專利名稱：一種熱管式換熱器的制作方法
技術領域：
本實用新型與熱交換傳熱設備有關，是關于一種間壁傳熱設備的改進技術。
熱交換器在工業(yè)領域中廣泛應用，其中的交換介質(zhì)有液/液交換，也有氣/液交換，或氣/氣交換，通過這種交換裝置達到充分利用熱能之目的，應用最廣、最成熟的有列管式換熱器。在合成氨工業(yè)的白煤制氣過程中，由于脫硫效果不佳，以及其他因素影響。列管換熱器易腐蝕，易泄漏而串氣。這不僅增加了維修工作量和維修費用，而且造成生產(chǎn)量的嚴重波動，消耗增大，成本提高。雖然有的廠采用預腐蝕器或以不銹鋼材料制造列管換熱器，這又將導致設備投資的增加。
本實用新型的目的在于提供一種換熱效率高，使用安全，使用壽命長的換熱器。
本實用新型的目的可以由以下改進技術達到。本實用新型的解決方案是設計一種熱管式換熱器，取代通常的列管式換熱器。所說的熱管式換熱器是利用具有高導熱性能的兩相閉式熱虹吸管為傳熱元件的一種新型熱交換器，其結(jié)構(gòu)是在一個罐體中，由一塊隔板分割成供熱腔體和受熱腔體兩部分，在供熱腔體和受熱腔體的罐壁上分別有一個流體的進口和出口，供熱腔體與受熱腔體中的流體互不串通。在供熱腔體和受熱腔體中，還分別有一些縱向流體折流板，用以延長流體在腔體內(nèi)的停留時間，提高流體的熱交換率。在罐體的隔板上，穿有一些兩端封閉的真空熱管換熱元件。所說的真空熱管換熱元件一頭為冷端，另一頭為熱端，冷端處在受熱腔體內(nèi)，熱端處在供熱腔體中。利用這種具有高導熱性能的兩相閉式熱虹吸管為傳熱元件，它能在較小的溫差下傳遞較大的熱量。
在本實用新型中所說的真空熱管換熱元件，是在一根真空管的外壁上裝有一些散熱片，這里所說的真空管通常都指金屬管，在工業(yè)上用得比較多的是鋼管或不銹鋼管，當然根據(jù)需要也可以選用其他材質(zhì)制造。在真空管的熱端管內(nèi)還裝有一種高導熱性傳熱介質(zhì)。這種傳熱介質(zhì)一般要求其沸點溫度應低于供熱流體的最低溫度。
在本實用新型中所說的真空熱管，可以是一根整體的薄壁空心管，通過螺紋連接固定在隔板上，也可以用其他方式與隔板連接。所說的真空熱管，當然也可以由兩段空心管通過螺紋或其他方式連接成一根整體，關鍵在于在連接處必須密封性好，使得管內(nèi)保持必要的真空度。顯然在真空熱管結(jié)構(gòu)方面這種改變都應該屬于本實用新型的保護范圍。為了提高熱管的熱交換性能，在每根真空熱管的外壁上還裝有一些散熱片，使得熱管內(nèi)介質(zhì)與腔體內(nèi)的流體之間迅速有效地進行熱量傳遞。
本實用新型的重要特點是通過一根真空熱管換熱元件實現(xiàn)供熱腔中的流體與受熱腔中流體之間的熱量傳遞。上述構(gòu)成的熱管式換熱器，使用時在上部受熱腔體中流過一種“冷”流體，而在下部供熱腔體中流過一種“熱”流體。熱流體加熱熱管的熱端，使管內(nèi)的傳熱介質(zhì)迅速汽化，受熱的蒸汽上升到熱管的頂端，被受熱腔體內(nèi)的冷流體冷卻，傳熱介質(zhì)的熱量被冷流體吸收，管內(nèi)蒸汽被冷凝回流到熱管的底部，重新吸收受熱腔體中熱流體的熱量。如此周而復始，通過管內(nèi)這種高導熱性介質(zhì)的快速蒸發(fā)、冷凝過程，熱流體的熱量被迅速傳遞給冷流體，真空熱管換熱元件起到傳遞熱量的作用。