CN106152836A - 一种u形流道板式换热器 - Google Patents
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Abstract
本发明一种U形流道板式换热器在进行换热时，热流体(或冷流体)由壳体的第一流体进口流入，并流过U形换热板的直线流道从第一流体出口流出，而冷流体(或热流体)从壳体顶部的第二流体进口流入，并流过U形换热板的U形流道从第二流体出口流出，从而完成冷、热流体的热量交换。本发明换热器的优势如下：①结构整体可成圆形，适用范围广，尤其可内置于圆筒类设备内；②采用换热板作为传热原件，具有传热效率高，结构紧凑的优点；③采用U形换热板，各第二流体流道压降易于调整相近，从而具有流场均匀度高的特点；④U形换热板由平板制成，流通面积大，能够适应大流量物料及非洁净介质换热，适用范围广；⑤结构简单、制造方便、成本低。
Description
技术领域
本发明属于流体间壁加热或冷却的设备技术领域，具体涉及一种U形流道板式换热器。
背景技术
目前各领域中广泛采用的流体间壁加热或冷却的设备有管壳式换热器及板式换热器。
现有的管壳式换热器是以若干管子平行排列，固定在管板上构成管束，安装在外壳内。这种换热器具有适应性强、处理能力大、温度、压力的适用范围广、运行可靠等诸多优点，但是从传热效率、结构紧凑性以及单位传热面的金属耗量等方面而论，均不如各种类型的板式换热器。
板式换热器是一种高效而紧凑的换热设备，具有传热系数高、结构紧凑等诸多优点。现有板式换热器主要有螺旋板式换热器和板片式换热器两种。
螺旋板式换热器主要不足为：其单一流道对通道截面积的限制使这类换热器只能用于流量不大的场合，如气-气换热条件下。
现有板式换热器主要不足为：由于结构限制，均为矩形块体结构，难以内置于圆形壳体内或直接与圆筒类设备连接，限制了其应用于反应器、塔器或焚烧炉等装置内；同时压降大，不适用于大处理量条件的换热需求。
专利CN201410768584、CN201420787452描述了一种弧形板式换热器，其有两侧对称的弧形板构成换热通道，整体呈圆筒形，尤其适宜内置于焚烧炉内。但缺点是其结构限制其弧形通道直径的不断变化，各通道阻力渐变，导致其内的流体分配不均，会导致传热恶化。
为解决上述问题，本发明人设计了一种新型结构的U形流道板式换热器。
发明内容
本发明的目的在于提供一种U形流道板式换热器，由于其结构整体可成圆形，因而具有适用范围广优点，尤其可内置于圆筒类设备内、同时具有结构紧凑、流体分配均匀传热效率高以及结构简单制造方面等优点。
本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现。依据本发明提出的一种U形流道板式换热器，包括壳体3、设置在壳体3内的若干个U形换热板8，所述U形换热板8由壳体3外侧向中心依次设置，形成相互间隔的第一流体流道6和第二流体流道9；
形成第一流体流道6的U形换热板8直边段的两端部设置密封，形成第二流体流道9的U形换热板8两侧面的U形端面设置密封；
该壳体3两侧面各设一管板2，该管板2上设置有U形通槽，所述第一流体流道6通过管板2上的U形通槽分别与第一流体进口1、第一流体出口5连通；
该壳体3顶部设置有第二流体进口11、第二流体出口10且二者之间设有隔板4，该隔板4安设在位于壳体3中心的U形换热板8直边段之间；所述第二流体流道9进口端设有与第二流体进口11连通的进口汇集腔102，其出口端设有与第二流体出口10连通的出口汇集腔101。
本发明的目的及解决其技术问题还采用以下技术措施来进一步实现。
前述的U形流道板式换热器，若干个所述U形换热板8由壳体3外侧向中心依次设置，底边半圆弧半径依次减小，直边段长度依次增加。
前述的U形流道板式换热器，形成第一流体流道6的所述U形换热板8直边段的两端部通过第一流道挡条12密封。
前述的U形流道板式换热器，形成第一流体流道6的所述U形换热板8直边段的两端部通过直边段的折边密封，即直边段向内折边实现密封。
前述的U形流道板式换热器，形成第二流体流道9的所述U形换热板8侧面的U形端面通过管板2密封，即管板2上未开设U形通槽的区域密封U形端面。
前述的U形流道板式换热器，形成第二流体流道9的所述U形换热板8侧面的U形端面通过U形端面的折边密封，即U形端面向内折边实现密封。
