CN104995473A - 盘旋或螺旋逆流热交换器 - Google Patents

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Abstract

一种盘旋或螺旋逆流热交换器(9、9′)，包括两个邻接的腔(10、11)，其中，高温流体沿一个方向在一个腔中流动，而低温流体在另一个腔中沿相反方向流动，其特征在于，两个腔由在高于500℃的温度下退火的平的单片双面漆包钢的一个分隔板(6′)分隔开，并且所述分隔板(6′)通过其边缘保持在耐腐蚀分隔件(8、8′)上，该耐腐蚀分隔件以固定间距定位两个另外平的单片双面漆包钢板，并防止所述分隔板和所述两个另外漆包钢板的边缘的腐蚀，所述两个另外平的单片双面漆包钢板中的每个在与所述分隔板(6′)相对的一侧限定一腔。

Description

盘旋或螺旋逆流热交换器
技术领域
本发明涉及热交换器。
更明确地，本发明旨在获得使用漆包钢的盘旋或螺旋热交换器。
背景技术
漆包钢的有益性质通常是已知的，例如高耐腐蚀性、高耐磨性以及高耐化学性。
由于上述性质，并且还因为这样的漆包钢表面维护方便并且耐高温，漆包钢在热交换器中的使用也是已知的。此外，由于陶瓷层很薄，对于热传导，漆包钢的热效率高。
双面漆包波纹钢板的使用在工业过程中的空气预热器和气-气热交换器中是标准的，例如在用于燃烧气体的脱硫装置中。
这些热交换器呈大壳体的形式，该壳体装有与气体有大接触面积的波纹双面漆包钢，气体被带入与该波纹双面漆包钢接触。
热交换器包括装有漆包钢板的多个壳体，其合起来产生30000m2的热交换面积。在该应用中，漆包钢暴露于腐蚀性废气的腐蚀，并且它必须是耐化学性的而且还是良好的热导体。
这些热交换器是再生型的，这意味着这些热交换器将在一定时间从被载送通过半个热交换器的气流吸收热量，之后热交换器的这一半转离并且在另一气流中冷却，直到其已充分冷却以便再次用于从通过随后的旋转得到的第一气流中吸收热量。
一典型的示例被A.Chelli等人在2008年5月18-22日、上海的XXI国际漆包会议的126-154页中描述。在该示例中，应用具有漆包钢的两个旋转式热交换器作为用于废气的相同工业脱硫过程中的热交换器。
目前形式的具有波纹双面漆包钢板的这些热交换器的缺点在于，它们不能用作连续热交换过程中的逆流热交换器。
这些热交换器的另一缺点在于，由于其再生功能，这些热交换器将波纹双面漆包钢板暴露于频繁的高温波动。
这些热交换器的另一缺点在于，其并非静态，从而呈现高的机械故障风险并且呈现比静态热交换器低的热效率。
静态热交换器中，尤其是逆流热交换器具有非常高的热效率。
在该应用中，热流体(气体或液体)在一个方向上被引导通过热交换器，并且冷流体在另一方向上被引导，由导热壁隔开，热流体通过导热壁将热量传递至冷流体。
如果取代由平壁隔开的平的腔，这些逆流热交换器包括：第一流体流过的第一盘旋或螺旋腔，该腔由第二盘旋或螺旋腔沿两侧围绕，第二流体在相反方向流过第二盘旋或螺旋腔，两流动方向之间由盘旋壁隔开，那么这些逆流热交换器甚至具有更高的热效率。
对于这些应用，已知的波纹双面漆包钢板不适合用于分隔壁，因为其不是平的并且不能以盘旋或螺旋状卷绕。
另一方面，对于这些应用，由于薄挠性双面漆包钢板的延展性、热导率以及它的耐腐蚀表面，薄挠性双面漆包钢板确实是一种适合的材料。
