一种多壳程、多管程的全逆流缠绕管式换热器

技术领域

本发明涉及缠绕管式换热器技术领域，尤其涉及一种多壳程、多管程的全逆流缠绕管式换热器。

背景技术

缠绕管式换热器是一种高效紧凑式结构的换热器，相对于普通的列管式换热器具有不可比拟的优势，适用温度范围广、适应热冲击、热应力自身消除、紧凑度高，由于自身的特殊构造，使得流场充分发展，不存在流动死区。其结构紧凑，单位容积具有较大的传热面积，可同时进行多种介质的传热。传热管的热膨胀可自行进行补偿。比较容易实现大型化。目前在很多化工装置都有很广泛的应用。

但是由于其结构的特点，缠绕管式换热器目前无法做到多壳程，介质的分配只能靠静压差来分配，绕管式换热器在大多数工况下只能做到立式安装，如果设计成卧式安装，由于绕管换热器壳侧内部没有类似于折流板的引流装置，介质在壳侧的流动会出现比较明显的偏流，大大影响绕管式换热器的传热性能。而大多数改造项目由于安装高度和空间的限制,只能采用卧式结构，这一问题大大制约了绕管换热器的适用范围。阶段很多企业需要将旧的管壳式换热器更换为缠绕管式换热器，而这些换热器的安装形式往往是卧式的，导致缠绕管式换热器无法安装在旧的工位上，需要更改地基框架和管道等，投入大。

发明内容

本发明提出一种多壳程、多管程的全逆流缠绕管式换热器，解决了现有技术中缠绕管式换热器无法做到多壳程、传热性能差等问题。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种多壳程、多管程的全逆流缠绕管式换热器，从内到外依次包括同轴设置的中心筒、内层壳体和外层壳体；所述外层壳体的前端通过前管板安装有前管箱，后端通过后管板安装有后管箱；所述中心筒的前端位于前管箱外部，后端贯穿前管板后延伸至内层壳体内部靠近后管板的一端；所述中心筒外壁螺旋绕设有第一换热管，所述内层壳体外壁螺旋绕设有第二换热管；所述中心筒的前端设有第一介质入口，所述外层壳体的侧壁设有第一介质出口；所述后管箱的外壁设有第二介质入口和第二介质出口。

本发明通过设置内层壳体和外层壳体，并充分利用中心筒的内部流道，在不增加换热器整体长度的情况下，极大地延长了管程，从而使得管程内介质得到充分换热，大大提高了换热效率；通过多层壳体的设置限制了流体的流向，增加了管内介质的流程，大大地改善了偏流对换热器传热效率的影响；且本发明中多壳程与多管程是全逆流换热过程，进一步提升了缠绕管式换热器的传热效率。

作为本发明优选的方案，所述前管板的端面沿径向从外到内依次设有外环布管孔阵列、内环布管孔阵列和中心孔；所述前管板通过中心孔与中心筒密封连接；所述第一换热管的前端与前管板的内环布管孔阵列连通，所述第二换热管的前端与前管板的外环布管孔阵列连通。

作为本发明优选的方案，所述后管板的端面沿径向从外到内依次设有外环布管孔阵列和内环布管孔阵列；所述第一换热管的后端与后管板的内环布管孔阵列连通，所述第二换热管的后端与后管板的外环布管孔阵列连通。

本发明通过在前管板和后管板的端面均设置外环布管孔阵列和内环布管孔阵列，用于第一换热管与第二换热管的连通，从而使得第二介质从后管箱进入第二换热管后与外层壳体内的第一介质进行热交换后，再通过前管板、前管箱进入第一换热管与内层壳体内的第一介质再次进行热交换，从而延长了管程，提高了介质的换热效率。

