CN110174019A - 一种可实现多热源余热回收的换热装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可实现多热源余热回收的换热装置，包括整体呈竖向筒状的壳体，壳体内的空腔分隔成多个竖向的热媒流动区域和多个竖向的热源流动区域；且热媒流动区域和热源流动区域在芯轴圆周方向上整体呈相间分布；其特征在于，单个成组或多个成组的热源流动区域串联成组设置，每组热源流动区域构成一个热源通路，一个热源通路对应具有一个对外接出的热源进口和热源出口；所有热媒流动区域依次串联整体构成一个热媒通路，热媒通路整体具有一个对外接出的热媒进口和热媒出口；热媒通路依次流经所有热源通路相邻侧。本发明具有可实现一个热媒水连续从多个热源水回收余热，能够更高效地提高换热后热媒品位的优点。

Description

一种可实现多热源余热回收的换热装置

技术领域

本发明涉及一种余热回收装置；特别是涉及一种可实现多热源余热回收的换热装置。

背景技术

随着工业化进程的加快和经济建设的迅速发展，能量的消耗越来越大，对能源的综合利用的要求也越来越高。在能源的综合利用中，换热器是一种主要的过程设备，在工业节能应用上具有重要位置。

工业余热来源于工业生产的各个环节，因此热源数量多且品位不尽相同。现目前的换热器只能实现单一热源与热媒进行热交换，若要实现多热源与热媒的热交换，采用多个换热器并联的形式可以实现，但是这种并联的形式，热媒分多股分别从多个热源取热后混合，会导致高温水的品质损失，降低混合后热媒的温度。

所以怎样才可以减少多热源余热回收系统换热器的使用个数，从而减少占地面积和投资等，以及怎样根据工艺计划的变化灵活地调节热源的个数，怎样降低与较高品位热源进行换热的热媒水的品位损失，提高热媒水的总出水温度；成为有待本领域人员解决的问题。

为了解决上述问题，中国专利（CN201710183497.9）公开了一种可实现多热源余热回收的换热装置，其特点在于：包括壳体、设置于壳体上端的多个热源输出流道、设置于壳体下端的多个热源输入流道以及连接于壳体内的芯轴，所述芯轴的外壁与壳体的内壁之间连接有多个隔板，所述隔板将壳体与芯轴之间形成的空腔分隔成多个供热媒通过的热媒流动区域和多个与热媒流动区域相间分布的供热源通过的热源流动区域，所述各个热源流动区域的上端一一对应的与各个热源输出流道导通相连，各个热源流动区域的下端一一对应的与各个热源输入流道导通相连，所述各个热媒流动区域的上端和下端均与壳体上端的热媒输入口和壳体下端的热媒输出口导通相连。上述专利中，采用隔板将壳体与芯轴之间形成的空腔分隔成多个竖向的热媒流动区域和热源流动区域，且使得热媒流动区域与热源流动区域圆周方向上相间分布。热源从壳体下端的各个热源输入流道输入，热源经各个热源流动区域后从壳体上端的各个热源输出流道输出，热媒从壳体上端的热媒输入口输入，流经各个热媒流动区域后从热媒输出口流出，相邻一组热媒与热源形成逆流实现换热，当不同的热源从各个热源输入口进入并流经各个热源流动区域，彼此之间互不干涉，与热媒完成热交换后，再从各个热源输出口排出。

但上述专利的换热装置相对更适用于各热源温度较为接近的情况，因为各热源温度相差不大时，将热媒分为多股分别和各个热源进行换热后再汇合，这样各热源均可以和热媒很好地实现热交换，换热效率较好。但如果各热源温差较大时，多股热媒水分别和热源换热，会得到不同热品位的热媒水，然后再混合时就会造成高品位热媒水的热品位的丢失，进而降低换热效率。而实际工业生产应用时，各热源的温度通常会不同且可能相差较大。这样，热源与对应热媒换热后，再将各个热媒汇集后，就会导致热媒的品位丢失并降低换热效率；同时，上述现有的装置中，由于热源与对应的热媒之间的换热通道的长度是固定的，也会导致当热源温度较高时，热源与热媒之间的换热不充分，换热效率低。

