四平换热器专利分析报告调研.doc
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1、四平换热器专利分析报告调研 作者: 日期:25 个人收集整理 勿做商业用途四平换热器专利分析报告调研1.1项目背景换热器作为节能减排的一个基础组件,是应用领域非常广泛的重要工业产品,市场前景十分广阔.换热器产业的发展符合现在国家发展低碳经济的政策方向,对促成全社会共同节能减排的行动具有重大、深远的意义。四平市是国内换热器生产企业最集中的地区,目前换热器企业103家。换热器产业基础较强,拥有一批板式换热器高端企业,2011年实现销售收入70亿元,占全国换热器市场的10%以上,具有跃升为支柱产业的潜在优势。吉林省在“十二五”规划中将四平市换热器作为吉林省重点发展行业,四平市换热器特色工业园区为吉林
2、省重点建设园区。省政府吉政发201035号文件吉林省人民政府关于进一步推动四平市换热器产业发展的若干意见指出将四平市打造成中国换热器城.四平市换热器行业专利申请逐年提高,专利实施率在95以上。但是四平市换热器企业与国外同类企业相比,并无特殊技术优势。做为四平市换热器行业主打产品的板式换热器领域,国内外竞争激烈,大量外资企业已经完成在中国的产业布局和专利布局,所以四平市换热器行业急需制定行业专利战略指导企业发展。 吉林省科技发展计划项目申报书1。2项目目标通过分析换热器产品和技术全球专利分布与发展情况,指出该行业在世界各国的发展历程、研发热点、发展趋势,以及主要竞争企业、机构和技术创新领导者情况
3、等,使四平市的换热器企业能够准确把握本行业宏观的技术发展方向和专利布局情况,使企业明了在本行业中的大体位置为确定本企业的专利战略提供思路.通过分析四平市换热器专利技术发展趋势及分布态势,及阿法拉伐、蓝科高新、巨元瀚洋和维克斯等国际、国内和四平市换热器代表性企业的专利情况,使四平市的企业明了国外知名企业、国内知名企业和本市知名企业之间的异同点,从而为确定本企业的研发方向和专利布局方向提供参考。通过板式换热器的专利分析、核心专利鉴别、核心专利保护地域和法律状态分析、核心专利功效分析、诉讼案例评述等,使客户在微观上了解本行业的核心技术、保护状况和技术空白点,为客户制定研发策略、启发创新思路和申请相关
4、专利提供参考借鉴。 换热器专利数据库和分析报告方案. 北京合享新创信息科技有限公司1.3 换热器产业发展概况由于制造工艺和技术水平的限制,早期的换热器只能采用简单结构,传热面积小、体积较大、笨重,如蛇管式换热器等。随着制造工艺的发展,管壳式换热器的单位体积具有较大的传热面积,而且传热效果较好,长期以来在工业生产中成为一种典型的换热器。20世纪20年代出现板式换热器,并应用于食品工业。以板代管制成的换热器,结构紧凑、传热效果好。30年代初,瑞典首次制成螺旋板换热器。接着英国用钎焊法制造出一种由铜及其合金材料制成的板翅式换热器,用于飞机发动机的散热.30年代末,瑞典又制造出第一台板壳式换热器,用于
5、纸浆生产。在此期间,为解决强腐蚀性介质的换热问题,人们对新型材料制成的换热器开始注意。20世纪60年代,由于空间技术和尖端科学的迅速发展,迫切需要各种高效能紧凑型的换热器,再加上冲压、钎焊和密封等技术的发展,换热器制造工艺得到进一步完善,从而推动了紧凑式换热器的蓬勃发展和广泛应用.此外,自20世纪60年代开始,为了适应高温和高压条件下的换热和节能的需要,典型的管壳式换热器也得到了进一步的发展。20世纪70年代中期,为了强化传热,在研究和发展热管的基础上又开发出热管式换热器。20世纪80年代后,大量的强化传热元件被推向市场,如折流杆换热器、新结构高效换热器、高效重沸器、高效冷凝器、双壳程换热器、