发明内容
本发明的目的是通过提供一种使用平的薄双面漆包钢板的盘旋或螺旋逆流热交换器来提供一种解决上述缺点和其他缺点的解决方案。
为此，本发明涉及一种盘旋或螺旋逆流热交换器，包括两个邻接的腔，其中，高温流体沿一个方向在一个腔中流动，而低温流体在另一个腔中沿相反方向流动，其中，两个腔由在高于500℃的温度下退火的平的单片双面漆包钢的一个分隔板分隔开，并且所述分隔板通过其边缘保持在耐腐蚀分隔件上，该耐腐蚀分隔件以固定间距定位两个另外平的单片双面漆包钢板，并防止所述分隔板和所述两个另外漆包钢板的边缘的腐蚀，所述两个另外平的单片双面漆包钢板中的每个在与所述分隔板相对的一侧限定一腔。
该逆流热交换器的优点在于，两腔之间的导热壁在两侧涂漆并且是光滑的，其防止壁表面腐蚀，并且也使该壁维护方便，因为其是光滑的并且易于清理。
另一优点在于，该种导热壁具有非常高的热效率并且还能够以低成本制造。
该种导热壁的另一优点在于，其可以非常长，因为双面漆包钢板可以以长连续带的形式制造，由此，大约150米的总长度是可能的。
该种热交换器的另外的优点在于，组装热交换器之前，钢板已经涂漆，使得没有复杂形状诸如盘旋或螺旋热交换器必须予以涂漆。薄漆包钢板优异的挠性使得热交换器能够在涂漆之后组装，从而极大地简化了它们的生产。
此类逆流热交换器的具体优点在于，流动可以无阻碍的进行，因为各腔之间的双面漆包分隔壁的表面是完全平滑的并且不会对两流体的快速流动形成任何阻力。
此种分隔件的优点在于，它不仅保护最易受到腐蚀的双面漆包钢板的边缘，而且还确保限定热交换器的腔的两个漆包钢板于各处彼此的距离相同。
一叠平的双面漆包钢板可以用其隔开的另一类型的耐腐蚀分隔件由聚四氟乙烯或其他化学惰性材料的梁形或圆形带条构成，在彼此平行叠放的两个平的双面漆包钢板之间沿流体的流动方向延伸，并且被布置以使钢板的边缘不接触所形成的流动腔的容纳物，并使得该边缘不易受到腐蚀性流体的腐蚀。仅只由漆包钢以及聚四氟乙烯或者其他化学惰性材料限定的腔内部接触流体。
在一优选实施例中，两个腔通过将两个单片平的双面漆包但挠性的钢板卷成盘旋状来形成，使得形成的两个盘旋腔总是由一个单壁但双面漆包钢板隔开，由此第一腔通向热交换器中心处的中心管，而第二腔通向另一中心管，由此，较低温度的流体经由第一中心管沿热交换器的一侧沿向心方向流过第一腔以随后再直接流向外侧；而较高温度的流体沿盘旋热交换器的另一侧、经由被供以待冷却的热流体的另一中心管、沿与第一腔中的流向相反的离心方向流过第二腔，并且两个流动方向仅由双面漆包钢的一个分隔板隔开，通过该分隔板，较热流体的热量传递至较冷流体。
该种盘旋逆流热交换器的优点是它的紧凑性，由此导热漆包钢板的长接触表面仍然能够建在有限的空间内。
该种盘旋逆流热交换器的另一优点在于，仅需要一对长的挠性双面漆包钢板，以使较热流体在一个方向流动的一个长腔能够与冷却流体在相反方向流动的一个长腔交换热量。
该盘旋逆流交换器的另一优点在于，由于其紧凑性，它的操作具有更高的热效率，因为少有不能被逆流吸收的热量损失。
优选地，第一腔的最外壁和最内壁的边缘保持在盘旋耐腐蚀分隔件中，该分隔件防止钢板在其边缘部位的腐蚀。
该分隔件的另一优点在于，其不仅确保盘旋卷绕的双面漆包钢板的绕组之间的恒定距离，而且还限定相应于盘旋形状的板的正确弯曲。
