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CN108387117B - 一种内外双对流管式换热器 - Google Patents

一种内外双对流管式换热器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种内外双对流管式换热器，包括两端密封的壳体、设置在壳体内的若干换热导流套管、对称地间隔设置在壳体两端内孔中的两个第一隔流板、两个第二隔流板、两个第三隔流板，每个换热导流套管均包括由内向外依次间隙相套的第三换热导流套管、第二换热导流套管、第一换热导流套管，壳体一端外壁设置有连通第三换热导流套管和第一换热导流套管相应端的冷却流体入口、连通第二换热导流套管相应端的被冷却流体出口，另一端外壁设置有连通第二换热导流套管另一端的被冷却流体入口、连通第三换热导流套管和第一换热导流套管另一端的冷却流体出口。本发明空间利用率高、导热均匀、传热效率高，结构简单易加工，稳定可靠寿命长。

Description

一种内外双对流管式换热器
技术领域
本发明涉及一种换热器，尤其涉及一种基于双对流的高效率换热器。
背景技术
套管式换热器，是以封闭在壳体中管壁的壁面作为传热面的间壁式热交换器，目前常用的主要有固定管板式、浮头式和U型管式3种类型。由于管壳式换热器可用各种金属材料制造，具有结构坚固，操作弹性大，可靠程度高，适用范围广，能在高温高压环境下使用，因此在石油、化工、轻工、冶金、电力等众多行业获得广泛应用。
目前，国内关于管壳式换热器在提高其效率方面主要研究的方面有两个：提高传热系数和高对数平均温差。在提高传热系数方面可以改进的方面有：提高板片的表面传热系数；减小污垢层热阻；选用热导率高的导片；减小板片厚度等。减小污垢层热阻往往受限于技术条件；选用热导率高的导片在大型、批量化等换热器应用场合往往造价较高；减小板片厚度受到了所运输液体的压力及承载量的限制，其改进方面往往十分有限。
发明内容
本发明针对现有技术背景所述问题，提出了一种可以增加传热效率、减小换热器体积、实现精准换热的新型内外双对流管式换热器。
本发明采用如下技术方案实现：
一种增加传热效率、在相同的换热器功率下减小换热器体积的新型内外双对流管式换热器，由壳体、端盖、固定螺栓、换热导流管、隔流板、中间支撑板、密封垫圈等组成。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种内外双对流管式换热器，包括：两端密封的不锈钢壳体、沿轴向均匀设置在所述壳体内的若干换热导流套管、对称地间隔设置在所述壳体两端内孔中的两个第一隔流板、两个第二隔流板、两个第三隔流板，每个换热导流套管均包括由内向外依次间隙相套的第三换热导流套管、第二换热导流套管、第一换热导流套管，所述第二换热导流套管两端的管口对称地伸出所述第一换热导流套管两端的管口一段距离，所述第三换热导流套管两端的管口对称地伸出所述第二换热导流套管两端的管口一段距离；所述两个第三隔流板对称地密封固定在所述壳体内壁和各第一换热导流套管两端的管口外壁之间，所述两个第二隔流板对称地密封固定在所述壳体内壁和各第一换热导流套管两端的管口外壁之间，所述两个第一隔流板对称地密封固定在所述壳体内壁和各第三换热导流套管两端的管口外壁之间；所述壳体一端外壁设置有同时连通第三换热导流套管和第一换热导流套管相应端的冷却流体入口、连通所述第二换热导流套管相应端的被冷却流体出口，另一端外壁设置有连通所述第二换热导流套管另一端的被冷却流体入口、同时连通第三换热导流套管和第一换热导流套管另一端的冷却流体出口。
进一步地，所述的第三换热导流套管、第二换热导流套管、第一换热导流套管同轴设置，实现导热均匀，传热效率高。
进一步地，所述的第三换热导流套管、第二换热导流套管、第一换热导流套管材料为氟塑料。
进一步地，所述壳体两端的内孔中设置有若干与第一隔流板、第二隔流板、第三隔流板的直径相匹配的阶梯孔。
进一步地，所述的第一隔流板、第二隔流板、第三隔流板的外周壁与对应阶梯孔的内壁通过螺纹相连接。
进一步地，所述的第一隔流板、第二隔流板、第三隔流板中部均匀设置有若干分别与第三换热导流套管、第二换热导流套管、第一换热导流套管管口外壁密封配合的圆孔。
进一步地，所述的圆孔与第三换热导流套管、第二换热导流套管、第一换热导流套管管口外壁的密封配合均设置有螺纹。
