CN212227812U - 一种热交换器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种热交换器，包括外壳和多根中空管形成的管束；外壳包括壳体和第一端盖、第二端盖；管束的两端部分别固定至第一端板和第二端板中，第一端板和第二端板分别固定至外壳；外壳具有第一接头、第二接头、第三接头和第四接头，第一接头和第二接头与中空管的内部连通以供管程流体通过，第三接头和第四接头与壳体的内部连通以供壳程流体通过；第三接头和第四接头位于外壳的侧壁，并朝向管束延伸；第三接头和/或第四接头与管束的外周之间具有用于减小流体流动至第三接头和/或第四接头正对管束外周的区域内的流动阻力的减阻区。本实用新型的减阻区可以避免形成流动死角，增加壳体内流体流动的不均匀性，提高换热效率。

Description

一种热交换器

技术领域

本实用新型属于换热装置技术领域，尤其是涉及一种热交换器。

背景技术

热交换器是用来使热量从热流体传递到冷流体，以满足规定的工艺要求的装置，是对流传热及热传导的一种工业应用。

美国专利US3228456公开了一种换热器，该热交换器包括壳体、位于壳体内部的管束及密封固定于壳体两端的两端盖，两端盖分别设有一个入口管和一个出口管，以供管内流体流入和流出，壳体两侧各具有一个进液管和一个出液管，供管外流体流入和流出。该热交换器中，为了提高管外流体的利用率，壳体的进液管和出液管通常位于壳体的端部及端板附近。

其中，管束均匀固定于端板上，端板的端部和壳体的端部与端盖形成密封连接。

由于管束均匀固定于端板上，管束的外壁与进液管和出液管间的距离都比较小，由流体由进液管流入壳体内部时，管束的外壁直接对流入壳体内部的流体产生较大的流动阻力，即由进液管流入的流体由于管束的外壁的阻力作用，流速大幅减小，传热速率大幅降低；同样地，出液管与管束的外壁间的距离也比较小，管束的外壁对到达出液管附近的流体也产生比较大的阻力作用，流体流速也大幅减小，传热速率也进一步降低。

该换热器中，进液管和出液管位于壳体的端部，由于管束的外壁与进液管和出液管的距离较小，从而对壳体的端部附近的流体流动产生额外的阻力作用，导致壳体的端部附近流体的传热速率和效率较低。

因此，需要改进换热器的结构，解决现有的换热器的壳体端部附近区域换热速率和效率较低的问题。

实用新型内容

为了克服现有技术的不足，本实用新型提供一种增大了管束的外周与进液管和出液管中至少一个之间的距离，使得正对进液管和/或出液管的管束内流动阻力减小，布水更加均匀，传热效率更高的热交换器。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种热交换器，包括外壳和位于外壳内部多根中空管形成的管束；

所述外壳包括具有敞开的两端的壳体和分别密封连接于壳体两端的第一端盖和第二端盖；

所述管束的两端部分别密封固定至第一端板和第二端板中，所述第一端板和第二端板分别固定至所述外壳的两端；

所述外壳具有第一接头、第二接头、第三接头和第四接头，所述第一接头和第二接头与中空管的内部连通以供管程流体通过，所述第三接头和第四接头与壳体的内部连通以供壳程流体通过；

所述第三接头和第四接头位于所述外壳的侧壁，并朝向所述管束延伸；

所述第三接头和/或第四接头与管束的外周之间具有用于减小流体流动至第三接头和/或第四接头正对管束外周的区域内的流动阻力的减阻区。

现有的换热器中，由于管束均匀固定于端板上，管束的外壁与进液管和出液管间的距离都比较小，由流体由进液管流入壳体内部时，管束的外周直接对流入壳体内部的流体产生较大的流动阻力，即由进液管流入的流体由于管束的外壁的阻力作用，流速大幅减小，传热速率大幅降低；同样地，出液管与管束的外周间的距离也比较小，管束的外壁对到达出液管附近的流体也产生比较大的阻力作用，流体流速也大幅减小，传热速率也进一步降低。

该换热器中，进液管和出液管位于壳体的端部，壳体端部附近本身就容易形成流动死角，换热效率和速率比其他区域低，而当管束的外壁与进液管和出液管的距离又比较小，其又对壳体的端部附近的流体流动产生额外的阻力作用，导致壳体的端部附近流体的传热速率和效率降低。

