專利名稱：具有內(nèi)部折流板和用于折流板的外部旁路的換熱器的制作方法
背景技術(shù)：
在一些生產(chǎn)過程中，換熱器用于在過程中使用的第一流體流和第二流體流之間傳遞熱量。這種換熱器的一種常見類型叫做管殼式換熱器。管殼式換熱器(STHE)具有帶第一和第二端部的圓筒形殼體。軸線在第一和第二殼體端部之間延伸。殼體內(nèi)的多根管道幾乎沿著整個長度方向延伸。大型的工業(yè)STHE可以有幾千根管道，其中每根管道在殼體內(nèi)與那些相鄰的管道徑向地移置開，以允許流體在單個管道之間徑向地流動以及沿著殼體的軸線軸向地流動。
一種STHE包括其內(nèi)帶有第一入口的第一端板。第一端板通過例如端板邊緣和殼體第一端部邊緣之間連續(xù)的焊縫，密封于殼體的第一端部。帶有第一出口的第二端板采用相同的方法密封殼體的第二端部。
與第一端板間隔開的第一管板，與第一端板以及相鄰的殼體壁一起，形成第一增壓空間，或者簡稱為第一增壓室。管道的相鄰端部全部穿過管板，并向第一增壓室敞開。管道的外壁密封于第一管板，以將第一增壓室與殼體內(nèi)的剩余空間隔離。第一增壓室在第一入口接收第一流體流，并將第一流體流分配給第一增壓室內(nèi)各個管道的敞開端。第一入口也可以設置在第一端板和第一管板之間的殼體內(nèi)。
與第二端板間隔開的第二管板，與第二端板以及相鄰的殼體壁一起，形成第二增壓空間(第二增壓室)。管道的相鄰端部全部穿過第二管板。管道的外壁密封于第二管板，以將第二增壓室與管板間的空間隔離。第二增壓室將來自各個管道第一流體流引導至第一出口。第一出口也可以設置在第二端板和第二管板之間的殼體內(nèi)。
第二入口布置在兩管板之間的殼體內(nèi)，鄰近第一管板或第二管板中的任何一個。第二出口布置在兩管板之間的殼體內(nèi)，鄰近另一個管板。第二入口接收第二流體流，該第二流體流橫向穿過管道到達第二出口。
因為管道通常很長并具有相對薄的壁面，所以常常需要橫向支撐件來防止STHE操作中管道的彎曲或振動。這個問題一般通過在管板之間設置多個由金屬板制成的折流板來解決。每塊折流板幾乎垂直于軸線延伸。每塊折流板預制出很多通孔，使管道從這些通孔中穿過，從而為管道提供橫向的支撐。通過焊接將折流板固定在軸向位置，以支撐沿軸向穿過殼體延伸的桿，或者支撐殼體本身。典型的STHE中，根據(jù)STHE長度的不同，可以有一至十二個或者更多的折流板。如果STHE相對較短，也可以不需要折流板。在具有薄壁管道的長STHE中，折流板可以設置成相互間距例如六英寸。
折流板外緣的一部分一般靠近殼體內(nèi)部。在其他情況下，折流板可以通過徑向延伸的臂或者輻條設置在殼體中心處，或者通過支撐桿固定。
通常每塊折流板被至少一半但基本上少于全部的管道穿透。相鄰折流板一般設置成從殼體的相對側(cè)面向外突出，從而使從第二入口流至第二出口的流體具有穿過殼體內(nèi)部稍微迂回的路線。折流板還確保將第二流體流的流動導向大部分管道的至少一部分長度。
有些STHE可以具有串聯(lián)的管道，這樣進入特定管道的流體流，可以橫穿過殼體長度兩次、三次或者更多次。當流體橫穿殼體偶數(shù)次時，兩個增壓室通常設在殼體的同一端。這些變形對于那些熟悉技術(shù)的人來說都是非常常見的。下述的本發(fā)明很容易適用于任何的這些設計。
STHE的傳統(tǒng)設計中存在一些問題。第二流體流在第二入口和第二出口之間有時會出現(xiàn)很大的壓降。這種壓降主要是由于流體必須經(jīng)過折流板周圍的迂回路線產(chǎn)生的。這種很大的壓降需要更大容量的泵或風機。這就使得在某些情況下希望降低經(jīng)過STHE的壓降。
