CN210426197U - 编织填料式超高温超高压换热器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供编织填料式超高温超高压换热器，主要包括编织换热管排、汇集管、细管、分支管、外壳等，细管分别与进出的分支管连接，细管通过中间隔离杆编织成连续“8”字形管排；分支管一端封闭，另一端接入汇集管，形成编织填料式换热芯体；按热冷流体逆流或错流方式将换热芯体装入壳体内，形成管壳式超高温超高压换热器，强化细管内外传热，消除了高温膨胀导致变形和泄漏的隐患，实现了薄壁管超高压超高温强化换热的效果。
Description
一、技术领域
本发明涉及化工换热器领域，特别地，涉及超临界气体高温高压换热。
二、背景技术
换热器被广泛应用到电力、石油化工、航空航天、海洋工程、船舶和核电等工业领域，可以实现不同工质之间的热量交换，而现有的各类换热器普遍存在换热面积密度低，体积重量大，抗高温高压性能差，传热效率低等问题。特别是随着超临界CO2发电的研发和推广应用，传统焊接方式建造的换热器无法满足高温超高压介质的使用要求，亟需采用耐高温高压的新型高效换热设备。
1985年，Heatric公司提出的印刷电路板式换热器(PCHE)是一种传热性能优良，高效率的细微通道紧凑型板式换热器，换热板上采用蚀刻方式一体成型，紧密地布置有很多周期性的通道，多块换热板采用扩散焊接构成芯体，不同种类的冷热流体(空气、氦气、水以及超临界二氧化碳等)在该半圆形截面的通道内流动，并发生换热，具有耐高温(700℃)、耐高压 (50MPa)、超高效(高达98％)、低压降、高紧凑度(传统管壳式换热器1/6～1/4)、耐腐蚀、寿命长等诸多优点。
传统的PCHE金属板表面的流道是通过复杂的电化学蚀刻加工而成，这使得PCHE成本很高。采用机械加工生产PCHE流道，有望降低成本低、提高加工速度，但直接采用机械加工PCHE金属板会导致PCHE失效。再者，板片叠加方法在换热器制备过程中进出口承受高温高压结构设计困难，难免会有制造偏差，造成流体的泄漏损失和额外的阻力损失，在一定程度上降低了换热器的换热性能。其次高温换热介质会对换热器流道造成较大的热膨胀效应，缩短换热器的使用寿命。另外PCHE要求换热流体均为清洁流体，集尘堵塞清洗特别困难。因此，亟需一种新的换热设备解决上述问题。
三、发明内容
本发明的目的就是为了克服现有印刷电路板式换热器技术存在的上述缺陷和不足而提供一种编织填料式超高温超高压换热器，利用三级管径分级分流和合流，解决超高压流体超大压差高温薄壁管换热与强化、降低造价难题；利用细管连续“8”字形编织，优化流体流动流动，强化换热，吸收细管的高温膨胀；利用分支管和汇集管的错位承插式连接，解决冷热流体进出口承受高温高压的强度结构设计难题；利用编织填料式换热芯体分组装入壳体，解决多股流体梯级紧凑式换热的难题；通过超高压清洁流体管程换热，解决印刷电路板式换热器清灰除尘的难题。
本发明的技术方案：
本发明提供编织填料式超高温超高压换热器，主要包括编织换热管排、分支管、汇集管、细管、外壳等，分支管和汇集管的一端头部封闭、另一端作为开口端；分支管在径向中下部的两侧对称设置“八”字形细管接管、轴向每侧相邻的细管接管上下错位排列；每根细管的两端分别与进口和出口分支管对应的细管接管进行承插式连接，分支管两侧的细管通过中间隔离杆交错编织，成连续“8”字形交替排列的一组管排；进口和出口的汇集管一侧分别设置有上下错位排列的分支管接管，与对应的分支管管排开口端承插式连接，形成编织填料式换热芯体；按热冷流体逆流或错流方式将换热芯体装入壳体内，形成管壳式超高温超高压换热器。
细管直径为1-10mm，壁厚为0.2-2mm。
分支管的直径为细管的2倍以上，分支管的细管接管数量不小于4。
汇集管的直径为分支管的2倍以上，汇集管的的分支管接管数量不小于2。
细管、分支管、汇集管和壳体可以是同一材质，也可以是不同材质。
编织填料式换热芯体分组装入壳体内，组数不小于1，管程内为超高压清洁流体，各组编织填料式换热芯体的管程为同一种或不同种流体。
