專利名稱：換熱器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及換熱器，且具體地，涉及用在高溫高壓場合中的適于含雜質(zhì)流體進行熱交換的換熱器。
背景技術(shù)：
熱管是依靠自身內(nèi)部工作液體相變來實現(xiàn)傳熱的傳熱元件。熱管技術(shù)是1963年美國洛斯阿拉莫斯(Los Alamos)國家實驗室的喬治格羅佛(George Grover)發(fā)明的一種稱為“熱管”的傳熱元件，它充分利用了熱傳導原理與致冷介質(zhì)的快速熱傳遞性質(zhì)，透過熱管將發(fā)熱物體的熱量迅速傳遞到熱源外，其導熱能力超過任何已知金屬的導熱能力。目前用于高溫高壓場合的換熱器通常為套管式換熱器或管殼式換熱器，在換熱器的外殼內(nèi)設置有多個管道，管道內(nèi)的空間可以被稱為管程，而管道和外殼之間的空間可被稱為殼程，其中，例如，熱物料走殼程，冷物料走管程，冷、熱物料為同種含雜質(zhì)流體，利用熱物料的熱量對冷物料進行加熱，達到余熱回收的效果。但是，當套管式換熱器或管殼式換熱器的管程和殼程中都走含雜質(zhì)的流體時，由于殼程中的死角多，很容易被堵塞且不易清理。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題和缺陷中的至少一個方面。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種換熱器，包括:殼體，具有外側(cè)面、頂部內(nèi)壁和底部內(nèi)壁；設置在所述殼體內(nèi)的隔板，該隔板將所述殼體的內(nèi)部空間分隔成分別填充有換熱介質(zhì)的上部熱介質(zhì)分布室和下部冷介質(zhì)分布室；設置在上部熱介質(zhì)分布室中的冷物料管，適于使冷物料從中輸送通過并與上部熱介質(zhì)分布室內(nèi)的換熱介質(zhì)進行熱交換；設置在下部冷介質(zhì)分布室中的熱物料管，適于使熱物料從中輸送通過并與下部冷介質(zhì)分布室內(nèi)的換熱介質(zhì)進行熱交換；和連通上部熱介質(zhì)分布室和下部冷介質(zhì)分布室的至少一個第一連通裝置和至少一個第二連通裝置，其中上部熱介質(zhì)分布室內(nèi)的換熱介質(zhì)在與冷物料管中輸送的冷物料進行熱交換并冷卻之后通過所述至少一個第二連通裝置進入下部冷介質(zhì)分布室，并且其中下部冷介質(zhì)分布室內(nèi)的換熱介質(zhì)在與熱物料管中輸送的熱物料進行熱交換并被加熱之后通過所述至少一個第一連通裝置進入上部熱介質(zhì)分布室。較佳地，在上述換熱器中，所述至少一個第一連通裝置具有位于下部冷介質(zhì)分布室內(nèi)的進口和位于上部熱介質(zhì)分布室內(nèi)的出口，并且設置成貫穿所述隔板并在上部熱介質(zhì)分布室的內(nèi)部從所述隔板向著所述出口延伸的管狀結(jié)構(gòu)。例如，所述進口位于下部冷介質(zhì)分布室的內(nèi)側(cè)頂部，所述出口接近上部熱介質(zhì)分布室的內(nèi)側(cè)頂部。
較佳地，在上述換熱器中，所述至少一個第一連通裝置為熱管，所述熱管與所述隔板密封連接，所述熱管的進口端口的橫截面與所述隔板處于同一平面，所述熱管的出口端口設置在所述上部熱介質(zhì)分布室的上部且接近頂部內(nèi)壁的位置。較佳地，在上述換熱器中，所述至少一個第一連通裝置可以設置在所述殼體的外偵牝并從下部冷介質(zhì)分布室的外側(cè)面上部延伸至上部熱介質(zhì)分布室的外側(cè)面上部。較佳地，在上述換熱器中，所述第一連通裝置和所述第二連通裝置中的至少一種可以為導管形式，優(yōu)選為熱管。