專利名稱：三流體套管式熱管換熱器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及換熱器技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種三流體換熱器，可以達(dá)到三股流體同時 換熱，互不摻混。
背景技術(shù)：
冶金行業(yè)、石油化工設(shè)備、建材制造行業(yè)等高耗能行業(yè)，都會產(chǎn)生大量的余熱，為 了提高相關(guān)設(shè)備的效率，充分利用能量，達(dá)到節(jié)能減排的目的，一般都使用換熱器，但對溫 度超過550°C的高溫?zé)煔庥酂峄厥绽糜休^高的技術(shù)難度，因此各行業(yè)內(nèi)對于高溫?zé)煔庥?熱的回收利用往往會走入誤區(qū)，即將高品位熱能轉(zhuǎn)化為低品位熱能加以利用，預(yù)熱空氣的 出口溫度較低。另外，目前，大多數(shù)用于高溫余熱利用的換熱設(shè)備還主要存在如下問題(I) 使用壽命短。當(dāng)換熱壁面的溫度達(dá)700 800°C時，若局部表面的空氣冷卻條件不好，就會 出現(xiàn)局部熱斑，超出耐熱不銹鋼材料可承受的程度。另一方面高溫氧化和煙塵沖刷可使熱 面一層層剝落，很快會因受熱而燒穿，不出幾個月就出現(xiàn)問題，檢修費(fèi)用昂貴。(2)體積龐 大，設(shè)備笨重，初投資高，不利于推廣。煙氣和空氣之間的換熱系數(shù)較低，低溫區(qū)尤其明顯， 要求必須有較大的換熱而積，結(jié)構(gòu)緊湊性差。(3)如果煙氣余熱要同時加熱兩股流體如空氣 和煤氣，要求冷流體的出口溫度較高，則目前還沒有比較適合的三流體換熱器。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種三流體套管式熱管換熱器，可以完成三股流體的換 熱，克服現(xiàn)有技術(shù)存在的問題。它利用了套管式熱管，熱管束內(nèi)管形成一個流道，方便流體 流過參與換熱，實(shí)現(xiàn)了三種流體或者多種流體同時換熱；同時由于套管式熱管也具有很高 的均溫特性，增強(qiáng)了傳熱過程，改善了傳統(tǒng)換熱器換熱效率低下的缺陷。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)解決方案是
一種三流體套管式熱管換熱器，包括筒體、熱管、上聯(lián)通箱、下聯(lián)通箱及外圍接口 ； 其三個筒體軸向垂直設(shè)置，各筒體內(nèi)軸向設(shè)有多根套管式熱管，成熱管束；左側(cè)筒體上端有 左上聯(lián)通箱，左上聯(lián)通箱頂端有第三進(jìn)口，下端有左下聯(lián)通箱；中部筒體上端有中上聯(lián)通 箱，下端有中下聯(lián)通箱，左、中下聯(lián)通箱之間徑向相通連；右側(cè)筒體上端有右上聯(lián)通箱，下端 有右下聯(lián)通箱，右下聯(lián)通箱底端有第三出口，右、中上聯(lián)通箱之間徑向相通連；
還包括上隔板、中隔板、下隔板；上隔板水平貫通設(shè)于上聯(lián)通箱與三個筒體相接 處，其寬度>筒體的直徑，將上聯(lián)通箱內(nèi)腔與三個筒體內(nèi)腔密封隔離，而各套管式熱管的內(nèi) 管上端與上聯(lián)通箱內(nèi)腔相通連；下隔板水平貫通設(shè)于下聯(lián)通箱與三個筒體相接處，其寬度 >筒體的直徑，將下聯(lián)通箱內(nèi)腔與三個筒體內(nèi)腔密封隔離，而各套管式熱管的內(nèi)管下端與 下聯(lián)通箱內(nèi)腔相通連；中隔板水平貫通設(shè)于三個筒體中部或中上部，其寬度 > 筒體的直徑， 將三個筒體的內(nèi)腔密封分為上腔、下腔，三個筒體的上腔相互通連，構(gòu)成上流道，下腔相互 通連，構(gòu)成下流道；各套管式熱管的外管外周圓與中隔板固接；
