CN111895830A - 基于热对流过程的交叉流态换热设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于热对流过程的交叉流态换热设备，该换热设备包括外壳、若干组换热板、至少两组固定机构，至少两组所述固定机构设置在外壳内，若干组所述换热板设置在固定机构上，至少两组所述固定机构使若干组换热板固定在外壳内，本发明科学合理，使用安全方便，固定机构对若干组换热板进行位置固定，使若干组换热板贴合在一起，换热板为冷热流体之间的冷热交换提供支撑，热流体将热量传导至换热板上，换热板在冷热流体进行冷热交换的同时对冷流体进行加热。

Description

基于热对流过程的交叉流态换热设备

技术领域

本发明涉及热对流的交叉流态换热技术领域，具体是基于热对流过程的交叉流态换热设备。

背景技术

使热量从热流体传递到冷流体的设备称为换热设备。换热器在工业生产中的应用极为普遍，例如在化工、动力、冶金、建筑、机械制造、食品、医药及航空航天等各工业部门都占有很重要的地位。因此对换热器的优化设计以提高换热效率对应用换热器的行业来说很有必要。

传统的板式换热器由金属材质的传热片、密封胶垫、夹紧螺栓和压紧板整机框架等零部件组成。为了使热交换介质形成湍流，提高换热效率，需要在传热片上铣制、压制、钎焊出各种“波纹”，例如，折线形、阶梯形、网形或人字形波纹，目前以人字形应用较为普及。

现有技术中，不管哪种手段制造的哪种波纹，都对金属传热片本身实施机械加工，制造出凹凸形的“峰”和“谷”。这种机械加工带来两个弊端：其一是易形成“点”腐蚀，其二是密封性能差；影响使用寿命和承压能力。

但在本装置中，换热板用来对冷热流管进行固定，用来传导热流体中的热量，并不与热流体进行接触，不需要在其内部设置“波纹”，减少了加工成本。

而且，本装置中，热流管与冷流管相互垂直设置，使冷流管可以多次的贯穿热流管，使冷流体可以经过分流管多次与热流管内部的热流体进行冷热交换，并且阻流环对热流管中热流体的流动速度进行限制，使得冷流体可以充分与热流体进行冷热交换，进而提高了热交换效率。

发明内容

本发明的目的在于提供基于热对流过程的交叉流态换热设备，以解决现有技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：基于热对流过程的交叉流态换热设备，该换热设备包括外壳、若干组换热板、至少两组固定机构，至少两组所述固定机构设置在外壳内，若干组所述换热板设置在固定机构上，至少两组所述固定机构使若干组换热板固定在外壳内。固定机构对若干组换热板进行位置固定，使若干组换热板贴合在一起，换热板为冷热流体之间的冷热交换提供支撑，热流体将热量传导至换热板上，换热板在冷热流体进行冷热交换的同时对冷流体进行加热，换热板之间相互贴合在一起进行热传导，当一组换热板中热流体的流速降低而导致换热板的温度降低时，换热板可以通过其他换热板获得热量，并与内部的冷流体进行冷热交换，使得总的冷热交换的效率保持不变。

作为优选技术方案，若干组所述换热板内部均设置有热流管、冷流管，若干组所述冷流管上设置有若干组分流管，若干组所述分流管均贯穿热流管；至少两组所述固定机构均包括上固定板、下固定板、动力板，所述动力板上端与上固定板固定，动力板下端与下固定板固定。热流管为热流体流经换热板提供通道，冷流管为冷流体流经换热板提供通道，分流管对冷流管中流经的冷流体进行分流，使冷流体通过分流管流经热量管时，可以获得更多的热量，上固定板及下固定板相互配合对换热板进行固定，使换热板固定在外壳中，动力板为上固定板及下固定板提供固定换热板的动力。

作为优选技术方案，若干组所述换热板中还设置有传热组件，若干组所述传热组件均包括蒸发舱、传热舱、传输管，所述蒸发舱设置在换热板内部的右下方，所述传热舱设置在换热板内部的左上方，所述传热舱一端与蒸发舱管道连接，所述传输管一端与传热舱另一端管道连接，传输管另一端与蒸发舱管道连接，所述蒸发舱中设置有沸点低的溶液，所述传输管位于换热板的外侧。蒸发舱中的溶液吸收热流管传导至换热板中的热量并蒸发，传热舱为蒸汽提供储存的空间，传输管对冷却后的溶液进行传输，使溶液再次进入到蒸发舱中，溶液蒸发后的蒸汽沿着管道进入到传热舱中，蒸汽在传热舱中汇聚并对传热舱所在的位置进行加热，蒸汽通过传输管流经冷流管后在冷流管的位置散热冷凝，随着通过传输管再次流到蒸发舱内。

