本發(fā)明涉及換熱器技術領域，具體地說是一種用于高溫高壓大溫升殼側(cè)大流量無相變流體間換熱的純逆流管殼式換熱器。

背景技術：

高溫高壓大溫升殼側(cè)大流量無相變流體間換熱主要應用于高溫燃氣與空氣或水等介質(zhì)換熱，及光熱發(fā)電系統(tǒng)的高溫熔鹽與高溫蒸汽及水之間的換熱，換熱溫差大，介質(zhì)最高溫度高達800攝氏度，壓力高達20MPa是板式換熱器及其它傳統(tǒng)管殼式換熱器較難實現(xiàn)的，且必須純逆流換熱，目前所采用的換熱設備形式主要為傳統(tǒng)的U管式換熱器多臺串聯(lián)結(jié)構(gòu)來滿足溫差要求或是單臺在換熱極差的低流速下實現(xiàn)，這就需要犧牲非常大的換熱面積。

由于換熱器需要適合于高溫高壓大溫差大流量，采用傳統(tǒng)的管殼式換熱器結(jié)構(gòu)很難實現(xiàn)。為此本領域技術人員一直以來致力于設計一種能夠適合于高溫高壓大溫差大流量換熱效果好的高效換熱器，但至目前止，尚未有新的突破。

技術實現(xiàn)要素：

針對上述問題，本發(fā)明提供了一種外導流折流桿U管U殼純逆流換熱器，該換熱器不僅實現(xiàn)了單體換熱器單流程純逆流設計，而且具有無溫差應力、傳熱效果好、運行阻力小、結(jié)構(gòu)緊湊、對管束無沖擊、經(jīng)濟性好等特點，使傳統(tǒng)的管殼式換熱器難以實現(xiàn)的問題得以有效解決，是一種高效的節(jié)能換熱設備。

本發(fā)明解決其技術問題所采取的技術方案是：

外導流折流桿U管U殼純逆流換熱器，包括呈U型的殼體，所述的呈U型的殼體內(nèi)設置有U型管束，所述的U型管束上設置有用于支撐所述的U型管束的折流桿組件；

所述的殼體包括第一殼體、第二殼體和用于連接所述的第一殼體和第二殼體的殼程U型管端封頭；

所述第一殼體的遠離殼程U型管端封頭的一端設置有第一管板，所述第二殼體的遠離殼程U型管端封頭的一端設置有第二管板；

所述U型管束位于第一殼體內(nèi)的一端與所述的第一管板固定連接，所述U型管束位于第二殼體內(nèi)的一端與所述的第二管板固定連接；

所述的第一管板上設置有第一封頭筒體，所述的第二管板上設置有第二封頭筒體；

所述的第一封頭筒體上設置有管程進口，所述的第二封頭筒體上設置有管程出口。

進一步地，所述的第一殼體和第一管板之間設置有第一外導流結(jié)構(gòu)，所述的第二殼體和第二管板之間設置有第二外導流結(jié)構(gòu)，所述的第一外導流結(jié)構(gòu)包括第一外層殼體，且所述的第一外層殼體的直徑大于所述第一殼體的直徑，所述的第一外層殼體上設置有殼程出口，所述的第二外導流結(jié)構(gòu)包括第二外層殼體，且所述的第二外層殼體的直徑大于所述第二殼體的直徑，所述的第二外層殼體上設置有殼程進口。

進一步地，所述的第一外側(cè)殼體和第二外層殼體的內(nèi)部分別設置有呈圓環(huán)狀的第一內(nèi)導流筒和第二內(nèi)導流筒，其中所述的第一內(nèi)導流筒的一端與所述的第一殼體固定連接，所述的第二內(nèi)導流筒的一端與所述的第二殼體固定連接。

