一种可用于三种流体同时换热的高效紧凑式热交换器的制作方法

1.本发明涉及换热器技术领域，具体为一种可用于三种流体同时换热的高效紧凑式热交换器。


背景技术：

2.热交换器，也称换热器，是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，又称热交换器。换热器在化工、石油、动力、食品及其它许多工业生产中占有重要地位，其在化工生产中换热器可作为加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器等，应用广泛。换热器是一种在不同温度的两种或两种以上流体间实现物料之间热量传递的节能设备，是使热量由温度较高的流体传递给温度较低的流体，使流体温度达到流程规定的指标，以满足工艺条件的需要，同时也是提高能源利用率的主要设备之一。换热器行业涉及暖通、压力容器、中水处理设备，化工，石油等近30多种产业，相互形成产业链条。
3.热交换器按照传送热量的方法来分主要有间壁式、混合式、蓄热式三大类。间壁式热交换器是通过一个固体壁面将热流体和冷流体分隔开，两种流体分别在壁面两侧流动，热量通过壁面进行传递。混合式热交换器是依靠热流体与冷流体的混合，直接接触进行传热，如冷水塔、喷射式热交换器。蓄热式热交换器是冷热流体轮流流过固体壁面。当热流体流过壁面时，将壁面加热，将热量储存在固体壁内；冷流体流过时，壁面放热给冷流体，带走热量。
4.目前在工业中应用最为广泛，应用场景最多的热交换器是间壁式。间壁式热交换器又可分为管壳式热交换器、板式热交换器、夹套式热交换器及其他各种异形传热面的特殊型热交换器。无论是何种形式的间壁式热交换器都只能实现产生一种热工品质的产品。例如，利用余热回收来生产热水时，一台热交换器只能生产一种特定压力温度的热水。而在工业生产中各个环节，对工质热工品质的要求往往不同，这就需要布置大量的热交换器来生产不同热工品质的热水，使得生产成本大量增加，而且目前常规的间壁式热交换器效率不高，生产成本进一步增加。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种可用于三种流体同时换热的高效紧凑式热交换器，以解决上述背景技术中提出的问题。
6.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种可用于三种流体同时换热的高效紧凑式热交换器，包括内管管板、外管管板、壳体、外管、内管、下封头、上封头，所述壳体为中空的柱形结构，外管、内管设置在壳体内部；所述下封头、上封头分别设置在壳体两端，并与壳体通过焊接或螺栓密封连接固定，壳体、下封头、上封头形成密封闭合的空间；所述下封头上设置有内管出口，在上封头上设置有内管进口；所述外管套在内管外侧，内管与外管之间的通道形成流体环形通道流通区域，在壳体内设置有内管管板和外管管板；所述内管与内管管板密封连接，外管与外管管板密封连接；所述内管管板和外管管板均对称设置
有两块，且内管管板设置在外管管板的外侧；在同一端的内管管板、外管管板之间的壳体上设置有环形通道出口，另一端对应设置有环形通道进口。
7.优选的，所述外管、内管嵌套后中轴线相互重合，外管、内管配套设置有多组，形成管束。
8.优选的，所述内管管板与壳体内壁之间焊接固定，并对连接部位进行密封处理；所述外管管板与壳体内壁之间焊接固定，并对连接部位进行密封处理。
9.优选的，所述壳体中点焊固定有中间支撑板，所述外管从中间支撑板上的通孔中配合穿过。
10.优选的，所述中间支撑板设置有多块，且中间支撑板在壳体内壁两侧间隔设置。
11.优选的，在两块外管管板内侧分别设置有壳侧进口和壳侧出口。
12.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
13.1、可同时实现三种流体换热，利用该特点，在工业上可实现利用同一热源，同一台热交换器，同时实现两种工质产品的生产；
14.2、环形通道内的流体具有内管和外管两侧换热面积，这种形式使得热交换器在不增加装置体积的情况下增加了换热面积，从而提高了热交换器的紧凑性；
15.3、流体在环形通道内流动，环形通道间隙较小，流体在较小的流速下便可以形成紊流，有利于提高传热系数。
附图说明
16.图1为本发明的结构示意图；
17.图中标号：1、内管进口；2、内管管板；3、环形通道出口；4、外管管板；5、壳侧进口；6、壳体；7、中间支撑板；8、外管；9、内管；10、内管出口；11、下封头；12、环形通道进口；13、壳侧出口；14、上封头。
具体实施方式
18.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，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前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
19.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“竖直”、“上”、“下”、“水平”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装置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。
