申请/专利权人：江苏晨力环保科技有限公司

申请日：2019-07-02

公开（公告）日：2024-06-21

公开（公告）号：CN110186297B

主分类号：F28D7/06

分类号：F28D7/06;F28F21/08;F28F21/06

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.06.21#授权;2019.09.24#实质审查的生效;2019.08.30#公开

摘要：本发明公开了一种耐酸换热器，从上往下依次设置顶盖、上法兰板、下法兰板与壳体，顶盖设置有介质输入腔与中空管，壳体底部设置有酸液进口管，上部设置有酸液出口；顶盖的孔板和上法兰板之间形成第一腔体，上法兰板和下法兰板之间形成第二腔体，U形管位于壳体内，U形管的顶部长端伸入第一腔体并与中空管连通，U形管的顶部短端伸入第二腔体。介质从顶盖内部的介质输入腔进入U形管的长端，在壳体内与酸液换热后从U形管的短端排出，孔板、上法兰板隔绝输入和输出的介质，上法兰板和下法兰板之间第二腔体内的介质不会进入顶盖内，可以避免介质从一个腔体内进出时，在相邻隔板的缝隙内乱流，造成能量浪费、换热效果差的问题。

主权项：1.一种耐酸换热器，其特征在于：从上往下依次设置顶盖（18）、上法兰板（3）、下法兰板（5）与壳体（12），顶盖（18）设置有介质输入腔与中空管（6），壳体（12）底部设置有酸液进口管（10），上部设置有酸液出口（7）；顶盖（18）的孔板（1）和上法兰板（3）之间形成第一腔体，上法兰板（3）和下法兰板（5）之间形成第二腔体，U形管（8）位于壳体（12）内，U形管（8）的顶部长端伸入第一腔体并与中空管（6）连通，在顶盖（18）的孔板（1）开设若干小孔，对应小孔在孔板（1）下方设置中空管（6），每根中空管（6）与U形管（8）一一对应，插在U形管（8）的长端内；中空管（6）的外直径与U形管（8）的内直径配合；U形管（8）的顶部短端伸入第二腔体且不与上法兰板（3）底面接触；在上法兰板（3）和下法兰板（5）的每一根U形管（8）外周均设置有密封件（4）；密封件（4）的T形套（25）倒插在法兰板和U形管（8）之间，固定螺母（26）拧在T形套（25）外周，在T形套（25）的台阶孔内嵌置密封压套（24），压紧螺母（23）拧在T形套（25）上端部外周，在密封压套（24）头部下端面与T形套（25）上端面之间设置密封圈（27）；壳体（12）下方设置收集部（9），收集部（9）底部竖直设置排空口（11），酸液进口管（10）与排空口（11）连接；下法兰板（5）的外周向上凸起有环形边（28），环形边（28）上连接有管道（15），管道（15）的另一端与输出管（16）连接，输出管（16）连接介质出口管（17）；通过孔板（1）外边缘固定顶盖（18），使顶盖（18）内部边缘完全密闭。

