CN104457361A - 一种u管梯度蓄热器及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种U管梯度蓄热器及其制造方法，解决现有管箱式蓄热器换热管内液相滞留、气塞、换热效率低等一系列的问题。本装置一种U管梯度蓄热器，包括蓄热介质容器和穿过蓄热介质容器的换热管，换热管内流通换热介质，其特征在于：所述蓄热介质容器为一侧设有管板、其余各侧封闭的密闭壳体，换热管为U形管，弯折部分位于蓄热介质容器内，换热管两端均从管板处穿出并与管板焊接密封固定。本发明，换热管的热胀冷缩不受蓄热介质容器的限制，换热管能设置成水平管，避免了换热管弯折导致的液相滞留及气塞问题，采用隔板和支撑板将蓄热介质容器分隔成多个蓄热室，在蓄热介质容器内形成温度梯度，提高换热效率。

Description

一种U管梯度蓄热器及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种热交换设备，尤其涉及一种U管梯度蓄热器及其制造方法。

背景技术

传统的管箱式蓄热器,就是传热介质在换热管内通过,蓄热介质放置在箱形的壳体里,而换热管则穿过蓄热介质分别从箱形壳体两侧穿出。

管箱式蓄热器的优点：放置平稳、支撑结构简单、容易制造、运输方便,适用于低温时直换热管热胀冷缩量不大的工况。

管箱式蓄热器的缺点：①因为换热管的热胀冷缩量大于箱体的热胀冷缩量，故换热管不能两端同时与箱体焊接，必须至少一端自由穿过箱体；②换热管从低于蓄热介质面自由穿过箱体就会导致蓄热介质泄漏，因此换热管需要向上弯曲从高于蓄热介质面穿过箱体，如果传热介质是单相(液相或气相)流体当然是可行的，但如果传热介质是在蓄热过程中会发生相变的两相流体(如水)，液相流体就会滞留在水平段，而气相流体则滞留在管内两端弯曲段形成气塞，因此有碍于传热介质的流动和传热；③换热管自由端向上弯折到高于蓄热介质面自由穿过箱体,单根换热管为既有横向段、又有竖向段的立体布置，造成单箱内不能多层布管，影响换热效率，因此导致整个蓄热装置的体积和规模大。

发明内容

本发明的目的在于克服现有管箱式蓄热器的换热管从箱体两侧穿出，而换热管箱体热胀冷缩量不一致，导致换热管不能两端同时与箱体焊接，进而导致换热管需向上弯曲从高于蓄热介质位置设置进出口，从而带来换热管内液相滞留、气塞、换热效率低等一系列的问题，提供一种采用U形管从单侧进出箱体的U管梯度蓄热器，以及该U管梯度蓄热器的制造方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种U管梯度蓄热器，包括蓄热介质容器和穿过蓄热介质容器的换热管，换热管内流通换热介质，所述蓄热介质容器为一侧设有管板、其余各侧封闭的密闭壳体，换热管为U形管，弯折部分位于蓄热介质容器内，换热管两端均从管板处穿出并与管板焊接密封固定。换热管在蓄热介质容器中U形转折，将换热管进出蓄热介质容器的两端同时焊接密封固定在同一侧的管板上，换热管位于蓄热介质容器内的部分可以在蓄热介质容器中具有伸缩自由度，满足换热管热胀冷缩的需求，与背景技术所述的管箱式蓄热器相比，换热管进出蓄热介质容器的进出口从两侧变为单侧，回避了蓄热介质容器和换热管热胀冷缩不一致的问题，因此，换热管道可以呈水平设置，避免了换热管道中换热介质汽液相变导致的液相滞留、气塞等不利情况。同时，由于每个换热管只占据一个水平面，蓄热介质容器中可以在从上到下不同的水平面设置多层的换热管，提高换热效率，降低蓄热装置整体的体积和规模。

作为优选，所述换热管两端为与管板焊接的换热总管，中部为设置在蓄热介质容器内的多根U形换热支管，一根换热总管对应多根换热支管，换热总管与对应的多根换热支管通过联箱转换对接。换热管的U形段位于换热支管伸入蓄热介质容器的最深处。换热总管连接联箱，经联箱稳流和分流后连接多个换热支管，多根换热支管设置增大换热面积，提高换热效率。

