專利名稱：一種高溫熱管式換熱器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及高溫換熱器技術領域，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：
我國工業存在著大量的耗能行業，有很大的節能潛力，余熱回收利用是一個有效的途徑，現在余熱回收領域中被大量使用的高溫熱管換熱器存在著傳熱不匹配，總體換熱系數低，設備笨重，各溫區過渡段傳熱不合理銜接，以及低溫區會由于高溫引起爆管等缺陷
實用新型內容
本實用新型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，克服現有技術存在的換熱系數低，設備笨重等不合理問題。為達到上述目的，本實用新型的技術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、冷流體進口箱、冷流體出口箱、中溫熱管區、管路和外圍接口 ；筒體內縱向平行設置高溫熱管區、中溫熱管區，高溫熱管區的高溫熱管為套管式結構，多根套管式高溫熱管構成高溫熱管束；中溫熱管區的換熱管為普通熱管，多根普通中溫熱管構成中溫熱管束；高溫熱管區、中溫熱管區的熱管束相互平行設置；高溫熱管束上下端相對的筒體上下側壁各有一通孔，上通孔密封覆有上隔板，下通孔密封覆有下隔板，上下隔板上有多數個通孔；上下隔板通孔內徑與套管式高溫熱管內管外徑相適配，每一套管式高溫熱管的內管上下端伸出上下隔板通孔，或內管上下端與上下隔板在同一平面，高溫熱管內管兩端的外圓分別與上下隔板通孔內緣密封固接；每一套管式高溫熱管的外管套于內管外周圓，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管外側面，內外管間所圍成封閉空腔內充有工質；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壁固接，普通熱管內腔里充有工質；筒體內距筒體上側壁為筒體長度1/4到1/2處，水平設有中隔板，中隔板上有多數個通孔，左側的多數個通孔與普通熱管一一對應，右側的多數個通孔與套管式高溫熱管外管一一對應，每一中隔板通孔內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的每一中隔板通孔內緣密封固接；中隔板外周圓與筒體內壁密封固接，使筒體內分為上下流道，上下流道左右兩側各有一開口；上流道左側開口外周圓密封固接連接管道出口，上流道右側開口為冷流體出口 ；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，膨脹節位于連接管中，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，或在外管外側面設有翅片；普通熱管，為光管，或外側面設有翅片。所述的熱管式換熱器，其所述工質，在套管式高溫熱管內腔中，充裝有能在溫度高于460°C時穩定工作的工質，適用于高溫區工作，為液態金屬鈉、鉀、鈉鉀合金其中之一；高溫熱管區徑向吸收熱流體的熱量，使整個高溫熱管內外側溫度均勻，無“熱斑”現象。 所述的熱管式換熱器，其所述工質，普通熱管內充裝適用于中溫熱管區工作的工質，為導熱姆A，聯苯，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管，進入高溫熱管區，進行第一次加熱；b)同時，熱流體從下流道右側進入，橫掠下流道，依次流過高溫熱管區、中溫熱管區，將熱量傳給熱管，由左側排出；c)被第一次加熱后的冷流體，從高溫熱管區內管流入冷流體出口箱，經出口箱頂端通孔，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，由上流道右側開口流出，進入后續裝置。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緩解金屬的熱應力。本實用新型的高溫熱管式換熱器，利用套管式高溫熱管內管形成一個流道，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，改善了傳統換熱器換熱效率低的缺陷。本實用新型的高溫換熱器典型的應用是在高溫余熱回收領域，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^50°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I為本實用新型的一種高溫熱管式換熱器結構示意圖；圖2為本實用新型的套管式高溫熱管結構示意圖。圖中標記I、冷流體入口 ；2、下隔板；3、中隔板；4、上隔板；5、膨脹節；6、高溫熱管換熱區；7、中溫熱管換熱區；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、套管式熱管內管；15、套管式熱管下堵頭；16、工質。
具體實施方式
