一种多工质管壳式换热器及换热系统

技术领域

本发明涉及换热器技术领域，尤其涉及一种多工质管壳式换热器及换热系统。

背景技术

工业生产系统中常常存在换热过程，要想实现两种介质之间的热传递就需要依靠换热器来实现换热。

目前，换热器的形式有板式换热器、管壳式换热器等形式，两种换热器根据生产工艺的不同适用的环境也不尽相同。通常在换热器中存在两种介质进行换热，两种介质被换热器中的结构相隔离，防止两种介质相混，但是在实际生产中，经常存在多个换热器的冷源或热源为同一种介质，此时需要在换热系统中设置流量分配结构等部件来保证每个换热器中分配合适的流量来确保能达到所需的换热量，这也使得换热系统存在运维成本高、调节复杂的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多工质管壳式换热器及换热系统，以解决现有技术中存在的换热系统中通过设置流量分配结构来保证每个换热器中分配合适的流量来确保能达到所需的换热量，导致的换热系统运维成本高、调节复杂的问题。

如上构思，本发明所采用的技术方案是：

一种多工质管壳式换热器，包括：

壳体，具有工质进口和工质出口，所述工质进口和所述工质出口之间形成换热腔，由所述工质进口进入和/或由所述工质出口排出的工质为气态；

第一隔板，设置于所述换热腔内，所述第一隔板将所述换热腔分隔形成多个换热通道；

换热管路，每个所述换热通道内均设有一所述换热管路，所述换热管路具有进口和出口。

进一步地，所述换热管路包括多个U形管，所述壳体内对应每个所述换热管路均设置有第二隔板，每个所述第二隔板与所述壳体的内壁之间形成分别连通对应的所述换热管路的进口和出口的进口腔和出口腔。

进一步地，所述多工质管壳式换热器还包括端板，每个所述换热管路的所述U形管的两端均穿设于一个所述端板，每个端板与所述壳体的内壁和对应的所述第二隔板之间形成所述进口腔或所述出口腔。

进一步地，所述换热管路包括多个直形管，所述第一隔板设有N个，N个所述第一隔板将所述换热腔分隔形成N+1个所述换热通道，沿所述直形管的延伸方向，每个所述第一隔板的两端均连接于所述壳体，N≥1，且为整数。

进一步地，所述多工质管壳式换热器还包括端板，每个所述换热管路的所述直形管的两端均穿设于一个所述端板，每个所述端板与所述壳体的内壁和对应的一个或两个所述第一隔板之间形成连通对应的所述换热管路的隔腔。

进一步地，所述壳体上对应每个所述进口均设置有进口管，所述壳体上对应每个所述出口均设置有出口管。

进一步地，所述壳体包括筒状本体和分别盖设于所述筒状本体轴向两端的两个端盖，所述壳体还包括连通于所述筒状本体且相对设置的两个锥形筒，两个所述锥形筒分别具有所述工质进口和所述工质出口。

进一步地，每个所述锥形筒沿指向另一个所述锥形筒的方向内径逐渐增大小。

进一步地，所述第一隔板将所述换热腔分隔形成两个所述换热通道，每个所述换热通道内均设有一所述换热管路。

为实现上述目的，本发明还提供一种换热系统，包括上述任一方案中的多工质管壳式换热器。

本发明的有益效果为：

本发明提出的多工质管壳式换热器，通过设置第一隔板和换热管路，由工质进口进入和/或由工质出口排出的工质为气态，由工质进口进入的工质进入多个换热通道内，当每个换热管路内的工质与对应的换热通道的工质之间的换热效率存在差异，且由于换热通道内气态工质的存在，使得每个换热通道内的压力不同，进而使得由工质进口进入到每个换热通道内的工质流量不同，实现每个换热通道内工质流量的自动调节，相比现有技术，能够省去流量分配结构等部件，降低换热系统的运维成本。

