CN102563862A - 热交换器 - Google Patents

Abstract

一种热交换器包括由顶板、底板、前板、后板和两个侧板设计为中空箱体的壳体、容纳在壳体中的传热单元，在该热交换器中，传热单元具有交替地向相反方向折回的平板，在平板之间第一流路和第二流路交替地形成为多层，在壳体的与平板的折线平行延伸的前板和后板中，在前板侧设置与第二流路连通的高温流体入口和高温流体出口，在后板侧设置与第一流路连通的低温流体入口和低温流体出口，在与传热单元的端部面对的侧板和传热单元之间插设覆盖端部的整个区域的侧板密封构件和具有刚性的保持板，在保持板和侧板之间设置偏压装置，该偏压装置经由保持板在侧板密封构件上向传热单元的端部施加压力，并且侧板密封构件气密地封闭第一流路和第二流路的端部。

Description

热交换器

技术领域

本发明涉及一种平板式热交换器。

背景技术

日本专利公报JP-A-Sho-36-21644中公开了一种作为常规类型热交换器的热交换器。日本专利公报JP-A-Sho-36-21644公开了一种传热单元，其中在平板上以预定的分布形成有突起部，所述平板以预定宽度交替地折回为多层，在所述平板之间形成用于所述突起部的间隙，传热单元的边界由所述平板形成。日本专利公报JP-A-Sho-36-21644还公开了以下的一种热交换器，其中高温流体和低温流体通过所述间隙，从而经由所述传热单元进行热交换操作。

常规类型的热交换器具有构造简单、制造成本低廉且热效率高的优点。在另一方面，传热单元容纳在壳体中，且壳体和传热单元焊接在一起以确保气密性和液密性。在这一方面，壳体和传热单元无法分解，从而难以进行诸如清洁传热单元这样的维护操作。

发明内容

本发明的目的在于提供一种热交换器，其能够以简单的方式分解，由此能够以较容易的方式进行诸如清洁这样的维护操作。

为了达到上述目的，根据本发明的热交换器包括由顶板、底板、前板、后板和两个侧板设计为中空箱体的壳体、以及容纳在壳体中的传热单元，并且在该热交换器中，传热单元具有交替地向相反方向折回的平板，在平板之间第一流路和第二流路交替地形成为多层，且在壳体的与平板的折线平行延伸的前板和后板中，在前板侧设置有与第二流路连通的高温流体入口和高温流体出口，在后板侧设置有与第一流路连通的低温流体入口和低温流体出口，在与传热单元的端部面对的侧板和传热单元之间插设有覆盖端部的整个区域的侧板密封构件和具有刚性的保持板，在保持板和侧板之间设置有偏压装置，该偏压装置经由保持板在侧板密封构件上向传热单元的端部施加压力，并且侧板密封构件气密地封闭第一流路和第二流路的端部。

进而，在根据本发明的热交换器中，偏压装置是以所需分布配置的螺旋弹簧，凸缘螺母从该螺旋弹簧的保持板侧插入，用于插入到侧板中的弹簧支撑螺栓与凸缘螺母接合，通过拧紧弹簧支撑螺栓和通过压缩螺旋弹簧，来限制螺旋弹簧对保持板的按压力，并且通过松开弹簧支撑螺栓，来释放螺旋弹簧的限制，使得按压力被施加在保持板上。

进而，在根据本发明的热交换器中，在壳体的顶板和底板上设置有边缘保持配件，传热单元的最上部上的平板和最下部上的平板向同一方向折回，密封构件分别与最上部的平板的前端和最下部的平板的前端接合，密封构件保持在边缘保持配件和顶板之间，并且密封构件保持在边缘保持配件和底板之间，从而固定传热单元。

进而，在根据本发明的热交换器中，在折回的平板的正面侧和背面侧突出有突起，使面对的平板的正面侧的突起和背面侧的突起相互面对面，并且在面对的平板之间形成用作流路的间隙。

进而，根据本发明的热交换系统包括干燥室、安装在干燥室内部的燃烧设备和安装在干燥室中的两个热交换器，在该热交换系统中，来自燃烧设备的燃烧气体通过经由一个热交换器与干燥室内的空气热交换操作而被处理，并被排出到干燥室外部，并经由另一个热交换器取入室外空气，并且经由另一个热交换器排出干燥室中的空气，从而在由另一个热交换器取入的空气和被排出的空气之间进行热交换操作。

