CN220567946U - 一种新型热管换热器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种新型热管换热器，所述换热器包括用于竖直支撑设置多根热管的框架，在框架的顶端设置有中隔板，在中隔板上方由上至下依次设置有上集箱和下集箱，多根热管由自上而下依次竖直穿过上集箱、下集箱和中隔板进入框架的底端内，在每根热管外部套设有水套管，水套管的两端竖直连接在上集箱和下集箱之间，每根热管外部与水套管内壁之间设置有沿轴线方向延伸的冷却水导流机构。本实用新型能够防止热管内出现气柱导致换热效果降低，减少维护成本，提高换热效果，减少钢材耗量。

Description

一种新型热管换热器

技术领域

本实用新型属于换热器技术领域，尤其涉及一种新型热管换热器。

背景技术

热管换热器是一种利用热管作为传热元件的换热设备，具有传热效率高、结构紧凑、运行可靠等优点，广泛应用于化工、冶金、电力等行业。热管是一种利用相变传热原理的高效传热元件，其内部预先灌注有一定量的工质，在加热端吸收热量蒸发，在冷却端放热凝结，通过工质的循环实现热量的传递。

现有的热管换热器存在一些问题，一是热管内部容易产生不凝性气体，影响换热效果。不凝性气体是指在工作温度下不会液化的气体，如空气、氮气等。不凝性气体可能来源于工质本身的杂质、焊接时残留的气体或者运行过程中渗入的气体。由于不凝性气体的密度小于工质的密度，它们会在热管内部上升并聚集在冷却端，形成一段“气柱”。由于“气柱”部分的传热系数极低，基本不参与传热过程，因此会降低热管的有效换热面积和换热效率。随着运行时间的延长，“气柱”的长度会逐渐增加，甚至导致热管失效。

目前，解决不凝性气体问题的常用方法是定期对热管进行排气操作。排气操作通常需要停止换热器的运行，并将整个换热器返厂进行检修，不仅会影响生产效率，而且会成本较高、

第二个问题是现有的水套管结构导致冷却水流速较低，影响换热效果。水套管是指包裹在每根热管外部的金属管壳，其作用是将冷却水引入和引出，并与热管之间形成一个环形流道。环形流道内的冷却水与外部环境隔绝，只与热管之间进行传热。

然而，现有的水套管结构存在以下缺点：一方面，由于水套管和热管之间没有任何导流装置，冷却水沿着轴向流动时扰动不足，无法充分地与每根热管进行接触和传热；另一方面，由于水套管和热管之间要留有足够的间隙防止堵塞，因此冷却水的流通截面较大，导致水流速较低，也会降低传热效果。这些因素会导致冷却水的温度升高不明显，从而影响换热器的整体效率。为了提高换热效果，通常需要增加热管的数量和长度，从而增加换热器的体积和重量，也增加了钢材的耗量和成本。

中国实用新型专利(申请号：CN201621471918.5)中公开了一种套管式结构搪玻璃热管式低温省煤器，它包括通过管板槽钢隔开的烟箱和集热箱；所述集热箱包括热管、水套管、下连通管、上连通管、软水进口、软水出口、连通管封头；多根热管从下至上依次穿过管板槽钢、下连通管将其冷端伸入水套管中，水套管并联连接在上连通管、下连通管之间并与上连通管、下连通管连通。该实用新型提供了一种钢材使用量少、承压能力强、出现焊接缺陷时易修复、换热效率高、使用寿命长的低温省煤器，但其热管上部被完全包裹于水套管与连通管内，热管上部较为脆弱的焊缝长时间受冷却水冲刷，易发生腐蚀，造成冷却水泄漏进热管管腔，若同时该热管蒸发段受烟气磨损穿孔，则会造成冷却水泄漏进烟道内。

中国实用新型专利(申请号：CN200520069206.6)中公开了一种用于锅炉烟气脱硫系统原烟气降温的具有不窜漏、耐腐蚀性且易清灰的分离套管式热管烟气降温器，解决了原烟气的泄漏和换热器的露点腐蚀、积灰问题。该热管烟气降温器，包括壳体，壳体内设有热管，热管外设有套管，热管上固定连接有焊接块，壳体内还设有起分隔作用的中孔板，所述中孔板与焊接块采用焊接密封结构，但其热管上部完全密封，无排气装置，无法排除不凝性气体，长时间运行后，换热器的换热效果逐渐下降且难以修复。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种新型热管换热器，能够防止热管内出现气柱导致换热效果降低，减少维护成本，提高换热效果，减少钢材耗量。为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

