CN109945696A - 换热器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种换热器。换热器包括彼此分离的壳体和管程封头；管板，管板包括壳程管板和管程管板，壳程管板位于壳体靠近管程封头的一端，管程管板位于管程封头靠近壳体的一端，且相邻的壳程管板和管程管板之间间隔设置且具有间距L。本发明有效地解决了现有技术中换热器管板部分容易发生泄漏的问题。
Description
技术领域
本发明涉及换热器设备领域，具体而言，涉及一种换热器。
背景技术
现有的管和板之间的连接方式通过螺套连接，尤其是在腐蚀流体环境中工作的换热器的管板。由于换热管为碳化硅陶瓷、石墨等耐腐蚀材质，而连接板需要至少两层，由于管和连接板是独立加工制造，需要组装起来使用。组装时需要使用密封圈、螺套等结构，但是因为腐蚀性流体的不断腐蚀，现有结构的密封圈在使用过程中会发生泄漏，导致出现故障，污染到壳程侧流体。
同时，因为组成换热器的换热管和壳体的材质不同，所以换热管和壳体的热膨胀系数不同，进而在现有结构的换热器的使用过程中，密封圈会被磨损，导致密封圈密封功能的失效。
由上述可知，现有技术中存在换热器管板部分容易发生泄漏的问题。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种换热器，以解决现有技术中换热器管板部分容易发生泄漏的问题。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种换热器，包括：彼此分离的壳体和管程封头；管板，管板包括壳程管板和管程管板，壳程管板位于壳体靠近管程封头的一端，管程管板位于管程封头靠近壳体的一端，且相邻的壳程管板和管程管板之间间隔设置且具有间距L。
进一步地，管程封头为两个，两个管程封头分别设置在壳体的两端，且各管程封头上均设置有管程管板，壳体的两端均设置有壳程管板。
进一步地，间距L大于根据换热管和壳体的热膨胀系数计算出的长度变化差值；和/或间距L大于换热管在壳程管板的第一管孔和管程管板的第二管孔之间的加工过程中产生的偏差值与换热管发生弹性变形时产生的挠度之和。
进一步地，换热器还包括多个密封装置，换热器的换热管与壳程管板和/或管程管板的连接处设置有密封装置。
进一步地，第一管孔的孔壁在靠近管程管板的一侧具有第一管孔扩孔段以用于容纳密封装置；和/或第二管孔的孔壁在远离壳程管板的一侧具有第二管孔扩孔段以用于容纳密封装置。
进一步地，密封装置包括密封圈和固定件，密封圈设置在第一管孔扩孔段和/或第二管孔扩孔段内；固定件的至少一部分伸入第一管孔扩孔段和/或第二管孔扩孔段内以压紧密封圈。
进一步地，第一管孔扩孔段和/或第二管孔扩孔段均为两段式孔结构，且两段式孔结构包括第一段和第二段，且第一段相对于第二段靠近壳体的中心，且第一段的孔径小于第二段的孔径，密封圈位于第一段内，且固定件的至少一部分伸入第一段内以压紧密封圈。
进一步地，固定件是螺套。
进一步地，螺套靠近密封圈的一端的周向具有无螺纹段，第一段与无螺纹段对应的孔壁为光滑表面，且无螺纹段的长度大于等于0.5mm且小于等于5mm。
进一步地，管板包括至少一个中间管板，壳程管板和/或管程管板靠近壳体的中心的一侧设置有中间管板。
进一步地，中间管板的材质与壳程管板和/或管程管板的材质不同。
进一步地，同侧的壳程管板和管程管板之间的中间管板到与其同侧的壳程管板之间的距离为L2，L2大于根据换热器的换热管和壳体的热膨胀系数计算出的长度变化差值；和/或L2大于换热管在壳程管板的第一管孔和管程管板的第二管孔之间的加工过程中产生的偏差值与换热管发生弹性变形时产生的挠度之和。
进一步地，中间管板是金属材料制成的。
进一步地，换热器还包括：防脱限位机构，防脱限位机构具有卡勾结构，卡勾结构连接在管程管板上或连接在靠近管程管板的中间管板上，卡勾结构朝向壳程管板伸出，以防止管程管板从换热管上滑出；凸起，凸起固定在壳程管板的外周面，卡接段能够与凸起卡接配合。
进一步地，所述换热管的材质为碳化硅材质。
应用本发明的技术方案，本申请中的换热器包括彼此分离的壳体和管程封头；管板包括壳程管板和管程管板，壳程管板位于壳体靠近管程封头的一端，管程管板位于管程封头靠近壳体的一端，且相邻的壳程管板和管程管板之间间隔设置且具有间距L。