前述的U形流道板式换热器，所述第一流体流道6、第二流体流道9内分散设置有支撑件7，支撑件7用于保持第一流体流道6和第二流体流道9的间距，可以提高整个设备的承压能力，并且强化传热，提高传热效率。具体的，该支撑件7为金属柱或金属条或U形换热板8内表面通过压制形成的凸起。
较佳的，所述第二流体进口11靠近第一流体出口5设置，第二流体出口10靠近第一流体进口1设置；第二流体进口11左侧、第二流体出口10右侧分别设置一弧形隔板13；
形成第二流体流道9的U形换热板8直边段的一端部通过第二流道挡条14密封且第二流道挡条14仅设置于弧形隔板13、与第一流体进口1连通的管板2之间，所述隔板4、弧形隔板13、第二流体进口11、与第一流体出口5连通的管板2构成进口汇集腔102；
形成第二流体流道9的U形换热板8直边段的另一端部通过第二流道挡条14密封且第二流道挡条14仅设置于弧形隔板13、与第一流体出口5连通的管板2之间，所述隔板4、弧形隔板13、第二流体出口10、与第一流体进口1连通的管板2构成出口汇集腔101。
前述的U形板式换热器，所述U形换热板8由金属材料的矩形平板制成，其特征之一为横截面呈U形，即底部为半圆、半圆延伸方向为对称且长度相等的两直边。
前述的U形板式换热器，所述U形换热板8由非金属材料的矩形平板制成，所述非金属材料为塑料、树脂、玻璃中的一种。
前述的U形板式换热器，所述管板2为设置有U形通槽的平板，可为整体也可分片装配。
借由上述技术方案，本发明一种U形流道板式换热器的优势如下：
1.换热器结构整体可成圆形，适用范围广，尤其可内置于圆筒类设备内；
2.换热器采用换热板作为传热原件，具有传热效率高，结构紧凑的优点；
3.换热器采用U形换热板，第二流体流道长度接近，各第二流体流道压降易于调整相近，从而具有流场均匀度高的特点；
4.U形换热板由平板制成，流通面积大，能够适应大流量物料及非洁净介质换热，适用范围广；
5.结构简单、制造方便、成本低。
综上所述，本发明一种U形流道板式换热器在进行换热时，热流体(或冷流体)由壳体的第一流体进口进入换热器，并流过U形换热板的直线流道从第一流体出口流出，而冷流体(或热流体)从壳体顶部的第二流体进口进入换热器，并流过U形换热板的U形流道从第二流体出口流出，从而完成冷、热流体的热量交换。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
附图说明
图1为本发明换热器的结构示意图；
图2为本发明换热器的换热板组件设置在壳体内的结构示意图；
图3为本发明换热器的俯视图；
图4为本发明换热器实施例二的结构示意图
图5为本发明换热器实施例二的换热板组件设置在壳体内的结构示意图；
图6为本发明换热器实施例二的俯视图；
图7为本发明换热器的流体通道内支撑件实施例一的结构示意图；
图8为本发明换热器的流体通道内支撑件实施例二的结构示意图；
图9为本发明换热器的流体通道内支撑件实施例三的结构示意图。
【主要元件符号说明】
1:第一流体进口 2:管板
3:壳体 4:隔板
5:第一流体出口 6:第一流体流道
7:支撑件 8:U形换热板
9:第二流体流道 10:第二流体出口
11:第二流体进口 12:第一流道挡条
13:弧形隔板 14:第二流道挡条
102:进口汇集腔 101:出口汇集腔
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的一种U形流道板式换热器其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。
实施例一
请参阅图1至图3，本发明一种U形流道板式换热器，包括壳体3和设置在壳体3内的换热板组件，壳体3上设有与换热板组件中的流体通道连通的进出口，壳体3一般为圆筒形壳体，也可为其他形状，壳体3长度方向的两端分别设有第一流体进口1和第一流体出口5，壳体3的顶部设有第二流体进口11和第二流体出口10。所述的换热板组件包括对称设置在壳体3轴线两侧的U形换热板8，每个U形换热板8均由自壳体3径向由外侧向中心依次设置，直径依次减小的多个U形换热板8形成相互间隔的第一流体流道6和第二流体流道9；
