專利名稱：一種高溫熱管式換熱器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高溫換熱器技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種高溫熱管式換熱器，可以使冷流體有較高的出口溫度。
背景技術(shù)：
我國工業(yè)存在著大量的耗能行業(yè)，有很大的節(jié)能潛力，余熱回收利用是一個有效的途徑，現(xiàn)在余熱回收領(lǐng)域中被大量使用的高溫熱管換熱器存在著傳熱不匹配，總體換熱系數(shù)低，設(shè)備笨重，各溫區(qū)過渡段傳熱不合理銜接，以及低溫區(qū)會由于高溫引起爆管等缺陷。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種高溫熱管式換熱器，可用于高溫流體換熱，克服現(xiàn)有技術(shù)存在的換熱系數(shù)低，設(shè)備笨重等不合理問題。
為達到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)解決方案是:
一種高溫熱管式換熱器，其包括筒體、高溫熱管區(qū)、冷流體進口箱、冷流體出口箱、中溫熱管區(qū)、管路和外圍接口 ；
筒體內(nèi)縱向平行設(shè)置高溫熱管區(qū)、中溫熱管區(qū)，高溫熱管區(qū)的高溫熱管為套管式結(jié)構(gòu)，多根套管式高溫熱管構(gòu)成高溫熱管束；中溫熱管區(qū)的換熱管為普通熱管，多根普通中溫熱管構(gòu)成中溫熱管束；高溫熱管區(qū)、中溫熱管區(qū)的熱管束相互平行設(shè)置；
高溫熱管束上下端相對的筒體上下側(cè)壁各有一通孔，上通孔密封覆有上隔板，下通孔密封覆有下隔板，上下隔板上有多數(shù)個通孔；上下隔板通孔內(nèi)徑與套管式高溫熱管內(nèi)管外徑相適配，每一套管式高溫熱管的內(nèi)管上下端伸出上下隔板通孔，或內(nèi)管上下端與上下隔板在同一平面，高溫熱管內(nèi)管兩端的外圓分別與上下隔板通孔內(nèi)緣密封固接；
每一套管式高溫熱管的外管套于內(nèi)管外周圓，外管長度小于上下隔板間距離，夕卜管兩端分別以上下堵頭密封與內(nèi)管外側(cè)面，內(nèi)外管間所圍成封閉空腔內(nèi)充有工質(zhì)；
下隔板下方固接有冷流體進口箱，上隔板上方固接有冷流體出口箱，每一套管式高溫熱管的內(nèi)管分別與冷流體進口箱、出口箱相通連；冷流體出口箱頂端有通孔，出口箱通孔外周圓密封固接連接管道入口；
普通熱管束與筒體等長，每一普通熱管的兩端分別與筒體上下側(cè)壁固接，普通熱管內(nèi)腔里充有工質(zhì)；
筒體內(nèi)距筒體上側(cè)壁為筒體長度1/4到1/2處，水平設(shè)有中隔板，中隔板上有多數(shù)個通孔，左側(cè)的多數(shù)個通孔與普通熱管一一對應(yīng)，右側(cè)的多數(shù)個通孔與套管式高溫熱管外管一一對應(yīng)，每一中隔板通孔內(nèi)徑分別與普通熱管外徑，或與套管式高溫熱管外管外徑相適配，中隔板通孔套設(shè)于熱管外圓；
每一套管式高溫熱管外管外圓、或每一普通熱管外圓分別與相對應(yīng)的每一中隔板通孔內(nèi)緣密封固接；中隔板外周圓與筒體內(nèi)壁密封固接，使筒體內(nèi)分為上下流道，上下流道左右兩側(cè)各有一開口；
上流道左側(cè)開口外周圓密封固接連接管道出口，上流道右側(cè)開口為冷流體出口 ；
下流道即為煙氣流道。
所述的熱管式換熱器，其還包括膨脹節(jié)，膨脹節(jié)位于連接管中，兩端與連接管密封固接。
所述的熱管式換熱器，其所述套管式高溫熱管外管，為光管，或在外管外側(cè)面設(shè)有翅片；普通熱管，為光管，或外側(cè)面設(shè)有翅片。
