CN103743270B - 多组螺旋管嵌套的热交换器 - Google Patents
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Abstract
一种多组螺旋管嵌套的热交换器，涉及一种热交换设备。主要由中心直管、螺旋管和壳体组成，中心直管、内层螺旋管和外层螺旋管设置在壳体的内空间中，内层螺旋管嵌套在中心直管的***，外层螺旋管嵌套在内层螺旋管的***，内层螺旋管和外层螺旋管的进口连接在中心直管的上段，内层螺旋管和外层螺旋管的出口连接在中心直管的下段；壳体的内空间构成热交换室，壳体的下部有副接口a接入，壳体的上部有副接口b接出，中心直管的上端有主接口a接入，中心直管的下端有主接口b接出。本发明把多组螺旋管进行嵌套设置，可以充分利用交换室的空间，增加传热面，使得热交换效率得到提高，与现有的热交换器相比，使得结构简单和造价低，应用更广泛。
Description
技术领域
本发明涉及一种热交换设备，特别涉及到一种螺旋管式热交换器。
背景技术
热交换器是用来使热量从热流体传递到冷流体的设备，是化工、石油、动力、食品及其它许多工业部门的通用设备，在生产中占有重要地位，在化工生产中作为加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器等使用。目前的热交换器分为间壁式、混合式、蓄热式三大类，间壁式结构简单，但其加热面受容器壁面限制而使得传热系数不高；混合式仅局限在允许流体相互混合的场合使用；蓄热式热交换器的换热需分两个阶段进行，加热阶段和冷却阶段交替进行，使用上受到局限。
当前，应用较多的有蛇管热交换器、板式热交换器和管壳式热交换器，其中，蛇管热交换器的优点是结构简单，能承受高压，其缺点是容器内液体湍动程度低，管外给热系数小；板式热交换器的主体结构由换热板片以及板间的胶条组成，存在体积大、换热效率低、更换胶条价格昂贵的缺点，且主要应用于液体-液体之间的换热，存在使用的局限；管壳式热交换器主要由壳体、管束、管板和封头等部分组成，管束的壁面即为传热面，可在汽-水换热领域应用，但存在结构较复杂、占地面积大和造价高的缺点。
发明内容
本发明的目的是要克服现有热交换器的热交换效率不高、使用局限、结构复杂和造价高等缺点，设计一种结构简单、充分利用空间、热交换效率高、应用领域广和造价低的多组螺旋管嵌套式的热交换器。
本发明的多组螺旋管嵌套的热交换器，其特征是热交换器主要由中心直管、螺旋管和壳体（14）组成，其中，螺旋管包括内层螺旋管（6）和外层螺旋管（5），中心直管、内层螺旋管（6）和外层螺旋管（5）设置在壳体（14）的内空间中，中心直管的上段（2）部位和下段（12）部位分别有内层螺旋管（6）的接口和外层螺旋管（5）的接口；内层螺旋管（6）嵌套在中心直管的***，内层螺旋管（6）与中心直管之间有空间，内层螺旋管（6）的进口（4）连接在中心直管的上段（2）上，内层螺旋管（6）的出口（13）连接在中心直管的下段（12）上；外层螺旋管（5）嵌套在内层螺旋管（6）的***，外层螺旋管（5）与内层螺旋管（6）之间有空间，外层螺旋管（5）的进口（15）连接在中心直管的上段（2）上，外层螺旋管（5）的出口（8）连接在中心直管的下段（12）上；壳体（14）的内空间构成热交换室（7），壳体（14）的上端有上口封板（16），壳体（14）的下端有下口封板（9），壳体（14）的下部有副接口a（11）接入，壳体（14）的上部有副接口b（3）接出；中心直管的上端从上口封板（16）的中心穿出或从壳体（14）的上部穿出，中心直管的上端有主接口a（1）接入，中心直管的下端从下口封板（9）的中心穿出或从壳体（14）的下部穿出，中心直管的下端有主接口b（10）接出。本发明中，螺旋管为二组以上，二组以上的螺旋管以中心直管为轴心由内向外逐层嵌套，二组以上的螺旋管以并联方式连接在中心直管的两端；内层螺旋管（6）的进口（4）在内层螺旋管（6）的上端，内层螺旋管（6）的出口（13）在内层螺旋管（6）的下端；外层螺旋管（5）的进口（15）在外层螺旋管（5）的上端，外层螺旋管（5）的出口（8）在外层螺旋管（5）的下端；壳体（14）为圆筒体结构，中心直管、内层螺旋管（6）和外层螺旋管（5）的轴线与壳体（14）的轴线重合；内层螺旋管（6）的截面为圆管结构或多棱空心结构，内层螺旋管（6）的圆管内空间或多棱内空间分别从上端和下端连通到中心直管的内空间；外层螺旋管（5）的截面为圆管结构或多棱空心结构，外层螺旋管（5）的圆管内空间或多棱内空间分别从上端和下端连通到中心直管的内空间。本发明中的中心直管起支撑螺旋管和热交换功能的双重作用。
