一种双向鼓包型套管式换热器

技术领域

本发明涉及换热器技术领域，更具体地说，涉及一种双向鼓包型套管式换热器。

背景技术

换热器，是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，又称热交换器。换热器在化工、石油、动力、食品及其它许多工业生产中占有重要地位，其在化工生产中换热器可作为加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器等，应用广泛。

换热器是一种在不同温度的两种或两种以上流体间实现物料之间热量传递的节能设备，是使热量由温度较高的流体传递给温度较低的流体，使流体温度达到流程规定的指标，以满足工艺条件的需要，同时也是提高能源利用率的主要设备之一。换热器行业涉及暖通、压力容器、中水处理设备，化工，石油等近30多种产业，相互形成产业链条。数据显示2010年中国换热器产业市场规模在500亿元左右，主要集中于石油、化工、冶金、电力、船舶、集中供暖、制冷空调、机械、食品、制药等领域。其中，石油化工领域仍然是换热器产业最大的市场，其市场规模为150亿元；电力冶金领域换热器市场规模在80亿元左右；船舶工业换热器市场规模在40亿元以上；机械工业换热器市场规模约为40亿元；集中供暖行业换热器市场规模超过30亿元，食品工业也有近30亿元的市场。另外，航天飞行器、半导体器件、核电常规岛核岛、风力发电机组、太阳能光伏发电、多晶硅生产等领域都需要大量的专业换热器，这些市场约有130亿元的规模。国内换热器行业在节能增效、提高传热效率、减少传热面积、降低压降、提高装置热强度等方面的研究取得了显著成绩。基于石油、化工、电力、冶金、船舶、机械、食品、制药等行业对换热器稳定的需求增长，我国换热器行业在未来一段时期内将保持稳定增长，2011年至2020年期间，我国换热器产业将保持年均10-15％左右的速度增长，到2020年我国换热器行业规模有望达到1500亿元。

套管式换热器是由直径不同的直管制成的同心套管，并由U形弯头连接而成，在这种换热器中，一种流体走管内，另一种流体走环隙，两者皆可得到较高的流速，故传热系数较大，另外，在套管换热器中，两种流体可为纯逆流，对数平均推动力较大。套管换热器结构简单，能承受高压，应用亦方便(可根据需要增减管段数目)，特别是由于套管换热器同时具备传热系数大，传热推动力大及能够承受高压强的优点，在超高压生产过程(例如操作压力为3000大气压的高压聚乙烯生产过程)中所用的换热器几乎全部是套管式，但是现有的套管式换热球在本质上来说仍然仅依靠介质的静态导热能力进行换热，换热效率仍有一定的不足。

发明内容

1.要解决的技术问题

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种双向鼓包型套管式换热器，可以通过在内换热循环管上均匀镶嵌上多个鼓包换热球的方式，基于横跨的特点不仅可以对流体进行导流，同时可以增大与流体之间的接触面积来提高导热效果，并且利用鼓包换热球的感知特点，在一侧热量较多的情况下，该侧自主触发形变动作，向另外一侧形变靠拢，在有效控制流速的同时，集中将热量向外管壳内输送，在内换热循环管内吸收到足够的热量后向外管壳内形变，在将热量交换至外管壳内的流体中时，触发反向形变动作，从而重新回到内换热循环管内继续吸收热量，提高换热效率的同时，利用垂直于流向的形变动作形成湍流，加速换热的同时对流体进行提速，与现有的套管式换热器相比，换热效率显著提升。

2.技术方案

为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。

一种双向鼓包型套管式换热器，包括多个外管壳，相邻所述外管壳的之间连接有交流管，多个所述外管壳内共同穿插有内换热循环管，上下两侧的所述外管壳上分别连接有出水管和进水管，所述内换热循环管上镶嵌连接有多个均匀分布的鼓包换热球，且鼓包换热球两端分别延伸至外管壳和内换热循环管内侧，所述鼓包换热球包括外导热网球、半球导热囊和导热流体，所述半球导热囊位于外导热网球内侧，且导热流体填充于半球导热囊内，所述外导热网球上镶嵌连接有多个均匀分布的排斥磁铁，所述半球导热囊上镶嵌连接有多个相对应的感知球，所述排斥磁铁与感知球之间连接有多根弹性拉丝。

进一步的，所述感知球包括导热半球、导热膜、定位填充半球以及多个控磁胶囊，所述导热半球与定位填充半球对称连接，且导热膜包覆于定位填充半球外表面，所述控磁胶囊镶嵌连接于导热半球和定位填充半球之间，控磁胶囊可以在感知到热量后触发磁场贯通动作，进而在排斥磁铁的排斥作用下触发半球导热囊的形变动作，从而完成热量的动态输送。

进一步的，所述导热半球和导热膜分别位于半球导热囊的内外两侧，且控磁胶囊与排斥磁铁之间保持磁性排斥作用，导热半球用来吸收导热流体的热量输送至控磁胶囊，从而触发其磁场贯通动作，导热膜则起到辅助定位半球导热囊的作用。