本实用新型的热交换器在管束的外周正对第三接头和/或第四接头的区域形成减阻区，从而对流至该区域内的流体形成一个缓冲作用，减小流体在该区域内的流动阻力，便于流体快速地布满管束的外周与外壳的内壁间的空间内，并提高流体流动的不均匀性，增大换热速率。

进一步的，所述管束的两端部在第一端板和第二端板中朝着远离第三接头和/或第四接头的方向布置。

管束在端板上偏心排布，外壳的第三接头和第四接头紧靠着两个端板，管束的靠近端板的区域偏离外壳的第三接头和第四接头中的至少一个，靠近端板及外壳的端部附近区域、管束的外周与外壳的内壁间的空隙的形状变得不规则，壳程流体在端板附近的流动的不均匀性增大，其可加快换热速率；同时，由于管束的靠近端板的区域偏离外壳的第三接头和第四接头中的至少一个，其增大了端板附近的管束的外周与进液管和出液管间的距离，可缓冲对流体流动产生的阻力作用，流体流速降低的幅度减小，因而与现有的换热器相比，本实用新型提供的换热器的换热速率和效率更高。

进一步的，所述管束的两端部的中心偏离所述第一端板的中心和第二端板的中心的偏心率为7-10％。

进一步的，从所述外壳的端部看，所述第三接头和第四接头之间的夹角为0°。

进一步的，从所述外壳的端部看，所述第三接头和第四接头之间的夹角为180°。

进一步的，所述管束在第一端板和第二端板之间沿着平行于外壳的轴向的方向延伸，所述减阻区从该管束的外周沿着外壳的径向延伸至第三接头和第四接头所在侧外壳的内壁。

管束整体下移使得其中心偏离外壳的中心，从而在管束的外周的上方与外壳的内壁间形成减阻区，该减阻区沿着外壳的轴向在第一端板和第二端板之间延伸，并且该减阻区从管束的外周沿着外壳的径向延伸至第三接头和第四接头所在侧外壳的内壁，即该减阻区不仅包括第三接头和第四接头正对管束的外周间的区域，整个管束的外周的上方与第三接头和第四接头所在侧外壳的内壁间的区域形成一体的减阻区，在该整个减阻区内，流体流动的阻力减小，并能快速布满管束的外周与外壳的内壁间的全部空间，换热速率和效率均能得到改善。

进一步的，所述管束在第一端板和第二端板之间倾斜延伸，所述减阻区包括所述第三接头与管束一端的外周之间的区域构成的第一减阻区和所述第四接头与管束另一端的外周之间的区域构成的第二减阻区。

第三接头与管束一端的外周之间的区域构成的第一减阻区和第四接头与管束另一端的外周之间的区域构成的第二减阻区，上述两个减阻区内壳程流体的流动的阻力减小、不均匀性增大，换热速率和换热效率均得到改善。

针对第三接头和第四接头与壳体呈Z形排布的结构，将减阻区分为两个区域，第一减阻区正对第三接头，第二减阻区正对第四接头，两个减阻区内壳程流体的流动阻力减小，流体可快速地从第一减阻区和第二减阻区流至管束的外周和外壳的内壁间的整个空间，提高了换热效率。

进一步的，所述减阻区的宽度不均匀，从所述外壳的中心面朝着第三接头和/或第四接头所在侧的方向，所述减阻区的宽度逐渐变大。

减阻区靠近第三接头和/或第四接头的区域宽度最大，减小阻力作用发挥最大。

进一步的，所述第一端板的前端面与第三接头之间的距离为1mm-5mm，所述第二端板的前端面与第四接头之间的距离为1mm-5mm。

当管束呈一定程度的扭曲时，其靠近第一端板和第二端板附近的区域扭曲程度相对较小，与管束的其他区域相比，该区域与壳体内壁之间的间隙比较大，当将第三接头和第四接头设置在靠近第一端板和第二端板位置附近时，管束的靠近第一端板和第二端板附近的区域与第三接头和第四接头间的距离就比较大，进一步减小流体在该区域内的流动阻力，加快换热速率。

进一步的，所述第一端板和第二端板均包括圆盘状的主体和突出形成于主体的末端面的整个外边沿的环状凸缘，所述管束的两端部密封于主体中，所述环状凸缘偏心地包绕于所述管束的外周。

端板附近管束的外周与外壳的内壁间的空隙的形状不对称，进而增大壳程流体流动的不均匀性，加快换热速率；管束整体在端板上偏心布置，确保环状凸缘具有足够的宽度以便于与端盖形成可靠的密封连接。

