CN110017708A - 一种高效率热交换器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高效率热交换器，解决了热交换器管壁处物料流动性差，其换热效率较低的问题。该装置包括：壳程部，其下部设置有壳入口，上部设置有壳出口，且壳程部内设置有冷源物料；壳出口连接有第一连接管，其上设置有冷源驱动装置；管程部，管程部包括管入口、管出口和管体，管入口和管出口相对设置于壳程部的外壁上，管体设置于壳程部内；管体内设置有热源物料，管出口或管入口设置第二连接管，其上设置有热源驱动装置，以使热源物料在管程中流动向壳程中传热；壳程中设置有颗粒球体；本发明在壳程中加入颗粒球体，尤其是通过颗粒物料带动壳壁接触部位的物料流动，减小壳壁处的滞留区，增加物料流动速度，提高热交换效率。

Description

一种高效率热交换器

技术领域

本发明涉及换热器技术领域，尤其是涉及一种高效率的热交换器。

背景技术

在工业生产中，物料通常需要进行加热以达到合适的温度，现有热交换器通常为管程壳程结构，通过管程内介质热量给壳程内物料加热。

本申请人发现现有技术至少存在以下技术问题：

1.现有的热交换器在使用时，与热交换器管壁接触部位的物料流动性差，造成热交换效率降低；

2.长期使用，热交换器的管壁容易积存污垢，杂质容易粘存在管壁上，影响换热效果。

上述问题一直是热交换器在使用时难以解决的问题，如何改善上述问题一直困扰着使用者和发明人。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高效率热交换器，以解决现有技术中存在的热交换器管壁处物料流动性差，其换热效率较低的技术问题；本发明提供的诸多技术方案中的优选技术方案所能产生的诸多技术效果详见下文阐述。

为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

本发明提供的一种高效率热交换器，包括：

壳程部，其下部设置有壳入口，上部设置有壳出口，且所述壳程部内设置有冷源物料；所述壳出口连接有第一连接管，其上设置有冷源驱动装置；

管程部，所述管程部包括管入口、管出口和管体，所述管入口和所述管出口相对设置于所述壳程部的外壁上，所述管体设置于所述壳程部内；所述管体内设置有热源物料，所述管出口或管入口设置第二连接管，其上设置有热源驱动装置，以使所述热源物料在管程中流动向所述壳程中传热；

所述壳程中设置有颗粒球体，所述颗粒球体能随壳程内的冷源物料流动，以形成流动通道。

优选的，所述壳入口和所述壳出口处均设置有过滤网。

优选的，所述颗粒球体的数量为多个。

优选的，所述颗粒球体与所述冷源物料的密度相近。

优选的，所述管体为U型管，所述管入口和所述管出口分别与所述U型管的两个端口相通，且所述管体由所述壳程部的一端延伸至另一端。

优选的，所述U型管的数量为多根。

优选的，所述冷源驱动装置为真空泵，且所述壳出口通过所述第一连接管连接有储料罐体。

优选的，所述热源物料为蒸气或热水。

优选的，所述第二连接管与所述管入口连接，其另一端连接有蒸气炉，所述热源驱动装置为风机；

所述壳出口处设置有温度测量计用于测量冷源物料热交换后的温度，所述第二连接管上设置有蒸气调节阀，以调节所述管程部内的蒸气流量；所述管出口处连接有冷凝水罐体。

优选的，所述壳程部内还设置有分流板，其垂直于所述壳程部的延伸方向设置。

本发明提供的一种高效率热交换器，与现有技术相比，具有如下有益效果：在壳程中加入颗粒球体，使其随着物料流动，形成流动通道，能够从两方面作用提高换热效率，第一，颗粒物料进一步带动物料流动，尤其是通过颗粒物料带动壳壁接触部位的物料流动，减小壳壁处的滞留区，增加物料流动速度，从而提高热交换效率；第二，其能够在一定程度上带走已产生的污垢，减少管壁污垢生成，清洁管壁污垢，从而提高换热效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明高效率热交换器的结构示意图；