更进一步，在根据本发明的热交换系统中，室内空气与流入到一个热交换器中的燃烧气体混合，来调节温度。

根据本发明，热交换器包括由顶板、底板、前板、后板和两个侧板设计为中空箱体的壳体、以及容纳在壳体中的传热单元，并且在该热交换器中，传热单元具有交替地向相反方向折回的平板，在平板之间第一流路和第二流路交替地形成为多层，且在壳体的与平板的折线平行延伸的前板和后板中，在前板侧设置有与第二流路连通的高温流体入口和高温流体出口，在后板侧设置有与第一流路连通的低温流体入口和低温流体出口，在与传热单元的端部面对的侧板和传热单元之间插设有覆盖端部的整个区域的侧板密封构件和具有刚性的保持板，在保持板和侧板之间设置有偏压装置，该偏压装置经由保持板在侧板密封构件上向传热单元的端部施加压力，并且侧板密封构件气密地封闭第一流路和第二流路的端部。结果，由于传热单元并非物理地固定，所以能够容易地进行诸如清洁的维护操作。 

进而，根据本发明，在热交换器中，偏压装置是以所需分布配置的螺旋弹簧，凸缘螺母从该螺旋弹簧的保持板侧插入，用于插入到侧板中的弹簧支撑螺栓与凸缘螺母接合，通过拧紧弹簧支撑螺栓和通过压缩螺旋弹簧，来限制螺旋弹簧对保持板的按压力，并且通过松开弹簧支撑螺栓，来释放螺旋弹簧的限制，使得按压力被施加在保持板上。结果，当附接或取下侧板时，弹簧的反作用力并不施加在侧板上，所以侧板能够以较容易的方式附接和取下。

进而，根据本发明，在热交换器中，在壳体的顶板和底板上设置有边缘保持配件，传热单元的最上部上的平板和最下部上的平板向同一方向折回，密封构件分别与最上部的平板的前端和最下部的平板的前端接合，密封构件保持在边缘保持配件和顶板之间，并且密封构件保持在边缘保持配件和底板之间，从而固定传热单元。结果，由于传热单元并非通过诸如焊接的手段物理地固定，所以能够降低制造成本。

进而，根据本发明，在热交换器中，在折回的平板的正面侧和背面侧突出有突起，使面对的平板的正面侧的突起和背面侧的突起相互面对面，并且在面对的平板之间形成用作流路的间隙。结果，形成流路的突起的高度可以是初始高度的一半即可，这使得较容易制作平板并降低制造成本。

进而，根据本发明，热交换系统包括干燥室、安装在干燥室内部的燃烧设备和安装在干燥室中的两个热交换器，在该交换系统中，来自燃烧设备的燃烧气体通过经由一个热交换器与干燥室内的空气热交换操作而被处理，并被排出到干燥室外部，并经由另一个热交换器取入室外空气，并且经由另一个热交换器排出干燥室中的空气，从而在由另一个热交换器取入的空气和被排出的空气之间进行热交换操作。结果，能够有效地利用燃烧产生的热能。

更进一步，根据本发明，在热交换系统中，室内空气与流入到所述一个热交换器中的燃烧气体混合，来调节温度。结果能够减少与温度调节相关的热损失。

附图说明

图1是根据本发明实施例的热交换器的立体图；

图2是沿图1中线A-A的矢线图；

图3是上面给出的热交换器的分解立体图；

图4(A)和图4(B)各自表示热交换器的端部的局部剖面图。图4(A)是示出右侧板被安装而弹簧未打开的热交换器的状态的图，图4(B)是示出右侧板被安装且弹簧被打开的状态的图；

