CN113432456A - 一种单管缠绕式换热装置及换热方法 - Google Patents

一种单管缠绕式换热装置及换热方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种单管缠绕式换热装置及换热方法，包括换热介质螺旋管道和换热器外壳，所述换热器外壳的内腔中设有中间换热管，所述中间换热管的顶部连接有蒸汽管道出口，所述中间换热管的侧壁上连接有给水补水器；换热介质螺旋管道缠绕在中间换热管的外表面上，所述换热介质螺旋管道的一端设有换热介质进口，换热介质螺旋管道的另一端设有换热介质出口，换热介质进口位于中间换热管的顶部端面处，换热介质出口位于中间换热管的底部侧壁处。本发明能够在一个换热器中实现水介质的预热、蒸发和过热过程，减少了换热器的体积，增加了换热器的效率，降低了换热器的成本。

Description

一种单管缠绕式换热装置及换热方法
技术领域
本发明属于换热器技术领域，具体属于一种单管缠绕式换热装置及换热方法。
背景技术
换热器是在换热管和壳体内分别通入不同温度的流体而进行热交换的一种设备，常见的盘管式换热设备管程和壳程中介质接触面积不足导致换热效率低，而且多采用壳侧和管侧的形式进行换热，且体积较为庞大，也就不能在一个换热器中实现从给水预热，蒸发，过热的过程，大大降低设备的效率，增加了换热器数量和体积，从而使换热设备成本增加。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种单管缠绕式换热装置及换热方法，解决目前换热器的换热效率低，导致换热器体积庞大，降低了设备的效率，增加了换热设备的成本。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种单管缠绕式换热装置，包括换热介质螺旋管道和换热器外壳，所述换热器外壳的内腔中设有中间换热管，所述中间换热管的顶部连接有蒸汽管道出口，所述中间换热管的侧壁上连接有给水补水器；
换热介质螺旋管道缠绕在中间换热管的外表面上，所述换热介质螺旋管道的一端设有换热介质进口，换热介质螺旋管道的另一端设有换热介质出口，换热介质进口位于中间换热管的顶部端面处，换热介质出口位于中间换热管的底部侧壁处。
进一步的，所述换热介质螺旋管道的外径和换热器外壳内壁之间填充有保温层。
进一步的，相邻换热介质螺旋管道之间的层间距的取值范围为1～6mm。
进一步的，相邻换热介质螺旋管道之间的层间距之差在0.2～2mm之间。
进一步的，所述换热介质螺旋管道上留有自由膨胀端，所述自由膨胀端上设有固定支撑点。
进一步的，所述中间换热管的顶部端面一体化有蒸汽管上封头，所述蒸汽管上封头和蒸汽管道出口连通；
给水补水器的一端伸入中间换热管的内腔中，给水补水器的另一端和进水管道连接。
进一步的，所述换热介质螺旋管道沿中间换热管的径向延伸布置。
进一步的，换热介质螺旋管道为裸管、半鳍片管或螺纹管。
进一步的，所述换热介质螺旋管道在中间换热管的径向方向上设有两层或两层以上。
本发明还提供一种单管缠绕式换热装置的换热方法，包括以下步骤：给水补水器向中间换热管的内腔中输送水介质，中间换热管吸收热量产生的水蒸气由蒸汽管道出口排出；
换热介质进口输入换热介质，换热介质由中间换热管的顶部到中间换热管的底部绕换热介质螺旋管道输送并向中间换热管释放热量，换热介质经过中间换热管的顶部侧壁完成水蒸气的过热过程，换热介质经过中间换热管的中部侧壁完成水介质的蒸发过程，换热介质经过中间换热管的底部侧壁完成水介质的预热过程；
换热介质经换热介质出口输出，完成中间换热管的换热过程。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
本发明提供一种单管缠绕式换热装置，通过在换热器外壳的内腔中设有中间换热管，中间换热管的外表面缠绕布设有换热介质螺旋管道，中间换热管的顶部设有蒸汽管道出口，中间换热管的侧壁连接有给水补水器，换热介质螺旋管道的换热介质进口设在中间换热管顶部端面处，换热介质螺旋管道的换热介质出口设在中间换热管底部侧壁处，使得本发明为垂直上下逆向流程。熔盐从换热器顶部进入螺旋绕管中向下流动，给水从换热器底部进入中心换热管，不断被高温熔盐传递来的热量加热，使给水温度升高，在不同段中进行预热，蒸发，过热，从中间换热管的蒸汽管道出口产生过热蒸汽。换热介质的流动路径为螺旋管道式，增加了一个换热器外壳中换热管程的同时，也增加了换热介质和水介质的换热面积，换热充分，而且能够在一个换热器中实现水介质的预热、蒸发和过热过程，减少了换热器的体积，增加了换热器的效率，降低了换热器的成本。