本实用新型的有益效果是：位于端板附近的管束的外周与壳体的内壁间的空隙形状不对称，并形成减小流体流动至第三接头和/或第四接头正对管束外周的区域内的流动阻力的减阻区，避免在第三接头和/或第四接头正对区域的管束内形成流动死角，增加壳体内流体流动的不均匀性，改善布水效果，加快端板附近流体的换热速率，提高换热效率。

附图说明

图1为本实用新型提供的实施例1中热交换器的主视图。

图2为本实用新型提供的另一种外壳的剖视图。

图3为本实用新型提供的实施例1中的管束通过端板定位于图1提供的壳体内部后的剖视图。

图4为本实用新型提供的实施例1中第一端板的剖视图。

图5为本实用新型提供的实施例1中第一端板、第一端盖和壳体的装配结构示意图。

图6为本实用新型提供的实施例1中热交换器的径向剖视图。

图7为本实用新型提供的实施例1中管束一端与第一端板的位置关系示意图。

图8为本实用新型提供的实施例2中的管束通过端板定位于图1提供的壳体内部后的剖视图。

图9为本实用新型提供的实施例3中的管束通过端板定位于另一种结构的壳体内部后的剖视图。

其中，1-外壳，2-中空管，21-管束，3-壳体，41-第一端盖，42-第二端盖，51-第一端板，511-主体，512-环状凸缘，513-开孔，52-第二端板，61-第一接头，62-第二接头，63-第三接头，64-第四接头，7-减阻区，71-第一减阻区，72-第二减阻区。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好的理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都应当属于本实用新型保护的范围。

实施例1

如图1-7所示，一种热交换器，包括外壳1和位于外壳1内部的多根中空管2；外壳1又包括具有敞开的两端的壳体3和分别密封连接在壳体3两端的第一端盖41和第二端盖42；多根中空管2间隔排列形成管束21，多根中空管2以管束21的中心为圆心排列形成多个同心圆，相邻的两个同心圆之间间距相等，其两端部分别密封固定连接在第一端板51和第二端板52中，第一端板51和第二端板52分别密封固定于外壳1的两端，本实施例中，第一端板51和第二端板52正好分别密封固定于壳体3的两端。

中空管2可以是直线管状结构，也可以是带有柔性的、螺旋状延伸结构，特别是圆柱螺旋线结构，或者是具有一定程度的扭曲。

外壳1具有第一接头61、第二接头62、第三接头63和第四接头64；第一接头61和第二接头62与中空管2的内部相连通，从而管程流体在中空管2内流通；第三接头63和第四接头64与壳体3的内部相连通，从而壳程流体在壳体3内、位于中空管2外的空间流通。其中，第三接头63和第四接头64位于外壳1的侧壁，并朝向管束21延伸。

本实施例中，壳体3靠近其敞开的一端的侧壁上形成有第三接头63，壳体3靠近其敞开的另一端的侧壁上形成有第四接头64，第三接头63和第四接头64位于外壳1的侧壁，并朝向管束21延伸，即第三接头63和第四接头64的延伸方向与外壳1的径向相平行；第三接头63和第一端板51的前端面之间距离为1mm-5mm，即图3中S1为1mm-5mm；第四接头64和第二端板52的前端面之间距离也为1mm-5mm，即图3中S2为1mm-5mm；第三接头63和第四接头64位于壳体3的同一侧，即第三接头63和第四接头64与壳体3之间呈U形排布，此时从外壳1的端部看，第三接头63和第四接头64之间的夹角为0°。

当然，如图2所示，第一接头61和第三接头63也可以均设置在第一端盖41上，也就是说第一端盖41的筒状部分延长，在其筒状部分中形成第三接头63，第二端盖42的筒状部分也延长，在其筒状部分中形成第四接头64；第二接头62和第四接头64也可以均设置在第二端盖42上，也就是说第二端盖42的端面边缘向壳体3所在一侧垂直延伸，在该延伸段的侧壁上形成第四接头64，此时无需在壳体3侧壁设置接头。

虽然第三接头63和第四接头64的设置位置发生了变化，但是其仍然位于外壳1的同一侧的侧壁，即第三接头63和第四接头64与外壳1之间呈U形排布，即从外壳1的端部看，第三接头63和第四接头64之间的夹角为0°。

如图3所示，第三接头63和第四接头64与管束21的外周之间形成减阻区7，该减阻区7用于减小流体流动至第三接头63和第四接头64正对管束21外周的区域内的流动阻力。管束21在第一端板51和第二端板52之间沿着平行于外壳1轴向的方向延伸，减阻区7从管束21的外周沿着外壳1的径向延伸至第三接头63和第四接头64所在侧外壳1的内壁。

