换热器的制作方法

[0001]
本申请涉及石油机械技术领域，特别涉及一种换热器。


背景技术：

[0002]
在工业生产中，经常需要通过换热器对流体进行换热，以使换热之后的流体能够达到工业要求的温度。但待换热流体在相关技术中的换热器的内部流动时会将换热器中的多个换热管堵塞，影响换热器的换热效率。
[0003]
申请内容
[0004]
本申请提供了一种换热器，可以改善换热效率。所述技术方案如下：
[0005]
一方面，提供了一种换热器，所述换热器包括壳体、连接板、分隔板、多个换热管和导流体；
[0006]
所述连接板沿垂直方向固定在所述壳体中，且将所述壳体的内腔分为第一内腔和第二内腔；
[0007]
所述分隔板沿水平方向固定在所述第一内腔中，所述分隔板将所述第一内腔分为两个部分，所述分隔板的一个侧面固定在所述连接板上，所述第一内腔对应的壳体上开有流体入口和流体出口，且所述流体入口和所述流体出口分别位于所述两个部分中，待换热流体从所述流体入口流入所述第一内腔，所述待换热流体从所述流体出口流出所述第一内腔；
[0008]
所述多个换热管位于所述第二内腔中，所述连接板上开有多个通孔，所述多个换热管中每个换热管的入口端和出口端分别与所述连接板上的两个通孔连接，且每个换热管的入口端和出口端分别位于所述两个部分；
[0009]
所述导流体固定在所述分隔板上，且位于所述流体入口的正下方，所述导流体朝向所述流体入口的表面为倾斜面，所述倾斜面朝向所述连接板。
[0010]
可选地，所述导流体包括第一导流体和第二导流体；
[0011]
所述第一导流体和所述第二导流体的表面均呈圆弧状，所述第一导流体的表面的圆弧和所述第二导流体的表面的圆弧相切，所述第一导流体的表面的弯曲方向与所述第二导流体的表面的弯曲方向相互背离，所述第一导流体的表面的弯曲方向朝向所述分隔板，所述第二导流体的表面的弯曲方向朝向所述连接板。
[0012]
可选地，所述第一导流体的表面的圆弧的半径为1/2m，所述m为所述流体入口到所述分隔板的距离。
[0013]
可选地，所述第二导流体的表面的圆弧的半径为所述h为所述待换热流体入射到所述导流体表面的入射区域的直径，所述r为所述第一导流体的表面的圆弧的半径。
[0014]
可选地，所述倾斜面上开有一个或多个导流槽。
[0015]
可选地，所述第二内腔对应的壳体上开有换热介质入口和换热介质出口；
[0016]
所述换热介质入口和所述流体入口位于所述分隔板的同一侧，所述换热介质出口和所述流体出口位于所述分隔板的同一侧。
[0017]
可选地，所述导流体为三角体。
[0018]
可选地，所述导流体为梯形体。
[0019]
可选地，所述倾斜面的面积大于所述待换热流体入射到所述分隔板的表面的入射区域的面积。
[0020]
另一方面，提供了一种换热系统，所述换热系统包括上述任一所述的换热器、第一待换热流体管道和第二待换热流体管道；
[0021]
所述第一待换热流体管道与所述流体入口连接，所述第二待换热流体管道与所述流体出口连接。
[0022]
本申请提供的技术方案带来的有益效果是：
[0023]
在使用本申请提供的换热器时，当待换热流体通过流体入口流入到第一内腔中时，待换热流体会撞击在导流体的倾斜面上，倾斜面会使得待换热流体的速度方向发生变化，使得待换热流体的速度方向朝向连接板。并且在待换热流体撞击到倾斜面之后，在分隔板上靠近连接板的位置处产生较少的涡流，使得在该位置处待换热流体的流速较大，杂质较少地淤积在该位置，从而使得杂质较少地堵塞待换热流体进入多个换热管的入口端，因而可以改善换热效率。
附图说明
[0024]