进一步的，换热介质螺旋管道的外径换热器外壳内壁之间填充的保温层能够减少换热介质的热量散失。
进一步的，相邻换热介质螺旋管道之间的层间距的取值范围为1～6mm，确保了换热介质和水介质的充分换热。
进一步的，层间距之差在0.2～2mm之间，能够保证水介质均匀吸收换热介质热量，保证水介质的预热、蒸发和过热过程稳定进行。
进一步的，换热介质螺旋管道上留有的自由膨胀端，能够允许换热介质螺旋管道的一定形变，保证整个换热装置的安全可靠运行。
进一步的，换热介质螺旋管道的裸管、半鳍片管或螺纹管的管内耐压较高，能够产生高压、超高压蒸汽。
进一步的，换热介质螺旋管道在中间换热管的径向方向上设有两层或两层以上，能够实现大容量、大流量的高温，高压力、高效率的换热效果，对热能利用，节能减排，减碳降碳，实现双碳目标，具有重要作用。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为图1的A-A向结构示意图；
附图中：1-换热器外壳，2-换热介质进口，3-蒸汽管道出口，4-蒸汽管上封头，5-换热介质螺旋管道，6-保温层，7-进水管道，8-换热介质出口，9-中间换热管，10-给水补水器，11-过热螺旋管段。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。
如图1和图2所示，本发明提供了一种单管缠绕式换热装置，包括换热介质螺旋管道5和进水管道7，所述进水管道7和给水补水器10相连接，给水补水器10通入中间换热管9内，中间换热管9设在换热器外壳1的内腔中，通过进水管道7和给水补水器10对中间换热管9内腔进行给水补充，其中，给水补水器10设在中间换热管9的底部侧壁上，中间换热管9的顶部端面一体成型有蒸汽管上封头4，蒸汽管上封头4和蒸汽管道出口3连通，在水介质吸热产生的蒸汽由蒸汽管道出口3排出；换热介质螺旋管道5的一端设有换热介质进口2，换热介质螺旋管道5的另一端设有换热介质出口8，换热介质进口2位于中间换热管9的顶部端面处，换热介质出口8位于中间换热管9的底部侧壁处，其中换热介质螺旋管道5缠绕在中间换热管9的外表面上，换热介质螺旋管道5和中间换热管9外表面直接接触，水工质在中间换热管9发生相变，过冷水经过预热，蒸发和过热后，在中间换热管9产生过热蒸汽从换热介质出口8流出。水介质的相变发生过程由换热介质配合完成，换热介质从换热介质进口2进入，换热介质出口8流出，完成整个垂直上下逆向流程。
在本实施例中，相邻换热介质螺旋管道5之间的间距在不同高度段各不相同，相邻换热介质螺旋管道5之间的层间距的取值范围为1～6mm。其中，相邻换热介质螺旋管道5之间的层间距之差在0.2～2mm之间。
在本实施例中，换热介质螺旋管道5在中间换热管9的径向方向上设有两层或两层以上。本实施例中，换热介质螺旋管道5在垂直方向上分为预热螺旋管段、蒸发螺旋管段和过热螺旋管段。其中，换热介质螺旋管道5在预热螺旋管段、蒸发螺旋管段和过热螺旋管段的直径不相同，管径和材料也不相同。
优选的，换热介质螺旋管道5采用裸管、半鳍片或螺纹管等其他强化换热结构。
优选的，换热介质螺旋管流股能够设置两种或两种以上，分别缠绕在中间换热管9外表面上进行换热，其中，换热介质采用熔盐、导热油、水或空气等不同流体，本实施例中，换热介质采用熔盐。
在本实施例中，换热介质螺旋管道5上留有自由膨胀端，所述自由膨胀端上设有固定支撑点。
在本实施例中，一种单管缠绕式换热装置可模块化制作，并进行组合，形成大容量换热装置和***。
在本发明的另一实施例中，还提供一种单管缠绕式换热装置的换热方法，包括以下步骤：给水补水器10向中间换热管9的内腔中输送水介质，中间换热管9吸收热量产生的水蒸气由蒸汽管道出口3排出；
