CN106595354A - 一体式自能源驱动换热装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种一体式自能源驱动换热装置，涉及热交换领域，包括：前端板；后端板，其与前端板相对设置；传热发电模块，其固定在前端板和后端板之间，传热发电模块包括多个并排设置的传热发电单元，每个传热发电单元包括两个传热单元以及设置在两个传热单元之间的温差发热单元，传热单元设有流道和多个流动孔，热流体和冷流体在每个传热发电单元的流道中交替逆向流动；驱动模块，其包括驱动盖板，驱动盖板设置在前端板远离后端板的一侧，驱动盖板和前端板设有热流体进口和冷流体进口，冷流体进口上设有集成泵，驱动盖板上还内嵌有与集成泵相连的配电单元。本发明集成度高、电能消耗低、能随时保证冷却功能，并能充分利用热能。

Description

一体式自能源驱动换热装置

技术领域

本发明涉及热交换领域，具体涉及一种一体式自能源驱动换热装置。

背景技术

热交换设备是广泛应用于石油、化工、能源、动力等行业的一种通用设备，是实现高、低温流体介质之间热量交换的关键环节。热交换设备作为一种利用能源和节约能源的设备，其性能对产品质量、能量利用率以及系统运行的经济性和可靠性起着至关重要的作用。

目前，能源动力系统中高、低温流体介质之间的热交换主要通过由换热器和与之配套的循环泵、驱动电机、配电模块及电源等组成的冷却模块实现，其基本工作原理为：通过电源和配电模块向驱动电机供电，带动循环泵输送载热(或冷媒)工质至换热器，实现冷、热流体的热交换。但是这种方式存在以下不足：(1)系统组成复杂，设备众多且布置分散，占据较多安装与维修空间，在一些空间狭小的场合难以应用；(2)需要专门为循环泵提供工作电源，消耗电能，当供电系统出现故障时，将无法实现冷却功能；(3)载热流体释出的热量全部传递给冷却流体并直接导出至外部热阱，大量高品质热能直接浪费；(4)当冷、热两种流体之间传热温差很大时，将会造成冷却流体(如冷却水)发生局部沸腾等相变行为，导致系统流动不稳定，严重时甚至造成设备损坏。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种系统集成度高、电能消耗低、能随时保证冷却功能，并能充分利用热能的一体式自能源驱动换热装置。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：

一种一体式自能源驱动换热装置，包括：

前端板；

后端板，其与所述前端板相对设置；

传热发电模块，其固定在所述前端板和后端板之间，所述传热发电模块包括多个并排设置的传热发电单元，每个所述传热发电单元包括两个传热单元以及设置在两个所述传热单元之间的温差发热单元，所述传热单元设有流道和多个流动孔，热流体和冷流体在每个所述传热发电单元的两个所述传热单元的所述流道中交替逆向流动；以及

驱动模块，其包括驱动盖板，所述驱动盖板设置在所述前端板远离所述后端板的一侧，且所述驱动盖板与所述前端板和后端板固定，所述驱动盖板和前端板设有热流体进口和冷流体进口，所述冷流体进口上设有集成泵，所述驱动盖板上还内嵌有与所述集成泵相连的配电单元，所述传热发电模块输送电能至所述配电单元，所述集成泵驱动所述冷流体在所述流道中流动。

在上述技术方案的基础上，每个所述传热发电单元的两个所述传热单元均设有一组热流体流动孔组和一组冷流体流动孔组，所述热流体流动孔组和冷流体流动孔组相对设置在所述传热单元的两侧，所述热流体流动孔组和冷流体流动孔组均包括两个所述流动孔，两个所述传热单元中，其中一个传热单元的热流体流动孔组与所述流道连通，其冷流体流动孔组与所述流道不连通，另一个传热单元的热流体流动孔组与所述流道不连通，其冷流体流动孔组与所述流道连通。

在上述技术方案的基础上，所述传热单元包括固定在一起的第一传热板和第二传热板，所述第一传热板和第二传热板上均设有相对设置的所述一组热流体流动孔组和一组冷流体流动孔组，所述第一传热板和第二传热板的形状结构镜像对称，所述第一传热板和第二传热板相互固定的一面设有所述流道。

