CN210014683U - 一种气体流道换热器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种气体流道换热器，该换热器包括筒形换热器主体(6)，在换热器主体(6)两侧沿轴向分别设置烟气进口(1)和烟气出口(4)，烟气流道(5)穿过换热器主体(6)内部，在烟气流道(5)中大体沿轴向设置换热管(3)，在换热器主体(6)内、烟气流道(5)外的空间形成浇筑气体流道(2)；烟气经烟气进口(1)通入，经烟气流道入口(51)流经烟气流道(5)，被换热管(3)和/或浇筑气体流道(2)中通入的换热介质冷却后，经烟气流道出口(52)由烟气出口(4)排出。本实用新型中，该换热器能够使得工作流体在换热器内行程均匀分布、速度均匀、换热效率高且阻力较低，是对现有换热器的有效改进。

Description

一种气体流道换热器

技术领域

本实用新型涉及制冷、工业制冷、空调、加热等领域，具体涉及一种气体流道换热器。

背景技术

现有的换热器一般为传统管束结构，如图1所示，设置大量对流管束，烟气在其中行程经过管子横向及纵向之间的间隙时，会产生旋转，分流，汇合等“乱流”而导致烟气阻力较高；且由于烟气进出口高度、尺寸、结构限制等原因，存在局部烟气冲刷不到的所谓“死空间”导致换热系数不均而使总的平均换热系数偏低；有时由于对流管束长度较长，或烟气速度偏高，管束间距布置不合理等原因导致对流管束的振动，危害运行安全；在对流管束中，由于烟气逐步被冷却，流动速度逐渐减小，导致末端换热管换热系数降低。

实用新型内容

本实用新型的目的在于解决上述涉及的烟气阻力较高、换热器存在“死空间”导致换热系数不均、末段烟气流动速度减小导致的换热系数较低，以及换热管振动危害运行安全问题中的至少一种。

为了解决现有技术中存在的问题，本发明人进行了锐意研究，提供一种用于烟气换热的换热器，该换热器内均匀分布若干烟气流道，烟气经过均匀布置的烟气流道被其中排布的换热管和/或其外的浇筑气体流道中的换热介质冷却后排出，并对换热管提供限位和刚性增强措施，避免其振动。该换热器结构新颖，能够使得工作流体在换热器内行程均匀分布、速度均匀、换热效率高且阻力较低，且运行安全，从而完成本实用新型。

本实用新型的目的在于提供以下技术方案：

(1)一种气体流道换热器，其特征在于，该换热器包括筒形换热器主体6，在换热器主体6两侧沿轴向分别设置烟气进口1 和烟气出口4，在烟气进口侧换热器主体6侧壁上开设烟气流道入口51，烟气流道5穿过换热器主体6内部，在烟气出口侧换热器主体6侧壁上开设烟气流道出口52，在烟气流道5中大体沿轴向设置换热管3，在换热器主体6内、烟气流道5外的空间形成浇筑气体流道2；

烟气流道5的所有烟气流道入口51均汇入烟气进口1中，所有烟气流道出口52均汇入烟气出口4中；各烟气流道5之间不连通，为独立的气体流道；

烟气经烟气进口1通入，经烟气流道入口51流经烟气流道5，被换热管3和/或浇筑气体流道2中通入的换热介质冷却后，经烟气流道出口52由烟气出口4排出。

根据本实用新型提供的一种气体流道换热器，具有以下有益效果：

(1)本实用新型中，换热器的换热器主体内均匀分布若干烟气流道，烟气经过均匀布置的烟气流道，其气流组织均匀，行程顺畅直观，每条烟气流道的行程长度基本相当，相比传统对流管束结构其烟气阻力较低且换热系数较高。

(2)本实用新型中，浇筑气体流道中，换热管周圈的圆环截面直径随着烟气流动方向逐渐减小，和/或浇筑气体流道沿程宽度减小，能够使得末端烟气流仍保持一定的速度以保持换热效果。

(3)本实用新型中，浇筑气体流道内布置有若干凸起结构，和/或换热管外壁上布置有若干凸起结构，以支撑换热管加强其刚性，避免了对流管束由于管束长度、管束布置、烟气速度高等可能出现的振动问题。