6、板壳式换热器、表面蒸发式空冷器等高效换热器.进入21世纪后,大量的强化传热技术应用于工业装置,世界换热器产业在技术水平上获得了快速提升,板式换热器日渐崛起。 黄蕾,黄庆军. 世界换热器产业发展现状综述. 石油与化工设备,2011 (14) .1.4 换热器行业全球竞争格局世界换热器产业高端产品主要集中在瑞典、美国、德国、英国、法国、日本等发达国家.其中,瑞典阿法拉伐公司(Alfa Laval)是世界上最大的换热器生产企业,2009年换热器产品的销售收入达到20亿美元,远远超过其它企业的换热器产品销售收入.瑞典舒瑞普(SWEP)、英国APV、德国基伊埃(GEA)、德国风凯(Funke)、美国传特
7、(Tranter)、日本日阪(Hisaka)都是世界著名的换热器生产企业.欧美发达国家目前更多关注于板式换热器领域,对于压力容器类的管壳式换热器产品,德国、英国等西欧国家已逐步退出生产,在欧洲主要转向意大利。目前,世界管壳式换热器的生产重心逐步转移到以日本、韩国、印度、中国等亚洲国家。在板式换热器领域,瑞典阿法拉伐、英国APV/美国SPX、瑞典舒瑞普、德国基伊埃、德国风凯、美国传特、意大利斯普莱力、日本日阪、韩国LHE都是世界上处于行业领先水平的板式换热器生产商.在石油化工行业大型管壳式换热器领域,日本石川岛播磨(IHI)、日本制钢所(JSW)室兰工厂、日立造船(Hitachi Zosen)、
8、韩国斗山(Doosan)、印度拿丁集团(Larsen Toubro)和意大利的FBM公司都具有很强的国际竞争力。图表 1 世界主要国家著名换热器企业竞争格局分析国家著名换热器企业瑞典阿法拉伐(Alfa Laval)、舒瑞普(SWEP)美国传特(Tranter)、艾普尔(API)、SPX德国基伊埃(GEA)、风凯(Funke)、萨莫威孚(thermowave GmbH)、施密特(Schmidt,已被美国API收购)英国APV(已被美国SPX收购)、瑞克罗夫(Rycroft)法国维卡勃(Vicarb,已被瑞典阿法拉伐收购)、帕奇诺(Packinox,已被瑞典阿法拉伐收购)意大利FBM、斯普莱力(C
9、ipriani Scambiatori)日本日阪(Hisaka)、石川岛播磨(IHI)、日本制钢所(JSW)室兰工厂、日立造船(Hitachi Zosen)韩国LHE已被阿法拉伐收购、斗山(Doosan)印度拿丁集团(Larsen Toubro)1.5 换热器重点产品和技术1。5。1 管壳式换热器图表Error! Bookmark not defined. 管壳式换热器目前,在换热器中,应用最多的是管壳式换热器,它是工业过程热量传递中应用最为广泛的一种换热器,是炼油、化工、电力等行业工艺流程中的重要设备.它既是工艺流程中的主要设备,同时又是企业减少能耗、降低成本的主要手段。管壳式换热器由管箱、
10、壳体、管束等主要元件构成。管束是管壳式换热器的核心,其中换热管作为导热元件,决定换热器的热力性能。对换热器热力性能有较大影响的另一基本元件是折流板(或折流杆)。管箱和壳体主要决定管壳式换热器的承压能力及操作运行的安全可靠性. 换热器分类. 四平市换热器协会管壳式换热器属于间壁式换热器,其换热管内构成的流体通道称为管程,换热管外构成的流体通道称为壳程。管程和壳程分别通过两种不同温度的流体时,温度较高的流体通过换热管壁将热量传递给温度较低的流体,温度较高的流体被冷却,温度较低的流体被加热,进而实现两流体换热工艺的目的。虽然管壳式换热器在结构紧凑性、传热强度和单位传热面的金属消耗量方面无法与板式或板
11、翅式等紧凑式换热器相比,但管壳式换热器适用的操作温度与压力范围较大、制造成本低、清洗方便、处理量大、工作可靠.长期以来,人们已在其设计和加工制造方面积累了许多的经验,建立了一整套程序,人们可以容易地查找到其可靠的设计及制造标准,而且方便地使用众多材料制造,设计成各种尺寸及形式,管壳式换热器往往成为人们的首选.近年来,由于工艺要求、能源危机和环境保护等诸多因素,传热强化技术和换热器的现代研究、设计方法获得了飞速发展,设计人员已经开发出了多种新型换热器,以满足各行各业的需求。如为了适应加氢装置的高温高压工艺条件,螺纹锁紧环换热器、Q密封环换热器、金属垫圈式换热器技术获得了快速发展,并在乙烯裂解、合
