一种双管板U形壳体高温换热器的制作方法

本实用新型涉及换热器相关技术领域，特别涉及一种双管板U形壳体高温换热器。

背景技术：

在太阳能光热发电过程中，熔盐换热是一个非常关键的环节。太阳能光热发电技术从上世纪八十年代发展至今，对充当其传热介质的材料进行了多样化的尝试，包括水和蒸汽、空气、液态金属、导热油及熔盐等。随着光热发电技术的革新，所需要的传热介质使用温度愈来愈高，要求的传热能力也愈来愈强。

熔盐是优良的传热储能介质，在建筑供暖、谷电制热、风电消纳等方面都具有一定的应用前景。由于其具有较高的使用温度、高热稳定性、高比热容、高对流传热系数、低粘度、低饱和蒸汽压、低价格等“四高三低”的优势，成为目前光热发电领域中认可度最高的传储热介质之一。

但另一方便，由于熔盐的高温度、泄漏自燃性、易结晶性（一旦结晶将无法清除或融化，并且粘附在壳体上，受热时与壳体膨胀不一致会造成壳体破坏），给设备的结构及制造要求也较高，尤其是在一些换热温差大场合，换热器难以清理、容易造成损坏，常规的U形管及固定管板换热器等已经无法满足要求。

技术实现要素：

为了解决熔盐换热过程中易结晶、结晶后壳体内部难以清洗等问题，本实用新型提供了一种双管板U形壳体高温换热器，采用的技术方案如下：

一种双管板U形壳体高温换热器，其特征在于，主要包括上壳侧壳体、可拆卸连接于上壳侧壳体前端的上管箱、位于上壳侧壳体下方的下壳侧壳体、可拆卸连接于下壳侧壳体前端的下管箱以及可拆卸连接于上壳侧壳体和下壳侧壳体后端之间的后端端盖，所述上壳侧壳体、后端端盖、下壳侧壳体依次相连，整体呈U形结构，并且内部设有折流板和呈U形分布的用于通冷却水的U形管束，所述U形管束与上管箱和下管箱内部相连，此外，所述上壳侧壳体前部、下壳侧壳体前部分别设有熔盐进口和熔盐出口，所述上管箱、下管箱上分别设有冷却水出口和冷却水进口。

优选的，所述后端端盖由依次连接的椭圆封头、筒节和法兰组成，所述上壳侧壳体和下壳侧壳体后端固定连接有壳侧异形法兰，通过螺栓将法兰和壳侧异形法兰固定连接，从而将后端端盖与上壳侧壳体和下壳侧壳体连接。

优选的，所述壳侧异形法兰上设有U形管束和熔盐可穿过的第一连接孔和第二连接孔，所述第一连接孔和第二连接孔的大小分别与上壳侧壳体和下壳侧壳体后端孔径大小相同。

优选的，所述上壳侧壳体和下壳侧壳体沿着熔盐流动的方向向下倾斜一定角度。

优选的，所述上壳侧壳体自前端向后端向下倾斜，倾斜角度为α，所述下壳侧壳体自后端向前端向下倾斜角度为β。

优选的，所述角度α范围为3°＜α≤10°，所述角度β范围为3°＜β≤10°。

优选的，所述上壳侧壳体和上管箱之间分别通过位于上壳侧壳体前端端部的上外管板和位于上管箱后端端部的上管箱法兰固定连接，所述下壳侧壳体和下管箱之间通过位于下壳侧壳体前端端部的下外管板和位于下管箱后端端部的下管箱法兰固定连接，所述上外管板、下外管板上均设有与U形管束单根管束管径大小相同的通孔，用于通过U形管束并连接上管箱和下管箱的内部腔体。

优选的，所述上壳侧壳体的熔盐进口与上管箱之间、下壳侧壳体的熔盐出口与下管箱之间分别设置有密闭的上密封壳体和下密封壳体。

优选的，所述上壳侧壳体内部设有位于上壳侧壳体前端端部与熔盐进口之间的上内管板，所述下壳侧壳体内部设有位于下壳侧壳体前端端部与熔盐出口之间的下内管板，所述上内管板和下内管板上均设有若干个与U形管束单根管束管径大小相同的通孔，所述上内管板和上外管板之间、下内管板和下外管板之间在U型管束依次穿过上内管板和上外管板、下内管板和下外管板后分别形成密闭的上密封壳体和下密封壳体。

