CN219178339U - 一种近逆流式耐高压换热器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种近逆流式耐高压换热器。包括：内部盘管和外部壳体；外部壳体包括设置在换热器中部的护套管和两端的箱体式结构，内部盘管包括换热盘管，换热盘管内置于护套管中，换热盘管与护套管内壁之间的间隙构成套管腔体，套管腔体中流动被加热或者被冷却的介质。多条换热盘管的两端管路分别在两端箱体内汇合，形成汇总管路，该汇总管路的一端再穿过一侧壁面与箱体外部管段连接，另一端用堵头封堵。本实用新型可以解决一般换热器中难以实现逆流换热和内部盘管型换热管内部压力过高会发生变形的问题，采用护套管内置内部盘管且两端进行固定的形式，使换热器具有耐高压、易于实现近逆流换热的特点。

Description

一种近逆流式耐高压换热器

技术领域

本实用新型涉及换热技术领域，尤其涉及一种近逆流式耐高压换热器。

背景技术

换热器是一种实现冷热流体之间热量交换，用于满足不同工业生产和日常生活需求的通用装置。作为一种通用热量交换设备，换热器广泛应用于化工、航空航天、微电子、冶金、通讯、电力、能源、炼油及食品等诸多领域，换热器按照使用用途不同可以分为：冷却器、冷凝器、蒸发器、回热器及加热器等。在换热过程中，间壁两侧介质的温度随换热面的位置而变，两介质的温差也是沿换热壁面不断变化。在换热中，介质的流动方式分为逆流、顺流和交叉流等形式，逆流流动方式表现出更优的换热效率。

目前，现有技术中的套管式换热器作为一种可实现近逆流的换热器，主体结构为两种不同尺寸的同心圆套管，两种不同介质可在壳程和管程内逆向(或同向)流动进行换热，适用于高压、小流量流体换热。上述套管式换热器的缺点包括：该换热器占地面积大，加工繁琐且单位换热面积金属耗量多。

目前，现有技术中的管壳式换热器中流体的流动方式多为交叉流和混合流，相比于逆流换热效果较低。该换热器以内部管束壁面作为换热面，结构简单、造价低、易于清洗且使用寿命长，适用于较大压力、较大温度范围的介质进行热交换。上述管壳式换热器的缺点包括：内部盘管由管道弯制、盘制构成，当管内流体压力过高时，会发生由曲向直的变形，影响换热器整体结构。

实用新型内容

本实用新型的实施例提供了一种近逆流式耐高压换热器，以实现有效地提高换热器的换热效率。

为了实现上述目的，本实用新型采取了如下技术方案。

本实用新型提供了如下方案：

一种近逆流式耐高压换热器，包括：内部盘管和外部壳体；

所述外部壳体包括设置在换热器中部的护套管和两端的箱体式结构，所述内部盘管包括换热盘管，所述换热盘管内置于所述护套管中，所述换热盘管与所述护套管内壁之间的间隙构成套管腔体，所述套管腔体中流动被加热或者被冷却的介质。

优选地，多条换热盘管的两端管路分别在两端箱体内汇合，形成汇总管路，该汇总管路的一端再穿过一侧壁面与箱体外部管段连接，另一端用堵头封堵。

优选地，在换热器的上部箱体上设置换热介质进口，下部箱体设置换热介质出口，下部的换热盘管汇总管处设置换热流体进口，上部的换热盘管汇总管处设置换热流体出口；

换热介质由换热介质进口进入换热盘管，由换热介质出口流出换热盘管，换热流体由换热流体进口进入护套管与盘管之间的套管腔体，由换热流体出口流出套管腔体，换热盘管中的换热流体和套管腔体中的换热介质两者近逆向流动，实现近逆流换热。

优选地，所述换热盘管两端的箱体式结构由板材焊接而成，换热器的顶部设置活盖和自动排气阀，两端的箱体式结构的两侧均有开孔以进行管道安装，右侧选择在箱体式结构的中间位置开孔，实现换热介质进出流通且使换热介质分布均匀。

优选地，所述换热盘管的固定方式包括支架固定和缩口管固定；

所述支架固定方式为：将换热盘管放入护套管中后，在护套管的两端出口处焊接支架；

所述缩口管固定方式为：将护套管的一端制作为缩口管，在护套管中放入换热盘管后，对护套管的另一端进行缩口管加工。

优选地，所述护套管与两端箱体间、壳体开孔与进出口管道间均采用焊接进行连接与密封。

优选地，在两端箱体预留环形凹形槽，内设密封圈，外部嵌入护套管，通过两端纵向的压紧力使密封圈发生变形实现密封；

或者，

在两端箱体预留直径小于护套管的外凸管口，在外凸管口的外壁设密封圈，再套入护套管，通过横向的压紧力使密封圈变形实现密封。

优选地，在护套管外壁预先套入钢箍，利用所述钢箍提供横向压紧力，在两端箱体预留一外凸斜面管口，该外凸斜面管口的底部最小直径小于护套管最大直径，在斜面管口内壁设密封圈，通过纵向压紧力使护套管与斜面管口间密封圈变形实现密封。