作为优选，同一个换热管的换热支管排列在同一水平面上，从外到内排列的换热支管的弯折半径逐渐减小。保证每根换热支管中换热介质的流动。

作为优选，所述蓄热介质容器内从上到下排列有多根相互独立、互不连通的换热管。换热管和蓄热介质容器端面的管板密封焊接，使换热管穿出蓄热介质容器处即使位于蓄热介质液面下也不会渗漏，使每根换热管可以设置为只占据一个水平面的水平管，蓄热介质容器在不同水平面设置多条换热管，形成立体的换热支管管束，换热效率高。蓄热介质容器中换热管分多根，每根换热管都是包括有换热主管、联箱、换热支管的水平管，换热管内流通换热介质，且各换热管之间并不连通，这样就能避免气液分层这种会极大影响蓄热器温度梯度建立的情况发生。与传统换热器相比，本装置的联箱也在蓄热介质容器内，穿过管板的仅为换热总管而不是数量更多的换热支管，减少了需要焊接密封的穿越点。

作为优选，联箱的高度大于换热总管及换热支管的高度，上下相邻的换热管的联箱沿换热管输送方向相互错开。联箱相互错开后，可以在竖直方向上形成一定的交叠，使换热管道排布更紧密。

作为优选，所述蓄热介质容器内还设有若干支撑换热支管的支撑板，支撑板外缘与蓄热介质容器内表面适配，支撑板上设有多行管孔，每一行的各管孔位于同一水平高度，各换热支管从支撑板上对应的管孔穿过。换热支管管径小，长度大，设置支撑板对换热支管进行支撑，避免换热支管变形，蓄热介质容器中每隔一段设置一个支撑板，根据换热支管长度选择支撑板的数量。

作为优选，支撑板上的管孔对称设置，U形换热支管的两个直行部分管路对称架设在支撑板对称设置的两侧管孔中。

作为优选，所述支撑板沿每行管孔的中心高度线切割形成多个支撑条，支撑条与换热支管依次叠放组装后，上下相邻的支撑条点焊固定。支撑板采用线切割分割成多个水平条状，便于与换热支管组装，多层换热支管与支撑条交替叠放组装，支撑条之间采用点焊重新固定成一块支撑板。

作为优选，所述换热支管直行段外套焊螺旋翅片形成翅片管，螺旋翅片在换热支管与支撑板连接位置留有用于安装的间隔。

作为优选，所述蓄热介质容器内、U形换热管的两直行段之间设有竖直、纵向的隔板。U形换热管的两直行段内流动的换热介质温度不同，采用隔板隔开形成温度梯度，提高换热效率。

作为另外的优选，所述蓄热介质容器内、U形换热管的两直行段之间设有竖直、纵向的隔板，所述隔板将每个支撑板分隔成左右两部分，两部分支撑板与隔板焊接固定。在隔板和支撑板的协同下将筒体内分隔成沿换热管换热介质流动方向分布的换热室，形成具有温度梯度的多个蓄热空间，提高换热效率。

作为优选，所述换热主管和联箱可以为同一根管道弯折形成。将换热主管端部水平弯折90度后，弯折后的端部即为联箱，再在联箱侧壁开设多个连通孔与换热支管分别连接。

作为优选，所述所诉蓄热介质容器为方形箱体或者卧式柱形筒体。

一种上述U管梯度蓄热器的制造方法，包括以下步骤：

a、制作蓄热介质容器，制作一侧开口的壳体、以及与开口侧相配的管板；

b、制作多根换热管，每根换热管制作如下：制作多根弯折半径逐渐减小的U形换热支管、从外到内排列到同一水平面，各换热支管两端分别焊接在两个联箱上，联箱的另一侧焊接换热总管，换热支管上套焊螺旋翅片，螺旋翅片每隔固定位置形成间断用于与支撑板安装；

c、选取若干尺寸略小于蓄热介质容器截面尺寸的钢板作为支撑板，支撑板中部冲设多行的管孔，管孔孔径与换热支管间隙配合，每行管孔分为左右两部分、分别与多根U形换热支管的两侧直行段对应并保持间隔一致，每行管孔位于同一水平线；

d、沿支撑板竖直中线将支撑板切割成左右两部分，并沿支撑板每行管孔的水平中线进行线切割将每块支撑板切割成多个支撑条，使上下相邻的两支撑条相邻侧面分别具有对应的半管孔；

e、选取与蓄热介质容器纵向中心面高度适配的隔板，插入U行换热支管的两直行段之间；

f、将最下方左右两支撑条分别焊接固定要隔板两侧的底部，将最下侧的换热管的换热支管卡设到最下方支撑条的半管孔中，然后将次下方的支撑条扣合在最下方支撑条上进行点焊、并与隔板焊接固定，以此顺序交替叠放支撑条和换热管，并保持隔板两侧同步操作，形成有支撑板支撑、隔板分隔的换热支管管束；

g、换热总管穿过管板并与管板密封焊接，将换热支管管束从蓄热介质容器壳体开口侧送入，管板外缘与蓄热介质容器壳体开口侧密封扣合。

本发明换热管呈U形，从蓄热介质容器一侧进出，换热管的热胀冷缩具有在蓄热介质容器内伸缩的自由度、不受蓄热介质容器的限制，换热管进出口能与蓄热介质容器焊接密封固定，不会发生渗漏，使换热管能设置成水平管，避免了换热管弯折导致的液相滞留及气塞问题，换热介质流通更加顺畅；蓄热介质容器内能设置多根立体布置的换热管，换热效率高；采用隔板和支撑板将蓄热介质容器分隔成多个蓄热室，在蓄热介质容器内形成温度梯度，提高换热效率；采用分割后点焊的支撑板对换热支管形成支撑，简化了装配过程，保证蓄热器整体的工作稳定性。