附图说明

图1是本发明实施例一提供的多工质管壳式换热器的结构示意图；

图2是本发明实施例二提供的多工质管壳式换热器的结构示意图一；

图3是本发明实施例二提供的多工质管壳式换热器的结构示意图二。

图中：

11、筒状本体；111、第二隔板；112、进口管；113、出口管；12、端盖；13、锥形筒；131、工质进口；132、工质出口；101、进口腔；102、出口腔；103、隔腔；

2、第一隔板；

3、换热管路；31、U形管；

10、换热腔；20、换热通道。

具体实施方式

为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系。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。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，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”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

实施例一

如图1所示，本实施例提供一种多工质管壳式换热器，该多工质管壳式换热器包括壳体、第一隔板2和换热管路3。其中。壳体具有工质进口131和工质出口132，由工质进口131进入和/或由工质出口132排出的工质为气态；工质进口131和工质出口132之间形成换热腔10。第一隔板2设置于换热腔10内，第一隔板2将换热腔10分隔形成多个换热通道20。每个换热通道20内均设有一换热管路3，换热管路3具有进口和出口。

可以理解的是，由工质进口131进入换热腔10内的工质能够与每个换热管路3中的工质进行热交换，而每个换热管路3中的工质相同或不同。具体地，如图1所示，本实施例以第一隔板2将换热腔10分隔形成两个换热通道20为例进行说明，此时换热管路3具有两个，此时第一隔板2为板状结构，当然在其他实施例中，还可以是第一隔板2将换热腔10分成三个或三个以上的换热通道20，此时换热管路3也设置三个或三个以上，此时第一隔板2包括三个或三个以上的连接板，任意相邻的两个连接板的之间的夹角均为α，α等于360°/连接板的个数。

为了便于描述，将由工质进口131进入的工质定义为第一工质，第一工质为气态热源，在换热腔10内第一工质放热而变为液态。将其中一个换热管路3内的工质定义为第二工质，将另一个换热管路3内的工质定义为第三工质，第二工质和第三工质不相同。此外，将两个换热通道20分别定义为第一换热通道和第二换热通道，第二工质与第一换热通道内的第一工质进行热交换，第三工质与第二通道内的第一工质进行热交换。

该多工质管壳式换热器在工作过程中，第一工质由工质进口131进入两个换热通道20内，第一换热通道内的第一工质与换热管路3内的第二工质进行热交换，第一工质温度降低变为液态；第二换热通道内的第一工质与换热管路3内的第三工质进行热交换，第一工质温度降低变为液态。可以理解的是，由于第二工质和第三工质的温度不同，第一换热通道和第二换热通道内的第一工质的液化速度不同，假设第一换热通道内的第一工质液化的速度快于第二换热通道内的第一工质液化的速度，因此第一换热通道内进入的第一工质的量就会增加，这使得第一换热通道内压力增加，反过来又阻止第一工质进入到第一换热通道内，通过上述过程，自动调节每个换热通道20内的第一工质的流量，相比现有技术，可省去流量分配结构等部件，从而降低换热系统的运维成本。当然按多工质管壳式换热器也同样适用于流经工质进口131和工质出口132的公工质均为液态的情况。

当然在其他实施例中，第一工质还可以为液态冷源，在换热腔10内，第一工质吸收热量变为气态，也即由工质出口132排出的第一工质为气态，第一工质为液态时该多工质管壳式换热器的换热原理与上述第一工质为气态热源时的换热原理相同，在此不再赘述。当然还可以是第一工质为气态冷源或热源，由工质出口132排出的第一工质为气态，此时，可以理解的是，第一工质的状态未发生改变，但是由于交换热量使得第一工质的温度升高或降低，每个换热通道20内的第一工质的温度改变不同，从而导致每个换热通道20内的压力不同，同样能够实现每个换热通道20内的第一工质的流量的自动调节。

进一步地，如图1所示，在本实施例中，换热管路3包括多个U形管31，壳体内对应每个换热管路3设置有一个第二隔板111，每个第二隔板111与壳体的内壁之间形成分别连通对应的换热管路3的进口的进口腔101和出口的出口腔102。