作为本发明优选的方案，所述后管箱内安装有导流腔；所述导流腔的后端位于后管箱外部，前端贯穿后管箱外壁后与后管板密封连接。所述导流腔的前端位于后管板的内环布管孔阵列与外环布管孔阵列之间，且所述导流腔的后端设有第二介质出口；所述导流腔的设置可以隔绝后管板上的外环布管孔阵列和内环布管孔阵列，使得从后管箱进入的第二介质只能从后管板的外环布管孔阵列进入第二换热管，而从第一换热管后端经后管板的内环布管孔阵列流出的第二介质可以从导流腔流出后管箱。

作为本发明优选的方案，所述中心筒的后端与后管板密封连接，且后端外壁沿周向设有第一通孔阵列；所述内层壳体的两端封闭，且前端外壁沿周向设有第二通孔阵列；所述中心筒通过第一通孔阵列与内层壳体连通，所述内层壳体通过第二通孔阵列与外层壳体连通；第一介质从中心筒前端进入，并从后端的第一通孔阵列进入内层壳体后端，再从内层壳体前端的第二通孔阵列进入外层壳体的前端，最后从外壳壳体后端侧壁的第一介质出口流出；极大地延长了壳程，提高了换热效率。

作为本发明优选的方案，所述外层壳体的底部设有多个支撑脚，为整个换热器提供稳定支撑，实现缠绕管式换热器的卧式安装。

有益效果

与现有技术相比较，本发明的有益效果在于：

(1)本发明通过设置内层壳体和外层壳体，并充分利用中心筒的内部流道，在不增加换热器整体长度的情况下，极大地延长了管程，从而使得管程内介质得到充分换热，大大提高了换热效率；通过多层壳体的设置限制了流体的流向，增加了管内介质的流程，大大地改善了偏流对换热器传热效率的影响；

(2)本发明的缠绕管式换热器适用于卧式安装的场合，扩充了缠绕管式换热器的适用范围；

(3)本发明通过设计多壳程与多管程交叉全逆流换热，增加了冷热介质的接触时间，提高了壳程介质的流速，进一步提升了缠绕管式换热器的传热效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一种多壳程、多管程的全逆流缠绕管式换热器的内部结构示意图；

图2为本发明实施例中前管板的端面结构示意图；

图3为本发明一种多壳程、多管程的全逆流缠绕管式换热器的内部介质流向示意图；

图中：1、中心筒；2、内层壳体；3、外层壳体；4、前管板；5、前管箱；6、后管板；7、后管箱；8、第一换热管；9、第二换热管；10、第一介质入口；11、第一介质出口；12、第二介质入口；13、第二介质出口；14、外环布管孔阵列；15、内环布管孔阵列；16、中心孔；17、导流腔；18、第一通孔阵列；19、第二通孔阵列；20、支撑脚。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例对本发明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。

参照图1所示，本实施例提供了一种多壳程、多管程的全逆流缠绕管式换热器，从内到外依次包括同轴设置的中心筒1、内层壳体2和外层壳体3；所述外层壳体3的前端通过前管板4安装有前管箱5，后端通过后管板6安装有后管箱7；所述中心筒1的前端位于前管箱5外部，后端贯穿前管板4后延伸至内层壳体2内部靠近后管板6的一端；所述中心筒1外壁螺旋绕设有第一换热管8，所述内层壳体2外壁螺旋绕设有第二换热管9；所述中心筒1的前端设有第一介质入口10，所述外层壳体3的侧壁设有第一介质出口11；所述后管箱7的外壁设有第二介质入口12和第二介质出口13。所述外层壳体3的底部设有多个支撑脚20，为整个换热器提供稳定支撑，实现缠绕管式换热器的卧式安装。

本发明通过设置内层壳体2和外层壳体3，并充分利用中心筒1的内部流道，在不增加换热器整体长度的情况下，极大地延长了管程，从而使得管程内介质得到充分换热，大大提高了换热效率；通过多层壳体的设置限制了流体的流向，增加了管内介质的流程，大大地改善了偏流对换热器传热效率的影响。