换热介质进口2输入换热介质，换热介质由中间换热管9的顶部到中间换热管9的底部绕换热介质螺旋管道5输送并向中间换热管9释放热量，换热介质经过中间换热管9的顶部侧壁完成水蒸气的过热过程，换热介质经过中间换热管9的中部侧壁完成水介质的蒸发过程，换热介质经过中间换热管9的底部侧壁完成水介质的预热过程；
换热介质经换热介质出口输出，完成中间换热管9的换热过程。
本发明采用多层盘管组成双流程换热器，垂直上下逆向流程，利用管子壁间面积换热，换热面积大，换热充分，并且管内耐压较高，可产生高压，超高压蒸汽。给水在中心管内吸收的热量进行预热，蒸发，过热，可从换热器顶部出口产生过热蒸汽。没有汽包，采用小直径蒸发管，钢材用量下降，换热器启停时间短，制造运输安装方便。可实现大容量，大流量的高温，高压力、高效率的换热效果，对热能利用，节能减排，减碳降碳，实现双碳目标，具有重要作用。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：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，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，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权利要求所述的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种单管缠绕式换热装置，其特征在于，包括换热介质螺旋管道(5)和换热器外壳(1)，所述换热器外壳(1)的内腔中设有中间换热管(9)，所述中间换热管(9)的顶部连接有蒸汽管道出口，所述中间换热管(9)的侧壁上连接有给水补水器(10)；
换热介质螺旋管道(5)缠绕在中间换热管(9)的外表面上，所述换热介质螺旋管道(5)的一端设有换热介质进口(2)，换热介质螺旋管道(5)的另一端设有换热介质出口(8)，换热介质进口(2)位于中间换热管(9)的顶部端面处，换热介质出口(8)位于中间换热管(9)的底部侧壁处。
2.根据权利要求1所述的一种单管缠绕式换热装置，其特征在于，所述换热介质螺旋管道(5)的外径和换热器外壳(1)内壁之间填充有保温层(6)。
3.根据权利要求1所述的一种单管缠绕式换热装置，其特征在于，相邻换热介质螺旋管道(5)之间的层间距的取值范围为1～6mm。
4.根据权利要求1所述的一种单管缠绕式换热装置，其特征在于，相邻换热介质螺旋管道(5)之间的层间距之差在0.2～2mm之间。
5.根据权利要求1所述的一种单管缠绕式换热装置，其特征在于，所述换热介质螺旋管道(5)上留有自由膨胀端，所述自由膨胀端上设有固定支撑点。
6.根据权利要求1所述的一种单管缠绕式换热装置，其特征在于，所述中间换热管(9)的顶部端面一体化有蒸汽管上封头(4)，所述蒸汽管上封头(4)和蒸汽管道出口(3)连通；
给水补水器(10)的一端伸入中间换热管(9)的内腔中，给水补水器(10)的另一端和进水管道(7)连接。
7.根据权利要求1所述的一种单管缠绕式换热装置，其特征在于，所述换热介质螺旋管道(5)沿中间换热管(9)的径向延伸布置。
8.根据权利要求1所述的一种单管缠绕式换热装置，其特征在于，换热介质螺旋管道(5)为裸管、半鳍片管或螺纹管。
9.根据权利要求1所述的一种单管缠绕式换热装置，其特征在于，所述换热介质螺旋管道(5)在中间换热管(9)的径向方向上设有两层或两层以上。
10.根据权利要求1-9任意一项所述的一种单管缠绕式换热装置的换热方法，其特征在于，包括以下步骤：给水补水器(10)向中间换热管(9)的内腔中输送水介质，中间换热管(9)吸收热量产生的水蒸气由蒸汽管道出口(3)排出；
换热介质进口(2)输入换热介质，换热介质由中间换热管(9)的顶部到中间换热管(9)的底部绕换热介质螺旋管道(5)输送并向中间换热管(9)释放热量，换热介质经过中间换热管(9)的顶部侧壁完成水蒸气的过热过程，换热介质经过中间换热管(9)的中部侧壁完成水介质的蒸发过程，换热介质经过中间换热管(9)的底部侧壁完成水介质的预热过程；
换热介质经换热介质出口(8)输出，完成中间换热管(9)的换热过程。
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