CN100416208C - 节能模块腔式换热器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及换热器，具体说是一种高效节能模块腔式换热器。现有管壳式、板式换热器通过长期的实际使用状况发现，都存在工艺比较复杂、维修费用高、设备不宜拆卸等缺点；而且使用寿命一般在2-3年。本发明包括多个热交换装置，其热交换装置内的管芯为模块式结构，管芯通过法兰与筒体连接，在热交换装置之间设置热媒开关和冷媒开关，使其相互连通。本发明应用了模块式结构，容易拆卸更换维修；其的承压能力高，被压压降损失小，区域加热效率高，耐温性能好，制造工艺成熟，容量大，是其他换热器的一至三倍，成本较低，检修维护简便性能，使用寿命长；本发明的工艺科学，便于检修，工艺管道便于安装，且使用寿命长，使用寿命为15-20年。

Description

节能模块腔式换热器
技术领域
本发明涉及换热器，具体说是一种节能模块腔式换热器。
技术背景
在现有技术中，现有管壳式、板式换热器通过长期的实际使用状况发现，都存在一些缺点：
管壳式换热器是把换热管与管板连接，再用壳体固定；其一次热媒和二次热媒行程过短，热媒利用率仅为50％左右，浪费了大量的可利用热量，增加了费用，而且管壳式换热器的工艺比较复杂、维修费用高、设备不宜拆卸，矿物离子易结晶，易堵塞、易腐蚀不耐用。
板式换热器是由板片、压紧板、胶垫、支架等零件组成，由于板式换热器一次热媒和二次热媒均为单行程，而且一次热媒和二次热媒行程短，其热媒利用率仅为50％左右，浪费了大量的可利用热量，增加了费用，对周围造成热污染；而且板式换热器的工作压力≤2MPa、工作温度≤200℃、不适于易堵塞介质、水中CL离子含量不能太高、胶垫密封处易泄漏，其结构和材料所限制，使用寿命一般在2-3年。
发明内容
本发明的目的是提供一种模块式结构的、且能提高效率、降低成本和缩小建筑空间，维修方便的节能模块腔式换热器。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案：
节能模块腔式换热器，包括一次热媒出口1，一次热媒进口2，二次热媒进口12，二次热媒出口6，一次热媒出口1和一次热媒进口2与换热器上的换热管7连通，二次热媒进口12和二次热媒出口6与筒体11内的腔体连通，构成热交换装置26；其特殊之处在于：所述的节能模块腔式换热器包括多个热交换装置26，其热交换装置内的管芯为模块式结构，管芯通过法兰4与筒体11连接，在热交换装置26之间设置热媒开关23和冷媒开关24，使热交换装置26相互连通。
上述的热媒开关23设置在前一个热交换装置的一次热媒出口1与后一个热交换装置的一次热媒进口20之间；所述的冷媒开关24设置在前一个热交换装置的二次热媒进口12与后一个热交换装置的二次热媒出口21之间。
上述的节能模块腔式换热器的热交换装置26为方箱型结构，其由方型筒体11、多根换热管7、多个箱体内折流板13、多个箱体内导流板14、方型管板5、方型法兰封头3构成；所述的多根换热管7设置在方型管板5上；所述的方箱型换热器内的多个箱体内导流板14水平设置方型筒体11上，在方型筒体11内构成上下多个腔体，每个腔体的进出口左右依次错位设置；所述的箱体内折流板13从左至右依次前后错位垂直设置在多根换热管7上；所述的热交换装置26的方型管板5、方型法兰封头3构成外腔体，其内设置多个管板折流板27以形成多个回程通道。
上述的管芯由方型管板5和换热管7和箱体内折流板13构成，其方型管板5与方型法兰封头3通过法兰4连接。
上述的方箱型热交换装置26内的多个导流板14构成上下多个腔体，每个腔体内的多根换热管7的数量从上到下依次递减。
上述的换热管7采用U型管。
