一种片状串联的管壳式换热器的制作方法

本实用新型属于管壳式换热器技术领域，具体涉及一种片状串联的管壳式换热器。

背景技术：

在加氢站，加氢机给燃料电池汽车车载氢系统快速加注高压氢气过程中，若不采取控温措施的氢气快速加注，会因氢气加注过程的压缩热和焦耳-汤普森效应，使得车载氢系统中气瓶内的温度快速上升，远超储氢瓶的许可使用温度范围，带来极大的安全隐患。因此氢气加注前，通常需要通过换热器对高压氢气进行预冷处理。

加氢站需要安全性高、耐高压、抗氢脆、可靠性好、结构紧凑尺寸小、加工安装维护简便、换热效率高的换热器，以满足高压氢气加注时的氢气快速预冷需求。但是目前市场上适合承压的商品化的换热器，包括常应用于列管壳式换热器、螺旋管式换热器以及在此基础上改型的各类换热器等，均难以同时满足加氢站高压氢气对换热预冷的相关要求，故亟需提出一种新型的耐高压紧凑型高效换热器以解决加氢预冷问题。

技术实现要素：

本实用新型解决的技术问题是提供了一种结构紧凑灵活合理、加工安装简便且换热效果较好的可耐高压的片状串联的管壳式换热器。

本实用新型为解决上述技术问题采用如下技术方案，一种片状串联的管壳式换热器，包括壳体及通过锁紧螺栓密封固定于壳体两端的壳体端盖，其特征在于：所述壳体上设有壳程进出液法兰，壳体端盖上设有穿壳转接头，壳体内部设有管程组件和折流板组件，其中管程组件由多个平行并列设置的片状同心圆形盘管通过焊接或高压专用卡套弯头和转接管串联而成，折流板组件由多个平行并列设置的针肋扰流板、固定多个针肋扰流板的定位杆、套设于定位杆上用于对针肋扰流板进行限位的短定位杆套和长定位杆套及安装于定位杆两端用于对短定位杆套和长定位杆套进行定位锁紧的锁紧螺母组成，多个平行并列设置的针肋扰流板交替平行设置于多个平行并列设置的片状同心圆形盘管之间。

优选的，所述壳程进出液法兰通过焊接固定于壳体上，该壳程进出液法兰为液侧进出口，液体通过液侧进口进入壳体再通过折流板组件不断扰流后由液侧出口排出，管程组件流通介质为高压流体。

优选的，所述壳体两端分别设有连接法兰，壳体端盖上设有与壳体两端连接法兰相配的安装孔，壳体端盖与壳体两端的连接法兰通过锁紧螺栓连接固定，安装孔内侧设有用于安装o型密封圈的环形密封槽，o型密封圈安装于环形密封槽内，壳体端盖上设有管程组件穿壳时所用穿壳转接头对应的螺纹孔。

优选的，所述管程组件中的片状同心圆形盘管的数量根据换热量大小及壳体长度进行灵活装配，片状同心圆形盘管的进出口分布于片状同心圆形盘管两侧，相邻的片状同心圆形盘管之间通过焊接或高压专用卡套弯头和转接管串联连接，处于进气端的片状同心圆形盘管进口通过壳体端盖上的穿壳转接头与壳体外部的进气管道连接，处于出气端的同心圆形盘管出口通过壳体端盖上的穿壳转接头与壳体外部的出气管道连接。

优选的，所述折流板组件中的针肋扰流板外径与壳体内径相匹配，相邻的针肋扰流板上设有用于连接相邻的片状同心圆形盘管连接管的错位缺口，针肋扰流板的两侧分别设有用于扰流的圆柱形凸台，该圆柱形凸台的高度与相邻片状同心圆形盘管和针肋扰流板之间的间距一致，圆柱形凸台在针肋扰流板上呈圆周阵列排布。

优选的，所述单个片状同心圆形盘管由金属管折弯而成，并在同心圆形盘管中心及外周分别折出与片状同心圆形盘管垂直且方向互为相反的引出管，用于相邻片状同心圆形管间的相互连接；片状同心圆形盘管的管间距为盘管管径的0-10倍。

优选的，所述片状同心圆形盘管选用内外表面均进行抛光处理的金属管，用于防止换热介质在表面形成粘滞层而影响换热。

优选的，所述针肋扰流板四周分别设有呈圆周分布的用于贯穿定位杆的安装孔，该安装孔的孔径大于定位杆外径且小于长定位杆套和短定位杆套的外径。

优选的，在换热介质为高压氢气时，所述片状同心圆形盘管、高压专用卡套弯头和转接管均选用满足耐压要求的相应壁厚的316l不锈钢材质，用于保证管程的耐高压及抗氢脆要求。