使用上述结构的换热器时，换热器中的换热管能够分别通过壳程管板和管程管板进行固定。由于相邻的壳程管板和管程管板之间间隔设置且具有间距L，所以可以有效地防止因换热管和壳体的热膨胀系数不同而产生的换热器密封装置的损坏，并且还能够防止管程液体通过换热器管板泄漏，从而对壳程介质造成污染。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1示出了根据本发明的一个具体实施例的换热器的结构示意图；
图2示出了图1中的换热器的A-A方向的侧视图；
图3示出了图1中的换热器加设中间管板时的结构示意图；
图4示出了图3中的换热器加设防脱结构和凸起时的结构示意图；
其中，上述附图包括以下附图标记：
10、换热器；11、壳体；12、管程封头；20、管板；21、壳程管板；211、第一管孔；212、第一管孔扩孔段；22、管程管板；221、第二管孔；222、第二管孔扩孔段；23、中间管板；30、密封装置；31、密封圈；32、固定件；40、防脱限位机构；50、凸起；60、换热管。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
需要指出的是，除非另有指明，本申请使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、顶、底”通常是针对附图所示的方向而言的，或者是针对部件本身在竖直、垂直或重力方向上而言的；同样地，为便于理解和描述，“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内、外，但上述方位词并不用于限制本发明。
管程，指介质流经换热管内的通道及与其相贯通部分。
壳程，指介质流经换热管外的通道及与其相贯通部分。
为了解决现有技术中换热器管板部分容易发生泄漏的问题，本申请提供了一种换热器。
如图1所示，换热器10包括壳体11(或者也可称为筒体)、管程封头12和位于壳体11和管程封头12之间的管板。
壳体11上设置有壳程接管，该壳程接管一端连接在壳体11上，另一端上可选地设置有壳程接管法兰，用于与外部的管路相连接。壳程流体能够经由壳程接管流入壳体11内部。
管程封头12上设置有管程接管，类似于壳程接管，管程接管一端连接于管程封头12，另一端可选地设置有管程接管法兰，用于与外部的管路相连接。管程流体能够经由该管程接管流入到管程封头12中，进而流入固定在管板上的换热管60中。如图1至图4所示，本申请中的换热器彼此分离的壳体11和管程封头12；管板20包括壳程管板21和管程管板22，壳程管板21位于壳体11靠近管程封头12的一端，管程管板22位于管程封头12靠近壳体11的一端，且相邻的壳程管板21和管程管板22之间间隔设置且具有间距L。
需要说明的是，图1只是示出了换热器10的一端侧(右侧)的局部剖视图，换热器10还包括在图的左侧的部分，即，在壳体11的位于图1中左侧的端部上也连接有同样结构的管板和管程封头。
在管程封头与管程管板22相接触的那一端上形成有管程封头法兰，该管程封头法兰上也形成有能够与螺孔对准的螺孔，螺栓可穿过该螺孔，从而将管板与管程封头相连接。如图1所示，在螺栓的靠近管程封头的一端上连接有螺母，以实现最终的固定。
管程管板22上形成有至少一个、较佳地多个第二管孔221，而在壳程管板21上形成有至少一个、较佳地多个第一管孔211，其中各第一管孔211分别与第二管孔221相对应，例如第一管孔211的数量与第二管孔221的数量相同，且在安装时，对应的第一管孔211和第二管孔221互相对准，从而允许换热管60穿过并固定在第一管孔211和第二管孔221中。在具有多个第一管孔211和第二管孔221的情况中，换热器10对应地也包括多个换热管60。使用上述结构的换热器时，换热器中的换热管60能够分别通过壳程管板21和管程管板22进行固定。由于相邻的壳程管板21和管程管板22之间间隔设置且具有间距L，所以可以有效地防止因换热管60和壳体11的热膨胀系数不同而带来的换热器密封装置30的损坏，并且还能够防止管程液体通过换热器管板20泄漏，从而对壳程介质造成污染。
需要说明的是，在一般情况下，使用换热器时均将换热器卧式设置；然而，也可以将换热器立式设置，但是需要增加配重以平衡管箱的重量。
并且，还需要说明的是，本申请中的换热器中的换热管60的材料可以使耐腐蚀材料。具体的，换热管60可以是碳化硅换热管。