全文数据：耐酸换热器技术领域本发明涉及液体加热或冷却的热交换技术领域，尤其是一种耐酸换热器。背景技术耐酸换热器可以用于金属表面酸洗使用的酸液的加热和冷却，这些酸液可以是硝酸、氢氟酸、盐酸、硫酸等中的一种或几种强腐蚀酸液混合液，由于不同金属使用的酸液温度不同，因此需要使用耐酸换热器对酸液进行加热和冷却。目前，常用的酸液换热器为块孔式石墨换热器，块孔式石墨换热器需要根据不同酸液的腐蚀性，将石墨浸渍树脂或石墨浸渍聚四氟乙烯，造价成本高；实际使用中，石墨易脆裂，抗弯和抗拉强度低，因此只能用于低压环境；块孔式石墨换热器的通孔容易被堵塞，一旦石墨上浸渍的耐腐蚀层损坏，泄漏点很难查找出，也不容易修复。现有技术如中国专利ZL2016108709068公开的一种U形管换热器，在上方的管程壳体和下方壳程壳体的之间设置管程法兰，管程法兰上竖直设置若干U形管，管程介质从管程壳体上的管程介质入口管进入U形管，随后从管程壳体内的管程介质聚集室、管程介质出口管排出；壳程介质从壳程壳体下方的壳程介质入口管进入壳程壳体内部的中心管，从中心管顶部溢出，进而进入内套筒和外套筒形成的通道，最终从壳程壳体下方的壳程介质出口管排出。但该换热器无法用于强腐蚀酸液换热，首先，壳程壳体内的酸液可能从U形管和管程法兰之间的间隙进入管程壳体内，进而腐蚀管程法兰、管程介质聚集室和管程壳体，酸液一旦进入U形管内还会腐蚀U形管内壁；其次，壳程介质出口管位于壳程壳体下方，壳程壳体内的酸液及酸液残渣会残留在壳程壳体底部，长时间腐蚀壳程壳体；再次，一旦管程介质聚集室与管程法兰之间出现缝隙，管程介质可能未经换热即进入管程介质聚集室排出，造成管程介质能量的浪费，管程介质聚集室内换热后的液体流入管程壳体容易导致换热效果变差的问题；另外，酸液在壳程壳体内从U形管上方流至U形管下方再流至U形管上方进行类似S形的流动，路程较长，需要一定的流动推力，因此与U形管、内套筒以及外套筒之间的摩擦力较大，强腐蚀酸液极易腐蚀U形管等部件，产品使用寿命短。发明内容本申请人针对上述现有的U形管换热器内部U形管等部件极易被强腐蚀酸液腐蚀，因而无法用于强腐蚀酸液换热、换热效果差等缺点，提供一种结构合理的耐酸换热器，使用下法兰板隔离酸液，使用上法兰板隔离冷凝水，换热效果好，壳体内不设置复杂的流道，U形管等部件耐酸效果好，使用寿命长。本发明所采用的技术方案如下：一种耐酸换热器，从上往下依次设置顶盖、上法兰板、下法兰板与壳体，顶盖设置有介质输入腔与中空管，壳体底部设置有酸液进口管，上部设置有酸液出口；顶盖的孔板和上法兰板之间形成第一腔体，上法兰板和下法兰板之间形成第二腔体，U形管位于壳体内，U形管的顶部长端伸入第一腔体并与中空管连通，U形管的顶部短端伸入第二腔体，在上法兰板和下法兰板的每一根U形管外周均设置有密封件。作为上述技术方案的进一步改进：在顶盖的孔板开设若干小孔，对应小孔在孔板下方设置中空管，每根中空管与U形管一一对应，插在U形管的长端内；中空管的外直径与U形管的内直径配合。密封件的T形套倒插在法兰板和U形管之间，固定螺母拧在T形套外周，在T形套的台阶孔内嵌置密封压套，压紧螺母拧在T形套上端部外周，在密封压套头部下端面与T形套上端面之间设置密封圈。在壳体上方一侧开设酸液出口，壳体下方设置收集部，收集部底部竖直设置排空口，酸液进口管与排空口连接；收集部为倒锥形。下法兰板的外周向上凸起有环形边，环形边上间隔连接有若干管道，所有管道的另一端与输出管连接，输出管外周连接有介质出口管；输出管为圆形环。在顶盖的孔板外边缘开设一圈定位孔，上法兰板的外周对应定位孔设置若干定位柱。下法兰板的外周向上凸起一圈环形边，下法兰板的外边缘与壳体上的第二法兰边配合，使用紧固件将下法兰板固定在壳体上。密封件的T形套采用聚四氟乙烯材质。U形管采用铝、铜金属管制作；U形管的外壁包覆热塑管，热塑管的材质为聚四氟乙烯、PP或PE。本发明的有益效果如下：本发明顶盖的孔板和上法兰板之间形成第一腔体，上法兰板和下法兰板之间形成第二腔体，U形管位于壳体内，U形管的顶部长端伸入第一腔体并与中空管连通，U形管的顶部短端伸入第二腔体，U形管其余管体位于壳体内，介质从顶盖内部的介质输入腔进入U形管的长端，在壳体内与酸液换热后从U形管的短端排出，孔板、上法兰板隔绝输入和输出的介质，上法兰板和下法兰板之间第二腔体内的介质不会进入顶盖内，可以避免介质从一个腔体内进出时，在相邻隔板的缝隙内乱流，造成能量浪费、换热效果差的问题，孔板、上法兰板起到双层隔离效果，介质输入腔的介质与上法兰板和下法兰板之间第二腔体内的介质彼此分离，相隔较远，不会相互传递热量，换热效果好。本发明的顶盖的每根中空管与U形管一一对应，插在U形管的长端内，中空管的外直径与U形管的内直径配合，中空管使介质准确导入U形管内，而不会流入孔板和上法兰板之间的第一腔体内，从而造成能量的浪费。