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0025]
图1是本申请实施例提供的一种换热器的结构示意图；
[0026]
图2是本申请实施例提供的另一种换热器的结构示意图；
[0027]
图3是本申请实施例提供的一种导流体的结构示意图；
[0028]
图4是本申请实施例提供的一种导流体的横截面的示意图；
[0029]
图5是本申请实施例提供的另一种导流体的结构示意图；
[0030]
图6是本申请实施例提供的仿真模拟待换热流体在相关技术中的换热器中的流线示意图；
[0031]
图7是本申请实施例提供的仿真模拟待换热流体在本申请实施例提供的换热器中的流线示意图。
[0032]
附图标记：
[0033]
1：壳体；2：连接板；3：分隔板；4：换热管；5：导流体；11：流体入口；12：流体出口；13：换热介质入口；14：换热介质出口；51：第一导流体；52：第二导流体；53：导流槽。
具体实施方式
[0034]
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请实施方式作进一步地详细描述。
[0035]
在对本申请实施例提供的换热器进行解释说明之前，先对本申请实施例提供的换热器的应用场景做具体介绍。如图1所示，换热器包括壳体1、连接板2、分隔板3、和多个换热管4。连接板2位于壳体1中，且将壳体1的内腔分为第一内腔和第二内腔。分隔板3位于第一内腔中，多个换热管4位于第二内腔中。第一内腔对应的壳体上开有流体入口和流体出口，且流体入口和流体出口位于分隔板3的两侧。连接板2上开有多个通孔，多个换热管4中每个换热管4的入口端和出口端分别与连接板2上的两个通孔连接，且每个换热管4的入口端和出口端分别位于分隔板3的两侧。第二内腔对应的壳体上开有换热介质入口和换热介质出口。在待换热流体通过流体入口进入到第一内腔之后，待换热流体首先撞击在分隔板上，使得待换热流体的垂直速度变为水平速度，从而流入多个换热管中，待换热流体经过多个换热管之后返回至第一内腔并从流体出口流出壳体。
[0036]
在图1所示的装置中待换热流体在分隔板3上靠近连接板的位置处会产生的涡流现象，使得待换热流体在该位置处的流速较低。而待换热流体中通常含有杂质，导致杂质淤积该位置处，从而堵塞待换热流体进入多个换热管的入口端。另外，在使用换热器对待换热流体进行换热时，进入到换热器中的待换热流体的压力通常大于0.1mpa，因此，换热器中的分隔板需要有一定的承压能力。本申请实施例提供的换热器就是应用在这种场景中。
[0037]
图2为本申请实施例提供的一种换热器的示意图。如图2所示，该换热器包括壳体1、连接板2、分隔板3、多个换热管4和导流体5。
[0038]
连接板2沿垂直方向固定在壳体1中，且将壳体1的内腔分为第一内腔和第二内腔。分隔板3沿水平方向固定在第一内腔中，分隔板3将第一内腔分为两个部分，分隔板3的一个侧面固定在连接板2上，第一内腔对应的壳体1上开有流体入口11和流体出口12，且流体入口11和流体出口12分别位于两个部分中，待换热流体从流体入口11流入第一内腔，待换热流体从流体出口12流出第一内腔。
[0039]
多个换热管4位于第二内腔中，连接板2上开有多个通孔，多个换热管4中每个换热管4的入口端和出口端分别与连接板2上的两个通孔连接，且每个换热管4的入口端和出口端分别位于两个部分。导流体5固定在分隔板3上，且位于流体入口11的正下方，导流体5朝向流体入口11的表面为倾斜面，倾斜面朝向连接板2。
[0040]
