CN101419004A - 一种管壳式换热器的换热方法及其换热器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种管壳式换热器的换热方法及其换热器。换热器包括壳体、垂直设于壳体内的折流板、以及穿过折流板管孔的换热管，所述管孔两两连通形成流通孔。本发明的换热器中有两种不同流体进行热交换，流体包括管程流体和壳程流体，管程流体在换热管内部流动，壳程流体沿每相邻折流板上流通孔之间形成的垂直通道且沿换热管外壁竖直方向自前向后推进。所述管程流体与壳程流体充分接触，避免壳程流体在壳体内形成的短路分流现象，有效增加换热面积，大大提高了换热效率，并减少对换热器内的局部的冲刷，有效防止折流板生锈，减少了污垢的沉积，使换热器长期运行在高效状态，同时，达到了节能的目的。
Description
技术领域
本发明涉及制冷设备，具体涉及一种换热方法及其换热器。
背景技术
目前，在中央空调中使用的管壳式换热器是由壳体、传热管束、管板、折流板(挡板)等部件组成。壳体多为圆筒形，内部装有管束，管束两端固定在管板上。进行换热的冷热两种流体，一种在管内流动，称为管程流体；另一种在管外流动，称为壳程流体。为提高管外流体的传热分系数，通常在壳体内安装若干挡板。挡板不仅为管子提供支撑，还可提高壳程流体速度，迫使流体按规定路程多次横向通过管束，增强流体湍流程度。
传统的壳体通道是由象限数相同的四块扇形折流板组成，每块扇形折流板和壳体的轴线呈一定角度，从壳体前到壳体后依次对接排列，两块相邻象限的扇形折流板间形成一个“Z”型空间，壳程流体在壳体内呈Z形流动，由于这种结构的折流板与壳体之间的旁流存在死区，导致其壳侧流动特性的缺点十分明显，且该结构造成流体的流动阻力高，耗能大。此外，壳程流体沿折流板形成的“Z”通道斜向冲刷换热管，这既造成壳程流体与管程流体间热交换时间的短暂又需要换热管有较高的强度，由此导致换热效率的进一步降低，且长久使用会造成金属折流板生锈而影响水质。
发明内容
针对目前市场上现有换热器制造及换热方法存在的不足之处，本发明的旨在提供一种能使壳侧流体按照更加合理的形式流动、提高换热侧流体平均流速、提高换热器使用寿命的换热器及换热方法。
本发明是通过以下技术方案予以实现的：
一种管壳式换热器的换热方法，该方法是利用管壳式换热器进行热交换，通过以折流板支撑的换热管内通道为管程，换热管外通道则为壳程，管程流体和壳程流体在壳体内进行热交换，壳程流体的流向与换热管轴向相同。
上述壳程流体与管程流体的流向的夹角为0°或180°。
上述壳程流体绕换热管管壁旋转螺旋式流动和前进。
上述换热管中的制冷剂与换热管外的水进行热交换。或者，换热管中的水与换热管外的制冷剂进行热交换。
根据上述换热方法，本发明还提供一种换热器，包括壳体、壳体两端的管板、与管板连接的端盖、两管板之间设置的多个换热管以及穿套在换热管上且并列设置于壳体内的多块折流板。
与现有技术不同的是，本发明中的折流板为整圆形，且折流板上设置的管孔两两连通形成流通孔，前一块折流板上的流通孔与后一块折流板上的流通孔呈90°垂直。
所述流通孔呈矩形孔，且相邻管孔之间形成横向连通的矩形孔或纵向连通的矩形孔。
实际应用中，在折流板的阻流作用下，壳程流体沿每相邻折流板上流通孔之间形成的垂直通道且沿换热管外壁竖直方向自前向后推进。
本发明的折流板采用聚丙烯材料制成，并且每块折流板上都设置有拉杆孔。所述拉杆的一端垂直穿过折流板上的拉杆孔并与一个管板的端面通过螺纹连接。拉杆的另一端则与最后一块折流板通过焊接或用双螺母拧紧。
每两块折流板之间通过定距管固定，定距管穿套在每两块折流板的拉杆外侧处。
本发明的折流板采取两种不同结构制造而成，一种是将位于折流板上的两相邻管孔横向连通，从而形成横向矩形孔。另一种则是将位于折流板上的两相邻管孔纵向连通，从而形成纵向矩形孔。