進一步地，所述的第一內(nèi)導流筒的直徑與所述的第一殼體的直徑相等，所述的第二內(nèi)導流筒的直徑與所述的第二殼體的直徑相等。

進一步地，所述的第一外層殼體與第一管板和第一殼體的連接處，以及所述的第二外層殼體與第二管板和第二殼體的連接處均采用平滑過渡。

進一步地，所述的第一殼體和第二殼體均固定設置于連接板上，并通過連接板與所述殼程U型管端封頭的法蘭固定連接。

進一步地，所述的殼程U型管端封頭包括一個用于容納管束彎曲段的第三殼體，且所述的第三殼體上有且僅有一個開口，所述開口的外邊緣設置有與所述的連接板相連接的法蘭。

本發(fā)明的有益效果是：

1、由于本換熱器的殼體和管束均呈U型，因此殼體和管束均可以自由膨脹，不存在溫差應力的影響。

2、由于本換熱器的殼體和管束均呈U型，且管側(cè)和殼側(cè)均為單流程，從而使得殼體的直徑減小，不僅降低了加工難度，而且成本大幅降低。

3、由于本換熱器的殼體和管束均呈U型，且在換熱的過程中實現(xiàn)了純逆流換熱，大大提高了換熱效果，進而減小了換熱面積。

4、傳統(tǒng)的換熱器，為了避免殼程介質(zhì)進入到殼體內(nèi)時受到管束的阻擋，通常管束與殼體之間都會有一定的間隙，而為了滿足換熱要求，管束的數(shù)量無法減小，而管束的長度也受到運輸要求及自身撓度等因素的限制(若管束過長，會產(chǎn)生較大的撓度)，為此只能夠增大殼體的直徑，不僅會增加加工難度，而且也會造成成本的增加。本換熱器通過采用了外導流結(jié)構(gòu)，即使外導流結(jié)構(gòu)的外側(cè)殼體的直徑大于殼體的直徑，從而預留空間殼程介質(zhì)進入到殼體內(nèi)時受到管束的阻擋，這樣管板就可以滿布管，不僅減小了管板和殼體直徑，而且增大了外導流結(jié)構(gòu)處的殼側(cè)流通面積，減小了流體介質(zhì)對管束的沖擊。

5、通過在外導流結(jié)構(gòu)的外層殼體的內(nèi)部設置內(nèi)導流筒，一方面，避免了流體介質(zhì)直接沖擊管束，減小了流體介質(zhì)對管束的沖擊；另一方面，迫使流體介質(zhì)先向管板處流動，然后在反向流動，避免出現(xiàn)換熱盲區(qū)(死水區(qū))。

6、外導流結(jié)構(gòu)的外層殼體與管板和殼體的連接處均采用平滑過渡，從而避免了在連接處出現(xiàn)渦流。

7、本換熱器的殼側(cè)流體均為縱向流(即全部是順著管束流動的)，因此，不僅降低了殼側(cè)流通的阻力，而且不會產(chǎn)生振動。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為第一封頭筒體處的管程介質(zhì)流動結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為第二外導流結(jié)構(gòu)處的殼程介質(zhì)流動結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：11-第一封頭筒體，111-管程進口，12-第一管板，13-第一外導流結(jié)構(gòu)，133-殼程出口，14-第一殼體，21-第二封頭筒體，211-管程出口，22-第二管板，23-第二外導流結(jié)構(gòu)，231-第二外層殼體，232-第二內(nèi)導流筒，233-殼程進口，3-折流桿組件，4-U型管束，5-殼程U型管端封頭，6-連接板。

具體實施方式

如圖1所示，外導流折流桿U管U殼純逆流換熱器包括呈U型的殼體，所述的呈U型的殼體內(nèi)設置有U型管束4，所述的U型管束4上設置有用于支撐所述的U型管束4的折流桿組件3，所述的折流桿組件3采用現(xiàn)有技術中的折流桿組件3即可，在此不再贅述。

所述的殼體包括第一殼體14、第二殼體和用于連接所述的第一殼體14和第二殼體的殼程U型管端封頭5，所述的第一殼體14、第二殼體和殼程U型管端封頭5共同形成了U型結(jié)構(gòu)。所述第一殼體14的遠離殼程U型管端封頭5的一端設置有第一管板12，所述的第二殼體的遠離殼程U型管端封頭5的一端設置有第二管板22。所述U型管束4位于第一殼體14內(nèi)的一端與所述的第一管板12固定連接，在這里所述的固定連接方式采用常用的焊接即可。所述U型管束4位于第二殼體內(nèi)的一端與所述的第二管板22固定連接。所述第一管板12上設置有第一封頭筒體11，并與所述的第一管板12共同形成了第一管箱。所述第二管板22上設置有第二封頭筒體21，并與所述的第二管板22共同形成了第二管箱。所述的第一封頭筒體11上設置有與所述的第一管箱相連通的管程進口111，所述的第二封頭筒體21上設置有與所述的第二管箱相連通的管程出口211。

