TWI770739B - 列管換熱器以及列管換熱器的封裝方法 - Google Patents

Abstract

本發明涉及一種列管換熱器，該列管換熱器包括：上管板箱、下管板 箱、多個換熱管以及加壓螺栓，所述多個換熱管的入口端貫穿所述上管板箱，所述多個換熱管的出口端貫穿所述下管板箱，所述上管板箱和下管板箱內填充有密封橡膠，所述密封橡膠填充進所述換熱管與所述上管板箱的間隙內，且所述密封橡膠填充進所述換熱管與所述下管板箱的間隙內，所述加壓螺栓設置於所述上管板箱和下管板箱。另外，本發明還涉及一種列管換熱器的封裝方法。

Description

列管換熱器以及列管換熱器的封裝方法

本發明涉及一種列管換熱器以及列管換熱器的封裝方法。

列管換熱器廣泛應用在焦化行業、冶金、化工行業、危險廢棄物焚燒系統、鍋爐行業、餘熱回收系統和城市污水處理等領域，通常使用環境比較惡劣，換熱工質的工作溫度和壓力較高，且具有一定的腐蝕性，這要求列管換熱器的換熱管、換熱管與管板封裝工藝具有很高的性能指標。而換熱管與管板的連接方式主要有脹接、焊接、爆炸連接及脹焊連接等方式，不同的連接方法會影響換熱管與管板的連接品質，一方面隨著換熱管當量直徑的減小(如小於1mm)和管壁變薄(如小於0.1mm)，上述連接方式會使換熱管管壁發生破裂，而且有些連接方式容易堵塞換熱管，加工起來費時費力且難以實現大規模加工，脹接方法也不適用非圓形換熱管(如橢圓管、滴形管)與管板的連接；另一方面，對於應用於特殊場合(如強腐蝕性等)的列管換熱器，使用非金屬換熱管時，焊接或脹接的方式不再適用，不恰當的工藝會影響換熱器的使用和壽命。

有鑒於此，確有必要提供一種加工起來省時省力且能實現大規模加工，而且不影響使用和壽命的列管換熱器以及該列管換熱器的封裝方法。

一種列管換熱器，包括：上管板箱、下管板箱、多個換熱管以及加壓螺栓，所述多個換熱管的入口端貫穿所述上管板箱，所述多個換熱管的出 口端貫穿所述下管板箱，所述上管板箱和下管板箱內填充有密封橡膠，所述密封橡膠填充進所述換熱管與所述上管板箱的間隙內，且所述密封橡膠填充進所述換熱管與所述下管板箱的間隙內，所述加壓螺栓設置於所述上管板箱和下管板箱。

所述上管板箱、下管板箱分別包括所述上管板、下管板以及側板，所述上管板箱、下管板箱分別進一步包括多個拉杆，該多個拉杆沿著所述換熱管的軸向方向，設置在所述上管板和所述下管板之間，將所述上管板和所述下管板進行剛性固定。

所述密封橡膠為矽橡膠系、聚硫橡膠系、聚氨酯橡膠系或二烯類橡膠系。

所述多個換熱管的當量管徑為100微米以上，所述多個換熱管的管壁壁厚為幾十個微米以上。

一種列管換熱器的封裝方法，包括以下步驟：(1)提供上管板箱和下管板箱以及多個換熱管，所述上管板箱和下管板箱分別具有多個開孔，將所述多個換熱管貫穿所述上管板箱和下管板箱的開孔；(2)在所述上管板箱和下管板箱內填滿液體密封橡膠，使液體密封橡膠填充至所述多個換熱管與所述上管板箱和下管板箱之間形成的間隙，之後固化所述液體密封橡膠，使所述多個換熱管被密封和固定在所述上管板箱和下管板箱內；(3)將加壓螺栓安裝在所述上管板箱和下管板箱，用於施加和調節密封壓力。

在步驟(1)中，所述上管板箱和下管板箱分別包括上管板、下管板以及側板，所述上管板、下管板以及側板形成一腔體，沿著所述換熱管的軸向方向，在所述上管板和下管板之間設置拉杆，將所述上管板和下管板進行剛性固定。