左、右側(cè)筒體的上腔外側(cè)壁分別設(shè)有第二進(jìn)口、第二出口，左、右側(cè)筒體的下腔外側(cè)壁分別設(shè)有第一進(jìn)口、第一出口 ；第一進(jìn)口、第一出口和第二進(jìn)口、第二出口交叉設(shè)置；
各套管式熱管的外管長度小于或等于上、下隔板之間的距離，外管兩端與內(nèi)管外 側(cè)壁之間，以堵頭密封固接，內(nèi)、外管構(gòu)成的封閉空間充有工質(zhì)。
所述的三流體套管式熱管換熱器，其所述三個筒體，由于三股流體均各自按一定 方向流過換熱器而參與換熱，流體溫度會沿其流動方向而變化，使得各筒體工作溫度不同， 根據(jù)各筒體工作溫度，將三個筒體按溫度相對高低分成750K以上的高溫區(qū)、550Κ-750Κ之 間的中溫區(qū)及200Κ-550Κ之間的常溫區(qū)三部分。
所述的三流體套管式熱管換熱器，其所述上、中、下隔板，聯(lián)合作隔斷及支撐用。
所述的三流體套管式熱管換熱器，其還包括膨脹節(jié)，右、中上聯(lián)通箱之間相互獨(dú)立 不通連，在右、中上聯(lián)通箱頂端有通孔，管狀膨脹節(jié)兩端口分別與右、中上聯(lián)通箱頂端的通 孔密封固接，呈倒U形。
所述的三流體套管式熱管換熱器，其所述套管式熱管外管，為光管，或外管外側(cè)壁 上設(shè)有翅片。
所述的三流體套管式熱管換熱器，其工作時，I)熱流體由第一進(jìn)口進(jìn)入下流道，經(jīng) 熱管束下部水平流過，由第一出口排出，熱管束被高溫流體加熱后，迅速將熱量傳至熱管束 上部，并保持熱管束整體溫度均勻，無熱斑；2)第一種冷流體由第二進(jìn)口進(jìn)入上流道，經(jīng)熱 管束上部水平流過，其方向與下流道熱流體的流動方向相反，吸收熱管束傳來的熱量后被 加熱，由第二出口排出；3)第二種冷流體由第三進(jìn)口進(jìn)入左上聯(lián)通箱，再經(jīng)左側(cè)筒體的熱 管束內(nèi)管、左、中下聯(lián)通箱、中部筒體的熱管束內(nèi)管、中、右上聯(lián)通箱、右側(cè)筒體的熱管束內(nèi) 管、右下聯(lián)通箱后，被加熱，由第三出口排出。
所述的三流體套管式熱管換熱器，其所述高溫區(qū)、中溫區(qū)、常溫區(qū)三個換熱區(qū)中， 分別使用相應(yīng)溫度段的套管式熱管，則當(dāng)熱流體溫度較高時，高溫區(qū)的高溫?zé)峁苁估淞黧w 有較高的出口溫度，實(shí)現(xiàn)高溫余熱的高品位回收。
所述的三流體套管式熱管換熱器，其所述工作時，根據(jù)實(shí)際情況，或讓熱流體經(jīng)第 三進(jìn)口進(jìn)、第三出口出，另二種冷流體分別反向或同向流過上、下流道。
所述的三流體套管式熱管換熱器，其所述筒體，根據(jù)熱管所處工作溫度的需要，或 只用一個筒體，或用兩個筒體形成換熱器。
本發(fā)明的套管式熱管換熱器，沿?zé)峁芨叨确较蛴弥懈舭鍖⑵涓舫缮喜亢拖虏績蓚€ 流體流通通道，每個熱管都穿過中隔板，管束上端伸出上隔板，與上聯(lián)通箱相聯(lián)，管束下端 伸出下隔板，與下聯(lián)通箱相聯(lián)，由此使得管束內(nèi)管與上下聯(lián)通箱相連，構(gòu)成一個流體流通通 道。使換熱器管壁溫度較均勻，沒有熱斑出現(xiàn)，同時也避免出現(xiàn)最低壁溫，可以大幅度降低 排煙溫度，提升預(yù)熱流體的出口溫度。


