一种多用途热交换反应装置.pdf

一种包括由筒体(1)、热源流体排出端盖(14)、热源流体进入端盖(3)、换热管(10)、节温器(K)、预热器(Y)、底管板(15)和开口管板(2)组成的多用途换热反应装置。其优点在于因开口管板可方便拆卸的特点，使得其可以装载整体催化剂，可以在振动工况等场合使用；装置内置节温器后，不仅可以省略用于调温的旁路管道，更可以简化控制方法。本发明结构紧凑、传热均匀，方便小型化设计和制造，催化剂使用寿命长，维护简单便捷，尤其适用于机车废热利用、随行制氢等新技术项目。

权利要求书
1.  一种多用途热交换反应装置，包括由筒体(1)、热源流体排出端盖(14)、热源流体进入端盖(3)、换热管(10)、底管板(15)和开口管板(2)组成；筒体(1)的一端焊接有底管板(15)，另一开口端有筒体法兰(8)，筒体(1)两端外壁上分别有物料进入管(1101)和物料排出管(9)；热源流体进入端盖(3)开口端有左端盖法兰(7)，顶端有热源流体进入管(4)；在左端盖法兰(7)和筒体法兰(8)之间通过螺杆(6)压接有开口管板(2)；热源流体排出端盖(14)开口端有右端盖法兰(12)，顶上有热源流体排出管(13)；右端盖法兰(12)通过螺杆(6)与底管板(15)的外沿法兰内螺纹啮合压接；开口管板(2)和底管板(15)对应分布有换热管(10)孔，其特征在于换热管(10)的一端与底管板(15)的孔焊接或胀接密封，另一端穿过开口管板(2)的孔后通过密封螺母(5)密封连接，并可以方便拆卸。

2.  根据权利要求1所述的一种多用途热交换反应装置，其特征在于设置调温换热管(G)，调温换热管(G)的一端与底部管板(15)焊接或胀接密封，另一端与开口管板(2)在螺杆(6)和密封螺母(5)的共同作用下压接密封，并可以方便拆卸。

3.  根据权利要求1、2所述的一种多用途热交换反应装置，其特征在于在调温换热管(G)的沿热源流体流向的后端安装能自动调节温度的节温器(T)。

4.  根据权利要求1所述的一种多用途热交换反应装置，其特征在于在热源流体排出端盖(14)或热源流体进入端盖(3)内设置物料与物料腔连通、与热源流体隔离的物料预热器(Y)。