在上述技术方案的基础上，所述流道包括多个间隔设置的流道板，所述流道板包括中间部和位于中间部两端的弯曲部，两个所述弯曲部的弯曲方向相同，两个所述传热单元中，其中一个传热单元的热流体流动孔组的两个流动孔分别位于所述弯曲部的末端，其冷流体流动孔组的两个流动孔位于所述流道板的外侧，另一个传热单元的冷流体流动孔组的两个流动孔分别位于所述弯曲部的末端，其热流体流动孔组的两个流动孔位于所述流道板的外侧。

在上述技术方案的基础上，每个所述传热发电单元的上端还设有上卡口，所述一体式自能源驱动换热装置还包括上导杆，所有所述传热发电单元通过所述上卡口固定在所述上导杆上。

在上述技术方案的基础上，每个所述传热发电单元的下端设有下卡口，所述一体式自能源驱动换热装置还包括下导杆，所有所述传热发电单元通过所述下卡口固定在所述下导杆上。

在上述技术方案的基础上，所述传热发电模块还设有电缆，所述传热发电模块通过所述电缆输送电能至所述配电单元。

在上述技术方案的基础上，所述传热发电单元上还设有电缆通道孔。

在上述技术方案的基础上，所述后端板设有冷流体出口和热流体出口。

在上述技术方案的基础上，所述热流体进口设于所述驱动盖板和前端板的右上方，所述冷流体进口设于所述驱动盖板和前端板的左下方，所述冷流体出口设于所述后端板的左上方，所述热流体出口设于所述后端板的右下方。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

(1)本发明中的一体式自能源驱动换热装置，将传热发电模块和驱动模块集成在一起，并且将集成泵布置在驱动模块内，大大减少了设备的分散性，减小了设备占据的空间，并且在故障情况下检修方便，甚至紧急情况下可以直接更换传热发电单元。

(2)本发明中的一体式自能源驱动换热装置，利用冷、热流体的温差产生电能，电能通过电缆集中输送至驱动模块，从而充分利用余热，将之转换为可利用的电能，减少了能源的浪费。此外，传热发电模块输送电能至配电单元后，由配电单元给集成泵供电，从而不需要门为泵提供工作电源。从可靠性角度而言，当换热装置外部供电出现故障时，本发明中的一体式自能源驱动换热装置，可以通过冷、热流体的温差产生电能给驱动模块供电，保证任何时候都能提供足够的冷却介质。

(3)本发明中的一体式自能源驱动换热装置，在冷、热流体之间温差很大的情况下，通过温差发电，消耗部分热能，降低冷流体侧传热温差，减缓发生局部沸腾的情况，缓解换热装置结垢的程度，并降低故障的可能性。

附图说明

图1为本发明中一体式自能源驱动换热装置的结构示意图；

图2为本发明中传热发电单元的结构示意图；

图3为本发明中第一传热板正面的结构示意图；

图4为本发明中第二传热板正面的结构示意图；

图5为本发明中第一传热板和第二传热板背面的结构示意图；

图6为本发明中温差发热单元的结构示意图；

图7为本发明中传热单元和温差发热单元的装配图；

图8为本发明中驱动模块的正视图；

图9为图8沿A-A方向的剖视图。

图中：1-前端板，2-后端板，21-冷流体出口，22-热流体出口，3-传热发电模块，31-传热发电单元，32-传热单元，32a-第一传热板，32b-第二传热板，33-温差发热单元，34-流道，35-流动孔，36-流道板，36a-中间部，36b-弯曲部，37-上卡口，38-下卡口，4-驱动模块，41-驱动盖板，42-热流体进口，43-冷流体进口，44-集成泵，441-泵定子，442-泵转子，443-泵叶轮，444-泵导叶，45-配电单元，5-上导杆，6-下导杆，7-电缆，71-电缆通道孔，72-电缆通道，8-螺栓，81-螺栓孔。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