第二，在折流板與殼體內(nèi)表面相交的地方折流板出現(xiàn)停滯點。這導致第一和第二流體流換熱效率的降低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是對一種換熱器的改進，該換熱器具有帶軸線的圓筒形殼體；設置在殼體內(nèi)并且基本上沿殼體長度方向延伸的多根管道；和至少一塊板狀折流板，該折流板與殼體內(nèi)壁沿著預選弧線相交，并基本上橫向于殼體軸線延伸。管道穿過支撐著該管道的折流板。折流板只遮住部分殼體橫截面。
改進措施包括至少一個流體旁路，該旁路至少部分地設在殼體外部，并且在折流板的兩側(cè)與殼體的內(nèi)部流體連通，并允許流體橫穿過折流板流動。


圖1是本換熱器的正視及側(cè)視圖。
圖2是旁路的優(yōu)選實施例。
具體實施例方式
圖1右側(cè)為管殼式換熱器(STHE)10的側(cè)視圖。圖1的側(cè)視圖表示換熱器10的殼體20，好像面對觀察者的殼體20的一側(cè)是透明的一樣。
圖1的左側(cè)為換熱器10的端視投影圖。該端視圖是上述側(cè)視圖中換熱器10的剖面I，由此允許觀察者可以看到換熱器10的內(nèi)部構(gòu)造。
如圖1所示，STHE 10具有非常簡單的構(gòu)造。本發(fā)明適用于任何帶有徑向延伸折流板的STHE，其中折流板沿著大于一小夾角的角度與殼體20內(nèi)壁相交。在這里，所述“相交”是指至多也只能有幾乎可忽略的流體能夠在該夾角以內(nèi)從折流板和殼體20之間流過。
在理解本發(fā)明時，應同時參考圖1的兩幅圖。端視圖表示兩種流體流中的第一流體流在其中流過的大量管道30。側(cè)視圖表示圍繞其外緣部分與殼體20端部連接以形成流體密封的第一端板36。在典型的換熱器設計中，管道30可以占殼體20橫截面積的10-20％。
管道30可以設計成穿過第一管板38突出一小段距離，或者可以基本上與第一管板38齊平，該第一管板38與第一端板36間隔一定的距離。管板38通過例如碾壓法，與每根管道30的外壁形成密封。板38的外緣與殼體20的內(nèi)表面之間通過例如焊接的方法，形成流體密封。
第一流體流通過第一端板36上的第一入口33流入入口增壓室50，該入口增壓室50由第一端板36、第一管板38、以及板36和38之間的一部分殼體20共同形成。(為了將圖1在一頁紙中顯示，圖1所示的增壓室50比優(yōu)選的小。)然后第一流體流從曾壓室50流入管道30。
第一流體經(jīng)過管道30流入出口增壓室51，該增壓室51由第二端板44、第二管板27、以及板27和44之間的一部分殼體20共同形成。第二管板44與每根管道30的外壁形成密封。板44的外緣與殼體20的內(nèi)表面形成流體密封。
隨后第一流體流通過第二端板44上的第一出口47流出。根據(jù)應用場合的特殊需要，流體流向也可以與上述相反，改為從出口47流至入口33。
第二流體流由第二入口13流入殼體20，并且經(jīng)殼體20流到第二出口41。殼體20中的粗箭頭大體示出第二流體流的流動路線。在第二流體流從入口13到出口41的流動過程中，第一和第二流體流進行熱交換。
因為相對直徑而言，管道30非常長，所以在很多設計中都必須考慮使用折流板24-26來橫向支撐管道30。折流板24-26與殼體20的內(nèi)壁相交(相關(guān)定義見上)，并與殼體20的內(nèi)壁通過如焊接等方法牢固地連接。管道30穿過在各個折流板24-26上鉆出或沖出的對準的孔。一般來說，折流板24-26與管道30之間無需流體密封。而且折流板24-26與殼體20的內(nèi)壁之間也無需流體密封。
如果折流板24-26遮住殼體20的整個橫截面，顯然極少或沒有流體能夠從第二入口13流到第二出口41。因此，每塊折流板24-26可以遮住小于殼體20橫截面的50％-75％之間的任何位置。如圖所示，折流板24具有邊緣24a，該邊緣24a形成殼體20圓形橫截面的弦。實際上可以比較任意地選擇該非支撐邊緣的形狀，但是直線形的邊緣24a易于形成。
