防冻坏型闭式冷却设备的换热管组的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供一种防冻坏型闭式冷却设备的换热管组，包括：一个防冻型管箱、出口、进口及多根防冻型换热管；其中：每相邻的两根防冻型换热管的其中一端通过弯头连接，弯头的壁厚及抗拉强度均大于与防冻型换热管的壁厚及抗拉强度，防冻型换热管远离弯头的一端与防冻型管箱相连通；所述的防冻型管箱的壁厚大于防冻型换热管的壁厚；所述的防冻型管箱设有泄压装置，用于将防冻型管箱内由于结冰膨胀超出压力的液体排出；防冻型管箱的下方设有进口，防冻型管箱的上方设有出口。本实用新型解决了寒冷地区冷却塔防冻坏的问题，利用防冻型管箱及防冻型换热管，结合安全泄压阀或安全泄压管，可以实现闭式冷却塔或者闭式冷却设备的管组防冻坏。
【专利说明】防冻坏型闭式冷却设备的换热管组
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及闭式冷却设备，特别涉及一种防冻坏型闭式冷却设备的换热管 组。
【背景技术】
[0002] 现有的闭式冷却塔管组包括常规蛇形盘管形式及常规管箱直管形式（见图1A和 图1B)，具体包括：出口管箱1、出口 2、进口管箱3、进口 4、管组支撑架5、盘管6、盘管支撑 7、端管箱8及进出管箱9。对于常规蛇形盘管形式管组被冷却介质从管组的进口 4进入进 口管箱3内，然后液体经过盘管6曲折流向出口管箱1，然后经出口 2流出。盘管6为普通 的翅片管或者光管。而对于常规管箱直管形式的换热管组，被冷却介质从进口 4进入进出 端管箱9内，经过盘管6进入端管箱8内，经过端管箱8导流然后再经过另一层盘管6进入 进出端管箱9,如此循环最后被冷却介质自进出端管箱9中的出口 2排出。
[0003] 普通型闭式冷却塔如果想实现防冻坏必须加防冻液，且需定期更换内部防冻液， 成本高，在极冷地区（如新疆、东北）防冻效果也不理想。
[0004] 在寒冷季节，当换热器停用、循环泵故障、无热负荷或热负荷不足等情况均可造成 进口管箱3、出口管箱1或者盘管6冻坏漏水的情况发生，轻则需更换换热管，重则整个管组 报废。冻坏管组必然导致冷却塔冷却能力下降或者失效，严重影响被冷却设备的正常运行， 另外冻坏后更换管组的成本较高，工期较长。鉴于此，迫切需要一种防冻坏型闭式冷却塔管 组，以解决上述技术中的不足。 实用新型内容
[0005] 本实用新型的目的在于解决寒冷地区冷却塔防冻坏的问题，利用防冻型管箱及防 冻型换热管，结合安全泄压阀或安全泄压管，可以实现闭式冷却塔或者闭式冷却设备的管 组防冻坏。
[0006] 为达上述目的，本实用新型提供一种防冻坏型闭式冷却设备的换热管组，其包括： 一个防冻型管箱、出口、进口及多根防冻型换热管；其中：每相邻的两根防冻型换热管的其 中一端通过弯头连接，弯头的壁厚及抗拉强度均大于与防冻型换热管的壁厚及抗拉强度， 防冻型换热管远离弯头的一端与防冻型管箱相连通；所述的防冻型管箱的壁厚大于防冻型 换热管的壁厚；所述的防冻型管箱设有泄压装置，用于将防冻型管箱内由于结冰膨胀超出 压力的液体排出；防冻型管箱的下方设有进口，防冻型管箱的上方设有出口。
[0007] 本实用新型还提供一种防冻坏型闭式冷却设备的换热管组，其包括：至少两个防 冻型管箱、出口、进口及多根防冻型换热管；其中：每根防冻型换热管均为直管且每根防 冻型换热管的两端分别与两个防冻型管箱相连通，防冻型换热管的内壁表面粗糙度达到 Ral. 6,并且每两个防冻型管箱之间的防冻型换热管长度不大于6米；所述的防冻型管箱的 壁厚大于防冻型换热管的壁厚；所述的防冻型管箱设有泄压装置，用于将防冻型管箱内由 于结冰膨胀超出压力的液体排出；防冻型管箱的下方设有进口，防冻型管箱的上方设有出 □。
[0008] 所述的防冻坏型闭式冷却设备的换热管组，其中：防冻型管箱内部水的体积相对 于外部与冷空气接触的面积比，大于防冻型换热管内部水的体积相对于外部管与冷空气接 触的面积比。
