一种换热器

1.本发明涉及传热技术领域，特别涉及一种换热器。


背景技术：

2.节能减排已成为各行各业，尤其是石油化工行业的发展重点。在石化设备中换热器占有不可忽视的地位，数据显示换热器投资约为总投资的1/3，所以提高换热器的能源利用率，实现节能减排对石化行业的经济效益提高有重要作用。在石化行业中所使用的换热器温度、压力波动较大，介质腐蚀性强，所以目前管壳式换热器仍作为主要的换热设备，数据显示其使用量约占换热器使用总量的54％。随着科学技术的发展，换热器作为进行介质热交换的专用设备，其广泛应用于石油、化工、制药、核电等行业。
3.中国专利cn106288909a，公开了一种平面回折型弹性强化换热管束及换热器，有第一换热管以及与该第一换热管方向相异的第二换热管，且利用这两个换热管组成回折型的换热管束，并将换热管束的进口端和出口端固定，其他部分处于浮动状态，以使得形成合适的横向振动频率和振幅来强化传热。
4.然而，这种弹性管束换热装置由于其内部结构的限制，无法实现对壳程流体的导流，使得壳程流体不能充分吸收热量，因此其强化传热效果并不明显。


技术实现要素：

5.本发明提供一种换热器，利用折流板的螺旋结构实现对换热器内壳程流体的导流，使换热流体与换热管接触时间变长，提高换热效率。
6.本发明提供了一种换热器，包括：
7.外筒体及对应的封闭在外筒体两个端口处的第一端盖和第二端盖，外筒体内连接有换热管束，换热管束的两端一一对应的与第一端盖或第二端盖固连；
8.中心筒，固定于外筒体的内部，中心筒的中轴线与外筒体的中轴线重合；
9.多块折流板均布于中心筒圆周方向的多个径向中的每一径向上，折流板沿中心筒的轴线设置，并且各径向上的折流板共同形成朝向中心筒尾端的螺旋状，换热管束套设于折流板的外围，换热管束与折流板交错分布，多块折流板形成的螺旋与换热管束的旋向与螺距均相同。
10.可选的，多块折流板沿中心筒的轴线间隔设置或多块折流板沿中心筒的轴线连为一体。
11.可选的，换热管束包括：
12.多条内缠绕管，从首端至尾端呈螺旋状沿外筒体的轴向设置于外筒体内，多条内缠绕管的两个端部各呈圆周阵列固定于对应的第一端盖或第二端盖上，内缠绕管位于折流板的外围；
13.多条外缠绕管，从首端至尾端呈螺旋状沿外筒体的轴向设置于外筒体内，多条外缠绕管的两个端部各呈圆周阵列固定于对应的第一端盖或第二端盖上，且多条外缠绕管套
设于多条内缠绕管的外周，外缠绕管与内缠绕管不接触，多条内缠绕管与多条外缠绕管形成换热管束，换热管束与折流板交错分布，多块折流板形成的螺旋与换热管束的旋向与螺距均相同。
14.可选的，内缠绕管及外缠绕管由弹性材料制成。
15.可选的，还包括：
16.第一封头，固连于第一端盖远离外筒体的一侧；
17.第二封头，固连于第二端盖远离外筒体的一侧；
18.壳程出口管，垂直连接于外筒体靠近第二封头的一端，壳程出口管位于换热管束的直管上方；
19.壳程入口管，垂直连接于外筒体靠近第一封头的一端，壳程入口管位于换热管束的直管下方，壳程出口管及壳程入口管分别与外筒体连通；
20.管程入口管，沿外筒体的轴向连接于第二封头远离外筒体的一侧；
21.管程出口管，沿外筒体的轴向连接于第一封头远离外筒体的一侧，管程入口管及管程出口管分别与外筒体连通。
22.可选的，第一封头与第一端盖之间、第二封头与第二端盖之间、第一端盖与外筒体之间以及第二端盖与外筒体之间各连接有垫片。
23.可选的，还包括：
24.两个筒体法兰，一一对应的封闭于壳程出口管或壳程入口管的开口处；
25.两个封头法兰，一一对应的封闭于壳程入口管或管程出口管的开口处。
26.与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明通过在外筒体内设置中心筒，在中心筒的外周连接多块折流板，从而使多块导流板形成螺旋结构，利用该螺旋结构，实现了对壳程流体的导流，使换热流体与换热管接触时间变长，使得壳程流体充分吸收热量，从而进一步提高传热效果。
附图说明
27.图1为本发明实施例提供的一种换热器的结构示意图；
28.图2为本发明实施例提供的折流板的第一种结构示意图；