具体地，管程封头12为两个，两个管程封头12分别设置在壳体11的两端，且各管程封头12上均设置有管程管板22，壳体11的两端均设置有壳程管板21。通过这样设置，可以对壳体11的两侧均进行保护，能够有效地防止管程封头12中的换热介质通过壳体11两侧的管板20发生泄漏并污染壳程换热介质。
可选地，壳程管板21可以和壳体11固定连接，即壳程管板21可以和壳体11焊接成型。也可以通过在壳体11上设置法兰，壳程管板21径向外侧均布有螺栓孔，通过螺栓将壳程管板21和法兰固定连接。
具体地，间距L大于根据换热管60和壳体11的热膨胀系数计算出的长度变化差值；
具体地，间距L大于换热管60在壳程管板21的第一管孔211和管程管板22的第二管孔221之间的加工过程中产生的偏差值与换热管60发生弹性变形时产生的挠度之和。该挠度可以根据换热管的弹性模量、换热管的长度等数据进行计算。
在实际的设计生产过程中，壳程管板21和管程管板22间的间距L取值不宜过大，若过大则会浪费换热管60且换热器的整体结构强度下降；但太小则起不到想要的缓冲作用。优选的，换热器两端的管板20均间隔设置。换热管长度的变化是向着两端传递的，两端都间隔设置，能够避免两端都出现在热交换过程中密封效果降低或在换热管60上产生应力而导致换热管破裂的风险。
具体地，换热器还包括多个密封装置30，换热管60与壳程管板21和/或管程管板22的连接处设置有密封装置30。通过这样设置，能够防止壳程介质或者管程介质通过换热管60与壳程管板21或者管程管板22的连接处向外泄露。
具体地，第一管孔211的孔壁在靠近管程管板22的一侧具有第一管孔扩孔段212以用于容纳密封装置30；和/或第二管孔221的孔壁在远离壳程管板21的一侧具有第二管孔扩孔段222以用于容纳密封装置30。通过这样设置，可以使密封装置30设置在扩孔段，而不会在安装密封装置30时占用换热管60的空间，进而能够减少密封装置30对换热管60产生的挤压，保证换热管60具有较长的使用寿命，同时还能够保证壳程管板21和管程管板22具有良好的密封性能。
具体地，密封装置30包括密封圈31和固定件32。密封圈31设置在第一管孔扩孔段212和/或第二管孔扩孔段222内；固定件32的至少一部分伸入第一管孔扩孔段212和/或第二管孔扩孔段222内以压紧密封圈31。这样设置，能够通过使用密封圈31对壳程管板21和管程管板22进行密封，并通过使用固定件32对密封件进行固定，使密封圈31贴紧在换热管60外壁上，从而增强密封圈31的密封性能，并防止由于长时间使用后密封圈31从扩孔段内脱落。
可选地，密封圈31可以是O型圈。
需要说明的是，壳程管板21上第一管孔211中扩孔段的底部到壳程管板21的底面距离以及管程管板22上第二管孔221中扩孔段的底部到管程管板22的底面距离应大于等于密封圈31的直径，以保证壳程管板21和管程管板22的连接强度，同时还能够节省材料。
具体地，第一管孔扩孔段212和/或第二管孔扩孔段222均为两段式孔结构，且两段式孔结构包括第一段和第二段，且第一段相对于第二段靠近壳体11的中心，且第一段的孔径小于第二段的孔径，密封圈31位于第一段内，且固定件32的至少一部分伸入第一段内以压紧密封圈31。通过这样设置，能够为固定件32和密封圈31之间提供挤压空间，使固定件32可以更加有效对密封圈31进行挤压，进一步保证密封装置30的密封性能。
具体地，固定件32是螺套。当然，也可以将固定件32设置为其他结构对密封圈31进行固定。
在选用螺套作为固定件32时，在扩孔段的内壁需要设置与螺套相配合的螺纹，从而保证螺套可以更加牢固地固定在扩孔段内部。
可选地，螺套靠近密封圈31的一端的周向具有无螺纹段，第一段与无螺纹段对应的孔壁也无螺纹，且无螺纹段的长度大于等于0.5mm且小于等于5mm。通过这样设置，能够避免固定件32在对密封圈31进行挤压时，固定件32轴向的螺纹对密封圈31造成磨损，从而保证固定件32的使用寿命。
具体地，固定件32与换热管60之间具有间隙，间隙能够在换热管60受热膨胀时提供膨胀空间。通过这样设置，在换热管60受热膨胀时，可以保证换热管60能够在径向方向上进行伸缩。可以防止因为壳体11和换热管60的热膨胀系数不同，而导致密封装置30的密封效果降低或者换热管60由于局部应力峰值导致的换热管60破裂。
可选地，管板20包括至少一个中间管板23，壳程管板21和/或管程管板22靠近壳体11的中心的一侧设置有中间管板23，中间管板23的材质与壳程管板21和/或管程管板22的材质不同。