較佳地，上述換熱器還可以包括筒狀擋板，設置在所述上部熱介質(zhì)分布室內(nèi)并從所述隔板向所述殼體的頂部內(nèi)壁延伸，以圍繞所述冷物料管的與換熱介質(zhì)進行熱交換的部分，并將所述上部熱介質(zhì)分布室分成中間熱交換區(qū)域和位于筒狀擋板和所述殼體的內(nèi)側(cè)壁之間的換熱介質(zhì)流出區(qū)域，所述中間熱交換區(qū)域和換熱介質(zhì)流出區(qū)域通過所述擋板的頂端與所述殼體的頂部內(nèi)壁之間的空隙流體連通，并且所述至少一個第二連通裝置流體連通所述熱介質(zhì)流出區(qū)域和所述下部冷介質(zhì)分布室，并且所述至少一個第一連通裝置包括多個通孔，所述多個通孔設置在所述隔板的位于所述筒狀擋板內(nèi)的部分中，以流體連通所述中間熱交換區(qū)域和所述下部冷介質(zhì)分布室。在這種結(jié)構(gòu)中，其中，下部冷介質(zhì)分布室內(nèi)的換熱介質(zhì)在與熱物料管中輸送的熱物料進行熱交換并被加熱之后通過所述多個通孔進入所述中間熱交換區(qū)域，并在與冷物料管中輸送的冷物料進行熱交換并冷卻之后進入所述換熱介質(zhì)流出區(qū)域，以通過所述至少一個第二連通裝置再次進入下部冷介質(zhì)分布室。較佳地，在上述換熱器中，所述筒狀擋板的頂端可以高于最上面的冷物料管。較佳地，上述換熱器還可以包括設置在所述筒狀擋板內(nèi)并從所述隔板向所述殼體的頂端內(nèi)壁延伸的至少一個引流板，所述至少一個引流板適于引導從所述多個通孔進入中間熱交換區(qū)域的換熱介質(zhì)有序流動。例如，引流板的形狀、定向和/或位置設置成適于引導通過所述多個通孔進入中間熱交換區(qū)域的換熱介質(zhì)，并以期望的流速和方向向所述換熱介質(zhì)流出區(qū)域流動，從而使得換熱介質(zhì)能夠與物料管中的物料進行充分地換熱。在此，術(shù)語“有序流動”是指換熱介質(zhì)例如在引流板的引導下順序地并以期望的流速和方向與處于不同高度的物料管接觸并換熱的流動過程。較佳地，在上述換熱器中，所述至少一個第二連通裝置可以設置在所述殼體的外偵牝并從上部熱介質(zhì)分布室的外側(cè)面下部延伸至下部冷介質(zhì)分布室的外側(cè)面下部。較佳地，在上述換熱器中，所述冷物料管可以以蛇形分布管形式或同程分布管形式設置在上部熱介質(zhì)分布室中，并且所述熱物料管可以以蛇形分布管形式或同程分布管形式設置在下部冷介質(zhì)分布室中。例如，所述同程分布管可以包括進口總管、出口總管、以及在進口總管和出口總管之間延伸的多個同程細管。較佳地，在上述換熱器中，所述換熱介質(zhì)可以為水銀、導熱油、高溫蒸汽、萘、聯(lián)苯、鉀、銫或鈉。較佳地，在上述換熱器中，所述熱物料管或冷物料管可以由耐腐蝕材料制成。較佳地，在上述換熱器中，所述熱物料管的物料進口可以設置在所述下部冷介質(zhì)分布室的外側(cè)面上部處，物料出口可以設置在所述下部冷介質(zhì)分布室的外側(cè)面下部處；并且所述冷物料管的物料進口可以設置在所述上部熱介質(zhì)分布室的外側(cè)面上部處，物料出口可以設置在所述上部熱介質(zhì)分布室的外側(cè)面下部處。
本發(fā)明的另一個方面涉及上述換熱器在用于對溫度高于200°C和/或壓力高于IOMPa的流體進行換熱中的應用，例如在高溫高壓條件下對由含雜質(zhì)流體構(gòu)成的物料進行熱交換處理。根據(jù)本發(fā)明的換熱器，冷、熱物料均在管程流動，殼程內(nèi)填充有作為傳熱介質(zhì)的不含雜質(zhì)的潔凈流體，在冷、熱物料之間進行換熱，與傳統(tǒng)的套管式或管殼式換熱器相比，由于殼體內(nèi)不存在折流擋板之類的部件，物料在流動過程中遇到的阻力較小，管線內(nèi)的死角較少，從而降低了物料在管線內(nèi)的沉降和積累的概率，有效解決了含雜質(zhì)流體在換熱過程中易堵塞的問題。并且，冷、熱物料完全隔離，通過換熱介質(zhì)進行換熱，減少了物料之間的影響(如熱物料管破損并不會影響和污染冷物料)；冷、熱物料管相對獨立，與套管式換熱器相比，管內(nèi)空間大大增加，減少了堵塞的幾率。進一步，在第一連通裝置設置在換熱器殼體內(nèi)部時，省去了保溫措施，同時能夠減少熱量損失，例如可以充分地地進行余熱回收，提高熱效率。本發(fā)明的換熱器可以用在高溫高壓場合，其中流動的物料可以為含固體顆粒/雜質(zhì)的液態(tài)或氣態(tài)流體。這種類型的換熱器只需要考慮物料管的溫度、壓力及耐腐蝕要求，例如當物料為腐蝕性介質(zhì)時，物料管和殼體可以分別設計，物料管由耐腐蝕材料制成，而對于無腐蝕性的換熱介質(zhì)，殼體則可采用價格較低的普通材料制成且無需承壓，與傳統(tǒng)的套管式或管殼式換熱器相比，可大大降低制作成本和制作工藝難度。