请参阅图1至图3，所述第一流体流道6与壳体3轴线平行的两个端面(即形成第一流体流道6的U形换热板8直边段的两端部)通过第一流道挡条12封闭设置，第一流体流道6与壳体3轴线垂直的两个端面(即形成第一流体流道6的U形换热板8两侧面的U形端面)分别设有流道口，流道口两端对应设置有管板2，管板2上设置有U形通槽，该U形通槽与第一流道6流道口对应并连通，形成沿壳体3轴线方向的直线流道。热流体(冷流体)从壳体3的第一流体进口1进入直线流道中，然后沿着壳体3的轴线方向流动，并从第一流体出口5流出。
所述第二流体流道9与壳体3轴线垂直的两个端面(即形成第二流体流道9的U形换热板8两侧面的U形端面)通过管板2封闭设置，第二流体流道9与壳体3轴线平行的两个端面(即形成第二流体流道9的U形换热板8直边段的两端部)分别设有流道口，两流道口之间设置有隔板4形成沿壳体3轴线垂直方向的U形流道。冷流体(热流体)从壳体3的第二流体进口11进入U形流道中，然后沿着U形流道流动，并从第二流体出口10流出。
位于壳体3中心的U形换热板8两直边段之间设置一个隔板4，分隔为第二流体进口11和第二流体出口10，U形换热板8的多个第二流体流道9的进口端汇聚至进口汇集腔102，其出口端汇聚至出口汇集腔102。第二流体从壳体的第二流体进口11先进入进口汇集腔102，然后由进口汇集腔102分别进入各个第二流体通道9，经各个第二流体通道9流出的流体在出口汇集腔101聚集并从壳体的第二流体出口10流出。进口汇集腔102和出口汇集腔101沿平行于壳体3轴线的方向的两端通过壳体3两端部的管板2封闭，防止第一流体进入进口汇集腔102和出口汇集腔101。
所述U形换热板8从外侧至中心，底部半圆弧半径依次减小，直边长度依次增加；第二流体流道9长度接近，各第二流体流道9流道压降易于调整相近。
所述U形换热板片8由矩形平板制成，其材料为金属，其特征之一为截面呈“U”形，即底部为半圆，半圆延伸方向为对称且长度相等的直边。
所述U形换热板片8由矩形平板制成，其材料可以非金属材料，如塑料、树脂、玻璃等。
所述第一流体流道6与壳体3轴线平行的两个端面(即形成第一流体流道6的U形换热板8直边段的两端部)也可通过形成第一流体流道的任一U形换热板8直边段的折边密封。
所述第二流体流道9与壳体3轴线垂直的两个端面(即形成第二流体流道9的U形换热板8两侧的U形端面)也可通过形成第二流体流道的任一U形换热板8两侧的U形端面的折边密封。
所述管板2为设置有U形槽孔的平板，其可以为整体也可以为分片装配。
所述第一流体流道6和第二流体流道9内分散设置有支撑件7，支撑件7用于保持第一流体流道6和第二流体流道9的间距，可以提高整个设备的承压能力，并且可以强化传热，提高传热效率。
所述的支撑件7为金属柱或条，固定设置在流体流道内部。
所述的支撑件7为形成流体流道的任一U形换热板表面通过压制形成的凸起。
图7所示为支撑条7的实施例一，其截面形状为矩形波纹，其可沿壳体3轴线平行方向设置于第二流道9内，也可弯制成弧形，设置于与壳体3轴线垂直的第一流道6内。
图8所示为支撑条7的实施例二，其截面形状为弧形波纹，其可沿壳体3轴线平行方向设置于第二流道9内，也可弯制成弧形，设置于与壳体3轴线垂直的第一流道6内。
图9所示为支撑条7的实施例三，其截面形状为螺旋弹簧状，其可沿壳体3轴线平行方向设置于第二流道9内，也可弯制成弧形，设置于与壳体3轴线垂直的第一流道6内。
上述3种支撑条可以起到支撑效果的同时，具有低流阻，高强化传热的性能。
实施例二
请参阅图4至图6，为本发明的实施例二，壳体3的侧壁上设有第二流体进口11和第二流体出口10，第二流体进口11靠近第一流道出口5设置，第二流体出口10靠近第一流道进口1设置。第二流体进口11左侧设置弧形隔板13，所述第二流体流道9与壳体3轴线平行的两个端面设置第二流道挡条14，第二流道挡条14仅设置于弧形隔板13左侧至左管板2之间；第二流体进口11、弧形隔板13、隔板4及右管板2构成进口汇集腔102；第二流体出口10右侧设置弧形隔板13，所述第二流体流道9与壳体3轴线平行的两个端面设置第二流道挡条14，第二流道挡条14仅设置于弧形隔板13右侧至右管板2之间；第二流体进口10、弧形隔板13、隔板4及左管板2构成出口汇集腔101；其余结构同实施例一。
第二流体从壳体的第二流体进口11先进入进口汇集腔102，然后由分别进入各个第二流体通道9，经各个第二流体通道9流出的流体在出口汇集腔101聚集并从壳体的第二流体出口10流出。进口汇集腔102和出口汇集腔101沿平行于壳体3轴线的方向的两端通过端部管板2封闭，防止第一流体进入进口汇集腔102和出口汇集腔101。