根据本实用新型的一个方面，提供了一种新型热管换热器，所述换热器包括用于竖直支撑设置多根热管的框架，在框架的顶端设置有中隔板，在中隔板上方由上至下依次设置有上集箱和下集箱，多根热管由自上而下依次竖直穿过上集箱、下集箱和中隔板进入框架的底端内，热管顶端向上延伸出上集箱顶部；在每根热管外部套设有水套管，水套管的两端竖直连接在上集箱和下集箱之间，每根热管外部与水套管内壁之间设置有沿轴线方向延伸的冷却水导流机构。

进一步，所述冷却水导流机构为沿热管外壁螺旋分布的螺旋导流板；所述螺旋导流板套设于热管上。

进一步，所述冷却水导流机构为沿热管外壁轴线竖直设置的球形导流板。

进一步，在中隔板上设置有壳体；所述壳体罩设于中隔板顶部，所述中隔板上部区域被壳体包围，在壳体顶端设有可开启的顶盖。

进一步，所述上集箱的一侧连接有进水联箱；所述下集箱的一侧连接有出水联箱。

进一步，还包括封头，所述封头包括封头底座和封头螺帽，所述封头底座外侧下部与热管顶部内侧焊接，所述封头螺帽与封头底座螺纹连接。

进一步，所述封头底座内自上而下设有相互连通的第一通道和第二通道，且第一通道的直径大于第二通道的直径；所述第一通道对应的，在封头底座侧壁上设有连通至第一通道内的排气孔，封头螺帽螺纹连接在第一通道内。

进一步，在靠近排气孔水平位置的第一通道的底端设置有用于封堵第二通道顶端的钢珠，封头螺帽螺的下端与钢珠接触。

综上所述，本实用新型采用了上述技术方案，本实用新型具有以下技术效果：

1.本实用新型的热管顶部穿出上集箱，并露出一定长度，避免了较为脆弱的焊缝部位受到冷却水水流的冲刷与腐蚀，同时，露出的热管段可以容纳一定量的不凝性气体，当“气柱”长度未超过露出段长度时，不凝性气体对换热效果没有影响，延长了热管的检修间隔时间，在热管的生命周期里减少了排气次数，降低了热管的维护成本。

2.本实用新型通过设置冷却水导流机构，能够增强冷却水的扰动，减小冷却水流通截面从而提高水速，进而提高换热效果，且在同等换热效果的情况下，还能够缩短冷凝段的长度，从而减少钢材耗量，降低成本。

3.本实用新型在热管顶部设有封头，对不凝性气体造成换热能力下降的热管，可在关闭冷却水后，通过封头将管内的不凝性气体排出，排尽后再将封头关闭，密封热管，经过排气后的热管即可恢复原本的换热效果，延长了热管的使用寿命，同时，维修过程无需停炉，也无需将换热器返厂，降低了热管的维修时间和成本，提高了换热器的经济性。

附图说明

图1是本实用新型一种新型热管换热器的结构示意图；

图2是本实用新型A-A截面的俯视图；

图3是本实用新型的封头结构示意图；

图4是本实用新型冷却水导流机构的球形导流板结构示意图；

图5是本实用新型冷却水导流机构的螺旋导流板结构示意图；

附图中，1-框架，2-热管，3-中隔板，4-下集箱，5-水套管，6-壳体，7-上集箱，8-顶盖，9-进水联箱，10-出水联箱，11-冷却水导流机构；11.1-球形导流板；11.2-螺旋导流板，12-封头；12.1封头底座；12.2-钢珠；12.3-封头螺帽；12.4-排气孔；12.5-第一通道；12.6-第二通道。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举出优选实施例，对本实用新型进一步详细说明。然而，需要说明的是，说明书中列出的许多细节仅仅是为了使读者对本实用新型的一个或多个方面有一个透彻的理解，即便没有这些特定的细节也可以实现本实用新型的这些方面。