圖1a為本發(fā)明的三流體套管式熱管換熱器實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)示意圖，適用于三股流 體同時換熱，可以實(shí)現(xiàn)高溫余熱高品位利用，為三個筒體結(jié)構(gòu)；
圖1b為本發(fā)明的三流體套管式熱管換熱器實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)示意圖，為二個筒體結(jié) 構(gòu)；
圖1c為本發(fā)明的三流體套管式熱管換熱器實(shí)施例3的結(jié)構(gòu)示意圖，為一個筒體結(jié)構(gòu)；
圖2為圖1中A-A截面剖視圖，為套管式熱管結(jié)構(gòu)及換熱器管束排布示意圖
圖3為本發(fā)明的三流體套管式熱管換熱器換熱單元體的工作流程示意圖。
圖中標(biāo)記
1-下隔板2-中隔板3-上隔板
4_膨脹節(jié)5-上聯(lián)通箱6-下聯(lián)通箱
7-常溫?fù)Q熱區(qū)8-中溫?fù)Q熱區(qū)9-高溫?fù)Q熱區(qū)
10-套管式熱管具體實(shí)施方式
本發(fā)明為三流體套管式熱管換熱器，采用套管式熱管技術(shù)，在結(jié)構(gòu)形式安排，流道布局等都存在不同，是一種完全新型的換熱器。
如圖1-圖3所示，用圖1a的實(shí)施例1說明如下以下隔板1、中隔板2及上隔板 3將套管式熱管管束隔成上下兩個流體流通通道，并將熱管的上下端頭與兩個流道隔離開， 上聯(lián)箱5與下聯(lián)箱6通過熱管束內(nèi)管相通，構(gòu)成第三個流體流通通道。熱管管束可以分成三個區(qū)域，形成常溫?fù)Q熱區(qū)7、中溫?fù)Q熱區(qū)8和高溫?fù)Q熱區(qū)9，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用，也可以只劃分一個或兩個換熱區(qū)，同時可以在兩個換熱區(qū)間增加膨脹節(jié)4，膨脹節(jié)用于緩解金屬的熱應(yīng)力。 套管式熱管由內(nèi)外兩層管體組成，上下端各有堵頭，在內(nèi)外管間形成封閉空間，空間內(nèi)充裝有工質(zhì)，管殼材料及工質(zhì)根據(jù)使用條件的不同進(jìn)行選擇。
工作時，熱流體經(jīng)過熱管束下端流道沿流體I進(jìn)口所示方向流入，由流體I出口方向排出，熱管束被高溫流體加熱后，迅速將熱量傳至熱管束上端，并保持熱管整體溫度較均勻，無熱斑，第一種冷流體經(jīng)過熱管束上端流道沿流體2進(jìn)口所示方向流過，吸收熱管傳遞來的熱量后被加熱，由流體2出口所示方向排出，第二種冷流體經(jīng)過熱管束內(nèi)管流道沿流體3進(jìn)口所示方向分別流過常溫?fù)Q熱區(qū)7、中溫?fù)Q熱區(qū)8及高溫?fù)Q熱區(qū)9后被加熱，由流體 3出口所示方向排出。如果在高溫、中溫、常溫三個換熱區(qū)分別使用相應(yīng)溫度段水平的熱管， 如高溫?fù)Q熱區(qū)使用高溫?zé)峁?，則當(dāng)熱流體溫度較高時，可以使冷流體有較高的出口溫度，實(shí)現(xiàn)高溫余熱的高品位回收利用。根據(jù)實(shí)際應(yīng)用，也可以讓熱流體流過熱管束內(nèi)管流道，兩股冷流體分別由熱管束上下兩流道流過。
由于管外流體橫掠管束流動，換熱系數(shù)高，同時套管式熱管管壁溫度均勻，增大了流體與管壁間的溫差，所以該三流體套管式熱管換熱器換熱效率大大提高。另外，如果在高溫?fù)Q熱區(qū)應(yīng)用高溫?zé)峁埽瑒t可以實(shí)現(xiàn)高溫?fù)Q熱，最大限度的利用了熱流體的能量品位。最終達(dá)到熱流體排煙溫度降低，冷流體出口溫度提高的目的。