上述的节能模块腔式换热器的方型筒体11上设置温度计8，压力表9，安全阀10。
本发明相对于现有技术，其优点如下：
(1)、本发明应用了模块式结构，容易拆卸更换维修。
(2)、本发明的承压能力高，被压压降损失小，区域加热效率高，耐温性能好，制造工艺成熟，容量大，是其它换热器的一至三倍，成本较低，比其它换热器减少了1/3成本，检修维护简便性能，使用寿命长。
(3)、本发明传热系数高，节省换热面积，一般板式换热器的传热系数(K值)，汽-水换热传热系数(K值)为3000-5000W/(m2.k)，水-水换热传热系数(K值)为800-1800W/(m2.k)，本发明的汽-水换热传热系数(K值)比板式换热器大1.8倍多，是管壳式换热器的1.4倍多，换热面积可减少40-60％；水-水换热传热系数(K值)比一般板式换热器高30-48％，比一般管壳式换热器高25-45％。
(4)、本发明的工艺科学，便于检修，工艺管道便于安装，且使用寿命长，使用寿命为15-20年。
附图说明
图1是现有的管壳式换热器的结构示意图；
图2是现有的板式换热器的结构示意图；
图3是本发明的具体实施方式：汽-水换热式的立体结构示意图；
图4是本发明的具体实施方式：汽-水换热式的结构示意图；
图5是本发明的俯视剖面示意图；
图6是图4中法兰盖的结构示意图；
图7是图4中前板管前面的结构示意图；
图8是图4中前板管后面的结构示意图；
图9是图4中后法兰及筒体的结构示意图；
图10是图4中上管芯的结构示意图；
图11是图4中下管芯的结构示意图；
图12是图4中上管芯的俯视图；
图中标号说明：
1-一次热媒出口    2-一次热媒进口    3-封头    4-法兰5-方型管板    6-二次热媒出口    7-换热管    8-温度计9-压力表    10-安全阀    11-筒体    12-二次热媒进口13-箱体内折流板    14-导流板    15-排污口    16-支腿17-下管板    18-阀门    19-下一个换热装置的一次热媒出口20-下一个换热装置的一次热媒进口    21-下一个换热装置的二次热媒出口22-下一个换热装置的二次热媒进口    23-热媒开关    24-冷媒开关25-后封头    26-热交换装置    27-管板折流板
具体实施方式
参见图1，管壳式换热器是把换热管与管板连接，再用筒体固定，因管壳式换热器的结构，其一、二次热媒在同一箱体，无隔离，内管阻力大，被压温度过高，被压压降损失大，耐温性能差，只能加疏水阀才能正常工作，所以其工艺比较复杂、成本高、不耐用。
参见图2，现有的板式换热器，由于板式换热器是依靠板片与板片相互挤压密封、利用板片冲压的倒槽作为流道，流道间隙小，经常因细小的污物堵塞流道或由水中的氯离子腐蚀，因此需要经常对设备进行清理，影响设备的换热效果及正常使用，给用户造成了诸多不便。而且其为单行程、单流道，设备热效率低，浪费能源，运行费用高，使用年限短。
本发明的高效模块腔式换热器是一种实现物料之间热量传递的节能设备，在采暖、空调石油、化工、石油化工、冶金、电力、轻工、食品、医药等行业普遍应用的一种工艺设备。本发明为了减少维修成本采用了模块式管板，法兰连接方式；所以易拆装、维修，管子损坏或堵塞，只需抽出模块更换管子；如果整个模块出了问题，只需更换同系列模块，这样就减少了设备的维修费用及人工费用。
参见图3、图4、图5、本发明高效节能模块腔式换热器，其结构包括一次热媒出口1，一次热媒进口2，二次热媒进12，二次热媒出口6等，其分别与换热器上的换热管7和筒体内的腔体连通，构成热交换装置26；本发明的高效节能模块腔式换热器包括多个热交换装置26，其热交换装置内的管芯为模块式结构，管芯通过法兰与筒体11连接，在热交换装置26之间设置热媒开关23和冷媒开关24，热媒开关23设置在前一个热交换装置的一次热媒出口1与后一个热交换装置的一次热媒进口20之间，使一次热媒相互连通；冷媒开关24设置在前一个热交换装置的二次热媒进口12与后一个热交换装置的二次热媒出口21之间，使二次热媒相互连通。