真空熱管內(nèi)的傳遞介質(zhì)可以根據(jù)流體變換溫度范圍的需要進行更換，例如可以選擇水、甲醇或聯(lián)苯等物質(zhì)作為傳熱介質(zhì)，當然還可以選擇其他類似介質(zhì)。這種傳熱介質(zhì)的選擇主要決定于供熱流體的溫度，選用介質(zhì)的一般原則是使選用介質(zhì)的沸點應低于供熱流體的最低溫度，由此可以制作成一系列不同起動點溫度的真空熱管元件。選用不同規(guī)格起動點溫度的真空熱管元件，裝配成的熱管換熱器，可以適用于各種流體的熱能回收。
下面再舉幾個用以制作不同換熱性能真空熱管元件的實例實例一以甲醇為傳熱介質(zhì)制作的真空熱管元件，真空度0.105-0.120Pa，適用于制作40-100℃的供熱流體換熱器。
實例二以水為傳熱介質(zhì)制作的真空熱管元件，真空度為0.120-0.140Pa適用于制作210-270℃的供熱流體換熱器。
實例三以聯(lián)苯為傳熱介質(zhì)制作的真空熱管元件，真空度為0.170-0.190Pa，適用于制作280-350℃的供熱流體換熱器。
綜上所述，由于本實用新型采用一種真空熱管換熱元件傳遞熱量，本實用新型所述的熱管換熱器，具有以下優(yōu)點1、傳熱效率高。熱管換熱元件具有良好的導熱性能，工作穩(wěn)定，起動性能好，其傳熱效率比列管換熱器高一倍以上。試驗表明，一臺換熱面積275米2的列管換熱器，用一臺換熱面積為100米2的熱管換熱器就可以替代。而且可以在較小的溫差下傳遞較大的熱量，因而可以充分地回收余熱，減少熱量損失。
2、耐腐蝕、無泄漏、安全可靠、使用壽命長。這種換熱器傳熱空間大，避免了露點腐蝕、使用壽命延長。一臺列管換熱器，在小氮肥變換系統(tǒng)中使用，大約半年就開始被腐蝕、泄漏，不僅檢修次數(shù)頻繁，而且最多使用一年左右。而熱管換熱器至少可以使用三年以上。由于熱管換熱器是通過一根根密閉的熱管換熱元件傳熱，即使一端被腐蝕，而另一端仍可起到封閉作用，兩個腔體中的介質(zhì)也不會發(fā)生串氣而泄漏，因而可以大大減少維修次數(shù)，而且維修很方便，只需定期地更換被腐蝕壞的熱管，即可繼續(xù)使用，所以大大提高了設備的生產(chǎn)能力。
3、設備投資省、結(jié)構(gòu)簡單、阻力小。熱管換熱器結(jié)構(gòu)簡單，其制造成本只有列管換熱器的70％，而熱管換熱器的使用壽命約比列管換熱器長三倍以上，所以其設備投資大大低于列管換熱器。由于這種熱管換熱器，在兩個腔體中的流體均在熱管外流動流體阻力小，不存在堵管現(xiàn)象，一臺100米2的熱管換熱器，其流通能力在8250-1075Nm3。
4、應用范圍廣。本裝置可以根據(jù)不同換熱介質(zhì)所需的溫度范圍，更換熱管內(nèi)的傳熱介質(zhì)，選擇熱管的起動點溫度，以適應各種余熱回收的需要。
為了更好地說明本實用新型提供的熱管換熱器的結(jié)構(gòu)，下面借助附圖作進一步描述


圖1表示本裝置的結(jié)構(gòu)圖；圖2表示
圖1中花板處A—A剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
本實用新型的整體外形如附