12、成氨、聚合和天然气工业中大量应用,可达到承压35MPa、承温700的工艺要求;为了解决换热器日益大型化所带来的换热器尺度增大、振动破坏等问题,纵流壳程换热器获得了飞速的发展和应用;纵流壳程换热器不仅提高了传热效果,也有效地克服了由于管束振动引起的换热器破坏现象.另外,各种新结构高效换热器、高效重沸器、高效冷凝器、双壳程换热器等也大量涌现。1。5.2 板式换热器图表2 板式换热器板式换热器是一种以波纹板为传热面、以对流和热传导为主要手段的换热设备,一般为间壁式换热器。板式换热器具有传热效率高、阻力损失小、结构紧凑、温度控制灵敏、操作弹性大、装拆方便、使用寿命长等特点,是目前先进的高效节能换热设备
13、,主要用于加热、冷却、蒸发、冷凝、杀菌消毒、热力回收等场合。板式换热器产品可应用的物料非常广泛,从普通的民用、工业用水到高粘度的流体;从卫生要求较高的食品流体、医药流体到具有很强腐蚀程度的化工介质;从非常洁净的液态物料到含有少量纤维的液体.目前已经广泛应用于石油、化工、冶金、矿山、电力、核电、集中供热、船舶、医药、食品、化纤、轻纺和造纸等行业。板式换热器由板片、垫片、支架、横梁、角孔、固定板、活动板、隔板等基本元件构成,其中板片是热量传递元件,决定板式换热器的传热速率、阻力损失、承压能力、适用流体和使用寿命等;垫片决定板式换热器的承压能力、适用流体和检修周期等。板式换热器由许多压制成型的波纹金
14、属薄板片按一定的间隔,四周通过垫片密封,并通过框架和夹紧螺栓副进行压紧而成,板片和垫片的四个角孔形成了流体的分配管和汇集管,同时又合理地将冷热流体进行自由导流分配,通过板片进行热传递达到热量交换的目的。1。5。3 空冷式换热器图表 3 空冷式换热器空冷式换热器是利用自然界的空气来冷却工业热流体的一种换热设备,通过空气的流动来降低热流体的温度,从而实现有效换热.它具有节约冷却水、减少环境污染、操作方便、运行维护成本低等特点。在水资源日益紧缺的今天,采用空气冷却已经成为代替水冷最好的途径之一。在许多工业领域的适合工况下,空冷器正在逐步替代传统的管壳式水冷器。目前,空冷式换热器在石油、化工、制药、电
15、力、冶金、能源、建筑、食品、轻工、制冷空调等许多行业均有应用。空冷式换热器由管(板)束、风机、构架基本部件和百叶窗、喷淋装置、平台梯子及冲洗装置等辅助部件组成.按通风方式分为鼓风式、引风式两种;按布置方式分为水平式、立式、斜顶式三种;按冷却方式分为干式、湿式、干湿联合式三种。 根据不同介质、温度、压力、安装形式、管箱形式、管板类别、管子长度尺寸限制等条件,空冷式换热器可有多种组合.1。5.4 板翅式换热器图表 4 板翅式换热器板翅式换热器以板和翅片作为传热元件,通常由隔板、翅片、封条、导流片组成。在相邻两隔板间放置翅片、导流片以及封条组成一夹层,称为通道,将这样的夹层根据流体逆流、错流和错逆流
16、等不同的流动方式叠置起来,钎焊成一整体便组成板束。板束是板翅式换热器的核心,配以必要的封头、接管、支撑等就组成了板翅式换热器。板翅式换热器具有传热效率高、紧凑、轻巧、适应性强等优点.(1)传热效率高:由于翅片对流体的扰动使边界层不断破裂,因而具有较大的换热系数;同时由于隔板、翅片很薄,具有高导热性,所以使得板翅式换热器可以达到很高的效率.(2)紧凑:由于板翅式换热器具有扩展的二次表面,使得它的比表面积可达到1000m2/m3。(3)轻巧:板翅式换热器布局紧凑,且多为铝合金制造。(4)适应性强,板翅式换热器可适用于:气气、气液、液液、各种流体之间的换热以及发生集态变化的相变换热。通过流道的布置和
17、组合能够适应:逆流、错流、多股流、多程流等不同的换热工况。通过单元间串联、并联、串并联的组合可以满足大型设备的换热需要.工业上可以定型、批量生产以降低成本,通过积木式组合扩大互换性。板翅式换热器制造工艺要求严格,工艺过程复杂。其缺点是容易堵塞,不耐腐蚀,清洗检修很困难,故只能用于换热介质干净、无腐蚀、不易结垢、不易沉积、不易堵塞的场合。板翅式换热器广泛应用于化工、冶金、食品、暖通、工程机械、车辆、能源、轻工等行业.在石油化工的乙烯装置、合成氨装置、天然气液化与分离等装置中,在深低温的氢、氦、制冷、液化设备中,在于制冷和空调领域,在汽车和航空工业,在工程机械、通用机械、内燃机车等部门,板翅式换热