所述拉杆的兩端分別固定在所述上管板和所述下管板，所述拉杆的一端焊接在所述上管板或下管板，另一端通過焊接、螺杆連接或螺栓螺母連接固定在所述下管板或上管板。

在步驟(2)中，所述液體密封橡膠的粘度範圍為500mpa.s至100000mpa.s。

在步驟(2)中，所述液體密封橡膠的粘度範圍為2000mpa.s至20000mpa.s。

所述上管板箱和下管板箱分別通過機械切削焊接加工或3D列印成型。

相較於先前技術，本發明的列管換熱器的封裝方法改變了傳統列管換熱管和管板的連接方式(焊接、漲接、漲焊結合等)。通過密封橡膠的彈性，流動性和不可壓縮性將換熱管與管板密封和固定，實現了換熱管與管板的柔性連接。因此，該列管換熱器的封裝方法能夠快速將多個換熱管和管板連接，該封裝方法便於同時完成換熱管與管板的連接與密封，適用於金屬或非金屬材質的列管換熱器加工工藝。故該列管換熱器的封裝方法為一次性完成封裝，省時省力，能實現大規模加工，而且不影響列管換熱器的使用和壽命。而且，由於採用橡膠將換熱管和管板密封和固定，所以對換熱管的形狀要求大大降低，而且使用的換熱管的管徑可以更細，管壁可以更薄。採用更細，更薄換熱管的列管換熱器其散熱效果更優。

1:上管板箱

2:拉杆

3:換熱管

4:上管板

5:密封橡膠

6:側板

7:下管板

8:連接法蘭

9:加壓螺栓

10:列管換熱器

11:下管板箱

圖1為本發明實施例提供的列管換熱器的剖面結構示意圖。

圖2為本發明實施例提供的列管換熱器的俯視結構示意圖。

圖3為本發明實施例提供的列管換熱器的封裝方法的流程圖。

下面根據說明書附圖並結合具體實施例對本發明的技術方案進一步詳細表述。

請參照圖1和圖2，本發明提供一種列管換熱器10，該列管換熱器10包括上管板箱1、下管板箱11以及多個換熱管3，多個換熱管3的入口端貫穿上管板箱1，多個換熱管3的出口端貫穿下管板箱11。上管板箱1和下管板箱11的形狀不限，可以是長方體、正方體或圓柱體等，對換熱管3起到固定支撐和密封的作用。在本實施例中，上管板箱1和下管板箱11為長方體。上管板箱1和下管板箱11的結構相同，與多個換熱管3的連接方式和密封方式也相同。所以，本實施例僅以上管板箱1為例進行詳細說明。

多個換熱管3的材質不限，可以是如玻璃管等的各類非金屬管、金屬管等。換熱管3的橫截面形狀可以是圓形，也可以是非圓形，例如橢圓形、滴形等，換熱管3的當量直徑為0.2mm~200mm，換熱管3的排列方式可為順排或叉排，換熱管3的間距為換熱管當量直徑的0.8~3倍，但不限於此。本實施例中，換熱管3為金屬管，橫截面形狀是圓形，換熱管的直徑為0.5mm，各個換熱管3相互平行。換熱管道為常壓、微正壓或為負壓管道，多個換熱管3通過上管板箱1、下管板箱11的管板進行定位和固定。

上管板箱1包括上管板4、下管板7以及側板6，上管板4、下管板7以及側板6形成一腔體，上管板4、下管板7分別設置有開孔，上管板4的開孔和下管板7的開孔一一對應。上管板4、下管板7以及側板6可以通過螺栓固定，或者上管板箱1通過3D列印成型。換熱管3的入口端穿設於上管板4和下管板7對應的開孔。上管板箱1的腔體內充滿了具有彈性的密封橡膠，換熱管3被密封橡膠固定在上管板箱1的腔體內。而且密封橡膠填充進上管板開孔處換熱管3與上管板4的間隙內，密封橡膠也填充進下管板開孔處換熱管3與下管板7的間隙內，將換熱管3與上管板1以及下管板7固定和密封。在本實施例中，換熱管3與上管板1以及下管板7的固定和密封方式只是通過密封橡膠實現，並不包含其他的固定和密封方式。密封橡膠起到密封和柔性固定約束的作用。上述的密封橡膠沒有具體的類型，可依據列管換熱器的具體應用環境進行選型和使用。密封橡膠具體的可以為矽橡膠系、聚硫橡膠系、聚氨酯橡膠系、二烯類橡膠系等。

