一种筒状弧形换热板式换热装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种筒状弧形换热板式换热装置，包括筒形壳体和换热板组件，所述的换热板组件包括对称设置在壳体内中心管两侧的两组弧形换热板，每组弧形换热板均由自壳体中心由内向外直径依次增大的多个弧形换热板形成间隔的第一流体流道和第二流体流道；在进行换热时，冷流体（或热流体）由壳体的第一流体进口进入换热器，并流过弧形换热板的直线流道从第一流体出口流出，而热流体（或冷流体）从壳体侧壁上的第二流体进口进入换热器，并流过弧形换热板的弧形流道从第二流体出口流出，从而完成冷、热流体的热量交换，具有结构紧凑、压降小、传热效率高以及适用范围广等优点。
【专利说明】一种筒状弧形换热板式换热装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及换热设备【技术领域】，具体涉及一种筒状弧形换热板式换热装置。
【背景技术】
[0002]换热器是在两种流体间交换热量的设备，都是基于传导、辐射和对流三种热传递方式或其中某些方式的组合来传递热量。其中，板式换热器是一种高效而紧凑的换热设备，具有传热系数高、结构紧凑、等诸多优点，并且随着结构的改进和大型化制造技术的提高，板式换热器的应用日益受到人们的重视。现有板式换热器主要有螺旋板式换热器和板式换热器两种。螺旋板式换热器主要不足为:其单一流道对通道截面积的限制使这类换热器只能用于流量不大的场合，如气-气换热条件下。而板式换热器主要不足为:承压能力低，压降大，不适用于大处理量条件的换热需求。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是为解决上述技术问题的不足，提供一种筒状弧形换热板式换热装置，具有结构紧凑、压降小、传热效率高以及适用范围广等优点。
[0004]本发明为解决上述技术问题的不足，所采用的技术方案是:一种筒状弧形换热板式换热装置，包括筒形壳体和设置在壳体内的换热板组件，壳体上设有与换热板组件中的流体通道连通的进出口，壳体一般为圆筒形壳体，壳体长度方向的两端分别设有第一流体进口和第一流体出口，壳体的侧壁上设有第二流体进口和第二流体出口。所述的换热板组件包括对称设置在壳体轴线两侧的两组弧形换热板，弧形换热板的弧度小于180°，每组弧形换热板均由自壳体中心由内向外直径依次增大的多个弧形换热板组成，相邻的弧形换热板的相应边缘之间密封连接，从而在多个弧形换热板之间形成间隔的第一流体流道和第二流体流道；
所述第一流体流道与壳体轴线平行的两个端面封闭设置，第一流体流道与壳体轴线垂直的两个端面分别设有流道口，形成沿壳体轴线方向的直线流道，热流体(冷流体)从壳体的第一流体进口进入直线流道中，然后沿着壳体的轴线方向流动，并从第一流体出口流出。
[0005]所述第二流体流道与壳体轴线垂直的两个端面封闭设置，第二流体流道与壳体轴线平行的两个端面分别设有流道口，形成沿圆周方向的弧形流道，冷流体(热流体)从壳体的第二流体进口进入弧形流道中，然后沿着弧形流道流动，并从第二流体出口流出。
[0006]所述两组弧形换热板之间的区域由一个沿壳体轴向设置的中心管分隔为分别与壳体上设置的第二流体的进口和出口连通的进口汇集腔和出口汇集腔，中心管的两端分别与壳体上对应直线流道的进出口相连通，且中心管的出口端设置有蝶阀，中心管作为一种调节手段，在需要提高出口侧温度时，通过蝶阀打开中心管，使部分流体直接从中心管通过混入出口侧流体中，从而提高温度，通过蝶阀的开度可以进行温度调节。换热板组件的多个第二流体流道的进口端汇聚至进口汇集腔，其出口端汇聚至出口汇集腔，第二流体从壳体的进口先进入进口汇集腔，然后由进口汇集腔分别进入各个第二流体通道，经各个第二流体通道流出的流体在出口汇集腔聚集并从壳体的出口流出。进口汇集腔和出口汇集腔与壳体轴线平行的两端通过端部挡板封闭，防止第一流体进入进口汇集腔和出口汇集腔。