在使用本申请实施例提供的换热器时，当待换热流体通过流体入口11流入到第一内腔中时，待换热流体会撞击在导流体的倾斜面上，倾斜面会使得待换热流体的速度方向发生变化，使得待换热流体的速度方向朝向连接板2。并且在待换热流体撞击到倾斜面之后，在分隔板3上靠近连接板2的位置处产生较少的涡流，使得在该位置处待换热流体的流速较大，杂质较少地淤积在该位置，从而使得杂质较少地堵塞待换热流体进入多个换热管4的入口端，因而可以改善换热效率。
[0041]
另外，在申请实施例提供的换热器中，由于分隔板沿水平方向固定在第一内腔中，且将第一内腔分为两个部分，两个部分不连通，因此，分隔板能够承受较大的压力。由于导流体固定在分隔板上，在待换热流体撞击在导流体的导流面上时，待换热流体会给导流体一个冲击力，导流体将该冲击力传递给分隔板，由于分隔板固定在第一内腔中，因此，分隔板能够承受该冲击力，并且，由于在工业生产中，待换热流体进入换热器时待换热流体通常的压力大于0.1兆帕，因此，待换热流体撞击在导流体上时，分隔板能够支撑导流体，使得导流体也能承受较大的压力。
[0042]
需要说明的是，在本申请实施例中，连接板2固定在壳体1中、分隔板3固定在第一内腔中，分隔板3的一个侧面固定在连接板2上以及导流体固定在分隔板3上的固定方式均可以为焊接，当然还可以有其他固定方式，本申请实施例在此不做限定。
[0043]
另外，在使用本申请实施例提供的换热器时，由于待换热流体通过流体入口11进入到第一内腔之后，待换热流体会撞击在导流体的倾斜面上，使得待换热流体的速度方向发生变化，并减小在分隔板3上靠近连接板2的位置处待换热流体形成涡流，从而提高在该位置为待换热流体的速度，减小待换热流体中的杂质在该位置处淤积，因此，可以看出，导流体的倾斜面是至关重要的。而存在有倾斜面的空间体有多种空间形状。为了使得导流体具有较好的导流效果，进行了大量的实验，在一些实施例中，如图3所示，确定出导流体5可以包括第一导流体51和第二导流体52。
[0044]
第一导流体51和第二导流体52的表面均呈圆弧状，第一导流体51的表面的圆弧和第二导流体52的表面的圆弧相切，第一导流体51的表面的弯曲方向与第二导流体52的表面的弯曲方向相互背离，第一导流体51的表面的弯曲方向朝向分隔板3，第二导流体52的表面的弯曲方向朝向连接板2。
[0045]
由于第一导流体51和第二导流体52的表面均呈圆弧状，为了进一步的增加导流体的导流效果，在一些实施例中，第一导流体51的表面的圆弧的半径为1/2m，m为流体入口11到分隔板3的距离。当第一导流体51的表面的圆弧的半径确定之后，可以进一步地确定第二导流体52的表面的圆弧的半径，使得导流体的导流效果达到最好。
[0046]
在一些实施例中，第二导流体52的表面的圆弧的半径为h为待换热流体入射到导流体表面的入射区域的直径，r为第一导流体51的表面的圆弧的半径。
[0047]
如图4所示，第一导流体51的表面的圆弧的半径用r表示，r为1/2m，m为流体入口11到分隔板3的距离。第二导流体52的表面的圆弧的半径用r表示，r为h为待换热流体入射到导流体表面的入射区域的直径。
[0048]
在一些实施例中，当壳体1为管状结构时，壳体1的内径为a，且分隔板3沿着壳体1的中轴线固定在可以的内壁上，此时，第一导流体51的表面的圆弧的半径为1/4a。如果用r表示第一导流体51的表面的圆弧的半径，r为1/4a。并且，第二导流体52表面的圆弧的半径为即
[0049]
例如，壳体1的内径为1100mm，流体入口11和流体出口12的直径均为450mm，待换热流体通过流体入口11进入到壳体1中之后，入射到导流体表面的区域的直径为500mm。此时，第一导流体51的直径为275mm，第二导流体52的直径为317mm。即r＝275mm，r＝317mm，h＝500mm。