5.  根据权利要求1所述的一种多用途热交换反应装置，其特征在于物料腔(K)内装载整体或颗粒催化剂，或在换热管(10)的外壁及筒体(1)的内壁涂敷催化剂。

6.  根据权利要求1所述的一种多用途热交换反应装置，其特征在于在物料腔(K)中加装隔板，以构成多种功能腔体。

7.  根据权利要求1所述的一种多用途热交换反应装置，对其运行过程的控制编程。

说明书一种多用途热交换反应装置
所属技术领域
本发明涉及一种多用途热交换反应装置，适合于有热交换及热交换反应的各种场合，属于化工机械领域，或尤其是机车内燃机废热应用领域。
背景技术
在现有技术的化工机械中，列管式热交换反应装置内部的换热管的两端均为焊接或胀接在管板上，列管和管板间呈固定状态。这种列管式热交换反应装置的最大不足在于，在列管的外壁和反应装置筒体内壁之间的空腔里，只能装载颗粒催化剂，不能使用整体催化剂。如果将这种装置应用于有剧烈振动工况的场合，如机车发动机废热利用等，颗粒催化剂极易在剧烈振动过程中相互摩擦而粉末化。催化剂的使用寿命不仅显著缩短，加大运行成本，而且反应装置效率大大降低，甚者导致催化反应不能进行。
发明内容
为了克服现有公知列管式热交换反应装置的不足，本发明提供一种既能装载颗粒催化剂，更能装载整体催化剂，并可以内置节温器的列管式热交换反应装置。
实现本发明目的所采用技术方案是，包括由筒体、热源流体进入端盖、热源流体排出端盖、若干换热管、底管板和开口管板组成的热交换反应装置。筒体的一端焊接有底管板，另一开口端有筒体法兰，筒体两端外壁上分别有物料进入管和物料排出管；热源流体进入端盖开口端有左端盖法兰，顶端有热源流体进入管；在左端盖法兰和筒体法兰之间通过螺杆压接有开口管板；热源流体排出端盖开口端有右端盖法兰，顶上有热源流体排出管；右端盖法兰通过螺杆与底管板外沿法兰内螺纹啮合压接；开口管板和底管板对应分布有若干换热管孔，其特征在于换热管的一端与底管板的孔焊接或胀接密封，另一端穿过开口管板的孔后通过密封螺母密封连接，并可以方便拆卸。
本发明，加装调温换热管后，可以在调温换热管的沿热源流体流向的后端安装能自动调节温度的节温器。
本发明，加装调温换热管时，调温换热管的一端与底部管板焊接或胀接密封，另一端与开口管板在螺杆和密封螺母的共同作用下压接密封，并可方便拆卸。
本发明，加装的节温器由节温器筒体、在节温器筒体外呈螺旋状的双金属片、与双金属片中心连接的轴、另一端连接的调节螺杆、轴穿过节温器筒体的管壁孔后在节温器筒体内的轴上的节流门组成。
本发明，可以在热源流体进入端盖或热源流体排出端盖内加装螺旋管状的物料预热器。预热器的一端与穿过端盖上的带密封垫圈的螺母连接，另一端穿过底管板并与其焊接或胀接连接。加装预热器后，可以取消或保留筒体上的物料进入管。
本发明，开口管板的外沿开有若干与筒体开口法兰和左端盖法兰对应的孔，以穿过螺杆；底管板的外沿开有与右端盖法兰对应的孔，孔内有内螺纹，构成筒体底部的连接法兰。
本发明可以用于与热交换有关的多种用途，例如对物料进行加热、冷却、蒸发、过热；在筒体内壁、换热管外壁与底管板和开口管板间组成的物料腔中装载催化剂后，可以进行有热交换的催化反应；也可根据需要在物料腔内加装适当隔板，将物料腔分隔为多种功能腔体，如蒸发腔、过热腔和催化反应腔等构成多功能反应装置。
使用本发明时，首先，物料腔内装入催化剂(对有热交换作用的催化反应)，物料进入管连接物料源，物料排出管连接物料接受器，热(冷)源流体进入管连接热(冷)源流体，热(冷)源流体排出管连接热(冷)源流体接收器或排空。热(冷)源流体通过热(冷)源进入管进入热(冷)源流体进入端盖内腔，热(冷)源流体再穿过底管板上的孔，进入换热管内，并从开口管板的孔流出进入热(冷)源流体排出端盖内腔，最后通过热(冷)源排出管汇集后排出。物料从物料进入管进入物料腔，经物料排出管排出，物料在物料腔中移动的过程中，与换热管进行热交换，吸收或放出热量(同时在催化剂的作用下发生相应的催化反应)。
因内置有可自动调节温度的节温器，由于热(冷)源进入管内管口接近调温换热管管口，热(冷)源流体首先主要进入调温换热管，但在温度较低(高)及正常工作状态时，节流门平面垂直于轴线，节流门处于最大关闭态，只有少量流体流经节流门与节温器筒体内壁的间隙(设计预留)，大量的流体仍然只能从底管板的孔通过换热管流至热(冷)源排出端盖内腔；由于热交换作用，热(冷)源流体排出端盖内腔的流体温度比进入端盖内腔的流体温度低(高)，当流体温度变化达到预定值时，节温器的双金属片发生卷曲(伸张)，通过轴带动节流门转动，节流门转动至其平面与筒体轴线平行(设计限动位)为最大开启度；当节温器的节流门从转动开始直至最大开启度，从热(冷)源流体进入管流出的流体，主要通过调温换热管直接进入排出端盖内腔，只有极少量热(冷)源流体通过换热管，此时换热作用减弱，从而达到调节温度的目的。本发明的节温器对于对温度控制要求不高的场合极为有效。
本发明的优点在于因开口管板可方便拆卸的特点，使得其可以装载整体催化剂，可以在振动工况的场合使用；装置内置节温器后，不仅可以省略用于调温的旁路管道，更可以简化控制方法。本发明结构紧骤、传热均匀，方便小型化设计和制造，催化剂使用寿命长，维护简单便捷，尤其适用于机车废热利用、随行制氢等新技术项目。
