CN103411447A - 一种卧式翅片管壳式换热器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种卧式翅片管壳式换热器，包括筒体（15）、进液口（1）、左管箱（2）、左管板（3）、右管板（8）、右管箱（9）、出液口（10）、换热管芯，其特征在于，还包括均流板（5），所述的均流板（5）使得气体均匀分布于均流板（5）上。使得壳侧气流分布均匀，又在正对壳侧进管（7）的进口设有防冲挡板（6），减少壳侧气流对换热管束的冲击。本发明特别适合于中高压、有毒或可燃气体与液体或者相变换热过程，该管壳式换热器采用翅片管强化壳侧换热以达到管内外两侧换热的基本对等，提高换热效率。

Description

一种卧式翅片管壳式换热器

技术领域

本发明涉及一种高效卧式壳管式换热器，特别适合于中高压、有毒、可燃气体与液体或者相变换热过程。 

背景技术

翅片管式换热器广泛应用于气-液换热或者气-相变换热，在空调、电子器件冷却、制冷、航空航天等领域广泛的应用。这种翅片管的翅片主要有整体式翅片，涨胀接式翅片以及绕接式翅片三种，整体式翅片接触热阻小，翅片效率高，而涨接式翅片扩展率高，接触热阻大，而绕接式翅片处于两者之间。所以胀接式翅片更加适合于换热差热容量小的气体与液体或者相变换热过程，比如空调领域里多数采用铜管-铝翅片的这种胀接式翅片管，俗称为套片换热器。随着节能，提高能源利用效率的要求不断提高，对翅片管式换热器强化传热的研究和应用非常多。 

对于中高压、有毒、可燃类气体与液体或者相变换热的场合，气体侧需要承压或者密封，这种场合管壳式换热器应用较多，而尤以卧式管壳式换热用的最多。这种卧式管壳式换热器多数采用带微肋、波节管，螺旋管等强化换热管来强化换热，对于气体与液体或者相变的场合而言，气体侧与另一侧的换热系数差别非常大，很多时候都能达到100倍以上，微肋，波节管，螺旋管等换热管的表面扩展率较低，不能将两侧的换热器有效地拉近，此时采用翅片管是非常有效的手段。 

现阶段这种翅片管管壳式换热器多数采用整体式或者绕接式翅片管，其翅片扩展率较低，没有高效的利用壳侧的空间，换热紧凑型差，成本高，加工过程也比较复杂。例如： 

专利CN201680744U，管翅化管壳式换热器，用圆形翅片管代替光管，从而强化壳侧的换热。这种方式会增加折流板的加工和装配难度，壳侧为气体，热容量比较小，并不需要多次折流，另外换热管采用整体式或者绕接翅片，而不是采用胀接翅片。

专利CN201607149N，一种卧式翅片管壳式换热器，也是采用整体式或者绕接式翅片，其取消了折流板，而是采用支撑板方式，壳侧采用了单壳程，结构上有所改进，但是也没有采用胀接翅片。 

另外，上述专利中没有考虑壳侧气流分布，流动短路比较严重，也没有考虑壳侧流体对换热管束的冲击。 

发明内容

本发明的目的是提高卧式管壳式换热器壳侧的换热器系数，主要应用于中高压、有毒、可燃等气体与液体或者相变换热领域，可大幅提高壳侧的换热系数，使换热管内外换热对等，从而大幅提高换热效率，提高紧凑性。 

为实现上述目的，本发明所设计的卧式管壳式换热器，包括筒体、进液口、左管箱、左管板、右管板、右管箱、出液口、换热管芯，同时还包括均流板，所述的均流板位于换热管芯的上方，与换热管芯平行，使得气体从壳侧进管进入先经过均流板再与换热管芯接触，所述均流板使得气体能够相对均匀分布于筒体内，与换热管芯接触充分。此外，壳侧流体从筒体的一端进入筒体，从另一端的对称方向引出，从而使壳侧流体的沿途阻力相当，避免壳侧流体的短路。从而大幅的提高壳侧的换热面积，换热管内外换热的基本对等。 

进一步地，本发明所设计的卧式管壳式换热器还包括防冲挡板，所述的防冲挡板位于筒体内部，均流板的上方，正对壳侧进管进口，面积大于壳侧进管。所述的防冲挡板进一步提高气体流动的均匀性，同时可以避免壳侧气体直接冲击管芯，延长使用寿命。所述防冲挡板和均流板可以采用多种形式的板，优选多孔板。 

更进一步地，所述换热管芯包括平行于筒体轴线的若干换热管所构成的换热管束、垂直于换热管束的套片和支撑板，所述的套片、换热管和支撑板通过胀接方式紧固成一个整体。具体地，在筒体中间隔300-500mm添加塑料或者金属支撑板，所述的支撑板略大于套片，提高管芯的刚性，并起到支撑作用。所述的支撑板通过钻孔，冲孔或者其他加工方式加工换热管孔，所述的换热管孔与套片上的翻边孔相对应，并通过套片的翻边孔定位，根据需要堆叠好后插入换热管，然后通过胀接方式将换热管，支撑板以及套片紧固成一个整体。所述支撑板可以做成矩形，也可以侧面呈圆弧形，优选采用侧面圆弧形，并尽量增大与筒体的接触面积。 

更进一步地，冲压成型的所述套片采用直翅片、波纹片或者开缝翅片等强化换热翅片，通过胀管方式与换热管连接，减小接触热阻，从而大幅的增加壳侧的扩展率，提高壳侧的换热系数。所述的套片设有翻边孔，采用矩形或侧面圆弧形，优选采用侧面圆弧形，并尽量贴近筒体，减小缝隙。所述的套片采用铜或钢或不锈钢或钛或铝材料，所述的套片的间距为1.5-4.2mm。 