优选地，在两端箱体四角焊接吊钩，用钢绳连接两端箱体，钢绳中部设螺纹连接件，螺纹旋紧提供纵向压紧力，螺栓与钢绳采用焊接连接，螺帽与钢绳采用活动连接。

由上述本实用新型的实施例提供的技术方案可以看出，本实用新型的目的是解决一般换热器中难以实现逆流换热和内部盘管型换热管内部压力过高会发生变形的问题，采用护套管内置内部盘管且两端进行固定的形式，使换热器具有耐高压、易于实现近逆流换热的特点。

本实用新型附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的一种近逆流式耐高压换热器的立体结构图；

图2为本实用新型实施例提供的一种近逆流式耐高压换热器的主视图；

图3为本实用新型实施例提供的一种近逆流式耐高压换热器的侧视图；(a)支架固定，(b)缩口管固定；

图4为本实用新型实施例提供的一种近逆流式耐高压换热器的俯视图；

图5为本实用新型提供的一种密封圈密封示意图；

图6为本实用新型提供的一种吊钩示意图；

图7为本实用新型提供的一种螺纹连接件示意图。

图中部件，1-换热盘管；2-护套管(a支架固定，b缩口管固定)；3-换热流体进口；4-换热流体出口；5-法兰连接的活盖；6-自动排气阀；7-支撑钢架；8-换热介质出口；9-换热介质进口；10-堵头封堵；11-密封圈；12-吊钩；13-钢绳；14-螺帽；15-螺栓。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能解释为对本实用新型的限制。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本实用新型的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。

在本专利的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“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专利和简化描述，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专利的限制。

在本专利的描述中，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”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定相连、设置，也可以是可拆卸连接、设置，或一体地连接、设置。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专利中的具体含义。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本实用新型所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

为便于对本实用新型实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本实用新型实施例的限定。

在本专利的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“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专利和简化描述，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专利的限制。

在本专利的描述中，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”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定相连、设置，也可以是可拆卸连接、设置，或一体地连接、设置。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专利中的具体含义。

本实用新型公开的一种近逆流式耐高压换热器的立体结构图如图1所示，主视图如图2所示，侧视图如图2所示，俯视图如图4所示。该近逆流式耐高压换热器包括内部盘管和外部壳体。

内部盘管包括换热盘管，通过将换热盘管弯制、盘制构成内部盘管，换热盘管可为蛇形、椭圆形、圆形等多种形式。换热盘管内置于护套管中所述换热盘管与所述护套管内壁之间的间隙构成套管腔体，所述套管腔体中流动被加热或者被冷却的介质。

换热盘管中为换热流体，通过换热盘管与护套管形成的整体结构，在增大了换热面积的同时，能够实现近逆流换热。

在进口温度不变的前提下，可将护套管中冷介质加热到更高温度，将热介质冷却到更低温度。多条换热盘管的两端管路分别在两端箱体内汇合，形成汇总管路。汇总管路的一端再穿过一侧壁面与箱体外部管段连接，另一端用堵头封堵。为防止换热盘管因重力而下滑，因管内流体压力过高而使其变形，换热盘管内置于护套管后需对两端进行固定，使该换热器适用于高压流体例如超临界CO₂等进行换热。

外部壳体包括换热器中部的护套管和两端的箱体式结构，如图2、图3所示。护套管中为换热盘管，两端的箱体式结构主要由板材焊接而成，板材的材料可为不锈钢或者铜等，换热器的顶部设置活盖，便于开启维修与清洗，同时设有自动排气阀，利于充入液体时排出换热器内的空气。两端的箱体式结构的两侧均有开孔以进行管道安装，如图2、图3、图4所示，右侧选择在中间位置开孔，实现换热介质进出流通且使换热介质分布均匀，开孔位置可根据实际情况有所改变，底部孔口靠近箱体底部设置，便于清洗排污。采用支撑钢架加固、支撑两端箱体壁面，同时对换热盘管起到支撑作用。

换热盘管的固定方式包括支架固定和缩口管固定：

(a)支架固定：如图2(a)、图3(a)，将换热盘管放入护套管中后，为固定换热盘管，需在护套管的两端出口处焊接支架。需注意的是换热盘管与两端箱体内的汇总管路连接时对应的一小段换热管靠近护套管内壁布置，利于支架安装。

