CN105066753A - 夹层径向相变抑制传热管器件及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种夹层径向相变抑制传热管器件及其制造方法，包括外套管、内套管及密封结构；外套管套置于内套管外围，外套管与内套管之间形成间隙结构，间隙结构内填充有工作介质；外套管及内套管上分别设有至少一道第一沟槽及第二沟槽；第一沟槽与第二沟槽对应设置；密封结构固定于外套管及内套管的两端，以将间隙结构密封。外套管套置于内套管外围，并将两端封堵在二者之间形成充有工作介质的封闭空间，提高了传热管器件的均温性及热交换效率；在外套管及内套管上分别设置第一沟槽及第二沟槽，可以缓解或消除传热管器件本身以及传热管器件与热交换器管板之间的热膨胀应力，可以避免管子热胀冷缩造成固定管子两端的隔板撕裂失效，减少设备的损坏。

Description

夹层径向相变抑制传热管器件及其制造方法

技术领域

本发明涉及热交换器的传热领域，特别是涉及一种夹层径向相变抑制传热管器件及其制造方法。

背景技术

目前在石油、化工、冶金、火力发电等各个领域，涉及到燃烧炉或锅炉的余热回收与综合利用等节能改造，需要大量的空气预热器和余热锅炉，常规所用的空气预热器为翅片管式气气热交换器(也称为省煤器)，管外走清洁空气，管内走烟气，由于烟气温度高，含有大量水蒸气及二氧化硫等气体，烟气通过换热器的换热管，将热量通过管壁和外壁上的翅片传导给流经外壁的冷空气，冷空气升温，烟气降温，通常通过换热管的烟气温度降低较大，且因热负荷的变动，很难控制烟气排放温度在露点以上，因此容易在管壁上结露形成酸性液体，腐蚀管体材料，再加上热应力等而使设备很快损坏，且容易使烟气与空气混合，造成燃烧效率的降低，难以达成节能降耗的目的。对于余热锅炉，翅片管外走烟气，管内通水，若因烟气控温的困难，使管体材料腐蚀，而导致漏水等事故。为了解决这些问题，国内也开始大量使用热管换热器来代替翅片管式气气热交换器，通常使用的是钢水热管，由于烟气温度在300～500摄氏度，而钢水热管的工作温度超过250摄氏度，内部压力高达40个大气压，因此常常出现爆管现象，同时钢水热管在高温时，水与钢发生反应而产生氢气，使热管逐渐失效，因此热管余热回收的气气热交换器通常在1～2年就要更换热管，热管换热器成本高，体积大，寿命短，因此急需开发一种传热速率快、均温性能好、结构简单、使用方便、体积小、重量轻、安全可靠的高效传热器件。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种夹层径向相变抑制传热管器件及其制造方法，用于解决现有技术中采用翅片管作为热交换器件的烟气-空气热交换器，因导热性能和温度均匀性差，温差大，控温困难而造成的烟气结露腐蚀问题；以及采用热管作为热交换部件而导致的结构复杂，体积大,成本高，热管在高温下容易失效和爆管，使用寿命短等问题。

为实现上述目的，本发明提供一种夹层径向相变抑制传热管器件，所述夹层径向相变抑制传热管器件包括：外套管、内套管及密封结构；

所述外套管套置于所述内套管外围，所述外套管与所述内套管之间形成有间隙结构，所述间隙结构内填充有工作介质；

所述外套管上设有至少一道第一沟槽，所述内套管上设有至少一道第二沟槽；所述第一沟槽与所述第二沟槽对应设置；

所述密封结构位于所述外套管及所述内套管的两端，且固定于所述外套管与所述内套管之间，以将所述外套管及所述内套管固定，并将所述间隙结构密封。

作为本发明的夹层径向相变抑制传热管器件的一种优选方案，所述密封结构包括封堵头。

作为本发明的夹层径向相变抑制传热管器件的一种优选方案，所述密封结构包括封堵头及充装封头；所述封堵头与所述充装封头分别位于所述外套管及所述内套管的两端。

作为本发明的夹层径向相变抑制传热管器件的一种优选方案，所述充装封头内设有充装孔，所述充装孔沿所述内套管及所述外套管的轴向贯穿所述充装封头；所述充装封头内设有充装孔堵头以封堵所述充装孔。

作为本发明的夹层径向相变抑制传热管器件的一种优选方案，所述密封结构包括第一端及第二端；所述第一端的厚度小于或等于所述间隙结构的宽度，所述第二端的厚度大于所述间隙结构的宽度；所述第一端固定于所述外套管及所述内套管之间。

