[发明专利]一种高效紧凑毛细管换热器

说明书

本发明公开了一种高效紧凑毛细管换热器，包括筒体、一级毛细管、二级集管和三级环管，一级毛细管通过钎焊与二级集管连接，二级集管汇入三级环管中，换热管程采用三级管束，最终汇入进出口管中。本发明提出一种新型紧凑高效毛细管换热器，极大提高设备换热效率，在相同工况下换热系数大，需要较小的换热面积就可以交换相同的热量，其结构紧凑，大幅度减小了设备的体积和重量。同时新的布管方式有效减小毛细管的长度，可以解决毛细管所带来的压降过高的问题。起支撑和折流作用的折流板可增加壳程湍流，以提高壳程的换热效率及传热系数。

技术领域

本发明涉及管式换热器领域，具体地说是涉及一种高效紧凑毛细管换热器。

背景技术

管式换热器是最典型的间壁式换热器，它在工业上的应用有着悠久的历史，而且至今仍在所有换热器中占据主导地位。其作为化工生产中的重要单元设备，往往体积和吨位很大，占整个工艺设备的30％。管式换热器大型化趋势明显，当应用的工况要求的传热量变大时，相应地要提高换热面积，就需要增加管数和长度，这就增大了换热设备的体积和重量。

目前，毛细管技术开始在化工领域中运用，但针对换热设备，并未提出合理的结构和方案。现有采用毛细管的管式换热器虽然在换热性能上有所提高，但结构仍然不够紧凑，换热系数较低，相同的换热量仍需要较大的换热面积来实现。对于管式换热器，工况为相同流量的流体时，换热管中压降与管长和管径存在如下关系：ΔP∝L/d。可以看到当毛细管管径d很小时，相对普通换热管其整体压降ΔP较大，而由公式可知毛细管的管长越长其压降越大，当使用普通管壳式换热器的布管方式排列毛细管时，会造成整体换热器管程压降过大而超出标准。

发明内容

基于上述技术问题，本发明提供一种高效紧凑毛细管换热器。

本发明所采用的技术解决方案是：

一种高效紧凑毛细管换热器，包括筒体、一级毛细管、二级集管和三级环管，筒体的中心为圆柱形中空结构，在筒体的一端设置有后盖板，在筒体的另一端设置有前盖板，前盖板、后盖板和筒体之间形成环形空间；在筒体的一端设置有与环形空间连通的壳程入口，在筒体的另一端设置有与环形空间连通的壳程出口；

一级毛细管和二级集管布置在环形空间内，三级环管布置在筒体的外部；所述三级环管包括第一环管、第二环管、第三环管、第四环管和第五环管，其中第一环管、第三环管和第五环管与管程入口管连接，第二环管和第四环管与管程出口管连接；

所述二级集管沿筒体的轴向布设，二级集管的一端封堵，另一端与三级环管连接；二级集管设置多个，按照与筒体轴心的距离不同，共划分成五组，分别为第一组二级集管、第二组二级集管、第三组二级集管、第四组二级集管和第五组二级集管，第一组二级集管、第二组二级集管、第三组二级集管、第四组二级集管和第五组二级集管相距筒体轴心的距离逐渐增大，且每组二级集管在以轴心为圆心的同心圆上均匀布置；

其中，第一组二级集管的一端均与第五环管连接，第二组二级集管的一端均与第四环管连接，第三组二级集管的一端均与第三环管连接，第四组二级集管的一端均与第二环管连接，第五组二级集管的一端均与第一环管连接；

所述一级毛细管设置多个，一级毛细管连接在相邻两组二级集管之间，一级毛细管呈渐开线形式布置；

在环形空间内沿筒体的径向还间隔设置有多个折流板，折流板的一端与筒体内壁之间形成有方便壳程流体流通的缺口，相邻折流板与筒体内壁之间形成的缺口交错布置；在折流板的中心设置有中心孔，在折流板上布设有若干个固定孔，二级集管从固定孔中穿过并固定。

优选的，所述一级毛细管密集地布置在第一组二级集管和第二组二级集管之间、第二组二级集管和第三组二级集管之间、第三组二级集管和第四组二级集管之间、以及第四组二级集管与第五组二级集管之间；所有一级毛细管整体呈螺旋状布置。