[0009] 所述的防冻坏型闭式冷却设备的换热管组，其中：所述的泄压装置为安全泄压阀， 其设于防冻型管箱的顶部，防冻型管箱内部通过多块隔板区分出多个隔离腔体，隔板上设 有泄压孔，用于排出各腔体内的受压水并将防冻型管箱内各腔体连通。
[0010] 所述的防冻坏型闭式冷却设备的换热管组，其中：所述的泄压装置为多根安全泄 压管，防冻型管箱内部通过多块隔板区分出多个隔离腔体，多根安全泄压管分别与防冻型 管箱内的各腔体相连通并汇聚于一根安全泄压管，安全泄压管的外部配有保温层。
[0011] 所述的防冻坏型闭式冷却设备的换热管组，其中：防冻型换热管由管组支撑架和 换热管支撑板所支撑。
[0012] 所述的防冻坏型闭式冷却设备的换热管组，其中：所述的防冻型换热管是水平布 置或是带有倾斜度布置。
[0013] 所述的防冻坏型闭式冷却设备的换热管组，其中：所述的防冻型管箱的箱体，其形 状是方形或圆形的封闭结构；所述的防冻型管箱的箱体通过焊接、粘结或螺栓紧固形式进 行连接；所述的防冻型管箱的材质是碳钢、不锈钢或钛。
[0014] 所述的防冻坏型闭式冷却设备的换热管组，其中：所述的防冻型换热管是圆管、椭 圆管或者扁管；所述的防冻型换热管的材质是碳钢、不锈钢、铜、铝或钛。
[0015] 所述的防冻坏型闭式冷却设备的换热管组，其中：所述的防冻型换热管是圆管光 管、圆基管翅片管、椭圆光管或椭圆基管翅片管。
[0016] 所述的防冻坏型闭式冷却设备的换热管组，其中：防冻型换热管中的翅片管是双 金属轧制管、绕翅管、镶翅或钎焊翅的翅片管。
[0017] 所述的防冻坏型闭式冷却设备的换热管组，其中：所述的弯头与防冻型换热管采 用相同材质或不同材质。
[0018] 所述的防冻坏型闭式冷却设备的换热管组，其中：所述的换热管支撑板的材质是 金属或非金属。
[0019] 所述的防冻坏型闭式冷却设备的换热管组，其中：所述的管组支撑架的材质是金 属或非金属。
[0020] 本实用新型的有益效果是：彻底解决了该类闭式冷却塔或者空冷器管组防冻问 题，既可用于循环冷却水等液态流体的冷却，也可用于各种气态工艺介质的冷凝，适用于冶 金、电力、化工、炼油、制药、民用空调以及机械等行业。
【专利附图】
【附图说明】
[0021] 图1A为常规蛇形盘管形式的闭式冷却塔管组示意图；
[0022] 图1B为常规管箱直管形式的闭式冷却塔管组示意图；
[0023] 图2为本实用新型的采用单一管箱的换热管组的示意图；
[0024] 图3A为带一个弯型的防冻型换热管的示意图；
[0025] 图3B为直管型防冻型换热管的示意图；
[0026] 图4为采用安全泄压阀和泄压孔的防冻型管箱的剖视图；
[0027] 图5为本实用新型的采用两个管箱的换热管组的示意图；
[0028] 图6为本实用新型的采用多个管箱的换热管组的示意图；
[0029] 图7为采用安全泄压管的防冻型管箱的剖视图。
【具体实施方式】
[0030] 有关本实用新型为达到上述的使用目的与功效及所采用的技术手段，现举出较佳 可行的实施例，并配合附图所示，详述如下：
[0031] 首先，如图2所示，为本实用新型的采用单一管箱的换热管组的示意图，其包括一 个防冻型管箱10、出口 11、进口 12、管组支撑架13、防冻型换热管14及换热管支撑板15。 每相邻的两根防冻型换热管14的一端通过弯头连接（请见图3A)，弯头与防冻型换热管14 采用相同材质或不同材质，弯头壁厚大于与其相连的直管（即防冻型换热管14)壁厚，抗拉 强度大于与其相连的直管；防冻型换热管14远离弯头的一端与防冻型管箱10相连通。