作为本发明优选的方案，如图2所示，所述前管板4的端面沿径向从外到内依次设有外环布管孔阵列14、内环布管孔阵列15和中心孔16；所述前管板4通过中心孔16与中心筒1密封连接；所述第一换热管8的前端与前管板4的内环布管孔阵列15连通，所述第二换热管9的前端与前管板4的外环布管孔阵列14连通。

作为本发明优选的方案，所述后管板6的端面沿径向从外到内依次设有外环布管孔阵列和内环布管孔阵列；所述第一换热管8的后端与后管板6的内环布管孔阵列连通，所述第二换热管9的后端与后管板6的外环布管孔阵列连通。

本发明通过在前管板4和后管板6的端面均设置外环布管孔阵列14和内环布管孔阵列15，用于第一换热管8与第二换热管9的连通，从而使得第二介质从后管箱7进入第二换热管9后与外层壳体3内的第一介质进行热交换后，再通过前管板4、前管箱5进入第一换热管8与内层壳体2内的第一介质再次进行热交换，从而延长了管程，提高了介质的换热效率。

作为本发明优选的方案，所述后管箱7内安装有导流腔17；所述导流腔17的后端位于后管箱7外部，前端贯穿后管箱7外壁后与后管板6密封连接。所述导流腔17的前端位于后管板6的内环布管孔阵列与外环布管孔阵列之间，且所述导流腔17的后端设有第二介质出口13；所述导流腔17的设置可以隔绝后管板6上的外环布管孔阵列和内环布管孔阵列，使得从后管箱7进入的第二介质只能从后管板6的外环布管孔阵列进入第二换热管9，而从第一换热管8后端经后管板6的内环布管孔阵列流出的第二介质可以从导流腔17流出后管箱7。

作为本发明优选的方案，所述中心筒1的后端与后管板6密封连接，且后端外壁沿周向设有第一通孔阵列18；所述内层壳体2的两端封闭，且前端外壁沿周向设有第二通孔阵列19(本实施例中的通孔阵列为槽型孔，增大了介质流通效率)；所述中心筒1通过第一通孔阵列18与内层壳体2连通，所述内层壳体2通过第二通孔阵列19与外层壳体3连通；第一介质从中心筒1前端进入，并从后端的第一通孔阵列18进入内层壳体2后端，再从内层壳体2前端的第二通孔阵列19进入外层壳体3的前端，最后从外壳壳体后端侧壁的第一介质出口11流出；极大地延长了壳程，提高了换热效率。

本实施例中，第一介质出口11和第二介质入口12均设有两个，提升了介质流通效率。

本实施例换热器的工作原理如下：

如图3所示(图中虚线箭头表示第一介质的流向，实线箭头表示第二介质的流向)，分别通过第一介质入口10和第二介质入口12通入第一介质和第二介质(其中一个是高温介质，一个是低温介质)，第一介质进入中心筒1内部后从后端的第一通孔阵列18进入内层壳体2内部，并沿内层壳体2轴向流入前端后从第二通孔阵列19进入外层壳体3内部，最终沿外层壳体3轴向流入第一介质出口11进行回收；第二介质进入后管箱7并通过后管板6的外环布管孔阵列进入第二换热管9，再通过前管板4的外环布管孔阵列14进入前管箱5，然后从前管板4的内环布管孔阵列15进入第一换热管8，然后从后管板6的内环布管孔阵列进入导流腔17，最后从第二介质出口13流出进行回收；

内层壳体2内的第一介质由后端向前端流通，第二换热管9内的第二介质由前端向后端流通，从而形成内部管程与内部壳程的逆流换热；外层壳体3内的第一介质由前端向后端流通，第一换热管8内的第二介质由后端向前端流通，从而形成外部管程与外部壳程的逆流换热，进而实现管程与壳程内介质的全逆流换热，极大地提升了换热效率。

本实施例中，所述内层壳体还可以设置为两层、三层甚至更多层，只需增大换热器的径向尺寸即可，每个内层壳体的外部均绕设换热管，从而进一步提升换热器的换热效率。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。