附图说明

图1示出背景技术中换热器的结构示意图；

图2示出根据本实用新型一种优选实施方式的换热器的纵向剖面图和横向剖面图；

图3示出根据本实用新型一种优选实施方式的换热器的横向剖面图，其中，换热管周圈的圆环截面直径随着烟气流动方向逐渐减小；

图4示出根据本实用新型一种优选实施方式的换热器的横向剖面图，其中，浇筑气体流道内布置有若干凸起结构；

图5示出根据本实用新型一种优选实施方式的换热器的横向剖面图，其中，换热管外壁上布置有若干凸起结构。

附图标号说明：

1-烟气进口；

2-浇筑气体流道；

3-换热管；

4-烟气出口；

5-烟气流道；

51-烟气流道入口；

52-烟气流道出口；

6-换热器主体。

7-凸起结构I；

8-凸起结构II。

具体实施方式

下面通过附图和实施例对本实用新型进一步详细说明。通过这些说明，本实用新型的特点和优点将变得更为清楚明确。

在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。

如图2所示，本实用新型提供了一种用于烟气换热的换热器，该换热器包括筒形换热器主体6，在换热器主体6两侧沿轴向分别设置烟气进口1和烟气出口4，在烟气进口侧换热器主体6 侧壁上开设烟气流道入口51，烟气流道5穿过换热器主体内部，在烟气出口侧换热器主体6侧壁上开设烟气流道出口52，在烟气流道5中大体沿轴向设置换热管3，在换热器主体6内、烟气流道 5外的空间形成浇筑气体流道2；烟气经烟气进口1通入，经烟气流道入口51流经烟气流道5，被换热管3和/或浇筑气体流道2中通入的换热介质冷却后，经烟气流道出口52由烟气出口4排出。

本实用新型中，换热器主体6构筑了换热器的主体和外部结构，换热器主体6为筒状结构，优选为轴向对称结构，如圆筒、正棱筒体(如正三棱筒体、正四棱筒体)、横截面为椭圆形的筒体、横截面为扇形的筒体等，更优选为圆筒。

在本实用新型中，浇筑气体流道2可以为实体结构，即浇筑气体流道2结构体本身是实心的结构，此时，浇筑气体流道2主要起到对其他结构的支撑作用，如对烟气流道5起到支撑作用等。

浇筑气体流道2还可以为壳体结构，即浇筑气体流道2结构体本身是空心的结构，此时，烟气流道5为独立形成的结构(如板材围成的流道)，浇筑气体流道2中也能够通入换热介质，换热介质沿轴向流通，与烟气流道5中流通的烟气换热。

浇筑气体流道2中的换热介质可以为液体换热介质或气体换热介质，液体换热介质如冷水，气体换热介质如低温烟气。

在本实用新型一种优选的实施方式中，烟气流道5的烟气流道入口51落入烟气进口1中，烟气流道出口52落入烟气出口4中。优选地，所有烟气流道入口51均落入烟气进口1中，所有烟气流道出口52均落入烟气出口4中。

烟气流道5在换热器主体6中均匀分布，以降低由于换热系数不均导致“死空间”存在的风险。

优选地，每条烟气流道5的流道行程相近；每条烟气流道5 中的换热管数量相近，优选每条烟气流道5中的换热管数量相同。

更优选地，各烟气流道5之间不连通，为独立的气体流道。

烟气流道5的均匀布置，每条烟气流道5的行程长度基本相当，使得烟气经过烟气流道5，其气流组织均匀，行程顺畅直观，相比传统对流管束结构，烟气在设定的路径上流通，解决了烟气在换热器中行程经过换热管横向及纵向之间的间隙时产生旋转、分流、汇合等“乱流”而导致烟气阻力较高的问题，同时烟气换热系数较高。

在本实用新型中，换热管3优选在烟气流道5中大体沿轴向设置。除此之外，换热管3还可以以垂直轴向方向布置，而换热管路径可以为直线或曲线，通过热传导或热辐射，换热管中的换热介质与烟气流道5中的烟气进行换热。

举例说明，换热管3可以套设于烟气流道5的内部或外部，换热介质在换热管3与烟气流道5之间形成的通道内流通，与烟气流道5中的烟气换热。

在本实用新型中，换热管3在换热器主体6中均匀分布，提高换热的均匀性，优选换热器主体6为轴向对称结构时，换热管 3在换热器主体6中沿其对称轴对称排布。

在本实用新型一种优选的实施方式中，浇筑气体流道2为圆柱体，换热管3包括轴向设置的位于换热器主体6正中的1个中心换热管、围绕中心换热管的6个I级换热管、以及围绕I级换热管的13个II级换热管，各I级换热管之间的距离相近，各II级换热管之间的距离相近，I级换热管和II级换热管以轴对称分布。浇筑气体流道2中形成四条独立的烟气流道5，每条烟气流道5中包括5个换热管3，烟气流道5连通换热管3的原则为就近原则、以及各烟气流道5的流程相近原则。