上述的发明适合在多领域中应用，包括在液体-液体、气体-液体、气体-气体之间的换热，作为冷却器或加热器使用。当作为冷却器使用时，把需冷却的气体或液体通过主接口a（1）进入到中心直管、内层螺旋管（6）和外层螺旋管（5）中，同时，把冷却媒水或冷气通过副接口a（11）进入到热交换室（7）中，冷却媒水或冷气由中心直管、内层螺旋管（6）和外层螺旋管（5）的管壁吸热交换，使中心直管、内层螺旋管（6）和外层螺旋管（5）管内的气体或液体得到冷却降温；当作为加热器使用时，把需加热的气体或液体通过主接口b（10）进入到中心直管、内层螺旋管（6）和外层螺旋管（5）中，同时，把加热媒水或蒸汽通过副接口b（3）进入到热交换室（7）中，加热媒水或蒸汽由中心直管、内层螺旋管（6）和外层螺旋管（5）的管壁进行放热交换，使中心直管、内层螺旋管（6）和外层螺旋管（5）管内的气体或液体得到加热升温。
上述的发明把需加热或需冷却的流体物质通过螺旋管内的受热通道进行热交换，从而使得流体物质在热交换器内的物理行程加长，因而流体物质容易得到加热；采用多组螺旋管嵌套设置的措施，使得热交换器的结构紧凑和占地面积小，充分利用热交换室（7）的内空间，得到更大的传热面积，从而使交换效率得到提高；螺旋管具有很高的承压能力，可以在高压或超高压场合应用，并且适合在液体-液体、气体-液体、气体-气体之间的换热，因此，应用领域更广泛。
本发明的有益效果是：采用多组螺旋管以并联方式连接在中心直管两端的措施，与现有的蛇管热交换器、板式热交换器和管壳式热交换器相比，使得结构简单和造价低，应用更广泛。本发明把多组螺旋管进行嵌套设置，可以充分利用交换室的空间，增加传热面，使得热交换效率得到提高。
附图说明
附图是本发明的多组螺旋管嵌套的热交换器结构图。
图中：1.主接口a，2.中心直管的上段，3.副接口b，4.内层螺旋管的进口，5.外层螺旋管，6.内层螺旋管，7.热交换室，8.外层螺旋管的出口，9.热交换室壳体的下口封板，10.主接口b，11.副接口a，12.中心直管的下段，13.内层螺旋管的出口，14.热交换室的壳体，15.外层螺旋管的进口，16.热交换室壳体的上口封板。
具体实施方式
附图所示的实施例中，多组螺旋管嵌套的热交换器主要由中心直管、内层螺旋管（6）、外层螺旋管（5）和壳体（14）组成，其中，中心直管、内层螺旋管（6）和外层螺旋管（5）设置在壳体（14）的内空间中，中心直管的上段（2）部位和下段（12）部位分别有内层螺旋管（6）的接口和外层螺旋管（5）的接口；内层螺旋管（6）嵌套在中心直管的***，内层螺旋管（6）与中心直管之间有空间，内层螺旋管（6）的进口（4）连接在中心直管的上段（2）上，内层螺旋管（6）的出口（13）连接在中心直管的下段（12）上；外层螺旋管（5）嵌套在内层螺旋管（6）的***，外层螺旋管（5）与内层螺旋管（6）之间有空间，外层螺旋管（5）的进口（15）连接在中心直管的上段（2）上，外层螺旋管（5）的出口（8）连接在中心直管的下段（12）上；壳体（14）的内空间构成热交换室（7），壳体（14）的上端有上口封板（16），壳体（14）的下端有下口封板（9），壳体（14）的下部有副接口a（11）接入，壳体（14）的上部有副接口b（3）接出；中心直管的上端从上口封板（16）的中心穿出或从壳体（14）的上部穿出，中心直管的上端有主接口a（1）接入，中心直管的下端从下口封板（9）的中心穿出或从壳体（14）的下部穿出，中心直管的下端有主接口b（10）接出。本实施例中，二组螺旋管嵌套在中心直管的周围，以并联方式连接在中心直管的两端；内层螺旋管（6）的进口（4）在内层螺旋管（6）的上端，内层螺旋管（6）的出口（13）在内层螺旋管（6）的下端；外层螺旋管（5）的进口（15）在外层螺旋管（5）的上端，外层螺旋管（5）的出口（8）在外层螺旋管（5）的下端；壳体（14）为圆筒体结构，中心直管、内层螺旋管（6）和外层螺旋管（5）的轴线与壳体（14）的轴线重合；内层螺旋管（6）、外层螺旋管（5）的截面为圆管结构，圆管的内空间分别从上端和下端连通到中心直管的内空间。