為給所有的管道30提供支撐，并同時允許第二流體流從第二入口13流到第二出口41，如圖2的側(cè)視圖所示，折流板24-26交替地從相反方向伸出。在圖1所示的實施例中，部分管道30只被折流板25在中間位置支撐一次。設置在中間位置的部分管道30被所有的三塊折流板24-26支撐。另外部分的管道30被兩塊折流板24和26支撐。
根據(jù)換熱器10的長度，可能需要超過三塊的折流板24-26。但是，一般在給予管道30充分支撐的情況下，最好盡少地設置折流板。這是由于折流板24-26導致第二流體流流過大體迂回的路線。如前所述，這種通過管道30曲折的迂回路線造成第二入口13和第二出口41之間的大幅度壓降。
優(yōu)選地設置最少數(shù)量的折流板24-26，也是因為靠近每塊折流板24-26與殼體20內(nèi)壁之間相交線的區(qū)域被停滯的流體占據(jù)。這些區(qū)域是停滯的，因為這些區(qū)域的壓降小到無法使流體流出這些區(qū)域。
壓降問題和停滯流體問題都可以通過增加旁路16得到一定程度的緩解，所述旁路16設在折流板24-26的外緣周圍、與殼體20內(nèi)壁相接的部位。優(yōu)選地，旁路16占據(jù)殼體20外部的空間，以便為鄰近該特定旁路16的每個管道30提供橫向支撐。每條旁路16內(nèi)以及每個折流板邊緣24a周圍等處的粗箭頭，顯示了第二流體流的流動路徑。
優(yōu)選地，旁路16位于殼體20的外部，使得通過旁路16的整個流動路徑位于殼體20外部。該特征使得整個殼體20內(nèi)充滿管道30，且每根管道30都盡可能多地得到折流板24-26的支撐。當然，也可以為折流板24-26設置內(nèi)部或部分內(nèi)部的旁路，但是這會導致殼體20內(nèi)部空間低效地使用，并且目前來看并不是優(yōu)選方案。旁路16的至少一部分應當設置在殼體20外部。
在一種方案中，旁路16包括從殼體20上向外突出并與之密封的盒體。旁路16和殼體20間的密封結(jié)構(gòu)可以包括焊接封口或螺釘，而不是將具有墊圈的法蘭緊壓殼體20的外表面。
如果折流板24-26只有一個旁路16，那么該旁路最好的位置是相對于折流板邊緣24a基本上直徑向地設置。因此，如圖1的兩幅圖所示，折流板24的旁路16與邊緣24a直徑向地相對。
為改進管殼式換熱器10的性能，典型的旁路16通常只需要占殼體20橫截面積的3％。這種旁路16可以通過第二流體流總流量的10％。這種估計是有道理的，因為相鄰旁路16之間以及在相鄰旁路間延伸的管道30之間的流動面積，通常比殼體20的橫截面積小得多。因為通過旁路16的流動基本上不受阻礙，所以通過一條旁路16的流量，比殼體20內(nèi)部相同橫截面積通過的流量大得多。
在一個特別的商業(yè)用STHE 10中，該STHE具有8英尺直徑的殼體20，在殼體20上其覆蓋面積為1英尺×2英尺、并且從殼體20向外突出1英尺的旁路16，就足以得到第二流體流的典型流速。
優(yōu)選的實施例中，每塊折流板24可以具有一條以上的旁路。如圖1的端視圖所示，旁路24的外緣周圍還具有附加的旁路16a和16b。附加的旁路16a和16b減少了折流板24外緣的停滯面積。當然，折流板25和26的每一個也可以設置一個以上的旁路16。
折流板16可以具有一個調(diào)節(jié)板17，操作員可以通過該調(diào)節(jié)板來控制通過特定折流板16的流量。在某些情況下，通過控制通過某特定折流板16的流體流相對于通過其他折流板16的流體流量，可使換熱量最大化。在另一些情況下，當形成第二流體流的流體處于一選擇流速，STHE 10達到最佳工作效率。第二流體流的流速也會影響通過每個折流板16的流體流速。