故如何研发一种能够适用于不同热源温差较大的情况，使其更适用于实际工业生产的换热装置，成为本领域技术人员有待进一步解决的问题。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是：怎样提供一种结构简单，能够更好地针对热源温度相差较大时使用以提高换热后热媒热品位，热媒与热源换热更加充分的可实现多热源余热回收的换热装置，使其更加实用于工业生产实际情况。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：

一种可实现多热源余热回收的换热装置，包括整体呈竖向筒状的壳体，壳体内中部设有竖向的芯轴，芯轴与壳体之间设有若干竖向的隔板以将壳体与芯轴之间的空腔分隔成多个竖向的热媒流动区域和多个竖向的热源流动区域；且热媒流动区域和热源流动区域在芯轴圆周方向上整体呈相间分布；其特点在于，单个成组或多个成组的热源流动区域串联成组设置，每组热源流动区域构成一个热源通路，一个热源通路对应具有一个对外接出的热源进口和热源出口；所有热媒流动区域依次串联整体构成一个热媒通路，热媒通路整体具有一个对外接出的热媒进口和热媒出口；任一热媒流动区域均需至少和一个热源流动区域相邻设置且使得热媒通路依次流经所有热源通路相邻侧。

这样，上述装置在使用时，将热媒从热媒入口通入，从热媒入口通入的热媒能够沿壳体的圆周方向上依次与各组热源流动区域内的热源进行换热后，再从热媒出口流出。因热媒流动区域是呈串联设置的，热媒与热源换热，一个热媒与多个热源水串联换热，仅一个热媒出口，可保证热媒的品位不丢失。并且，在使用时，使得热源流动区域内的热源的温度沿圆周方向上呈依次增高设置，使得热媒先与温度低的热源换热，再与温度高的热源换热，能够更好的提高换热的效率，且使得热媒与热源换热更加充分，换热后热媒品位更高。并且，单个成组或多个成组的热源流动区域串联成组设置，使得成组形成的热源通路的长度可根据串联的热源流动区域的个数进行调整，以适应不同温度热源和热媒进行换热，提高换热效率。其中热源一般是指工业生产过程中使用后带有余温的冷却水。这样，和背景技术所述现有专利方案相比，将多个热源和多个热媒水同时换热后再混合（不同温度热媒水的混合会降低热品位），改变为了多个热源依次和一个热媒水换热，直接得到只有一个最终温度的热媒水，这样，当各热源温度相差较大时，就避免了热品位的丢失，提高了热源的余热利用效率，更加适用于工业实际生产情况。

作为优化，所述热源流动区域为两两成组设置；且成组的两个热源流动区域各自形成上行热源流动区域和下行热源流动区域，上行热源流动区域和下行热源流动区域下端导通相连，并且所述热源进口与下行热源流动区域上端导通连接，所述热源出口与上行热源流动区域上端导通连接；并且所述热媒流动区域为两两成对设置的多组；每组的两个热媒流动区域的下端导通相连，相邻两组的热媒流动区域之间导通使其整体形成一个热媒通路；成组设置的热源流动区域和各组热媒流动区域在壳体的圆周方向上呈相间分布。

这样，上述结构的装置在使用时，能够使得任意的上行热源流动区域和下行热源流动区域内的热源与对应热媒流动区域内的热媒在换热时，上行热源流动区域内热源流向与对应热媒流动区域内的热媒流向以及下行热源流动区域内热源流向与对应热媒流动区域内的热媒流向相反，形成对流换热。从而能够提高整个装置的换热质量，使得换热更加充分。