所述的熱管式換熱器，其所述工質(zhì)，在套管式高溫熱管內(nèi)腔中，充裝有能在溫度高于460°C時穩(wěn)定工作的工質(zhì)，適用于高溫區(qū)工作，為液態(tài)金屬鈉、鉀、鈉鉀合金其中之一；高溫熱管區(qū)徑向吸收熱流體的熱量，使整個高溫熱管內(nèi)外側(cè)溫度均勻，無“熱斑”現(xiàn)象。
所述的熱管式換熱器，其所述工質(zhì)，普通熱管內(nèi)充裝適用于中溫熱管區(qū)工作的工質(zhì)，為導熱姆A，聯(lián)苯，導熱姆E，萘，汞及水其中之一。
所述的熱管式換熱器，其所述上、中、下隔板，聯(lián)合作隔斷及支撐用。
所述的熱管式換熱器，其所述多根套管式高溫熱管束與多根普通熱管束中的熱管，數(shù)量和長度相等，或不等。
所述的熱管式換熱器，其工作流程為:
a)冷流體由冷流體入口進入冷流體進口箱，再流入套管式高溫熱管內(nèi)管，進入高溫熱管區(qū)，進行第一次加熱；
b)同時，熱流體從下流道右側(cè)進入，橫掠下流道，依次流過高溫熱管區(qū)、中溫熱管區(qū)，將熱量傳給熱管，由左側(cè)排出；
c)被第一次加熱后的冷流體，從高溫熱管區(qū)內(nèi)管流入冷流體出口箱，經(jīng)出口箱頂端通孔，過連接管道入口流進連接管道，再過連接管道出口，從上流道左側(cè)開口進入上流道；
d)然后,被第一次加熱后的冷流體,橫掠上流道,依次流過普通熱管束上部、套管式高溫熱管束上部后，冷流體被第二次加熱；
e)被第二次加熱后的冷流體，由上流道右側(cè)開口流出，進入后續(xù)裝置。
所述的熱管式換熱器，其所述c)步中，被第一次加熱后的冷流體流過連接管道時，連接管道中的膨脹節(jié)緩解金屬的熱應(yīng)力。
本發(fā)明的高溫熱管式換熱器，利用套管式高溫熱管內(nèi)管形成一個流道，方便流體流過參與換熱；同時由于套管式熱管也具有很高的均溫特性，增強了傳熱過程，改善了傳統(tǒng)換熱器換熱效率低的缺陷。本發(fā)明的高溫換熱器典型的應(yīng)用是在高溫余熱回收領(lǐng)域，例如高溫煙氣(800°C以上)余熱與助燃空氣進行換熱，可以獲得出口溫度較高(650°C以上)的助燃空氣，從而達到“溫度對口，能源梯級利用”的目的。


圖1為本發(fā)明的一種高溫熱管式換熱器結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本發(fā)明的套管式高溫熱管結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中標記:
1、冷流體入口 ；2、下隔板；3、中隔板；4、上隔板；5、膨脹節(jié)；6、套管式高溫熱管換熱區(qū)；7、中溫熱管換熱區(qū)；8、連接管道；9、冷流體進口箱；10、冷流體出口箱；11、筒體；
12、套管式熱管上堵頭；13、套管式熱管外管；14、套管式熱管內(nèi)管；15、套管式熱管下堵頭；16、工質(zhì)。
具體實施方式
本發(fā)明的一種高溫熱管式換熱器為新型高溫熱管換熱器，采用套管式熱管及傳統(tǒng)中溫熱管相結(jié)構(gòu)的方式，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2所示，高溫區(qū)下隔板2、中隔板3及上隔板4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，冷流體進口箱體9與冷流體出口箱體10通過熱管束內(nèi)管相通，構(gòu)成冷流體流通通道。套管式高溫熱管組成的管束形成高溫熱管換熱區(qū)6，中溫熱管組成的管束形成中溫熱管換熱區(qū)7。兩個換熱區(qū)間增加膨脹節(jié)5，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13及14組成，上下端各有堵頭12及15，在內(nèi)外管間形成封閉空間，空間內(nèi)充裝有工質(zhì)16，管殼材料及工質(zhì)根據(jù)使用條件的不同進行選擇。
