一种模块化串接换热器及其制作方法与流程

本发明涉及换热器领域，更具体地，涉及一种模块化串接换热器及其制作方法。

背景技术：

换热器是一种在不同温度的两种或两种以上流体间实现物料之间热量传递的节能设备，使热量由温度较高的流体传递给温度较低的流体，使流体温度达到流程规定的指标，满足工艺条件的需要，同时提高能源利用率。

随着科学技术的发展，换热器的结构类型也趋向多元化以满足实际生产和应用，其中，管壳式换热器又称列管式换热器，是以封闭在壳体中管束的壁面作为传热面的间壁式换热器，这种换热器结构较简单，操作可靠，可用各种结构材料（主要是金属材料）制造，能在高温、高压下使用，是目前应用最广的类型。管壳式换热器由壳体、传热管束、管板、折流板（挡板）和管箱等部件组成。壳体内部装有管束，管束两端固定在管板上。进行换热的冷热两种流体，一种在管内流动，称为管程流体；另一种在管外流动，称为壳程流体。由于管内外流体的温度不同，因而换热器的壳体与管束的温度也不同。如果两温度相差很大，换热器内将产生很大热应力，导致管子弯曲、断裂，或从管板上拉脱。因此，当管束与壳体温度差超过50℃时，需采取适当补偿措施，以消除或减少热应力。根据所采用的补偿措施，管壳式换热器可分为以下几种主要类型：

1、固定管板式换热器管束两端的管板与壳体联成一体，结构简单，但只适用于冷热流体温度差不大,且壳程不需机械清洗时的换热操作。当温度差稍大而壳程压力又不太高时，可在壳体上安装有弹性的补偿圈，以减小热应力。

2、浮头式换热器管束一端的管板可自由浮动，完全消除了热应力；且整个管束可从壳体中抽出，便于机械清洗和检修。浮头式换热器的应用较广，但结构比较复杂，造价较高。

3、U型管式换热器每根换热管皆弯成U形，两端分别固定在同一管板上下两区，借助于管箱内的隔板分成进出口两室。此种换热器完全消除了热应力，结构比浮头式简单，但管程不易清洗。

4、涡流热膜换热器涡流热膜换热器采用最新的涡流热膜传热技术，通过改变流体运动状态来增加传热效果，当介质经过涡流管表面时，强力冲刷管子表面，从而提高换热效率。最高可达10000W/m2℃。同时这种结构实现了耐腐蚀、耐高温、耐高压、防结垢功能，但成本高。

然而，固定管板式换热器、浮头式换热器、U型管式换热器相比翅片式换热器换热效果较差，翅片式换热器通过在普通的基管上加装翅片来达到强化传热的目的，但正是由于翅片的设置使得污垢难以清除，而污垢的堆积反而使换热系数降低，影响换热效果。假如在管壳式换热器的换热管上加装翅片，则管束则无法抽出，不利于壳程清洗。因此，有必要对现有技术的换热器进行改进。

技术实现要素：

本发明为克服上述现有技术所述的至少一种不足，提供一种换热系数高、不宜结垢、便于清洗维护的模块化串接换热器，本发明的另一个目的在于提供所述模块化串接换热器的制作方法。

为了解决上述存在的技术问题，本发明采用下述技术方案：

一种模块化串接换热器，所述换热器包括若干换热模块，所述换热模块包括换热板和设置于换热板上的换热管，所述换热板所在平面的两侧分别设有凸柱锥和凹柱槽，每个换热模块的凸柱锥与相邻换热模块的凹柱槽串接。

本发明将换热管设置于换热板上，形成换热模块，并通过设置在换热板上的凸柱锥及凹柱槽的相互配合将换热模块串接形成换热器的主要部件，换热模块之间的串接安装不需要借助其他外部辅助措施，安装工艺简单，便于拆卸清洗。更重要的，通过凸柱锥及凹柱槽的连接配合，使得装配过程可以实现重力自动找正准心，从而实现快速安装。另外，换热元件的模块化有利于实现标准化，进行换热器清洗维护时，可以用其他换热模块替代需要清洗维护的换热模块，不会耽误生产线的运行，其中某些换热模块发生故障时也便于进行更换，加快维修速度。换热管设置于换热板上，换热板相当于设置在换热管外部的散热翅片，流体热量可以通过换热管管壁传递到换热板上或从换热板传递到换热管管壁，使换热管与换热板均能同时向外界导热散热，换热系数提升10%以上，而且相邻换热模块之间通过凸柱锥及凹柱槽的配合实现串接，凸柱锥插接于凹柱槽中，两者至少形成凸柱锥顶部与凹柱槽底部之间的面接触或凸柱锥外壁与凹柱槽内壁之间的面接触，相邻换热模块之间可实现热传递，使每一块换热模块换热均匀，避免因长期热量不均而发生翘曲，影响换热效果及换热器的寿命。