參閱后續(xù)的圖示與描述將可更好地了解本發(fā)明的上述和其它特征和優(yōu)點。文中未詳列暨非限制性的實施例則請參考該后續(xù)圖示的描述。圖示中的組成元件并不一定符合比例，而系以強調(diào)的方式描繪出本發(fā)明的原理。在各圖示中，相同的元件在不同圖示中用相同或相似的附圖標記表示。在附圖中:圖1為示出根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式的換熱器的結(jié)構(gòu)的示意圖；圖2A和2B分別為圖1中圖示的換熱器的左側(cè)視圖和右側(cè)視圖；圖3為示出根據(jù)本發(fā)明的另一種實施方式的換熱器的結(jié)構(gòu)的示意圖；圖4A和4B分別為圖3中圖示的換熱器的左側(cè)視圖和右側(cè)視圖；圖5為示出根據(jù)本發(fā)明的又一種實施方式的換熱器的結(jié)構(gòu)的示意圖；圖6為示出根據(jù)本發(fā)明的又一種實施方式的換熱器的結(jié)構(gòu)的示意圖。
具體實施例方式下面將結(jié)合附圖及具體實施方式
對本發(fā)明做進一步的說明。圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式的換熱器100的結(jié)構(gòu)。根據(jù)本發(fā)明的換熱器適合用在高溫高壓場合，例如可以用于含雜質(zhì)流體的熱交換或換熱。如圖1所示，換熱器100包括殼體110,殼體110的內(nèi)部空間分隔成上部熱介質(zhì)分布室111和下部冷介質(zhì)分布室112，分布室111和112中分別填充有相同換熱介質(zhì)，例如水銀、導熱油、高溫蒸汽、萘、聯(lián)苯、鉀、銫或鈉等。根據(jù)一種示例，上部熱介質(zhì)分布室111和下部冷介質(zhì)分布室112由設置在殼體110中的隔板120分隔而成，隔板120優(yōu)選由絕熱材料制成，以避免上部熱介質(zhì)分布室111和下部冷介質(zhì)分布室112之間的直接熱交換。
換熱器100還包括設置在上部熱介質(zhì)分布室111中的冷物料管130和設置在下部冷介質(zhì)分布室112中的熱物料管140，其中，冷物料適于輸送通過冷物料管130以與上部熱介質(zhì)分布室111內(nèi)的換熱介質(zhì)進行熱交換，熱物料適于輸送通過熱物料管140以與下部冷介質(zhì)分布室112內(nèi)的換熱介質(zhì)進行熱交換。為了充分地進行熱交換，冷物料管130和熱物料管140可以均勻地分布并浸入換熱介質(zhì)中。在一種實施方式中，如圖1所示，熱物料管140的物料進口 141可以設置在下部冷介質(zhì)分布室112的外側(cè)面上部處，物料出口 142可以設置在下部冷介質(zhì)分布室112的外側(cè)面下部處。同樣地，冷物料管130的物料進口 131設置在上部熱介質(zhì)分布室111的外側(cè)面上部處，物料出口 132設置在上部熱介質(zhì)分布室111的外側(cè)面下部處。在附圖中，虛線箭頭示出了冷物料的流動方向，實線箭頭示出了熱物料的流動方向。在圖1中，冷、熱物料管可以分別以蛇形或蜿蜒分布管形式設置在對應的介質(zhì)分布室內(nèi)，以增大換熱面積，但本發(fā)明中的冷、熱物料管的布置方式或結(jié)構(gòu)不限于此。并且本領(lǐng)域技術(shù)人員將會理解，在本發(fā)明中，冷、熱物料管的進口、出口設置位置也不限于此，根據(jù)冷、熱物料管在對應的分布室中的布置方式或結(jié)構(gòu)，可以相應地改變其進口、出口的位置，以保證物料的順暢流動。