的温度并不会有效降低，因为内管依然是内壁光滑的并且为直管形式的结构。此外，由于换热器外形尺寸受到空间的限制，热交换面积有限，因此热交换效率并不能达到令人满意的程度，废气的最终排放温度并不会显著降低，其中仍会有大量的热量未能得到利用而直接外排，同时，外排的高温废气对外界环境的热辐射较大，造成作业现场环境温度升高，影响工人的作业环境。

CN201368470Y提供有镀锌退火炉辐射管二次换热器，配套有一箱体，在箱体的底部接续高温烟气引入接口，顶部接续烟气引出接口，并且在箱体的箱腔内以叉指形式设置挡烟板，通过挡烟板使由高温烟气引入接口引入到箱腔中的烟气的流通通道表现为S形，从而使同样以S形的弯曲形状设置于箱腔内的助燃空气引入管中的助燃空气的加热时间延长，减少能源消耗和降低企业生产成本。但是该专利方案具有使用上的挑剔性，因为需要配备适应不同使用场所的换热器箱，并且还需对换热器箱实施保温例如设置保温层，尤其是使换热器的整体体积庞大。

CN201163160Y介绍的与辐射管烧嘴配套使用的带内外翅片的换热器与CN2295983Y公开的辐射管换热器在结构上具有相同之处，不同的是：前者将外管(专利称换热管)的内外壁均赋予翅片，也就是说由外管上的内翅片(外管内壁的翅片)改变壳程内的助燃空气的流道，以使助燃空气获得与内管的换热效果，即由内管(管程)中的高温热烟气将壳程中的助燃空气加热。后者在内管的内壁设置辐射状的换热片，由辐射状的换热片提高对壳程中的助燃空气的换热效果(具体可见该专利的说明书第3页第2至第9行)。上述两项专利方案共同存在的弊端之一，由于管体均为直管体，如前述由于外形尺寸受到空间制约而不允许也不可能表现为过于冗长，因此热交换面积有限，从内管的管腔即管程中排至外界的烟气温度依然可高达400-600℃左右，热能浪费较大；之二，不论是前一专利的外管的内外壁上的内外翅片的设置还是后一专利的内管的内壁上的辐射状换热片的设置均并不能表现出令人如意的换热效果，因为前一专利注重了壳程，而后一专利注重了管程。或许有人会提出这样的问题，那就是：只要将CN201163160Y的内管的内壁也构成翅片，以及将CN2295983Y的外管的内壁也设置辐射状的换热片，换热效率均会得以改善，但是本申请人认为翅片的结构也不足以显著提升换热效率。因为不论是翅片还是辐射状的换热片均使气体表现出接近于层流的状态，其方向与换热媒体或称换热介质平行，没有冲击作用，因而并不会表现出理想的热交换效果，即热交换是不充分的。

综上所述，有必要对已有技术中的辐射管用的换热器加以改进，下面将要介绍的技术方案便是在这种背景下产生的。

发明内容

本实用新型的任务在于提供一种热交换充分而藉以降低外排烟气温度、节约能源和保护环境的辐射管用的换热器。

本实用新型的任务是这样来完成的，一种辐射管用的换热器，包括：一内管体，该内管体的一端具有废气进气口，而另一端具有废气出气口；一外管体，位于所述内管体外，与内管体连接并且与内管体隔绝，该外管体的一端具有助燃气进气口，而另一端具有一助燃气出气口，所述内管体的管腔构成为管程，而所述外管体的内壁与内管体的外壁之间的空间构成为壳程，特征在于：所述的内管体和所述的外管体均为圆弧过渡连接的弯管结构，在所述的管程中并且沿管程的长度方向设置有管程螺旋导流板，而在所述的壳程中并且沿壳程的长度方向设置有壳程螺旋导流板，所述的废气进气口和废气出气口均与所述的管程相通，而所述的助燃气进气口和助燃气出气口均与所述的壳程相通。

在本实用新型的一个具体的实施例中，所述的圆弧过渡连接的弯管结构为九十度圆弧过渡的弯管结构。

在本实用新型的另一个具体的实施例中，所述外管体的一端具有第一端面封盖，另一端具有第二端面封盖，所述内管体的一端端面与第一端面封盖密封连接，而内管体的另一端端面与第二端面封盖密封连接，所述的废气进气口开设在第一端面封盖上，而所述的废气出气口固接在第二端面封盖上，所述第一端面封盖朝向所述管程的一侧的中央密封连接有一出气中心管，该出气中心管位于管程内，在出气中心管的管壁上连接有一组出气中心管支管，各出气中心管支管与出气中心管的管腔相通，并且与所述的壳程相通，所述的助燃气出气口与出气中心管的管腔相通。