作为优化，在成组设置的两热源流动区域之间的隔板上的与芯轴相邻的一侧设有热源通孔，使得成对的上行热源流动区域和下行热源流动区域的与芯轴相邻的一侧导通相连；在成对设置的两个热媒流动区域之间的隔板上的与芯轴相邻的一侧设有热媒通孔，使得成对的两个热媒流动区域的与芯轴相邻的一侧导通相连。

这样，将热源通孔和热媒通孔设置在与芯轴相邻的一侧，与芯轴相邻一侧的上行热源流动区域、下行热源流动区域和热媒流动区域的宽度小于其余位置的宽度，能够更加方便热源与热媒流动，设计更加合理。

作为优化，在热源进口和热源出口上各自导通连接有T形三通球阀，且T形三通球阀的另外两个连接口各自与左右相邻的T形三通球阀上对应的连接口通过整体设置于壳体外围位置的流道管导通相连。

这样，上述结构的装置在使用时，可以通过调节T形三通球阀将相邻的两个或两个以上的热源流动区域串联，使得一个热源可以使用多个热源流动区域，以达到增加同一热源流经热源流动区域的长度，充分的将该热源的热量交换出来。解决现有技术无法在热源温度变化时进行针对性调整的问题，也能够更好的针对温度跨度大的多个热源进行换热，提高换热的效率和质量，且能够更好的保证热媒的品质。

作为优化，所述流道管整体呈弧形设置且各自贴合连接于壳体外圆周表面；所述T形三通球阀上相互对称的两个连接口将相应的两个流道管导通相连，并且T形三通球阀另一连接口垂直于壳体向外侧分布。

这样，T形三通球阀上相互对称的两个接口连接于相应的两个将相应的两个流道管导通相连，T形三通球阀上的另一个接口垂直于壳体，使得整个结构所占用的空间最小，结构更加紧凑，便于热源从T形三通球阀的另一垂直于壳体的连接口输入或输出，更加方便使用。

作为优化，热媒进口和热媒出口之间沿优弧方向对应的任意两相邻热媒流动区域之间各自通过连接管串联；所述连接管整体呈弧形结构且连接管弧形内侧相贴在芯轴上端圆周面上。

这样，通过设置连接管将热媒进口和热媒出口之间沿优弧方向对应的任意两相邻热媒流动区域串联，且连接管整体呈弧形结构且连接管弧形内侧相贴在芯轴上端圆周面上，使得整个结构更加紧凑，设计更加合理。

作为优化，在热媒流动区域和热源流动区域的内部均单侧悬空设置有连接于壳体内壁的第一挡板以及连接于芯轴外壁的第二挡板；并且第一挡板与第二挡板沿竖直方向上相互交错布置。

这样，在热媒流动区域和热源流动区域的内部设置第一挡板和第二挡板，第一挡板和第二挡板分别连接于壳体的内壁以及芯轴的外壁，并且第一挡板和第二挡板相间分布，使得热媒流经热媒流动区域时以及热源流经热源流动区域时所经过的换热路径行程更大，可提高热源与热媒的热交换时间，提高热交换的效率。

作为优化，第一挡板和第二挡板均为石棉绝热材质制得。

这样，能够降低热媒和热源各自经过第一挡板和第二挡板时热量的消耗，减少热量损失，提高热交换质量。

作为优化，所述隔板为波纹钢板。

这样，隔板的两个侧面的表面积增大，使得隔板的有效利用面积增大，热媒流经热媒流动区域以及热源流经热源流动区域时热交换面积增大，可提高热源与热媒的热交换效率。

作为优化，所述芯轴为石棉绝热材质制得。

这样，能够减少热量的损耗，提高换热效率。

作为优化，T形三通球阀与流道管之间通过橡胶密封材质密封。

这样，采用橡胶密封结构更加简单，能够达到很好的密封效果，气密性更好。

综上所述，本发明结构简单、占用空间小，可实现一个热媒依次对多个热源进行换热，一个热媒与多个热源水串联换热，仅一个热媒水出水口，当热源温差较大时，可保证水的热品位不丢失，提高换热质量。并且具有余热热源个数可灵活增减、换热效果好等优点，可替代多个换热器，并可根据热源的个数、品位和流量调节热源与热媒之间换热通道的长度以提高热媒和热源的换热效率。