29.图3为本发明实施例提供的折流板的第二种结构示意图；
30.图4为本发明实施例提供的缠绕管束的结构示意图；
31.图5为本发明实施例提供的缠绕管束的左视图。
32.附图标记说明：
33.1-左封头，2-中心筒，3-左端盖，4-折流板，5-外缠绕管，6-内缠绕管，7-壳程出口管，8-筒体法兰，9-右端盖，10-封头法兰，11-管程入口管，12-右封头，13-换热管束，14-外筒体，15-壳程入口管，16-管程出口管，17-垫片。
具体实施方式
34.下面结合附图，对本发明的一个具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
35.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明的技术方案和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
36.节能减排已成为各行各业，尤其是石油化工行业的发展重点。在石化设备中换热器占有不可忽视的地位，数据显示换热器投资约为总投资的1/3，所以提高换热器的能源利用率，实现节能减排对石化行业的经济效益提高有重要作用。在石化行业中所使用的换热器温度、压力波动较大，介质腐蚀性强，所以目前管壳式换热器仍作为主要的换热设备，数据显示其使用量约占换热器使用总量的54％。随着科学技术的发展，换热器作为进行介质热交换的专用设备，其广泛应用于石油、化工、制药、核电等行业。
37.中国专利cn106288909a，公开了一种平面回折型弹性强化换热管束及换热器，有第一换热管以及与该第一换热管方向相异的第二换热管，且利用这两个换热管组成回折型的换热管束，并将换热管束的进口端和出口端固定，其他部分处于浮动状态，以使得形成合适的横向振动频率和振幅来强化传热。
38.然而，这种弹性管束换热装置由于其内部结构的限制，无法实现对壳程流体的导流，使得壳程流体不能充分吸收热量，因此其强化传热效果并不明显。
39.为了解决上述技术问题，本发明实施例提供一种换热器，利用折流板的螺旋结构实现对换热器内壳程流体的导流，使换热流体与换热管接触时间变长，提高换热效率，以下将结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明，其中，图1为本发明实施例提供的一种换热器的结构示意图，图2为本发明实施例提供的折流板的第一种结构示意图，图3为本发明实施例提供的折流板的第二种结构示意图，图4为本发明实施例提供的缠绕管束的结构示意图，图5为本发明实施例提供的缠绕管束的左视图。
40.如图1-3所示，本发明实施例提供的一种换热器，包括：外筒体14及对应的封闭在外筒体14两个端口处的第一端盖3和第二端盖9，外筒体14内连接有换热管束13，换热管束13的两端一一对应的与第一端盖3或第二端盖9固连，中心筒2固定于外筒体14的内部，中心筒2的中轴线与外筒体14的中轴线重合，多块折流板4均布于中心筒2圆周方向的多个径向中的每一径向上，折流板4沿中心筒2的轴线设置，并且各径向上的折流板4共同形成朝向中心筒2尾端的螺旋状，换热管束13套设于折流板4的外围，换热管束13与折流板4交错分布，多块折流板4形成的螺旋与换热管束13的旋向与螺距均相同。
41.本发明通过在外筒体内设置中心筒，在中心筒的外周连接多块折流板，从而使多块导流板形成螺旋结构，利用该螺旋结构，实现了对壳程流体的导流，使换热流体与换热管接触时间变长，使得壳程流体充分吸收热量，从而进一步提高传热效果。
42.参考图2和图3，多块折流板4沿中心筒2的轴线间隔设置或多块折流板4沿中心筒2的轴线连为一体，多块导流板形成间断式螺旋结构或连续式螺旋结构均可实现管外螺旋流。
43.参考图4-5，在本实施例中，换热管束13包括：多条内缠绕管6和多条外缠绕管5，多条内缠绕管6从首端至尾端呈螺旋状沿外筒体14的轴向设置于外筒体14内，多条内缠绕管6的两个端部各呈圆周阵列固定于对应的第一端盖3或第二端盖9上，内缠绕管6位于折流板4的外围，多条外缠绕管5从首端至尾端呈螺旋状沿外筒体14的轴向设置于外筒体14内，多条
