CN215572305U - 一种高效率换热器 - Google Patents

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CN215572305U CN202123192882.0U CN202123192882U CN215572305U CN 215572305 U CN215572305 U CN 215572305U CN 202123192882 U CN202123192882 U CN 202123192882U CN 215572305 U CN215572305 U CN 215572305U
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王翠明
王競一
徐海朋
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Shenyang Yijing Water Pump Manufacturing Co ltd
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Shenyang Yijing Water Pump Manufacturing Co ltd
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Abstract

本实用新型提供了一种高效率换热器，适用于换热设备技术领域，包括壳体、壳体法兰、侧板、冲洗水入口接头、冲洗水出口接头、冷却介质入口接头、蛇形管、端盖和冷却介质出口接头。本实用新型的高效率换热器具有结构简单，使用可靠，稳定性高的优点；同时，本实用新型的有效换热面积增大，从而使换热器的换热效率得到提升，对比传统的机械密封系统用的HR型换热器，本实用新型的换热效率可提高15%左右。

Description

一种高效率换热器
技术领域
本实用新型属于换热设备技术领域，涉及一种高效率换热器。
背景技术
换热器是一种在不同温度的两种或两种以上流体间实现物料之间热量传递的节能设备，是使热量由温度较高的流体传递给温度较低的流体，使流体温度达到流程规定的指标，以满足工艺条件的需要，同时也是提高能源利用率的主要设备之一。换热器行业涉及暖通、压力容器、中水处理设备，化工，石油等近30多种产业，相互形成产业链条。
间壁式换热器是应用最为广泛的换热器。间壁式换热器是温度不同的两种流体在被壁面分开的空间里流动，通过壁面的导热和流体在壁表面对流，两种流体之间进行换热。沉浸式蛇管换热器为间壁式换热器其中的一种，现有的沉浸式蛇管换热器，如机械密封系统用的HR型换热器具有容器内液体湍动程度低、管外给热系数小、换热效率慢的问题。
发明内容
为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种高效率换热器。
为了达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：一种高效率换热器，包括壳体、壳体法兰、侧板、冲洗水入口接头、冲洗水出口接头、冷却介质入口接头、蛇形管、端盖和冷却介质出口接头；所述壳体为两端开口的中空圆筒体结构，在壳体的内部设有蛇形管，壳体的一端开口处的外周面上设有壳体法兰，侧板通过螺钉与壳体法兰之间固定，端盖固定在壳体的另一端开口处的内周面上，在所述侧板上分别设有冲洗水入口接头、冲洗水出口接头和冷却介质入口接头，在端盖上设有冷却介质出口接头，所述蛇形管包括连续的第一平直段、螺旋段、竖直段、圆弧段及第二平直段，第一平直段的开口端与冲洗水入口接头相连通，螺旋段最末端与竖直段顶端相连，竖直段底端通过圆弧段与第二平直段相连通，第二平直段置于螺旋段内部，第二平直段的开口端与冲洗水出口接头相连通，所述螺旋段的螺距D不变，且螺距D为2.5cm，所述螺旋段的管体缠绕方向相同，管体的轴心线与竖直平面之间的夹角θ为12°。
进一步地，所述壳体的另一端开口处的内周面与端盖之间通过焊接方式固定。
进一步地，在所述侧板上设有第一排气旋塞，所述端盖上设有第二排气旋塞。
进一步地，在所述壳体与侧板的接触面之间设有O型密封圈。
进一步地，所述蛇形管的第一平直段和第二平直段与侧板之间通过焊接方式固定。
与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：
1、本实用新型的高效率换热器的蛇形管预先在壳体外部缠绕好一体成型，再装入到壳体内，蛇形管的第一平直段、第二平直段分别与侧板上的冲洗水入口接头、冲洗水出口接头连通，并且第一平直段与第二平直段与侧板之间进行焊接固定，具有结构简单，使用可靠，稳定性高的优点。
2、本实用新型通过将蛇形管中螺旋段的螺距D设计为2.5cm，螺旋段的蛇形管管体缠绕方向相同，蛇形管管体的轴心线与竖直平面之间的夹角θ设计为12°，使蛇形管的管路和壳体内冷却介质的接触面积增加，使热量交换的速度更快，有效换热面积增大，从而使换热器的换热效率得到提升，对比现有的机械密封系统用HR型换热器，本实用新型的换热效率可提高15%左右。
附图说明