盘旋热交换器还可以设置有另一类型的分隔件，其由聚四氟乙烯或其他化学惰性材料的梁形或圆形带条构成，在一个卷绕在另一个之外的两个盘旋双面漆包钢板之间沿流体的流动方向延伸，并且被布置成使得钢板的边缘不接触所形成的流动腔10、11的容纳物，这防止了这些边缘的腐蚀。
逆流热交换器的另一优选实施例是螺旋逆流热交换器，由限定两个腔并且围绕中心纵向轴线螺旋卷绕的三个挠性双面漆包钢板构成。第一流体被第一腔10导引，而第二流体被第二腔11沿相反方向导引。螺旋分隔件15在漆包钢板中限定彼此的距离以及绕组的弯曲。
该螺旋逆流热交换器还可以设置有另外类型的分隔件，该分隔件由聚四氟乙烯或其他化学惰性材料的梁形或圆形带条8′构成，在相互卷绕的三个螺旋双面漆包钢板之间沿流体的流动方向延伸，并且布置成使得钢板的边缘不接触由梁形或圆形带条8′限定的流动腔10、11的容纳物。
该螺旋逆流热交换器的优点在于，其是紧凑的形式并且能够围绕中心圆柱空间构建，而流动腔的内表面保持无接缝，并且使流体的流动不受阻碍。通过用适于该目的的清洗剂来定期清洗这些空间，腔的惰性和光滑内表面还能够更好的维护。
附图说明
为了更好地示出本发明的特征，下文参照附图通过实例说明没有任何限制性质的根据本发明的逆流热交换器的一些优选实施例，其中：
图1示意性地示出根据现有技术的再生热交换器中的一组波纹双面漆包钢板的横截面；
图2示意性地示出根据本发明的逆流热交换器中的一组平的双面漆包钢板的横截面；
图3示意性地示出保持在分隔件上的一叠平的双面漆包钢板的透视图；
图4示出具有不同类型的分隔件的图4的变型；
图5示意性地示出根据本发明的挠性双面漆包钢的盘旋逆流热交换器的剖切的透视图；
图6示出具有不同类型的分隔件的图5的变型；
图7示出包括三个双面漆包挠性板的螺旋逆流热交换器，这些板之间有两个腔，其围绕中心轴线螺旋地卷绕；
图8示出具有不同类型分隔件的图7的变型。
具体实施方式
图1示意性地示出多个波纹双面漆包钢板的横截面，用在现有技术中的用于再生热交换器的壳体中。在这种情况下，在两侧涂漆的冷轧波纹钢板1与平的双面漆包钢板2交替设置。
图2示意性地示出根据本发明的最简单的逆流热交换器3的横截面，其包括两个由平的薄双面漆包钢板6彼此隔开的腔4、5，两种不同温度下的流体在相反方向上流过两个腔4、5。
图3示意性地示出逆流热交换器7的透视图，其包括一叠平的双面漆包钢板6，其边缘保持在耐腐蚀分隔件8上。
图4示出图3的变型，由此一叠平的双面漆包钢板6由另一类型的分隔件8′隔开，该分隔件由聚四氟乙烯或者其他化学惰性材料的梁形或圆形带条构成，分隔件8′在一个叠置在另一个之上的两个平的双面漆包钢板6之间沿流体的流动方向延伸，并且布置成钢板的边缘不接触所形成的流动腔，并且使得边缘不受腐蚀性流体的腐蚀。仅只由漆包钢和聚四氟乙烯限定的腔的内部与流体接触。
图5示出一种盘旋逆流热交换器9，其由两个平的双面漆包钢板6、6′的组形成，漆包钢板6、6′是挠性的并且相对于彼此以相同的距离卷绕以形成两个盘旋腔10、11，由此第一腔10通向在热交换器中心处的中心管12a，而第二腔11通向另一中心管12b，由此，较低温度的流体经由中心管12a沿热交换器的一侧沿向心方向流过第一腔10，随后再直接流向外侧；而经由被供以待冷却的热流体的另一中心管12b，较高温度的流体沿盘旋热交换器的另一侧沿与腔10的流向相反的离心方向流过腔11，并且两个流动方向仅由一个双面漆包钢板6或6′隔开，通过该钢板，较热流体的热量传递至较冷流体。
