CN101672587B - 一种气相板式换热器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种气相板式换热器，它包括壳体和壳体内的换热器芯体，两者之间设有保温层，换热器芯体是由平行排列的双向波纹状模压换热片组成，两片相邻模压换热片的上下两边焊接构成一个换热单元，换热单元中间形成供热气体腔；而相邻的两换热单元之间，各相对的模压换热片的左右两边焊接在一起，在相邻的两个换热单元之间形成受热气体腔；受热气体腔内部间隔焊接支撑件；壳体两侧分别设有供热气体腔进口及供热气体腔出口，壳体上部设有受热气体腔进口、受热气体腔出口。本发明结构紧凑、传热效率高、可以使用在高温介质条件下；同等换热量消耗钢材少且性价比高。

Description

一种气相板式换热器

技术领域

本发明涉及一种换热器，具体是一种工业上用于气体与气体之间热交换或余热回收的气相板式换热器。

背景技术

在当今节能减排的大背景下，气-气换热器在减少燃料消耗及节能减排的领域内是不可缺少的设备，而目前通常采用的气-气换热器基本上为列管、翅片管或热管等结构形式的换热器，这类的换热器的主要缺点是：不仅传热效率低下，自身消耗钢材量很大，而且不能应用于高温领域。

为了解决上述问题，研究人员开发出了气体板式换热器。一般的气体板式换热器出于通用性考虑，加工成独立板片结构，其结构基本上为中国实用新型专利01265997.5，名称为“全焊式板式换热器”中所描述的板片结构，其在板片上冲出许多的正反突点，利用正反突点进行板片之间的支撑，这种结构的缺点是：①由于板片上两侧均存在直通道，所以传热膜系数低。②改变板片之间间距时，不同规格板间距的板片必须要使用专用的磨具进行压制，模具投资很大。③由于板片为平板结构，板片吸收自身的热膨胀量的能力差，导致设备使用温度不超过600℃。④一旦模具成型无法改变支撑点的个数，在任何压力下所能使用支撑点的个数完全相同，导致使用压力受到了限制。

发明内容

为了克服现有板式换热器的不足，本发明提供了一种结构紧凑、传热效率高、可应用在高温介质条件下；在同等换热量下消耗钢材少且性价比高的气相板式换热器。

本发明所述的气相板式换热器，它包括壳体和壳体内的换热器芯体，壳体和换热器芯体之间设有保温层，所述换热器芯体是由平行排列的模压换热片组成，各模压换热片为截面呈双向折流扰动的波纹状换热片；两片相邻模压换热片的上下两边向内压折边后焊接在一起构成一个换热单元，在该换热单元中间即形成使供热气体水平流动的供热气体腔；而相邻的两换热单元之间，各相对的模压换热片的左右两边也向内压折边后焊接在一起，即在相邻的两个换热单元之间形成使受热气体垂直流动的受热气体腔；在受热气体腔内部间隔焊接用于支撑两换热单元的支撑件；壳体两侧分别设有供热气体腔进口及供热气体腔出口并与换热器芯体各单元的供热气体腔相通，壳体上部设有受热气体腔进口、受热气体腔出口并与换热器芯体各单元之间的受热气体腔相通。

作为本发明的改进，上述支撑件的截面大致呈三角形，三角形两脚向两侧折边，两侧延伸的折边用于与模压换热片壁面的焊接，而三角形顶部为自由状态。支撑件另一种结构是截面大致呈Ω形。

作为本发明的进一步改进，换热器芯体周边焊有用以消除热膨胀影响的膨胀节。

为了使受热气体可以在受热气体腔内流动距离更长，提高换热效率，在各受热气体腔内部大致中间位置沿垂直向设有一层隔板，该隔板由受热气体腔顶部延伸至距底部1/4高度位置。这样受热气体可以呈U形流动，延长了换热距离。这时，可以隔板为对称中心，两侧换热片的双向波纹呈镜像对称结构。