[0007]所述壳体与位于最外层的两个弧形换热板之间均具有沿壳体轴向设置的侧挡板，两个侧挡板将壳体与换热板组件之间的区域分隔为分别连通至进口汇集腔和出口汇集腔的两个腔室。
[0008]所述换热板组件还包括两个加强圈，两个加强圈分别套设在最外层弧形换热板的两端，加强圈与弧形换热板和端部挡板固定焊接，加强圈可使换热板组件的第一流体流道和第二流体流道有效连接。
[0009]所述加强圈与壳体内壁之间设置有弧形连接板，弧形连接板为环形金属板，分别与壳体内壁和加强圈固定焊接，可有效缓解温差应力。
[0010]所述相邻的两个弧形换热板之间由密封条密封，或者通过形成流体流道的任一弧形换热板的折边密封。
[0011]所述第一流体流道与壳体轴线平行的两个端面通过侧密封条密封或者通过形成流体流道的任一弧形换热板的折边密封。
[0012]所述第二流体流道与壳体轴线垂直的两个端面通过端部密封条密封或者通过形成流体流道的任一弧形换热板的折边密封。
[0013]所述第一流体流道和第二流体流道内分散设置有支撑件，支撑件用于保持第一流体流道和第二流体流道的间距，并且可以提高整个设备的承压能力。
[0014]所述的支撑件为金属条，金属条固定设置在流体流道内部。
[0015]所述的支撑件为形成流体流道的任一弧形换热板表面形成的凸起。
[0016]第二流体流道的进口端与出口端之间具有压力差，并且压降随流道长度增加而增大，由于各流道进口侧压力均相等，因此，要使第二流体流道内流体分配均匀就要保证各流道出口侧压力也基本相同，为了达到这一目的，可以采用以下方法:
换热板组件的多个第二流体流道内的支撑件设置密度保持一致，且流道的间距从内向外依次递增。
[0017]或者换热板组件的多个第二流体流道的间距保持一致，且流道内的支撑件的设置密度从内向外依次递减。
[0018]或者所述换热板组件的多个第二流体流道从内向外依次递增，且流道内的支撑件设置密度从内向外依次递减。
[0019]或者所述换热板组件还设有折流板，折流板设置在进口汇集腔和出口汇集腔内，并将相邻的两个第二流体流道的端口连接，从而使多个第二流体流道形成串联连接结构。从而可以将靠近内部的流程较短的第二流体流道串联在一起，形成一个流程较长的流道。
[0020]在进行换热时，冷流体(或热流体)由壳体的第一流体进口进入换热器，并流过弧形换热板的直线流道从第一流体出口流出，而热流体(或冷流体)从壳体侧壁上的第二流体进口进入换热器，并流过弧形换热板的弧形流道从第二流体出口流出，从而完成冷、热流体的热量交换。
[0021]有益效果
1、本发明的换热器由于采用弧形换热板，其结构紧凑，单位体积换热面积为管束换热器的1.6-2倍，并且承压较平板式换热器高。
[0022]2、本发明的换热器具有可以调节轴向出口侧温度的中心管，当需要调节出口侧的流体温度时，打开蝶阀使一部分流体直接通过中心管混入出口侧流体中，达到调节温度的目的。
[0023]3、本发明的换热器由于采用弧形换热板，在弧形换热板对流体离心力的作用以及支撑柱扰流的作用下，在同样流速的条件下其传热系数为管壳式换热器的1.5?1.8倍。
[0024]4、本发明的换热器压降小流体流动阻力小，能够减少泵或风机的动力消耗减少，适合大流量工况应用，操作费用低。
【专利附图】
【附图说明】
[0025]图1为本发明换热器的内部结构示意图；
图2为本发明换热器的换热板组件设置在壳体内的结构示意图；
图3为本发明换热器的换热板组件的结构示意图；
图4为本发明换热器的换热板组件(具有折流板)的结构示意图；
图5为本发明换热器的流体通道内(支撑件为金属条)的结构示意图；
图6为本发明换热器的流体通道内(支撑件为表面凸起)的结构示意图；
图中标记:1、壳体，101、第一流体进口，102、第一流体出口，103、第二流体进口，104、第二流体出口，2、弧形换热板，201、第一流体流道，202、第二流体流道，203、侧挡板，204、进口汇集腔，205、出口汇集腔，206、端部挡板，3、中心管，4、蝶阀，5、支撑件，6、侧密封条，7、端部密封条，8、折流板,9、加强圈，10、弧形连接板。
【具体实施方式】