四、附图说明
图1是本发明的编织填料式超高温超高压换热器整体结构示意图。
图2为编织填料式超高温超高压换热器的管排的结构示意图；
图3为编织填料式超高温超高压换热器的管排的分支管结构示意图；
图4为编织填料式超高温超高压换热器的管排的汇集管结构示意图；
图5为连续“8”字形细管编织结构示意图。
附图图面的设明如下：1.高温气体出口、2.高温气体入口、3.壳体、4.换热芯体、5.汇集管、6.细管、7.分支管、8.细管接管、9.分支管接管。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明做出进一步的说明。
分支管(7)和汇集管(5)的一端头部封闭、另一端作为开口端；分支管(7)在径向中下部的两侧对称设置“八”字形细管接管(8)、轴向每侧相邻的细管接管(8)上下错位排列，如图3；每根细管(6)的两端分别与进口和出口分支管(7)对应的细管接管(8)进行承插式连接，分支管(7)两侧的细管(6)通过中间隔离杆交错编织，成连续“8”字形交替排列的一组管排，如图5；进口和出口的汇集管(5)一侧分别设置有上下错位排列的分支管接管 (9)，与对应的分支管(7)管排开口端承插式连接，形成编织填料式换热芯体(4)；按热冷流体逆流或错流方式将换热芯体(4)装入壳体(3)内，壳体上下接有高温气体出口(1)和高温气体入口(2)，形成管壳式超高温超高压换热器。
细管(6)直径为1-10mm，壁厚为0.2-2mm。
分支管(7)的直径为细管(6)的2倍以上，分支管(7)的细管接管(8)数量不小于 4。
汇集管(5)的直径为分支管(7)的2倍以上，汇集管(5)的的分支管接管(9)数量不小于2。
细管(6)、分支管(7)、汇集管(5)和壳体(3)可以是同一材质，也可以是不同材质。
编织填料式换热芯体(4)分组装入壳体(3)内，组数不小于1，管程内为超高压清洁流体，各组编织填料式换热芯体(4)的管程为同一种或不同种流体。
综上所述，本发明提供的一种编织填料式超高温超高压换热器，通过三级管径分级分流和合流，可承受120MPa的高压，细管薄壁换热效率高达95％以上；连续“8”字形编织在优化流体流道、降低压降的同时解决了细管高温膨胀难题，可承受高达1250℃的高温；换热芯体分组装入壳体，提高管壳式换热器的紧凑度，仅为传统管壳式换热器1/4～1/3，清灰除尘方便，寿命大大延长。
Claims (6)
1.编织填料式超高温超高压换热器，其特征在于分支管和汇集管的一端头部封闭、另一端作为开口端；分支管在径向中下部的两侧对称设置“八”字形细管接管、轴向每侧相邻的细管接管上下错位排列；每根细管的两端分别与进口和出口分支管对应的细管接管进行承插式连接，分支管两侧的细管通过中间隔离杆交错编织，成连续“8”字形交替排列的一组管排；进口和出口的汇集管一侧分别设置有上下错位排列的分支管接管，与对应的分支管管排开口端承插式连接，形成编织填料式换热芯体；按热冷流体逆流或错流方式将换热芯体装入壳体内，形成管壳式超高温超高压换热器。
2.根据权利要求1所述的编织填料式超高温超高压换热器，其特征在于细管直径为1-10mm，壁厚为0.2-2mm。
3.根据权利要求1所述的编织填料式超高温超高压换热器，其特征在于分支管的直径为细管的2倍以上，分支管的细管接管数量不小于4。
4.根据权利要求1所述的编织填料式超高温超高压换热器，其特征在于汇集管的直径为分支管的2倍以上，汇集管的分支管接管数量不小于2。
5.根据权利要求1所述的编织填料式超高温超高压换热器，其特征在于细管、分支管、汇集管和壳体可以是同一材质或不同材质。
6.根据权利要求1所述的编织填料式超高温超高压换热器，其特征在于编织填料式换热芯体分组装入壳体内，组数不小于1，管程内为超高压清洁流体，各组编织填料式换热芯体的管程为同一种或不同种流体。
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