图5(A)和图5(B)表示弹簧、右侧板和凸缘螺母之间的关系。图5(A)示出弹簧、右侧板和凸缘螺母被分解的状态，图5(B)是示出弹簧被完全压缩的状态的图；以及

图6是示出使用根据本发明的热交换器的热交换系统的示例的示意图。

具体实施方式

下面将参照附图对本发明的实施例进行说明。

首先参见图1至图3，将对作为本发明的实施例的热交换器进行说明。

热交换器1包括由中空箱体构成的壳体2和容纳在壳体2内的传热单元3。

传热单元3由用诸如铝的具有高导热率的材料制成的平板4通过将平板4交替地在彼此上以之字形方式折叠成多层板而构成。平板4的折线在上下方向上相互一致，以便折线包含在同一平面内。

在平板4中，突起部5a和5b以预定的分布通过冲压而成形。突起部5a和突起部5b分别交替地形成在两个平面方向上。在平板4处于折叠状态时，突起部5a朝向平板4的上表面侧突出，而突起部5b朝向下表面侧突出，使得突起部5a和突起部5b相互面对面。在传热单元3上，优选的是平板4最上层上的端缘4a与最下层（图2中的左侧）的端缘4b处于同一侧。在端缘4a和4b上，密封构件6a和6b在整个长度上被固定，其每个被设计成具有U形剖面。每个密封构件6由具有耐热性的高弹性材料制成，比如采用诸如硅橡胶等材料。

端缘4a和4b的每个以与突起部5a和5b的突起高度大致相等的程度朝向上侧和下侧倾斜。

在平板4的相互面对的部位之间由突起部5a和5b形成间隙。该间隙形成由平板4隔开的第一流路7和第二流路8。如后面所述，高温流体通过第一流路7，低温流体通过所述第二流路8。

突起部5可以设计成突起部5只在一个方向上突出。在这种情况下，突起部5必须具有两倍于突起部5a和5b的高度的高度。如果布置成端缘4a和4b突出至超过平板4的折线的某程度，且端缘4a和4b分别抵靠前板13（如后面所述），则边缘保持配件18可以省略。

下面将对壳体2进行说明。

壳体2主要通过使用螺栓17固定顶板11、底板12、前板13、后板14、右侧板（在图1中相对于前板13位于右侧的侧板）15以及左侧板16而组装。顶板11和底板12与传热单元3的平板4的平面平行地延伸。前板13和后板14与包括平板4的折线的平面平行地延伸，并且右侧板15和左侧板16与平板4（即传热单元3）的端部面对。

首先，将说明顶板11和底板12分别与前板13和后板14的组装。

前板13和后板14分别具有前板13和后板14的四个边的边缘部13a和14a，并且边缘部13a和边缘部14a向外侧以直角弯折。前板13和后板14都设计成比顶板11和底板12短。

通过边缘部14a被螺栓17分别固定在顶板11和底板12上，将顶板11和底板12与后板14组装在一起。边缘保持配件18分别设置在边缘部13a和顶板11之间以及边缘部13a和底板12之间。通过边缘部13a被螺栓17分别固定在顶板11和底板12上，将顶板11和底板12与前板13组装在一起。边缘保持配件18分别在边缘部13a和顶板11之间以及边缘部13a和底板12之间紧固。为了改善气密性，可以分别在边缘部13a和顶板11之间以及边缘部13a和底板12之间插设密封构件。

边缘保持配件18和18倾斜以便分别从顶板11和底板12分离，且以便于分别在配件和顶板11之间以及配件和底板12之间形成V形槽。

如上所述，端缘4a和4b分别以与突起部5a和5b的突出高度大致相等的程度向上侧和下侧倾斜。并布置成当顶板11与最上层的突起部5a接触时密封构件6a紧密地附接于顶板11，且当底板12紧密地装配于最下层的突起部5b时密封构件6b紧密地附接于底板12。

在端缘4a和4b插入V形槽中的状态下，端缘4a和4b经由密封构件6a和6b被分别夹持在边缘保持配件18和顶板11之间以及边缘保持配件18和底板12之间。在端缘4a和4b被夹持的状态下，密封构件6a和6b以所需压力被压缩。

在顶板11和底板12的四个角部用螺钉固定有每个被设计为具有矩形剖面的支柱19。在前侧的两个支柱19和前板13之间形成有高温流体入口21和高温流体出口22。并且，在后侧的两个支柱19和后板14之间形成有低温流体入口23和低温流体出口24。