本发明在上法兰板上每一根U形管外周设置密封件，密封件可以防止上法兰板和下法兰板之间第二腔体内的介质进入法兰板上方，进而进入孔板上方，与顶盖内介质进行换热，影响介质的换热效果。本发明在下法兰板上每一根U形管外周设置密封件，密封件可以防止壳体内部的酸液进入下法兰板上方的第二腔体内，腐蚀上法兰板、管道、输出管等部件，同时防止酸液进入U形管，腐蚀U形管内壁。本发明在壳体上方一侧开设酸液出口，壳体下方设置倒锥形的收集部，收集部底部竖直设置排空口，在排空口上设置酸液进口管，由于壳体内除竖直的U形管外无其他遮挡物，酸液从酸液进口管进入排空口、收集部、壳体内，酸液的水位慢慢平稳地向上抬升，酸液流动平稳，不会冲击U形管外壁和壳体的内壁，摩擦力小，不易腐蚀U形管等部件，产品使用寿命长。排空口位于整个壳体的最底端，可以彻底排空壳体内的杂质，防止酸液中杂物沉积在壳体底部；壳体下方的收集部设计为锥形，杂质从锥形面快速滑落至排空口排出，不会有死角残留杂质。本发明的密封件的T形套从下往上倒插在上法兰板和U形管长端以及下法兰板和U形管短端之间，固定螺母从上往下拧在T形套外周，用于将T形套固定在法兰板上，在T形套的台阶孔内嵌置密封压套，压紧螺母拧在T形套上端部外周，压紧螺母用于压紧密封压套，在密封压套头部下端面与T形套上端面之间设置密封圈，密封圈可以防止法兰板下方的液体从T形套和U形管之间进入法兰板上方。本发明的下法兰板的外周向上凸起有环形边，环形边上间隔连接有若干管道，所有管道的另一端均与圆形环状的输出管连接，输出管外周连接有介质出口管，通过设置更多的管道，使上法兰板和下法兰板之间的介质可以快速排出，利用圆柱形的壳体设置圆形环状的输出管，收集排出的介质后汇总从介质出口管统一排出，充分利用壳体空间，介质排出机构结构紧凑，排液效率高。本发明在顶盖的孔板外边缘开设一圈定位孔，上法兰板的外周对应定位孔设置若干定位柱，定位柱插在定位孔内从而将顶盖固定在上法兰板上，定位柱和定位孔的固定更精准，使中空管更准确地插入U形管内；通过孔板外边缘固定顶盖，使顶盖内部边缘完全密闭，防止介质从边缘流出，造成能量的浪费。本发明的下法兰板的外周向上凸起一圈环形边，下法兰板的外边缘与壳体上的第二法兰边配合，使用紧固件将下法兰板固定在壳体上，下法兰板通过外边缘固定在壳体上，使得下法兰板的靠近环形边的内部边缘完全密闭，防止下法兰板上方的介质从边缘流入壳体内污染酸液，同时防止酸液从边缘进入下法兰板上方的第二腔体内腐蚀部件。本发明的T形套采用聚四氟乙烯材质，由于下法兰板上密封件的T形的头部直接与酸液接触，聚四氟乙烯材质的耐腐蚀性好，可以避免直接采用橡胶等材质密封件发生的腐蚀问题。U形管采用铝、铜金属管制作，铝、铜的导热性优于石墨，导热性更好。U形管的外壁包覆热塑管，根据使用的不同温度、酸液介质，热塑管的材质可以是聚四氟乙烯、PP或PE，既保证强度又保证耐腐蚀性。附图说明图1为本发明立体图的中剖图。图2为图1中A处的放大图。图3为图1中顶盖18的立体图。图4为图1中上法兰板3的立体图（设置有密封件4）。图5为图1中下法兰板5的立体图。图6为图1中密封件4的俯视图。图7为图6中A-A处的剖视图（增加U形管8和上法兰板3）。图中：1、孔板；2、圆形孔；3、上法兰板；4、密封件；5、下法兰板；6、中空管；7、酸液出口；8、U形管；9、收集部；10、酸液进口管；11、排空口；12、壳体；13、第二法兰边；14、第一法兰边；15、管道；16、输出管；17、介质出口管；18、顶盖；19、介质入口管；20、定位柱；21、定位孔；22、凸缘；23、压紧螺母；24、密封压套；25、T形套；26、固定螺母；27、密封圈；28、环形边；29、第一台阶面。具体实施方式下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。如图1所示，本发明从上往下依次设置有半圆形的顶盖18、圆柱形壳体12和倒锥形的收集部9，在壳体12上方一侧开设酸液出口7，收集部9底部竖直设置与之连通的排空口11，在排空口11上与之垂直设置酸液进口管10，酸液进口管10与排空口11连通，酸液从酸液进口管10进入，自下而上经过排空口11、收集部9、壳体12，最后从酸液出口7排出。如图1所示，顶盖18内部为介质输入腔，顶盖18顶部中心为竖直的介质入口管19，介质入口管19伸入介质输入腔内部，一端抵在顶盖18的水平设置的孔板1上，位于顶盖18内的介质入口管19管壁上开设有若干圆形孔2，在孔板1开设若干小孔，如图3所示，对应小孔在孔板1下方竖直设有分配中空管6，中空管6与介质输入腔、介质入口管19连通，且与顶盖18及介质入口管19一体成型。如图1、图2所示，在孔板1的下方依次设置上法兰板3和下法兰板5，U形管8为一端长、一端短的中空弯管，U形管8竖直插入壳体12内，其底部位于圆柱形壳体12底端，使从酸液进口管10进入壳体12内的酸液更早接触U形管8，延长热交换时间。