附图说明

图1为本发明具体实施方式中的竖向剖视图。

图2为图1的A向视图。

图3为图1的B向视图。

附图中箭头表示流体流动方向，附图中圆圈内部为圆点的图标表示该位置流体面对视图者方向流动，圆圈内部为×的图标表示该位置流体沿远离视图者方向流动。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。

具体实施时：如图1至图3所示，一种可实现多热源余热回收的换热装置，包括整体呈竖向筒状的壳体1，壳体内中部设有竖向的芯轴2，芯轴与壳体之间设有若干竖向的隔板3以将壳体与芯轴之间的空腔分隔成多个竖向的热媒流动区域4和多个竖向的热源流动区域5；且热媒流动区域和热源流动区域在芯轴圆周方向上整体呈相间分布；单个成组或多个成组的热源流动区域5串联成组设置，每组热源流动区域5构成一个热源通路，一个热源通路对应具有一个对外接出的热源进口6和热源出口7；所有热媒流动区域4依次串联整体构成一个热媒通路，热媒通路整体具有一个对外接出的热媒进口8和热媒出口9；任一热媒流动区域4均需至少和一个热源流动区域5相邻设置且使得热媒通路依次流经所有热源通路相邻侧。

这样，上述装置在使用时，将热媒从热媒入口通入，从热媒入口通入的热媒能够沿壳体的圆周方向上依次与各组热源流动区域内的热源进行换热后，再从热媒出口流出。因热媒流动区域是呈串联设置的，热媒与热源换热，一个热媒与多个热源水串联换热，仅一个热媒出口，可保证热媒的品位不丢失。并且，在使用时，使得热源流动区域内的热源的温度沿圆周方向上呈依次增高设置，使得热媒先与温度低的热源换热，再与温度高的热源换热，能够更好的提高换热的效率，且使得热媒与热源换热更加充分，换热后热媒品位更高。并且，单个成组或多个成组的热源流动区域串联成组设置，使得成组形成的热源通路的长度可根据串联的热源流动区域的个数进行调整，以适应不同温度热源和热媒进行换热，提高换热效率。实施例中，热源是指工业生产过程中使用后带有余温的冷却水

本具体实施方式中，所述热源流动区域为两两成组设置；且成组的两个热源流动区域各自形成上行热源流动区域11和下行热源流动区域12，上行热源流动区域和下行热源流动区域下端导通相连，并且所述热源进口与下行热源流动区域上端导通连接，所述热源出口与上行热源流动区域上端导通连接；并且所述热媒流动区域4为两两成对设置的多组；每组的两个热媒流动区域的下端导通相连，相邻两组的热媒流动区域之间导通使其整体形成一个热媒通路；成组设置的热源流动区域和各组热媒流动区域在壳体的圆周方向上呈相间分布。

这样，上述结构的装置在使用时，能够使得任意的上行热源流动区域和下行热源流动区域内的热源与对应热媒流动区域内的热媒在换热时，上行热源流动区域内热源流向与对应热媒流动区域内的热媒流向以及下行热源流动区域内热源流向与对应热媒流动区域内的热媒流向相反，形成对流换热。从而能够提高整个装置的换热质量，使得换热更加充分。

本具体实施方式中，在成组设置的两热源流动区域之间的隔板上的与芯轴相邻的一侧设有热源通孔，使得成对的上行热源流动区域和下行热源流动区域的与芯轴相邻的一侧导通相连；在成对设置的两个热媒流动区域之间的隔板3上的与芯轴相邻的一侧设有热媒通孔，使得成对的两个热媒流动区域的与芯轴相邻的一侧导通相连。

这样，将热源通孔和热媒通孔设置在与芯轴相邻的一侧，与芯轴相邻一侧的上行热源流动区域、下行热源流动区域和热媒流动区域的宽度小于其余位置的宽度，能够更加方便热源与热媒流动，设计更加合理。