参见图1所示，本发明提供一种一体式自能源驱动换热装置，其包括前端板1、后端板2、传热发电模块3和驱动模块4。

前端板1和后端板2相对设置，后端板2设有冷流体出口21和热流体出口22。其中冷流体出口21设于后端板2的左上方，热流体出口22设于后端板2的右下方。

传热发电模块3固定在前端板1和后端板2之间，传热发电模块3包括多个并排设置的传热发电单元31，参见图2所示，每个传热发电单元31包括两个传热单元32以及设置在两个传热单元32之间的温差发热单元33。传热单元32设有流道34和多个流动孔35，热流体和冷流体在每个传热发电单元31的两个传热单元32的流道34中交替逆向流动(为了清楚表示热流体和冷流体交替逆向流动，图1中将传热发电单元31从看不见的那个传热单元32爆开，并将其布置在相邻的传热发电单元31上)。

同时参见图8和图9所示，驱动模块4包括驱动盖板41，驱动盖板41设置在前端板1远离所述后端板2的一侧，且驱动盖板41与前端板1和后端板2固定。本发明中，在驱动盖板41、前端板1和后端板2上都设有螺栓孔81，然后通过螺栓8固定起来。驱动盖板41和前端板1设有热流体进口42和冷流体进口43，热流体进口42设于驱动盖板41和前端板1的右上方，冷流体进口43设于驱动盖板41和前端板1的左下方。冷流体进口43上设有集成泵44，驱动盖板41上还内嵌有与集成泵44相连的配电单元45，传热发电模块3输送电能至配电单元45，集成泵44驱动冷流体在所述流道34中流动。驱动盖板41既是整个一体式自能源驱动换热装置的盖板，设置螺栓孔81用以整体装配，又作为配电单元45和集成泵44的基体。泵定子441内嵌于盖板，泵转子442、泵叶轮443和泵导叶444安装在驱动盖板41的进口通道中。利用泵叶轮443将冷流体送入传热单元32进行热交换，同时实现温差发电。

本发明中的一体式自能源驱动换热装置，将传热发电模块3和驱动模块4集成在一起，并且将集成泵44布置在驱动模块4内，大大减少了设备的分散性，减小了设备占据的空间，并且在故障情况下检修方便，甚至紧急情况下可以直接更换传热发电单元31。

本发明中的一体式自能源驱动换热装置中的传热发电模块3和驱动模块4相互依托相互作用，其中传热发电模块3中的传热单元32为温差发热单元33提供温差发电所需的能量，温差发热单元33给驱动模块4供电，驱动模块4向传热单元32提供流体流动的驱动力。

为了让热流体和冷流体在每个传热发电单元31的两个传热单元32的流道34中交替逆向流动。本发明中的每个传热发电单元31的两个传热单元32均设有一组热流体流动孔组和一组冷流体流动孔组，热流体流动孔组和冷流体流动孔组相对设置在传热单元32的两侧，热流体流动孔组和冷流体流动孔组均包括两个流动孔35，两个传热单元32中，其中一个传热单元32的热流体流动孔组与流道34连通，其冷流体流动孔组与流道34不连通，另一个传热单元32的热流体流动孔组与流道34不连通，其冷流体流动孔组与流道34连通。

具体的，参见图3至图5所示，传热单元32包括固定在一起的第一传热板32a和第二传热板32b，第一传热板32a和第二传热板32b上设有多个流动孔35，本发明中每个第一传热板32a和第二传热板32b上设有相对设置的一组热流体流动孔组和一组冷流体流动孔组，流动孔35内设有垫圈39。第一传热板32a和第二传热板32b的形状结构镜像对称，第一传热板32a和第二传热板32b相互固定的一面设有流道34，第一传热板32a和第二传热板32b的另一面为光板。其中流道34包括多个间隔设置的流道板36，流道板36包括中间部36a和位于中间部36a两端的弯曲部36b，两个弯曲部36b的弯曲方向相同，其中一个传热单元32的热流体流动孔组的两个流动孔35分别位于弯曲部36b的末端，其冷流体流动孔组的两个流动孔35位于流道板36的外侧，另一个传热单元32的冷流体流动孔组的两个流动孔35分别位于弯曲部36b的末端，其热流体流动孔组的两个流动孔35位于流道板36的外侧。热流体或者冷流体可以通过流道34和位于弯曲部36b的末端的两个流动孔35流动，而不能通过位于流道板36外侧的两个流动孔35流动，从而实现了热流体和冷流体在每个传热发电单元31的两个传热单元32的流道34中交替逆向流动。