外缠绕管5的两个端部各呈圆周阵列固定于对应的第一端盖3或第二端盖9上，且多条外缠绕管5套设于多条内缠绕管6的外周，外缠绕管5与内缠绕管6不接触，多条内缠绕管6与多条外缠绕管5形成换热管束13，换热管束13与折流板4交错分布，多块折流板4形成的螺旋与换热管束13的旋向与螺距均相同。
44.本实施例中，将加热管束分为内缠绕管和外缠绕管，可以在单位体积内显著提高换热面积，换热管束采用螺旋缠绕结构，管内流体介质诱导换热管束产生振动，增强了管内/外近壁处流体介质的紊流特性，实现强化传热，同时管内流体介质在流动时产生二次流可进一步实现强化传热。
45.可选的，内缠绕管6及外缠绕管5由弹性材料制成，将内缠绕管6及外缠绕管5用弹性材料制成能够使其充分振动，进一步提高换热效率，在工作温度较低时，内缠绕管6及外缠绕管5可以采取pe弹性管或碳素钢管或低合金钢管制成。
46.再次参考图1，本发明实施例提供的一种换热器，还包括：第一封头1、第二封头12、壳程出口管7、壳程入口管15、管程入口管11和管程出口管16，第一封头1固连于第一端盖3远离外筒体14的一侧，第二封头12固连于第二端盖9远离外筒体14的一侧，壳程出口管7垂直连接于外筒体14靠近第二封头12的一端，壳程出口管7位于换热管束13的直管上方，壳程入口管15垂直连接于外筒体14靠近第一封头1的一端，壳程入口管15位于换热管束13的直管下方，壳程出口管7及壳程入口管15分别与外筒体14连通，管程入口管11沿外筒体14的轴向连接于第二封头12远离外筒体14的一侧，管程出口管16沿外筒体14的轴向连接于第一封头1远离外筒体14的一侧，管程入口管11及管程出口管16分别与外筒体14连通。
47.本发明实施例提供的换热器采用横放的安装方式，热流体在管程入口管、换热管束和管程出口管内流动，这条路径称为管程；冷流体在壳程入口管、换热管束和壳程出口管与外筒体之间的空隙内流动，这条路径称为壳程，管程热介质由管程入口管流入，管程出口管流出；壳程冷介质由底部壳程入口管流入，让冷介质能够充满壳体，然后从顶部壳程出口管流出，实现壳程介质与管程介质之间的交叉流动，有利于达到更好的换热效果。
48.可选的，第一封头1与第一端盖3之间、第二封头12与第二端盖9之间、第一端盖3与外筒体14之间以及第二端盖9与外筒体14之间各连接有垫片2。
49.可选的，还包括：筒体法兰8和封头法兰10，两个筒体法兰8一一对应的封闭于壳程出口管7或壳程入口管15的开口处，两个封头法兰10一一对应的封闭于壳程入口管15或管程出口管16的开口处。
50.本发明实施例提供的换热器采用横放的安装方式，热流体在管程入口管、换热管束和管程出口管内流动，这条路径称为管程；冷流体在壳程入口管、换热管束和壳程出口管与外筒体之间的空隙内流动，这条路径称为壳程，管程热介质由管程入口管流入，管程出口管流出；壳程冷介质由底部壳程入口管流入，让冷介质能够充满壳体，然后从顶部壳程出口管流出，实现壳程介质与管程介质之间的交叉流动，有利于达到更好的换热效果。换热器中换热管束由弹性材料制成，壳程、管程流体介质诱导管束产生振动，增强了管内/外近壁处流体介质的紊流特性，实现强化传热，管束采用螺旋缠绕结构，管内流体介质在流动时产生二次流可进一步实现强化传热；通过利用螺旋式折流板结构，实现对壳程流体的导流，使得壳程流体充分吸收热量，从而进一步提高传热效果，换热器采用横放的安装方式，使各管出/入口压降趋于一致，有利于各管的振动效果均匀一致。
51.以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但是，本发明实施例并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种换热器，包括外筒体(14)及对应的封闭在所述外筒体(14)两个端口处的第一端盖(3)和第二端盖(9)，所述外筒体(14)内连接有换热管束(13)，所述换热管束(13)的两端一一对应的与所述第一端盖(3)或第二端盖(9)固连，其特征在于，还包括：中心筒(2)，固定于所述外筒体(14)的内部，所述中心筒(2)的中轴线与所述外筒体(14)的中轴线重合；多块折流板(4)，均布于所述中心筒(2)圆周方向的多个径向中的每一径向上，所述折流板(4)沿所述中心筒(2)的轴线设置，并且各径向上的折流板(4)共同形成朝向所述中心筒(2)尾端的螺旋状，所述换热管束(13)套设于所述折流板(4)的外围，所述换热管束(13)与所述折流板(4)交错分布，多块所述折流板(4)形成的螺旋与所述换热管束(13)的旋向与螺距均相同。