对于两种不同结构的折流板交替穿插于壳体中，并且，带横向连通矩形孔的折流板设为奇数个，带纵向连通矩形孔的折流板设为偶数个。
在靠近两侧管板的壳体外壁处分别设有一个出水口、感温口和一个入水口、感温口。
冷冻水经入水口进入壳体中，并通过折流板阻流，水流沿换热管(可以是铜管)形成螺旋式流动的水流，与换热管充分换热，经换热后的流体通过出水口流出。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：
1、本发明的折流板为整圆形，壳程流体沿每相邻折流板上流通孔之间形成的垂直通道且沿换热管外壁竖直方向自前向后推进，避免了以往壳程流体在壳程内取最短路程斜向前进而形成的局部死区所产生的分流现象，本发明有效增加换热面积，大大提高了换热效率。
2、相比现有技术，本发明的壳程流体不会对换热器壳体内壁产生严重的冲刷，有效防止壳体内壁生锈，减少了污垢的沉积，使换热器长期运行在高效状态，达到了节能的目的。
3、相比现有技术，本发明的壳程流体不会因为急剧改变流向而对换热管管壁产生冲刷，壳程流体的流动阻力减小，相应地，对换热管的耗能也减小，有效的节省了换热管的成本。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明折流板的结构示意图；
图3为本发明另一种折流板的结构示意图；
图4为本发明折流板与拉杆的组装图；
图5为图4中I部放大图。
图中壳体1，管板2，端盖3，换热管4，折流板5，定距管6，拉杆7，管孔8，流通孔9，拉杆孔10，出水口11，感温口12，入水口13，紧锁螺母14。
具体实施方式
下面结合实例和附图对本发明作进一步详细的描述。
一种管壳式换热器的换热方法，该方法是利用管壳式换热器进行热交换，通过以折流板支撑的换热管内通道为管程，换热管外通道则为壳程，管程流体和壳程流体在壳体内进行热交换，壳程流体的流向与换热管轴向相同，并且，壳程流体与管程流体的流向的夹角可以是0°或180°。
本发明的壳程流体是绕着换热管的管壁旋转螺旋式流动和前进的，这样一来，避免壳程流体在壳体内形成的短路分流现象，有效增加换热面积，大大提高了换热效率，并减少对换热器内的局部的冲刷。
本发明的换热管中的制冷剂与换热管外的水进行热交换，或者，换热管中的水与换热管外的制冷剂进行热交换。
根据上述换热方法，本发明还提供一种换热器，如图1所示，换热器包括壳体1、壳体1两端的管板2、两端管板2分别通过石棉橡胶板与两侧端盖3连接，在两管板2之间设置有若干换热管4、折流板5、定距管6以及拉杆7。所述换热管4包括由碳钢、不锈钢、合金等材料制成的管体；考虑到本发明的折流板5需制造成本低且环保无污染，故采用聚丙烯制成。
如图2、3所示，本发明的折流板5为整圆形。折流板5上至少钻有与换热管4数量相等的管孔8，这些管孔8均按照一定间距排列。相邻两管孔8中心距离偏差应控制在±0.3mm，任意两管孔8的中心距离偏差应保持在±1mm左右。此外，前块折流板5上的流通孔9与下一块折流板5上的流通孔9呈90°垂直。
为避免造成壳体1内的流动介质形成短路分流现象，本发明折流板5上的管孔8采取了合理有序的排列，本实施例以132个管孔8为例，自上而下排成13排，1排和2排均为6个管孔、3、10和11排均为10个管孔，4、5、6和9排均为12个管孔，8排有14个管孔，12和13排均为8个管孔。