图2是高效率热交换器的热交换管路示意图。

图中11、壳入口；12、壳出口；21、管入口；22、管出口；23、管体；4、颗粒球体；5、过滤网；6、分流板；71、第一连接管；72、第二连接管；73、温度测量计；81、真空泵；82、风机；83、蒸气调节阀；91、冷凝水罐体；92、储料罐体；10、蒸气炉。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“长度”、“宽度”、“高度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“侧”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

本发明提供了一种高效率热交换器，参照图1和图2，图1是本发明高效率热交换器的结构示意图，图2是高效率热交换器的热交换管路示意图；其包括：壳程部，其下部设置有壳入口11，上部设置有壳出口12，且壳程部内设置有冷源物料；壳出口12连接有第一连接管71，其上设置有冷源驱动装置；

管程部，管程部包括管入口21、管出口22和管体23，管入口21和管出口22相对设置于壳程部的外壁上，管体23设置于壳程部内；管体23内设置有热源物料，管出口22或管入口21设置第二连接管72，其上设置有热源驱动装置，以使热源物料在管程中流动向壳程中传热；

壳程中设置有颗粒球体4，颗粒球体4能随壳程内的冷源物料流动，以形成流动通道。

本发明提供的高效率热交换器，其有有益效果是：在壳程中加入颗粒球体，使其随着物料流动，形成流动通道，能够从两方面作用提高换热效率，第一，颗粒物料进一步带动物料流动，尤其是通过颗粒物料带动壳壁接触部位的物料流动，减小壳壁处的滞留区，增加物料流动速度，从而提高热交换效率；第二，其能够在一定程度上带走已产生的污垢，减少管壁污垢生成，清洁管壁污垢，从而提高换热效率。

实施例1

本发明提供的具体实施例中，参照图1和图2，上述管出口22设置于上述壳程部的上部外壁上，管入口21设置于壳程部的下部外壁上，壳入口11设置于壳程部的下部且靠近管入口21设置，壳出口12设置于壳程部的上部，且与管出口22相对设置；当然上述管入口21、管出口22以及壳入口11和壳出口12的位置并不限于图中的方式，或者为了提高换热效率，冷源物料和热原物料还采用逆流设置的方式。

为了防止颗粒球体4在随物料流动的过程中逃出，作为可选的实施方式，颗粒球体4的直径大于冷源物料的直径，壳入口11和壳出口12处均设置有过滤网5。上述过滤网5允许冷源物料通过并在壳程内流动，但颗粒球体4无法通过过滤网5露出，有利于保证颗粒球体4在壳程中流动形成流动通道。

应当理解的是，本发明的原理是：由传热速率方程式Q＝KS△tm可知影响换热器换热效果的主要因素有：传热系数K、传热面积S和平均温差△t。

对于给定的换热器，由于传热面积S是一定的，因此，只有提高传热平均温差和传热系数才能提高传热效果。当颗粒球体4在壳程中时，冷源物料通过冷源驱动装置的作用能够在壳程中流动，同时颗粒球体4流动，由于颗粒球体4的直径较大，其能够增大壳程中流体的流速，使得对流传热系数大，使传热系数增加；同时颗粒球体4与壳内壁接触，发生滚动摩擦，能够带走污垢，降低结垢厚度，可以提高传热系数K。

或者，从三相图方面理解上述原理，三相图是指将某种具有汽、液、固三态的物质的状态曲线画在一个以压力P为纵坐标温度T为横坐标的坐标图里，而得到的工质状态图。颗粒球体在壳程中随冷源物料流动，瞬时能够在一定程度上改变与物料接触处的温度和压力，使得三相线的临界处变得不规则，能够进一步提高换热效率。

为了提高上述换热效率，作为可选的实施方式，参照图1所示，颗粒球体4的数量为多个。

应当理解的是，作为可选的实施方式，颗粒球体4与冷源物料的密度相近，颗粒球体4材质采用与冷源物料密度相近的材质，同时要耐高温不会被熔解，其取决于需要加热的冷源物料，本领域内技术人员能够根据常见物质密度表、及其熔解温度，查阅并获得合适的颗粒物料。

