[发明专利]一种超低温管式换热器

说明书

技术领域

本发明涉及换热器领域，尤其涉及针对超低温管式换热器。

背景技术

管式换热器是工业中应用广泛的热交换器，主要用于两种或两种以上液体之间进行热交换。然而，在液化天然气、低温燃料、超导等超低温制冷系统中，随着流体介质温度的降低，换热器内的温度差可达200K以上，造成换热器内部结构的热应力急剧上升，对换热器运行的安全性和寿命带来负面影响。因此如何降低超低温管式换热器的结构热应力，提高设备运行安全系数及使用寿命，成为管式换热器研究领域中的重要课题。

当管式换热器运行在超低温工况时，壳程液体一般流速较低，且粘度会随着温度的降低而增加，导致在隔板背面或其他相对封闭的区域处形成流速非常低的液池，通过与换热管的充分换热，形成温度梯度巨大的低温液池，造成局部结构的热应力增加，使得换热器的安全性降低，使用寿命缩短。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种提高换热器的安全性和使用寿命的超低温管式换热器。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种超低温管式换热器，包括换热外筒及设置在换热外筒内的换热管，在所述换热外筒上设置有壳程流体入口和壳程流体出口，在所述换热外筒内设置有导流隔板，其特征在于，在所述导流隔板的两侧与所述换热外筒之间形成有主流体区和副流体区，所述主流体区和副流体区在所述换热外筒的相对侧，所述副流体区低于换热管的下边缘。

在所述副流体区设置有一一端与所述导流隔板连接的支撑结构，该支撑结构的另一端连接在所述换热外筒上，所述副流体区域被所述支撑结构分为两个子流动区。

所述两个子流动区对称分布在所述支撑结构两侧。

所述支撑结构与导流隔板形成的夹角为直角。

本发明超低温管式换热器，在导流隔板与换热器外筒相交处增加对流换热的副流体区，使得壳程流体在换热外筒内分别从原来的主流体区和增加的副流体区同时流过，副流体区的存在，使隔板两侧存在较大温度差的流体形成直接的对流换热，替代了原本通过隔板的传热，大大增加了该位置的换热效率，从而有效地消除了换热器内部的低温液池，降低了隔板两侧及外筒与隔板相交位置的温度梯度，有效降低隔板和换热器外筒在该位置的热应力，提高了换热器的安全性和使用寿命，同时，副流体区低于换热管的下边缘，此时正好通过隔板对换热管进行支撑和定位，简化了换热器的结构，提高了换热器的稳定性。

附图说明：

图1为本发明超低温管式换热器的断面示意图；

图2为本发明超低温管式换热器的机构示意图；

图3为本发明超低温管式换热器内流体温度场对比。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1、图2所示，本发明超低温管式换热器，包括：包括换热外筒4及设置在换热外筒内的换热管6，在换热外筒4上设置有壳程流体入口7和壳程流体出口8，在换热外筒4内设置有导流隔板5，导流隔板5交替设置在换热外筒4内部的相对两侧。导流隔板5预留若干换热管安装孔6，在导流隔板5的两侧与换热外筒4之间形成有主流体区和副流体区，主流体区和副流体区也在换热外筒4的相对两侧，副流体区低于换热管6的下边缘。

在副流体区设置有一一端与导流隔板5连接的用于安装固定杆的支撑结构3，该支撑结构的另一端连接在换热外筒4上，副流体区域被支撑结构3分为两个对称分布在支撑结构两侧的子流动区（1和2）。在子流动区内，支撑结构3与导流隔板5形成的夹角为直角。

本发明换热器的改进在于导流隔板5，加工时只需对原导流隔板进行切割加工出两个子流动区即可，以减小对加工工艺的改变，降低优化成本。

导流隔板安装与A/B/C处，壳程流体从入口7进入，出口8流出。安装方法与过程与原导流隔板保持一致，以减小对总装工艺的改变，降低优化成本。

利用流体仿真软件对优化前后的壳程温度场进行对比，如图3所示，原流场中右下角低温液池消失，隔板背部的温降得到明显改善，从而说明本发明对管式换热器内部温度场的优化具有非常明显的作用。

值得指出的是，本发明的保护范围并不局限于上述具体事例方式，根据本发明的基本技术构思，额可用基本相同的结构实现本发明的目的，只要本领域普通技术人员无需经过创造性劳动，即可联想到的实施方式，均属于本发明的保护范围。