本发明制作过程为：首先，不锈钢板经金加工模压成双向波纹换热片，换热片左右两边向一方向压折边，上下两边反向压折边，再按上述规律排列。换热片的左右两端分别两两搭接全焊接，上下两端亦两两搭接全焊，制成密封的、气体运行方向相互垂直的供热气体腔和受热气体腔。然后焊装膨胀节结构，再与外壳等组件焊接成不锈钢全焊接气相板式换热器。

本发明由于采用独特的双向波纹结构换热片和特种支撑件，由这两种部件组合的换热组件，具有以下的特点，1、由于板片是双向波纹结构同时提高换热板两侧的传热系数换热效率高，换热效率比传统板片结构高5～10％，2、由于自身可以吸收一部分热膨胀量和特种支撑件三角型或Ω形的稳定性好，可以克服由热膨胀产生的热膨胀力，采用这样板片制作的换热器最高使用温度可以达到900℃；3、可以根据不同的压力设计出不同的支撑件安装密度，大大提高设备的使用压力，4、可以利用改变支撑件的峰高，同时改变折边的宽度来改变换热通道的截面积，这样同一种膜具压制的板片就可以制作各种板间距的换热组件，进而形成不同规格的产品系列，大大减少了设备的投资费用。这主要是由于支撑件和折边模具结构简单，制造费用较低，而板片的模具价格则要高的多，而传统的板片结构换热器的板间距不可调，一套模具只能用于一种规格的板式换热器，适应性较差。5、采用新型板片和特种支撑件组合的换热组件，使用寿命长，制造设备投资省，换热器的性价比好，能满足工业上各种的气体换热要求。

附图说明

图1是本发明外部形状示意图；

图2是图1的左视图；

图3是换热芯体图；

图4是图3的左视图(去除膨胀节)；

图5是图4B向局部放大示意图；

图6是图3的A-A向剖视图；

图7是本发明中呈双向折流扰动的波纹状换热片的示意图；

图8是三角形支撑件在换热片中的焊接位置示意图；

图9是Ω形支撑件的示意图。

具体实施方式

如图1、2所示，本发明所述的气相板式换热器，它主要包括壳体1、壳体1内部由构成的换热芯体2和换热芯体之间的保温层(图中未示出)；其中换热器芯体2是由平行设置的截面呈双向折流扰动的波纹状的模压换热片3和特殊的支撑件6组成。两片相邻模压换热片3的上下两边向内压折边后焊接后形成焊缝13，构成一个换热单元。在该换热单元中间即形成使供热气体水平流动的供热气体腔4(见图5)。而相邻的两换热单元之间，各相对的模压换热片3的左右两边也向内压折边后焊接在一起形成焊缝12，在相邻的两个换热单元之间形成使受热气体垂直流动的受热气体腔5；在受热气体腔5内部间隔焊接用于支撑两换热单元的支撑件6(见图6)。支撑件6截面大致呈三角形，三角形两脚向两侧折边后延伸用于与模压换热片3壁面的焊接形成焊点14(见图8)。此外支撑件另一种结构是截面大致呈Ω形(见图9)。

在换热芯体上还组焊有膨胀节11(见图3、4)，解决了工作过程中的由于热膨胀可能损坏设备的问题。壳体1两侧分别设有供热气体腔进口7及供热气体腔出口8，并与换热器芯体各单元的供热气体腔4相通，壳体1上部设有受热气体腔进口9、受热气体腔出口10并与换热器芯体各单元之间的受热气体腔5相通。显示了供热气体和受热气体的流动方向，供热流体水平直线流过供热气体腔，受热流体垂直于供热流体的流向流过受热气体腔。

在各受热气体腔5内部大致中间位置沿垂直向设有一层隔板12，该隔板12由受热气体腔5顶部延伸至距底部1/4高度位置(见图7)。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1、模压换热片采用全模压结构且成双向波纹结构，换热芯体采用全焊接工艺，结构稳定不变形，且设备重量仅为列管、翅片式及热管的1/5～1/8，消耗资源少。