实施例2

本实施例是在上述实施例的基础上进行的改进，还可从壳程部和管程部的结构上进行改进，提高换热器的效率。作为可选的实施方式，参照图1和图2，管体23为U型管，管入口21和管出口22分别与U型管的两个端口相通，且管体23由壳程部的一端延伸至另一端。

为了增大冷源物料与管体23的接触面积，U型管的数量为多根。如图1所示，为了分隔管入口21和管出口22，在其之间设置了分隔板。

上述U型管的管体设置，能够增大与冷源物料的接触面积，提高换热效率。

参照图2，作为可选的实施方式，冷源驱动装置为真空泵81，且壳出口12通过第一连接管71连接有储料罐体92。

真空泵81能够为壳程中冷源物料的流动提供动力，当换热结束后，冷原物料温度升高，可通过第一连接管71进行回收，在储料罐体92中进行暂时储存。

作为可选的实施方式，上述热源物料可以为蒸气或热水。

本实施例中，其热源物料采用了蒸气进行热交换，其连接管路可参照图2所示，第二连接管72与管入口21连接，其另一端连接有蒸气炉10，热源驱动装置为风机82；

壳出口12处设置有温度测量计73用于测量冷源物料热交换后的温度，第二连接管72上设置有蒸气调节阀83，以调节管程部内的蒸气流量；管出口22处连接有冷凝水罐体91。

其中，蒸汽炉连接第二连接管72，通过风机82将蒸气送入管程部中，在壳出口12处设置温度测量计73，当温度过高或过低时，可通过调节第二连接管72上的蒸气调节阀83进行蒸气的流量调节。

为了增大壳程中冷源物料的流速，作为可选的实施方式，壳程部内还设置有分流板6，其垂直于壳程部的延伸方向设置。

上述具体实施例中对热源采用蒸气时的设置方式进行了说明，应当理解的是，除了蒸气之外，上述热源还可采用水或其他换热媒介，在此不再一一举例说明。

在本说明书的描述，具体特征、结构或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种高效率热交换器，其特征在于，包括：

壳程部，其下部设置有壳入口，上部设置有壳出口，且所述壳程部内设置有冷源物料；所述壳出口连接有第一连接管，其上设置有冷源驱动装置；

管程部，所述管程部包括管入口、管出口和管体，所述管入口和所述管出口相对设置于所述壳程部的外壁上，所述管体设置于所述壳程部内；所述管体内设置有热源物料，所述管出口或管入口设置第二连接管，其上设置有热源驱动装置，以使所述热源物料在管程中流动向所述壳程中传热；

所述壳程中设置有颗粒球体，所述颗粒球体能随壳程内的冷源物料流动，以形成流动通道。

2.根据权利要求1所述的高效率热交换器，其特征在于，所述壳入口和所述壳出口处均设置有过滤网。

3.根据权利要求2所述的高效率热交换器，其特征在于，所述颗粒球体的数量为多个。

4.根据权利要求3所述的高效率热交换器，其特征在于，所述颗粒球体与所述冷源物料的密度相近。

5.根据权利要求1所述的高效率热交换器，其特征在于，所述管体为U型管，所述管入口和所述管出口分别与所述U型管的两个端口相通，且所述管体由所述壳程部的一端延伸至另一端。

6.根据权利要求5所述的高效率热交换器，其特征在于，所述U型管的数量为多根。

7.根据权利要求1所述的高效率热交换器，其特征在于，所述冷源驱动装置为真空泵，且所述壳出口通过所述第一连接管连接有储料罐体。

8.根据权利要求1所述的高效率热交换器，其特征在于，所述热源物料为蒸气或热水。

9.根据权利要求8所述的高效率热交换器，其特征在于，所述第二连接管与所述管入口连接，其另一端连接有蒸气炉，所述热源驱动装置为风机；

所述壳出口处设置有温度测量计用于测量冷源物料热交换后的温度，所述第二连接管上设置有蒸气调节阀，以调节所述管程部内的蒸气流量；所述管出口处连接有冷凝水罐体。

10.根据权利要求1所述的高效率热交换器，其特征在于，所述壳程部内还设置有分流板，其垂直于所述壳程部的延伸方向设置。