管束21的两个端部在第一端板51和第二端板52中都朝着远离第三接头63和第四接头64的方向布置。管束21的两端部的中心偏离第一端板51的中心和第二端板52的中心的偏心率为7-10％，即管束21端部的中心偏离第一端板51的中心的距离与第一端板51的半径的比值为7-10％，具体的，如图7所示，管束21端部中心偏离第一端板51的中心的距离为h，第一端板51的半径为R，h/R＝7-10％；管束21另一端部的中心偏离第二端板52的中心的距离与第二端板52的半径的比值也为7-10％。

管束21的中心和壳体3的中心不相重叠，中心面O经过外壳1的中心轴，第二中心面O1为经过管束21中心轴的水平面，中心面O和第二中心面O1相平行，且中心面O位于第二中心面O1的上方，从而管束21位于第二中心面O1下方的部分更靠近壳体3的中心面O下方的部分的内壁，管束21位于第二中心面O1上方的部分远离壳体3的中心面O上方的部分的内壁，形成一个较大的间隙腔，即所述的减阻区7。

减阻区7的宽度是不均匀的，从外壳1的中心面O朝着第三接头63和第四接头64所在侧的方向，减阻区7的宽度逐渐变大，即如图6所示，减阻区7顶部宽度最大，两侧宽度自上而下减小，底部的宽度最小。

如图6所示，可以更直观地看见，中心面O位于第二中心面O1的上方，减阻区7为由于管束21偏心布置在壳体3内而形成的空腔结构。

如图5所示，第一接头61位于第一端盖41上，第一端盖41同时与壳体3的一端和第一端板51的端部密封连接；第二接头62位于第二端盖42上，第二端盖42同时与壳体3的另一端和第二端板52的端部密封连接；于本实施例中，此处密封连接为焊接实现。

如图4所示，第一端板51包括呈圆盘状的主体511和突出主体511靠近第一端盖41所在一侧的末端面的环状凸缘512，环状凸缘512延伸主体511的整个外边沿设置。

管束21的其中一个端部密封固定在第一端板51的主体511中，具体的，主体511的厚度为10-25mm，在主体511上贯穿形成多个深度为10-25mm的开孔513，中空管2的外壁与开孔513的内壁密封连接，具体可以是焊接，而且中空管2的端面与开孔513的端面相齐平，即中空管2端部伸入主体511部分长度也为10-25mm，从而管束21的10-25mm长度的外壁与开孔513的整个内壁熔接在一起，提高了管束21与主体511的焊接强度，确保中空管2与开孔513间可靠的密封性，避免管程流体泄漏。

环状凸缘的厚度不均匀，其贴覆在第三接头63和第四接头64所在侧外壳1的内壁的区域的厚度大于贴覆在后者的相对侧的内壁的区域的厚度，从而环状凸缘512偏心地包绕在管束21的外周。环状凸缘512与管束21外周的距离沿周向并非处处相等，其贴覆于第三接头63和第四接头64所在侧外壳1的内壁的区域与管束21外周的距离相对较大，且其与第三接头63、第四接头64正对区域的部分与管束21的外周的距离最大，环状凸缘512的其余部分与管束21外周的距离相对较小；最大距离处宽度为最小距离处的宽度的1.5-3倍，确保环状凸缘512具有足够的宽度以便于与第一端盖41形成可靠的密封连接。

第一端盖41与壳体3密封连接时，其端面的部分与壳体3的第一端端面全部密封连接，壳体3的第一端端面和环状凸缘512的端面齐平，从而第一端盖41端面的另外部分同时与环状凸缘512的部分或全部密封连接。

中空管2一端和第一端板51形成可靠的密封连接，第一端盖41同时与壳体3、环状凸缘512形成可靠的密封连接，有效防止尚未流入中空管2内部或者由中空管2流出的管程流体泄漏至壳体3内部，与壳程流体混在一起。

第二端板52的结构与第一端板51的结构相同，中空管2的另一端部在第二端板52中的密封固定形式与中空管2的一端部在第一端板51中的密封固定形式相同，并且，第二端盖42与壳体3、第二端板52的密封连接结构与上述第一端盖41与壳体3、第一端板51的密封连接结构相同，不再赘述。

