一种热交换装置的制作方法

[0001]
本实用新型涉及一种换热装置，特别是一种热交换装置。


背景技术：

[0002]
传热是指由于温度差异引起的能量转移，又称热传递。无论在能源、宇航、动力、机械等工业部门，还是在农业、环境保护等其他部门中都涉及到许多有关传热的问题。而化学工业与传热的关系尤为密切，这是因为化工生产中的很多过程和单元操作，都需要进行加热和冷却。目前，热交换装置是实现化工等领域生产过程中热量交换和传递不可缺少的设备。
[0003]
中国专利cn201387261y公开了一种双向防腐蚀型聚四氟乙烯列管换热器，该换热器是由筒体和位于筒体内部的多个聚四氟乙烯换热管组成，其中筒体的内壁具有聚四氟乙烯涂层。该换热器可以实现同时对两种强腐蚀性介质换热，当a和b两种物料互为换热介质时，用a加热b或者用b冷却a，达到了节能减耗的目的。
[0004]
在现有技术中，为了增加换热器的传热系数，会在筒体的内部安装挡板，当流体在换热管间流动时，因流速和流向不断发生着变化，当流体的雷诺指数re＞100时即可达到湍流，使得对流传热系数加大。但由于挡板的作用，液体在筒体内部轴向流动时，只能在挡板与壳体内壁的间隙间流动，此时液体的流动阻力也随之增加，影响换热器的总传热系数。


技术实现要素：

[0005]
本实用新型所要达到的目的是提供一种增加热交换器的总传热系数的同时，又能减小流体流动阻力的热交换装置。
[0006]
为了达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：一种热交换装置，包括壳体和多个中空管，所述多个中空管置于所述壳体的内部，所述壳体的内壁与其相邻近的中空管之间形成有第一间隙，所述多个中空管之间形成有第二间隙，所述第一间隙与所述第二间隙连通，所述壳体上设有供管程流体流入的第一入口和供管程流体流出的第一出口，以及供壳程流体流入的第二入口和供壳程流体流出第二出口，所述第一入口和第一出口与所述多个中空管连通，所述第二入口和第二出口与所述第一间隙连通，其特征在于：还包括至少一个定位板，所述定位板垂直于中空管的轴向设置，所述定位板上开设有多个通孔，所述中空管至少贯穿部分所述通孔，所述通孔包含供第二间隙内的壳程流体通过的过流孔。
[0007]
本实用新型中的热交换器是典型的间壁式管壳热交换器，该种热交换器的特点是冷、热两流体被固体壁面隔开，不相混合，通过间壁进行热量的交换。管程流体通过所述第一入口进入多个中空管后，从第一出口流出中空管，壳程流体通过第二入口在第一间隙和第二间隙之间流动，然后通过第二出口流出壳体，这个过程实现两种流体的热交换过程。为了保证多个中空管都能与壳程流体充分接触，完成热交换，中空管之间要有固定距离的间隙。在本实用新型中，壳体内部设有具有多个通孔的定位板，中空管穿过部分所述通孔，使得中空管之间形成有第二间隙。
[0008]
流体具有黏性，流动时存在着内摩擦是流体阻力产生的根源。当壳程流体在壳体内部流动时，因为挡板的存在，壳程流体与挡板之间会产生阻碍流体流动的阻力。在本实用新型中，定位板上开设有供壳程流体通过的过流孔，部分壳程流体可以从过流孔中流过，可降低壳程流体在流动过程中消耗的能量，减小能量损失。
[0009]
进一步的，所述过流孔包括第一过流孔，所述中空管穿过所述第一过流孔，且所述第一过流孔的内壁与穿过其间的中空管的外壁之间形成有供壳程流体轴向通过的间隙。
[0010]
过流孔包括中空管能够穿过其间的第一过流孔，而中空管的外壁与第一过流孔的内壁之间形成有间隙，可供壳程流体轴向通过。如此设计，在减小壳程流体的阻力损失的同时，又让中空管之间形成稳定的第二间隙，保证热交换器的热交换功能。
[0011]
进一步的，所述过流孔为中空管的外切多边形。
[0012]