如图3所示，同侧的壳程管板21和管程管板22之间的中间管板23到与其同侧的壳程管板21之间的距离为L2，L2大于根据换热器的换热管60和壳体11的热膨胀系数计算出的长度变化差值；和/或L2大于换热管60在壳程管板21的第一管孔211和管程管板22的第二管孔221之间的加工过程中产生的偏差值与换热管60发生弹性变形时产生的挠度之和。
关于上述各部件的具体形成材料，换热管60较佳地可由碳化硅(SiC)制成，管程封头12可由诸如聚四氟乙烯之类的耐腐蚀材料制成，或者可在管程封头12的有可能与腐蚀性流体相接触的内表面上涂覆聚四氟乙烯层。对于管板组件来说，用于形成管程侧管板的材料例如包括聚四氟乙烯、诸如碳化硅之类的陶瓷等，或者可在外层具有聚四氟乙烯层、陶瓷涂层等，较佳地，管程侧管板由聚四氟乙烯制成。用于形成壳程侧管板的材料例如包括不锈钢、钛合金、碳钢等高强度金属材料。管程侧螺套材质为耐腐蚀材料，例如聚四氟乙烯。壳程侧螺套的材质优选为具有一定强度的金属材料，例如不锈钢、碳钢等。
可选地，中间管板23是金属材料制成的。
当然，在管程管板22靠近壳体11的中心的一侧设置中间管板23时，可选用耐腐蚀材料作为管程管板22的制作材料，并选择强度较高的金属材料作为中间管板23的制作材料；而在壳程管板21靠近壳体11的中心的一侧设置中间管板23时，可选用耐腐蚀材料作为中间管板23的制作材料，并选择强度较高的金属材料作为壳程管板21的制作材料。
在本申请中，壳体11的中心到壳体11左右两侧的距离相等。可选地，壳体11的中心可以是垂直于换热管60且与管程管板22平行的平面。
换热器还包括防脱限位机构40和凸起50。防脱限位机构40具有卡勾结构，卡勾结构连接在管程管板22上或连接在靠近管程管板22的中间管板23上，卡勾结构并朝向壳程管板21伸出，以防止管程管板22从换热管60上滑出。
如图4所示，卡勾结构具有卡接段和固定段，固定段连接在管程管板22上，或固定段连接在管板20的中间管板23上，卡接段朝向壳程管板21伸出，卡接段的长度L1大于间距L；凸起50固定在壳程管板21的外周面，卡接段能够与凸起50卡接配合。通过这样设置，在防脱限位机构40和凸起50进行配合后，能够有效地防止管程管板22从换热管60上脱落，保证换热器工作时的稳定性。可选地，耐腐蚀性材料可以是聚四氟乙烯、陶瓷或者具有聚四氟乙烯层、陶瓷层的材料。
还需要指出的是，在管程管板22的外侧还可以设有管程封头，并且管程封头和管程管板22的轴向外侧可以设置有螺栓孔，并且还设置有螺栓穿设在螺栓孔内。
在本申请中，由于换热管60可以是碳化硅管，温度变化时其长度的变化量极不明显，可以理解为长度固定。而换热器壳体11一般为金属材质，温度变化时长度的变化量较大。这就导致了传统换热器的换热管60密封处存在着相对滑动摩擦，多次滑动摩擦之后，密封圈31磨损，密封失效。而通过设置间距L、密封装置30和扩孔段，有效地解决了密封圈31磨损的问题。
本结构使用了壳程管板21和管程管板22，分别实现壳程和管程的密封，壳程管板21和管程管板22之间存在一个悬空隔离区。工作时，受壳程温度变化的影响，壳体11会发生长度的变化，从而壳体11两端的壳程管板21之间的距离也会有变化，壳程管板21距离的变化会被悬空隔离区吸收，而不会影响管程管板22的位置，从而保证了换热管60和管程管板22之间为不会发生相对滑动摩擦，即换热管60和管程管板22之间为静密封。避免了密封圈31在使用过程中的磨损失效。
换热管60和管程管板22之间为静密封，提高了管程密封的可靠性，适用于管程为重要密封的场合。换热管60的材质为碳化硅材质。
从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：
1、有效地解决了换热器中换热介质泄漏的问题；
2、解决了密封装置容易受损的问题；
3、换热器结构简单，容易实现。
显然，上述所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、工作、器件、组件和/或它们的组合。
需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种换热器，其特征在于，包括：
彼此分离的壳体(11)和管程封头(12)；