下面将对顶板11和底板12分别与右侧板15和左侧板16的组装进行说明。

右侧板15和左侧板16的组装对称进行，且彼此具有相同的结构。因此下面将对右侧板15的组装进行说明。

通过以传热单元3容纳在由顶板11、底板12、前板13和后板14形成的空间中且传热单元3的端缘4a和4b由边缘保持配件18夹持的方式布置，能够将传热单元3固定在顶板11和底板12上。在该状态下，能够由所述顶板11、底板12、前板13和后板14在左侧和右侧分别形成每一个均呈矩形的开口25和25。

开口25能够经由平面式侧板密封构件26且经由保持板27被右侧板15封闭。侧板密封构件26用于覆盖传热单元3的端部的全部区域，且第一流路7和第二流路8的端部被侧板密封构件26气密地封闭。侧板密封构件26由具有耐热性的高弹性材料制成，例如采用硅橡胶。作为保持板27，使用了具有刚性的材料，例如钢板。

保持板27以保持板27能够与传热单元3更靠近或分离（即能够分别在左右方向上移位）的方式设置。在保持板27和右侧板15之间插设有弹簧28即压缩螺旋弹簧，并且通过使用弹簧28将侧板密封构件26经由保持板27按压在传热单元3的端面上。

下面将通过参照图4(A)、图4(B)、图5(A)和5(B)进一步说明。

右侧板15具有向内侧以直角弯曲的边缘部15a，即上下两个边缘部。通过用螺栓29将边缘部15a分别固定在顶板11和底板12上，将右侧板15安装在顶板11和底板12上。为增加气密性，可以在边缘部15a和顶板11之间以及边缘部15a和底板12之间分别插设密封材料。

右侧板15具有偏压装置，以将保持板27按压在侧板密封构件26上。

在右侧板15的内表面上，通过例如点焊等所需手段固定有弹簧保持件32，该弹簧保持件32通过将带状板构件弯曲成U形形状而形成。弹簧保持件32的开放端设计成面向内侧，且形成有凹槽33。适量多的弹簧28（图3中，分别在上下位置示出两个弹簧）被容纳在凹槽33中。弹簧保持件32作为导向构件发挥作用以保持作为偏压装置的弹簧28，并且弹簧保持件32还作为右侧板15的加强构件发挥作用。偏压装置不限于压缩螺旋弹簧，也可以使用板簧等。

凸缘螺母34从弹簧28的内侧插入。凸缘螺母34具有螺母部34a和凸缘部34b。在凸缘部34b的外侧面上形成有锥形部34c，并且其设计成锥形部34c与弹簧28的内径接合，且锥形部34c的中心与弹簧28的中心良好地匹配。

从右侧板15的外侧插入弹簧支撑螺栓35，使得弹簧支撑螺栓35与螺母部34a接合。

弹簧28容纳在凹槽33中，且凸缘螺母34插入到弹簧28中。进而，弹簧支撑螺栓35与凸缘螺母34接合，且弹簧支撑螺栓35被拧紧。结果，凸缘螺母34被朝向右侧板15移位，而弹簧28被压缩而变形。图5(B)示出弹簧28充分变形并容纳在凹槽33中且凸缘部34b的前端面与弹簧保持件32的内端处于大约同一水平上的状态。可以理解，所有弹簧28都处于如图5(B)所示的状态下。

侧板密封构件26和保持板27相继插入开口25。所有弹簧28均容纳在凹槽33中，且右侧板15置于开口25中。然后利用螺栓29将右侧板15固定在顶板11和底板12上。

在该状态下，弹簧28是受到限制的，且在保持板27上未施加按压力。即，右侧板15未从保持板27受到反作用力。结果，当安装右侧板15时能够容易地实现定位，且能够以更容易的方式安装右侧板15。

当完成右侧板15的安装时，松开弹簧保持螺栓35，使弹簧28处于自由状态。即便在由弹簧保持螺栓35产生的限制被放开的状态下，弹簧28仍保持在压缩状态，且弹簧28的回复力经由保持板27传递至侧板密封构件26。由于侧板密封构件26由高弹性材料制成，所以与平板4的端面接触的部分受到弹簧28的回复力而凹陷。结果，平板4的四个端面的每一个与侧板密封构件26接合，且传热单元3的端面被侧板密封构件26以气密方式完全封闭。