进一步地，所述壳体内孔中部固定设置有用于支撑换热导流套管的圆形不锈钢导流管中间支撑板，所述中间支撑板中部均匀设置有若干和第一换热导流套管过盈配合的孔。
进一步地，所述导流管中间支撑板圆周外围通过螺纹与壳体内壁固定连接。
进一步地，所述壳体两端通过端盖、密封垫圈及固定螺栓进行密封。
相比现有技术，本发明具有如下有益效果：
本发明所述的内外双对流管式换热器外壳及支撑部件制备时选用不锈钢，可防止腐蚀，提高换热器的可靠性，增加换热器的使用寿命。所述的导热流体管和导冷流体管制备成直线管路，且呈径向密布在该换热器外壳内部，空间利用率高，竖直流向没有拐弯的导流管减少了热流体和冷流体在换热器中的循环时间，从而增加了换热器的效率。内外双对流的套管结构增加了换热效率，同时可有效减少热应力。所述的导热流体管和导冷流体管的制备材料为氟塑性材料，因此其具有良好的抗腐蚀性能和导热性能，从而保证了内外双对流管式换热器的正常工作与使用寿命。所述的换热导流套管群组通过隔流板分层的约束机构固定在换热器外壳内部，有效防止冷流体和热流体的流动对导管群组产生抖动，从而提高换热器的可靠性，结构简单，易加工，稳定可靠。
附图说明
图1内外双对流管式换热器三维示意图。
图2为内外双对流管式换热器剖视示意图。
图3为第一隔流板主视图。
图4为第二隔流板主视图。
图5为第三隔流板主视图。
图中所示为：
1—导流管中间支撑板、2—壳体、3—第一换热导流套管、4—第二换热导流套管、5—第三换热导流套管、6—端盖、7—固定螺栓、8—密封垫圈、9—第一隔流板、10—第二隔流板、11—第三隔流板；12—被冷却流体入口、13—冷却流体入口、14—被冷却流体出口、15—冷却流体出口。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明的目的做进一步详细地阐述，实施例不能在此一一赘述，但本发明的实施方式并不因此限定于以下实施例。
如图1至图4所示，一种内外双对流管式换热器，包括：两端密封的不锈钢壳体2、沿轴向均匀设置在所述壳体2内的四个换热导流套管、对称地间隔设置在所述壳体2两端内孔中的两个第一隔流板9、两个第二隔流板10和两个第三隔流板11。所述壳体2两端通过端盖6、密封垫圈8及固定螺栓7进行密封。每个换热导流套管均由内向外依次间隙相套的第三换热导流套管5、第二换热导流套管4、第一换热导流套管3，所述第二换热导流套管4两端的管口对称地伸出所述第一换热导流套管3两端的管口一段距离，所述第三换热导流套管5两端的管口对称地伸出所述第二换热导流套管4两端的管口一段距离；所述两个第三隔流板11对称地密封固定在所述壳体2内壁和各第一换热导流套管3两端的管口外壁之间，所述两个第二隔流板10对称地密封固定在所述壳体2内壁和各第一换热导流套管4两端的管口外壁之间，所述两个第一隔流板9对称地密封固定在所述壳体2内壁和各第三换热导流套管5两端的管口外壁之间，所述壳体2一端外壁设置有同时连通第三换热导流套管5和第一换热导流套管3相应端的冷却流体入口13、连通所述第二换热导流套管4相应端的被冷却流体出口14，另一端外壁设置有连通所述第二换热导流套管4另一端的被冷却流体入口12、同时连通第三换热导流套管5和第一换热导流套管3另一端的冷却流体出口15。
所述的第三换热导流套管5、第二换热导流套管4、第一换热导流套管3同轴设置，可实现导热均匀，传热效率高。
所述的第三换热导流套管5、第二换热导流套管4、第一换热导流套管3材料为氟塑料。
所述壳体2两端的内孔中设置有若干与第一隔流板9、第二隔流板10、第三隔流板11的直径相匹配的阶梯孔。所述的第一隔流板9、第二隔流板10、第三隔流板11的外周壁与对应阶梯孔的内壁通过螺纹相连接，从而实现约束固定的目的，结构简单，易加工，稳定可靠。
如图3至5所示，所述的第一隔流板9、第二隔流板10、第三隔流板11中部均匀设置有若干分别与第三换热导流套管5、第二换热导流套管4、第一换热导流套管3管口外壁密封配合的圆孔。所述的圆孔与第三换热导流套管5、第二换热导流套管4、第一换热导流套管3管口外壁的密封配合均设置有螺纹，从而实现约束固定的目的，结构简单，易加工，稳定可靠。
另外，所述壳体2内孔中部固定设置有用于支撑换热导流套管的圆形不锈钢导流管中间支撑板1，所述导流管中间支撑板1圆周外围通过螺纹与壳体2内壁固定连接。所述中间支撑板1中部均匀设置有四个和第一换热导流套管3过盈配合的孔。
上述实施例提供的内外双对流管式换热器工作原理如下：