参见图6和图7所示，位于两个传热单元32之间的温差发热单元33，其上下两端分别设置支撑区域，并留出传热单元32所需要的垫圈39的安装空间，用以装配时的支撑。

传热发电模块3还设有电缆7，传热发电模块3通过电缆7输送电能至配电单元45。此外，传热发电单元31上还设有电缆通道孔71。具体的，温差发热单元33产生的电能，利用电缆7通过传热发电单元31下部的电缆通道孔71传递给配电单元45。配电单元45内嵌在驱动盖板41中间，在驱动盖板41中有配电缆通道72，由配电单元45将电能通过该电缆通道72，统一输送给集成泵44。

本发明中的一体式自能源驱动换热装置，利用冷、热流体的温差产生电能，电能通过电缆7集中输送至驱动模块4，从而充分利用了余热，将之转换为可利用的电能，减少了能源的浪费。此外，传热发电模块3输送电能至配电单元45后，由配电单元45给集成泵44供电，从而不需要门为泵提供工作电源。从可靠性角度而言，当换热装置外部供电出现故障时，本发明中的一体式自能源驱动换热装置，可以通过冷、热流体的温差产生电能给驱动模块4供电，保证任何时候都能提供足够的冷却介质。而且，在冷、热流体之间温差很大的情况下，通过温差发电，消耗部分热能，降低冷流体侧传热温差，减缓发生局部沸腾的情况，缓解换热装置结垢的程度，并降低故障的可能性。

为了更好的对传热发电单元31进行定位，每个所述传热发电单元31的上端还设有上卡口37，一体式自能源驱动换热装置还包括上导杆5，所有传热发电单元31通过上卡口37固定在上导杆5上。还可以在每个传热发电单元31的下端设置下卡口38，一体式自能源驱动换热装置还包括下导杆6，所有传热发电单元31通过下卡口38固定在下导杆6上。

冷流体自下往上通过流动孔35和传热单元32再流出换热装置，热流体自上往下通过流动孔35和传热单元32再流出换热装置。

以下介绍本发明的安装及运行流程

一体式自能源驱动换热装置利用上导杆5和下导杆6定位，传热发电模块3、前端板1、后端板2和驱动盖板41一起，整体利用螺栓8压紧并安装。

参见图1所示，一体式自能源驱动换热装置运行时，热流体依次进入驱动盖板41和前端板1，之后进入传热单元32，自上往下流动，当到达传热发电单元31底部时，往后端板2流动，并从热流体出口22流出。

冷流体在集成泵44的作用下，依次进入驱动盖板41和前端板1，之后进入传热单元32，自下往上流动，当到达传热发电单元31顶部时，往后端板2流动，并从冷流体出口21流出。

冷流体和热流体在流动过程中，热流体所携带的热量首先传递给传热单元32，再由传热单元32传递给温差发热单元33，温差发热单元33将热量传递给另外一侧的传热单元32，再传递给冷流体。

在这样能量传递流程中，热流体被冷却而冷流体被加热，完成传热过程。热电转换期间两侧流动的分别是热流体和冷流体，存在温差，产生电能，完成发电过程。利用电缆7收集每个传热发电单元31产生的电能，通过电缆通道孔71导入配电单元45，完成电能收集过程。配电单元45统一将电能配送至集成泵44，完成配电过程。

本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (10)

1.一种一体式自能源驱动换热装置，其特征在于，包括：

前端板(1)；

后端板(2)，其与所述前端板(1)相对设置；

传热发电模块(3)，其固定在所述前端板(1)和后端板(2)之间，所述传热发电模块(3)包括多个并排设置的传热发电单元(31)，每个所述传热发电单元(31)包括两个传热单元(32)以及设置在两个所述传热单元(32)之间的温差发热单元(33)，所述传热单元(32)设有流道(34)和多个流动孔(35)，热流体和冷流体在每个所述传热发电单元(31)的两个所述传热单元(32)的所述流道(34)中交替逆向流动；以及