根據(jù)本發(fā)明，換熱器100還包括連通上部熱介質(zhì)分布室111和下部冷介質(zhì)分布室112以便于換熱介質(zhì)在二者之間流動的結(jié)構(gòu)。在圖示的實施方式中，換熱器100包括連通分布室111和112的至少一個第一連通裝置160和至少一個第二連通裝置150,換熱介質(zhì)通過第一連通裝置160和第二連通裝置150在上部熱介質(zhì)分布室111和下部冷介質(zhì)分布室112之間循環(huán)流動。具體地，下部冷介質(zhì)分布室112內(nèi)的換熱介質(zhì)與熱物料管140中輸送的熱物料進行熱交換并被加熱升溫，從而在冷介質(zhì)分布室112和熱介質(zhì)分布室111之間產(chǎn)生壓差，以此壓差為動力，加熱后的換熱介質(zhì)通過第一連通裝置160進入上部熱介質(zhì)分布室
111。相應地，上部熱介質(zhì)分布室111內(nèi)的換熱介質(zhì)在與冷物料管130中輸送的冷物料進行熱交換并冷卻之后通過第二連通裝置150進入下部冷介質(zhì)分布室112，如此循環(huán)，而無需外加動力。在一種示例中，第一連通裝置160和第二連通裝置150可以為導管形式，用于在上部熱介質(zhì)分布室111和下部冷介質(zhì)分布室112之間輸送通過化熱介質(zhì)。在一種優(yōu)選的示例中，第一連通裝置160為熱管，供上部熱介質(zhì)分布室111內(nèi)的換熱介質(zhì)與冷物料管130中輸送的冷物料進行熱交換。在圖1中圖示的換熱器100中，第一連通裝置160設置在殼體110的內(nèi)部，第二連通裝置150設置在殼體110的外側(cè)。在一種示例中，第一連通裝置160設置在，例如焊接在隔板120上，并延伸穿過隔板120以連通上部熱介質(zhì)分布室111和下部冷介質(zhì)分布室112。每個第一連通裝置160具有位于下部冷介質(zhì)分布室112內(nèi)(例如，如圖所示，位于下部冷介質(zhì)分布室112的內(nèi)側(cè)頂部)的進口 161和位于上部熱介質(zhì)分布室111內(nèi)(例如，如圖所示，接近上部熱介質(zhì)分布室111的內(nèi)側(cè)頂部)的出口 162，從而第一連通裝置160從進口 161開始穿過隔板120在上部熱介質(zhì)分布室111的內(nèi)部延伸，使得其出口 162升至接近熱介質(zhì)分布室111的內(nèi)側(cè)頂部(即，接近其頂部內(nèi)壁)，從而被加熱后的換熱介質(zhì)在流出出口 162之后能夠在重力的作用下在上部熱介質(zhì)分布室111內(nèi)均勻地分布。第一連通裝置160可以在上部熱介質(zhì)分布室111內(nèi)均勻地分布，如呈正三角形或菱形分布，使得冷物料管130在多個第一連通裝置160之間穿插延伸，從而能夠保證物料和換熱介質(zhì)之間均勻且充分的熱交換。根據(jù)圖1中示出的實施方式，連通上部熱介質(zhì)分布室111和下部冷介質(zhì)分布室112并適于換熱介質(zhì)從中流動的第一連通裝置160設置在換熱器內(nèi)部，即位于殼體110內(nèi)，從而無需再采取保溫措施并能夠減少熱量損失。第二連通裝置150設置在殼體110的外側(cè)，并且在較佳的實施方式中，從上部熱介質(zhì)分布室111的外側(cè)面下部延伸至下部冷介質(zhì)分布室112的外側(cè)面下部。從而，上部熱介質(zhì)分布室111內(nèi)的換熱介質(zhì)在與冷物料管130中輸送的冷物料進行熱交換并冷卻之后下降至上部熱介質(zhì)分布室111內(nèi)的底部，并通過位置較低的第二連通裝置150進入下部冷介質(zhì)分布室112的底部，在被熱物料管140中輸送的熱物料加熱后再次上升，如此循環(huán)，通過換熱介質(zhì)在不同管道內(nèi)流動的冷、熱物料之間進行充分的熱交換。