作为优选技术方案，若干组所述热流管及若干组所述冷流管均为S型管道，所述热流管与所述冷流管之间相互垂直设置，所述热流管上设置有若干组阻流环。热流管与冷流管相互垂直设置，使冷流管可以多次的贯穿热流管，使冷流体可以经过分流管多次与热流管内部的热流体进行冷热交换，阻流环对热流管中热流体的流动速度进行限制，使得冷流体可以充分与热流体进行冷热交换。

作为优选技术方案，所述传输管靠近传热舱的一端设置有冷凝管，所述冷凝管贯穿冷流管并位于冷流管内部，所述冷凝管以及若干组所述分流管均呈枝状。冷凝管为蒸汽流经冷流管提供通道，当蒸汽通过冷凝管流经冷流管时，冷流管中的冷流体与高温蒸汽进行冷热交换，使蒸汽在冷流管中降温并再次冷凝成液体，而与蒸汽进行冷热交换后的冷流体则温度升高，进而缩短冷流体与热流体的换热过程。

作为优选技术方案，至少两组所述上固定板、至少两组所述下固定板及至少两组所述动力板均为中空结构，至少两组所述上固定板的内部及至少两组所述下固定板的内部均设置有传动轴，上固定板左端的下端面及下固定板左端的上端面均设置有限位板，所述传动轴上均设置有固定块，传动轴的右端均设置有涡轮。传动轴为固定块的安装提供支撑，传动轴为固定块的位置移动提供动力，使固定块在上固定板及下固定板中进行移动，固定块在传动轴的带动下对若干组换热板推动，限位板对换热板在上固定板及下固定板上的位置进行限制，固定块与限位板相互配合对换热板的位置进行固定，涡轮与动力板中的蜗杆进行传动，使传动轴通过涡轮及蜗杆获得转动动力。

作为优选技术方案，至少两组所述动力板内均设置有主动轴，所述主动轴的两端均设置有蜗杆，主动轴上设置有动力块，主动轴上端与上固定板转动连接，主动轴下端与下固定板转动连接，位于主动轴上下两端的所述蜗杆分别与两组所述涡轮转动连接。主动轴通过蜗杆对转动动力进行传递，动力块转动安装在主动轴上，当有外力施加在动力块上并使动力块在动力板中进行位置移动时，动力块通过与主动轴之间的螺纹连接使主动轴在动力板中进行转动，动力块通过一组主动轴使两组传动轴进行转动，并通过固定块对换热板进行位置固定，相对于通过若干组螺丝对换热板进行位置固定的方式，本方式更加简单、快捷，而且对于拆卸及更换换热板更加方便。

作为优选技术方案，至少两组所述动力板上对应动力块的位置均设置有滑槽，所述动力块的一端位于滑槽中，至少两组所述动力板在滑槽的两侧均设置有若干组定位孔，所述动力块上设置有至少两组通孔，所述通孔与定位孔的孔径相同。滑槽对动力块在动力板中的滑动方向进行限制，同时为动力块在动力板中的滑动提供通道，定位孔与通孔相互配合为动力块的位置固定提供通道，动力板上还包括至少三组固定柱，固定柱通过定位孔及通孔对动力块在动力板上的位置进行固定。

作为优选技术方案，所述传输管的管径小于用于传热舱与蒸发舱管道连接的管道管径，所述外壳内部设置有隔热层，所述隔热层位于至少两组固定机构之间，所述传输管位于隔热层中。传输管的管径小于管道连接用的管道管径，使得蒸汽进入到传热舱后，大量堆积在传热舱中，使得传热舱中的温度升高，进而使传热舱对周围的换热板板体进行加热，隔热层将换热板与外界进行隔离，使得换热板中的温度不易散失，传输管位置隔热层中，可以防止传输管对冷凝后的溶液进行传输时被再次蒸发。

作为优选技术方案，若干组所述热流管均由若干组直管及U 型管组成，每一组U型管的两端分别与两组直管的出水口及进水口连接，若干组所述阻流环分别设置在若干组所述直管的出水口处。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、换热板在冷热流体进行冷热交换的同时对冷流体进行加热，换热板之间相互贴合在一起进行热传导，当一组换热板中热流体的流速降低而导致换热板的温度降低时，换热板可以通过其他换热板获得热量，并与内部的冷流体进行冷热交换，使得总的冷热交换的效率保持不变。