进一步的，所述控磁胶囊包括热膨胀外壳、磁性内芯以及多片磁屏蔽鳞片，所述磁性内芯镶嵌连接于热膨胀外壳内侧，所述磁屏蔽鳞片覆盖于热膨胀外壳外表面，且磁屏蔽鳞片之间密集分布，在热膨胀外壳吸收到热量后触发膨胀动作，迫使密集分布的磁屏蔽鳞片之间出现空隙，排斥磁铁的磁场可以从空隙处通过，进而作用于磁屏蔽鳞片上对其进行排斥。

进一步的，所述热膨胀外壳采用弹性多孔材料制成，所述磁屏蔽鳞片采用高磁导率材料制成。

进一步的，所述导热半球采用硬质导热材料制成，所述导热膜采用弹性导热材料制成，所述定位填充半球采用热熔性材料制成。

进一步的，所述外导热网球内端开设有多个与感知球相匹配的半球定位槽，所述半球定位槽内壁凹凸不平，在感知球卡接至半球定位槽后，原本熔化导热流体可以配合半球导热囊对半球定位槽进行形变适应，然后固化后进行定位，即使在流体冲击作用下也不会提前触发形变动作，从而干扰到正常的换热效率。

进一步的，所述外导热网球采用硬质导热材料制成球形网状结构，所述鼓包换热球沿垂直于内换热循环管延伸线的方向上交错分布，流体可以正常通过外导热网球同时进行分流，有利于提高此处的换热效果。

进一步的，所述半球导热囊采用弹性导热材料制成，且半球导热囊外侧端面处与外导热网球中心处密封连接，半球导热囊在双向鼓包形变时，仍可以对外导热网球进行密封，避免外管壳和内换热循环管内的流体出现互流现象。

进一步的，所述导热流体为导热油和导热石墨颗粒以质量比1:1的比例混合，导热流体既具有优异的导热性和储热能力，同时可以配合半球导热囊进行任意形变，并与流体实现非规则的大面积充分接触，从而间接提高换热效果。

3.有益效果

相比于现有技术，本发明的优点在于：

(1)本方案可以通过在内换热循环管上均匀镶嵌上多个鼓包换热球的方式，基于横跨的特点不仅可以对流体进行导流，同时可以增大与流体之间的接触面积来提高导热效果，并且利用鼓包换热球的感知特点，在一侧热量较多的情况下，该侧自主触发形变动作，向另外一侧形变靠拢，在有效控制流速的同时，集中将热量向外管壳内输送，在内换热循环管内吸收到足够的热量后向外管壳内形变，在将热量交换至外管壳内的流体中时，触发反向形变动作，从而重新回到内换热循环管内继续吸收热量，提高换热效率的同时，利用垂直于流向的形变动作形成湍流，加速换热的同时对流体进行提速，与现有的套管式换热器相比，换热效率显著提升。

(2)感知球包括导热半球、导热膜、定位填充半球以及多个控磁胶囊，导热半球与定位填充半球对称连接，且导热膜包覆于定位填充半球外表面，控磁胶囊镶嵌连接于导热半球和定位填充半球之间，控磁胶囊可以在感知到热量后触发磁场贯通动作，进而在排斥磁铁的排斥作用下触发半球导热囊的形变动作，从而完成热量的动态输送。

(3)导热半球和导热膜分别位于半球导热囊的内外两侧，且控磁胶囊与排斥磁铁之间保持磁性排斥作用，导热半球用来吸收导热流体的热量输送至控磁胶囊，从而触发其磁场贯通动作，导热膜则起到辅助定位半球导热囊的作用。

(4)控磁胶囊包括热膨胀外壳、磁性内芯以及多片磁屏蔽鳞片，磁性内芯镶嵌连接于热膨胀外壳内侧，磁屏蔽鳞片覆盖于热膨胀外壳外表面，且磁屏蔽鳞片之间密集分布，在热膨胀外壳吸收到热量后触发膨胀动作，迫使密集分布的磁屏蔽鳞片之间出现空隙，排斥磁铁的磁场可以从空隙处通过，进而作用于磁屏蔽鳞片上对其进行排斥。

(5)外导热网球内端开设有多个与感知球相匹配的半球定位槽，半球定位槽内壁凹凸不平，在感知球卡接至半球定位槽后，原本熔化导热流体可以配合半球导热囊对半球定位槽进行形变适应，然后固化后进行定位，即使在流体冲击作用下也不会提前触发形变动作，从而干扰到正常的换热效率。

(6)外导热网球采用硬质导热材料制成球形网状结构，鼓包换热球沿垂直于内换热循环管延伸线的方向上交错分布，流体可以正常通过外导热网球同时进行分流，有利于提高此处的换热效果。

(7)半球导热囊采用弹性导热材料制成，且半球导热囊外侧端面处与外导热网球中心处密封连接，半球导热囊在双向鼓包形变时，仍可以对外导热网球进行密封，避免外管壳和内换热循环管内的流体出现互流现象。

(8)导热流体为导热油和导热石墨颗粒以质量比1:1的比例混合，导热流体既具有优异的导热性和储热能力，同时可以配合半球导热囊进行任意形变，并与流体实现非规则的大面积充分接触，从而间接提高换热效果。