在圖2A和2B中示出的側(cè)視圖中，示出了多根第二連通裝置150。本領(lǐng)域技術(shù)人員將會認識到，根據(jù)實際需要的換熱量，可以分別增加或減少第一連通裝置和第二連通裝置的數(shù)量。圖3圖示了根據(jù)本發(fā)明的另一種實施方式的換熱器100’的結(jié)構(gòu)，圖4A和4B分別示出了圖3中示出的換熱器100’的左側(cè)視圖和右側(cè)視圖。除了第一連通裝置的設置方式不同之外，換熱器100’的結(jié)構(gòu)與圖1中示出的換熱器100的結(jié)構(gòu)大致相同，在此省略相同部件的重復描述，且在圖3、4A和4B中，與圖1中相同的部件以相同的附圖標記表示。在圖3中圖示的示例中，第一連通裝置160’設置在殼體110的外側(cè)，并從下部冷介質(zhì)分布室112的外側(cè)面上部延伸至上部熱介質(zhì)分布室111的外側(cè)面上部，使得下部冷介質(zhì)分布室112內(nèi)的換熱介質(zhì)在與熱物料管140中輸送的熱物料進行熱交換并被加熱升溫后，通過如此設置的第一連通裝置160’上升并進入上部熱介質(zhì)分布室111。同樣，根據(jù)圖3的實施方式，熱物料從熱物料進口 141進入熱物料管140，并與下部冷介質(zhì)分布室112內(nèi)的換熱介質(zhì)進行熱交換，換熱降溫后的物料從出口 142流出換熱器，換熱介質(zhì)在被加熱后在冷介質(zhì)分布室和熱介質(zhì)分布室之間產(chǎn)生壓差，以此壓差為動力，加熱后的換熱介質(zhì)通過第一連通裝置160’上升進入上述熱介質(zhì)分布室；冷物料從冷物料進口131進入冷物料管130，并與上部熱介質(zhì)分布室111內(nèi)被加熱的換熱介質(zhì)進行熱交換，換熱升溫后的冷物料從出口 132流出換熱器，換熱介質(zhì)經(jīng)過換熱冷卻后經(jīng)第二連通裝置150進入下部冷介質(zhì)分布室112，如此循環(huán)往復，而無需外加動力。圖5圖示了根據(jù)本發(fā)明的另一種實施方式的換熱器100”的結(jié)構(gòu)。除了物料管的結(jié)構(gòu)不同之外，換熱器100”的結(jié)構(gòu)與圖3中示出的換熱器100’的結(jié)構(gòu)大致相同，在此省略相同部件的重復描述，且在圖5中與圖3中相同的部件以相同的附圖標記表示。在圖5中示出的示例中，冷物料管130和熱物料管140分別以同程分布管的形式設置在對應的介質(zhì)分布室中。如圖所示，這種同程分布管包括進口總管、出口總管、以及在進口總管和出口總管之間延伸的多個同程細管。冷/熱物料在通過進口總管進入物料管的位于對應的介質(zhì)分布室的多個同程細管并與換熱介質(zhì)換熱之后，經(jīng)出口總管匯集后流出換熱器。以這種方式，物料進、出口可以設置得更粗，使得流量增大，在介質(zhì)分布室中設置同程細管，換熱面積增大，管內(nèi)流體壓降相同，換熱均勻，避免局部過熱過冷，換熱速度快、效率聞。圖6圖示了根據(jù)本發(fā)明的另一種實施方式的換熱器100”’的結(jié)構(gòu)。圖6中與圖1中相同的部件以相同的附圖標記表示，并在此省略相同部件的重復描述。
圖6中示出的換熱器100”’還包括筒狀擋板170，其設置在上部熱介質(zhì)分布室111內(nèi)，以將其分成中間熱交換區(qū)域113和換熱介質(zhì)流出區(qū)域114，換熱介質(zhì)流出區(qū)域114位于筒狀擋板170和殼體的內(nèi)側(cè)壁之間，中間熱交換區(qū)域113和換熱介質(zhì)流出區(qū)域114在上部流體連通。如圖6所示，第二連通裝置150流體連通的是熱介質(zhì)流出區(qū)域114和下部冷介質(zhì)分布室112。如本領(lǐng)域技術(shù)人員將會理解的那樣，在此使用的術(shù)語“筒狀擋板”的截面形狀不受限制，其可以包括但不限于，圓筒形、矩形、方形、橢圓形或其它任意多邊形，只要該擋板能夠?qū)⑸喜繜峤橘|(zhì)分布室111的內(nèi)部空間分成適于換熱介質(zhì)與物料管中的物料進行熱交換的區(qū)域和適于熱交換后的換熱介質(zhì)流出的區(qū)域。