参见图10、图11、图12、管芯由方型管板5和换热管7和箱体内折流板13构成，其方型管板5、与方型法兰封头3通过法兰4连接。
为了检修方便，在每个热交换装置26上都设有独立的冷热媒进出口管道及阀门18，从而使每个模块可以独立工作，如果其他模块检修了，其余的模块仍然继续工作，不影响换热器的整体效率，使用方便、安全可靠。
为了提高设备热效率，有效利用能源；本发明采用了水包汽逆流加热，(水还为其它被加热介质，汽可以为高温蒸汽或高温水)，而且采用多行程、多流道、多折流，形成了各个换热空间区域加热，模块区域加热依次分：低温(低)区加热、中温低区加热、中温高区加热、高温低区加热、高温高区加热，完全利用了一次热媒，热效率高、加热充分，温差只有5℃左右。
参见图4、图5、所述的高效节能模块腔式换热器的热交换装置26为方箱型结构，其由方型筒体11、多根换热管7、多个箱体内折流板13、多个箱体内导流板14、方型管板5、方型法兰封头3构成；所述的多根换热管7设置在方型管板5上；所述的方箱型换热器内的多个箱体内导流板14水平设置方型筒体11上，在方型筒体11内构成上下多个腔体，根据液体逆流加热原理，在每个腔体的进出口左右依次错位设置，构成流体通道；所述的箱体内折流板13前后依次垂直设置在多根换热管7上；所述的热交换装置26的方型管板5、方型法兰封头3构成外腔体，其内设置多个管板折流板27，构成回程通道。本发明的热交换装置26还可以为圆壳式结构；筒体采用低合金钢板制作。
参见图10、图11、为了克服板式换热器流道间隙小易堵塞，我们采用了细小的有色金属或合金U型管为流道，换热管束为19×1.5(2.0)mm或
Figure C20051002277600092
25×1.5(2.3)mm的双波纹或无波纹的紫铜管、锰合金、锰钛合金管或其他合金管。
参见图6、图7、图8、图9，针对板式换热器流速、流量不稳定，本发明采用了换热管数量、流量递减的回程式管板，形成了强制湍流，保证了流速，不用加疏水阀。其在方箱型热交换装置26内的多个导流板14构成上下多个腔体，每个腔体内的多根换热管7的数量从上到下依次递减，从而形成了强制湍流，保证了流速及压降。
为保证安全，本发明的高效节能模块腔式换热器的每个加热装置26上设置温度计8，压力表9，安全阀10；为检修、使用方便，在换热器的方型筒体上设置支腿16，在筒体下设置排污口15。
具体工作过程为：
参见图5、图6、图7、图8、图9；一次热媒的流程为：高温蒸汽或高温水通过一次热媒进口2流入封头3内，高温蒸汽或高温水通过封头内的管板折流板27导流，高温蒸汽进入换热管7，U型换热管7内高温蒸汽或高温水顺流回封头内，进入第二回程内(即从高温高区流入高温低区)，管板的管数与流量按比例依次递减，形成了强制湍流，保证了流速及压降。然后通过U型换热管逆流回封头内，再通过封头内的管板折流板27导流，使高温蒸汽或高温水从高温低区流入中温高区即第三回程，然后通过U型换热管顺流回封头内，通过封头内管板折流板27导流，进入第四回程(即从中温高区流入中温低区)，管板的管数与流量按比例递减，形成了强制湍流，保证了流速及压降。然后通过U型换热管逆流回封头内，再次通过封头内管板折流板27导流，流量再次递减，保证了流速及压降。使高温蒸汽或高温水从中温低区流入低温区即第五回程，然后通过换热管顺流到左封头内，最后的凝结水由一次热媒出口1或19排出。