在保证换热模块之间结构紧凑的基础上，为提高凸柱锥与凹柱槽之间的接触面积，所述凸柱锥的高度大于凹柱槽的高度，避免凹柱槽顶部接触到相邻换热板板面时凸柱锥顶部尚未接触到凹柱槽底部，接触面积相对较小，甚至当凸柱锥径向尺寸小于凹柱槽内壁径向尺寸时，换热模块之间将无法稳定连接；进一步地，所述凸柱锥与凹柱槽之间为间隙配合，防止两者之间的配合过于紧密而难以拆卸。所述凸柱锥与凹柱槽之间为小于10μm的间隙配合，避免两者之间形成过大的间隙，使得凸柱锥与凹柱槽之间形成凸柱锥顶部与凹柱槽底部之间的面接触和凸柱锥外壁与凹柱槽内壁之间的面接触，增大传热面积，提高传热效率。

为了提高换热板与换热管之间的传热速率，所述换热板包括外框和若干散热肋片，所述散热肋片并列且相距布置于外框上，且散热肋片所在平面与外框所在平面相互平行，换热管设置于相邻两块散热肋片之间且其两侧分别与相邻两块散热肋片接触，所述凸柱锥和凹柱槽设置于外框上。每一个散热肋片连接相邻两段换热管，换热管与散热肋片相间连接成整片的换热模块，每一个散热肋片可以同时为相邻两端换热管散热，而且可以保持能量传递保证每一段换热管换热均匀，进而保证同一块换热模块上不会因为局部过热而使换热管拉脱或散热肋片翘曲，提高换热器的寿命。与此同时，换热管与散热肋片相间连接形成整片的换热模块，在换热模块的表面形成凹凸起伏的面，串接后，换热介质流经时多次形成湍流或涡流，降低热阻，提高换热效率，而且由于换热介质的这种流动特性对换热管和散热肋片形成撞击使得换热管和散热肋片的表面不易结垢。

为了提高换热板与换热管之间的接触密度，所述换热板与换热管之间为过盈配合，加大接触面积，提高换热效率。所述换热板与换热管的接触面设有导热硅胶，降低接触热阻，提升导热系数至8W/mK，使换热管的热量快速导出到换热板散出。

所述模块化串接换热器的制作方法包括如下步骤：

S1.制作具有凸柱锥及凹柱槽的换热板；

S2.将换热管固定于步骤S1得到的换热板上，得到换热模块；

S3.将步骤S2得到的换热模块通过凸柱锥及凹柱槽串接在一起，得到模块化串接换热器。

步骤S2中，将换热管与换热板固定后用导热硅胶对两者的接触面进行封胶。

本发明与现有技术相比较有如下有益效果：本发明将换热管设置于换热板上，形成换热模块，并通过设置在换热板上的凸柱锥及凹柱槽的相互配合将换热模块串接形成换热器的主要部件，换热模块之间的串接安装不需要借助其他外部辅助措施，安装工艺简单，便于拆卸清洗。更重要的，通过凸柱锥及凹柱槽的连接配合，使得装配过程可以实现重力自动找正准心，从而实现快速安装。换热管设置于换热板上，换热板相当于设置在换热管外部的散热翅片，流体热量可以通过换热管管壁传递到换热板上或从换热板传递到换热管管壁，使换热管与换热板均能同时向外界导热散热，换热系数提升10%以上。相邻换热模块之间通过凸柱锥及凹柱槽的配合实现串接，凸柱锥插接于凹柱槽中，两者至少形成凸柱锥顶部与凹柱槽底部之间的面接触或凸柱锥外壁与凹柱槽内壁之间的面接触，相邻换热模块之间可实现热传递，使每一块换热模块换热均匀。

附图说明

图1是模块化串接换热器装配示意图；

图2是模块化串接换热器串接接头示意图；

附图标记说明：换热板100，外框110，凸柱锥111，凹柱槽112，散热肋片120，换热管200。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的；附图中描述位置关系的用于仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。下面结合具体实施例对本发明做进一步详细说明。