本实用新型的有益效果在于：

1、后端端盖和连接于后端端盖的上壳侧壳体、下壳侧壳体三者组成呈U形结构的换热壳体，内部设有U形结构的通有冷却水的U形管束以及折流板，上壳侧壳体和下壳侧壳体沿熔盐流向倾斜等结构，解决了光电发热中熔盐换热器温度高、温差大、易结晶的问题，整体换热效果更好；

2、壳侧壳体前段设置有内外两个管板，内外管板之间形成了密封腔，当熔盐泄漏时，会进入密封腔，从而避免高温熔盐泄漏后与冷却水直接接触带来的冷却水迅速汽化升压的危险；

3、一般的U形换热器在U形转角处容易产生温差导致熔盐结晶、产生粘接等问题，影响后续进程，后端端盖通过壳侧异形法兰可拆卸的连接于上壳侧壳体和下壳侧壳体之间，便于对换热器内部进行及时清理。

附图说明

图1为双管板U形壳体高温换热器结构示意图

图2为双管板U形壳体高温换热器剖视图

图3为双管板U形壳体高温换热器未安装后端端盖时的剖视图

图4为后端端盖结构示意图

图5为壳侧异形法兰结构示意图

其中，1-后端端盖，101-椭圆封头，102-筒节，103-法兰，104-第一连接孔，105-第二连接孔，2-上壳侧壳体，201-熔盐进口，202-上外管板，203-上内管板，204-上密封壳体，3-上管箱，301-冷却水出口，302-上管箱法兰，4-下壳侧壳体，401-熔盐出口，402-下外管板，403-下内管板，404-下密封壳体，5-下管箱，501-冷却水进口，502-下管箱法兰，6-固定支架，7-U形管束，8-折流板，9-壳侧异形法兰，α-上壳侧壳体与水平面之间的倾斜角度，β-下壳侧壳体与水平面之间的倾斜角度。

具体实施方式

下面结合附图1-5以及具体实施例对本实用新型作进一步详细的说明。

如图1-3所示的双管板U形壳体高温换热器，主要包括上壳侧壳体2、下壳侧壳体4以及后端端盖1，所述上壳侧壳体2和下壳侧壳体4均固定连接于固定支架6上，并且上壳侧壳体2位于下壳侧壳体4的上方位置，上壳侧壳体2前端固定连接有上管箱3，下壳侧壳体4前端固定连接有下管箱5，所述上壳侧壳体2、后端端盖1、下壳侧壳体4三者依次连接并且整体呈U形结构，其U形结构内部还设有用于通冷却水的U行管束7以及用于提高熔盐流速和改变流向的折流板8。

所述上壳侧壳体2前部设有熔盐进口201，下壳侧壳体4前部设有熔盐出口401，上管箱3上设有冷却水出口301，下管箱5上设有冷却水进口501，并且上壳侧壳体2和上管箱3之间通过位于上壳侧壳体2前端端部的上外管板202和位于上管箱3后端端部的上管箱法兰302以及螺栓进行固定连接，下壳侧壳体4和下管箱5之间通过位于下壳侧壳体4前端端部的下外管板402和位于下管箱5后端端部的下管箱法兰502以及螺栓进行固定连接，此外，在上壳侧壳体2内部的前端设有位于熔盐进口201和上外管板202之间的上内管板203，下壳侧壳体4内部的前端设有位于熔盐出口401和下外管板402之间的下内管板403，且所述上内管板203、上外管板202、下内管板403以及下外管板402上均设有与U形管束7的单根管束管径大小相同的通孔，所述通孔数量与U形管束7的管束数量相等，U形管束7穿过上内管板203和上外管板202后，上内管板203、上外管板202和上壳侧壳体2之间形成密封的上密封壳体204，U形管束7穿过下内管板403和下外管板402后，下内管板403、下外管板402和下壳侧壳体4之间形成密封的下密封壳体404。