[0050]
另外，如图4所示，当第一导流体51的表面的圆弧的半径为r，待换热流体入射到导流体表面的入射区域的直径为h，此时，导流体沿水平方向的长度可以为r+h。
[0051]
另外，在使用本申请实施例提供的换热器时，待换热流体通过流体入口11之后，撞击在导流体5的倾斜面上，为了加强定向导流效果，使得待换热流体在撞击之后在分隔板3上靠近连接板2的位置处的作用力集中，在一些实施例中，如图3所示，倾斜面上可以开有一
个或多个导流槽53。
[0052]
当倾斜面上开有一个或多个导流槽53时，待换热流体撞击在倾斜面上之后，待换热流体会沿着一个或多个导流槽53流动，可以加强导流体的定向导流效果，使得待换热流体在分隔板3上靠近连接板2的位置处的作用力集中，使得在该位置处的待换热流体的流速较大。
[0053]
例如，当导流体包括第一导流体51和第二导流体52时，第一导流体51和第二导流的表面开有一个或多个导流槽53，此时，一个或多个导流槽53中每个导流槽53沿水平方向的长度可以为h，即待换热流体入射到导流体的表面上入射区域的直径。当每个导流槽53沿水平方向的长度为h时，可以确保撞击到导流体上的待换热流体会进入到一个或多个导流槽53中，使得待换热流体中部分待换热流体可以撞击到导流之后一直沿着一个或多个导流槽53运动，从而增加待换热流体在分隔板3上靠近连接板2的位置处的作用力。
[0054]
另外，为了节约制造导流体的制造成本，在一些实施例中，导流体还可以为三角体或梯形体。当导流体为三角体或梯形体时，便于制造导流体，因而可以节约制造成本。
[0055]
当然，导流体还可以为其他形状的空间体，本申请实施例对于导流体的空间形状，在此不做限定。
[0056]
另外，在使用本申请实施例提供的换热器时，如果倾斜面的面积小于待换热流体入射到导流体表面的入射区域的面积，此时，待换热流体进入到第一内腔之后，待换热流体中有一部分不会撞击在导流体上，会撞击在分隔板3上，使得在分隔板3上靠近连接板2的位置处待换热流体中的杂质可能会淤积，堵塞待换热流体流入多个换热管4的入口端。为了使得通过流体入口11进入到第一内腔中的待换热流体全部撞击在导流体的倾斜面上，使得导流体对待换热流体进行导流，在一些实施例中，倾斜面的面积可以大于待换热流体入射到导流体表面的入射区域的面积。
[0057]
当倾斜面的面积大于待换热流体入射到导流体表面的入射区域的面积时，待换热流体通过流体入口11进入第一内腔之后能够全部撞击在导流体的倾斜面上，使得待换热流体在进入到第一内腔之后能够全部被导流体导流。
[0058]
另外，在使用本申请实施例提供的换热器时，在待换热流体通过流体入口11进入到第一内腔之后进入到多个换热管4中时，换热器能够持续地对待换热流体进行换热，在一些实施例中，如图5所示，第二内腔对应的壳体1上可以开有换热介质入口13和换热介质出口14。换热介质入口13和流体入口11位于分隔板3的同一侧，换热介质出口14和流体出口12位于分隔板3的同一侧。
[0059]
当第二内腔对应的壳体1上开有换热介质入口13和换热介质出口14时，待换热流体通过流体入口11进入到第一内腔之后，待换热流体撞击在分隔板3上的导流体上之后通过多个换热管4的入口端流入到多个换热管4中，此时，换热介质通过换热介质入口13流入到第二内腔中，并从换热介质出口14流出。在换热介质在第二内腔中流动时，换热介质与待换热流体持续进行热交换，使得换热器能够持续地对换热流体进行换热。
[0060]