在本实用新型中，换热管3可设计为光管、螺纹管、扁管、翅片管、或其他异型管。

在本实用新型一种优选的实施方式中，在烟气流通方向上，近换热管3两侧的烟气流道5的宽度不大于换热管3的最大径向宽度，经过换热管3的烟气流道5部分扩张形成包围换热管3的环状流道，烟气经过换热管3时分流，与换热管3整体接触，高效换热。环状流道的横截面积可以为圆环形、椭圆环形、方环形、多边环形等，在此不做限定，但优选为圆环形，降低烟气流通阻力。

举例说明，当换热管3为圆管时，经过换热管3的烟气流道5 部分扩张形成包围换热管3的圆环状流道，烟气经过换热管3时能够与换热管3整体接触。

在本实用新型中，换热管3中的换热介质可以为液体换热介质或气体换热介质，液体换热介质如冷水，气体换热介质如低温烟气。根据换热管的使用环境，换热介质可以自由选择。

本发明人通过对现有技术中换热器的研究发现，在对流管束中，由于烟气逐步被冷却，流动速度逐渐减小，末端换热系数大幅降低，整体换热系数低，换热器换热不均匀。为解决该问题，本发明人提供了以下实施方式。

如图3所示，在本实用新型一种优选的实施方式中，烟气流道5沿程宽度不变，换热管3外围的烟气流道部分(优选该流道部分为环形流道)的截面随着烟气流动方向逐渐减小，以使烟气流速基本稳定，且末端烟气流仍保持一定的速度以保持换热效果。

在本实用新型再一种优选的实施方式中，换热管3外围的烟气流道部分(优选该流道部分为环形流道)的截面相同，烟气流道5沿程宽度随着烟气流动方向逐渐减小，流道截面积随烟气的行程逐渐减小，使得末端烟气流仍保持一定的速度。

在本实用新型再一种优选的实施方式中，换热管3外围的烟气流道部分(优选该流道部分为环形流道)的截面和烟气流道5 沿程宽度随着烟气流动方向均逐渐减小，以保持足够的冲刷速度及换热效果。

本发明人研究发现，现有技术中，在换热管的长度较长、烟气速度偏高、或换热管间距布置不合理等情况下，容易导致对流管的振动，危害运行安全。本实用新型通过将烟气控制在烟气流道中，以及换热管的均匀布置可有效抑制换热管的振动。同时，本发明人进行了进一步的研究，对换热管实施加强限位或增强其刚性，以降低突发状况下(如烟气流速突变)对流管的振动程度，进一步提高换热管安全性。

如图4所示，在本实用新型一种优选的实施方式中，换热管 3外围的烟气流道部分(优选该流道部分为环形流道)上布置有若干朝向换热管3的凸起结构I 7以支撑换热管3。

如图5所示，在本实用新型另一种优选的实施方式中，换热管3外壁上布置有若干朝向烟气流道5的凸起结构II 8，该凸起结构II 8缩短(甚至取消)了换热管3与烟气流道5之间的距离，对换热管3起到限位作用。

当凸起结构II 8为条状凸起时，该凸起结构II 8还能够进一步作为加强条增强换热管3的强度。

凸起结构I 7或凸起结构II 8能够间断性连接换热管3和烟气流道5，起到绝对限位的作用；或者，凸起结构I 7或凸起结构II 8不连接换热管3和烟气流道5，起到相对限位的作用。应当能够理解的是，当凸起结构I 7或凸起结构II 8间断性连接换热管3和烟气流道5时，凸起结构I 7或凸起结构II 8的设置不会对烟气在任意一侧的流通产生绝对阻塞。

作为优选，凸起结构I 7或凸起结构II 8不连接换热管3和烟气流道5，以降低制造工艺难度。

在进一步优选的实施方式中，凸起结构I 7或凸起结构II 8 可以为点状凸起结构、轴向条状凸起结构、径向条状凸起结构、无规则/无特定方向条状凸起结构等。

值得注意的是，凸起结构的设置能够对烟气流道5中的烟气产生扰动，减小烟气流道5中边界层热阻，强化传热，提高换热效率，同时又不至使烟气阻力过高(特别是凸起结构起相对限位作用时)，影响烟气正常流通，扰流的强度可以通过改变凸起结构的尺寸进行调整。