作为本发明的夹层径向相变抑制传热管器件的一种优选方案，所述第一沟槽位于所述外套管的外壁上，且所述第一沟槽的长度方向沿所述外套管的周向延伸，并环绕所述外套管一周；所述第二沟槽位于所述内套管的外壁上，且所述第二沟槽的长度方向沿所述内套管的周向延伸，并环绕所述内套管一周。

作为本发明的夹层径向相变抑制传热管器件的一种优选方案，所述第一沟槽的深度及所述第二沟槽的深度均为0.5mm～1.5mm；所述第一沟槽的最大宽度及所述第二沟槽的最大宽度均为3mm～7mm。

作为本发明的夹层径向相变抑制传热管器件的一种优选方案，所述外套管的外壁上设有轴向散热翅片。

作为本发明的夹层径向相变抑制传热管器件的一种优选方案，所述外套管的外壁上设有径向散热翅片。

作为本发明的夹层径向相变抑制传热管器件的一种优选方案，所述外套管及所述内套管均为变径管。

作为本发明的夹层径向相变抑制传热管器件的一种优选方案，所述外套管与所述内套管同轴分布。

作为本发明的夹层径向相变抑制传热管器件的一种优选方案，所述外套管与所述内套管均为耐高温不锈钢管。

作为本发明的夹层径向相变抑制传热管器件的一种优选方案，位于所述外套管及所述内套管两端的所述密封结构的中心线位于同一轴心线上。

本发明还提供一种夹层径向相变抑制传热管器件的制造方法，所述制造方法包括：

提供具有不同内径的外套管及内套管，将所述外套管套置于所述内套管外围，所述外套管与所述内套管之间形成间隙结构；

使用封堵头将所述间隙结构的一端封堵；

使用设有充装孔的充装封头将所述间隙结构的另一端封堵；

通过所述充装孔向所述间隙结构内充入工作介质；

使用充装孔堵头将所述充装孔封堵，以将注入有工作介质的间隙结构密封。

如上所述，本发明的夹层径向相变抑制传热管器件及其制造方法，具有以下有益效果：

1.采用夹层套管式结构且套管内充装工作介质，提高了传热期间的快速导热特性和均温性能，增大了传热器件的外表面积。

2.外套管套置于内套管外围，并将两端封堵以在外套管与内套管之间形成封闭空间，并在封闭空间内充入工作介质，又所述外套管及内套管均为耐高温不锈钢管或锅炉钢，提高了传热管器件的结构强度和可靠性，以及使用的方便性(与普通管子的结构类似，有管内和管外构成)；

3.外套管及内套管上设置有沟槽，所述沟槽可以缓解或消除传热管器件本身以及传热管器件与热交换器管板之间的热膨胀应力问题，可以避免管子热胀冷缩造成固定管子两端的管板破损，减少设备的损坏；

4.外套管的外壁上设有散热翅片，增大了外套管的换热面积，提高了换热效率；

5.外套管及内套管均为变径管，可以扩大其应用范围和增强其换热强度。

附图说明

图1显示为本发明实施例一中提供的夹层径向相变抑制传热管器件的结构示意图。

图2显示为图1中A区域的局部放大图。

图3显示为图1中B区域的局部放大图。

图4显示为图1中沿CC方向的剖面结构示意图。

图5显示为本发明实施例二中提供的夹层径向相变抑制传热管器件的结构示意图。

图6显示为图5的左视图。

图7显示为本发明实施例三中提供的夹层径向相变抑制传热管器件的结构示意图。

图8显示为图7的左视图。

图9显示为本发明实施例四中提供的夹层径向相变抑制传热管器件的结构示意图。

图10显示为本发明实施例五中提供的夹层径向传热器件的制造方法的流程图。

元件标号说明

1外套管

11第一沟槽

2工作介质

3内套管

31第二沟槽

4封堵头

5充装孔

6充装孔堵头

7充装封头

8轴向散热翅片

9径向散热翅片

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图1至图10需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，虽图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

实施例一

请参阅图1至图4，本发明提供一种夹层径向相变抑制传热管器件，所述夹层径向相变抑制传热管器件包括：外套管1、内套管3及密封结构；

所述外套管1套置于所述内套管3外围，所述外套管1与所述内套管3之间形成有间隙结构，所述间隙结构内填充有工作介质2；

所述外套管1上设有至少一道第一沟槽11，所述内套管3上设有至少一道第二沟槽31，所述第一沟槽11与所述第二沟槽31一一对应设置。

所述密封结构位于所述外套管1及所述内套管3的两端，且固定于所述外套管1与所述内套管3之间，以将所述外套管1及所述内套管3固定，并将所述间隙结构密封。

作为示例，所述外套管1及所述内套管3横截面的形状可以根据实际需要进行设计，例如，所述外套管1及所述内套管3横截面的形状可以为圆形或多边形；优选地，本实施例中，所述外套管1及所述内套管3横截面的形状均为圆形。