更进一步地，所述的换热管端部通过胀接、焊接或胀焊结合的方式与左管板和右管板连接。所述的换热管束通过支撑板上的换热管孔呈正三角形排列，也可以采用多种排列方式，优选地采用正三角形排列。结构紧凑，从而降低成本。所述的换热管采用铜、钢、不锈钢、钛或铝材料或采用光管或强化传热管；所述的换热管的管径为8~20mm，所述的换热管的管间距为12~45mm。 

本发明的优点有：防冲挡板和均流板的设置提高流动的均匀性，避免壳侧流体直接冲击管芯。通过过胀接翅片大幅的增加壳侧的扩展率，从而提高壳侧的换热系数，可以大幅的提高壳侧的换热面积，从而换热管内外换热的基本对等，布置合理，能够大幅度地提高换热效率，提高紧凑性，降低成本。应用于中高压、有毒、可燃等气体与液体或者相变换热领域，特别适合壳侧换热较差的管壳式换热器。 

附图说明

图1本发明实施实例所述的卧式翅片管壳式换热器的结构示意图。 

图中：1 进液口，2 左管箱，3 左管板，4 排气管，5 均流板，6 防冲挡板，7 壳侧进管，8 右管板，9 右管箱，10 出液口，11 排液管，12 支撑板，13 套片，14 换热管，15筒体，16 壳侧出管。 

具体实施方式

本发明实施实例所述的一种卧式翅片管管壳式换热器，如图1。筒体15与左管板3和右管板8构成一个密闭的空间，成为壳程，筒体15的右侧靠近管板位置设置了壳侧进管7，筒体左侧壳侧进管7对称部位设置了壳侧出管16。换热管芯由平行与筒体轴线的换热管14和垂直于换热管的套片13通过胀接方式紧固，减小接触热阻，强化传热。翅片13通过冲压成型，构成换热管外表面的扩展换热面，其扩展率超过20，可以大幅提高管外制冷剂侧的换热系数。翅片为直翅片。在翅片的中间每隔400mm添加一块支撑板12，支撑板12采用金属板制作，支撑板略大于套片，其与筒壁接触，提高管芯的刚性，另外起到支撑管束的作用。进气管进口处设置了防冲挡板6，避免高速的壳侧流体冲击管芯，防冲挡板采用直径小而间距较大的多孔板制成，防冲挡板焊接于筒体15内部正对壳侧流体进口的位置，面积大于壳侧进管，均流板5位于换热管芯和防冲板6之间，与换热管芯平行。均流板5可以提高气体流动的均匀性，提高换热效果。换热管14采用铜管，管径为8mm，管间距为12mm，翅片间距为1.5mm。套片13用铜材料制作，套片13通过胀管工艺与换热管紧固，减小接触热阻。套片13做成侧面圆弧形，并尽量贴近筒体，减小缝隙。管束采用正三角形排列。支撑板12的管孔和套片13的翻边孔是对应的，通过套片13的翻边孔定位，间隔一定的距离添加一块支撑板12。根据需要堆叠好后插入换热管14，然后通过涨接方式将换热管，支撑板以及套片紧固成一个整体，构成换热管芯。换热管的两端通过胀接的方式与管板连接。 

本发明通过涨接翅片大幅的增加壳侧的扩展率，从而提高壳侧的换热系数，能够大幅的提高换热效率，降低成本。 

Claims (10)

1.一种卧式翅片管壳式换热器，包括筒体（15）、进液口（1）、左管箱（2）、左管板（3）、右管板（8）、右管箱（9）、出液口（10）、换热管芯，其特征在于，还包括均流板（5），所述的均流板（5）位于换热管芯的上方，与换热管芯平行，使得气体相对均匀分布于筒体内，与换热管芯充分接触。

2.根据权利要求1所述的卧式翅片管壳式换热器，其特征在于，还包括防冲挡板（6），所述的防冲挡板（6）位于筒体内部，均流板（5）的上方，正对壳侧进管（7）进口，面积大于壳侧进管（7）。

3.根据权利要求1或2所述的卧式翅片管壳式换热器，其特征在于，所述的均流板（5）为多孔板。

4.根据权利要求1所述的卧式翅片管壳式换热器，其特征在于，所述换热管芯包括平行于筒体轴线的若干换热管（14）所构成的换热管束、垂直于换热管束的套片（13）和支撑板（12），所述的套片（13）、换热管（14）和支撑板（12）通过胀接方式紧固成一个整体。

5.根据权利要求4所述的卧式翅片管壳式换热器，其特征在于，所述的套片（13）设有翻边孔，所述的套片（13）采用强化换热翅片。

6.根据权利要求4或5所述的卧式翅片管壳式换热器，其特征在于，所述的支撑板（12）设有换热管孔，所述的换热管孔与套片（12）上的翻边孔相对应，所述的换热管束通过换热管孔和翻边孔呈正三角形排列。

7.根据权利要求6所述的卧式翅片管壳式换热器，其特征在于，所述的换热管（14）端部通过胀接、焊接或胀焊结合的方式与左管板（3）和右管板（8）连接。

8.根据权利要求7所述的卧式翅片管壳式换热器，其特征在于，所述的换热管（14）的管径为8~20mm，所述的换热管（14）的管间距为12~45mm。

9.根据权利要求4或5所述的卧式翅片管壳式换热器，其特征在于，所述的套片（13）经过冲压制成，所述的套片（13）侧面采用圆弧形，所述的套片（13）的间距为1.5-4.2mm。

10.根据权利要求4所述的卧式翅片管壳式换热器，其特征在于，所述的支撑板（12）侧面采用圆弧形，所述的支撑板（12）的间距为300-500mm。

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