附图说明

图1是本发明一种内部结构示意图。

图2是本发明图1的俯视方向示意图。

图3是本发明支撑板位置结构示意图。

图4是本发明支撑板切割的正面示意图。

图5是本发明一种联箱结构示意图。

图6是本发明第二种联箱结构示意图。

图中：1—换热主管，2—管板，3—联箱，4—换热支管，5—支撑板，6—筒体，7—隔板，8—支座，9—支撑条，10—管孔。

具体实施方式

下面通过具体实施例并结合附图对本发明进一步说明。

实施例1：一种U管梯度蓄热器，如图1、图2、图5所示。本装置包括蓄热介质容器，蓄热介质容器为卧式的圆柱状筒体6，筒体6为一端设有管板2，另外侧面均封闭的壳体，筒体的下方两侧分别设有支座8。筒体的端部与管板2结合处密封。筒体6内灌装蓄热介质，换热管呈U形从筒体一端伸入筒体内的换热介质，换热管两端均从筒体一端的管板穿出。每根换热管包括穿过管板2并与管板密封焊接的两端换热主管1、位于筒体内的多根U形换热支管4，换热支管4两端分别与换热主管1通过联箱3转接分流，同一根换热管的换热主管1、联箱3和换热支管4中轴线位于同一水平面。筒体内从上到下设有有多根换热管，如图5所示，各换热管的联箱3在相互对齐排列在一条竖直线上。筒体纵向的中心设有竖直的隔板7，隔板插入U行换热管的两直行段之间，将位于筒体内的两换热主管、两联箱、两换热支管的直行段分隔成左右两部分。

如图1、2、3所示，U形换热支管4两个直行段上套焊有螺旋翅片，并每隔一段距离设置有支撑换热支管4的支撑板5，换热支管与支撑板连接处螺旋翅片具有间断。

支撑板5结构如图4所示，支撑板为与外径与筒体间隙配合支撑板5上开设有多行管孔10，每行管孔中心线处于同一水平面，每行管孔在支撑板的左右两侧对称设置。将支撑板沿竖直中线分隔成左右两部分，并沿每行管孔水平中心线将支撑板线切割成多个支撑条9，左右两部分的支撑条分别跟U形换热支管的两个直行段配合。各支撑条与各换热管的换热支管交替叠放组装，并将相邻支撑条点焊固定重新形成整体的左右两部分支撑板并与隔板两侧面分别焊接固定。在支撑板的支撑下，多根换热管的换热支管形成矩阵形式的管束，并在隔板和支撑板的协同下将筒体内分隔成沿换热管换热介质流动方向分布的换热室，形成具有温度梯度的多个蓄热空间，提高换热效率。

本装置的制造过程如下：

a、制作蓄热介质容器，制作一侧开口的壳体、以及与开口侧相配的管板；

b、制作多根换热管，每根换热管制作如下：制作多根弯折半径逐渐减小的U形换热支管、从外到内排列到同一水平面，各换热支管两端分别焊接在两个联箱上，联箱的另一侧焊接换热总管，换热支管上套焊螺旋翅片，螺旋翅片每隔固定位置形成间断用于与支撑板安装；

c、选取若干尺寸略小于蓄热介质容器截面尺寸的钢板作为支撑板，支撑板中部冲设多行的管孔，管孔孔径与换热支管间隙配合，每行管孔分为左右两部分、分别与多根U形换热支管的两侧直行段对应并保持间隔一致，每行管孔位于同一水平线；

d、沿支撑板竖直中线将支撑板切割成左右两部分，并沿支撑板每行管孔的水平中线进行线切割将每块支撑板切割成多个支撑条，使上下相邻的两支撑条相邻侧面分别具有对应的半管孔；

e、选取与蓄热介质容器纵向中心面高度适配的隔板，插入U行换热支管的两直行段之间；

f、将最下方左右两支撑条分别焊接固定要隔板两侧的底部，将最下侧的换热管的换热支管卡设到最下方支撑条的半管孔中，然后将次下方的支撑条扣合在最下方支撑条上进行点焊、并与隔板焊接固定，以此顺序交替叠放支撑条和换热管，并保持隔板两侧同步操作，形成有支撑板支撑、隔板分隔的换热支管管束；

g、换热总管穿过管板并与管板密封焊接，将换热支管管束从蓄热介质容器壳体开口侧送入，管板外缘与蓄热介质容器壳体开口侧密封扣合。

实施例2：一种U管梯度蓄热器，如图6所示。本装置联箱3的高度大于换热主管1及换热支管4的高度，相邻换热管的联箱3在水平方向相互错开，并在垂直方向相互叠合，使换热管排列更加紧密。