二次热媒的流程为：壳内是被加热热媒，被加热热媒通过底部管道进入筒体，然后通过上下导流和左右折流，通过加热管区域加热，逐渐从低温区预热到高温高区高温加热，然后通过顶部管道从筒体流出用于供热。从低温区预热到高温高区高温加热，换热充分，主要表现在：一次热媒的第五行程加热二次热媒的第一行程，一次热媒的第四行程加热二次热媒的第二行程，一次热媒的第三行程加热二次热媒的第三行程，一次热媒的第二行程加热二次热媒的第四行程，一次热媒的第一行程加热二次热媒的第五行程，然后二次热媒从顶部的热媒出口流出用于供热。高温蒸汽或水从高区进入，然后通过管板和导流板逐渐向低区递减，然后从低区流出。被加热热媒从低区进入，然后通过管子之间的导流板和折流板逐渐向高区递加，然后从高区流出。高效模块腔式换热器是用高温蒸汽或水通过换热管加热壳内的热媒，它是一种实现物料之间的热量传递过程。
高效模块腔式换热器既采用方箱型结构，还可以是圆壳式结构，结构紧凑美观，体型小，容积大是一般换热器的三倍，成本却降低了1/3倍多，节省用地面积和建筑高度，节省建筑投资，便于设计布置，同时运行方便。采用低合金钢板和有色合金制作有效防止了腐蚀。承压能力高，被压压降损失小，区域加热效率高，耐温性能好，制造工艺好，成本较低，维护管理简便等性能，使用寿命长，有效的防止了其他换热器的一些弊病。

Claims (5)

1. 节能模块腔式换热器，包括一次热媒出口(1)，一次热媒进口(2)，二次热媒进口(12)，二次热媒出口(6)，一次热媒出口(1)和一次热媒进口(2)与换热器上的换热管(7)连通，二次热媒进口(12)和二次热媒出口(6)与筒体(11)内的腔体连通，构成热交换装置(26)；其特征在于：所述的节能模块腔式换热器包括多个热交换装置(26)，其热交换装置内的管芯为模块式结构，管芯通过法兰(4)与筒体(11)连接，在热交换装置(26)之间设置热媒开关(23)和冷媒开关(24)，使热交换装置(26)相互连通；
所述的热媒开关(23)设置在前一个热交换装置的一次热媒出口(1)与后一个热交换装置的一次热媒进口(20)之间；所述的冷媒开关(24)设置在前一个热交换装置的二次热媒进口(12)与后一个热交换装置的二次热媒出口(21)之间；
所述的节能模块腔式换热器的热交换装置(26)为方箱型结构，其由方型筒体(11)、多根换热管(7)、多个箱体内折流板(13)、多个箱体内导流板(14)、方型管板(5)、方型法兰封头(3)构成；所述的多根换热管(7)设置在方型管板(5)上；所述的方箱型换热器内的多个箱体内导流板(14)水平设置方型筒体(11)上，在方型筒体(11)内构成上下多个腔体，每个腔体的进出口左右依次错位设置；所述的箱体内折流板(13)从左至右依次前后错位垂直设置在多根换热管(7)上；所述的热交换装置(26)的方型管板(5)、方型法兰封头(3)构成外腔体，其内设置多个管板折流板(27)以形成多个回程通道。
2. 根据权利要求1所述的节能模块腔式换热器，其特征在于：所述的管芯由方型管板(5)和换热管(7)和箱体内折流板(13)构成，其方型管板(5)与方型法兰封头(3)通过法兰(4)连接。
3. 根据权利要求2所述的节能模块腔式换热器，其特征在于：所述的方箱型热交换装置(26)内的导流板(14)构成上下多个腔体，每个腔体内的多根换热管(7)的数量从上到下依次递减。
4. 根据权利要求3所述的节能模块腔式换热器，其特征在于：所述的换热管(7)采用U型管。
5. 根据权利要求3所述的节能模块腔式换热器，其特征在于：所述的节能模块腔式换热器的方型筒体(11)上设置温度计(8)，压力表(9)，安全阀(10)。
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