驱动模块(4)，其包括驱动盖板(41)，所述驱动盖板(41)设置在所述前端板(1)远离所述后端板(2)的一侧，且所述驱动盖板(41)与所述前端板(1)和后端板(2)固定，所述驱动盖板(41)和前端板(1)设有热流体进口(42)和冷流体进口(43)，所述冷流体进口(43)上设有集成泵(44)，所述驱动盖板(41)上还内嵌有与所述集成泵(44)相连的配电单元(45)，所述传热发电模块(3)输送电能至所述配电单元(45)，所述集成泵(44)驱动所述冷流体在所述流道(34)中流动。

2.如权利要求1所述的一体式自能源驱动换热装置，其特征在于：每个所述传热发电单元(31)的两个所述传热单元(32)均设有一组热流体流动孔组和一组冷流体流动孔组，所述热流体流动孔组和冷流体流动孔组相对设置在所述传热单元(32)的两侧，所述热流体流动孔组和冷流体流动孔组均包括两个所述流动孔(35)，两个所述传热单元(32)中，其中一个传热单元(32)的热流体流动孔组与所述流道(34)连通，其冷流体流动孔组与所述流道(34)不连通，另一个传热单元(32)的热流体流动孔组与所述流道(34)不连通，其冷流体流动孔组与所述流道(34)连通。

3.如权利要求2所述的一体式自能源驱动换热装置，其特征在于：所述传热单元(32)包括固定在一起的第一传热板(32a)和第二传热板(32b)，所述第一传热板(32a)和第二传热板(32b)上均设有相对设置的所述一组热流体流动孔组和一组冷流体流动孔组，所述第一传热板(32a)和第二传热板(32b)的形状结构镜像对称，所述第一传热板(32a)和第二传热板(32b)相互固定的一面设有所述流道(34)。

4.如权利要求2或3所述的一体式自能源驱动换热装置，其特征在于：所述流道(34)包括多个间隔设置的流道板(36)，所述流道板(36)包括中间部(36a)和位于中间部(36a)两端的弯曲部(36b)，两个所述弯曲部(36b)的弯曲方向相同，两个所述传热单元(32)中，其中一个传热单元(32)的热流体流动孔组的两个流动孔(35)分别位于所述弯曲部(36b)的末端，其冷流体流动孔组的两个流动孔(35)位于所述流道板(36)的外侧，另一个传热单元(32)的冷流体流动孔组的两个流动孔(35)分别位于所述弯曲部(36b)的末端，其热流体流动孔组的两个流动孔(35)位于所述流道板(36)的外侧。

5.如权利要求1所述的一体式自能源驱动换热装置，其特征在于：每个所述传热发电单元(31)的上端还设有上卡口(37)，所述一体式自能源驱动换热装置还包括上导杆(5)，所有所述传热发电单元(31)通过所述上卡口(37)固定在所述上导杆(5)上。

6.如权利要求1或5所述的一体式自能源驱动换热装置，其特征在于：每个所述传热发电单元(31)的下端设有下卡口(38)，所述一体式自能源驱动换热装置还包括下导杆(6)，所有所述传热发电单元(31)通过所述下卡口(38)固定在所述下导杆(6)上。

7.如权利要求1所述的一体式自能源驱动换热装置，其特征在于：所述传热发电模块(3)还设有电缆(7)，所述传热发电模块(3)通过所述电缆(7)输送电能至所述配电单元(45)。

8.如权利要求7所述的一体式自能源驱动换热装置，其特征在于：所述传热发电单元(31)上还设有电缆通道孔(71)。

9.如权利要求1所述的一体式自能源驱动换热装置，其特征在于：所述后端板(2)设有冷流体出口(21)和热流体出口(22)。

10.如权利要求9所述的一体式自能源驱动换热装置，其特征在于：所述热流体进口(42)设于所述驱动盖板(41)和前端板(1)的右上方，所述冷流体进口(43)设于所述驱动盖板(41)和前端板(1)的左下方，所述冷流体出口(21)设于所述后端板(2)的左上方，所述热流体出口(22)设于所述后端板(2)的右下方。