本具体实施方式中，在热源进口和热源出口上各自导通连接有T形三通球阀13，且T形三通球阀的另外两个连接口各自与左右相邻的T形三通球阀上对应的连接口通过整体设置于壳体外围位置的流道管14导通相连。

这样，上述结构的装置在使用时，可以通过调节T形三通球阀将相邻的两个或两个以上的热源流动区域串联，以达到增加同一热源流经热源流动区域的长度，充分的将该热源的热量交换出来。能够更好的针对温度跨度大的多个热源进行换热，提高换热的效率和质量，且能够更好的保证热媒的品质。

本具体实施方式中，所述流道管14整体呈弧形设置且各自贴合连接于壳体外圆周表面；所述 T形三通球阀13上相互对称的两个连接口将相应的两个流道管导通相连，并且T形三通球阀另一连接口垂直于壳体向外侧分布。

这样，T形三通球阀上相互对称的两个接口连接于相应的两个将相应的两个流道管导通相连，T形三通球阀上的另一个接口垂直于壳体，使得整个结构所占用的空间最小，结构更加紧凑，便于热源从T形三通球阀的另一垂直于壳体的连接口输入或输出，更加方便使用。

本具体实施方式中，热媒进口和热媒出口之间沿优弧方向对应的任意两相邻热媒流动区域之间各自通过连接管15串联；所述连接管整体呈弧形结构且连接管弧形内侧相贴在芯轴上端圆周面上。

这样，通过设置连接管将热媒进口和热媒出口之间沿优弧方向对应的任意两相邻热媒流动区域串联，且连接管整体呈弧形结构且连接管弧形内侧相贴在芯轴上端圆周面上，使得整个结构更加紧凑，设计更加合理。

本具体实施方式中，在热媒流动区域和热源流动区域的内部均单侧悬空设置有连接于壳体内壁的第一挡板16以及连接于芯轴外壁的第二挡板17；并且第一挡板与第二挡板沿竖直方向上相互交错布置。

这样，在热媒流动区域和热源流动区域的内部设置第一挡板和第二挡板，第一挡板和第二挡板分别连接于壳体的内壁以及芯轴的外壁，并且第一挡板和第二挡板相间分布，使得热媒流经热媒流动区域时以及热源流经热源流动区域时所经过的行程更大，可提高热源与热媒的热交换时间，提高热交换的效率。

本具体实施方式中，第一挡板16和第二挡板17均为石棉绝热材质制得。

这样，能够降低热媒和热源各自经过第一挡板和第二挡板时热量的消耗，减少热量损失，提高热交换质量。

本具体实施方式中，所述隔板3为波纹钢板。

这样，隔板的两个侧面的表面积增大，使得隔板的有效利用面积增大，热媒流经热媒流动区域以及热源流经热源流动区域时热交换面积增大，可提高热源与热媒的热交换效率。

本具体实施方式中，所述芯轴2为石棉绝热材质制得。

这样，能够减少热量的损耗，提高换热效率。

本具体实施方式中，T形三通球阀与流道管之间通过橡胶密封材质密封。

这样，采用橡胶密封结构更加简单，能够达到很好的密封效果，气密性更好。

本具体实施方式中，壳体为石棉绝热材质制得，

这样，能够使得热媒流动区域内的热媒以及热源流动区域内的热源的热量更少传递至外部，提高换热的质量。

上述具体实施方式中的装置具有结构简单、占用空间小，可实现一个热媒对多个热源同时换热，一个热媒与多个热源水串联换热，仅一个热媒水出水口，可保证水的品位不丢失，提高换热质量。并且具有余热热源个数可灵活增减、换热效果好等优点，可替代多个换热器，并可根据热源的个数、品位和流量调节热源与热媒之间换热通道的长度以提高热媒和热源的换热效率。

Claims (10)