[0032] 此外，防冻型管箱10的下方设有进口 12,用于流入热流体，防冻型管箱10的上方 设有出口 11，用于流出冷流体。防冻型换热管14由管组支撑架13和换热管支撑板15所 支撑。其中，管组支撑架13位于管组四周及内部，其作用是支撑管组及承上启下，其特点 是防冻管箱为对称两个或多个布置时不可以约束防冻型管组的内部应力；而换热管支撑板 15的作用是将各防冻型换热管14分隔开，其特点是不能束缚住盘管。
[0033] 由上可知，热流体是通过进口 12进入防冻型管箱10,再通过防冻型换热管14,最 终通过出口 11流出闭式冷却塔。
[0034] 所述的防冻型换热管14可以是水平布置也可以是带有倾斜度布置。
[0035] 所述的防冻型管箱10设有泄压装置，如图4所示，为采用安全泄压阀和泄压孔的 防冻型管箱的剖视图，所述的防冻型管箱10的顶部设有安全泄压阀16,用于将受体积增加 而压力超出安全范围的水排出防冻型管箱10,此外，内部通过多块隔板17区分出多个隔离 腔体，隔板17的中心设有泄压孔18,以使各腔体内的受压水排出，还可以将防冻型管箱10 内各腔体连通，使受压水通过泄压孔18以及安全泄压阀排出防冻型管箱10,从而保护防冻 型管箱10不被冻坏。
[0036] 此外，所述的防冻型管箱10所设的泄压装置还可以是安全泄压管22,如图7所示， 为采用安全泄压管的防冻型管箱的剖视图，多根安全泄压管22分别与防冻型管箱10内的 各腔体相连通（腔体的隔板上可以省略掉泄压孔）并汇聚于一根安全泄压管22,在防冻型 换热管组正常运行过程中始终在对外部排水，且安全泄压管22的外部配有保温层23,防止 安全泄压管22被冻住。安全泄压管22的直径一般在Φ 8-Φ 10 (单位：毫米），通过此管流 出的液体量为〇. 4-0. 6m3/h，通常占整个系统循环量的0. 01-0. 1 %，不会对正常循环水量造 成影响。而当冬季管组结冰时，通过上述分析防冻型换热管14内部的冰挤进防冻型管箱10 内部之后，受膨胀挤压的未结冰的水会通过安全泄压管22排出防冻型管箱10,从而保证防 冻型管箱10及防冻型换热管14不被冻坏。
[0037] 再如图5所示，为本实用新型的采用两个管箱的换热管组的示意图；当防冻型管 箱10为2个时，防冻型换热管14为直管（请见图3B)，防冻型换热管14内壁表面粗糙度 必须达到Ral. 6,并且防冻型换热管14长度不大于6米；当防冻型换热管14长度大于6米 时，需在防冻型换热管14中间增加防冻型管箱10,即防冻型管箱10的数量为多个（请见图 6)，以减短防冻型换热管14长度。
[0038] 所述的防冻型管箱10的箱体，其形状可以是方形、圆形或其他封闭结构，箱体可 以是焊接、粘结、螺栓紧固连接形式或其他连接形式。所述的防冻型管箱10材质可以是碳 钢、不锈钢、钛或其他材质。
[0039] 所述的防冻型换热管14的材质可以是碳钢、不锈钢、铜、铝、钛或其他材质；此外， 所述的防冻型换热管14可以是圆管、椭圆管或者扁管；或者防冻型换热管14可以是圆管光 管、圆基管翅片管、椭圆光管、椭圆基管翅片管或其他闭合轨迹管。
[0040] 防冻型换热管14中的翅片管可以是双金属轧制管，也可以是绕翅管，也可以是镶 翅、钎焊翅等翅片管。
[0041] 所述的换热管支撑板15可以是金属或非金属；所述的换热管支撑板15也可以是 支架或其他支撑盘管的结构。
[0042] 再有，所述的管组支撑架13的材质可以是金属或非金属。
[0043] 下面结合图2-图7说明一下防冻实现的工作流程：
[0044] 当外界气温到达冰点时，闭式冷却塔管组由于热负荷不足、突然停电、循环泵故障 等导致管组内部水会结冰。由于防冻型管箱10的壁厚不小于8mm，远大于防冻型换热管14 壁厚0. 6-2mm，且防冻型管箱10内部水的体积相对于外部与冷空气接触的面积比（一般为 9-12)，远大于防冻型换热管14内部水的体积相对于外部管与冷空气接触的面积比（一般 为5-7)，故管组结冰的顺序是自防冻型管箱10及防冻换热管14的内壁开始，逐渐向内部冻 冰，且防冻换热管14先于防冻型管箱10内部全部结冰。
