CN112710167A - 换热器及带该换热器的钟罩炉 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种换热器及带有该换热器的钟罩炉，换热器包括壳体和供冷却水通过的水冷管道，壳体具有供气体通过的换热腔，换热腔分隔成多个气腔室，多个气腔室通过连通孔相互连通，壳体上设有与其中一个气腔室连通的进气口和与另一个气腔室连通的出气口，水冷管道穿过至少两个气腔室。具有结构紧凑、成本低、换换热效率和换热效果好等优点；钟罩炉包括炉体、窑车、加热系统、进气系统和冷却系统，冷却系统包括风机、水冷机和上述的换热器，进气口通过进气管路与炉体的炉膛连通，出气口通过出气管路与炉体的炉膛连通，水冷管道的两端与水冷机相连，风机设于出气管路上。具有结构简单紧凑、成本低、换热性能好等优点。

Description

换热器及带该换热器的钟罩炉

技术领域

本发明涉及热处理设备技术领域，具体涉及一种换热器及带该换热器的钟罩炉。

背景技术

钟罩炉具有温度均匀性好、气氛炉压控制灵活、维护简便、自动化水平高等优秀的特点，在磁性材料、特种陶瓷、功能陶瓷、电子元器件等领域有着广泛应用，特别是某些细分领域的高端产品，钟罩炉是必不可少的关键烧结装备。目前新材料的发展日新月异，一款新产品从研发开始，要经过小试、中试等反复多个环节验证后，最终才能投放至市场，这其中，小试、中试环节是至关重要的，目前通常采用管式炉、马弗炉等小型实验炉进行烧结试验，一方面这些小型实验炉性能较低，无法满足高端材料的烧结工艺要求，另一方面，在后期向大生产钟罩炉进行工艺移植时，由于炉型设计理念的差异，所验证的工艺曲线势必会结合钟罩炉的特性，进行大量的调整，这也会加长中试验证周期，增加新产品研发周期，不利于企业开发的新产品快速推向市场。

因此开发以钟罩炉作为研发试验平台的新型试验炉至关重要，一方面钟罩炉优异的性能更加符合新材料研发的工艺要求，另一方面后续向大生产窑炉进行工艺移植，也更加便利。但是，钟罩炉是一个集温度、气氛、压力的复杂热工系统，不仅窑炉本体包含了加热系统、气氛系统、冷却系统、控制系统等多个系统，而且还要额外配套冷却塔、轨道等其他辅助系统，而这无疑增加了使用成本，提高了用户对试验型钟罩炉的使用门槛，尤其是广大科研院所。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术存在的不足，提供一种结构紧凑、成本低、换换热效率和换热效果好的换热器，还相应提供一种带该换热器的钟罩炉。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种换热器，包括壳体和供冷却水通过的水冷管道，所述壳体具有供气体通过的换热腔，所述换热腔分隔成多个气腔室，多个气腔室通过连通孔相互连通，所述壳体上设有与其中一个气腔室连通的进气口和与另一个气腔室连通的出气口，所述水冷管道穿过至少两个所述气腔室。

上述的换热器，优选的，所述换热腔内设有将换热腔分隔成上下两层腔体的横向隔板，各腔体通过设于换热腔内的一块以上纵向隔板分隔成两个以上依次布置的所述气腔室，每层腔体中相邻两个气腔室通过设于纵向隔板上的一个以上所述连通孔连通，每层腔体中至少有一个气腔室与另一层腔体中的一个气腔室通过设于纵向隔板上的一个以上所述连通孔连通，所述进气口与其中一层腔体中的一个气腔室连通，所述出气口与另一层腔体中的一个气腔室连通。

上述的换热器，优选的，每层腔体中，相邻两块纵向隔板中的一块纵向隔板上任意一个连通孔与另一块纵向隔板上的各连通孔以非正对的形式错开布置。

上述的换热器，优选的，所述水冷管道穿过每一个所述气腔室，每层腔体的所有气腔室依次连通，其中一层腔体的最后一个气腔室与另一层腔体的最后一个气腔室通过设于横向隔板上的一个以上所述连通孔连通，所述进气口与其中一层腔体中的首个气腔室连通，所述出气口与另一层腔体中的首个气腔室连通。