(b)缩口管固定：如图2(b)、图3(b)，将护套管的一端采用特殊工艺制作为缩口管，在护套管中放入换热盘管后，对护套管的另一端进行缩口管加工。

密封：

(a)焊接密封：护套管与两端箱体间、壳体开孔与进出口管道间均可采用焊接进行连接与密封。

(b)密封圈密封：图5为本实用新型提供的一种密封圈密封示意图，加粗部分为护套管或板材，填充部分为密封圈。采用支架固定的换热器密封方式可采取图5所示的(1)、(2)两种。(1)在两端箱体预留环形凹形槽，内设密封圈，外部嵌入护套管，通过两端纵向的压紧力使密封圈发生变形实现密封；(2)在两端箱体预留直径略小于护套管的外凸管口，在其外壁设密封圈，再套入护套管，通过横向的压紧力使密封圈变形实现密封。护套管外壁可预先套入钢箍，以提供充足的横向压紧力。采用缩口管固定的换热器密封方式如图5中的(3)所示。在两端箱体预留一外凸斜面管口，其底部最小直径小于护套管最大直径，在斜面管口内壁设密封圈，通过纵向压紧力使护套管与斜面管口间密封圈变形实现密封。

本实用新型提供的一种吊钩示意图如图6所示，螺纹连接件示意图如图7所示。上述吊钩和螺纹连接件提供换热器的纵向压紧力。在两端箱体四角焊接吊钩，用钢绳连接两端箱体，钢绳中部设螺纹连接件，螺纹旋紧提供纵向压紧力。螺栓与钢绳采用焊接连接，螺帽与钢绳采用活动连接，利于进行螺纹旋紧操作。换热器顶部活盖，内部设垫片，采用法兰连接，保证密封的情况下也便于开启进行修理和清洗。

相比于焊接密封，密封圈密封更利于拆卸和后期回收。密封圈以及垫片的材料选取应根据具体的换热介质而有所改变。为了防止受伤和切断密封圈，对护套管和两端箱体预留管口都应提前进行钝化处理。

实施方式1：

根据图1、图2、图3、图4的近逆流式耐高压换热器的整体结构示意图。

在换热器的上部箱体上设置换热介质进口，下部箱体设置换热介质出口，下部的换热盘管汇总管处设置换热流体进口，上部的换热盘管汇总管处设置换热流体出口；

如何实现近逆流换热：换热流体由换热流体进口进入换热盘管，由换热流体出口流出换热盘管，换热介质由换热介质进口进入护套管与盘管之间的套管腔体，由换热介质出口流出套管腔体，换热盘管中的换热流体和套管腔体中的换热介质两者近逆向流动，实现近逆流换热。

耐高压：为防止换热盘管因重力而下滑，因盘管内流体压力过高而使其变形，换热盘管内置于护套管后需对两端进行固定，采用支架固定或者缩口管固定，使盘管内压力过高时不发生由曲向直变形或只有微小变形，实现其耐高压，使该换热器适用于高压流体例如超临界CO2等进行换热。

进行近逆流换热时，被加热(冷却)介质由换热介质进口进入上部箱体内部，整个换热器处于封闭状态，随着介质的充入经自动排气阀排尽箱体内空气，在护套管和两端箱体内与内部换热盘管内的换热流体进行换热，待充分换热之后由换热介质出口流出换热器。换热流体由换热流体进口进入下部箱体内部换热盘管汇总管路，经分流后进入各换热盘管进行换热，充分换热后合流进入上部箱体汇总管路，由换热流体出口流出换热器。当换热流体压力较高时，换热盘管由于对其两端进行了固定，换热盘管只有较为微小的变形。

实施方式2：

实现顺流换热时，变换被加热(冷却)介质的进出口即可，可由换热介质出口进入箱体，充分换热后由换热介质进口流出。具体如下：

进行顺流换热时，被加热(冷却)介质由换热介质出口进入下部箱体内部，整个换热器处于封闭状态，随着介质的充入经自动排气阀排尽箱体内空气，在护套管和两端箱体内与内部换热盘管内的换热流体进行换热，待充分换热之后由换热介质进口流出换热器。换热流体由换热流体进口进入下部箱体内部换热盘管汇总管路，经分流后进入各换热盘管进行换热，充分换热后合流进入上部箱体汇总管路，由换热流体出口流出换热器。当换热流体压力较高时，换热盘管由于对其两端进行了固定，换热盘管只有较为微小的变形。