另外，在使用本申请实施例提供的换热器时，通常需要将换热器与流体管管道连接，为了便于换热器与流体管道连接，在一些实施例中，流体入口11、流体出口12，换热介质入口13和换热介质出口14处均可以配置有法兰。通过法兰将换热器与流体管道连接。
[0061]
为了验证本申请实施例提供的换热器的效果，对待换热流体在相关技术中的换热
器与本申请实施例提供的换热器中流动的流线分别进行仿真模拟。其中，流线是指待换热流体中任一点的待换热流体在流动时的流动轨迹。进行仿真模拟时，设定的待换热流体的流速为10.5米/秒，相关技术中的换热器中多个换热管4的孔隙率与本申请实施例提供的换热器中多个换热管4的孔隙率均为0.5。孔隙率是指连接板2上通孔的面积与连接板2的面积之比。由于连结板上的多个通孔用于固定多个换热管4中每个换热管4的入口端和出口端，因此，可以用孔隙率表征多个换热管4在换热器的密集程度。图6是待换热流体在相关技术中的换热器中流线示意图。图6中图(a)是待换热流体在相关技术中的换热器中流动时的正视图，图6中图(b)是待换热流体在相关技术中的换热器中流动时的侧视图。从图6中图(a)和图(b)中可以看出，待换热流体进入到第一内腔之后，待换热流体在分隔板3上靠近连接板2的位置处，即区域a中形成涡流，使得待换热流体在区域a的流速较小，最终导致待换热流体中的杂质在区域a处淤积，堵塞待换热流体流入多个换热管4的入口端。图7是待换热流体在本申请实施例中的换热器中流线示意图。如图7所示，待换热流体进入到第一内腔之后，待换热流体撞击在导流体上，使得待换热流体在分隔板3上靠近连接板2的位置处，即区域a中几乎不形成涡流，使得待换热流体在区域a的流速较大，待换热流体中的杂质较少的淤积在区域a处，可以减小堵塞待换热流体流入多个换热管4的入口端的堵塞。
[0062]
下面结合图5对本申请实施例提供的换热器的使用过程做具体说明：
[0063]
在使用本申请实施例提供的换热器时，待换热流体通过流体入口进入到第一内腔之后，待换热流体撞击在导流体上，导流体能够使得待换热流体的速度方向发生变化，并使得待换热流体的速度方向朝向连接板。另外，在导流体的作用下，待换热流体在分隔板上靠近连接板的位置处几乎不产生涡流，使得待换热流体在该位置处的流速较大，待换热流体中的杂质在该位置处较少地沉积，减小对多个换热管的入口端的堵塞。另外，换热介质持续地从换热介质入口流入到第二内腔中，并且通过换热介质出口从第二内腔中流出。在换热介质在第二内腔中流动的过程中，待换热流体沿着多个换热管流动，待换热流体与换热介质在第二内腔中持续换热，最后待换热流体从流体出口中流出。
[0064]
在使用本申请实施例提供的换热器时，当待换热流体通过流体入口流入到第一内腔中时，待换热流体会撞击在导流体的倾斜面上，倾斜面会使得待换热流体的速度方向发生变化，使得待换热流体的速度方向朝向连接板。并且在待换热流体撞击到倾斜面之后，在分隔板上靠近连接板的位置处产生较少的涡流，使得在该位置处待换热流体的流速较大，杂质较少地淤积在该位置，从而使得杂质较少地堵塞待换热流体进入多个换热管的入口端，因而可以改善换热效率。
[0065]
本申请实施例提供了一种换热系统，该换热系统包括上述的换热器、第一待换热流体管道和第二待换热流体管道；
[0066]
第一待换热流体管道与流体入口连接，第二待换热流体管道与流体出口连接。
[0067]
在一些实施例中，第一待换热流体管道与流体入口连接，第二待换热流体管道与流体出口连接的连接方式均可以为法兰连接，当然还以为其他连接，本申请实施例在此不做限定。
[0068]
综上所述，仅为本申请的较佳实施例，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。