圖1-圖3中，僅對本發(fā)明主體部分示意說明，其它如流體接口、流道封閉箱體、固定支架及導(dǎo)流板等為公知技術(shù)，在此省略。
根據(jù)實(shí)際工作的需要，本發(fā)明的三流體套管式熱管換熱器，其主體部分可以用三個筒體，如圖1a所示；也可以用二個筒體，如圖1b所示；或用一個筒體，如圖1c所示。
本發(fā)明的主體部分在于套管式熱管的利用，特別是在高溫區(qū)可以使用套管式高溫?zé)峁?，對于整體外圍的改進(jìn)，如1、在管束方向上設(shè)置一個或多個流道，達(dá)到多流體換熱；2、熱管管束內(nèi)管的流道只使用部分熱管內(nèi)管；3、熱管管束的設(shè)置為一排或多排；4、本換熱器應(yīng)用于低溫?fù)Q熱場合等，以上這些也應(yīng)歸為本發(fā)明權(quán)利要求書的保護(hù)范圍。
本發(fā)明不局限于上述實(shí)施方式，不論在其材料、形狀或結(jié)構(gòu)上作任何改變，凡是熱 交換器采用套管式熱管穿于隔板，形成多個流體通道，利用內(nèi)管流道及外管側(cè)流道進(jìn)行換 熱的裝置，均屬于本發(fā)明權(quán)利要求書的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種三流體套管式熱管換熱器，包括筒體、熱管、上聯(lián)通箱、下聯(lián)通箱及外圍接口 ；其特征在于，三個筒體軸向垂直設(shè)置，各筒體內(nèi)軸向設(shè)有多根套管式熱管，成熱管束；左側(cè)筒體上端有左上聯(lián)通箱，左上聯(lián)通箱頂端有第三進(jìn)口，下端有左下聯(lián)通箱；中部筒體上端有中上聯(lián)通箱，下端有中下聯(lián)通箱，左、中下聯(lián)通箱之間徑向相通連；右側(cè)筒體上端有右上聯(lián)通箱，下端有右下聯(lián)通箱，右下聯(lián)通箱底端有第三出口，右、中上聯(lián)通箱之間徑向相通連；還包括上隔板、中隔板、下隔板；上隔板水平貫通設(shè)于上聯(lián)通箱與三個筒體相接處，其寬度>筒體的直徑，將上聯(lián)通箱內(nèi)腔與三個筒體內(nèi)腔密封隔離，而各套管式熱管的內(nèi)管上端與上聯(lián)通箱內(nèi)腔相通連；下隔板水平貫通設(shè)于下聯(lián)通箱與三個筒體相接處，其寬度 > 筒體的直徑，將下聯(lián)通箱內(nèi)腔與三個筒體內(nèi)腔密封隔離，而各套管式熱管的內(nèi)管下端與下聯(lián)通箱內(nèi)腔相通連；中隔板水平貫通設(shè)于三個筒體中部或中上部，其寬度>筒體的直徑，將三個筒體的內(nèi)腔密封分為上腔、下腔，三個筒體的上腔相互通連，構(gòu)成上流道，下腔相互通連，構(gòu)成下流道；各套管式熱管的外管外周圓與中隔板固接；左、右側(cè)筒體的上腔外側(cè)壁分別設(shè)有第二進(jìn)口、第二出口，左、右側(cè)筒體的下腔外側(cè)壁分別設(shè)有第一進(jìn)口、第一出口 ；第一進(jìn)口、第一出口和第二進(jìn)口、第二出口交叉設(shè)置；各套管式熱管的外管長度小于或等于上、下隔板之間的距離，外管兩端與內(nèi)管外側(cè)壁之間，以堵頭密封固接，內(nèi)、外管構(gòu)成的封閉空間充有工質(zhì)。
2.如權(quán)利要求1所述的三流體套管式熱管換熱器，其特征在于，所述三個筒體，由于三股流體均各自按一定方向流過換熱器而參與換熱，流體溫度會沿其流動方向而變化，使得各筒體工作溫度不同，根據(jù)各筒體工作溫度，將三個筒體按溫度相對高低分成750K以上的高溫區(qū)、550Κ-750Κ之間的中溫區(qū)及200Κ-550Κ之間的常溫區(qū)三部分。