上述实施例在合成甲醇的生产线上作为原料气的预热设备和甲醇产物的降温设备应用。作为原料气的预热设备使用时，把热交换器的主接口b（10）连接到原料气压缩机的排气接口上，把热交换器的主接口a（1）连接到甲醇合成反应器的输入接口上，把热交换器的副接口b（3）连接到加热媒水的供水管道上，把副接口a（11）连接到加热媒水的回水管道上，然后使加热媒水通过副接口b（3）进入到热交换室（7）中，同时，使原料气通过主接口b（10）进入到热交换器的中心直管、内层螺旋管（6）和外层螺旋管（5）内，加热媒水由中心直管、内层螺旋管（6）和外层螺旋管（5）的管壁进行放热交换，使中心直管、内层螺旋管（6）和外层螺旋管（5）管内的原料气得到加热升温，原料气在热交换器内经预热后，再进入到甲醇合成反应器中进行催化反应，生成甲醇产物。作为甲醇产物的降温设备使用时，把热交换器的主接口a（1）连接到甲醇合成反应器的输出接口上，把热交换器的主接口b（10）连接到蒸馏设备的输入端上，把副接口a（11）连接到冷却***的供水管上，把副接口b（3）连接到冷却***的回水管上，冷却水通过副接口a（11）进入到热交换器的热交换室（7），同时，甲醇产物通过主接口a（1）进入到热交换器的中心直管、内层螺旋管（6）和外层螺旋管（5）内后，通过中心直管、内层螺旋管（6）和外层螺旋管（5）的管壁与热交换室（7）内的冷却水进行热交换，使甲醇产物得到冷却降温，降温后的甲醇产物由主接口b（10）输出进入到蒸馏设备进行分离，提取甲醇产品。
Claims (7)
1.一种多组螺旋管嵌套的热交换器，主要由中心直管、螺旋管和壳体（14）组成，其中，螺旋管包括内层螺旋管（6）和外层螺旋管（5），中心直管、内层螺旋管（6）和外层螺旋管（5）设置在壳体（14）的内空间中，内层螺旋管（6）嵌套在中心直管的***，内层螺旋管（6）与中心直管之间有空间，外层螺旋管（5）嵌套在内层螺旋管（6）的***，外层螺旋管（5）与内层螺旋管（6）之间有空间，其特征是中心直管的上段（2）部位和下段（12）部位分别有内层螺旋管（6）的接口和外层螺旋管（5）的接口，内层螺旋管（6）的进口（4）连接在中心直管的上段（2）上，内层螺旋管（6）的出口（13）连接在中心直管的下段（12）上，外层螺旋管（5）的进口（15）连接在中心直管的上段（2）上，外层螺旋管（5）的出口（8）连接在中心直管的下段（12）上，壳体（14）的内空间构成热交换室（7），壳体（14）的上端有上口封板（16），壳体（14）的下端有下口封板（9），壳体（14）的下部有副接口a（11）接入，壳体（14）的上部有副接口b（3）接出；中心直管的上端从上口封板（16）的中心穿出或从壳体（14）的上部穿出，中心直管的上端有主接口a（1）接入，中心直管的下端从下口封板（9）的中心穿出或从壳体（14）的下部穿出，中心直管的下端有主接口b（10）接出。
2.根据权利要求1所述一种多组螺旋管嵌套的热交换器，其特征是螺旋管为二组以上，二组以上的螺旋管以中心直管为轴心由内向外逐层嵌套，二组以上的螺旋管以并联方式连接在中心直管的两端。
3.根据权利要求1所述一种多组螺旋管嵌套的热交换器，其特征是内层螺旋管（6）的进口（4）在内层螺旋管（6）的上端，内层螺旋管（6）的出口（13）在内层螺旋管（6）的下端。
4.根据权利要求1所述一种多组螺旋管嵌套的热交换器，其特征是外层螺旋管（5）的进口（15）在外层螺旋管（5）的上端，外层螺旋管（5）的出口（8）在外层螺旋管（5）的下端。
5.根据权利要求1所述一种多组螺旋管嵌套的热交换器，其特征是壳体（14）为圆筒体结构，中心直管、内层螺旋管（6）和外层螺旋管（5）的轴线与壳体（14）的轴线重合。
6.根据权利要求1所述一种多组螺旋管嵌套的热交换器，其特征是内层螺旋管（6）的截面为圆管结构或多棱空心结构，内层螺旋管（6）的圆管内空间或多棱内空间分别从上端和下端连通到中心直管的内空间。
7.根据权利要求1所述一种多组螺旋管嵌套的热交换器，其特征是外层螺旋管（5）的截面为圆管结构或多棱空心结构，外层螺旋管（5）的圆管内空间或多棱内空间分别从上端和下端连通到中心直管的内空间。
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