[0026]如图1-3所示，一种筒状弧形换热板式换热装置，包括筒形壳体I和设置在壳体I内的换热板组件，壳体I上设有与换热板组件中的流体通道连通的进出口，壳体I 一般为圆筒形壳体1，壳体I长度方向的两端分别设有第一流体进口 101和第一流体出口 102，壳体I的侧壁上设有第二流体进口 103和第二流体出口 104。所述的换热板组件包括对称设置在壳体I轴线两侧的两组弧形换热板2，弧形换热板2的弧度小于180°，每组弧形换热板2均由自壳体I中心由内向外直径依次增大的多个弧形换热板2形成间隔的第一流体流道201和第二流体流道202 ；
如图2所示，所述第一流体流道201与壳体I轴线平行的两个端面封闭设置，第一流体流道201与壳体I轴线垂直的两个端面分别设有流道口，形成沿壳体I轴线方向的直线流道，热流体(冷流体)从壳体I的第一流体进口进入直线流道中，然后沿着壳体I的轴线方向流动，并从第一流体出口流出。所述第二流体流道202与壳体I轴线垂直的两个端面封闭设置，第二流体流道202与壳体I轴线平行的两个端面分别设有流道口，形成沿圆周方向的弧形流道，冷流体(热流体)从壳体I的第二流体进口进入弧形流道中，然后沿着弧形流道流动，并从第二流体出口流出。
[0027]如图1和2所示，所述两组弧形换热板2之间的区域由中心管3分隔为分别连通壳体I上相应进出口的进口汇集腔204和出口汇集腔205，该中心管3的两端分别与壳体I上对应直线流道的进出口相连通，且中心管3的出口端设置有蝶阀4。中心管3作为一种调节手段，在需要提高出口侧温度时，通过蝶阀4打开中心管3，使部分流体直接从中心管3通过混入出口侧流体中，从而提高温度，通过蝶阀4的开度可以进行温度调节。换热板组件的多个第二流体流道202的进口端汇聚至进口汇集腔204，其出口端汇聚至出口汇集腔205，第二流体从壳体I的进口先进入进口汇集腔204，然后由进口汇集腔204分别进入各个第二流体通道，经各个第二流体通道流出的流体在出口汇集腔205聚集并从壳体I的出口流出。进口汇集腔204和出口汇集腔205与壳体I轴线平行的两端通过端部挡板206封闭，防止第一流体进入进口汇集腔204和出口汇集腔205。
[0028]如图2所示，所述壳体I与位于最外层的两个弧形换热板2之间均具有沿壳体I轴向设置的侧挡板203，两个侧挡板203将壳体I与换热板组件之间的区域分隔为分别连通至进口汇集腔204和出口汇集腔205的两个腔室。
[0029]如图1所示，所述换热板组件还包括两个加强圈9，两个加强圈9分别套设在最外层弧形换热板2的两端，加强圈9与弧形换热板2和端部挡板固定焊接，加强圈9可使换热板组件的第一流体流道201和第二流体流道202有效连接。所述加强圈9与壳体I内壁之间设置有弧形连接板10，弧形连接板10为环形金属板，分别与壳体I内壁和加强圈9固定焊接，可有效缓解温差应力。
[0030]所述第一流体流道201与壳体I轴线平行的两个端面通过侧密封条6密封或者通过形成流体流道的任一弧形换热板2的折边密封。
[0031]所述第二流体流道202与壳体I轴线垂直的两个端面通过端部密封条7密封或者通过形成流体流道的任一弧形换热板2的折边密封。
[0032]如图5和6所示，所述第一流体流道201和第二流体流道202内分散设置有支撑件5，支撑件5用于保持流体I流道和流体II流道的间距，并且可以提高整个设备的承压能力。
[0033]所述的支撑件5为金属柱，金属柱固定设置在流体流道内部。
[0034]所述的支撑件5为形成流体流道的任一弧形换热板2表面形成的凸起。
[0035]流体II流道的进口端与出口端之间具有压力差，并且压降随流道长度增加而增大，由于各流道进口侧压力均相等，因此，要使流体II流道内流体分配均匀就要保证各流道出口侧压力也基本相同，为了达到这一目的，可以采用以下方法:
换热板组件的多个第二流体流道202内的支撑件5设置密度保持一致，且流道的间距从内向外逐渐增大。
[0036]或者换热板组件的多个第二流体流道202的间距保持一致，且流道内的支撑件5设置密度从内向外逐渐减小。