上述的换热器，优选的，被所述横向隔板分隔的任意相邻两个气腔室均通过设于横向隔板上的一个以上所述连通孔连通。

上述的换热器，优选的，所有气腔室依次连通，所述进气口与首个气腔室连通，所述出气口与最后一个气腔室连通。

上述的换热器，优选的，所述进气口的口径小于出气口的口径。

作为一个总的技术构思，本发明还提供一种钟罩炉，包括炉体、窑车、加热系统、进气系统和冷却系统，所述冷却系统包括风机、水冷机和上述的换热器，所述进气口通过进气管路与炉体的炉膛连通，所述出气口通过出气管路与炉体的炉膛连通，所述水冷管道的两端与水冷机相连，所述风机设于出气管路上。

上述的钟罩炉，优选的，所述冷却系统还包括连通进气管路和出气管路的回流管路，所述回流管路上设有用于控制回流管路通断的回流阀。

上述的钟罩炉，优选的，所述出气管路上设有排气阀和调压阀。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明的换热器，工作时使冷却水通过水冷管道，将待冷却气体从进气口通入到换热腔，待冷却气体经过换热腔从出气口排出，在该过程中与水冷管道接触进行换热，从而达到冷却降温目的。由于换热腔分隔成多个气腔室，多个气腔室通过连通孔相互连通，水冷管道穿过至少两个气腔室，待冷却气体进入与进气口连通的气腔室后，再经连通孔进入其他气腔室，最后从出气口排出，由于待冷却气体是经连通孔从一个气腔室进入另一个气腔室的，能够使待冷却气体与水冷管道更加充分的接触，增加待冷却气体在各气腔室内的滞留时间，从而提高换热效率和换热效果。该换热器还具有结构紧凑、成本低的优点，尤其适用于小型试验炉。

本发明的钟罩炉，由于采用了本发明的换热器，也具备该换热器所具备的优点。同时，该钟罩炉的冷却系统采用换热器、风机和水冷机的组合，使设备整体更加简单紧凑，且节约了大量管路、冷却塔等装置，生产成本和使用成本更低，便于大批量在科研院所应用，同时也具有优良的换热性能和效果。

附图说明

图1为换热器的主剖视结构示意图。

图2为换热器的侧剖视结构示意图。

图3为换热器的俯剖视结构示意图(去除纵向隔板)。

图4为钟罩炉的主视结构示意图。

图5为钟罩炉的原理图。

图例说明：

1、水冷管道；2、壳体；20、气腔室；21、连通孔；22、进气口；23、出气口；24、纵向隔板；25、横向隔板；3、炉体；4、窑车；5、冷却系统；51、风机；52、水冷机；53、进气管路；54、出气管路；55、回流管路；56、回流阀；57、排气阀；58、调压阀。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

实施例1：

如图1至图3所示，本实施例的换热器，包括壳体2和供冷却水通过的水冷管道1，壳体2具有供气体通过的换热腔，换热腔分隔成多个气腔室20，多个气腔室20通过连通孔21相互连通，壳体2上设有与其中一个气腔室20连通的进气口22和与另一个气腔室20连通的出气口23，水冷管道1穿过至少两个气腔室20。该换热器工作时，使冷却水通过水冷管道1，将待冷却气体从进气口22通入到换热腔，待冷却气体经过换热腔从出气口23排出，在该过程中与水冷管道1接触进行换热，从而达到冷却降温目的。由于换热腔分隔成多个气腔室20，多个气腔室20通过连通孔21相互连通，水冷管道1穿过至少两个气腔室20，待冷却气体进入与进气口22连通的气腔室20后，再经连通孔21进入其他气腔室20，最后从出气口23排出，由于待冷却气体是经连通孔21从一个气腔室20进入另一个气腔室20的，能够使待冷却气体与水冷管道1更加充分的接触，增加待冷却气体在各气腔室20内的滞留时间，从而提高换热效率和换热效果。该换热器还具有结构紧凑、成本低的优点。