第一过流孔为管子的外切多边形，那么第一过流孔既能稳固住中空管，防止中空管松动而发生碰撞，同时，第一过流孔也存在很多未被管子占据的空间，壳程流体在壳体内部轴向流动时，不仅可以通过第一间隙，还可以通过过流孔内未被中空管占据的空间，因此，增大了壳程流体流动的横截面积，减小流动阻力和能量损耗，保证了热交换的进行。
[0013]
进一步的，所述通孔包含定位孔，所述中空管穿过所述定位孔，且所述定位孔分布在所述定位板上的一端，所述第一过流孔分布在所述定位板上的剩余位置上，所述相邻两个定位板在所述壳体内部错列布置。
[0014]
定位板上具有定位孔，如此设计，可以保证多个中空管能够稳固的保持在壳体内，防止中空管之间相互碰撞而导致其破损。其中定位孔和第一过流孔按照一定的排列方式分布在定位板上，具体的，过流孔分布在定位板上的一端，而定位孔则分布在定位板的剩余位置上，而相邻两个定位板是错列布置。如此设计，使壳程流体在壳体和中空管之间沿定位板作折流流动，可增大热交换器的对流传热系数。
[0015]
进一步的，所述定位板的截面是圆形，其边缘与所述壳体的内壁形成环形的第三间隙，所述第三间隙的高度记为h，所述壳体的内径记为d，h和d之间满足：0.05≤h/d≤0.1。
[0016]
定位板的边缘与壳体的内壁形成环形的第三间隙，第三间隙的高度h与壳体的内径d满足：0.05≤h/d≤0.1。而h/d＜0.05或h/d＞0.1都不利于传热。
[0017]
进一步的，所述定位板的边缘在所述第一间隙内延伸至所述壳体的内壁，且所述定位板上开设有多个开孔，所述开孔位于所述第一间隙内。
[0018]
定位板的边缘延伸至壳体的内壁，所述定位板在第一间隙内开设有开孔。如此设计，保证了定位板在壳体内部的稳定性，进而避免了中空管因定位板的晃动而发生晃动。而定位板在第一间隙的位置上设的开孔可供壳程流体流过，保证壳程流体在壳体内部的正常流动。
[0019]
进一步的，所述过流孔包括第二过流孔，所述第二过流孔仅且只允许壳程流体轴向通过。
[0020]
过流孔包括第二过流孔，所述第二过流孔只允许壳程流体轴向通过，即，中空管不穿过第二过流孔。如此设计，避免壳程流体因定位板的存在而发生堵塞滞留现象，进一步的保证了壳程流体在壳体内部的流通。
[0021]
进一步的，所述定位板的截面是圆缺形，切去的弓形高度记为a，所述壳体的内径记为d，a和d之间满足：0.1≤a/d≤0.4。
[0022]
定位板的截面是圆缺形，切去的弓形高度记为a与壳体的内径记为d之间满足：0.1≤a/d≤0.4。a与d的比值过大或过小都不利于传热。
[0023]
进一步的，所述相邻两个定位板的距离记为h，所述壳体的内径记为d，h和d之间满足：0.2≤h/d≤1。
[0024]
两相邻的定位板的距离h与外壳内径d的比值满足：0.2≤h/d≤1。若h/d＜0.2，不便于制造和检修，同时阻力也较大；若h/d＞1，流体就难于垂直地流过管束，使对流系数下降。
[0025]
进一步的，所述相邻多个通孔的中心连线是规则的正多边形。
[0026]
壳程流体在第一间隙和第二间隙流动时，由于中空管与中空管之间的影响，传热的情况较复杂，其中中空管的排列方式会影响对流传热系数。通常，中空管的排列方式为正多边形形状，既可以强化对流传热系数又能方便对流系数的计算。
附图说明
[0027]
下面结合附图对本实用新型作进一步说明：
[0028]
图1为本实用新型实施例一的一种热交换装置的示意图；
[0029]
图2为本实用新型实施例一的热交换装置的局部剖视图；
[0030]
图3为本实用新型实施例一的热交换装置的局部放大图；
[0031]
图4为本实用新型实施例一的定位板的横截面的示意图；
[0032]
图5为本实用新型实施例一的定位板的板间距对壳程流体的影响的示意图；
[0033]
图6为本实用新型实施例一的壳程流体横向流过中空管束的示意图；
[0034]