在本实用新型中，所述换热器主体6、浇筑气体流道2和烟气流道5的材料根据通入的烟气温度不同可设计为塑料(温度范围20—80℃)、玻璃(温度范围30—150℃)、铸铁(温度范围100 —400℃)、铸铝(温度范围30—400℃)、铸钢(温度范围50 —450℃)及合金钢(温度范围450—1250℃)等。

在上文中提到，浇筑气体流道2还可以为壳体结构，即浇筑气体流道2结构体本身是空心的结构，这时烟气流道5为独立形成的结构(如板材围成的流道)，浇筑气体流道2不对烟气流道5 起固定/支撑作用。此时，烟气流道5通过外部框架定位和固定。

本实用新型中，换热管3通过外部框架固定于烟气流道5中。

在本实用新型中，换热管3用于空气预热器、烟气/水换热器等设备中。

在本实用新型中，该换热器不仅能够用于烟气的换热，还能够实施其他气体流体或液体流体的换热。烟气流道内不仅可以通入高温气体，低温气体、高温液体、低温液体也同样适用。

实施例

实施例1

如图2所示，一种气体流道换热器，该换热器作为烟气/水换热器用于锅炉余热回收系统中，通入换热器中的烟气可将换热管内的水加热。

该换热器包括圆筒形换热器主体6，在换热器主体6两侧沿轴向分别设置烟气进口1和烟气出口4，在烟气进口侧换热器主体6侧壁上开设烟气流道入口51，四条互不连通的烟气流道5穿过换热器主体6内部，在烟气出口侧换热器主体6侧壁上开设烟气流道出口52，在烟气流道5中大体沿轴向设置换热管3，在换热器主体6内、烟气流道5外的空间形成浇筑气体流道2所有烟气流道入口51均落入烟气进口1中，所有烟气流道出口52均落入烟气出口4中；换热器主体6为玻璃材质，换热管3为碳钢材质。

浇筑气体流道2为实心结构，浇筑玻璃形成；换热管3包括轴向设置的位于换热器主体6正中的一个中心换热管、围绕中心换热管的六个I级换热管、以及围绕I级换热管的十三个II级换热管，各I级换热管之间的距离相近，各II级换热管之间的距离相近，I级换热管和II级换热管以轴对称分布。浇筑气体流道2中每条烟气流道5包括五个换热管3，换热管3为光管。经过换热管 3的烟气流道5部分扩张形成包围换热管3的圆环状流道。

工作时，烟气经过四组均匀布置的烟气流道5，被布置其中的换热管3的换热介质冷却后经烟气出口4排出。烟气经过烟气流道5时，气流组织均匀，烟气通路没有截面突变，局部阻力小，行程顺畅清晰，无死滞区，每条气流通道的行程长度基本相当，其整体烟气阻力较低且平均换热系数较高。

圆筒形换热器主体6包围的圆柱体的截面半径为0.30m，长度为0.5m；

换热管3的内径为0.050m，外径为0.056m，长度为0.5m；

烟气流道入口的宽度为0.02m，烟气流道5沿程宽度不变，包围换热管3的圆环状流道的径向宽度均为0.01m。

烟气流道入口通入120℃的高温烟气，烟气流速为10m/s，烟气流道出口烟气温度为70℃，烟气平均流速为8.7m/s；换热管中通入40℃冷水，冷水流速为1.5m/s。

实施例2

换热器的结构与实施例1一致，区别仅在于，换热管为螺纹管，管的最小内径为0.050m，长度为0.5m，螺距为0.08m，螺纹槽深3mm。换热器的其他各部件的技术参数与实施例1一致。

实施例3

换热器的结构与实施例1一致，区别仅在于，烟气流道5的沿程宽度逐渐减小，烟气流道入口的宽度为0.03m，烟气流道出口的宽度为0.015m。包围换热管3的圆环状流道的径向宽度相同，圆环状流道的径向宽度为0.01m。换热器的其他各部件的技术参数与实施例1一致。

实施例4

如图3所示，换热器的结构与实施例1一致，区别仅在于，烟气流道5的沿程宽度相同，宽度为0.02m；包围换热管3的圆环状流道的径向宽度逐渐减小，圆环状流道的径向宽度依次为 0.01m、0.008m、0.008m、0.006m、0.005m。换热器的其他各部件的技术参数与实施例1一致。