3.如權(quán)利要求1所述的三流體套管式熱管換熱器，其特征在于，所述上、中、下隔板，聯(lián)合作隔斷及支撐用。
4.如權(quán)利要求1所述的三流體套管式熱管換熱器，其特征在于，還包括膨脹節(jié)，右、中上聯(lián)通箱之間相互獨(dú)立不通連，在右、中上聯(lián)通箱頂端有通孔，管狀膨脹節(jié)兩端口分別與右、中上聯(lián)通箱頂端的通孔密封固接，呈倒U形。
5.如權(quán)利要求1所述的三流體套管式熱管換熱器，其特征在于，所述套管式熱管外管，為光管，或外管外側(cè)壁上設(shè)有翅片。
6.如權(quán)利要求1所述的三流體套管式熱管換熱器，其特征在于，工作時，I)熱流體由第一進(jìn)口進(jìn)入下流道，經(jīng)熱管束下部水平流過，由第一出口排出，熱管束被高溫流體加熱后，迅速將熱量傳至熱管束上部，并保持熱管束整體溫度均勻，無熱斑；2)第一種冷流體由第二進(jìn)口進(jìn)入上流道，經(jīng)熱管束上部水平流過，其方向與下流道熱流體的流動方向相反，吸收熱管束傳來的熱量后被加熱，由第二出口排出；3)第二種冷流體由第三進(jìn)口進(jìn)入左上聯(lián)通箱，再經(jīng)左側(cè)筒體的熱管束內(nèi)管、左、中下聯(lián)通箱、中部筒體的熱管束內(nèi)管、中、右上聯(lián)通箱、右側(cè)筒體的熱管束內(nèi)管、右下聯(lián)通箱后，被加熱，由第三出口排出。
7.如權(quán)利要求2或6所述的三流體套管式熱管換熱器，其特征在于，所述高溫區(qū)、中溫區(qū)、常溫區(qū)三個換熱區(qū)中，分別使用相應(yīng)溫度段的套管式熱管，則當(dāng)熱流體溫度較高時，高溫區(qū)的高溫?zé)峁苁估淞黧w有較高的出口溫度，實(shí)現(xiàn)高溫余熱的高品位回收。
8.如權(quán)利要求6所述的三流體套管式熱管換熱器，其特征在于，所述工作時，根據(jù)實(shí)際情況，或讓熱流體經(jīng)第三進(jìn)口進(jìn)、第三出口出，另二種冷流體分別反向或同向流過上、下流道。
9.如權(quán)利要求1或2所述的三流體套管式熱管換熱器，其特征在于，所述筒體，根據(jù)熱管所處工作溫度的需要，或只用一個筒體，或用兩個筒體形成換熱器。
全文摘要
一種三流體套管式熱管換熱器，涉及換熱器技術(shù)，包括熱管，上中下隔板及外圍接口；有三個流道，下隔板與中隔板之間的熱管下層流道，中隔板與上隔板之間的熱管上層流道及熱管管束的內(nèi)管及上下聯(lián)箱組成的流道。工作時，熱流體經(jīng)過熱管下層流道或套管內(nèi)層管流道流過，熱管從下端或內(nèi)層管吸熱后，快速啟動，整體管溫均勻，無熱斑，兩股冷流體經(jīng)過其余兩個流道流過，換熱效率大大提高。本發(fā)明是一種熱流體對多種冷流體同時進(jìn)行間壁式加熱的裝置，用于高溫流體的換熱，高溫流體的熱量用于加熱另外兩股冷流體，使不同性質(zhì)的冷流體具有較高出口溫度，并降低熱流體的出口溫度，避免熱污染。尤其適合在冷卻流體操作壓力不大，而要求出口工作溫度較高的情況。
文檔編號F28D15/02GK103017580SQ20111028125
公開日2013年4月3日 申請日期2011年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月21日
發(fā)明者袁達(dá)忠, 李玉華, 唐大偉 申請人:中國科學(xué)院工程熱物理研究所