本实用新型公开的换热器主要由内部盘管和外部壳体组成，外部壳体分为护套管和两端箱体，护套管中内置盘管，两端箱体内部为盘管汇总管路，箱体内部在靠近护套管一侧壁面安装有支架对盘管进行固定，或采用缩口型护套管进行固定。两端箱体开有换热流体进出口、换热介质进出口，顶部设有自动排气阀和法兰连接的活盖。通过改变换热介质或换热流体的进出口，实现近逆流换热，从而能将冷介质加热到更高温度，热介质冷却到更低温度。

综上所述，本实用新型实施例通过将小管径换热管弯制、盘制成一类形式的换热盘管，然后内置于护套管中，并在两端对换热盘管进行固定的换热器，耐高压且易于实现近逆流换热，在进口温度不变的条件下，提高换热效率。

本实用新型实施例公开了一种实现近逆流换热的换热器，护套管内置换热盘管，利于实现流体之间的近逆流换热，换热过程中可将换热器内冷介质加热到更高温度，热介质冷却到更低温度，提高换热器的换热效率；其次通过换热盘管结构的设置以及对换热盘管两端的固定方式，增加了其抗压能力，利于高压流体进行换热。

本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本实用新型所必须的。

本领域普通技术人员可以理解：实施例中的装置中的部件可以按照实施例描述分布于实施例的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的部件可以合并为一个部件，也可以进一步拆分成多个子部件。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种近逆流式耐高压换热器，其特征在于，包括：内部盘管和外部壳体；

所述外部壳体包括设置在换热器中部的护套管和两端的箱体式结构，所述内部盘管包括换热盘管，所述换热盘管内置于所述护套管中，所述换热盘管与所述护套管内壁之间的间隙构成套管腔体，所述套管腔体中流动被加热或者被冷却的介质。

2.根据权利要求1所述的近逆流式耐高压换热器，其特征在于，多条换热盘管的两端管路分别在两端箱体内汇合，形成汇总管路，该汇总管路的一端再穿过一侧壁面与箱体外部管段连接，另一端用堵头封堵。

3.根据权利要求1所述的近逆流式耐高压换热器，其特征在于，在换热器的上部箱体上设置换热介质进口，下部箱体设置换热介质出口，下部的换热盘管汇总管处设置换热流体进口，上部的换热盘管汇总管处设置换热流体出口；

换热流体由换热流体进口进入换热盘管，由换热流体出口流出换热盘管，换热介质由换热介质进口进入护套管与盘管之间的套管腔体，由换热介质出口流出套管腔体，换热盘管中的换热流体和套管腔体中的换热介质两者近逆向流动，实现近逆流换热。

4.根据权利要求1所述的近逆流式耐高压换热器，其特征在于，所述换热盘管两端的箱体式结构由板材焊接而成，换热器的顶部设置活盖和自动排气阀，两端的箱体式结构的两侧均有开孔以进行管道安装，右侧选择在箱体式结构的中间位置开孔，实现换热介质进出流通且使换热介质分布均匀。

5.根据权利要求1所述的近逆流式耐高压换热器，其特征在于，所述换热盘管的固定方式包括支架固定和缩口管固定；

所述支架固定方式为：将换热盘管放入护套管中后，在护套管的两端出口处焊接支架；

所述缩口管固定方式为：将护套管的一端制作为缩口管，在护套管中放入换热盘管后，对护套管的另一端进行缩口管加工。

6.根据权利要求1所述的近逆流式耐高压换热器，其特征在于，所述护套管与两端箱体间、壳体开孔与进出口管道间均采用焊接进行连接与密封。

7.根据权利要求1所述的近逆流式耐高压换热器，其特征在于，在两端箱体预留环形凹形槽，内设密封圈，外部嵌入护套管，通过两端纵向的压紧力使密封圈发生变形实现密封；

或者，

在两端箱体预留直径小于护套管的外凸管口，在外凸管口的外壁设密封圈，再套入护套管，通过横向的压紧力使密封圈变形实现密封。

8.根据权利要求1所述的近逆流式耐高压换热器，其特征在于，在护套管外壁预先套入钢箍，利用所述钢箍提供横向压紧力，在两端箱体预留一外凸斜面管口，该外凸斜面管口的底部最小直径小于护套管最大直径，在斜面管口内壁设密封圈，通过纵向压紧力使护套管与斜面管口间密封圈变形实现密封。

9.根据权利要求1所述的近逆流式耐高压换热器，其特征在于，在两端箱体四角焊接吊钩，用钢绳连接两端箱体，钢绳中部设螺纹连接件，螺纹旋紧提供纵向压紧力，螺栓与钢绳采用焊接连接，螺帽与钢绳采用活动连接。

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