20.在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
21.请参阅图1，本发明提供一种技术方案：一种可用于三种流体同时换热的高效紧凑
式热交换器，包括内管管板2、外管管板4、壳体6、外管8、内管9、下封头11、上封头14，所述壳体6为中空的柱形结构，外管8、内管9设置在壳体6内部；所述下封头11、上封头14分别设置在壳体6两端，并与壳体6通过焊接或螺栓密封连接固定，壳体6、下封头11、上封头14形成密封闭合的空间；所述下封头11上设置有内管出口10，在上封头14上设置有内管进口1；所述外管8套在内管9外侧，内管9与外管8之间的通道形成流体环形通道流通区域，在壳体6内设置有内管管板2和外管管板4；所述内管9与内管管板2密封连接，外管8与外管管板4密封连接；所述内管管板2和外管管板4均对称设置有两块，且内管管板2设置在外管管板4的外侧；在同一端的内管管板2、外管管板4之间的壳体6上设置有环形通道出口3，另一端对应设置有环形通道进口12。
22.进一步的，所述外管8、内管9嵌套后中轴线相互重合，外管8、内管9配套设置有多组，形成管束。
23.进一步的，所述内管管板2与壳体6内壁之间焊接固定，并对连接部位进行密封处理；所述外管管板4与壳体6内壁之间焊接固定，并对连接部位进行密封处理。
24.进一步的，所述壳体6中点焊固定有中间支撑板7，所述外管8从中间支撑板7上的通孔中配合穿过。
25.进一步的，所述中间支撑板7设置有多块，且中间支撑板7在壳体6内壁两侧间隔设置。
26.进一步的，在两块外管管板4内侧分别设置有壳侧进口5和壳侧出口13。
27.工作原理：壳体6是本热交换器的外壳，壳体6内部为空心结构，为外管8、内管9、内管管板2、外管管板4、中间支撑板7等提供装配空间。壳体6与外管8外壁、外管管板4共同组成工质的壳侧流通通道。工质流经壳侧时，与环形通道内的工质传热，实现换热。
28.内管9是由金属材料制成的直管，内管9通过内管管板2固定在壳体6内，其外径小于外管8内径，并穿套在外管8内，保持与外管8同心。内管9与上下封头、内管管板2共同组成工质的内管流通通道，工质流经内管时，与环形通道内的工质传热，实现换热。
29.外管8是由金属材料制成的直管，外管8外径大于内管9外径。外管8通过外管管板4固定在壳体6内，外管8套在内管9外面，并保持与内管9同心。外管8与内管9形成环形通道，该环形通道与内管管板2、外管管板4组成工质的流通通道，在流动过程中，环形通道内工质与壳侧和内管9的工质同时进行换热。
30.内管管板2由金属锻造而成，并与壳体6内侧焊接，是内管9的固定支撑件，将内管9固定在壳体6中。内管管板2还具有分隔密封的作用，将内管9内工质和环形通道的工质隔离开。
31.外管管板4由金属锻造而成，并与壳体6内侧焊接，是外管8的固定支撑件，将外,8固定在壳体6中。外管管板4还具有分隔密封的作用，将壳侧工质和环形通道的工质隔离开。
32.中间支撑板7由金属材料制造而成，与壳体6内侧焊接，对外管8起到固定支撑作用。
33.下封头11、上封头14由金属材料制成，与壳体6上下端通过法兰密封连接。下封头11、上封头14与内管管板2分别组成内管9工质的进出口。
34.本方案可用于三种流体同时换热的高效紧凑式热交换器有多种使用方式方法，具体介绍如下：
35.一：采用该种类型热交换器同时生产两种热工品质的工质。
36.高温流体i从热交换器的环形通道进口12进入，从环形通道出口3流出；低温高压流体ii从热交换器的内管进口1进入，从内管出口10流出，与位于外管8、内管9之间环形通道内的高温流体逆向流动，流动过程中从高温流体i吸收热量；低温流体iii从壳侧进口5进入，从壳侧出口13流出，与位于外管8、内管9之间环形通道内的高温流体逆向流动，流动过程中从高温流体i吸收热量。通过合理的设计就可以实现同时生产两种合格的流体产品—流体ii和流体iii。其中，原则上低温流体ii的压力不高于低温流体iii。
37.二：余热回收，该种形式热交换器具有高效紧凑的特点，可利用该种热交换器实现余热回收，同时生产蒸汽和热水。
38.高温余热工质iv从热交换器的环形通道进口12进入，从环形通道出口3流出；低温水v从热交换器的内管进口1进入，从内管出口10流出，与位于外管8、内管9之间环形通道内的高温余热工质逆向流动，流动过程中从高温流体iv吸收热量，发生相变，生产蒸汽；低温水vi从壳侧进口5进入，从壳侧出口13流出，与位于外管8、内管9之间环形通道内的高温流体iv逆向流动，流动过程中从温流体iv吸收热量，生产热水。
39.该热交换器也可以利用余热同时生产热水，即内管中低温水vi吸热后不发生相变。热交换器余热回收时，原则上进入内管的低温水v压力不低于进入壳侧的低温水vi的压力。
40.三：小温差流体只生产一种热工品质的工质
41.如果高温流体与低温流体温差小，可利用该种形式的热交换器生产一种合格热工品质的工质。
42.高温流体vii同时分别从壳侧进口5和内管进口1进入，同时分别从壳侧出口13和内管出口10流出。低温流体viii从环形通道进口12进入，从环形通道出口3流出；低温流体viii与位于壳侧和内管中流动的高温流体vii逆向流动，同时吸收热量，达到设计的热工品质。
43.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。