如图1~2所示，一种模块化串接换热器，所述换热器包括若干换热模块，所述换热模块包括换热板100和设置于换热板100上的换热管200，所述换热板100所在平面的两侧分别设有凸柱锥111和凹柱槽112，每个换热模块的凸柱锥111与相邻换热模块的凹柱槽112串接。

本发明将换热管200设置于换热板100上，形成换热模块，并通过设置在换热板100上的凸柱锥111及凹柱槽112的相互配合将换热模块串接形成换热器的主要部件，换热模块之间的串接安装不需要借助其他外部辅助措施，安装工艺简单，便于拆卸清洗。更重要的，通过凸柱锥111及凹柱槽112的连接配合，使得装配过程可以实现重力自动找正准心，从而实现快速安装。另外，换热元件的模块化有利于实现标准化，进行换热器清洗维护时，可以用其他换热模块替代需要清洗维护的换热模块，不会耽误生产线的运行，其中某些换热模块发生故障时也便于进行更换，加快维修速度。换热管200设置于换热板100上，换热板100相当于设置在换热管200外部的散热翅片，流体热量可以通过换热管200管壁传递到换热板100上或从换热板100传递到换热管200管壁，使换热管200与换热板100均能同时向外界导热散热，换热系数提升10%以上，而且相邻换热模块之间通过凸柱锥111及凹柱槽112的配合实现串接，凸柱锥111插接于凹柱槽112中，两者至少形成凸柱锥111顶部与凹柱槽112底部之间的面接触或凸柱锥111外壁与凹柱槽112内壁之间的面接触，相邻换热模块之间可实现热传递，使每一块换热模块换热均匀，避免因长期热量不均而发生翘曲，影响换热效果及换热器的寿命。

在保证换热模块之间结构紧凑的基础上，为提高凸柱锥111与凹柱槽112之间的接触面积，所述凸柱锥111的高度大于凹柱槽112的高度，避免凹柱槽112顶部接触到相邻换热板100板面时凸柱锥111顶部尚未接触到凹柱槽112底部，接触面积相对较小，甚至当凸柱锥111径向尺寸小于凹柱槽112内壁径向尺寸时，换热模块之间将无法稳定连接；进一步地，所述凸柱锥111与凹柱槽112之间为间隙配合，防止两者之间的配合过于紧密而难以拆卸。所述凸柱锥111与凹柱槽112之间为小于10μm的间隙配合，避免两者之间形成过大的间隙，使得凸柱锥111与凹柱槽112之间形成凸柱锥111顶部与凹柱槽112底部之间的面接触和凸柱锥111外壁与凹柱槽112内壁之间的面接触，增大传热面积，提高传热效率。

为了提高换热板100与换热管200之间的传热速率，所述换热板100包括外框110和若干散热肋片120，所述散热肋片120并列且相距布置于外框110上，且散热肋片120所在平面与外框110所在平面相互平行，换热管200设置于相邻两块散热肋片120之间且其两侧分别与相邻两块散热肋片120接触，所述凸柱锥111和凹柱槽112设置于外框110上。每一个散热肋片120连接相邻两段换热管200，换热管200与散热肋片120相间连接成整片的换热模块，每一个散热肋片120可以同时为相邻两端换热管200散热，而且可以保持能量传递保证每一段换热管200换热均匀，进而保证同一块换热模块上不会因为局部过热而使换热管200拉脱或散热肋片120翘曲，提高换热器的寿命。与此同时，换热管200与散热肋片120相间连接形成整片的换热模块，在换热模块的表面形成凹凸起伏的面，串接后，换热介质流经时多次形成湍流或涡流，降低热阻，提高换热效率，而且由于换热介质的这种流动特性对换热管200和散热肋片120形成撞击使得换热管200和散热肋片120的表面不易结垢。

为了提高换热板100与换热管200之间的接触密度，所述换热板100与换热管200之间为过盈配合，加大接触面积，提高换热效率。所述换热板100与换热管200的接触面设有导热硅胶，降低接触热阻，提升导热系数至8W/mK，使换热管200的热量快速导出到换热板100散出。

所述模块化串接换热器的制作方法包括如下步骤：

S1.制作具有凸柱锥111及凹柱槽112的换热板100；

S2.将换热管200固定于步骤S1得到的换热板100上，用导热硅胶XK-P80对两者的接触面进行封胶得到换热模块；

S3.将步骤S2得到的换热模块通过凸柱锥111及凹柱槽112串接在一起，得到模块化串接换热器。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。