每根中空管6与U形管8一一对应，插在U形管8的顶部长端内，中空管6的外直径与U形管8的内直径配合，U形管8的长端位于孔板1和上法兰板3之间的第一腔体内，中空管6使介质准确导入U形管8内，而不会流入孔板1和上法兰板3之间的第一腔体内。在上法兰板3上每一根U形管8外周设置密封件4，密封件4用于防止上法兰板3和下法兰板5之间第二腔体内的介质进入法兰板3上方，进而进入孔板1上方，影响介质输入腔内介质的使用。如图3所示，在顶盖18的孔板1外边缘间隔均匀开设一圈定位孔21，如图4所示，在上法兰板3外周的凸缘22上对应定位孔21设置若干定位柱20，定位柱20插在定位孔21内从而将顶盖18固定在上法兰板3上。如图1、图2所示，U形管8的顶部短端位于上法兰板3和下法兰板5之间的第二腔体内，且不与上法兰板3底面接触，在下法兰板5上每一根U形管8外周设置密封件4，密封件4用于防止壳体12内部的酸液进入下法兰板5上方的第二腔体内。如图2所示，下法兰板5的外周向上凸起有环形边28，环形边28上间隔连接有若干管道15，如图5所示，所有管道15的另一端均与圆形环状的输出管16连接，输出管16外周连接有介质出口管17，介质出口管17与输出管16、管道15以及上法兰板3和下法兰板5之间的第二腔体连通，蒸汽或冷却介质从中空管6进入U形管8长端之后，经过换热从U形管8短端进入上法兰板3和下法兰板5之间的第二腔体内，最终从管道15、输出管16、介质出口管17排出。如图5所示，环形边28顶部向外翻折有环形的第一法兰边14，如图2所示，上法兰板3的外边缘与第一法兰边14配合，使用紧固件将上法兰板3固定在下法兰板5上。如图2所示，下法兰板5的外边缘与壳体12上的第二法兰边13配合，使用紧固件将下法兰板5固定在壳体12上。如图6、图7所示，密封件4的T形套25从下往上倒插在上法兰板3和U形管8之间，套设在U形管8长端外周，固定螺母26从上往下拧在T形套25外周，用于将T形套25固定在上法兰板3上，T形套25内部开设台阶孔，T形套25靠近T形头部的第一台阶面29与U形管8接触。T形的密封压套24插入T形套25的第二台阶面30和U形管8长端之间，在密封压套24头部下端面与T形套25上端面之间设置密封圈27，密封圈27可以防止蒸馏水从T形套25和U形管8之间进入上法兰板3上方。压紧螺母23拧在T形套25上端部外周，压紧螺母23内端面抵在密封压套24头部上端面上，压紧螺母23用于压紧密封压套24。下法兰板5上的密封件4与上法兰板3的密封件4相同，密封圈27可以防止酸液从T形套25和U形管8之间进入下法兰板5上方。T形套25采用聚四氟乙烯材质，由于下法兰板5上密封件4的T形套25的头部直接与酸液接触，聚四氟乙烯材质的耐腐蚀性好，可以避免直接采用橡胶等材质密封件发生的腐蚀问题。上法兰板3和下法兰板5均采用钢板加工制作后，表面喷涂聚四氟乙烯、PP、PE耐腐蚀材料，既保证强度又保证耐腐蚀性。U形管8采用铝、铜金属管制作，铝、铜的导热性优于石墨，导热性更好。U形管8的外壁包覆热塑管，根据使用的不同温度、酸液介质，热塑管的材质可以是聚四氟乙烯、PP或PE。壳体12采用PP、PPH材料制作。在制作本发明时，顶盖18先与上法兰板3、U形管8、下法兰板5进行装配，随后先进行密封试验，再将装配完成的部分整体插入壳体12内，使用紧固件固定下法兰板5的外边缘和壳体12的第二法兰边13，完成本发明的装配。本发明使用时，酸液需要加热时使用蒸汽作为换热介质，酸液需要冷却时使用冷却介质作为换热介质，蒸汽或冷却介质从顶部的介质入口管19进入，随后从介质入口管19的圆形孔2进入顶盖18的介质输入腔内，进而从中空管6进入U形管8的长端，最后输送至U形管8的短端，如果使用蒸汽，蒸汽与壳体12内的酸液换热后冷凝形成冷凝水，冷凝水进入上法兰板3和下法兰板5之间的第二腔体内，随后从进入管道15、输出管16，最后从介质出口管17排出，如果使用冷却介质，冷却介质与壳体12内的酸液换热后从相同的路径离开。酸液从壳体12下方的酸液进口管10进入，从排空口11进入锥形的收集部9，液面缓慢上升进入圆柱状的壳体12，酸液与U形管8内的介质进行换热，最终从壳体12上方的酸液出口7流出。由于壳体12内除竖直的U形管8外无其他遮挡物，酸液的水位慢慢平稳地向上抬升，酸液流动平稳，不会冲击U形管8外壁和壳体12的内壁，摩擦力小，不易腐蚀U形管8等部件，产品使用寿命长。壳体12的底端开设排空口11，可以彻底排空壳体12内的杂质，防止酸液中杂物沉积在壳体12底部；壳体12下方的收集部9设计为锥形，杂质从锥形面快速滑落至排空口11排出，不会有死角残留杂质。以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，在不违背本发明精神的情况下，本发明可以作任何形式的修改。