下管板箱11的結構和上管板箱1的結構完全相同，在此不再累述。

本實施中，在上管板箱1的側板6設置了加壓螺栓9，該加壓螺栓9垂直於換熱管3的軸向方向，通過加壓螺栓9進行密封壓力的施加和調節，以此實現換熱管3與管板之間的柔性連接方式。當然，該加壓螺栓設置的位置不限，也可以設置在上管板箱的頂板或底板，只要能施加和調節密封壓力即可。

所述列管換熱器10進一步包括連接法蘭8，該連接法蘭8沿著換熱管的軸向方向與管板箱連接，用來安裝列管換熱器10的封頭箱。

列管換熱器10的工作溫度不高於密封橡膠的正常使用溫度即可。一般的，列管換熱器10的內外冷熱流體的工作溫度為-70~250℃，工作壓力可為常壓或微正壓(負壓)。

本實施例換熱管與上管板以及下管板的固定和密封方式只是通過密封橡膠實現，並不包含其他的固定和密封方式，所以這種連接方法對換熱管的形狀要求大大降低，而且使用的換熱管的管徑可以更細，可以採用當量管徑100微米左右的換熱管，管壁可以更薄，可以採用管壁壁厚為幾十個微米的換熱管。採用更細，更薄換熱管的列管換熱器其散熱效果更優。

當上管板4和下管板7的面積較大，上管板箱1的腔體內壓力較高時，上管板4和下管板7很有可能會發生變形，從而影響列管換熱器10的散熱效果。因此，沿著換熱管3的軸向方向，在上管板4和下管板7之間設置拉杆2，將上管板4和下管板7進行剛性固定，拉杆2的兩端分別固定在上管板4和下管板7上，其中一端焊接在上管板4或下管板7，另一端通過焊接、螺杆連接或螺栓螺母連接固定在下管板7或上管板4，起到防止上管板4和下管板7變形，維持上管板箱1的腔體內壓力的作用，增加上管板箱1的剛性。拉杆2的設置數量以及相互之間的間距可以根據實際應用來計算。具體的，拉杆2可以採用金屬材料，耐密封橡膠腐蝕即可。例如，該拉杆2可以為鐵、銅、鋁以及不銹鋼等等。在本實施例中，拉杆2可以為鐵杆。可以理解，管板箱和拉杆也可以通過機械切削焊接加工或3D列印一體成型。

所述的換熱管兩端分別穿過上、下兩個管板箱管板，並通過密封橡膠和加壓螺栓進行固定和連接；管板箱的尺寸可依據換熱管的數量以及管徑和管間距來確定，並由拉杆來固定管板箱兩邊管板。通過填充在管板箱中的密封橡膠、加壓螺栓和拉杆，實現了管道和管板之間的剛性和柔性連接。

另外，本發明實施例提供一種列管換熱器的封裝方法。請參閱圖3，列管換熱器的封裝方法包括以下步驟：(1)提供上管板箱和下管板箱以及多個換熱管，上管板箱和下管板箱分別具有多個開孔，將多個換熱管貫穿上管板箱和下管板箱的開孔；(2)在上管板箱和下管板箱內填滿液體密封橡膠，使液體密封橡膠填充至換熱管與上管板箱和下管板箱之間形成的間隙，之後固化液體密封橡膠，使多個換熱管被密封和固定在上管板箱和下管板箱內；(3)將加壓螺栓安裝在上管板箱和下管板箱，用於施加和調節密封壓力。

在步驟(1)中，上管板箱包括上管板、下管板以及側板，上管板、下管板以及側板形成一腔體，上管板、下管板分別設置有開孔，上管板的開孔和下管板的開孔一一對應。上管板、下管板以及側板可以通過螺栓固定，或者上管板箱通過機械切削焊接加工或3D列印成型，下管板箱的結構與上管板箱的結構相同，在此不再累述。

多個換熱管的材質不限，可以是如玻璃管等的各類非金屬管、金屬管等。換熱管的橫截面形狀可以是圓形，也可以是非圓形，例如橢圓形、滴形等，換熱管的當量直徑為0.2mm~200mm，換熱管的排列方式可為順排或叉排，換熱管的間距為換熱管當量直徑的0.8~3倍，但不限於此。換熱管道為常壓、微正壓或為負壓管道，多個換熱管的入口端穿設於上管板箱，多個換熱管的出口端穿設於下管板箱，多個換熱管通過上管板箱、下管板箱的管板進行定位和固定。在本實施例中，換熱管為金屬管，橫截面形狀是圓形，換熱管的直徑為0.5mm，各個換熱管相互平行。