Claims (11)

1.一种U管梯度蓄热器，包括蓄热介质容器和穿过蓄热介质容器的换热管，换热管内流通换热介质，其特征在于：所述蓄热介质容器为一侧设有管板、其余各侧封闭的密闭壳体，换热管为U形管，弯折部分位于蓄热介质容器内，换热管两端均从管板处穿出并与管板焊接密封固定。

2.根据权利要求1所述的一种U管梯度蓄热器，其特征在于：所述换热管两端为与管板焊接的换热总管，中部为设置在蓄热介质容器内的多根U形换热支管，一根换热总管对应多根换热支管，换热总管与对应的多根换热支管通过联箱转换对接。

3.根据权利要求2所述的一种U管梯度蓄热器，其特征在于：同一个换热管的换热支管排列在同一水平面上，从外到内排列的换热支管的弯折半径逐渐减小。

4.根据权利要求2或3所述的一种U管梯度蓄热器，其特征在于：所述蓄热介质容器内从上到下排列有多根相互独立、互不连通的换热管。

5.根据权利要求4所述的一种U管梯度蓄热器，其特征在于：联箱的高度大于换热总管及换热支管的高度，上下相邻的换热管的联箱沿换热管输送方向相互错开。

6.根据权利要求4所述的一种U管梯度蓄热器，其特征在于：所述蓄热介质容器内还设有若干支撑换热支管的支撑板，支撑板外缘与蓄热介质容器内表面适配，支撑板上设有多行管孔，每一行的各管孔位于同一水平高度，各换热支管从支撑板上对应的管孔穿过。

7.根据权利要求6所述的一种U管梯度蓄热器，其特征在于：所述支撑板沿每行管孔的中心高度线切割形成多个支撑条，支撑条与换热支管依次叠放组装后，上下相邻的支撑条点焊固定。

8.根据权利要求6所述的一种U管梯度蓄热器，其特征在于：所述换热支管的直行段外套焊螺旋翅片形成翅片管，螺旋翅片在换热支管与支撑板连接位置留有用于安装的间隔。

9.根据权利要求1或2或3所述的一种U管梯度蓄热器，其特征在于：所述蓄热介质容器内、U形换热管的两直行段之间设有竖直、纵向的隔板。

10.根据权利要求6所述的一种U管梯度蓄热器，其特征在于：所述蓄热介质容器内、U形换热管的两直行段之间设有竖直、纵向的隔板，所述隔板将每个支撑板分隔成左右两部分，两部分支撑板与隔板焊接固定。

11.一种权利要求1至10任意一条所述U管梯度蓄热器的制造方法，其特征在于：包括以下步骤：

a、制作蓄热介质容器，制作一侧开口的壳体、以及与开口侧相配的管板；

b、制作多根换热管，每根换热管制作如下：制作多根弯折半径逐渐减小的U形换热支管、从外到内排列到同一水平面，各换热支管两端分别焊接在两个联箱上，联箱的另一侧焊接换热总管，换热支管上套焊螺旋翅片，螺旋翅片每隔固定位置形成间断用于与支撑板安装；

c、选取若干尺寸略小于蓄热介质容器截面尺寸的钢板作为支撑板，支撑板中部冲设多行的管孔，管孔孔径与换热支管间隙配合，每行管孔分为左右两部分、分别与多根U形换热支管的两侧直行段对应并保持间隔一致，每行管孔位于同一水平线；

d、沿支撑板竖直中线将支撑板切割成左右两部分，并沿支撑板每行管孔的水平中线进行线切割将每块支撑板切割成多个支撑条，使上下相邻的两支撑条相邻侧面分别具有对应的半管孔；

e、选取与蓄热介质容器纵向中心面高度适配的隔板，插入U行换热支管的两直行段之间；

f、将最下方左右两支撑条分别焊接固定要隔板两侧的底部，将最下侧的换热管的换热支管卡设到最下方支撑条的半管孔中，然后将次下方的支撑条扣合在最下方支撑条上进行点焊、并与隔板焊接固定，以此顺序交替叠放支撑条和换热管，并保持隔板两侧同步操作，形成有支撑板支撑、隔板分隔的换热支管管束；

g、换热总管穿过管板并与管板密封焊接，将换热支管管束从蓄热介质容器壳体开口侧送入，管板外缘与蓄热介质容器壳体开口侧密封扣合。