本实施例中，换热腔内设有将换热腔分隔成上下两层腔体的横向隔板25，各腔体通过设于换热腔内的一块以上纵向隔板24分隔成两个以上依次布置的气腔室20，每层腔体中相邻两个气腔室20通过设于纵向隔板24上的一个以上连通孔21连通，每层腔体中至少有一个气腔室20与另一层腔体中的一个气腔室20通过设于纵向隔板24上的一个以上连通孔21连通，进气口22与其中一层腔体中的一个气腔室20连通，出气口23与另一层腔体中的一个气腔室20连通。采用横向隔板25和纵向隔板24将换热腔分隔形成多个气腔室20，制作简便、成本低。

本实施例中，每层腔体中，相邻两块纵向隔板24中的一块纵向隔板24上任意一个连通孔21与另一块纵向隔板24上的各连通孔21以非正对的形式错开布置。使待冷却气体经一块纵向隔板24上的连通孔21进入气腔室20后，不会沿直线路径直接从另一块纵向隔板24上的连通孔21排出，可进一步增加待冷却气体在气腔室20内的滞留时间，待冷却气体与水冷管道1更加充分的接触，进一步提高换热效率和换热效果。

本实施例中，水冷管道1穿过每一个气腔室20，每层腔体的所有气腔室20依次连通，其中一层腔体的最后一个气腔室20与另一层腔体的最后一个气腔室20通过设于横向隔板25上的一个以上连通孔21连通，进气口22与其中一层腔体中的首个气腔室20连通，出气口23与另一层腔体中的首个气腔室20连通。这样，待冷却气体会依次经过每一个气腔室20并在每一个气腔室20中均与水冷管道1接触进行换热，使换热器整体的换热效率进一步提高。

在其他实施例中，还可使被横向隔板25分隔的任意相邻两个气腔室20均通过设于横向隔板25上的一个以上连通孔21连通。使各气腔室20具有多个进气点和出气点，部分待冷却气体在多个气腔室20之间往复进出进行冷却，换热效率和换热效果更高。

在其他实施例中，多个气腔室20也可不以分上下两层的形式布置，只将所有气腔室20依次连通，进气口22与首个气腔室20连通，出气口23与最后一个气腔室20连通，也可实现使待冷却气体会依次经过每一个气腔室20并在每一个气腔室20中均与水冷管道1接触进行换热的效果。多个气腔室20可采用其他任意形式的布置方式。

本实施例中，进气口22的口径小于出气口23的口径，有利于增加气体在换热腔内的滞留时间，提高换热效率。

本实施例中，水冷管道1采用非直线延伸方式穿过各气腔室20，也即水冷管道1位于各气腔室20内的一端均为非直线段，以增大与各气腔室20内的接触面积，使气体与水冷管道1充分接触，提高换热效率。优选的，立体U型盘管的方式布置在换热腔内。上述水冷管道1采用金属管。

实施例2：

如图4和图5所示，一种钟罩炉，包括炉体3、窑车4、加热系统、进气系统和冷却系统5，冷却系统5包括风机51、水冷机52和实施例1中的换热器，进气口22通过进气管路53与炉体3的炉膛连通，出气口23通过出气管路54与炉体3的炉膛连通，水冷管道1的两端与水冷机52相连，风机51设于出气管路54上。风机51启动时，使炉膛内的气体经进气管路53、进气口22进入换热器的换热腔进行冷却，冷却后再经出气口23、风机51、出气管路54返回至炉膛。该钟罩炉的冷却系统5采用换热器、风机51和水冷机52的组合，使设备整体更加简单紧凑，且节约了大量管路、冷却塔等装置，生产成本和使用成本更低，便于大批量在科研院所应用，同时也具有优良的换热性能和效果。

本实施例中，冷却系统5还包括连通进气管路53和出气管路54的回流管路55，回流管路55上设有用于控制回流管路55通断的回流阀56。在通入进气管路53的待冷却气体温度过高时，可通过回流阀56控制回流阀56连通，使进气管路53中被换热器冷却后的气体通入到进气管路53中，与进气管路53中的待冷却气体混合，从而降低进入换热器的气体温度，并进一步降低从出气管路54输出的气体温度，可避免气体温度超出换热器的承受范围而影响换热器的寿命。