本发明一种U形流道板式换热器的工作流程如下：在进行换热时，热流体(或冷流体)由壳体3的第一流体进口1进入换热器，并流过U形换热板片8的直线流道从第一流体出口5流出，而冷流体(或热流体)从壳体3侧壁上的第二流体进口11进入换热器，并流过U形换热板片8的U形流道从第二流体出口10流出，从而完成冷、热流体的热量交换。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，任何本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (10)
1.一种U形流道板式换热器，其特征在于：包括壳体(3)、设置在壳体(3)内的若干个U形换热板(8)，所述U形换热板由壳体(3)外侧向中心依次设置，形成相互间隔的第一流体流道(6)和第二流体流道(9)；
形成第一流体流道(6)的U形换热板(8)直边段的两端部设置密封，形成第二流体流道(9)的U形换热板(8)两侧面的U形端面设置密封；
该壳体(3)两侧面各设一管板(2)，该管板(2)上设置有U形通槽，所述第一流体流道(6)通过管板(2)上的U形通槽分别与第一流体进口(1)、第一流体出口(5)连通；
该壳体(3)顶部设置有第二流体进口(11)、第二流体出口(10)且二者之间设有隔板(4)，该隔板(4)安设在位于壳体(3)中心的U形换热板(8)直边段之间；所述第二流体流道(9)进口端设有与第二流体进口(11)连通的进口汇集腔(102)，其出口端设有与第二流体出口(10)连通的出口汇集腔(101)。
2.根据权利要求1所述的U形流道板式换热器，其特征在于：若干个所述U形换热板(8)由壳体(3)外侧向中心依次设置，底边半圆弧半径依次减小，直边段长度依次增加。
3.根据权利要求1所述的U形流道板式换热器，其特征在于：形成第一流体流道(6)的所述U形换热板(8)直边段的两端部通过第一流道挡条(12)密封。
4.根据权利要求1所述的U形流道板式换热器，其特征在于：形成第一流体流道(6)的所述U形换热板(8)直边段的两端部通过直边段的折边密封。
5.根据权利要求1所述的U形流道板式换热器，其特征在于：形成第二流体流道(9)的所述U形换热板(8)侧面的U形端面通过管板(2)密封。
6.根据权利要求1所述的U形流道板式换热器，其特征在于：形成第二流体流道(9)的所述U形换热板(8)侧面的U形端面通过U形端面的折边密封。
7.根据权利要求1所述的U形流道板式换热器，其特征在于：所述第一流体流道(6)、第二流体流道(9)内分散设置有支撑件(7)，该支撑件(7)为金属柱或金属条或U形换热板(8)内表面通过压制形成的凸起。
8.根据权利要求1所述的U形流道板式换热器，其特征在于：所述第二流体进口(11)靠近第一流体出口(5)设置，第二流体出口(10)靠近第一流体进口(1)设置；第二流体进口(11)左侧、第二流体出口(10)右侧分别设置一弧形隔板(13)；
形成第二流体流道(9)的U形换热板(8)直边段的一端部通过第二流道挡条(14)密封且第二流道挡条(14)仅设置于弧形隔板(13)、与第一流体进口(1)连通的管板(2)之间，所述隔板(4)、弧形隔板(13)、第二流体进口(11)、与第一流体出口(5)连通的管板(2)构成进口汇集腔(102)；
形成第二流体流道(9)的U形换热板(8)直边段的另一端部通过第二流道挡条(14)密封且第二流道挡条(14)仅设置于弧形隔板(13)、与第一流体出口(5)连通的管板(2)之间，所述隔板(4)、弧形隔板(13)、第二流体出口(10)、与第一流体进口(1)连通的管板(2)构成出口汇集腔(101)。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的U形板式换热器，其特征在于：所述U形换热板(8)由金属材料的矩形平板制成。
10.根据权利要求1至8中任一项所述的U形板式换热器，其特征在于：所述U形换热板(8)由非金属材料的矩形平板制成，所述非金属材料为塑料、树脂、玻璃中的一种。
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