本实用新型与现有技术相比具有以下有益效果：

1、本实用新型径向空间利用率高，加工、安装、连接简易，适合批量生产；

2、本实用新型通过增减串联的同心圆形盘管数量即可满足不同换热面积的需要；

3、换热器尺寸变化弹性大，可满足不同场地及尺寸要求（换热器直径和长度可任意变化而不会导致加工困难或空间利用率下降）；

4、片状同心圆形盘管整体串联设计可同时满足换热器紧凑、耐高压、大流量、高效换热；

5、针肋扰流板圆柱凸台设计，增加冷却液流动时的扰动，打破流体粘滞层增强换热效果。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是本实用新型的壳体剖开结构示意图；

图3是本实用新型中管程组件结构示意图；

图4是本实用新型中折流板组件结构示意图；

图5是本实用新型中同心圆形盘管的结构示意图；

图6是本实用新型中壳体端盖的结构示意图；

图7是本实用新型中针肋扰流板的结构示意图。

图中：1-壳体端盖，2-壳体，3-穿壳转接头，4-管程组件，4-1-片状同心圆形盘管，4-2-高压专用卡套弯头，4-3-转接管，5-壳程进出液法兰，6-锁紧螺栓，7-折流板组件，7-1-针肋扰流板，7-2-定位杆，7-3-长定位杆套，7-4-短定位杆套，7-5-锁紧螺母。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例并参照附图对本实用新型的具体内容进一步详细说明。一种片状串联的管壳式换热器，包括壳体2及通过锁紧螺栓6密封固定于壳体2两端的壳体端盖1，所述壳体2上设有壳程进出液法兰5，壳体端盖1上设有穿壳转接头3，壳体2内部设有管程组件4和折流板组件7，其中管程组件4由多个平行并列设置的片状同心圆形盘管4-1通过焊接或高压专用卡套弯头4-2和转接管4-3串联而成，折流板组件7由多个平行并列设置的针肋扰流板7-1、固定多个针肋扰流板7-1的定位杆7-2、套设于定位杆7-2上用于对针肋扰流板7-1进行限位的短定位杆套7-4和长定位杆套7-3及安装于定位杆7-2两端用于对短定位杆套7-4和长定位杆套7-3进行定位锁紧的锁紧螺母7-5组成，多个平行并列设置的针肋扰流板7-1交替平行设置于多个平行并列设置的片状同心圆形盘管4-1之间。

本实用新型所述壳程进出液法兰5通过焊接固定于壳体2上，该壳程进出液法兰5为液侧进出口，液体通过液侧进口进入壳体2再通过折流板组件7不断扰流后由液侧出口排出壳体2，管程组件4流通介质为高压流体。

本实用新型所述壳体2两端分别设有连接法兰，壳体端盖1上设有与壳体2两端连接法兰相配的安装孔，壳体端盖1与壳体2两端的连接法兰通过锁紧螺栓6连接固定，安装孔内侧设有用于安装o型密封圈的环形密封槽，o型密封圈安装于环形密封槽内，壳体端盖1上设有管程组件4穿壳时所用穿壳转接头3对应的螺纹孔。

本实用新型所述管程组件4中的片状同心圆形盘管4-1的数量根据换热量大小及壳体2长度进行灵活装配，片状同心圆形盘管4-1的进出口分布于片状同心圆形盘管4-1两侧，相邻的片状同心圆形盘管4-1之间通过焊接或高压专用卡套弯头4-2和转接管4-3串联连接，处于进气端的片状同心圆形盘管4-1进口通过壳体端盖1上的穿壳转接头3与壳体2外部的进气管道连接，处于出气端的片状同心圆形盘管4-1出口通过壳体端盖1上的穿壳转接头3与壳体2外部的出气管道连接。

本实用新型所述折流板组件7中的针肋扰流板7-1外径与壳体2内径相匹配，相邻的针肋扰流板7-1上设有用于连接相邻的片状同心圆形盘管4-1连接管的错位缺口，针肋扰流板7-1的两侧分别设有用于扰流的圆柱形凸台，该圆柱形凸台的高度与相邻片状同心圆形盘管4-1和针肋扰流板7-1之间的间距一致，圆柱形凸台在针肋扰流板7-1上呈圆周阵列排布。

本实用新型所述单个片状同心圆形盘管4-1由金属管折弯而成，并在同心圆形盘管中心及外周分别折出与片状同心圆形盘管4-1垂直且方向互为相反的引出管，用于片状同心圆形管4-1间的相互连接；片状同心圆形盘管4-1的管间距为盘管管径的0-10倍，片状同心圆形盘管4-1选用内外表面均进行抛光处理的金属管，以防止换热介质在表面形成粘滞层而影响换热。

本实用新型所述针肋扰流板7-1四周分别设有呈圆周分布的用于贯穿定位杆7-2的安装孔，该安装孔的孔径大于定位杆7-2外径且小于长定位杆套7-3和短定位杆套7-4的外径。

本实用新型对换热介质为高压氢气的应用场景，所述片状同心圆形盘管4-1、高压专用卡套弯头4-2和转接管4-3均选用相应壁厚的316l不锈钢材质，用于保证管程的耐高压及抗氢脆要求，所述针肋扰流板7-1采用数控技术加工、冲压、铸造等方式加工而成。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理，主要特征和优点，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型的范围。