图7为本实用新型实施例二的一种热交换装置的示意图；
[0035]
图8为本实用新型实施例二的定位板的横截面的示意图；
[0036]
图9为本实用新型实施例三的定位板及热交换装置的横截面示意图；
[0037]
图10为本实用新型实施例四的定位板及热交换装置的横截面示意图。
具体实施方式
[0038]
为了能够更清楚地理解本实用新型的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0039]
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型，但是，本实用新型还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本实用新型的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
[0040]
实施例一：
[0041]
如图1一种热交换装置的示意图所示，热交换装置1包括壳体2，所述壳体2上设有供管程流体流入的第一入口3和供管程流体流出的第一出口4，以及供壳程流体流入的第二入口5和供壳程流体流出第二出口6。如图2热交换装置局部剖视图和图3热交换装置局部放大图所示，热交换装置1内安装有多个中空管8，管程流体由第一入口3进入热交换装置内，经分配后进入各中空管8内，流过中空管8后，由第一出口4流出。壳程流体由第二入口5进入，而从第二出口6流出。壳程流体和管程流体是两种温度不同流体，它们分别在中空管壁
面两侧流动进行热的交换。为了能让每个中空管8都能进行热交换过程，中空管8之间相互间隔开形成第二间隙10，而为了防止壳程流体从第二入口5进入壳体2内部时发生堵塞，中空管8要与壳体2的内壁面之间形成第一间隙9，保证壳程流体的正常流动，进而保证热交换装置1的热交换功能。
[0042]
同时，为了防止热交换装置1在闲置时杂物从其出入口进入壳体2的内部，增加检修清洗的难度，本实用新型中的热交换装置1的四个出入口分别配置有螺帽7，且螺帽7与出入口通过螺纹固定。当然，本领域技术人员应当知道，热交换装置1的进出口可以根据需求，设计成不同形式。
[0043]
进一步的，为了形成第二间隙10，壳体2的内部装有数块定位板11，所述定位板11上具有通孔，中空管8穿过所述通孔，使得中空管8之间具有一定的距离以形成第二间隙10。定位板11的存在使得壳程流体的流速和流向均不断发生变化，壳程流体在壳体2内部流动时能够很容易的达到湍流，从而使热交换装置1的对流传热系数加大。
[0044]
众所周知，流体具有黏性，流动时存在着内摩擦，这是流体阻力产生的根源。定位板11的存在增加了壳程流体的流动阻力。在本实用新型中，定位板11上开设有供壳程流体通过的过流孔，部分壳程流体可以从过流孔中流过，可降低壳程流体在流动过程中消耗的能量，减小能量损失。
[0045]
为了保证第二间隙10具有供壳程流体充分流动的空间，避免壳程流体在壳体2内部流动时发生堵塞，影响热交换装置1的热交换功能，如图4定位板的横截面所示，过流孔具有中空管8能够穿过其间的第一过流孔13，此时，中空管8的外壁与第一过流孔13的内壁之间形成有间隙，可供壳程流体轴向通过。如此设计，让中空管8之间形成第二间隙10，减小壳程流体的阻力损失的同时，又能增加壳程流体的流通面积，减小流体的流动阻力，保证热交换器的热交换功能。
[0046]
而第一过流孔13为中空管8的外切多边形，那么第一过流孔13既能稳固住中空管8，防止中空管8松动而发生碰撞，同时，第一过流孔13也存在很多未被中空管8占据的空间，壳程流体在壳体2内部轴向流动时，可以通过第一过流孔13内未被中空管8占据的空间，因此，增大了壳程流体流动的横截面积，减小流动阻力和能量损耗，保证了热交换的进行。当然，本领域技术人员应当知道，第一过流孔13的形状不仅仅是如图4所示的正方形，只要满足中空管8的多边形即可。