換熱器工作時，熱流體依次流過套管式高溫熱管下流道一中溫熱管下流道，熱流體將熱量傳給熱管；冷流體依次流過高溫熱管區(qū)冷流體進口箱——套管式高溫熱管內(nèi)管——高溫熱管區(qū)冷流體出口箱——連接管路——中溫熱管上流道——套管式高溫熱管上流道，冷流體從熱管吸收熱量被加熱后排出。
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，所以該熱管換熱器換熱效率大大提高，冷流體多次換熱使其充分吸收熱流體的熱量，提高其出口溫度。另外，如果在高溫換熱區(qū)應(yīng)用高溫熱管，則可以實現(xiàn)高溫換熱，最大限度的利用了熱流體的能量品位。最終達到熱流體排煙溫度降低，冷流體出口溫度提高的目的。
圖1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、固定支架及導流板等，在此省略。
本發(fā)明的主體部分在于高溫區(qū)套管式高溫熱管的使用，對于整體外圍的改進，如:1、在管束方向上設(shè)置一個或多個流道，達到多流體換熱；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)用于低溫換熱場合等，以上這些也應(yīng)歸為本發(fā)明權(quán)利要求書的保護范圍。
本發(fā)明不局限于上述實施方式，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，形成上下流體通道，利用內(nèi)管流道及外管側(cè)流道進行換熱的裝置，均屬于本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種高溫熱管式換熱器，其特征在于:包括筒體、高溫熱管區(qū)、冷流體進口箱、冷流體出口箱、中溫熱管區(qū)、管路和外圍接口 ； 筒體內(nèi)縱向平行設(shè)置高溫熱管區(qū)、中溫熱管區(qū)，高溫熱管區(qū)的高溫熱管為套管式結(jié)構(gòu)，多根套管式高溫熱管構(gòu)成高溫熱管束；中溫熱管區(qū)的換熱管為普通熱管，多根普通中溫熱管構(gòu)成中溫熱管束；高溫熱管區(qū)、中溫熱管區(qū)的熱管束相互平行設(shè)置； 高溫熱管束上下端相對的筒體上下側(cè)壁各有一通孔，上通孔密封覆有上隔板，下通孔密封覆有下隔板，上下隔板上有多數(shù)個通孔；上下隔板通孔內(nèi)徑與套管式高溫熱管內(nèi)管外徑相適配，每一套管式高溫熱管的內(nèi)管上下端伸出上下隔板通孔，或內(nèi)管上下端與上下隔板在同一平面，高溫熱管內(nèi)管兩端的外圓分別與上下隔板通孔內(nèi)緣密封固接； 每一套管式高溫熱管的外管套于內(nèi)管外周圓，外管長度小于上下隔板間距離，外管兩端分別以上下堵頭密封與內(nèi)管外側(cè)面，內(nèi)外管間所圍成封閉空腔內(nèi)充有工質(zhì)； 下隔板下方固接有冷流體進口箱，上隔板上方固接有冷流體出口箱，每一套管式高溫熱管的內(nèi)管分別與冷流體進口箱、出口箱相通連；冷流體出口箱頂端有通孔，出口箱通孔外周圓密封固接連接管道入口； 普通熱管束與筒體等長，每一普通熱管的兩端分別與筒體上下側(cè)壁固接，普通熱管內(nèi)腔里充有工質(zhì)； 筒體內(nèi)距筒體上側(cè)壁為筒體長度1/4到1/2處，水平設(shè)有中隔板，中隔板上有多數(shù)個通孔，左側(cè)的多數(shù)個通孔與普通熱管一一對應(yīng)，右側(cè)的多數(shù)個通孔與套管式高溫熱管外管一一對應(yīng)，每一中隔板通孔內(nèi)徑分別與普通熱管外徑，或與套管式高溫熱管外管外徑相適配，中隔板通孔套設(shè)于熱管外圓； 每一套管式高溫熱管外管外圓、或每一普通熱管外圓分別與相對應(yīng)的每一中隔板通孔內(nèi)緣密封固接；中隔板外周圓與筒體內(nèi)壁密封固接，使筒體內(nèi)分為上下流道，上下流道左右兩側(cè)各有一開口； 上流道左側(cè)開口外周圓密封固接連接管道出口，上流道右側(cè)開口為冷流體出口 ； 下流道即為煙氣流道。