筒狀擋板170可以從隔板120向上部熱介質(zhì)分布室111的內(nèi)側(cè)頂部延伸，以圍繞冷物料管130的將與換熱介質(zhì)進行熱交換的部分。在圖6中圖示的實施方式中，第一連通裝置為設置在殼體內(nèi)的通孔形式，例如設置在隔板120的位于筒狀擋板170內(nèi)的部分中的多個通孔121，通孔121流體連通中間熱交換區(qū)域113和下部冷介質(zhì)分布室112。由此,如前所述,通過冷介質(zhì)分布室112和熱介質(zhì)分布室111之間由于換熱介質(zhì)與物料管中輸送的物料進行熱交換而產(chǎn)生的壓差，下部冷介質(zhì)分布室112內(nèi)的換熱介質(zhì)在與熱物料管中輸送的熱物料進行熱交換并被加熱之后通過通孔121進入中間熱交換區(qū)域113，并在與冷物料管中輸送的冷物料進行熱交換并冷卻之后進入換熱介質(zhì)流出區(qū)域114，以通過第二連通裝置再次進入下部冷介質(zhì)分布室，如此反復循環(huán)，無需外加動力，在殼體內(nèi)實現(xiàn)不同物料管中輸送的冷、熱物料之間的換熱。根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的實施方式，筒狀擋板170的頂端高于最上面的冷物料管130，以便于換熱介質(zhì)在上述壓差的作用下向上流動，在與所有的冷物料管中輸送的冷物料充分地換熱之后，越過擋板170的頂端進入換熱介質(zhì)流出區(qū)域114并通過第二連通裝置150流入下部冷介質(zhì)分布室112。根據(jù)本發(fā)明的另一種實施方式，在所述筒狀擋板內(nèi)可以設置有至少一個引流板(未示出)，引流板從隔板120向上部熱介質(zhì)分布室111的內(nèi)側(cè)頂部延伸，以引導通過121進入熱交換區(qū)域113內(nèi)的換熱介質(zhì)向上流動，由此使得換熱介質(zhì)能夠與物料管中物料進行充分的、均勻的熱交換。因此，引流板可以在熱交換區(qū)域113內(nèi)均勻分布，其數(shù)量、位置、布置方式可以根據(jù)需要改變。雖然以上參照附圖描述了本發(fā)明的多個實施方式，但本領(lǐng)域技術(shù)人員將會理解，在不偏離本發(fā)明的原理下，可以對其中的多個實施方式或不同實施方式的特征進行組合，并獲得相同的效果。例如，雖然在圖示的每個實施方式中，冷、熱物料管在對應的介質(zhì)分布室中采用相同的結(jié)構(gòu)和布置方式，但也可以采用不同的方式，例如，一個介質(zhì)分布室中的物料管采用蛇形分布管的形式，而另一個介質(zhì)分布室中的物料管采用同程分布管的形式。同樣，在圖5中第一連通裝置以與圖3相同的方式設置在殼體的外側(cè)，但也可以與圖1相同的方式設置在殼體的內(nèi)側(cè)。根據(jù)本發(fā)明，冷、熱物料均在管程流動，殼程內(nèi)填充有作為傳熱介質(zhì)的不含雜質(zhì)的潔凈流體，在冷、熱物料之間進行換熱，與傳統(tǒng)的套管式或管殼式換熱器相比，物料在流動過程中遇到的阻力較小(因為殼體內(nèi)不存在折流擋板之類的部件)，管線內(nèi)的死角較少，從而降低了物料在管線內(nèi)的沉降和積累的概率，有效解決了含雜質(zhì)流體在換熱過程中易堵塞的問題。并且，冷、熱物料完全隔離，通過換熱介質(zhì)進行換熱，減少了物料之間的影響(如熱物料管破損并不會影響和污染冷物料)；冷、熱物料管相對獨立，與套管式換熱器相比，管內(nèi)空間大大增加，減少了堵塞的幾率。進一步，在第一連通裝置設置在換熱器殼體內(nèi)部時，可以省去保溫措施，同時能夠減少熱量損失。