2、分流管对冷流管中流经的冷流体进行分流，使冷流体通过分流管流经热量管时，可以获得更多的热量。

3、热流管与冷流管相互垂直设置，使冷流管可以多次的贯穿热流管，使冷流体可以经过分流管多次与热流管内部的热流体进行冷热交换，阻流环对热流管中热流体的流动速度进行限制，使得冷流体可以充分与热流体进行冷热交换，进而提高了热交换效率。

4、冷流管中的冷流体与高温蒸汽进行冷热交换，使蒸汽在冷流管中降温并再次冷凝成液体，而与蒸汽进行冷热交换后的冷流体则温度升高，进而缩短冷流体与热流体的换热过程。

5、动力块通过一组主动轴使两组传动轴进行转动，并通过固定块对换热板进行位置固定，相对于通过若干组螺丝对换热板进行位置固定的方式，本方式更加简单、快捷，而且对于拆卸及更换换热板更加方便。

附图说明

图1为本发明基于热对流过程的交叉流态换热设备的整体结构的右视半剖结构示意图；

图2为本发明基于热对流过程的交叉流态换热设备的整体结构的前视半剖示意图；

图3为本发明基于热对流过程的交叉流态换热设备的传热组件与换热板的连接结构示意图；

图4为本发明基于热对流过程的交叉流态换热设备的换热板与冷流管及热流管的连接结构示意图；

图5为本发明基于热对流过程的交叉流态换热设备的分流管及冷凝管的结构示意图；

图6为本发明基于热对流过程的交叉流态换热设备的图2 中A区域的结构示意图；

图7为本发明基于热对流过程的交叉流态换热设备的固定机构内部结构示意图；

图8为本发明基于热对流过程的交叉流态换热设备的动力板内部结构示意图。

附图标记如下：1、外壳；2、换热板；3、固定机构；1-1、隔热层；2-1、热流管；2-2、冷流管；2-3、分流管；2-4、阻流环；2-5、蒸发舱；2-6、传热舱；2-7、传输管；2-8、冷凝管；3-1、上固定板；3-2、下固定板；3-3、动力板；3-4、传动轴；3-5、限位板；3-6、固定块；3-7、涡轮；3-8、主动轴；3-9、蜗杆；3-10、动力块；3-11、定位孔。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，若实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后......)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

实施例：如图1-8所示，基于热对流过程的交叉流态换热设备，该换热设备包括外壳1、若干组换热板2、两组固定机构 3，两组固定机构3固定在外壳1内部的左右两端，若干组换热板2放置在两组固定机构3上，两组固定机构3使若干组换热板2固定在外壳1内，外壳1内部固定有隔热层1-1，隔热层 1-1位于至少两组固定机构3之间，隔热层1-1由隔热材料做成。

若干组换热板2内部均安装有热流管2-1、冷流管2-2，若干组冷流管2-2上焊接有若干组分流管2-3，若干组分流管2-3 均贯穿热流管2-1并位于热流管2-1内部，冷流管2-2左端与提供冷流体的外接设备连接，冷流管2-2的右端与需要加热后的冷流体的外接设备连接，热流管2-1的右下端与提供热流体的外接设备连接，热量管2-1的左上端与承接降温后的热量体的外接设备连接。

若干组热流管2-1及若干组冷流管2-2均为S型管道，热流管2-1与冷流管2-2之间相互垂直设置，热流管2-1上加工有若干组阻流环2-4，若干组阻流环2-4向热流管2-1内部收缩，若干组热流管2-1均由若干组直管及U型管组成，每一组U型管的两端分别与两组直管的出水口及进水口焊接，若干组阻流环2-4均位于若干组直管的出水口处。

若干组换热板2中还设置有传热组件，若干组传热组件均包括蒸发舱2-5、传热舱2-6、传输管2-7，换热板2内部右下脚的位置加工有蒸发舱2-5，换热板2内部左上脚的位置加工有传热舱2-6，传热舱2-6右侧与蒸发舱2-5上端管道连接，传输管2-7一端与传热舱2-6左侧进行管道连接，传输管2-7另一端与蒸发舱2-5下端进行管道连接，蒸发舱2-5中盛放有沸点低的溶液。

传输管2-7靠近传热舱2-6的一端焊接有冷凝管2-8，冷凝管2-8贯穿冷流管2-2并位于冷流管2-2内部，冷凝管2-8以及若干组分流管2-3均呈枝状，通过枝状的分流管2-3使得冷流体更加方便与热流体的冷热交换，蒸汽通过冷凝管2-8与冷流体进行冷热交换。

传输管2-7位于换热板2的外侧，传输管2-7的管径小于用于传热舱2-6与蒸发舱2-5管道连接的管道管径，传输管2-7 位于隔热层1-1中。

通过若干组分流管2-3的设置使得冷流管2-2内部的冷流体层流被破坏，使得冷流体在冷流管2-2中不断的混合及进行位置交换，使得冷流体与热流体之间的冷热交换效率提高。