作为示例，所述外套管1及所述内套管3均为直管。

作为示例，所述密封结构可以通过现有技术中的任一种固定连接方式固定于所述外套管1与所述内套管3之间，优选地，本实施例中，所述密封结构的上下两端面通过氩弧焊焊接在所述外套管1与所述内套管3之间。通过氩弧焊将所述密封结构焊接在所述外套管1与所述内套管3之间，使得所述密封结构与所述外套管1及所述内套管3的结合强度高，能承受高压力下密封结构内的工作介质不泄露。

作为示例，所述外套管1与所述内套管3同轴分布。将所述外套管1与所述内套管2同轴分布，可以在所述外套管1与所述内套管3之间形成宽度相同的间隙结构，使得所述夹层径向相变抑制传热管器件具有良好的温度均匀性，快速的传热速率，可以实现精确控温。

作为示例，所述外套管1与所述内套管3均为耐高温不锈钢管或锅炉钢。所述外套管1及所述内套管3的材料均为耐高温不锈钢或锅炉钢，能承受高压不泄露，可提高夹层径向传热器件的使用温度范围，提高使用的安全可靠性能以及使用寿命。

作为示例，位于所述外套管1及所述内套管3两端的所述密封结构的中心线位于同一轴心线上。

作为示例，所述密封结构可以为厚度均匀的结构，也可以为如图1所示的两端具有不同厚度的结构；优选地，本实施例中，所述密封结构包括第一端及第二端，所述第一端与所述第二端具有不同的厚度，具体的，所述第一端的厚度小于或等于所述间隙结构的宽度，所述第二端的厚度大于所述间隙结构的宽度；所述密封结构通过所述第一端固定于所述外套管1及所述内套管3之间。

作为示例，所述密封结构可以如图1所示包括封堵头4及充装封头7，也可以只包括所述封堵头4或只包括所述充装封头7。所述密封结构包括所述封堵头4及所述充装封头7时，所述封堵头4及所述充装封头7分别位于所述外套管1及所述内套管3的两端，即所述封堵头4位于所述外套管1及所述内套管3的一端，所述充装封头7位于所述外套管1及所述内套管3的另一端。

作为示例，所述充装封头7内设有充装孔5，所述充装孔5沿所述内套管3及所述外套管1的轴向贯穿所述充装封头7；所述充装封头7内设有充装孔堵头6以封堵所述充装孔5。

作为示例，所述充装孔5的形状可以根据实际需要进行设计；优选的，所述充装孔5的形状为圆形，且所述充装孔5的直径为0.5mm～1.5mm；更为优选地，本实施例中，所述充装孔5的直径为1mm。

作为示例，所述充装孔堵头6为销钉，所述工作介质2通过所述充装孔5充入所述间隙结构中以后，所述销钉通过氩弧焊焊接工艺封堵所述充装孔5。

作为示例，所述第一沟槽11位于所述外套管1的外壁上，且所述第一沟槽11的长度方向沿所述外套管1的周向延伸，并环绕所述外套管1一周；所述第二沟槽31位于所述内套管3的外壁上，且所述第二沟槽31的长度方向沿所述内套管3的周向延伸，并环绕所述内套管3一周。沿所述外套管1及所述内套管3的长度方向上可以设置多个所述第一沟道11及所述第二沟道31。

作为示例，如图1所示，所述第一沟槽11及所述第二沟槽31的截面形状为圆弧形，所述第一沟槽11的深度及所述第二沟槽31的深度均为0.5mm～1.5mm；所述第一沟槽11的最大宽度及所述第二沟槽31的最大宽度均为3mm～7mm；优选地，本实施例中，所述第一沟槽11的深度及所述第二沟槽31的深度均为1mm，所述第一沟槽11的最大宽度及所述第二沟槽31的最大宽度均为5mm。

在所述外套管1及所述内套管3的表面压设所述第一沟槽11及所述第二沟槽31，所述第一沟槽11及所述第二沟槽31即为所述外套管1及所述内套管3的伸缩环，可以有效地避免所述夹层径向相变抑制传热管器件热胀冷缩而造成的，所述夹层径向相变抑制传热管器件与管板之间的结合应力，延长热交换的器使用寿命和可靠性。