本發(fā)明的換熱器可以用在高溫高壓場合，其中流動的物料可以為含固體顆粒/雜質(zhì)的液態(tài)或氣態(tài)流體，例如，物料管內(nèi)壓力可以為10 30MPa，熱物料溫度可以為450 7000C，換熱后的物料溫度< 100°C，冷物料溫度可以為室溫 200°C，換熱后冷物料溫度可以為300 550°C。因此，這種類型的換熱器只需要考慮物料管的溫度、壓力及耐腐蝕要求，例如當物料為腐蝕性介質(zhì)時，可以分別設計物料管和殼體，物料管可以由耐腐蝕材料制成，而對于無腐蝕性的換熱介質(zhì)，殼體可以采用價格較低的普通材料制成且無需承壓，與傳統(tǒng)的套管式或管殼式換熱器相比，可大大降低制作成本和制作工藝難度。雖然以上已經(jīng)參照較佳實施例描述了本發(fā)明，本領(lǐng)域技術(shù)人員將會認識到，在不偏離本發(fā)明的精髓或范圍的前提下，可在形式和細節(jié)上進行改變。
權(quán)利要求
1.一種換熱器(100，100’，100”，100”’ )，包括: 殼體(110)，具有外側(cè)面、頂部內(nèi)壁和底部內(nèi)壁； 設置在所述殼體內(nèi)的隔板(120)，該隔板將所述殼體的內(nèi)部空間分隔成分別填充有換熱介質(zhì)的上部熱介質(zhì)分布室(111)和下部冷介質(zhì)分布室(112)； 設置在上部熱介質(zhì)分布室中的冷物料管(130，130”)，適于使冷物料從中輸送通過并與上部熱介質(zhì)分布室內(nèi)的換熱介質(zhì)進行熱交換； 設置在下部冷介質(zhì)分布室中的熱物料管(140，140”)，適于使熱物料從中輸送通過并與下部冷介質(zhì)分布室內(nèi)的換熱介質(zhì)進行熱交換；和 連通上部熱介質(zhì)分布室和下部冷介質(zhì)分布室的至少一個第一連通裝置(160，160’ )和至少一個第二連通裝置(150)， 其中上部熱介質(zhì)分布室內(nèi)的換熱介質(zhì)在與冷物料管中輸送的冷物料進行熱交換并冷卻之后通過所述至少一個第二連通裝置進入下部冷介質(zhì)分布室，并且 其中下部冷介質(zhì)分布室內(nèi)的換熱 介質(zhì)在與熱物料管中輸送的熱物料進行熱交換并被加熱之后通過所述至少一個第一連通裝置進入上部熱介質(zhì)分布室。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的換熱器，其中 所述至少一個第一連通裝置具有位于下部冷介質(zhì)分布室內(nèi)的進口(161)和位于上部熱介質(zhì)分布室內(nèi)的出口(162)，并且設置成貫穿所述隔板并在上部熱介質(zhì)分布室的內(nèi)部從所述隔板向著所述出口延伸的管狀結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2項所述的換熱器，其中，所述至少一個第一連通裝置為熱管，所述熱管與所述隔板密封連接，所述熱管的進口端口的橫截面與所述隔板處于同一平面，所述熱管的出口端口設置在所述上部熱介質(zhì)分布室的上部且接近頂部內(nèi)壁的位置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的換熱器，其中 所述至少一個第一連通裝置設置在所述殼體的外側(cè)，并從下部冷介質(zhì)分布室的外側(cè)面上部延伸至上部熱介質(zhì)分布室的外側(cè)面上部。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的換熱器，還包括筒狀擋板(170)，設置在所述上部熱介質(zhì)分布室內(nèi)并從所述隔板向所述殼體(110)的頂部內(nèi)壁延伸，以圍繞所述冷物料管的與換熱介質(zhì)進行熱交換的部分，并將所述上部熱介質(zhì)分布室分成中間熱交換區(qū)域(113)和位于筒狀擋板和所述殼體的內(nèi)側(cè)壁之間的換熱介質(zhì)流出區(qū)域(114)，所述中間熱交換區(qū)域和換熱介質(zhì)流出區(qū)域通過所述擋板(170)的頂端與所述殼體(110)的頂部內(nèi)壁之間的空隙流體連通，并且所述至少一個第二連通裝置流體連通所述熱介質(zhì)流出區(qū)域和所述下部冷介質(zhì)分布室，并且 所述至少一個第一連通裝置包括多個通孔(121)，所述多個通孔設置在所述隔板的位于所述筒狀擋板內(nèi)的部分中，以流體連通所述中間熱交換區(qū)域和所述下部冷介質(zhì)分布室。