此外，上壳侧壳体2自前端向后端向下倾斜，倾斜角度为α，下壳侧壳体4自后端向前端向下倾斜，倾斜角度为β，其中3°≤α≤10°，3°≤β≤10°，上壳侧壳体2和下壳侧壳体4后端之间可拆卸连接有后端端盖1，具体的，如图4所示，所述后端端盖1由椭圆封头101、固定连接于椭圆封头101前端的筒节102以及固定连接于筒节102前端的法兰103组成，在上壳侧壳体2和下壳侧壳体4的后端端部设有壳侧异形法兰9，后端端盖1与上壳侧壳体2和下壳侧壳体4之间通过法兰103和壳侧异形法兰9进行固定连接，法兰103与壳侧异型法兰9之间通过螺栓螺母固定。

其中壳侧异形法兰9如图5所示，整体为呈圆形的管板，所述壳侧异形法兰9上设有分别与上壳侧壳体2和下壳侧壳体4配合连接的第一连接孔104和第二连接孔105，第一连接孔104为上壳侧壳体2与壳侧异形法兰9之间的连接孔，其大小与上壳侧壳体2的管径大小一致，第二连接孔105为下壳侧壳体4与壳侧异形法兰9之间的连接孔，其大小与下壳侧壳体4的管径大小相同。

U形管束7整体呈U形分布于上壳侧壳体2、后端端盖1以及下壳侧壳体4内部，具体的，U形管束7一端固定连接于上外管板202和上内管板203的通孔内并且与上管箱3内部相连，依次经过上壳侧壳体2内部、壳侧异性法兰9的第一连接孔104、后端端盖1内部、第二连接孔105、下壳侧壳体4内部，最后另一端固定在下内管板403和下外管板402上的通孔内并且与下管箱5内部相连，需要注意的是，上壳侧壳体2的内部腔体、上密封壳体204的内部腔体与上管箱3的内部腔体之间互不连通，下壳侧壳体4的内部腔体、下密封壳体404的内部腔体与下管箱5的内部腔体之间互不不连通，防止熔盐流入上管箱3或者下管箱5内。

其工作原理如下：

需要被冷却的高温熔盐通过上壳侧壳体2上的熔盐进口201进入换热器内部，与U形管束7内的冷却水进行热交换，高温熔盐沿壳体内通过折流板8上的缺口方向流动，以实现提高流速和改变流动方向，使流体保持紊流的状态，以便提高传热效率，当熔盐沿上壳侧壳体2筒体内流至后端端盖1内，然后再流入下壳侧壳体4筒体内，经下壳侧壳体4上的熔盐出口401流出，为保证制造时管束可以顺利穿管，后端大管1做成法兰连接形式，在制造穿管时先不装配，待U形管束7穿制完成后，后端端盖1上的法兰103可以通过螺栓与壳侧异形法兰9连接组装。

在U形管束7的两侧直管上分别套装壳体（即上壳侧壳体2和下壳侧壳体4），熔盐在上壳侧壳体2和下壳侧壳体4内可以均匀流过，避免局部流速过低或出现死区被快速降温造成结晶带来的破坏；为方便制造和清理，在上下管箱的后端的设置后端端盖1，设置法兰103与壳侧异形法兰9连接，方便拆卸以及后续清理，壳侧异形法兰9上设有分别与上壳侧壳体2和下壳侧壳体4后端管径相等的第一连接孔104和第二连接孔105使得U形管束7可以穿过壳侧异形法兰9、熔盐顺利沿上壳侧壳体2和后端端盖1以及下壳侧壳体4流动；为解决设备停运时可以快速将熔盐排放干净，避免结晶，将上壳侧壳体2和下壳侧壳体4做成倾斜安装，按照熔盐排放的路线倾斜，依靠重力快速排放熔盐；此外，为了加强壳体内部密封效果，在熔盐进口201和上管箱3之间、熔盐出口401和下管箱5之间分别设有密封的上密封壳体204和下密封壳体404，避免高温熔盐泄漏后与冷却水直接接触带来的冷却水迅速汽化升压的危险。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本实用新型的保护范围。