2.如權(quán)利要求1所述的熱管式換熱器，其特征在于:還包括膨脹節(jié)，膨脹節(jié)位于連接管中，兩端與連接管密封固接。
3.如權(quán)利要求1所述的熱管式換熱器，其特征在于:所述套管式高溫熱管外管，為光管，或在外管外側(cè)面設(shè)有翅片；普通熱管，為光管，或外側(cè)面設(shè)有翅片。
4.如權(quán)利要求1所述的熱管 式換熱器，其特征在于:所述工質(zhì)，在套管式高溫熱管內(nèi)腔中，充裝有能在溫度高于460°C時穩(wěn)定工作的工質(zhì)，適用于高溫區(qū)工作，為液態(tài)金屬鈉、鉀、鈉鉀合金其中之一；高溫熱管區(qū)徑向吸收熱流體的熱量，使整個高溫熱管內(nèi)外側(cè)溫度均勻，無“熱斑”現(xiàn)象。
5.如權(quán)利要求1所述的熱管式換熱器，其特征在于:所述工質(zhì)，普通熱管內(nèi)充裝適用于中溫熱管區(qū)工作的工質(zhì)，為導熱姆A，聯(lián)苯，導熱姆E，萘，汞及水其中之一。
6.如權(quán)利要求1所述的熱管式換熱器，其特征在于:所述上、中、下隔板，聯(lián)合作隔斷及支撐用。
7.如權(quán)利要求1所述的熱管式換熱器，其特征在于:所述多根套管式高溫熱管束與多根普通熱管束中的熱管，數(shù)量和長度相等，或不等。
8.如權(quán)利要求1所述的熱管式換熱器，其特征在于:工作流程為: a)冷流體由冷流體入口進入冷流體進口箱，再流入套管式高溫熱管內(nèi)管，進入高溫熱管區(qū)，進行第一次加熱； b)同時，熱流體從下流道右側(cè)進入，橫掠下流道，依次流過高溫熱管區(qū)、中溫熱管區(qū)，將熱量傳給熱管，由左側(cè)排出； c)被第一次加熱后的冷流體，從高溫熱管區(qū)內(nèi)管流入冷流體出口箱，經(jīng)出口箱頂端通孔，過連接管道入口流進連接管道，再過連接管道出口，從上流道左側(cè)開口進入上流道； d)然后，被第一次加熱后的冷流體，橫掠上流道，依次流過普通熱管束上部、套管式高溫熱管束上部后，冷流體被第二次加熱； e)被第二次加熱后的冷流體，由上流道右側(cè)開口流出，進入后續(xù)裝置。
9.如權(quán)利要求1或8所述的熱管式換熱器，其特征在于:所述c)步中，被第一次加熱后的冷流體流過連接管 道時，連接管道中的膨脹節(jié)緩解金屬的熱應(yīng)力。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高溫熱管式換熱器，涉及高溫換熱器技術(shù)，包括套管式高溫熱管，中溫熱管、隔板、冷流體進出口箱體、管路及外圍接口等，主要用于以冷流體為氣體，要求出口溫度較高的情況。本發(fā)明的高溫熱管式換熱器，克服了傳統(tǒng)管殼式高溫換熱器管外橫掠，管內(nèi)順流，傳熱不匹配，總體換熱系數(shù)低，設(shè)備笨重的缺陷；同時，解決了傳統(tǒng)換熱器各溫區(qū)過渡段傳熱不合理銜接及低溫區(qū)由于高溫引起的爆管等問題，提高了高溫熱管式換熱器的安全性。本發(fā)明啟動快速，整體管溫均勻，無熱斑，對流換熱系數(shù)高，結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，工作壓力低，系統(tǒng)安全可靠。
文檔編號F28D15/02GK103217033SQ20121001970
公開日2013年7月24日 申請日期2012年1月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月20日
發(fā)明者袁達忠, 李玉華, 唐大偉 申請人:中國科學院工程熱物理研究所