图6示出了图5的变型，其中盘旋热交换器设置有由聚四氟乙烯或其他化学惰性材料的梁形或圆形带条构成的分隔件8′，分隔件8′在一个卷绕在另一个之外的两个盘旋双面漆包钢板6、6′、6″之间沿流体的流动方向延伸，并且布置成钢板的边缘不接触所形成的流动腔10、11的容纳物，从而防止这些边缘的腐蚀。
图7示出了由限定两个腔10、11并且围绕中心纵向轴线14螺旋卷绕的三个挠性双面漆包钢带6、6′、6″组成的螺旋逆流热交换器9′。第一流体被导引流过第一腔10，而第二流体沿相反方向被导引流过第二腔11。螺旋分隔件15限定漆包钢板彼此的距离以及绕组的螺旋曲线。
图8示出了图7的变型，其中相同的螺旋逆流热交换器被示出，但是此时设置有另外类型的分隔件，分隔件由聚四氟乙烯或者其他化学惰性材料的梁形或圆形带条8′构成，在相互卷绕的三个螺旋双面漆包钢板6、6′、6″之间沿流体的流动方向延伸，并且布置成钢板的边缘不接触由梁形带条8′限定的流动腔10、11。
根据本发明的逆流热交换器的操作非常简单并且如下。
对于逆流热交换器7的平的实施例，其由长的平的双面漆包钢板6构作而成，流体(气体或液体)沿一个方向传送穿过某些腔，这些腔与其他腔分隔开，较低温度的流体沿相反的方向传送穿过这些其他腔。
两个腔仅通过平的双面漆包钢的一个公用分隔板彼此隔开，该公用分隔板的导热性能如此好以至较高温度流体的热量快速散发至较低温度的流体。
平的热交换器的长度可适合于由于冷却导致的预期的温度下降，或者可适合于可用空间，因为双面漆包钢带可以无接缝地以长达150m的长度制造。
较热和较冷流体可以由相同物质或两种不同物质的气相和/或液相构成。漆包板的高耐腐蚀还使得能够对化学腐蚀性流体通过热交换器进行传送。
对于盘旋类型的逆流热交换器9，仅使用两个挠性双面漆包钢板6、6′，通过两个钢板利用边缘保持在分隔件(图中未示出)上，而在其间形成两个腔10、11，该分隔件不仅确保了两板6、6′之间的恒定距离，而且保持其正确的弯曲以便卷拢两个腔10、11，使得两个腔通向两个中心管12a、12b，两个中心管分别将冷却流体和待冷却流体载送至外侧和内侧。
经由盘旋热交换器的最外表面，已冷却的流体被传送至外侧而冷却流体被传送至内侧。
不言而喻，冷却流体和待冷却流体可以互换。
对于逆流热交换器的螺旋实施例9′，仅使用三个挠性双面漆包钢板6、6′、6″，通过以其边缘将钢板保持在耐腐蚀分隔件14上而在这些钢板之间形成两个腔10、11，耐腐蚀分隔件不仅确保三个板6、6′、6″之间的恒定距离，而且还保持其处于正确的螺旋形状，以便卷拢腔10、11，使得绕组抵接叠置的绕组并且两个腔10、11通向螺旋逆流热交换器的另一端。
较热流体沿第一流动方向被引导通过第一腔10，而较冷流体沿与较热流体的第一流动方向相反的流动方向被引导通过第二腔11。两腔10和11仅通过挠性双面漆包钢的单一分隔板彼此隔开，通过该分隔板，较热的流体将热量传递至第二流体的较冷的逆流，第二流体在螺旋热交换器的与第一流体相反的端部流入逆流热交换器，并且在第一流体流入的相同的端部再次流出。
由于其紧凑的结构，螺旋逆流热交换器9节约了空间，但是仍然提供在长的和光滑的漆包钢带上交换热量的可能性。
不言而喻，第二流体也可以由已经在螺旋的底部部分冷却并且流出第一腔而通过第二腔返回至螺旋顶部的第一流体。