实施例5

换热器的结构与实施例1一致，区别仅在于，烟气流道5的沿程宽度逐渐减小，烟气流道入口的宽度为0.03m，烟气流道出口的宽度为0.015m；包围换热管3的圆环状流道的径向宽度逐渐减小，圆环状流道的径向宽度依次为0.01m、0.008m、0.008 m、0.006m、0.005m。换热器的其他各部件的技术参数与实施例1一致。

实施例6

如图4所示，换热器的结构与实施例1一致，区别仅在于，换热管3周圈的环形流道上布置有若干朝向换热管3的凸起结构 I 7。该凸起结构I 7用于定位和固定其中的换热管。凸起的高度为3～5mm。

实施例7

换热器的结构与实施例1一致，区别仅在于，浇筑气体流道 2为空心结构。

以上结合了优选的实施方式对本实用新型进行了说明，不过这些实施方式仅是范例性的，仅起到说明性的作用。在此基础上，可以对本实用新型进行多种替换和改进，这些均落入本实用新型的保护范围内。

Claims (10)

1.一种气体流道换热器，其特征在于，该换热器包括筒形换热器主体(6)，在换热器主体(6)两侧沿轴向分别设置烟气进口(1)和烟气出口(4)，在烟气进口侧换热器主体(6)侧壁上开设烟气流道入口(51)，烟气流道(5)穿过换热器主体(6)内部，在烟气出口侧换热器主体(6)侧壁上开设烟气流道出口(52)，在烟气流道(5)中大体沿轴向设置换热管(3)，在换热器主体(6)内、烟气流道(5)外的空间形成浇筑气体流道(2)；

烟气流道(5)的所有烟气流道入口(51)均汇入烟气进口(1)中，所有烟气流道出口(52)均汇入烟气出口(4)中；各烟气流道(5)之间不连通，为独立的气体流道；

烟气经烟气进口(1)通入，经烟气流道入口(51)流经烟气流道(5)，被换热管(3)和/或浇筑气体流道(2)中通入的换热介质冷却后，经烟气流道出口(52)由烟气出口(4)排出。

2.根据权利要求1所述的换热器，其特征在于，浇筑气体流道(2)可以为实体结构，或者壳体结构；

当浇筑气体流道(2)为壳体结构时，浇筑气体流道(2)中能够通入换热介质，换热介质沿轴向流通，与烟气流道(5)中流通的烟气换热；

当浇筑气体流道(2)为实体结构时，用于支撑烟气流道(5)。

3.根据权利要求1所述的换热器，其特征在于，

每条烟气流道(5)的流道行程相近；

每条烟气流道(5)中的换热管数量相近。

4.根据权利要求1所述的换热器，其特征在于，换热管(3)在换热器主体(6)中均匀分布；

换热器主体(6)为轴向对称结构，换热管(3)在换热器主体(6)中沿其对称轴对称排布。

5.根据权利要求1所述的换热器，其特征在于，近换热管(3)两侧的烟气流道(5)的宽度不大于换热管(3)的最大径向宽度，经过换热管(3)的烟气流道(5)部分扩张形成包围换热管(3)的环状流道，烟气经过换热管(3)时分流，与换热管(3)整体接触。

6.根据权利要求5所述的换热器，其特征在于，烟气流道(5)沿程宽度不变，换热管(3)外围的烟气流道部分的截面随着烟气流动方向逐渐减小。

7.根据权利要求5所述的换热器，其特征在于，换热管(3)外围的烟气流道部分的截面相同，烟气流道(5)沿程宽度随着烟气流动方向逐渐减小。

8.根据权利要求5所述的换热器，其特征在于，换热管(3)外围的烟气流道部分的截面和烟气流道(5)沿程宽度随着烟气流动方向均逐渐减小。

9.根据权利要求1所述的换热器，其特征在于，换热管(3)外围的烟气流道部分上布置有若干朝向换热管(3)的凸起结构I(7)以支撑换热管(3)；

换热管(3)外壁上布置有若干朝向烟气流道(5)的凸起结构II(8)，对换热管(3)限位。

10.根据权利要求1所述的换热器，其特征在于，浇筑气体流道(2)为圆柱体，换热管(3)包括轴向设置的位于换热器主体(6)正中的1个中心换热管、围绕中心换热管的6个I级换热管、以及围绕I级换热管的13个II级换热管，各I级换热管之间的距离相近，各II级换热管之间的距离相近，I级换热管和II级换热管以轴对称分布；

浇筑气体流道(2)中形成四条独立的烟气流道(5)，每条烟气流道(5)中包括5个换热管(3)，各烟气流道(5)的流道行程相近。

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