进一步地，该多工质管壳式换热器还包括端板，每个换热管路3的U形管31的两端均穿设于一个端板，每个端板与壳体的内壁和对应的第二隔板111之间形成上述进口腔101和出口腔102。需要说明的是，每个换热管路3对应设置有一个或两个端板，端板设置有一个时，U形管31的两端均穿设于同一个端板；端板设置有两个时，U形管31的两端分别穿设于两个端板。工质由进口腔101进入换热管路3的每个U形管31内，在U形管31内与换热通道20内的工质换热后再流动至出口腔102内。具体地，在本实施例中，第二隔板111设置两个，两个第二隔板111和两个换热管路3一一对应，当然在其他实施例中，换热管路3的数量改变时，第二隔板111的数量也随之改变。

如图1所示，在本实施例中，壳体上对应每个进口均设置有进口管112，壳体上对应每个出口均设置有出口管113。具体地，每个进口腔101均连通一个进口管112，每个出口腔102均连通一个出口管113。通过设置进口管112和出口管113，便于该多工质管壳式换热器连接其他管路。

再次参照图1，壳体包括筒状本体11和分别盖设于筒状本体11轴向两端的两个端盖12，壳体还包括连通于筒状本体11且相对设置的两个锥形筒13，两个锥形筒13分别具有上述工质进口131和工质出口132。进一步地，每个锥形筒13沿指向另一个锥形筒13的方向内径逐渐增大，如此设置，便于由工质进口131进入的工质相对较快的进入换热腔10内，并且相对较慢的排出换热腔10，延长工质在换热腔10内的停留时间，且增加了换热面积，从而有利于提高换热效率。

综上，本实施例提供的多工质管壳式换热器，通过设置第一隔板2和换热管路3，由工质进口131进入和/或由工质出口132排出的工质为气态，由工质进口131进入的工质进入多个换热通道20内，当每个换热管路3内的工质与对应的换热通道20的工质之间的换热效率存在差异时，且由于换热通道20内气态工质的存在，使得每个换热通道20内的压力不同，进而使得由工质进口131进入到每个换热通道20内工质的流量不同，实现每个换热通道20内工质流量的自动调节，相比现有技术，能够省去流量分配结构等部件，降低换热系统的运维成本。此外，采用管壳式换热器，承压能力高，适用工质的压力范围广，节省空间，而且换热管路3可靠，在运行过程能有效避免磨损。

需要说明是，当每个换热管路3内的工质与对应的换热通道20的工质之间的换热效率均相同时，此时由于每个换热通道20的液化速率相同，无需对每个换热通道20内工质流量进行调节。

本实施例还提供一种换热系统，包括上述多工质管壳式换热器。

实施例二

本实施例提供的多工质管壳式换热器与实施例一中的多工质管壳式换热器的结构基本相同，不同之处在于：如图2和图3所示，换热管路3包括多个直形管，第一隔板2设有N个，N个第一隔板2将换热腔10分隔形成N+1个换热通道20，沿直形管的延伸方向，每个第一隔板2的两端均连接于壳体，N≥1，且为整数。

进一步地，该多工质管壳式换热器还包括端板，每个换热管路3的直形管的两端均穿设于一个端板，每个端板与壳体的内壁和对应的一个或两个第一隔板2之间形成连通对应的换热管路3的隔腔103。每个隔腔103连通有进口管112或出口管113。

具体地，在本实施例中，N为1，即第一隔板2设有一个，第一隔板2将换热腔10分隔形成两个换热通道20。此时每个端板与壳体的内壁和对应的一个第一隔板2之间形成连通对应的换热管路3的隔腔103。此外，可以理解的是，在第一隔板2的同一端，两个换热管路3共用一个端板或者每个换热管路3对应一个端板。

本实施例提供的多工质管壳式换热器的其余结构均与实施例一中的多工质管壳式换热器的结构相同，在此不再赘述。

本实施例还提供一种换热系统，包括上述多工质管壳式换热器。

以上实施方式只是阐述了本发明的基本原理和特性，本发明不受上述实施方式限制，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还有各种变化和改变，这些变化和改变都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。