[0037]或者所述换热板组件的多个第二流体流道202从内向外逐渐增大，且流道内的支撑件5设置密度从内向外逐渐减小。
[0038]或者所述换热板组件还设有折流板8，折流板8设置在进口汇集腔204和出口汇集腔205将靠近内部的流程较短的第二流体流道202串联在一起,形成一个流程较长的流道。
[0039]在进行换热时，冷流体(或热流体)由壳体I的第一流体进口进入换热器，并流过弧形换热板2的直线流道从第一流体出口流出，而热流体(或冷流体)从壳体I侧壁上的第二流体进口进入换热器，并流过弧形换热板2的弧形流道从第二流体出口流出，从而完成冷、热流体的热量交换。
【权利要求】
1.一种筒状弧形换热板式换热装置，包括筒形壳体(1)和设置在壳体(1)内的换热板组件，壳体(1)上设有与换热板组件中的流体通道连通的进出口，其特征在于: 所述的换热板组件包括对称设置在壳体(1)轴线两侧的两组弧形换热板(2)，每组弧形换热板(2)均由自壳体(1)中心由内向外直径依次增大的多个弧形换热板(2)组成，相邻的弧形换热板的相应边缘之间密封连接，从而在多个弧形换热板之间形成间隔设置的第一流体流道(201)和第二流体流道(202);所述第一流体流道(201)为沿壳体(1)轴线方向的直线流道；所述第二流体流道(202)为沿圆周方向的弧形流道； 所述两组弧形换热板(2)之间的区域由一个沿壳体轴向设置的中心管(3)分隔为分别与壳体(1)上设置的第二流体的进口和出口连通的进口汇集腔(204 )和出口汇集腔(205 )，所述中心管(3)的出口端设置有蝶阀(4)，换热板组件的多个第二流体流道(202)的进口端汇聚至进口汇集腔(204 )，其出口端汇聚至出口汇集腔(205 )。
2.如权利要求1所述的一种筒状弧形换热板式换热装置，其特征在于:所述壳体(1)与位于最外层的两个弧形换热板(2)之间均具有沿壳体(1)轴向设置的侧挡板(203)，两个侧挡板(203)将壳体(1)与换热板组件之间的环隙分隔为分别连通至进口汇集腔(204)和出口汇集腔(205)的两个腔室。
3.如权利要求1所述的一种筒状弧形换热板式换热装置，其特征在于:所述换热板组件还设有折流板(8 )，折流板(8 )设置在进口汇集腔(204 )和出口汇集腔(205 )内，并将相邻的两个第二流体流道(202)的端口连接，从而使多个第二流体流道(202)形成串联连接结构。
4.如权利要求1任一权利要求所述的一种筒状弧形换热板式换热装置，其特征在于:所述换热板组件还包括两个加强圈(9)，两个加强圈(9)分别套设在最外层弧形换热板(2)的两端。
5.如权利要求4所述的一种筒状弧形换热板式换热装置，其特征在于:所述加强圈(9)与壳体(1)内壁之间设置有弧形连接板(10)，弧形连接板(10)为环形金属板，分别与壳体(1)内壁和加强圈(9)固定焊接。
6.如权利要求1所述的一种筒状弧形换热板式换热装置，其特征在于:所述相邻的两个弧形换热板之间由密封条密封，或者通过形成流体流道的任一弧形换热板的折边密封。
7.如权利要求1所述的一种筒状弧形换热板式换热装置，其特征在于:所述第一流体流道(201)和第二流体流道(202)内分散设置有支撑件(5)。
8.如权利要求7所述的一种筒状弧形换热板式换热装置，其特征在于:所述的支撑件(5)为金属柱，或者为形成流体流道的任一弧形换热板(2)表面形成的凸起。
9.如权利要求1任一权利要求所述的一种筒状弧形换热板式换热装置，其特征在于:所述换热板组件的多个第二流体流道(202)的间距从内向外依次递增。
10.如权利要求7-8任一权利要求所述的一种筒状弧形换热板式换热装置，其特征在于:所述换热板组件的多个第二流体流道(202)内的支撑件的设置密度，从内向外依次递减。
【文档编号】F28D9/00GK104457343SQ201410767738
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年12月15日 优先权日:2014年12月15日
【发明者】程高锋, 吕凤, 万大阳, 李长浩, 耿亮先 申请人:洛阳瑞昌石油化工设备有限公司