根据管孔8之间不同方向的两两连接形成流通孔9，本发明的折流板5具有两种不同的结构，一种是将两相邻管孔8横向连通，从而形成横向矩形流通孔9的折流板5-1。另一种则是将将两相邻管孔8纵向连通，从而形成纵向矩形流通孔9的折流板5-2。其中，带横向连通矩形孔的折流板5-1设为奇数个，带纵向连通矩形孔的折流板5-2设为偶数个，这两种不同结构的折流板5沿壳体1中轴线以一定间距交错排开，同时，与管孔8对应的132个换热管4穿过折流板上5-1、5-2的管孔8，通过胀接的方式与两个管板2连接。以上通过对折流板5的结构和排列合理有序的设计，能迫使水流以90°螺旋式流动。
本发明的每块折流板5上还设置有拉杆孔10。本实施例中的拉杆孔10数目至少设置为6个，且每块折流板5上的拉杆孔10的位置相同。
如图4、5所示，拉杆7与折流板5的垂直度允差为±0.5mm，折流板5应平整，平面允差2.5mm。所述拉杆7的一端垂直穿过折流板5上的拉杆孔10并与一个管板2的端面通过紧锁螺母14连接，拉杆7的另一端则与最后一块折流板5焊接或通过双螺母拧紧连接。为使每一块折流板5牢固的保持在一个位置上，这时候，每两块折流板5之间则通过定距管6固定连接，定距管6穿套在每两块折流板5之间的拉杆7的外侧处。
在靠近两侧管板2的壳体1外壁处分别设有一个出水口11、感温口12和一个入水口13、感温口12。
本发明包括借助管板2与壳体1焊接及与折流板5等组件依次连接并形成的封闭循环回路，冷冻水经入水口13进入壳体1中，管程为设置在换热器内部且通过折流板支撑的换热管的内通道，壳程则是由设置在折流板上的流通孔以及由折流板隔开的壳体内且在换热管外部的空间组成；所述壳程流体沿换热管外壁竖直方向且沿每两块折流板之间形成的垂直通道自前向后推进。本发明的换热器作为冷凝器用时，换热管4内(管程)走水，换热管与换热器壳体形成的空间(壳程)走冷媒，当本发明换热器作为蒸发器用时，换热管4内(管程)走冷媒，换热管与换热器壳体形成的空间(壳程)走水。由于本发明每相连两块折流板5的水流槽加工方向成90°，因而水流通过折流板5阻流后，沿换热管4(可以是铜管)管壁旋式流动，流动的水流与换热管4内的流体充分换热，经换热后的水流通过出水口11流出。
Claims (10)
1、一种管壳式换热器的换热方法，该方法是利用管壳式换热器进行热交换，通过以折流板支撑的换热管内通道为管程，换热管外通道则为壳程，管程流体和壳程流体在壳体内进行热交换，其特征在于，壳程流体的流向与换热管轴向相同。
2、根据权利要求1所述的管壳式换热器的换热方法，其特征在于，壳程流体与管程流体的流向的夹角为0°或180°。
3、根据权利要求2所述的管壳式换热器的换热方法，其特征在于，所述壳程流体绕换热管管壁旋转螺旋式流动和前进。
4、根据权利要求1或2或3所述的管壳式换热器的换热方法，其特征在于，所述换热管中的制冷剂与换热管外的水进行热交换。
5、根据权利要求1或2或3所述的管壳式换热器的换热方法，其特征在于，所述换热管中的水与换热管外的制冷剂进行热交换。
6、一种实施权利要求1-3所述换热方法的换热器，包括壳体、壳体两端的管板、与管板连接的端盖、两管板之间设置的多个换热管以及穿套在换热管上且并列设置于壳体内的多块折流板，其特征在于，所述折流板为整圆形，且折流板上设置的管孔两两连通形成流通孔。
7、根据权利要求6所述的换热器，其特征在于，前一块折流板上的流通孔与后一块折流板上的流通孔呈90°垂直。
8、根据权利要求7所述的换热器，其特征在于，所述流通孔呈矩形孔，且相邻管孔之间形成横向连通的矩形孔或纵向连通的矩形孔。
9、根据权利要求8所述的换热器，其特征在于，所述带横向连通矩形孔的折流板与带纵向连通的矩形孔的折流板交替穿插于壳体中。
10、根据权利要求9所述的换热器，其特征在于，在折流板的阻流作用下，所述壳程流体沿每相邻折流板上流通孔之间形成的垂直通道且沿换热管管壁竖直方向自前向后推进。
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