在步驟(2)中，在上管板箱和下管板箱內填滿液體密封橡膠，使液體密封橡膠填充至換熱管與上管板箱和下管板箱之間形成的間隙，之後固化密封橡膠，使多個換熱管被密封和固定在上管板箱和下管板箱內。由於液體密封橡膠具有較好的流動性，只要填充的量足夠，那麼液體密封橡膠可以流入到換熱管與上管板箱和下管板箱之間形成的間隙，當固化液體密封橡膠後，液體密封橡膠凝固成固態密封橡膠，變成彈性體，密封橡膠填充進上管板開孔處換熱管與上管板的間隙內，密封橡膠也填充進下管板開孔處換熱管與下管板的間隙內。液體密封橡膠沒有具體的類型，可依據列管換熱器的具體應用環境進行選型和使用。液體密封橡膠的粘度範圍為500mpa.s至100000mpa.s，優選2000mpa.s至20000mpa.s。液體密封橡膠具體的可以為矽橡膠系、聚硫橡膠系、聚氨酯橡膠系、二烯類橡膠系等。本實施例中，液體密封橡膠為液體矽橡膠系。

可以理解，在填充到上管板箱和下管板箱之前，密封橡膠也可以為顆粒狀或粉末狀，不過在填充到上管板箱和下管板箱時，要經過高溫軟化，將顆粒狀或粉末的密封橡膠軟化成流體，再填充進上管板箱和下管板箱。

在步驟(3)中，將加壓螺栓安裝在上管板箱和下管板箱，通過加壓螺栓進行密封壓力的施加和調節，以此實現換熱管與管板之間的柔性連接方 式。在本實施例中，將加壓螺栓安裝在上管板箱和下管板箱的側板，即在垂直於換熱管道的方向安裝加壓螺栓。

上管板箱內和下管板箱內充滿了密封橡膠，密封橡膠可耐高低溫，具有較好的彈性和不可壓縮性，使用溫度範圍較寬，密封橡膠填充進換熱管道與管板之間的縫隙，起到密封和柔性固定約束的作用。在上管板箱和下管板箱安裝加壓螺栓時，由於密封橡膠具有不可壓縮性，所以密封橡膠一被擠壓，壓力升高，密封橡膠被擠進換熱管與管板開孔處的縫隙，將換熱管與管板密封和固定。

在步驟(1)中，當上管板箱和下管板箱的面積較大，上管板箱和下管板箱的腔體內壓力較高時，上管板箱和下管板箱的上管板和下管板很有可能會發生變形，從而影響列管換熱器的散熱效果。因此，沿著換熱管的軸向方向，在上管板和下管板之間設置拉杆，將上管板和下管板進行剛性固定，拉杆的兩端分別固定在上管板和下管板上，其中一端焊接在上管板或下管板，另一端通過焊接、螺杆連接或螺栓螺母連接固定在下管板或上管板，起到防止上管板和下管板變形，維持上管板箱和下管板箱的腔體內壓力的作用，增加上管板箱和下管板箱的剛性。拉杆的設置數量以及相互之間的間距可以根據實際應用來計算。具體的，拉杆可以採用金屬材料，耐密封橡膠腐蝕即可。例如，該拉杆2可以為鐵、銅、鋁以及不銹鋼等等。可以理解，管板箱和拉杆也可以通過機械切削焊接加工或3D列印一體成型。

本發明實施例列管換熱器的封裝方法改變了傳統列管換熱管和管板的連接方式(焊接、漲接、漲焊結合等)。通過密封橡膠的彈性，流動性和不可壓縮性將換熱管與管板密封和固定，實現了換熱管與管板的柔性連接。因此，該列管換熱器的封裝方法能夠快速將多個換熱管和管板連接，該封裝方法便於同時完成換熱管與管板的連接與密封，適用於金屬或非金屬材質的列管換熱器加工工藝。故，該列管換熱器的封裝方法一次性完成封裝，省時省力，能實現大規模加工，而且不影響列管換熱器的使用和壽命。