图1是本实用新型的结构示意图；
图中：
1、壳体，2、壳体法兰，3、侧板，4、冲洗水入口接头，5、冲洗水出口接头，6、冷却介质入口接头，7、蛇形管，71、第一平直段，72、螺旋段，73、竖直段，74、圆弧段，75、第二平直段，8、端盖，9、冷却介质出口接头，10、螺钉，11、第一排气旋塞，12、第二排气旋塞，13、O型密封圈。
具体实施方式
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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
实施例
参照图1，一种高效率换热器，包括壳体1、壳体法兰2、侧板3、冲洗水入口接头4、冲洗水出口接头5、冷却介质入口接头6、蛇形管7、端盖8和冷却介质出口接头9；所述壳体1为两端开口的中空圆筒体结构，在壳体1的内部设有蛇形管7，壳体1的一端开口处的外周面上设有壳体法兰2，侧板3通过螺钉10与壳体法兰2之间固定，端盖8固定在壳体1的另一端开口处的内周面上，在所述侧板3上分别设有冲洗水入口接头4、冲洗水出口接头5和冷却介质入口接头6，冲洗水入口接头4位于冲洗水出口接头5的上方，且冲洗水出口接头5的位置邻近侧板3中心，在端盖8上设有冷却介质出口接头9，所述蛇形管7包括连续的第一平直段71、螺旋段72、竖直段73、圆弧段74及第二平直段75，第一平直段71的开口端与冲洗水入口接头4相连通，螺旋段72最末端与竖直段73顶端相连通，竖直段73底端通过圆弧段74与第二平直段75相连，第二平直段75置于螺旋段72内部，第二平直段75的开口端与冲洗水出口接头5相连通，所述螺旋段72的螺距D不变，且螺距D为2.5cm，所述螺旋段72的管体缠绕方向相同，管体的轴心线与竖直平面之间的夹角θ为12°。
所述壳体1的另一端开口处的内周面与端盖8之间通过焊接方式固定。
在所述侧板3上设有第一排气旋塞11，所述端盖8上设有第二排气旋塞12。
在所述壳体1与侧板3的接触面之间设有O型密封圈13，保证壳体1与侧板3之间的密封性。
所述蛇形管7的第一平直段71和第二平直段75与侧板3之间通过焊接方式固定。
所述蛇形管7采用304不锈钢材质、316L不锈钢材质或双相钢材质制成。
使用时，冲洗水从冲洗水入口接头4流入至蛇形管7内循环后，由冲洗水出口接头5流出，冷却介质从冷却介质入口接头6流入至壳体1中，对蛇形管7内的冲洗水进行冷却换热，再由冷却介质出口接头9流出，通过第一排气旋塞11或第二排气旋塞12可将气体排出。
本实用新型的换热器在使用时，冷却介质一般可选择水或氮气，以氮气为例，本实 用新型换热器的蛇形管管体的内径
Figure DEST_PATH_IMAGE001
为64mm，外径
Figure 295178DEST_PATH_IMAGE002
为68mm，蛇形管管体的总长度
Figure DEST_PATH_IMAGE003
为 15.55m，本实用新型改进后螺旋段72的管体的轴心线与竖直平面之间的夹角θ为12°，螺旋 段72的螺距D不变，且螺距D为2.5cm，现有的机械密封系统用HR型换热器采用与本实用新型 相同规格和长度的蛇形管，蛇形管管体的轴心线与竖直平面之间的夹角θ为8°，螺距为 1.9cm。本实用新型换热器壳体1的轴向长度
Figure 822105DEST_PATH_IMAGE004
为2.5m，壳体1的内径
Figure DEST_PATH_IMAGE005
为1m，现有的机械 密封系统用HR型换热器壳体的轴向长度
Figure 477208DEST_PATH_IMAGE006
为1.9m，壳体的内径与本实用新型壳体1的内 径
Figure 403576DEST_PATH_IMAGE005
相等，本实用新型换热器及现有的机械密封系统用HR型换热器的蛇形管为管程，管程 介质为冲洗水，壳体为壳程，壳程介质为氮气，计算本实用新型换热器及现有的机械密封系 统用HR型换热器的有效换热面积，具体计算过程如下：
（1）本实用新型的换热器的管程和壳程各参数如下：
管程：冲洗水的流量为68000kg/h，比热为1kcal/kg，进口温度
Figure DEST_PATH_IMAGE007
，出口温 度
Figure 280265DEST_PATH_IMAGE008
。
壳程：氮气的流量为21936kg/h，比热为0.25kcal/kg，进口温度
Figure DEST_PATH_IMAGE009
，出口 温度
Figure 915777DEST_PATH_IMAGE010
。
计算本实用新型换热器的有效换热面积F1，具体计算过程如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE011
其中，
Figure 979548DEST_PATH_IMAGE012
为本实用新型换热器的有效换热面积，
Figure DEST_PATH_IMAGE013
为本实用新型换热器总的换 热量，
Figure 785306DEST_PATH_IMAGE014
为本实用新型换热器的污垢系数，在常温常压条件下