18、器都有应用。1。5.5 螺旋板式换热器图表 5 螺旋板式换热器螺旋板式换热器是一种高效换热器设备。螺旋板式换热器由两张金属板卷制而成,形成了两个均匀的螺旋通道,两种传热介质可进行全逆流流动,大大增强了换热效果,即使两种小温差介质,也能达到理想的换热效果。按结构形式可分为不可拆式螺旋板式及可拆式螺旋板式换热器。螺旋板式换热器优点为传热效率高、回收低温热能、热损失少、操作稳定、结构可靠、自洁污垢、占地面积小。其不足之处在于承压能力和直径的限制,最高工作压力一般小于4MPa,此外,不可拆型螺旋板式换热器检修难度较大。该设备适用于化学、石油、溶剂、医药、食品、轻工、纺织、冶金、轧钢、焦化等行业.我国从
19、20世纪50年代开始在化工领域使用螺旋板换热器,并进行了仿造.到60年代中期,由于采用了卷床卷制,提高了产品质量,并能进行批量生产。1970年原一机部通用机械研究所(现合肥通用机械研究院)、苏州化工机械厂(现苏州新苏化工机械有限公司)开始进行螺旋板式换热器的标准化、系列化工作,1973年原一机部制定了部颁标准JB1287-73,对螺旋板式换热器的应用和推广起了很大的推动作用.19911997合肥通用机械研究所、苏州化工机械厂联合完成了基金课题“大型可拆螺旋板式换热器的研制”,将我国螺旋板式换热器的水平推上一个新的台阶。由合肥通用机械研究所等起草颁布的行业标准JB/T47512003螺旋板式换热
20、器标志着我国螺旋板式换热器的设计、制造、检验与验收更加规范化。1。5。6 板壳式换热器图表 6 板壳式换热器板壳式换热器结构形式介于管壳式换热器和板式换热器之间,结合了这两种换热器的优点,是将管壳式换热器中的管束用板束替代而形成的产品,其由管箱、壳体、板束等主要元件构成,形成“板程”和“壳程两种流体通道。板束是板壳式换热器的核心,其中板片作为导热元件,决定换热器的热力性能.管箱和壳体主要决定板壳式换热器的承温承压能力及操作运行的安全可靠性。现代工业装置正在呈现向大型化的特点,从而要求换热装置向更加高效、紧凑的趋势发展,以利于节约空间、降低消耗。板壳式换热器既具有板式换热器传热效率高、结构紧凑、
21、重量轻的优点,同时又有管壳式换热器承高压及耐高温、密封性能好、安全可靠等优点.特别适合在炼油、化工、化肥、冶金、环保等领域大型化装置的使用要求.板壳式换热器与管壳式换热器相比,传热效率提高一倍以上,用户的一次性投资可节省40%以上,占地面积可节省60%,可实现高效传热板片在高温高压场合的应用,对相关行业的发展有很大的促进作用.1.6 换热器技术分解表一级技术分类二级技术分类设计工艺传热元件改变流体的结构设计换热器的制造换热器的焊接换热器的清洗零件传热管传热板端板及框架外壳及支承构件密封装置(垫片)控制结垢及腐蚀的装置其它零件分类管壳式换热器板式换热器空冷式换热器板翅式换热器螺旋板式换热器板壳式
22、换热器强化传热换热器换热机组1.7 换热器主要企业1。7。1 瑞典Alfa Laval公司名称表公司名及别名检索用词备注AB SeparatorAB Separator1883年成立De Laval Cream Separator Co.De Laval 1883年成立AB RosenbladAB Rosenblad1962年收购其螺旋式换热器和一系列工业金属板设计的专利AlfaLaval ABAlfa Laval OR AlfaLaval1963年公司名称由AB Separator更改为Alfa-Laval ABLavrids Knudsens Maskinfabrik (LKM)Lavri
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