1.一种可实现多热源余热回收的换热装置，包括整体呈竖向筒状的壳体（1），壳体内中部设有竖向的芯轴（2），芯轴与壳体之间设有若干竖向的隔板（3）以将壳体与芯轴之间的空腔分隔成多个竖向的热媒流动区域（4）和多个竖向的热源流动区域（5）；且热媒流动区域和热源流动区域在芯轴圆周方向上整体呈相间分布；其特征在于，单个成组或多个成组的热源流动区域（5）串联成组设置，每组热源流动区域（5）构成一个热源通路，一个热源通路对应具有一个对外接出的热源进口（6）和热源出口（7）；所有热媒流动区域（4）依次串联整体构成一个热媒通路，热媒通路整体具有一个对外接出的热媒进口（8）和热媒出口（9）；任一热媒流动区域（4）均需至少和一个热源流动区域（5）相邻设置且使得热媒通路依次流经所有热源通路相邻侧。

2.如权利要求1所述的一种可实现多热源余热回收的换热装置，其特征在于，所述热源流动区域为两两成组设置；且成组的两个热源流动区域各自形成上行热源流动区域（11）和下行热源流动区域（12），上行热源流动区域和下行热源流动区域下端导通相连，并且所述热源进口与下行热源流动区域上端导通连接，所述热源出口与上行热源流动区域上端导通连接；并且所述热媒流动区域（4）为两两成对设置的多组；每组的两个热媒流动区域的下端导通相连，相邻两组的热媒流动区域之间导通使其整体形成一个热媒通路；成组设置的热源流动区域和各组热媒流动区域在壳体的圆周方向上呈相间分布。

3.如权利要求2所述的一种可实现多热源余热回收的换热装置，其特征在于，在成组设置的两热源流动区域之间的隔板上的与芯轴相邻的一侧设有热源通孔，使得成对的上行热源流动区域和下行热源流动区域的与芯轴相邻的一侧导通相连；在成对设置的两个热媒流动区域之间的隔板（3）上的与芯轴相邻的一侧设有热媒通孔，使得成对的两个热媒流动区域的与芯轴相邻的一侧导通相连。

4.如权利要求1所述的一种可实现多热源余热回收的换热装置，其特征在于，在热源进口和热源出口上各自导通连接有T形三通球阀（13），且T形三通球阀的另外两个连接口各自与左右相邻的T形三通球阀上对应的连接口通过整体设置于壳体外围位置的流道管（14）导通相连。

5.如权利要求4所述的一种可实现多热源余热回收的换热装置，其特征在于，所述流道管（14）整体呈弧形设置且各自贴合连接于壳体外圆周表面；所述 T形三通球阀（13）上相互对称的两个连接口将相应的两个流道管导通相连，并且T形三通球阀另一连接口垂直于壳体向外侧分布。

6.如权利要求1所述的一种可实现多热源余热回收的换热装置，其特征在于，热媒进口和热媒出口之间沿优弧方向对应的任意两相邻热媒流动区域之间各自通过连接管（15）串联；所述连接管整体呈弧形结构且连接管弧形内侧相贴在芯轴上端圆周面上。

7.如权利要求1所述的一种可实现多热源余热回收的换热装置，其特征在于，在热媒流动区域和热源流动区域的内部均单侧悬空设置有连接于壳体内壁的第一挡板（16）以及连接于芯轴外壁的第二挡板（17）；并且第一挡板与第二挡板沿竖直方向上相互交错布置。

8.如权利要求7所述的一种可实现多热源余热回收的换热装置，其特征在于，第一挡板（16）和第二挡板（17）均为石棉绝热材质制得。

9.如权利要求1所述的一种可实现多热源余热回收的换热装置，其特征在于，所述隔板（3）为波纹钢板。

10.如权利要求4所述的一种可实现多热源余热回收的换热装置，其特征在于，所述芯轴（2）为石棉绝热材质制得；

T形三通球阀与流道管之间通过橡胶密封材质密封。