如图2所示，换热过程中，温度较高的被冷却流体从被冷却流体入口12流入各第二换热导流套管4，然后从被冷却流体出口14流出；于此同时，温度较低的冷却流体从冷却流体入口13分别流入各第三换热导流套管5和第一换热导流套管3中，然后从冷却流体出口15流出，温度较高的被冷却流体在各第二换热导流套管4中流动时，温度较低的冷却流体同时在各第三换热导流套管5和第一换热导流套管3中反向流动，将温度较高的被冷却流体包络其中，从而使温度较高的被冷却流体内外两侧同时与温度较低的冷却流体进行换热，这样双对流的直导管结构设计，空间利用率高，换热速度快，提高了换热效率，同时可有效减少热应力。
各隔流板及导流管中间支撑板1可有效防止液体流动导致冷流体导管及热流体导管产生抖动，从而提高内外双对流换热器的可靠性；
所述壳体2及导流管中间支撑板1的材料均为防腐的不锈钢钢材，从而可防止外环境腐蚀，提高换热器的可靠性，增加换热器的使用寿命。
本发明的上述实施例仅仅是为了清楚地说明本发明所做的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所述领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其其他不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种内外双对流管式换热器，其特征在于，包括：两端密封的壳体(2)、沿轴向均匀设置在所述壳体(2)内的若干换热导流套管、对称地间隔设置在所述壳体(2)两端内孔中的两个第一隔流板(9)、两个第二隔流板(10)、两个第三隔流板(11)，每个换热导流套管均包括由内向外依次间隙相套的第三换热导流套管(5)、第二换热导流套管(4)、第一换热导流套管(3)，所述第二换热导流套管(4)两端的管口对称地伸出所述第一换热导流套管(3)两端的管口一段距离，所述第三换热导流套管(5)两端的管口对称地伸出所述第二换热导流套管(4)两端的管口一段距离；所述两个第三隔流板(11)对称地密封固定在所述壳体(2)内壁和各第一换热导流套管(3)两端的管口外壁之间，所述两个第二隔流板(10)对称地密封固定在所述壳体(2)内壁和各第一换热导流套管(3)两端的管口外壁之间，所述两个第一隔流板(9)对称地密封固定在所述壳体(2)内壁和各第三换热导流套管(5)两端的管口外壁之间；所述壳体(2)一端外壁设置有同时连通第三换热导流套管(5)和第一换热导流套管(3)相应端的冷却流体入口(13)、连通所述第二换热导流套管(4)相应端的被冷却流体出口(14)，另一端外壁设置有连通所述第二换热导流套管(4)另一端的被冷却流体入口(12)、同时连通第三换热导流套管(5)和第一换热导流套管(3)另一端的冷却流体出口(15)；所述的第三换热导流套管(5)、第二换热导流套管(4)、第一换热导流套管(3)同轴设置；所述壳体(2)两端的内孔中设置有若干与第一隔流板(9)、第二隔流板(10)、第三隔流板(11)的直径相匹配的阶梯孔。
2.根据权利要求1所述的内外双对流管式换热器，其特征在于：所述的第三换热导流套管(5)、第二换热导流套管(4)、第一换热导流套管(3)材料为氟塑料。
3.根据权利要求1所述的内外双对流管式换热器，其特征在于：所述的第一隔流板(9)、第二隔流板(10)、第三隔流板(11)的外周壁与对应阶梯孔的内壁通过螺纹相连接。
4.根据权利要求1所述的内外双对流管式换热器，其特征在于：所述的第一隔流板(9)、第二隔流板(10)、第三隔流板(11)中部均匀设置有若干分别与第三换热导流套管(5)、第二换热导流套管(4)、第一换热导流套管(3)管口外壁密封配合的圆孔。
5.根据权利要求4所述的内外双对流管式换热器，其特征在于：所述的圆孔与第三换热导流套管(5)、第二换热导流套管(4)、第一换热导流套管(3)管口外壁的密封配合均设置有螺纹。
6.根据权利要求1所述的内外双对流管式换热器，其特征在于：所述壳体(2)内孔中部固定设置有用于支撑换热导流套管的圆形导流管中间支撑板(1)，所述中间支撑板(1)中部均匀设置有若干和第一换热导流套管(3)过盈配合的孔。
7.根据权利要求6所述的内外双对流管式换热器，其特征在于：所述导流管中间支撑板(1)圆周外围通过螺纹与壳体(2)内壁固定连接。
8.根据权利要求1所述的内外双对流管式换热器，其特征在于：所述壳体(2)两端通过端盖(6)、密封垫圈(8)及固定螺栓(7)进行密封。
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