本发明并不限制于如示例所描述和在附图中示出的实施例，并且在不偏离如权利要求中所限定的本发明的范围的情况下，根据本发明的逆流热交换器可以以各种形式和尺寸来实现。

Claims (7)

1.一种盘旋或螺旋逆流热交换器(9、9′)，包括两个邻接的腔(10、11)，其中，高温流体沿一个方向在一个腔中流动，而低温流体在另一个腔中沿相反方向流动，其特征在于，两个腔由在高于500℃的温度下退火的平的单片双面漆包钢的一个分隔板(6′)分隔开，并且所述分隔板(6′)通过其边缘保持在耐腐蚀分隔件(8、8′)上，该耐腐蚀分隔件以固定间距定位两个另外平的单片双面漆包钢板，并防止所述分隔板和所述两个另外漆包钢板的边缘的腐蚀，所述两个另外平的单片双面漆包钢板中的每个在与所述分隔板(6′)相对的一侧限定一腔。
2.根据权利要求1所述的逆流热交换器，其特征在于，所述分隔件(8、8′)由聚四氟乙烯或者其他化学惰性材料的梁形或圆形带条构成，在彼此平行设置的两个平的双面漆包钢板之间沿流体流动方向延伸，并且如此布置使得所述钢板的边缘不接触所形成的流动腔的容纳物。
3.根据权利要求1或2所述的逆流热交换器，其特征在于，其由两个平的双面漆包钢板(6、6′)的组形成，所述漆包钢板(6、6′)是挠性的并且相对于彼此以相同的距离卷绕以形成两个盘旋腔(10、11)，由此第一腔(10)通向热交换器中心处的中心管(12a)，而第二腔(11)通向另一中心管(12b)，由此，较低温度的流体经由中心管(12a)沿热交换器的一侧沿向心方向流过第一腔(10)以便再直接流向外侧；而较高温度的流体沿盘旋热交换器(9)的另一侧、经由被供以待冷却的热流体的另一中心管(12b)、沿与腔(10)的流向相反的离心方向流过第二腔(11)，并且两个流动方向仅由双面漆包钢(6或6′)的一个分隔板隔开，通过该分隔板，较热流体的热量传递至较冷流体。
4.根据权利要求3所述的逆流热交换器，其特征在于，所述两个双面漆包钢板(6、6′)的边缘被保持在盘旋耐腐蚀分隔件(8、8′)上，该分隔件防止所述钢板在其边缘位置处的腐蚀。
5.根据权利要求4所述的逆流热交换器，其特征在于，所述盘旋分隔件(8、8′)由聚四氟乙烯或其他化学惰性材料的梁形或圆形带条构成，在一个卷绕在另一个之上的两个盘旋双面漆包钢板(6、6′)之间沿流体的流动方向延伸，并且如此布置使得所述钢板的边缘不接触所形成的流动腔的容纳物。
6.根据权利要求1所述的逆流热交换器，其特征在于，它包括螺旋逆流热交换器(9、9′)，由限定两个腔(10、11)并且围绕中心纵向轴线(13)螺旋卷绕的三个挠性双面漆包钢带(6、6′、6″)构成，第一流体被导引流过第一腔(10)，而第二流体沿相反方向被导引流过第二腔(11)，由此螺旋分隔件(14)于漆包钢板中限定彼此的距离以及绕组的曲线，防止钢板在其边缘部位处的腐蚀并且允许螺旋热交换器(9′)的相继绕组在纵向轴线(13)的方向上彼此贴靠配合。
7.根据权利要求6所述的逆流热交换器(9)，其特征在于，所述螺旋分隔件(15)由聚四氟乙烯或其他化学惰性材料的梁形或圆形带条(8、8′)构成，在彼此卷绕的两个螺旋双面漆包钢板之间沿流体的流动方向延伸，并且如此布置使得所述漆包钢板的边缘不接触所形成的流动腔(10、11)的容纳物。
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