本实施例中，出气管路54上设有排气阀57和调压阀58。其中排气阀57可实现炉膛内胶气、废气的排放，也起到简化结构的作用，相比传统将高温排气阀开设在炉膛上方的结构，不仅简化了排气阀组件，而且省去了相关烟囱等高温耐火材料结构，使整个窑炉的密封性更优，这是作为实验用小型钟罩炉的合理排气方案，具有高实用性、低成本、结构简单、易于维护的特点。调压阀58用于控制炉膛内的炉压。

上述钟罩炉的炉体3、窑车4、加热系统和进气系统均采用现有技术，在此不再赘述。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例。对于本技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明技术构思前提下所得到的改进和变换也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种换热器，其特征在于：包括壳体(2)和供冷却水通过的水冷管道(1)，所述壳体(2)具有供气体通过的换热腔，所述换热腔分隔成多个气腔室(20)，多个气腔室(20)通过连通孔(21)相互连通，所述壳体(2)上设有与其中一个气腔室(20)连通的进气口(22)和与另一个气腔室(20)连通的出气口(23)，所述水冷管道(1)穿过至少两个所述气腔室(20)。

2.根据权利要求1所述的换热器，其特征在于：所述换热腔内设有将换热腔分隔成上下两层腔体的横向隔板(25)，各腔体通过设于换热腔内的一块以上纵向隔板(24)分隔成两个以上依次布置的所述气腔室(20)，每层腔体中相邻两个气腔室(20)通过设于纵向隔板(24)上的一个以上所述连通孔(21)连通，每层腔体中至少有一个气腔室(20)与另一层腔体中的一个气腔室(20)通过设于纵向隔板(24)上的一个以上所述连通孔(21)连通，所述进气口(22)与其中一层腔体中的一个气腔室(20)连通，所述出气口(23)与另一层腔体中的一个气腔室(20)连通。

3.根据权利要求2所述的换热器，其特征在于：每层腔体中，相邻两块纵向隔板(24)中的一块纵向隔板(24)上任意一个连通孔(21)与另一块纵向隔板(24)上的各连通孔(21)以非正对的形式错开布置。

4.根据权利要求2所述的换热器，其特征在于：所述水冷管道(1)穿过每一个所述气腔室(20)，每层腔体的所有气腔室(20)依次连通，其中一层腔体的最后一个气腔室(20)与另一层腔体的最后一个气腔室(20)通过设于横向隔板(25)上的一个以上所述连通孔(21)连通，所述进气口(22)与其中一层腔体中的首个气腔室(20)连通，所述出气口(23)与另一层腔体中的首个气腔室(20)连通。

5.根据权利要求2所述的换热器，其特征在于：被所述横向隔板(25)分隔的任意相邻两个气腔室(20)均通过设于横向隔板(25)上的一个以上所述连通孔(21)连通。

6.根据权利要求1所述的换热器，其特征在于：所有气腔室(20)依次连通，所述进气口(22)与首个气腔室(20)连通，所述出气口(23)与最后一个气腔室(20)连通。

7.根据权利要求1所述的换热器，其特征在于：所述进气口(22)的口径小于出气口(23)的口径。

8.一种钟罩炉，包括炉体(3)、窑车(4)、加热系统、进气系统和冷却系统(5)，其特征在于：所述冷却系统(5)包括风机(51)、水冷机(52)和权利要求1至7中任一项所述的换热器，所述进气口(22)通过进气管路(53)与炉体(3)的炉膛连通，所述出气口(23)通过出气管路(54)与炉体(3)的炉膛连通，所述水冷管道(1)的两端与水冷机(52)相连，所述风机(51)设于出气管路(54)上。

9.根据权利要求8所述的钟罩炉，其特征在于：所述冷却系统(5)还包括连通进气管路(53)和出气管路(54)的回流管路(55)，所述回流管路(55)上设有用于控制回流管路(55)通断的回流阀(56)。

10.根据权利要求8所述的钟罩炉，其特征在于：所述出气管路(54)上设有排气阀(57)和调压阀(58)。

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