[0045] 首先分析防冻型换热管14如何防冻坏，防冻换热管详见图3A，当防冻型管组（图 2)内具备一个防冻型管箱10时，所配防冻型换热管为图3A中防冻型换热管14,由于防冻 型换热管14结冰速度快于防冻型管箱10的结冰速度，当防冻型换热管14内部全部结冰 后，体积膨胀，冰层受膨胀力的作用会向防冻型换热管14 口部移动，而防冻型换热管14 口 部与防冻型管箱10连接（如图2)，且防冻型管箱10内部尚未全部结冰，则防冻型换热管 14内冰会被挤进防冻型管箱10内，从而释放冰的膨胀力，保护防冻型换热管14不被涨裂。 此处需要注意的是防冻型换热管14尾部弯头采用厚壁管制作，且经过淬火处理后增加其 强度，当冰层被膨胀力挤出防冻型换热管14时，会对弯头造成一个反作用推力，弯头必须 承受这个推力。另外防冻型换热管14内壁表面粗糙度需达到Ral. 6,这样可以减小冰层与 防冻型换热管内壁21的摩擦力，确保冰被膨胀力挤出换热管。
[0046] 其次分析防冻型管箱10如何实现防冻坏，防冻型管箱示意图如图4所示，在防冻 型换热管14结冰的过程中，防冻型管箱10内也在结冰，只是防冻型管箱10内结冰的速度 慢于防冻型换热管14内结冰速度，故防冻型换热管14内的冰可以挤进防冻型管箱10内 部；当防冻型换热管14内冰由于膨胀力挤进防冻型管箱10内后，防冻型管箱10内由于外 来冰块的进入再加上自身内部结冰使其内部体积膨胀，同时防冻型管箱10的内壁上已经 开始结冰，但是防冻型管箱10的中心尚未结冰，膨胀的体积使防冻型管箱10中心水压升 高，如不将此部分水排出，将会冻裂防冻型管箱10。此处防冻型管箱10的上部安装有安全 泄压阀16,负责将受体积增加而压力超出安全范围的水排出防冻型管箱10 ;而防冻型管箱 10内部是由多个隔离腔体组成的，为了将各腔体内受压水排出，则需要将管箱隔板17的中 心制作泄压孔18,这样可以将防冻型管箱10内部各腔体连通，从而使受压水通过泄压孔18 及安全泄压阀16排出防冻型管箱10,从而保护管箱不被冻坏。
[0047] 以上介绍的是一种防冻坏型闭式冷却塔管组单管箱防冻实现的情况，下面介绍一 种防冻坏型闭式冷却塔管组内配备两个（图5)及多个管箱（图6)时防冻的过程。
[0048] 首先分析防冻换热管20如何防冻坏，防冻换热管详见图3B中防冻型换热直管20， 当防冻型管组10 (图5)内具备2个防冻管箱时，所配防冻型换热管为图3B中防冻型换热 直管20,由于防冻型换热直管20结冰速度快于防冻型管箱10及防冻型端部管箱19及防冻 型中部管箱21的结冰速度，当防冻型换热直管20内部全部结冰后，体积膨胀，冰层受膨胀 力的作用会向防冻型换热直管20的两端口部移动，而防冻型换热直管20 口部与防冻型管 箱10、防冻型端部管箱19及防冻型中部管箱21连接（如图5)，且防冻型管箱10、防冻型端 部管箱19及防冻型中部管箱21内部尚未全部结冰，则防冻型换热直管20内冰会被挤进防 冻型管箱10内、防冻型端部管箱19及防冻型中部管箱21内，从而释放冰的膨胀力，保护防 冻型换热直管20不被涨裂。另外防冻型换热直管20内壁表面粗糙度需达到Ral. 6,这样可 以减小冰层与防冻型换热直管20内壁的摩擦力，确保冰被膨胀力挤出换热管。
[0049] 而防冻型管箱10、防冻型端部管箱19及防冻型中部管箱21防冻坏原理同防冻型 管箱10的原理，此处不再详述。
[0050] 综上所述，本实用新型的重点是在于通过新型结构让闭式冷却塔管组实现了防冻 坏，即使冬季管组内部结冰，也不会对管组造成破坏，只需要化冰后即可以正常使用。本实 用新型的防冻坏型闭式冷却塔管组真正实现了防冻坏，可以极大的降低用户的运行维护成 本。因此，本实用新型彻底解决了闭式冷却设备在寒冷地区的冻坏问题，其可以应用在冷却 塔或空冷器冷却介质为水或其它凝固点类似于水的介质，适用于冶金、电力、化工、炼油、制 药、民用空调以及机械等行业。