圖1所示，7為熱管換熱器的罐體外殼，5為罐體內(nèi)的隔板，也就是附圖2中所示的花板，把整個罐體分割成兩部分，12為受熱腔體，15為供熱腔體。圖中所示的13和14分別為兩個腔體中的流體進出口。圖中4為熱管換熱元件的冷端，6為熱管換熱元件的熱端，構(gòu)成的一根完整的真空熱管，通過螺紋在花板5上密封連接，真空管的兩端通過固定板2、8固定，在真空熱管的外壁上還裝有一些散熱片3，圖中1為受熱腔體的放空管，10為供熱腔體的排放口。如圖2所示，在受熱腔體和供熱腔體內(nèi)，在其縱向分別裝有一些流體折流板16，如此就構(gòu)成一臺完整的熱管式換熱器，整個換熱器垂直按裝在支腿11上。
如上所述構(gòu)成一臺直徑1400mm，高3505mm的熱管式換器，其中安裝直徑38mm，長度為2290mm的真空熱管元件185支，真空熱管元件的起動點溫度＜40℃，真空度為0.133Pa左右，其換熱面積相當于100平方米。用于小氮肥變換系統(tǒng)中作熱交換，在受熱腔體中流通120℃的煤氣流通能力為8250Nm3，而在供熱腔中流通250℃的變換氣，流通能力為10750Nm3，運行結(jié)果上端煤氣溫度由120℃上升到250℃，而下端變換氣溫度則由270℃降到190℃。
本實用新型的優(yōu)點是很明顯的，由于采用了一種具有高導熱性傳熱介質(zhì)的真空熱管換熱元件，通過熱管內(nèi)介質(zhì)的快速蒸發(fā)與冷凝過程進行熱交換，它能在較小的溫差下傳遞較大的熱量，傳熱效率高，提高了熱交換率，本實用新型為工業(yè)余熱的回收利用提供了一種新的換熱設備，特別是在我國小氮肥工業(yè)中可以廣泛應用。
權(quán)利要求1.一種熱管式換熱器，包括罐體與列管等部分，其特征在于所說的罐體由一塊隔板(5)分割成供熱腔體(15)和受熱控體(12)兩部分，在供熱腔體和受熱腔體的罐壁上分別有一個流體的進出口(13)、(14)，在供熱腔體和受熱腔體中分別裝有一些流體折流板(16)，在隔板上穿有一些兩端封閉的真空熱管換熱元件(9)，所說的真空熱管換熱元件，一頭為冷端(4)，另一頭為熱端(6)，冷端處在受熱腔體內(nèi)，熱端處在供熱腔體中。
2.按照權(quán)利要求1所述的熱管式換熱器，其特征在于所說的真空熱管換熱元件是在一根真空管的外壁上裝有一些散熱片(3)，在真空管的熱端，管內(nèi)還裝有一種高導熱性能傳熱介質(zhì)。
3.按照權(quán)利要求2所述的熱管換熱器，其特征在于所說的高導熱性傳熱介質(zhì)選自水、甲醇或聯(lián)苯等物質(zhì)。
專利摘要一種熱管式換熱器，包括一個供熱腔體和受熱腔體，在兩個腔體之間穿有一些封閉的真空熱管。通過熱管內(nèi)高導熱性傳熱介質(zhì)的迅速蒸發(fā)和冷凝過程傳遞熱量，使兩個腔體內(nèi)的介質(zhì)完成熱交換過程。如此構(gòu)成的熱管式換熱器，利用具有高導熱性能的真空管為傳熱元件，能在較小的溫差下傳遞較大的熱量，傳熱效率高，可提高熱交換效率30％左右。本實用新型為工業(yè)余熱回收利用提供了一種新的換熱設備，特別在我國小氮肥工業(yè)中可以廣泛應用。
文檔編號F28D15/02GK2241315SQ9523387
公開日1996年11月27日 申請日期1995年5月19日 優(yōu)先權(quán)日1995年5月19日
發(fā)明者馬洪芹, 劉興國, 劉廣民, 王作秋, 張大濤 申請人:山東省寧陽縣化肥廠