圖2表示折流板16另外的特征。一旦STHE 10設置了旁路16，則很容易為折流板16增加通道門59。門59可以具有鉸鏈57以及門閂或鎖54。這樣的門59允許通向鄰近的折流板24-26，以進行清洗及其他形式的維護。圖1中STHE10的每個折流板16都可以很方便地設置這樣一個通道門59。
權(quán)利要求
1.一種改進型換熱器，該換熱器具有帶軸線的圓筒形殼體；設置在殼體內(nèi)并基本上沿其長度方向延伸的多根管道；和至少一塊板狀折流板，所述折流板與殼體內(nèi)壁沿預選弧線相交，并基本上橫向于殼體軸線延伸，管道穿過支撐該管道的所述折流板，折流板只遮住殼體橫截面的一部分，其中，改進措施包括至少部分地設在殼體外部的至少一個流體旁路，所述至少一個流體旁路在折流板的兩側(cè)上與殼體的內(nèi)部流體連通，并允許流體橫穿過折流板流動。
2.如權(quán)利要求1所述的改進型換熱器，其特征在于，包括與殼體內(nèi)壁相交的多塊折流板，其中每塊折流板具有至少一個旁路。
3.如權(quán)利要求2所述的改進型換熱器，其特征在于，至少一塊折流板具有多個旁路。
4.如權(quán)利要求3所述的改進型換熱器，其特征在于，至少一個折流板旁路具有允許通向殼體內(nèi)部的通道門。
5.如權(quán)利要求4所述的改進型換熱器，其特征在于，每塊折流板都具有至少一個帶通道門的旁路。
6.如權(quán)利要求1所述的改進型換熱器，其特征在于，旁路包括從殼體上向外突出并且與之密封的一個盒體。
7.如權(quán)利要求7所述的改進型換熱器，其特征在于，所述盒體具有帶通道門的外表面。
8.如權(quán)利要求6所述的改進型換熱器，其特征在于，所述盒體包括內(nèi)部的調(diào)節(jié)板，用于調(diào)節(jié)通過該盒體的流體流量。
9.如權(quán)利要求1所述的改進型換熱器，其特征在于，該換熱器還包括第一入口和第一出口，所述第一入口與靠近第一管道的第一端的殼體連通，所述第一出口靠近第一管道的第二端；并且其中換熱器還包括位于第一入口和第一出口之間的第一折流板，以及其中換熱器還包括第一折流板周圍的多個旁路。
10.如權(quán)利要求9所述的改進型換熱器，其特征在于，第一折流板具有一個沒有被殼體支撐并與殼體間隔開的邊緣，其中至少一個旁路相對于該第一折流板邊緣基本上直徑向地設置在殼體上。
11.如權(quán)利要求10所述的改進型換熱器，其特征在于，包括用于第一折流板的至少三個旁路。
12.如權(quán)利要求1所述的改進型換熱器，其特征在于，折流板具有一個沒有被殼體支撐并與殼體間隔開的邊緣，其中一個旁路相對于該折流板邊緣基本上直徑向地設置在殼體上。
13.如權(quán)利要求10所述的改進型換熱器，其特征在于，包括用于折流板的至少三個旁路。
14.如權(quán)利要求13所述的改進型換熱器，其特征在于，至少一個旁路完全位于殼體外部。
15.如權(quán)利要求1所述的改進型換熱器，其特征在于，旁路完全位于殼體外部。
全文摘要
一種管殼式換熱器，它具有至少一塊折流板，以支撐換熱器殼體內(nèi)的管道，其中折流板與殼體內(nèi)壁沿弧線的大部分相交。折流板具有旁路，至少一部分流進殼體和經(jīng)過該折流板的流體經(jīng)過該旁路。該旁路至少一部分位于殼體外部。流體通過旁路的這種流動減少了通過換熱器的壓降，并且在某種程度上，也減少了接近折流板處導致流體流動停滯的部位。
文檔編號F28F9/013GK1900648SQ200610151348
公開日2007年1月24日 申請日期2006年7月11日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月11日
發(fā)明者G·E·安德森 申請人:皇冠制鐵公司