管板(20)，所述管板(20)包括壳程管板(21)和管程管板(22)，所述壳程管板(21)位于所述壳体(11)靠近所述管程封头(12)的一端，所述管程管板(22)位于所述管程封头(12)靠近所述壳体(11)的一端，且相邻的所述壳程管板(21)和所述管程管板(22)之间间隔设置且具有间距L。
2.根据权利要求1所述的换热器，其特征在于，所述管程封头(12)为两个，两个所述管程封头(12)分别设置在所述壳体(11)的两端，且各所述管程封头(12)上均设置有所述管程管板(22)，所述壳体(11)的两端均设置有所述壳程管板(21)。
3.根据权利要求1所述的换热器，其特征在于，
所述间距L大于根据换热管(60)和所述壳体(11)的热膨胀系数计算出的长度变化差值；和/或
所述间距L大于所述换热管(60)在所述壳程管板(21)的第一管孔(211)和所述管程管板(22)的第二管孔(221)之间的加工过程中产生的偏差值与所述换热管(60)发生弹性变形时产生的挠度之和。
4.根据权利要求1所述的换热器，其特征在于，所述换热器还包括多个密封装置(30)，所述换热器的换热管(60)与所述壳程管板(21)和/或所述管程管板(22)的连接处设置有所述密封装置(30)。
5.根据权利要求4所述的换热器，其特征在于，
第一管孔(211)的孔壁在靠近所述管程管板(22)的一侧具有第一管孔扩孔段(212)以用于容纳所述密封装置(30)；和/或第二管孔(221)的孔壁在远离所述壳程管板(21)的一侧具有第二管孔扩孔段(222)以用于容纳所述密封装置(30)；
优选的，所述密封装置(30)包括密封圈(31)和固定件(32)，所述密封圈(31)设置在所述第一管孔扩孔段(212)和/或所述第二管孔扩孔段(222)内，所述固定件(32)的至少一部分伸入所述第一管孔扩孔段(212)和/或所述第二管孔扩孔段(222)内以压紧所述密封圈(31)；
优选的，所述第一管孔扩孔段(212)和/或所述第二管孔扩孔段(222)均为两段式孔结构，且所述两段式孔结构包括第一段和第二段，且所述第一段相对于所述第二段靠近所述壳体(11)的中心，且所述第一段的孔径小于所述第二段的孔径，所述密封圈(31)位于所述第一段内，且所述固定件(32)的至少一部分伸入所述第一段内以压紧所述密封圈(31)；
优选的，所述固定件(32)是螺套；
优选的，所述螺套靠近所述密封圈(31)的一端的周向具有无螺纹段，所述第一段与所述无螺纹段对应的孔壁为光滑表面，且所述无螺纹段的长度大于等于0.5mm且小于等于5mm。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的换热器，其特征在于，所述管板(20)包括至少一个中间管板(23)，所述壳程管板(21)和/或所述管程管板(22)靠近所述壳体(11)的中心的一侧设置有所述中间管板(23)。
7.根据权利要求6所述的换热器，其特征在于，所述中间管板(23)的材质与所述壳程管板(21)和/或所述管程管板(22)的材质不同。
8.根据权利要求6所述的换热器，其特征在于，同侧的所述壳程管板(21)和所述管程管板(22)之间的所述中间管板(23)到与其同侧的所述壳程管板(21)之间的距离为L2，L2大于根据所述换热器的换热管(60)和所述壳体(11)的热膨胀系数计算出的长度变化差值；和/或L2大于所述换热管(60)在所述壳程管板(21)的第一管孔(211)和所述管程管板(22)的第二管孔(221)之间的加工过程中产生的偏差值与所述换热管(60)发生弹性变形时产生的挠度之和。
9.根据权利要求6所述的换热器，其特征在于，所述中间管板(23)是金属材料制成的。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的换热器，其特征在于，所述换热器还包括：
防脱限位机构(40)，所述防脱限位机构(40)具有卡勾结构，所述卡勾结构连接在所述管程管板(22)上或连接在靠近所述管程管板(22)的所述换热器的中间管板(23)上，所述卡勾结构朝向所述壳程管板(21)伸出，以防止所述管程管板(22)从所述换热器的换热管(60)上滑出；
凸起(50)，所述凸起(50)固定在所述壳程管板(21)的外周面，所述卡勾结构能够与所述凸起(50)卡接配合；
优选的，所述换热管(60)的材质为碳化硅材质。
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