本實用新型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中溫熱管相結構的方式，在結構形式安排，流道布局等都存在不同，是一種完全新型的換熱器。如圖I、圖2所示，高溫區下隔板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9與冷流體出口箱10通過熱管束內管相通，構成冷流體流通通道。套管式高溫熱管組成的管束形成高溫熱管換熱區6，中溫熱管組成的管束形成中溫熱管換熱區7。兩個換熱區間增加膨脹節5，膨脹節用于緩解金屬的熱應力。套管式熱管由內外兩層管體套管式熱管外管13及套管式 熱管內管14組成，上下端各有上堵頭12及下堵頭15，在內外管間形成封閉空間，空間內充裝有工質16，管殼材料及工質根據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——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冷流體進口箱——套管式高溫熱管內管——高溫熱管區冷流體出口箱——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，如果在高溫換熱區應用高溫熱管，則可以實現高溫換熱，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I僅對本實用新型主體部分示意說明，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。本實用新型的主體部分在于高溫區套管式高溫熱管的使用，對于整體外圍的改進，如1、在管束方向上設置一個或多個流道，達到多流體換熱；2、熱管管束內管的流道只使用部分熱管內管；3、熱管管束的設置為一排或多排；4、本換熱器應用于低溫換熱場合等，以上這些也應歸為本實用新型權利要求書的保護范圍。本實用新型不局限于上述實施方式，不論在其材料、形狀或結構上作任何改變，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，利用內管流道及外管側流道進行換熱的裝置，均屬于本實用新型的保護范圍之內。
權利要求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、冷流體進口箱、冷流體出口箱、中溫熱管區、管路和外圍接口 ； 筒體內縱向平行設置高溫熱管區、中溫熱管區，高溫熱管區的高溫熱管為套管式結構，多根套管式高溫熱管構成高溫熱管束；中溫熱管區的換熱管為普通熱管，多根普通中溫熱管構成中溫熱管束；高溫熱管區、中溫熱管區的熱管束相互平行設置； 高溫熱管束上下端相對的筒體上下側壁各有一通孔，上通孔密封覆有上隔板，下通孔密封覆有下隔板，上下隔板上有多數個通孔；上下隔板通孔內徑與套管式高溫熱管內管外徑相適配，每一套管式高溫熱管的內管上下端伸出上下隔板通孔，或內管上下端與上下隔板在同一平面，高溫熱管內管兩端的外圓分別與上下隔板通孔內緣密封固接； 每一套管式高溫熱管的外管套于內管外周圓，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管外側面，內外管間所圍成封閉空腔內充有工質； 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壁固接，普通熱管內腔里充有工質； 筒體內距筒體上側壁為筒體長度1/4到1/2處，水平設有中隔板，中隔板上有多數個通孔，左側的多數個通孔與普通熱管一一對應，右側的多數個通孔與套管式高溫熱管外管一一對應，每一中隔板通孔內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的每一中隔板通孔內緣密封固接；中隔板外周圓與筒體內壁密封固接，使筒體內分為上下流道，上下流道左右兩側各有一開口； 上流道左側開口外周圓密封固接連接管道出口，上流道右側開口為冷流體出口 ； 下流道即為煙氣流道。
2.如權利要求I所述的熱管式換熱器，其特征在于還包括膨脹節，膨脹節位于連接管中，兩端與連接管密封固接。
3.如權利要求I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，或在外管外側面設有翅片；普通熱管，為光管，或外側面設有翅片。
4.如權利要求I所述的熱管式換熱器，其特征在于所述工質，在套管式高溫熱管內腔中，充裝有能在溫度高于460°C時穩定工作的工質，適用于高溫區工作，為液態金屬鈉、鉀、鈉鉀合金其中之一；高溫熱管區徑向吸收熱流體的熱量，使整個高溫熱管內外側溫度均勻，無“熱斑”現象。
5.如權利要求I所述的熱管式換熱器，其特征在于所述工質，普通熱管內充裝適用于中溫熱管區工作的工質，為導熱姆A，聯苯，導熱姆E，萘，汞及水其中之一。
6.如權利要求I所述的熱管式換熱器，其特征在于所述上、中、下隔板，聯合作隔斷及支撐用。
7.如權利要求I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，數量和長度相等，或不等。
專利摘要本實用新型公開了一種高溫熱管式換熱器，涉及高溫換熱器技術，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，主要用于冷流體為氣體，要求出口溫度較高的情況。本實用新型的高溫熱管式換熱器，克服了傳統管殼式高溫換熱器管外橫掠，管內順流，傳熱不匹配，總體換熱系數低，設備笨重的缺陷；同時，解決了傳統換熱器各溫區過渡段傳熱不合理銜接及低溫區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。本實用新型啟動快速，整體管溫均勻，無熱斑，對流換熱系數高，結構緊湊，重量輕，工作壓力低，系統安全可靠。
文檔編號F28D15/02GK202582298SQ201220027648
公開日2012年12月5日 申請日期2012年1月20日 優先權日2012年1月20日
發明者袁達忠, 李玉華, 唐大偉 申請人:中國科學院工程熱物理研究所