2、内部采用的支撑件，三角形或Ω形稳定性好，可以根据使用压力的不同设计不同的点数，大大提高了板式换热器的使用压力。

3、只要变换支撑件高度，就可以按照高传热效率和压力降的要求随意调整模压换热片之间的板间距，有效地解决了传热效率和阻力降的矛盾。

4、将模压换热片设计为双向波纹板片结构，同时强化了换热板两侧的传热系数，大大提高了换热器的气相总传热系数，传热效率是普通列管和翅片管的2~3倍，与同类的板式热器相比，提高5～10％，气相总传热膜系数可达45W/m².k以上。

5、由于采用的镜像关系的波纹板片，可以制作出单位容积内换热面积更多地换热器，所以具有设备紧凑、占地面积小、重量轻、安装方便等优点。

6、设备为全焊接结构，解决了密封垫泄漏的问题。

7、模压换热片采用波纹板的结构、弹性焊接结构和采用膨胀节结构，解决了由于热膨胀损坏设备的问题，所以设备可用于高温系统，热流体最高工作温度可达900℃。

8、本发明的气-气板式换热器采用模块化的设计结构，可以随意的组合。单台最大组装面积一般可达2000m²以上。(超大面积和特殊结构要求都可设计)。

9、采用特殊的冷流体循环原理和组合保温材料，设备外壁的温升可以小于40℃。

10、本换热器腔体结构设计合理，流体阻力较小，完全满足气体输送的要求。

11、板片采用冷轧不锈钢板表面光滑、模压成型、板片表面不易因积灰形成垢层。

目前，国家进一步强调了对节能降耗对整个国民经济工作的重要性和深远意义。这也成为许多企业的重要任务。本发明就是在这样的历史背景下为满足社会对新型设备的要求，经过申请人攻关研制应运而生的。该发明推向社会，将提高系统的(换)热效率，可以大大降低和减少在气体换热领域设备的钢材使用量，是一种低碳产品，在强化余热回收方面起到不可替代的积极作用。

Claims (4)

1.一种气相板式换热器，它包括壳体(1)和壳体(1)内的换热器芯体(2)，壳体(1)和换热器芯体(2)之间设有保温层，其特征是：所述换热器芯体(2)是由平行排列的模压换热片(3)组成，各模压换热片(3)为截面呈双向折流扰动的波纹状换热片，两片相邻模压换热片的上下两边向内压折边后焊接在一起构成一个换热单元，在该换热单元中间即形成使供热气体水平流动的供热气体腔(4)；而相邻的两换热单元之间，各相对的模压换热片(3)的左右两边也向内压折边后焊接在一起，即在相邻的两个换热单元之间形成使受热气体垂直流动的受热气体腔(5)；在受热气体腔(5)内部间隔焊接用于支撑两换热单元的支撑件(6)，所述支撑件(6)截面大致呈三角形，三角形两脚向两侧折边，或者支撑件(6)截面大致呈Ω形；壳体(1)两侧分别设有供热气体腔进口(7)及供热气体腔出口(8)，并与换热器芯体各单元的供热气体腔(4)相通，壳体(1)上部设有受热气体腔进口(9)、受热气体腔出口(10)并与换热器芯体各单元之间的受热气体腔(5)相通。

2.根据权利要求1所述的气相板式换热器，其特征是：换热器芯体周边焊有用以消除热膨胀影响的膨胀节(11)。

3.根据权利要求1或2所述的气相板式换热器，其特征是：在各受热气体腔(5)内部大致中间位置沿垂直向设有一层隔板(12)，该隔板(12)由受热气体腔(5)顶部延伸至距底部1/4高度位置。

4.根据权利要求3所述的气相板式换热器，其特征是：以隔板(12)为对称中心，两侧模压换热片(3)的双向波纹呈镜像对称结构。

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