2.如权利要求1所述的换热器，其特征在于，多块所述折流板(4)沿所述中心筒(2)的轴线间隔设置或多块所述折流板(4)沿所述中心筒(2)的轴线连为一体。3.如权利要求1或2所述的换热器，其特征在于，所述换热管束(13)包括：多条内缠绕管(6)，从首端至尾端呈螺旋状沿所述外筒体(14)的轴向设置于所述外筒体(14)内，多条所述内缠绕管(6)的两个端部各呈圆周阵列固定于对应的所述第一端盖(3)或第二端盖(9)上，所述内缠绕管(6)位于所述折流板(4)的外围；多条外缠绕管(5)，从首端至尾端呈螺旋状沿所述外筒体(14)的轴向设置于所述外筒体(14)内，多条所述外缠绕管(5)的两个端部各呈圆周阵列固定于对应的所述第一端盖(3)或第二端盖(9)上，且多条所述外缠绕管(5)套设于多条所述内缠绕管(6)的外周，所述外缠绕管(5)与内缠绕管(6)不接触，多条所述内缠绕管(6)与多条所述外缠绕管(5)形成所述换热管束(13)，所述换热管束(13)与所述折流板(4)交错分布，多块所述折流板(4)形成的螺旋与所述换热管束(13)的旋向与螺距均相同。4.如权利要求3所述的换热器，其特征在于，所述内缠绕管(6)及外缠绕管(5)由弹性材料制成。5.如权利要求1或4所述的换热器，其特征在于，还包括：第一封头(1)，固连于所述第一端盖(3)远离所述外筒体(14)的一侧；第二封头(12)，固连于所述第二端盖(9)远离所述外筒体(14)的一侧；壳程出口管(7)，垂直连接于所述外筒体(14)靠近所述第二封头(12)的一端，所述壳程出口管(7)位于所述换热管束(13)的直管上方；壳程入口管(15)，垂直连接于所述外筒体(14)靠近所述第一封头(1)的一端，所述壳程入口管(15)位于所述换热管束(13)的直管下方，所述壳程出口管(7)及壳程入口管(15)分别与所述外筒体(14)连通；管程入口管(11)，沿所述外筒体(14)的轴向连接于所述第二封头(12)远离所述外筒体(14)的一侧；管程出口管(16)，沿所述外筒体(14)的轴向连接于所述第一封头(1)远离所述外筒体(14)的一侧，所述管程入口管(11)及管程出口管(16)分别与所述外筒体(14)连通。6.如权利要求5所述的换热器，其特征在于，所述第一封头(1)与第一端盖(3)之间、第二封头(12)与第二端盖(9)之间、第一端盖(3)与外筒体(14)之间以及第二端盖(9)与外筒体(14)之间各连接有垫片(2)。
7.如权利要求6所述的换热器，其特征在于，还包括：两个筒体法兰(8)，一一对应的封闭于所述壳程出口管(7)或壳程入口管(15)的开口处；两个封头法兰(10)，一一对应的封闭于所述壳程入口管(15)或管程出口管(16)的开口处。

技术总结
本发明涉及传热技术领域，公开了一种换热器，包括：外筒体及对应的封闭在外筒体两个端口处的第一端盖和第二端盖，外筒体内连接有换热管束，换热管束的两端一一对应的与第一端盖或第二端盖固连，中心筒固定于外筒体的内部，中心筒的中轴线与外筒体的中轴线重合，多块折流板均布于中心筒圆周方向的多个径向中的每一径向上，折流板沿中心筒的轴线设置，并且各径向上的折流板共同形成朝向中心筒尾端的螺旋状，换热管束套设于折流板的外围，换热管束与折流板交错分布，多块折流板形成的螺旋与换热管束的旋向与螺距均相同，本发明提供一种换热器，利用折流板的螺旋结构实现对换热器内壳程流体的导流，使换热流体与换热管接触时间变长，提高换热效率。提高换热效率。提高换热效率。


技术研发人员：余雏麟 王文清 王有强 龚泉羽
受保护的技术使用者：河北工业大学
技术研发日：2023.05.09
技术公布日：2023/8/13