如图1-2所示，一种新型热管换热器，所述换热器包括用于竖直支撑设置多根热管2的框架1，在框架1的顶端设置有中隔板3，在中隔板3上方由上至下依次设置有上集箱7和下集箱4，多根热管2由自上而下依次竖直穿过上集箱7、下集箱4和中隔板3进入框架1的底端内，热管2顶部向上延伸出上集箱7顶部，所述下集箱4用于提供冷却水，所述上集7用于汇集换热后的冷却水，所述中隔板下部区域用于注入热烟气，热烟气对热管2位于框架1内的部分进行加热，在每根热管2外部套设有水套管5，水套管5的两端竖直连接在上集箱7和下集箱4之间，所述水套管与热管2内部之间形成冷却水流通的通道，每根热管2外部与水套管5内壁之间设置有沿轴线方向延伸的冷却水导流机构11。

如图3所示，所述冷却水导流机构11为沿热管2外壁轴线竖直设置的球形导流板11.1，冷却水在通过球形导流板11.1时，能够增加冷却水的扰动，提高换热效果。

如图4所示，在另一实施例中，所述冷却水导流机构11为沿热管2外壁螺旋分布的螺旋导流板11.2；所述螺旋导流板套设于热管2上，能够增加冷却水的扰动的同时，还能够减小冷却水流通截面从而提高水速，此外，通过调整螺旋导流板11.2的螺距，能够进一步减小冷却水流通截面，更大限度的提高水速，进而提高换热效果。

如图1所示，在中隔板3上设置有壳体6；所述壳体6罩设于中隔板3顶部，所述中隔板3上部区域被壳体6包围，所述壳体6将中隔板3上部区域进行保护，在壳体6顶端设有可开启的顶盖8，所述顶盖8可通过不同的活动连接方式实现在壳体6顶端的打开或关闭。

所述上集箱7的一侧连接有进水联箱9；所述下集箱4的一侧连接有出水联箱10；所述进水联箱9作为提供冷却水的水源；所述出水联箱10用于将换热后的冷却水储存，以便于将换热后的冷却水进行处理。

如图5所示，还包括封头12，所述封头12包括封头底座12.1和封头螺帽12.3，所述封头底座12.1外侧下部与热管2顶部内侧焊接，所述封头螺帽12.3与封头12底座螺纹连接，封头底座12.1和封头螺帽12.3相互配合，将热管2顶部封闭，采用螺纹方式连接，便于操作。

所述封头底座12.1内自上而下设有相互连通的第一通道12.5和第二通道12.6，且第一通道12.5的直径大于第二通道12.6的直径；所述第一通道12.5对应的，在封头底座12.1侧壁上设有连通至第一通道12.5内的排气孔12.4，由于换热器工作过程中，热管2内部气压较大，排气孔12.4用于将热管2内部的气体排出；封头螺帽12.3螺纹连接在第一通道12.5内，当封头螺帽12.3与封头底座12.1连接至封头螺帽12.3底端低于排气孔12.4时，封头螺帽12.3可封堵排气孔12.4，而当封头螺帽12.3与封头底座12.1连接至封头螺帽12.3底端高于排气孔12.4时，排气孔12.4与大气和第二通道12.6连通，热管2内部的气体由于受到压强作用，从排气孔12.4排出，通过压强差的作用，能够便于将不凝性气体排出，防止不凝性气体对换热效果产生影响。

在靠近排气孔12.4水平位置的第一通道12.5的底端设置有用于封堵第二通道12.6顶端的钢珠12.2，封头螺帽12.3螺的下端与钢珠12.2接触，当封头螺帽12.3向下旋转时，下压钢珠12.2，使钢珠12.2下端被压紧在第二通道12.6顶端，将第二通道12.6的顶端封闭，提高密闭性，防止气体泄漏。

本实用新型的工作方式如下：

换热器的冷却水由换热器烟气出口侧的进水联箱9流入换热器，分为多路进入下集箱4，在冷却水导流机构11的导流作用下，自下而上流经每根热管2和水套管5之间的流道，进入上集箱7中汇集，并最终通过出水联箱10流出，对热管2进行循环冷却。