两组固定机构3均包括上固定板3-1、下固定板3-2、动力板3-3，两组上固定板3-1及两组下固定板3-2均通过螺丝与外壳1固定，动力板3-3上端与上固定板3-1的下端面焊接，动力板3-3下端与下固定板3-2的上端面焊接。

两组上固定板3-1、两组下固定板3-2及两组动力板3-3 均为中空结构，两组上固定板3-1的内部及两组下固定板3-2 的内部均转动安装有传动轴3-4，上固定板3-1左端的下端面及下固定板3-2左端的上端面均焊接有限位板3-5，传动轴3-4 上均转动安装有固定块3-6，传动轴3-4的右端均固定安装有涡轮3-7。

两组动力板3-3内均转动安装有主动轴3-8，主动轴3-8 的两端均固定安装有蜗杆3-9，主动轴3-8上转动安装有动力块 3-10。

主动轴3-8及两组传动轴3-4外表面均加工有螺纹，两组固定块3-1及动力块3-10内表面均加工有螺纹，主动轴3-8通过螺纹与动力块3-10转动连接，传动轴3-4通过螺纹与固定块 3-1转动连接。

主动轴3-8上端贯穿上固定板3-1的下端面，并与上固定板3-1转动连接，主动轴3-8下端贯穿下固定板3-2的上端面，并与下固定板3-2转动连接，位于主动轴3-8上下两端的蜗杆 3-9分别与上固定板3-1及下固定板3-2中的涡轮3-7进行转动连接。

两组动力板3-3上对应动力块3-10的位置均加工有滑槽，动力块3-10的一端位于滑槽中，两组动力板3-3在滑槽的两侧均加工有若干组定位孔3-11，动力块3-10上加工有三组通孔，通孔与定位孔3-11的孔径相同，动力板3-3上还插有三组固定柱，固定柱通过定位孔3-11及通孔对动力块3-10在动力板3-3 上的位置进行固定，当动力块3-10的位置需要调整时，操作人员将固定柱从定位孔3-11中拔出，当位置调整好后，操作人员再次将固定柱插入动力板3-3中。

本发明的工作原理：

当冷热流体需要进行冷热交换时，热流体进入到热流管2-1 中，冷流体进入到冷流管2-2中，当热流体在热流管2-1中流动时，换热板2右下角的位置相对于整体换热板2为温度最高的位置，而蒸发舱2-5则位置右下角的位置。

当热流体在热流管2-1中流动时，热流管2-1通过热传导将部分热量传递到换热板2中，换热板2的温度升高并对冷流管2-2中的冷流体进行加热。

当冷流体在冷流管2-2中流动时，冷流体通过分流管2-3 与热流管2-1中的热流体进行冷热交换，通过枝状的分流管2-3 使得冷热交换的效率提高，冷流体通过若干组分流管2-3吸收大量的热并通过冷流管2-2流出换热设备，而经过冷热交换后的热流体则通过热流管2-1流出换热设备。

热流管2-1上设置有若干组阻流环2-4，阻流环2-4使得热流管2-1中的热流体流速降低，使得热流体在每一段直管中的停留时间延长，进而使得冷流体与热流体之间的冷热交换效率提高。

蒸发舱2-5中的溶液在高温的环境中被蒸发，由于传输管 2-7与蒸发舱2-5下端连通，传输管2-7中则充满溶液，蒸发后的蒸汽则通过管道进入到传热舱2-6中，蒸汽进入到传热舱2-6 中后在传热舱2-6中堆积，使得传热舱2-6的温度升高，进而使换热板2左上部分的温度升高，通过传热组件的设置使得换热板2自身的热传导过程加快，进而减少热流管2-1左上部分的热量损失。

当蒸发舱2-5中的溶液被蒸发后，其水位开始下降，传输管2-7的溶液在大气压的作用下进入到蒸发舱2-5中，使蒸发舱2-5与传输管2-7中的溶液水位保持平衡，当传输管2-7中的水位下降时，水位的下降带动冷凝管2-8中的气压降低，进而使得传热舱2-6中的蒸汽进入到冷凝管2-8中，进入到冷凝管2-8中的蒸汽与冷流管2-2中的冷流体进行冷热交换，冷流体经过冷凝管2-8后温度升高，蒸汽经过冷凝管2-8后重新凝结成液体，并流进传输管2-7中，等待再次进入到蒸发舱2-5 中。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (10)