附图说明
下面结合附图进一步说明本发明。
图1、2、3、4分别是本发明实施例1、2、3、4的剖视结构示意图。
图中：1-筒体 2-开口管板 3-热(冷)源流体进入端盖 4-热(冷)源流体排出管 5-密封螺母 6-螺杆 7-左端盖法兰 8-筒体法兰 9-物料排出管 10-换热管 1101-物料进入管 1102-物料进入管 12-右端盖法兰 13-热(冷)源流体进入管 14-热(冷)源流体排出端盖 15-底部管板 G-调温换热管 K-物料腔 T-节温器 Y-预热器 a-节温器筒体 b-节流门 c-轴 d-双金属片 e-调节螺杆
实施例1
如图1所示，包括由筒体1、热源流体排出端盖14、热源流体进入端盖3、若干换热管10、底管板15和开口管板2组成的热交换反应装置。筒体1的一端焊接有底管板15，另一开口端有筒体法兰8，筒体1两端外壁上分别有物料进入管1101和物料排出管9；热源流体进入端盖3开口端有左端盖法兰7，顶端有热源流体进入管4；在左端盖法兰7和筒体法兰8之间通过螺杆6压接有开口管板2；热源流体排出端盖14开口端有右端盖法兰12，顶上有热源流体排出管13；右端盖法兰12通过螺杆6与底管板15的外沿法兰内螺纹啮合压接；开口管板2和底管板15对应分布有换热管10孔，其特征在于换热管10的一端与底管板15的孔焊接或胀接密封，另一端穿过开口管板2的孔后通过密封螺母5密封连接，并可以方便拆卸。
实施例2
如图2所示，包括由筒体1、热源流体排出端盖14、热源流体进入端盖3、若干换热管10、调温换热管G、节温器T、底管板15和开口管板2组成的热交换反应装置。筒体1的一端焊接有底管板15，另一开口端有筒体法兰8，筒体1两端外壁上分别有物料进入管1101和物料排出管9；热源流体进入端盖3开口端有左端盖法兰7，顶端有热源流体进入管4；在左端盖法兰7和筒体法兰8之间通过螺杆6压接有开口管板2；热源流体排出端盖14开口端有右端盖法兰12，顶上有热源流体排出管13；右端盖法兰12通过螺杆6与底管板15的外沿法兰内螺纹啮合压接；开口管板2和底管板15对应分布有换热管10孔，其特征在于换热管10的一端与底管板15的孔焊接或胀接密封，另一端穿过开口管板2的孔后通过密封螺母5密封连接，并可以方便拆卸。
调温换热管G的一端与底部管板15焊接或胀接密封，另一端与开口管板2在螺杆6和密封螺母5的共同作用下压接密封，并可方便拆卸。在调温换热管G的沿热源流体流向的后端安装能自动调节温度的节温器T。节温器T由节温器筒体a、节温器筒体a外呈螺旋状的双金属片d、与双金属片d中心连接的轴c及另一端连接的调节螺杆e、轴c穿过节温器筒体a的管壁孔后在节温器筒体a内的轴c上的节流门b组成。
实施例3
如图3所示，包括由筒体1、热源流体排出端盖14、热源流体进入端盖3、若干换热管10、预热器Y、底管板15和开口管板2组成的热交换反应装置。筒体1的一端焊接有底管板15，另一开口端有筒体法兰8，筒体1两端外壁上分别有物料进入管1101和物料排出管9；热源流体进入端盖3开口端有左端盖法兰7，顶端有热源流体进入管4；在左端盖法兰7和筒体法兰8之间通过螺杆6压接有开口管板2；热源流体排出端盖14开口端有右端盖法兰12，顶上有热源流体排出管13；右端盖法兰12通过螺杆6与底管板15的外沿法兰内螺纹啮合压接；开口管板2和底管板15对应分布有换热管10孔，其特征在于换热管10的一端与底管板15的孔焊接或胀接密封，另一端穿过开口管板2的孔后通过密封螺母5密封连接，并可以方便拆卸。
在热源流体排出端盖14内加装螺旋管状的物料预热器Y，预热器Y的一端与穿过端盖上带密封垫圈的螺母f的物料进入管1102连接，另一端连通并穿过底管板15。
实施例4
如图4所示，包括由筒体1、热源流体排出端盖14、热源流体进入端盖3、若干换热管10、调温换热管G、节温器T、预热器Y、底管板15和开口管板2组成的热交换反应装置。筒体1的一端焊接有底管板15，另一开口端有筒体法兰8，筒体1两端外壁上分别有物料进入管1101和物料排出管9；热源流体进入端盖3开口端有左端盖法兰7，顶端有热源流体进入管4；在左端盖法兰7和筒体法兰8之间通过螺杆6压接有开口管板2；热源流体排出端盖14开口端有右端盖法兰12，顶上有热源流体排出管13；右端盖法兰12通过螺杆6与底管板15的外沿法兰内螺纹啮合压接；开口管板2和底管板15对应分布有换热管10孔，其特征在于换热管10的一端与底管板15的孔焊接或胀接密封，另一端穿过开口管板2的孔后通过密封螺母5密封连接，并可以方便拆卸。
调温换热管G的一端与底部管板15焊接或胀接密封，另一端与开口管板2在螺杆6和密封螺母5的共同作用下压接密封，并可方便拆卸。
在调温换热管G的沿热源流体流向的后端安装能自动调节温度的节温器T。节温器T由节温器筒体a、节温器筒体a外呈螺旋状的双金属片d、与双金属片d中心连接的轴c及另一端连接的调节螺杆e、轴c穿过节温器筒体a的管壁孔后在节温器筒体a内的轴c上的节流门b组成。
在热源流体排出端盖14内加装螺旋管状的物料预热器Y，预热器Y的一端与穿过端盖上带密封垫圈的螺母f的物料进入管1102连接，另一端穿过底管板15并与其焊接或胀接连接。