烟气自换热器下部流过，加热热管2下部预先灌注好的液态工质，热管2内液态工质受热沸腾，蒸发后的汽态工质沿着热管2的管腔向上流动，到达热管2上部时，上部管腔壁被外部的冷却水降温，温度较低，汽态工质在此遇冷，凝结为液态工质，在重力作用下流回热管2下部，再次被热烟气加热蒸发，从而完成工质物态的循环。在这一过程中，工质在蒸发时吸收烟气的热量，又在冷凝时加热冷却水，完成热量从烟道到冷却水的传递。

当换热器运行一段时间后，热管2内部逐渐产生不凝性气体，且因为密度小不断积聚在热管2的上部。初期，不凝性气体形成的“气柱”长度未超过热管2穿出上集箱7的长度，对换热效果没有影响。继续运行一段时间后，“气柱”长度逐渐超过热管2穿出上集箱7的长度，开始挤占冷却水与热管2的有效接触换热面积，造成换热效果下降。此时，停止冷却水的供应，一段时间后打开顶盖8，采用手持式测温枪对每根热管2顶部外露的部分进行测温，若温度远低于此时的烟气温度，说明管内不凝性气体较多，需要进行排气操作。排气时，继续停止冷却水的供应，将热管2上的封头螺帽12.3打开，由于热管2内液态工质不断蒸发为气态，使热管2内的气压高于外界大气压，热管2管腔内压力较高，不凝性气体从封头底座12.1上的排气孔12.4被排出热管2。由于不凝性气体一般为无色气体，而气态工质在大气中遇冷会凝结为小水珠，因此，当看到排出的气体颜色由无色变为连续的白色雾状时，说明不凝性气体已排除干净，此时将封头螺帽12.3关闭，关闭过程中，封头螺帽12.3下压钢珠12.2，使得第二通道12.6被密封，从而将热管2管腔与大气隔离。经过上述的排气操作后，此时热管2内已不存在不凝性气体，热管2的换热能力恢复，即可继续进行换热工作。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种新型热管换热器，其特征在于：所述换热器包括用于竖直支撑设置多根热管的框架，在框架的顶端设置有中隔板，在中隔板上方由上至下依次设置有上集箱和下集箱，多根热管由自上而下依次竖直穿过上集箱、下集箱和中隔板进入框架的底端内，热管顶端向上延伸出上集箱顶部；在每根热管外部套设有水套管，水套管的两端竖直连接在上集箱和下集箱之间，每根热管外部与水套管内壁之间设置有沿轴线方向延伸的冷却水导流机构。

2.根据权利要求1所述一种新型热管换热器，其特征在于：所述冷却水导流机构为沿热管外壁轴线方向竖直设置的球形导流板。

3.根据权利要求1所述一种新型热管换热器，其特征在于：所述冷却水导流机构为沿热管外壁螺旋分布的螺旋导流板；所述螺旋导流板套设于热管上。

4.根据权利要求1所述一种新型热管换热器，其特征在于：在中隔板上设置有壳体；所述壳体罩设于中隔板顶部，所述中隔板上部区域被壳体包围，在壳体顶端设有可开启的顶盖。

5.根据权利要求1所述一种新型热管换热器，其特征在于：所述上集箱的一侧连接有进水联箱；所述下集箱的一侧连接有出水联箱。

6.根据权利要求1所述一种新型热管换热器，其特征在于：还包括封头，所述封头包括封头底座和封头螺帽，所述封头底座外侧下部与热管顶部内侧焊接，所述封头螺帽与封头底座螺纹连接。

7.根据权利要求6所述一种新型热管换热器，其特征在于：所述封头底座内自上而下设有相互连通的第一通道和第二通道，且第一通道的直径大于第二通道的直径；所述第一通道对应的，在封头底座侧壁上设有连通至第一通道内的排气孔，封头螺帽螺纹连接在第一通道内。

8.根据权利要求7所述一种新型热管换热器，其特征在于：在靠近排气孔水平位置的第一通道的底端设置有用于封堵第二通道顶端的钢珠，封头螺帽螺的下端与钢珠接触。