实施例2

如图8所示，本实施例与实施例1的不同之处在于，管束21在第一端板51和第二端板52之间倾斜延伸，管束21的延伸方向与壳体3的轴向间的夹角为锐角，即图8中α为锐角，第三接头63与管束21一端的外周之间的区域构成的第一减阻区71，第四接头64与管束21另一端的外周之间的区域构成的第二减阻区72，该第一减阻区71和第二减阻区72形成上述的减阻区7。

于本实施例中，第一减阻区71减小了流体流动至第三接头63正对管束21外周的区域内的流动阻力，第二减阻区72则可引导流体快速流向第四接头64，从而减少流体滞留，提高换热效率。

于其它实施例中，也可以将管束21的倾斜方向倒置，即此时第二减阻区72减小了流体流动至第四接头64正对管束21外周的区域内的流动阻力，第一减阻区71则可引导流体快速流向第三接头63，从而减少流体滞留，提高换热效率。

实施例3

如图9所示，本实施例与实施例2的不同之处在于，第三接头63和第四接头64不是位于壳体3的同一侧，其位于壳体3的两侧，即第三接头63和第四接头64与壳体3呈Z形排布。此时从外壳1的端部看，第三接头63和第四接头64呈180°的夹角。当然，于其他实施例中，此夹角可以根据热交换器现场的安装管路位置选择其他形式，如第三接头63和第四接头64的夹角为90°，或60°，或45°等。

第三接头63与管束21一端的外周之间的区域构成的第一减阻区71，第四接头64与管束21的另一端的外周之间的区域构成的第二减阻区72，第一减阻区71可减小流体流动至第三接头63正对管束21外周的区域内的流动阻力，第二减阻区72可减小流体流动至第四接头64正对管束21外周的区域内的流动阻力。

上述具体实施方式用来解释说明本实用新型，而不是对本实用新型进行限制，在本实用新型的精神和权利要求的保护范围内，对本实用新型作出的任何修改和改变，都落入本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种热交换器，包括外壳和位于外壳内部多根中空管形成的管束；

所述外壳包括具有敞开的两端的壳体和分别密封连接于壳体两端的第一端盖和第二端盖；

所述管束的两端部分别密封固定至第一端板和第二端板中，所述第一端板和第二端板分别固定至所述外壳的两端；

所述外壳具有第一接头、第二接头、第三接头和第四接头，所述第一接头和第二接头与中空管的内部连通以供管程流体通过，所述第三接头和第四接头与壳体的内部连通以供壳程流体通过；

所述第三接头和第四接头位于所述外壳的侧壁，并朝向所述管束延伸；

其特征在于：所述第三接头和/或第四接头与管束的外周之间具有用于减小流体流动至第三接头和/或第四接头正对管束外周的区域内的流动阻力的减阻区。

2.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于：所述管束的两端部在第一端板和第二端板中朝着远离第三接头和/或第四接头的方向布置。

3.根据权利要求1或2所述的热交换器，其特征在于：所述管束的两端部的中心偏离所述第一端板的中心和第二端板的中心的偏心率为7%-10%。

4.根据权利要求3所述的热交换器，其特征在于：从所述外壳的端部看，所述第三接头和第四接头之间的夹角为0°。

5.根据权利要求3所述的热交换器，其特征在于：从所述外壳的端部看，所述第三接头和第四接头之间的夹角为180°。

6.根据权利要求4所述的热交换器，其特征在于：所述管束在第一端板和第二端板之间沿着平行于外壳的轴向的方向延伸，所述减阻区从该管束的外周沿着外壳的径向延伸至第三接头和第四接头所在侧外壳的内壁。

7.根据权利要求5所述的热交换器，其特征在于：所述管束在第一端板和第二端板之间倾斜延伸，所述减阻区包括所述第三接头与管束一端的外周之间的区域构成的第一减阻区和所述第四接头与管束另一端的外周之间的区域构成的第二减阻区。

8.根据权利要求1或2所述的热交换器，其特征在于：所述减阻区的宽度不均匀，从所述外壳的中心面朝着第三接头和/或第四接头所在侧的方向，所述减阻区的宽度逐渐变大。

9.根据权利要求3所述的热交换器，其特征在于：所述第一端板的前端面与第三接头之间的距离为1 mm-5 mm，所述第二端板的前端面与第四接头之间的距离为1 mm-5 mm。

10.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于：所述第一端板和第二端板均包括圆盘状的主体和突出形成于主体的末端面的整个外边沿的环状凸缘，所述管束的两端部密封于主体中，所述环状凸缘偏心地包绕于所述管束的外周。

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