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的換熱器，其中所述筒狀擋板的頂端高于最上面的冷物料管。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的換熱器，還包括設置在所述筒狀擋板內(nèi)并從所述隔板向所述殼體(110)的頂端內(nèi)壁延伸的至少一個引流板，所述至少一個引流板適于引導從所述多個通孔進入中間熱交換區(qū)域的換熱介質(zhì)有序流動。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項所述的換熱器，其中 所述至少一個第二連通裝置設置在所述殼體的外側(cè)，并從上部熱介質(zhì)分布室的外側(cè)面下部延伸至下部冷介質(zhì)分布室的外側(cè)面下部。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項所述的換熱器，其中 所述冷物料管以蛇形分布管形式或同程分布管形式設置在上部熱介質(zhì)分布室中，并且 所述熱物料管以蛇形分布管形式或同程分布管形式設置在下部冷介質(zhì)分布室中； 所述同程分布管包括進口總管、出口總管、以及在進口總管和出口總管之間延伸的多個同程管。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項所述的換熱器，其中 所述熱物料管的物料進口(141)設置在所述下部冷介質(zhì)分布室的外側(cè)面上部處，物料出口(142)設置在所述下部冷介質(zhì)分布室的外側(cè)面下部處，并且 所述冷物料管的物料進口(131)設置在所述上部熱介質(zhì)分布室的外側(cè)面上部處，物料出口(132)設置在所述上部熱介質(zhì)分布室的外側(cè)面下部處。
11.權(quán) 利要求1-10中任一項所述的換熱器在用于對溫度高于200°C和/或壓力高于IOMPa的流體進行換熱中的應用。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種換熱器(100，100’，100”，100”’)，包括殼體(110)；設置在殼體內(nèi)的隔板(120)，該隔板將殼體的內(nèi)部空間分隔成分別填充有換熱介質(zhì)的上部、下部介質(zhì)分布室(111，112)；分別設置在上部、下部介質(zhì)分布室中的冷物料管(130，130”)和熱物料管(140，140”)，冷、熱物料適于分別輸送通過冷、熱物料管以與換熱介質(zhì)換熱；以及連通這兩個介質(zhì)分布室的至少一個第一連通裝置(160，160’)和第二連通裝置(150)，其中上部介質(zhì)分布室內(nèi)的換熱介質(zhì)在與冷物料管中輸送的冷物料熱交換并冷卻后通過第二連通裝置進入下部介質(zhì)分布室，并且下部介質(zhì)分布室內(nèi)的換熱介質(zhì)在與熱物料管中輸送的熱物料熱交換并被加熱后通過第一連通裝置進入上部介質(zhì)分布室。由此，冷、熱物料均在管程內(nèi)流動，殼程內(nèi)填充有不含雜質(zhì)的潔凈流體，從而有效解決了含雜質(zhì)流體在換熱過程中易堵塞的問題。
文檔編號F28D15/02GK103196316SQ20121000807
公開日2013年7月10日 申請日期2012年1月4日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月4日
發(fā)明者張玉寶, 程樂明, 高志遠, 谷俊杰, 趙曉, 王青, 田文堂, 曹雅琴, 杜娟, 李成學 申請人:新奧科技發(fā)展有限公司