权利要求：1.一种耐酸换热器，其特征在于：从上往下依次设置顶盖（18）、上法兰板（3）、下法兰板（5）与壳体（12），顶盖（18）设置有介质输入腔与中空管（6），壳体（12）底部设置有酸液进口管（10），上部设置有酸液出口（7）；顶盖（18）的孔板（1）和上法兰板（3）之间形成第一腔体，上法兰板（3）和下法兰板（5）之间形成第二腔体，U形管（8）位于壳体（12）内，U形管（8）的顶部长端伸入第一腔体并与中空管（6）连通，U形管（8）的顶部短端伸入第二腔体，在上法兰板（3）和下法兰板（5）的每一根U形管（8）外周均设置有密封件（4）。2.按照权利要求1所述的耐酸换热器，其特征在于：在顶盖（18）的孔板（1）开设若干小孔，对应小孔在孔板（1）下方设置中空管（6），每根中空管（6）与U形管（8）一一对应，插在U形管（8）的长端内；中空管（6）的外直径与U形管（8）的内直径配合。3.按照权利要求1所述的耐酸换热器，其特征在于：密封件（4）的T形套（25）倒插在法兰板和U形管（8）之间，固定螺母（26）拧在T形套（25）外周，在T形套（25）的台阶孔内嵌置密封压套（24），压紧螺母（23）拧在T形套（25）上端部外周，在密封压套（24）头部下端面与T形套（25）上端面之间设置密封圈（27）。4.按照权利要求1所述的耐酸换热器，其特征在于：在壳体（12）上方一侧开设酸液出口（7），壳体（12）下方设置收集部（9），收集部（9）底部竖直设置排空口（11），酸液进口管（10）与排空口（11）连接；收集部（9）为倒锥形。5.按照权利要求1所述的耐酸换热器，其特征在于：下法兰板（5）的外周向上凸起有环形边（28），环形边（28）上间隔连接有若干管道（15），所有管道（15）的另一端与输出管（16）连接，输出管（16）外周连接有介质出口管（17）；输出管（16）为圆形环。6.按照权利要求1所述的耐酸换热器，其特征在于：在顶盖（18）的孔板（1）外边缘开设一圈定位孔（21），上法兰板（3）的外周对应定位孔（21）设置若干定位柱（20）。7.按照权利要求1所述的耐酸换热器，其特征在于：下法兰板（5）的外周向上凸起一圈环形边（28），下法兰板（5）的外边缘与壳体（12）上的第二法兰边（13）配合，使用紧固件将下法兰板（5）固定在壳体（12）上。8.按照权利要求1所述的耐酸换热器，其特征在于：密封件（4）的T形套（25）采用聚四氟乙烯材质。9.按照权利要求1所述的耐酸换热器，其特征在于：U形管（8）采用铝、铜金属管制作；U形管（8）的外壁包覆热塑管，热塑管的材质为聚四氟乙烯、PP或PE。

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