[发明专利]采用非金属换热管的喷淋式管壳换热器

说明书

技术领域

本发明涉及管壳式换热领域，特别涉及一种采用新型非金属材料换热管的喷淋式管壳换热器。

背景技术

喷淋式管壳换热器广泛应用于蒸馏法海水淡化技术与溴化锂吸收式制冷机和溴化锂热泵系统。喷淋式管壳换热器的特征是将一系列的水平管喷淋降膜蒸发器串联起来，用一定量的蒸汽输入通过多次的蒸发和冷凝过程，每一效的蒸发温差越小越好，后面一效的蒸发温度略低于前面一效，从而整个淡化过程得到多倍于输入蒸汽量的蒸馏水。

喷淋式换热器具有传热效果好、换热温差低、便于维修和清洗等优点，但是由于大多数的系统均选择使用黄铜合金（70%铜、29%锌和1%锡）材料制造的换热管，因而应用于低温多效蒸馏海水淡化设备中及温度高于165摄氏度的溴化锂制冷机或溴化锂热泵中很容易遭到海水或溴化锂溶液的腐蚀，造成穿孔而导致系统损坏。因此，换热管的防腐问题成为该技术进一步提高并得到广泛应用的制约因素。目前普遍采用的方法是在铜合金内添加微量的硼、镍等元素，以提高合金的耐蚀性能；更有甚者，在现有的多效蒸发换热器中，为了抗腐蚀，通常在最靠近喷淋喷头的上部使用金属钛管，这又进一步增加了系统的成本。而且，这些方法只能减缓管路腐蚀的过程，无法从根本上解决抗腐蚀问题。同时，采用铜合金材料作为换热管的另一缺陷是材料的价格昂贵，系统的高成本制约了低温多效蒸馏海水淡化系统和溴化锂制冷机及溴化锂热泵更为广泛的应用。最近，部分厂家的换热系统改用铝合金管，但阳极氧化等多种特殊措施保护管材的工艺复杂，且耐腐蚀性只有少量提高，还是不能满足防腐的要求。另一方面，虽然有许多材料能够满足防止海水腐蚀的要求，但由于这些材料的导热系数都只有5W/mK或更低，按照目前喷淋式换热器的设计和制造方法，其换热温差都太高，无法实现低温差的换热，与喷淋式管壳换热器要求的换热温差越低越好的特性相矛盾。

因此，本领域迫切需发明新型喷淋式管壳换热器，使其即能够耐腐蚀，又能保持较低的换热温差，还能降低成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种采用非金属换热管的喷淋式管壳换热器，能够解决目前喷淋式管壳换热器的腐蚀问题，同时具备换热温差低、成本低等优点。

为解决上述技术问题，本发明的实施方式提供了一种采用非金属换热管的喷淋式管壳换热器。该换热器包括：包括：壳体、喷淋器、平行置于壳体内的换热管、支撑换热管的支撑板和连接换热管的管板，其中，所述换热管由导热系数为0.5W/m·K~10W/m·K的非金属材料制成，所述换热管外径为5~15mm。

优选的，所述换热管为U型，平行地布置在壳体内，其开口端与管板密封连接，弯曲段通过支撑板支撑。

优选的，所述换热管由导热系数为1W/m·K~5W/m·K的非金属材料制成，换热管外径为7~12mm。

优选的，所述换热管的长度为2~11m，壁厚为0.5~2mm。

优选的，所述换热管由高分子聚合材料制成。

优选的，所述换热器的管板由高分子聚合材料制成。

优选的，所述高分子聚合材料为石墨改性聚丙烯，包括65%-85%聚丙烯与10%~30%石墨。

优选的，所述石墨改性聚丙烯换热管导热系数为2~4W/m/K，外径为7~12mm，壁厚0.5~2mm，长度为7~11m。

优选的，所述石墨改性聚丙烯管通过环氧树脂与管板胶结封装。

优选的，所述换热管采用高硼玻璃制成。

优选的，所述高硼玻璃换热管通过玻璃胶与管板密封封装。

本发明实施方式与现有技术相比，主要区别在于：使用了防腐性能良好的有机高聚物或无机高硼玻璃材料，在显著减小换热管直径和适当增大换热面积的条件下，能够在喷淋式管壳换热器内实现足够低的换热温差，以满足低温多效蒸馏海水淡化设备和溴化锂吸收式制冷机或溴化锂热泵的换热要求；同时，由于有机高聚物或无机高硼玻璃的材料成本比铜合金要低很多，因而本发明能够显著降低应用喷淋式管壳换热器的低温多效蒸发海水淡化设备或溴化锂吸收式制冷机或溴化锂热泵的成本。

具体的，新型喷淋式管壳换热器采用非金属材料的换热管，非金属材料的主要成分是聚丙烯和石墨，具有优良的耐腐蚀性能，对于各种无机化合物，不论酸、碱、盐溶液，直到120℃都对其无破坏作用。同时，该材料密度小重量轻，不易结垢，不污染换热介质，设备的制造和安装维修比较方便；由于复合材料的成本较低，即使换热面积有所增大，还是能够显著降低喷淋式管壳换热器的设备造价。