進一步地，為了避免殼程介質(zhì)進入到殼體內(nèi)時受到管束的阻擋，如圖1所示，所述的第一殼體14和第一管板12之間設置有第一外導流結(jié)構(gòu)13，所述的第二殼體和第二管板22之間設置有第二外導流結(jié)構(gòu)23。所述的第一外導流結(jié)構(gòu)13包括第一外層殼體，且所述的第一外層殼體的直徑大于所述第一殼體14的直徑，所述的第一外層殼體上設置有殼程出口133。所述的第二外導流結(jié)構(gòu)23包括第二外層殼體231，且所述的第二外層殼體231的直徑大于所述第二殼體的直徑，所述的第二外層殼體231上設置有殼程進口233。由于所述的第一外層殼體的直徑大于所述的第一殼體14的直徑，所述的第二外層殼體231的直徑大于所述的第二殼體的直徑，因此在進行管束排布時，所述的U型管束4與第一殼體14和第二殼體的之間的間隙就可以留的很小，使管板上布滿管束，從而減小第一管板12、第二管板22、第一殼體14和第二殼體的直徑。

進一步地，為了避免殼程介質(zhì)直接沖擊管束和出現(xiàn)換熱盲區(qū)，如圖3所示，所述的第一外側(cè)殼體和第二外層殼體231的內(nèi)部分別設置有呈圓環(huán)狀的第一內(nèi)導流筒和第二內(nèi)導流筒232，其中所述的第一內(nèi)導流筒的一端與所述的第一殼體14固定連接，在這里可以采用常用的焊接的方式，所述第一內(nèi)導流筒的另一端懸空，且所述的第一內(nèi)導流筒的直徑與所述的第一殼體14的直徑相等。所述的第二內(nèi)導流筒232的一端與所述的第二殼體固定連接，所述第二內(nèi)導流筒232的另一端懸空，且所述的第二內(nèi)導流筒232的直徑與所述的第二殼體的直徑相等。這樣工作時，進入到殼體內(nèi)的殼程介質(zhì)不會直接沖擊U型管束4，受到內(nèi)導流筒的阻擋，會在內(nèi)導流筒和外層殼體之間先形成環(huán)流，然后沿著內(nèi)導流筒的懸空端進入到內(nèi)部，這樣一方面避免了在靠近管板處形成換熱盲區(qū)，另一方面形成環(huán)流之后在進入內(nèi)部，也避免了對U型管束4的直接沖擊。

進一步地，為了避免了在外層殼體和殼體之間的連接處出現(xiàn)渦流，如圖3所示，所述的第一外層殼體與第一管板12和第一殼體14的連接處，以及所述的第二外層殼體231與第二管板22和第二殼體的連接處均采用平滑過渡。

進一步地，為了避免薄弱的殼程U型管端封頭5直接受力，如圖1所示，所述的第一殼體14和第二殼體均固定設置于連接板6上，并通過連接板6與所述殼程U型管端封頭5的法蘭固定連接。這樣，第一殼體14和第二殼體之間的彎曲力便施加在較厚的連接板6上，避免了薄弱的殼程U型管端封頭5直接受力。

進一步地，為了安裝方便，如圖1所示，所述的殼程U型管端封頭5包括一個用于容納管束彎曲段的呈弧形面的第三殼體，且所述的第三殼體上有且僅有一個開口，所述開口的外邊緣設置有與所述的連接板相連接的法蘭。

工作流程為，如圖2所示，管程介質(zhì)經(jīng)設置于第一封頭筒體11上的管程進口111進入第一管箱，然后通過第一管板12進入U型管束4，完成換熱過程進入第二管箱，并經(jīng)第二封頭筒體21上的管程出口211流出。殼程介質(zhì)經(jīng)設置于第二外層殼體231上的殼程進口233進入第二殼體，經(jīng)過折流桿組件3擾流與U型管束4進行換熱，然后通過殼程U形管端封頭進入第二殼體，并經(jīng)過折流桿組件3擾流與U型管束4進行換熱，最后經(jīng)設置于所述的第一外層殼體上的殼程出口133，完成管殼程熱交換過程。該換熱過程無溫差應力、傳熱效果好、運行阻力小、對管束無沖擊、且換熱效率高。