[0047]
定位板11具有定位孔15，定位孔15的内径与中空管8的外径近似相同。而中空管8能够穿过所述定位孔15，以形成第二间隙10。进一步的，定位孔15和第一过流孔13分别分布在定位板11的两端，同时，相邻两个定位板11在壳体2内部成一定的角度错列分布，如图2所示，相邻的两个定位板11在壳体2的内部旋转180
°
后重叠。当然，本领域技术人员应当知道，相邻的两个定位板11可以成任何角度错列分布。如此设计，使壳程流体在壳体2和中空管8之间沿定位板11作折流流动，壳程流体的流速和流向均不断地变化，可增大热交换装置1的对流传热系数。
[0048]
如图3热交换装置的局部放大图所示，为了保证热交换装置1的传热系数，圆形定位板11的边缘与壳体2的内壁形成环形的第三间隙，第三间隙的高度记为h，所述壳体2的内径记为d，h和d之间满足：0.05≤h/d≤0.1，以保证热交换装置1的传热。
[0049]
进一步的，过流孔包括第二过流孔14，所述第二过流孔14只允许壳程流体轴向通
过，即中空管8不穿过第二过流孔14。如此设计，避免壳程流体因定位板11的存在而发生堵塞滞留现象，进一步的保证了壳程流体在壳体2内部的流通，且可以有效利用定位板11，最大限度的引导壳程。
[0050]
相邻的两个定位板11距离h为壳体2内径d的0.2～1倍。如图5所示定位板的板间距对壳程流体的影响的示意图，(a)为板间距过大，此时壳程流体难于垂直地流过中空管，使对流传热系数下降；(c)为板间距过小，该种情况不便于制造和检修，阻力也较大；(b)为正常的板间距，此时，壳程流体能够垂直穿过中空管，热交换装置1的传热系数最大。
[0051]
壳程流体横向流过管束时，由于管与管之间的影响，传热情况较复杂，管束的几何条件，如管径、管间距、排数及排列方式都影响对流传热系数。如图6壳程流体横向流过中空管束所示，通常，中空管8的排列方式，有(a)正三角形、(b)转角正三角形、(c)正方形和(d)转角正方形等。
[0052]
实施例二：
[0053]
与实施例一相比，本实施例的不同之处在于，如图7一种热交换装置的示意图所示，定位板11的边缘延伸至壳体2的内壁，保证了定位板11在壳体2内部的稳定性，进而避免了中空管8因定位板11的晃动而发生晃动的情况。如图8定位板的横截面示意图所示，定位板11上设有定位孔15、第一过流孔13和第二过流孔14，并且定位板11在第一间隙9内开设有椭圆形的开孔17，可供壳程流体流过，保证壳程流体在壳体2内部的正常流动。当然，本领域技术人员应当知道，开孔17的形状不仅只局限于椭圆结构，且开孔17的数量可以根据壳程流体的流量而具体设置。
[0054]
实施例三：
[0055]
与实施例一相比，本实施例的不同之处在于，如图9定位板及热交换装置的横截面示意图所示，定位板11是圆缺形，而切去的弓形高度a约为壳体2内径d的10％～40％，若切去的弓形高度过高或过低都不利于热交换装置的传热。
[0056]
实施例四：
[0057]
与实施例一相比，本实施例的不同之处在于，如图10定位板及热交换装置的横截面示意图所示，定位板11的形状可以是，(a)是环盘形定位板，(b)是弓形定位板，这两种结构的定位板11可以使得壳程流体在壳体内部发生折流，影响着热交换装置1的传热系数。
[0058]
以上已详细描述了本实用新型的较佳实施例，但应理解，在阅读了本实用新型的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本实用新型作各种改动或修改。这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

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