实施例二

请参阅图5至图6，本发明还提供一种夹层径向相变抑制传热管器件，本实施例中所述夹层径向相变抑制传热管器件的结构与实施例一中所述的夹层径向相变抑制传热管器件的结构大致相同，二者的区别在于：本实施例中的所述夹层径向相变抑制传热管器件在实施例一中所述的夹层径向相变抑制传热管器件的基础上增设了沿所述外套管1及所述内套管3轴向分布的轴向散热翅片8。

作为示例所述夹层径向相变抑制传热管器件包括若干片所述轴向散热翅片8，所述轴向散热翅片8均匀地分布于所述外套管1的外壁上。

夹层径向相变抑制传热管器件的所述外套管1的外壁设置若干个所述轴向散热翅片8，可以有效地增大所述外套管1的换热面积，进而提高了所述夹层径向相变抑制传热管器件的换热效率。

实施例三

请参阅图7至图8，本发明还提供一种夹层径向相变抑制传热管器件，本实施例中所述夹层径向相变抑制传热管器件的结构与实施例一中所述的夹层径向相变抑制传热管器件的结构大致相同，二者的区别在于：本实施例中的所述夹层径向相变抑制传热管器件在实施例一中所述的夹层径向相变抑制传热管器件的基础上增设了沿所述外套管1及所述内套管3径向分布的径向散热翅片9。

作为示例所述夹层径向相变抑制传热管器件包括若干片所述径向散热翅片9，所述径向散热翅片9均匀地分布于所述外套管1的外壁上。

夹层径向相变抑制传热管器件的所述外套管1的外壁设置若干个所述径向散热翅片9，可以有效地增大所述外套管1的换热面积，进而提高了所述夹层径向相变抑制传热管器件的换热效率。

实施例四

请参阅图9，本发明还提供一种夹层径向相变抑制传热管器件，本实施例中所述夹层径向相变抑制传热管器件的结构与实施例一中所述的夹层径向相变抑制传热管器件的结构大致相同，二者的区别在于：实施例一中所述的外套管1及所述内套管3均为同直径的管子，而本实施例中所述的外套管1及所述内套管3均为变径管。

作为示例，所述外套管1及所述内套管3如图9所示，均为一端管径大，另一端管径小的变径管结构。将所述外套管1及所述内套管3均设置为变径管，可以扩大其应用范围，且可以增强其换热强度。