保持板27没有被物理地支撑，而是处于自由状态。由于保持板27被许多弹簧28按压，所以保持板27与传热单元3的端部均匀地接触，从而能够在整个端部上保持均匀的密封性能。每个弹簧28被弹簧支撑螺栓35变形，且所述变形不需要强大的力。另一方面，许多弹簧28以所需的分布设置。结果，能够作为整体在侧板密封构件26上施加高的按压力和均匀的按压力。

在图4(B)中，弹簧保持螺栓35以完全取下的状态示出。然而事实上，弹簧支撑螺栓35的前端与螺母部34a接合。即，弹簧支撑螺栓35的头部与右侧板15分离。因此，即便当由弹簧支撑螺栓35产生的限制被释放，弹簧28在垂直方向上的位置仍然由弹簧保持螺栓35保持。

通过分别组装顶板11、底板12、前板13、后板14、右侧板15和左侧板16，来完成热交换器1的组装。传热单元3的固定可以通过用边缘保持配件18和18将端缘4a和4b保持在顶板11和底板12上来实现，而不需要使用诸如螺纹连接、焊接等手段。进而，在固定传热单元3的同时，第一流路7和第二流路8能够气密地相互分离，这是因为密封构件6a和6b与端缘4a和4b接合。在传热单元3的左端和右端，每个侧板密封构件26被按压且气密地密封。结果，通过简单地将传热单元3安装到壳体2中，能够提供被传热单元3气密地相互分离的第一流路7和第二流路8。

高温流体入口21和高温流体出口22与第二流路8连通，低温流体入口23和低温流体出口24与第一流路7连通。

高温流体37被允许从高温流体入口21流入，经过第二流路8并从高温流体出口22排出。低温流体38被允许从低温流体入口23流入，经过第一流路7并从低温流体出口24排出。在流体经过第二流路8和第一流路7的过程中，在高温流体37和低温流体38之间进行热交换操作。

热交换操作在高温流体37和低温流体38之间经由传热单元3进行，从而低温流体38被高温流体37加热。

在上述的实施例中，考虑了热损失，使低温流体38经过邻近顶板11和底板12的第一流路7。然而，当热交换器1本身布置在下面将要说明的干燥室41内部时，高温流体37可以经过第一流路7。

在上述实施例中，布置成高温流体37和低温流体38沿逆流方向经过，但是这些流体也可以沿正向经过。

接下来，在高温流体是例如燃烧气体的情况下，由于传热单元3和壳体2的内表面可能被燃烧气体中含有的煤烟和尘土等污染，所以理想的是进行诸如清洁的维护操作以保持热交换器1的性能特征。

在根据本实施例的热交换器1中，分解能够以简单的方式进行，并且传热单元3能够容易地取出。

要进行分解程序，应以与组装热交换器1的程序相反的顺序进行。具体地讲，首先紧固弹簧支撑螺栓35，在弹簧28的反作用力未施加在右侧板15上的状态下，并且类似地在弹簧28的反作用力未施加在左侧板16上的状态下，分解右侧板15和左侧板16。通过将顶板11和底板12从前板13、后板14和支柱19和19上分解，能够分解构成热交换器1的所有部件（见图3）。

因此，能够对每个部件进行清洁操作，且清洁操作能够以简单且完全的方式进行。

接下来，将对使用上述热交换器1的热交换系统的示例进行说明。

图6示出根据本实施例的热交换器1应用于烤漆（烘漆）操作的干燥室内加热的情况。

在图6中，附图标记41代表干燥室，而附图标记42代表燃烧设备。燃烧设备42设置在干燥室41内部，并且从干燥室外取入燃烧用空气43。干燥室41的内部保持在例如150℃。