附图说明

图1为本发明的外观示意图；

图2为本发明的剖视图；

图3为本发明鼓包换热球的结构示意图；

图4为图3中A处的结构示意图；

图5为本发明感知球的结构示意图；

图6为本发明控磁胶囊的结构示意图。

图中标号说明：

1外管壳、2内换热循环管、3交流管、4出水管、5进水管、6鼓包换热球、61外导热网球、62半球导热囊、63导热流体、7排斥磁铁、8弹性拉丝、9感知球、91导热半球、92导热膜、93定位填充半球、94控磁胶囊、941热膨胀外壳、942磁性内芯、943磁屏蔽鳞片。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶/底端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1：

请参阅图1-2，一种双向鼓包型套管式换热器，包括多个外管壳1，相邻外管壳1的之间连接有交流管3，多个外管壳1内共同穿插有内换热循环管2，上下两侧的外管壳1上分别连接有出水管4和进水管5，内换热循环管2上镶嵌连接有多个均匀分布的鼓包换热球6，且鼓包换热球6两端分别延伸至外管壳1和内换热循环管2内侧。

请参阅图3-4，鼓包换热球6包括外导热网球61、半球导热囊62和导热流体63，半球导热囊62位于外导热网球61内侧，且导热流体63填充于半球导热囊62内，外导热网球61上镶嵌连接有多个均匀分布的排斥磁铁7，半球导热囊62上镶嵌连接有多个相对应的感知球9，排斥磁铁7与感知球9之间连接有多根弹性拉丝8。

外导热网球61内端开设有多个与感知球9相匹配的半球定位槽，半球定位槽内壁凹凸不平，在感知球9卡接至半球定位槽后，原本熔化导热流体63可以配合半球导热囊62对半球定位槽进行形变适应，然后固化后进行定位，即使在流体冲击作用下也不会提前触发形变动作，从而干扰到正常的换热效率。

外导热网球61采用硬质导热材料制成球形网状结构，鼓包换热球6沿垂直于内换热循环管2延伸线的方向上交错分布，流体可以正常通过外导热网球61同时进行分流，有利于提高此处的换热效果。

半球导热囊62采用弹性导热材料制成，且半球导热囊62外侧端面处与外导热网球61中心处密封连接，半球导热囊62在双向鼓包形变时，仍可以对外导热网球61进行密封，避免外管壳1和内换热循环管2内的流体出现互流现象。

导热流体63为导热油和导热石墨颗粒以质量比1:1的比例混合，导热流体63既具有优异的导热性和储热能力，同时可以配合半球导热囊62进行任意形变，并与流体实现非规则的大面积充分接触，从而间接提高换热效果。

请参阅图5，感知球9包括导热半球91、导热膜92、定位填充半球93以及多个控磁胶囊94，导热半球91与定位填充半球93对称连接，且导热膜92包覆于定位填充半球93外表面，控磁胶囊94镶嵌连接于导热半球91和定位填充半球93之间，控磁胶囊94可以在感知到热量后触发磁场贯通动作，进而在排斥磁铁7的排斥作用下触发半球导热囊62的形变动作，从而完成热量的动态输送。

导热半球91和导热膜92分别位于半球导热囊62的内外两侧，且控磁胶囊94与排斥磁铁7之间保持磁性排斥作用，导热半球91用来吸收导热流体63的热量输送至控磁胶囊94，从而触发其磁场贯通动作，导热膜92则起到辅助定位半球导热囊62的作用。

请参阅图6，控磁胶囊94包括热膨胀外壳941、磁性内芯942以及多片磁屏蔽鳞片943，磁性内芯942镶嵌连接于热膨胀外壳941内侧，磁屏蔽鳞片943覆盖于热膨胀外壳941外表面，且磁屏蔽鳞片943之间密集分布，在热膨胀外壳941吸收到热量后触发膨胀动作，迫使密集分布的磁屏蔽鳞片943之间出现空隙，排斥磁铁7的磁场可以从空隙处通过，进而作用于磁屏蔽鳞片943上对其进行排斥。

热膨胀外壳941采用弹性多孔材料制成，磁屏蔽鳞片943采用高磁导率材料制成。

导热半球91采用硬质导热材料制成，导热膜92采用弹性导热材料制成，定位填充半球93采用热熔性材料制成。

本发明可以通过在内换热循环管2上均匀镶嵌上多个鼓包换热球6的方式，基于横跨的特点不仅可以对流体进行导流，同时可以增大与流体之间的接触面积来提高导热效果，并且利用鼓包换热球6的感知特点，在一侧热量较多的情况下，该侧自主触发形变动作，向另外一侧形变靠拢，在有效控制流速的同时，集中将热量向外管壳1内输送，在内换热循环管2内吸收到足够的热量后向外管壳1内形变，在将热量交换至外管壳1内的流体中时，触发反向形变动作，从而重新回到内换热循环管2内继续吸收热量，提高换热效率的同时，利用垂直于流向的形变动作形成湍流，加速换热的同时对流体进行提速，与现有的套管式换热器相比，换热效率显著提升。

以上，仅为本发明较佳的具体实施方式；但本发明的保护范围并不局限于此。任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围内。