实施例五

请参阅图10，本发明还提供一种夹层径向相变抑制传热管器件的制造方法，所述制造方法包括：

S1：提供具有不同内径的外套管及内套管，将所述外套管套置于所述内套管外围，所述外套管与所述内套管之间形成间隙结构；

S2：使用封堵头将所述间隙结构的一端封堵；

S3：使用设有充装孔的充装封头将所述间隙结构的另一端封堵；

S4：通过所述充装孔向所述间隙结构内充入工作介质；

S5：使用充装孔堵头将所述充装孔封堵，以将注入有工作介质的间隙结构密封。

请参阅图10中的S1步骤，提供具有不同内径的外套管及内套管，将所述外套管套置于所述内套管外围，所述外套管与所述内套管之间形成间隙结构。

作为示例，所述外套管及所述内套管可以为实施例一至实施例四中任一实施例中所述的外套管及内套管，具体结构请参阅实施例一至实施例四，此处不再累述。

作为示例，所述外套管与所述内套管同轴分布。

请参阅图10中的S2步骤，使用封堵头将所述间隙结构的一端封堵。

作为示例，将所述封堵头的一端插入所述外套管与所述内套管之间，并将所述封堵头的插入端的上下两端面通过氩弧焊焊接在所述外套管与所述内套管之间。

作为示例，所述封堵头的结构与实施例一中所述的封堵头的结构相同，具体请参阅实施例一，这里不再累述。

请参阅图10中的S3步骤，使用设有充装孔的充装封头将所述间隙结构的另一端封堵。

作为示例，将所述的充装封头的一端插入所述外套管与所述内套管之间，并将所述充装封头的插入端的上下两端面通过氩弧焊焊接在所述外套管与所述内套管之间。

作为示例，所述充装孔及所述充装封头的结构与实施例一中所述的充装孔及充装封头的结构相同，具体请参阅实施例一，这里不再累述。

请参阅图10中的S4步骤，通过所述充装孔向所述间隙结构内充入工作介质。

请参阅图10中的S5步骤，使用充装孔堵头将所述充装孔封堵，以将注入有工作介质的间隙结构密封。

作为示例，所述充装孔堵头为销钉，所述工作介质通过所述充装孔充入所述间隙结构中以后，所述销钉通过氩弧焊焊接工艺封堵所述充装孔。

综上所述，本发明提供一种夹层径向相变抑制传热管器件及其制造方法，外套管套置于内套管外围，并将两端通过氩弧焊焊接封堵以在外套管与内套管之间形成封闭空间，并在封闭空间内充入工作介质，使传热管器件导热速率快，均温性能好，控温方便容易，从而可控制经过热交换起的烟气温度在露点以上，有效地避免了烟气在换热器上的结露而造成的露点腐蚀，提高设备的使用寿命；所述外套管及内套管均为耐高温不锈钢管或锅炉钢，能承受高压力而不泄露，提高了传热管器件的安全可靠性，延长了使用寿命；外套管及内套管上设置有沟槽，所述沟槽可以缓解或消除传热管器件本身以及传热管器件与热交换器管板之间的热膨胀应力问题，可以避免管子热胀冷缩造成热交换管与管板之间的结合可靠性和气密性，减少设备的损坏；外套管的外壁上设有散热翅片，增大了外套管的换热面积，提高了换热效率；外套管及内套管均为变径管，，可以扩大其应用范围和增强其换热强度。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (14)

1.一种夹层径向相变抑制传热管器件，其特征在于，所述夹层径向相变抑制传热管器件包括：外套管、内套管及密封结构；

所述外套管套置于所述内套管外围，所述外套管与所述内套管之间形成有间隙结构，所述间隙结构内填充有工作介质；

所述外套管上设有至少一道第一沟槽，所述内套管上设有至少一道第二沟槽；所述第一沟槽与所述第二沟槽对应设置；

所述密封结构位于所述外套管及所述内套管的两端，且固定于所述外套管与所述内套管之间，以将所述外套管及所述内套管固定，并将所述间隙结构密封。

2.根据权利要求1所述的夹层径向相变抑制传热管器件，其特征在于：所述密封结构包括封堵头。

3.根据权利要求1所述的夹层径向相变抑制传热管器件，其特征在于：所述密封结构包括封堵头及充装封头；所述封堵头与所述充装封头分别位于所述外套管及所述内套管的两端。

4.根据权利要求3所述的夹层径向相变抑制传热管器件，其特征在于：所述充装封头内设有一充装孔，所述充装孔沿所述内套管及所述外套管的轴向贯穿所述充装封头；所述充装封头内设有充装孔堵头以封堵所述充装孔。

5.根据权利要求1所述的夹层径向相变抑制传热管器件，其特征在于：所述密封结构包括第一端及第二端；所述第一端的厚度小于或等于所述间隙结构的宽度，所述第二端的厚度大于所述间隙结构的宽度；所述第一端固定于所述外套管及所述内套管之间。

6.根据权利要求1所述的夹层径向相变抑制传热管器件，其特征在于：所述第一沟槽位于所述外套管的外壁上，且所述第一沟槽的长度方向沿所述外套管的周向延伸，并环绕所述外套管一周；所述第二沟槽位于所述内套管的外壁上，且所述第二沟槽的长度方向沿所述内套管的周向延伸，并环绕所述内套管一周。

7.根据权利要求1所述的夹层径向相变抑制传热管器件，其特征在于：所述第一沟槽的深度及所述第二沟槽的深度均为0.5mm～1.5mm；所述第一沟槽的最大宽度及所述第二沟槽的最大宽度均为3mm～7mm。

8.根据权利要求1所述的夹层径向相变抑制传热管器件，其特征在于：所述外套管的外壁上设有轴向散热翅片。

9.根据权利要求1所述的夹层径向相变抑制传热管器件，其特征在于：所述外套管的外壁上设有径向散热翅片。

10.根据权利要求1所述的夹层径向相变抑制传热管器件，其特征在于：所述外套管及所述内套管均为变径管。

11.根据权利要求1所述的夹层径向相变抑制传热管器件，其特征在于：所述外套管与所述内套管同轴分布。

12.根据权利要求1所述的夹层径向相变抑制传热管器件，其特征在于：所述外套管与所述内套管均为耐高温不锈钢管。

13.根据权利要求1所述的夹层径向相变抑制传热管器件，其特征在于：位于所述外套管及所述内套管两端的所述密封结构的中心线位于同一轴心线上。

14.一种夹层径向相变抑制传热管器件的制造方法，其特征在于，所述制造方法包括：

提供具有不同内径的外套管及内套管，将所述外套管套置于所述内套管外围，所述外套管与所述内套管之间形成间隙结构；

使用封堵头将所述间隙结构的一端封堵；

使用设有充装孔的充装封头将所述间隙结构的另一端封堵；

通过所述充装孔向所述间隙结构内充入工作介质；

使用充装孔堵头将所述充装孔封堵，以将注入有工作介质的间隙结构密封。