诸如石油、汽油等燃料在燃烧设备42中燃烧，并且排出的燃烧气体将被用作热源。由于从燃烧设备42排出的燃烧气体处于高温，所以燃烧气体与干燥室 41中的空气44混合而被调节至适当的温度。然后，燃烧气体作为高温流体37被送至第一热交换器1a。在热交换操作在第一热交换器1a处进行之后，燃烧气体排出干燥室41外。室内空气作为低温流体38被送至第一热交换器1a。然后，热交换操作在第一热交换器1a处进行，从而室内空气被加至高温（例如150℃），并被送回所述室中。

在烤漆的过程中，用于漆的溶剂被挥发为气体。由于溶剂是可燃气体，所以干燥室41中的溶剂浓度必须稀释到溶剂不会被点燃的程度。因此，在本实施例中设置了第二热交换器1b。第二热交换器1b将外部空气45经由第二热交换器1b取入到干燥室41中。然后，干燥室41中的空气44经由第二热交换器1b排出，使干燥室41中的空气得以换气。由于在换气过程中热交换操作在室内的空气44和外部空气45之间进行，所以能够减少热损失。由于燃烧设备42安装在干燥室41内部，所以所述室的内部被燃烧期间所产生的热量加热，因此能够减少热损失。

在上述热交换系统中，未对使气体流通的风扇进行说明，但毫无疑问要适当地安装通风扇以使高温流体和低温流体流至热交换器1a和1b。

根据本实施例的热交换系统，能够有效地利用由燃烧产生的热能，并减少与温度调节相关的热损失。 

Claims (6)

1.一种热交换器，包括由顶板、底板、前板、后板和两个侧板设计为中空箱体的壳体、以及容纳在所述壳体中的传热单元，其中所述传热单元具有交替地向相反方向折回的平板，在所述平板之间第一流路和第二流路交替地形成为多层，且在所述壳体的与所述平板的折线平行延伸的前板和后板中，在所述前板侧设置有与所述第二流路连通的高温流体入口和高温流体出口，在所述后板侧设置有与所述第一流路连通的低温流体入口和低温流体出口，在与所述传热单元的端部面对的所述侧板和所述传热单元之间插设有覆盖所述端部的整个区域的侧板密封构件和具有刚性的保持板，在所述保持板和所述侧板之间设置有偏压装置，所述偏压装置经由所述保持板在所述侧板密封构件上向所述传热单元的所述端部施加压力，并且所述侧板密封构件气密地封闭所述第一流路和第二流路的端部。

2.根据权利要求1所述的热交换器，其中所述偏压装置是以所需分布配置的螺旋弹簧，凸缘螺母从该螺旋弹簧的所述保持板侧插入，用于插入到所述侧板中的弹簧支撑螺栓与所述凸缘螺母接合，通过拧紧所述弹簧支撑螺栓和通过压缩所述螺旋弹簧，来限制所述螺旋弹簧对所述保持板的按压力，并且通过松开所述弹簧支撑螺栓，来释放所述螺旋弹簧的限制，使得按压力被施加在所述保持板上。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的热交换器，其中在所述壳体的所述顶板和所述底板上设置有边缘保持配件，所述传热单元的最上部上的平板和最下部上的平板向同一方向折回，密封构件分别与所述最上部的所述平板的前端和所述最下部的所述平板的前端接合，所述密封构件保持在所述边缘保持配件和所述顶板之间，并且所述密封构件保持在所述边缘保持配件和所述底板之间，从而固定所述传热单元。

4.根据权利要求1所述的热交换器，其中在折回的所述平板的正面侧和背面侧突出有突起，使所述面对的平板的正面侧的突起和背面侧的突起相互面对面，并且在所述面对的平板之间形成用作流路的间隙。

5.一种热交换系统，包括干燥室、安装在所述干燥室内部的燃烧设备、权利要求1所述的安装在所述干燥室中的第一热交换器和权利要求1所述的第二热交换器，

其中，来自所述燃烧设备的燃烧气体通过经由所述第一热交换器与所述干燥室内的空气热交换操作而被处理，并被排出到所述干燥室外部，

并且其中，经由所述第二热交换器取入室外空气，并且经由所述第二热交换器排出所述干燥室中的空气，从而在由所述第二热交换器取入的空气和被排出的空气之间进行热交换操作。

6.根据权利要求5所述的热交换系统，其中室内空气与流入到所述第一热交换器中的燃烧气体混合，来调节温度。

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