在本实用新型的又一个具体的实施例中，所述的一组出气中心管支管的数量为2-6根，并且围绕所述出气中心管的圆周方向等距间隔。

在本实用新型的再一个具体的实施例中，所述的一组出气中心管支管的数量为3根，并且围绕所述出气中心管的圆周方向呈120°间隔。

在本实用新型的还有一个具体的实施例中，所述的废气进气口的数量有一组，在所述的第一端面封盖上以圆周排列方式间隔开设。

本实用新型提供的技术方案由于将内、外管体构成为圆弧过渡连接的弯管结构，并且在管程内设置了管程螺旋导流板以及在壳程内设置了壳程螺旋导流板，从而在不增大内、外管体的尺寸的前提下使换热面积得以扩展并且使热交换效率显著改善，从废气出气口排出的废气温度从已有技术的400-600℃降至150℃以下，既有利于节能，又有助于保护环境。

附图说明

图1为本实用新型辐射管用换热器的立体结构暨使用状态的示意图。

图2为图1的剖视图。

具体实施方式

为了使专利局的审查员尤其是公众能够更加清楚地理解本实用新型的技术实质和有益效果，申请人将在下面以实施例的方式结合附图作详细说明，但是对实施例的描述均不是对本实用新型方案的限制，任何依据本实用新型构思所作出的仅仅为形式上的而非实质性的等效变换都应视为本实用新型的技术方案范畴。

实施例兼应用例：

敬请参见图1和图2，给出了两者彼此相互连接又相互隔绝的内、外管体1、2，依据常识，外管体2位于内管体1外，外管体2的一端端面即目前由图示位置状态的右端端面具有一第一端面封盖24，而外管体2的另一端端面即图示的左端端面具有一第二端面封盖25，由第一、第二端面封盖24、25使外管体2形成封闭。内管体1的一端端面即图示的右端端面与前述的第一端面封盖24密封连接，而内管体1的另一端端面即图示的左端端面与前述的第二端面封盖25密封连接，从而使内、外管体1、2实现彼此连接。内管体1具有废气进、出气口11、12，废气进气口11的数量有一组，图1中虽然示意了8个，但显然不应受到图示数量的限制，一组废气进气口11开设在第一端面封盖24上，并且呈圆周间隔分布；废气出气口12连接在第二端面封盖25上。内管体的管腔构成为管程13，由废气进气口11引入的高温废气经管程13后从废气出气口12排出。外管体2具有助燃气进、出气口21、22，助燃气出气口22连接在外管体2的一端即图示的右端的侧部；助燃气进气口21连接在外管体2的另一端即图示的左端的侧部。外管体2的内壁与内管体1的外壁之间构成的空间为壳程23，壳程23也可称为热交换腔，由助燃气进气口21引入的外界空气经壳程23换热后由助燃气出气口22引出。由上述说明可知，内、外管体1、2是彼此隔绝的，即壳程23与管程13是密封分隔的。

前述的第一端面封盖24在朝向管程13的一侧密封固定有一出气中心管241，出气中心管241位于管程13内，与管程隔绝，并且在该出气中心管241上延接一组出气中心管支管2411，一组出气中心管支管2411的数量优选为2-6根，较好地为2-4根，更好地为3根，本实施例选择3根出气中心管支管2411，这三根出气中心管支管2411围绕出气中心管241以120°间隔分布，各出气中心管支管2411与出气中心管241的管腔相通，并且同时与前述的壳程23相通。前述的助燃气出气口22经壳程23并且探入到管程13中与出气中心管支管241配接，并且与出气中心管241的管腔相通。壳程中的经过换热后温度升高的助燃空气从出气中心管支管2411的管腔进入(汇入)出气中心管241的管腔，进而从助燃气出气口22引出使用。

继续见图1和图2，作为本实用新型提供的技术方案的技术要点，将内、外管体1、2设计成均以九十度(90°)圆弧过渡的弯管结构，也就是说，内、外管体1、2各有一以图示位置状态为例的竖直管段、圆弧过渡管段和水平管段，各由这三个管段而构成为弯管结构的内、外管体1、2，圆弧过渡管段位于竖直管段与水平管段之间，并且使竖直管段与水平管段之间构成弯曲90°的关系。从形象或称形状而言，内、外管体1、2趋向于香蕉形。在前述的管程13中并且沿管程13的长度方向固设有管程螺旋导流板131，并且在前述的壳程23中沿壳程23的长度方向固设有壳程螺旋导流板231。于是，由于管程13中的空气为高温热烟气，而壳程23中的空气为外界常温的洁净的助燃空气，因此从助燃气进气口21引入的空气在壳程23内经壳程螺旋导流板231后变为热空气由助燃气出气口22引出；而从废气进气口11引入到管程13中的高温热烟气经管程13中的管程螺旋导流板23后，变为低温的并且温度在150℃以下的低温烟气由废气出气口12引出，150℃以下的热能在一定程度上不再具有利用价值。