Figure 719763DEST_PATH_IMAGE014
取1，
Figure DEST_PATH_IMAGE015
为本实用新型换 热器的传热系数，
Figure 57335DEST_PATH_IMAGE016
为本实用新型换热器的对数平均温差；
Figure DEST_PATH_IMAGE017
其中，
Figure 624714DEST_PATH_IMAGE018
表示本实用新型换热器的壳程进口与管程进口的温度差；
Figure DEST_PATH_IMAGE019
表示本 实用新型换热器的壳程出口与管程出口的温度差；
Figure 220780DEST_PATH_IMAGE020
Figure DEST_PATH_IMAGE021
因此，
Figure 291635DEST_PATH_IMAGE022
。
Figure DEST_PATH_IMAGE023
其中，
Figure 68617DEST_PATH_IMAGE024
为本实用新型换热器总的换热量，
Figure DEST_PATH_IMAGE025
是冲洗水的流量，
Figure 903718DEST_PATH_IMAGE026
是冲洗水的 比热，
Figure 257470DEST_PATH_IMAGE007
，
Figure 166520DEST_PATH_IMAGE008
；
因此，
Figure DEST_PATH_IMAGE027
。
Figure 314736DEST_PATH_IMAGE028
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE029
为本实用新型换热器的传热系数，
Figure 637133DEST_PATH_IMAGE030
为本实用新型换热器总的换热 量，
Figure DEST_PATH_IMAGE031
为本实用新型换热器的对数平均温差，e为氮气的热阻系数，在常温常压条件下e 取50；
Figure 325734DEST_PATH_IMAGE032
为本实用新型换热器内部参与换热的面积；
Figure DEST_PATH_IMAGE033
Figure 368252DEST_PATH_IMAGE034
Figure DEST_PATH_IMAGE035
其中，
Figure 280845DEST_PATH_IMAGE036
为本实用新型换热器蛇形管参与换热的面积，
Figure DEST_PATH_IMAGE037
为本实用新型换热 器壳体参与换热的面积，
Figure 293800DEST_PATH_IMAGE001
为蛇形管管体的内径，
Figure 707464DEST_PATH_IMAGE002
为蛇形管管体的外径，
Figure 76259DEST_PATH_IMAGE003
为蛇形管管 体的总长度；
Figure 549966DEST_PATH_IMAGE005
为本实用新型换热器壳体的内径，
Figure 315797DEST_PATH_IMAGE004
为本实用新型换热器壳体的轴向长 度；
因此，
Figure 752725DEST_PATH_IMAGE038
。
Figure DEST_PATH_IMAGE039
因此，
Figure 84350DEST_PATH_IMAGE040
。
本实用新型换热器的有效换热面积
Figure DEST_PATH_IMAGE041
。
（2）在相同的测定条件下，现有的机械密封系统用HR型换热器的管程和壳程各参数为：
管程：冲洗水的流量为68000kg/h，比热为1kcal/kg，进口温度
Figure 2059DEST_PATH_IMAGE042
，出口温 度
Figure DEST_PATH_IMAGE043
。
壳程：氮气的流量为21936kg/h，比热为0.25kcal/kg，进口温度
Figure 989607DEST_PATH_IMAGE044
，出 口温度
Figure DEST_PATH_IMAGE045
。
Figure 230227DEST_PATH_IMAGE046
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE047
为现有的机械密封系统用HR型换热器的有效换热面积，
Figure 354040DEST_PATH_IMAGE048
为现有的机械 密封系统用HR型换热器总的换热量，
Figure DEST_PATH_IMAGE049
为现有的机械密封系统用HR型换热器的污垢系数， 常温常压下条件下
Figure 717020DEST_PATH_IMAGE049
取1，
Figure 863967DEST_PATH_IMAGE050
为现有的机械密封系统用HR型换热器的传热系数，
Figure DEST_PATH_IMAGE051
为 现有的机械密封系统用HR型换热器的对数平均温差；
Figure 954283DEST_PATH_IMAGE052
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE053
表示现有的机械密封系统用HR型换热器的壳程进口与管程进口的温度 差，