1.基于热对流过程的交叉流态换热设备，其特征在于：该换热设备包括外壳(1)、若干组换热板(2)、至少两组固定机构(3)，至少两组所述固定机构(3)设置在外壳(1)内，若干组所述换热板(2)设置在固定机构(3)上，至少两组所述固定机构(3)使若干组换热板(2)固定在外壳(1)内。

2.根据权利要求1所述的基于热对流过程的交叉流态换热设备，其特征在于：若干组所述换热板(2)内部均设置有热流管(2-1)、冷流管(2-2)，若干组所述冷流管(2-2)上设置有若干组分流管(2-3)，若干组所述分流管(2-3)均贯穿热流管(2-1)；至少两组所述固定机构(3)均包括上固定板(3-1)、下固定板(3-2)、动力板(3-3)，所述动力板(3-3)上端与上固定板(3-1)固定，动力板(3-3)下端与下固定板(3-1)固定。

3.根据权利要求2所述的基于热对流过程的交叉流态换热设备，其特征在于：若干组所述换热板(2)中还设置有传热组件，若干组所述传热组件均包括蒸发舱(2-5)、传热舱(2-6)、传输管(2-7)，所述蒸发舱(2-5)设置在换热板(2)内部的右下方，所述传热舱(2-6)设置在换热板(2)内部的左上方，所述传热舱(2-6)一端与蒸发舱(2-5)管道连接，所述传输管(2-7)一端与传热舱(2-6)另一端管道连接，传输管(2-7)另一端与蒸发舱(2-5)管道连接，所述蒸发舱(2-5)中设置有沸点低的溶液，所述传输管(2-7)位于换热板(2)的外侧。

4.根据权利要求3所述的基于热对流过程的交叉流态换热设备，其特征在于：若干组所述热流管(2-1)及若干组所述冷流管(2-2)均为S型管道，所述热流管(2-1)与所述冷流管(2-2)之间相互垂直设置，所述热流管(2-1)上设置有若干组阻流环(2-4)。

5.根据权利要求4所述的基于热对流过程的交叉流态换热设备，其特征在于：所述传输管(2-7)靠近传热舱(2-6)的一端设置有冷凝管(2-8)，所述冷凝管(2-8)贯穿冷流管(2-2)并位于冷流管(2-2)内部，所述冷凝管(2-8)以及若干组所述分流管(2-3)均呈枝状。

6.根据权利要求5所述的基于热对流过程的交叉流态换热设备，其特征在于：至少两组所述上固定板(3-1)、至少两组所述下固定板(3-2)及至少两组所述动力板(3-3)均为中空结构，至少两组所述上固定板(3-1)的内部及至少两组所述下固定板(3-2)的内部均设置有传动轴(3-4)，上固定板(3-1)左端的下端面及下固定板(3-2)左端的上端面均设置有限位板(3-5)，所述传动轴(3-4)上均设置有固定块(3-6)，传动轴(3-4)的右端均设置有涡轮(3-7)。

7.根据权利要求6所述的基于热对流过程的交叉流态换热设备，其特征在于：至少两组所述动力板(3-3)内均设置有主动轴(3-8)，所述主动轴(3-8)的两端均设置有蜗杆(3-9)，主动轴(3-8)上设置有动力块(3-10)，主动轴(3-8)上端与上固定板(3-1)转动连接，主动轴(3-8)下端与下固定板(3-2)转动连接，位于主动轴(3-8)上下两端的所述蜗杆(3-9)分别与两组所述涡轮(3-7)转动连接。

8.根据权利要求7所述的基于热对流过程的交叉流态换热设备，其特征在于：至少两组所述动力板(3-3)上对应动力块(3-10)的位置均设置有滑槽，所述动力块(3-10)的一端位于滑槽中，至少两组所述动力板(3-3)在滑槽的两侧均设置有若干组定位孔(3-11)，所述动力块(3-10)上设置有至少两组通孔，所述通孔与定位孔(3-11)的孔径相同。

9.根据权利要求8所述的基于热对流过程的交叉流态换热设备，其特征在于：所述传输管(2-7)的管径小于用于传热舱(2-6)与蒸发舱(2-5)管道连接的管道管径，所述外壳(1)内部设置有隔热层(1-1)，所述隔热层(1-1)位于至少两组固定机构(3)之间，所述传输管(2-7)位于隔热层(1-1)中。

10.根据权利要求9所述的基于热对流过程的交叉流态换热设备，其特征在于：若干组所述热流管(2-1)均由若干组直管及U型管组成，每一组U型管的两端分别与两组直管的出水口及进水口连接，若干组所述阻流环(2-4)分别设置在若干组所述直管的出水口处。

Images