由上述说明可知，管程13内的废烟气在管程螺旋导流板131的作用下以螺旋状流动，而从鼓风机鼓入的助燃空气在壳程23内的壳程螺旋导流板231的作用下同样以螺旋状流动。由于废气进气口11与助燃气进气口21呈对角位置关系，又由于废气出气口12与助燃气出气口22呈对角位置关系，因此高热废气与助燃空气分别在管程13和壳程23内进行对流，流动过程中高热废气所含的热量充分地交换给壳程23中的助燃空气，从而达到充分利用热能的目的。同时，空气在外层流动，对热量散发起到屏蔽作用，有利于减少高温废气对外界的热辐射影响，改善工作环境。更具体地讲，管程13流通高温废气，而外部的壳程23流通低温的助燃空气，其两者的流向相反，因此外管部分的温度较低，对外热辐射小，对环境温度影响不大，也提高了热交换效果。另外，本换热器的管程13和壳程23均分别设有管、壳程螺旋导流板131、231，气流不能直接由入口流向出口，只能沿着螺旋通道流动，这样就能使气流充分与热交换器壁进行对流热交换，以最大限度利用热能。再者，为了减小气流阻力，本换热器在转角处以圆弧过渡，避免了直角的紊流阻力。

依然见图1和图2，为了便于公众的理解，申请人在图中示出了辐射管3，将外管体2携内管体1的一部分即图示的右端从辐射管3的末端伸进辐射管3的内部，优选的方案还可在外管体2的外壁与辐射管3的内壁之间设置密封圈31。

综合申请人的对实施例的说明，由于在管程13内设置了管程螺旋导流板131，以及同时在壳程23内设置了壳程螺旋导流板231，因此，能使气体呈紊流状态流动，能与换热媒体发生冲击作用，从而产生充分的热交换。然而前述的即申请人在背景技术中所提及的辐射状的热交换及翅片均使气体呈接近层流的状态流动，其方向与换热媒体平行，没有冲击作用，因而热交换是不充分的。本实用新型提供的管、壳程螺旋导流板131、231能使气体的流速降低，使热交换时间延长，体现理想的热交换效果。还有，螺旋导流板对气体的阻力较小，对动能的损失较小。

Claims (6)

1.一种辐射管用的换热器，包括：一内管体(1)，该内管体(1)的一端具有废气进气口(11)，而另一端具有废气出气口(12)；一外管体(2)，位于所述内管体(1)外，与内管体(1)连接并且与内管体(1)隔绝，该外管体(2)的一端具有助燃气进气口(21)，而另一端具有一助燃气出气口(22)，所述内管体(1)的管腔构成为管程(13)，而所述外管体(2)的内壁与内管体(1)的外壁之间的空间构成为壳程(23)，其特征在于：所述的内管体(1)和所述的外管体(2)均为圆弧过渡连接的弯管结构，在所述的管程(13)中并且沿管程(13)的长度方向设置有管程螺旋导流板(131)，而在所述的壳程(23)中并且沿壳程(23)的长度方向设置有壳程螺旋导流板(231)，所述的废气进气口(11)和废气出气口(12)均与所述的管程(13)相通，而所述的助燃气进气口(21)和助燃气出气口(22)均与所述的壳程(23)相通。

2.根据权利要求1所述的辐射管用的换热器，其特征在于所述的圆弧过渡连接的弯管结构为九十度圆弧过渡的弯管结构。

3.根据权利要求1所述的辐射管用的换热器，其特征在于所述外管体(2)的一端具有第一端面封盖(24)，另一端具有第二端面封盖(25)，所述内管体(1)的一端端面与第一端面封盖(24)密封连接，而内管体(1)的另一端端面与第二端面封盖(25)密封连接，所述的废气进气口(11)开设在第一端面封盖(24)上，而所述的废气出气口(12)固接在第二端面封盖(25)上，所述第一端面封盖(24)朝向所述管程(13)的一侧的中央密封连接有一出气中心管(241)，该出气中心管(241)位于管程(13)内，在出气中心管(241)的管壁上连接有一组出气中心管支管(2411)，各出气中心管支管(2411)与出气中心管(241)的管腔相通，并且与所述的壳程(23)相通，所述的助燃气出气口(22)与出气中心管(241)的管腔相通。

4.根据权利要求3所述的辐射管用的换热器，其特征在于所述的一组出气中心管支管(2411)的数量为2-6根，并且围绕所述出气中心管(241)的圆周方向等距间隔。

5.根据权利要求4所述的辐射管用的换热器，其特征在于所述的一组出气中心管支管(2411)的数量为3根，并且围绕所述出气中心管(241)的圆周方向呈120°间隔。

6.根据权利要求3所述的辐射管用的换热器，其特征在于所述的废气进气口(11)的数量有一组，在所述的第一端面封盖(24)上以圆周排列方式间隔开设。

Images