Figure 214494DEST_PATH_IMAGE054
表示现有的机械密封系统用HR型换热器的壳程出口与进口的温度差；
Figure DEST_PATH_IMAGE055
Figure 669746DEST_PATH_IMAGE056
因此，
Figure DEST_PATH_IMAGE057
Figure 897465DEST_PATH_IMAGE058
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE059
为现有的机械密封系统用HR型换热器总的换热量，
Figure 273695DEST_PATH_IMAGE060
是冲洗水的流量，
Figure DEST_PATH_IMAGE061
是冲洗水的比热，
Figure 840943DEST_PATH_IMAGE042
，
Figure 732676DEST_PATH_IMAGE043
；
因此，
Figure 667265DEST_PATH_IMAGE062
。
Figure DEST_PATH_IMAGE063
其中，
Figure 99383DEST_PATH_IMAGE064
为现有的机械密封系统用HR型换热器的传热系数，
Figure DEST_PATH_IMAGE065
为现有的机械密 封系统用HR型换热器总的换热量，
Figure 255558DEST_PATH_IMAGE066
为现有的机械密封系统用HR型换热器的对数平 均温差，e为氮气的热阻系数，常温常压下条件下e取50，
Figure DEST_PATH_IMAGE067
为现有的机械密封系统用HR 型换热器内部参与换热的面积；
Figure 865662DEST_PATH_IMAGE068
Figure DEST_PATH_IMAGE069
Figure 802394DEST_PATH_IMAGE070
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE071
为现有的机械密封系统用HR型换热器蛇形管参与换热的面积，
Figure 992198DEST_PATH_IMAGE072
为 现有的机械密封系统用HR型换热器壳体参与换热的面积，
Figure DEST_PATH_IMAGE073
为蛇形管管体的内径，
Figure 65196DEST_PATH_IMAGE074
为蛇 形管管体的外径，
Figure DEST_PATH_IMAGE075
为蛇形管管体的总长度；
Figure 114710DEST_PATH_IMAGE076
为现有的机械密封系统用HR型换热器壳体 的内径，
Figure 742001DEST_PATH_IMAGE006
为现有的机械密封系统用HR型换热器壳体的轴向长度；
因此，
Figure DEST_PATH_IMAGE077
Figure 719184DEST_PATH_IMAGE078
因此，
Figure DEST_PATH_IMAGE079
现有的机械密封系统用HR型换热器的有效换热面积
Figure 397421DEST_PATH_IMAGE080
。
Figure DEST_PATH_IMAGE081
。本实用新型的有效换热面积为现有的机械密封系统用 HR型换热器的1.15倍，换热效率较现有的机械密封系统用HR型换热器提升了大约15%。
本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims (5)

1.一种高效率换热器，其特征在于，包括壳体、壳体法兰、侧板、冲洗水入口接头、冲洗水出口接头、冷却介质入口接头、蛇形管、端盖和冷却介质出口接头；所述壳体为两端开口的中空圆筒体结构，在壳体的内部设有蛇形管，壳体的一端开口处的外周面上设有壳体法兰，侧板通过螺钉与壳体法兰之间固定，端盖固定在壳体的另一端开口处的内周面上，在所述侧板上分别设有冲洗水入口接头、冲洗水出口接头和冷却介质入口接头，在端盖上设有冷却介质出口接头，所述蛇形管包括连续的第一平直段、螺旋段、竖直段、圆弧段及第二平直段，第一平直段的开口端与冲洗水入口接头相连通，螺旋段最末端与竖直段顶端相连通，竖直段底端通过圆弧段与第二平直段相连，第二平直段置于螺旋段内部，第二平直段的开口端与冲洗水出口接头相连通，所述螺旋段的螺距D不变，且螺距D为2.5cm，所述螺旋段的管体缠绕方向相同，管体的轴心线与竖直平面之间的夹角θ为12°。
2.如权利要求1所述的一种高效率换热器，其特征在于，所述壳体的另一端开口处的内周面与端盖之间通过焊接方式固定。
3.如权利要求1所述的一种高效率换热器，其特征在于，在所述侧板上设有第一排气旋塞，所述端盖上设有第二排气旋塞。
4.如权利要求1所述的一种高效率换热器，其特征在于，在所述壳体与侧板的接触面之间设有O型密封圈。
5.如权利要求1所述的一种高效率换热器，其特征在于，所述蛇形管的第一平直段和第二平直段与侧板之间通过焊接方式固定。
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