[0051] 以上对本实用新型的描述是说明性的，而非限制性的，本专业技术人员理解，在权 利要求限定的精神与范围之内可对其进行许多修改、变化或等效，但是它们都将落入本实 用新型的保护范围内。
【权利要求】
1. 一种防冻坏型闭式冷却设备的换热管组，其包括：一个防冻型管箱、出口、进口及多 根防冻型换热管；其特征在于：每相邻的两根防冻型换热管的其中一端通过弯头连接，弯 头的壁厚及抗拉强度均大于与防冻型换热管的壁厚及抗拉强度，防冻型换热管远离弯头的 一端与防冻型管箱相连通；所述的防冻型管箱的壁厚大于防冻型换热管的壁厚；所述的防 冻型管箱设有泄压装置，用于将防冻型管箱内由于结冰膨胀超出压力的液体排出；防冻型 管箱的下方设有进口，防冻型管箱的上方设有出口。
2. -种防冻坏型闭式冷却设备的换热管组，其包括：至少两个防冻型管箱、出口、进口 及多根防冻型换热管；其特征在于：每根防冻型换热管均为直管且每根防冻型换热管的两 端分别与两个防冻型管箱相连通，防冻型换热管的内壁表面粗糙度达到Ral. 6,并且每两个 防冻型管箱之间的防冻型换热管长度不大于6米；所述的防冻型管箱的壁厚大于防冻型换 热管的壁厚；所述的防冻型管箱设有泄压装置，用于将防冻型管箱内由于结冰膨胀超出压 力的液体排出；防冻型管箱的下方设有进口，防冻型管箱的上方设有出口。
3. 根据权利要求1或2所述的防冻坏型闭式冷却设备的换热管组，其特征在于：防冻 型管箱内部水的体积相对于外部与冷空气接触的面积比，大于防冻型换热管内部水的体积 相对于外部管与冷空气接触的面积比。
4. 根据权利要求1或2所述的防冻坏型闭式冷却设备的换热管组，其特征在于：所述 的泄压装置为安全泄压阀，其设于防冻型管箱的顶部，防冻型管箱内部通过多块隔板区分 出多个隔离腔体，隔板上设有泄压孔，用于排出各腔体内的受压水并将防冻型管箱内各腔 体连通。
5. 根据权利要求1或2所述的防冻坏型闭式冷却设备的换热管组，其特征在于：所述 的泄压装置为多根安全泄压管，防冻型管箱内部通过多块隔板区分出多个隔离腔体，多根 安全泄压管分别与防冻型管箱内的各腔体相连通并汇聚于一根安全泄压管，安全泄压管的 外部配有保温层。
6. 根据权利要求1或2所述的防冻坏型闭式冷却设备的换热管组，其特征在于：防冻 型换热管由管组支撑架和换热管支撑板所支撑。
7. 根据权利要求1或2所述的防冻坏型闭式冷却设备的换热管组，其特征在于：所述 的防冻型换热管是水平布置或是带有倾斜度布置。
8. 根据权利要求1或2所述的防冻坏型闭式冷却设备的换热管组，其特征在于：所述 的防冻型管箱的箱体，其形状是方形或圆形的封闭结构；所述的防冻型管箱的箱体通过焊 接、粘结或螺栓紧固形式进行连接；所述的防冻型管箱的材质是碳钢、不锈钢或钛。
9. 根据权利要求1或2所述的防冻坏型闭式冷却设备的换热管组，其特征在于：所述 的防冻型换热管是圆管、椭圆管或者扁管；所述的防冻型换热管的材质是碳钢、不锈钢、铜、 错或钦。
10. 根据权利要求1或2所述的防冻坏型闭式冷却设备的换热管组，其特征在于：所述 的防冻型换热管是圆管光管、圆基管翅片管、椭圆光管或椭圆基管翅片管。
11. 根据权利要求10所述的防冻坏型闭式冷却设备的换热管组，其特征在于：防冻型 换热管中的翅片管是双金属轧制管、绕翅管、镶翅或钎焊翅的翅片管。
12. 根据权利要求1或2所述的防冻坏型闭式冷却设备的换热管组，其特征在于：所述 的换热管支撑板的材质是金属或非金属。
13.根据权利要求1或2所述的防冻坏型闭式冷却设备的换热管组，其特征在于：所述 的管组支撑架的材质是金属或非金属。
【文档编号】F28C1/14GK203893699SQ201420314092
【公开日】2014年10月22日 申请日期:2014年6月12日 优先权日:2014年6月12日
【发明者】魏忠信, 郭庆丰, 于红玉 申请人:北京朗博科科技发展有限公司