而且，由於採用橡膠將換熱管和管板密封和固定，所以對換熱管的形狀要求大大降低，而且使用的換熱管的管徑可以更細，管壁可以更薄。採用更細，更薄換熱管的列管換熱器其散熱效果更優。

當上管板箱和下管板箱的面積較大時，在上管板箱和下管板箱的上管板和下管板之間設置拉杆，將上管板和下管板進行剛性固定，可以起到防止上管板和下管板變形，維持上管板箱和下管板箱的腔體內壓力的作用，增加上管板箱和下管板箱的剛性。

本發明的列管換熱器的封裝方法主要針對換熱管和管板之間的連接，適用於低溫煙氣餘熱回收、污水處理等領域，換熱管的材料可為金屬管或非金屬管，管徑變化範圍較寬，可在常壓或微正壓(負壓)下工作。

綜上所述，本發明確已符合發明專利之要件，遂依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施例，自不能以此限制本案之申請專利範圍。舉凡習知本案技藝之人士援依本發明之精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下申請專利範圍內。

1:上管板箱

2:拉杆

3:換熱管

4:上管板

5:密封橡膠

6:側板

7:下管板

10:列管換熱器

11:下管板箱

Claims (10)

1. 一種列管換熱器，包括：上管板箱、下管板箱、多個換熱管以及加壓螺栓，所述多個換熱管的入口端貫穿所述上管板箱，所述多個換熱管的出口端貫穿所述下管板箱，所述上管板箱和下管板箱內填充有密封橡膠，所述密封橡膠填充進所述換熱管與所述上管板箱的間隙內，且所述密封橡膠填充進所述換熱管與所述下管板箱的間隙內，所述加壓螺栓設置於所述上管板箱和下管板箱，僅通過所述加壓螺栓進行密封壓力的施加和調節。
2. 如請求項1所述的列管換熱器，所述上管板箱、下管板箱分別包括所述上管板、下管板以及側板，所述上管板箱、下管板箱分別進一步包括多個拉杆，該多個拉杆沿著所述換熱管的軸向方向，設置在所述上管板和所述下管板之間，將所述上管板和所述下管板進行剛性固定。
3. 如請求項1所述的列管換熱器，所述密封橡膠為矽橡膠系、聚硫橡膠系、聚氨酯橡膠系或二烯類橡膠系。
4. 如請求項1所述的列管換熱器，所述多個換熱管的當量管徑為100微米以上，所述多個換熱管的管壁壁厚為幾十個微米以上。
5. 一種列管換熱器的封裝方法，包括以下步驟：(1)提供上管板箱和下管板箱以及多個換熱管，所述上管板箱和下管板箱分別具有多個開孔，將所述多個換熱管貫穿所述上管板箱和下管板箱的開孔；(2)在所述上管板箱和下管板箱內填滿液體密封橡膠，使液體密封橡膠填充至所述多個換熱管與所述上管板箱和下管板箱之間形成的間隙，之後固化所述液體密封橡膠，使所述多個換熱管被密封和固定在所述上管板箱和下管板箱內；(3)將加壓螺栓安裝在所述上管板箱和下管板箱，僅通過所述加壓螺栓進行密封壓力的施加和調節。
6. 如請求項5所述的列管換熱器的封裝方法，在步驟(1)中，所述上管板箱和下管板箱分別包括上管板、下管板以及側板，所述上管板、下管板以及側板形成一腔體，沿著所述換熱管的軸向方向，在所述上管板和下管板之間設置拉杆，將所述上管板和下管板進行剛性固定。
7. 如請求項6所述的列管換熱器的封裝方法，所述拉杆的兩端分別固定在所述上管板和所述下管板，所述拉杆的一端焊接在所述上管板或下管板，另一端通過焊接、螺杆連接或螺栓螺母連接固定在所述下管板或上管板。
8. 如請求項5所述的列管換熱器的封裝方法，在步驟(2)中，所述液體密封橡膠的粘度範圍為500mpa.s至100000mpa.s。
9. 如請求項5所述的列管換熱器的封裝方法，在步驟(2)中，所述液體密封橡膠的粘度範圍為2000mpa.s至20000mpa.s。
10. 如請求項5所述的列管換熱器的封裝方法，所述上管板箱和下管板箱分別通過機械切削焊接加工或3D列印成型。

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