CN1248321A - 热交换设备 - Google Patents

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Abstract

在两种由通道导引的气态流体(A、B)之间热交换用的设备(1)有一个与冷凝器室(6)气密地分开的蒸发器室(5)。从蒸发器室出发的多根可更换的热管(15),经过设在这两个室(5、6)之间的试验腔(9)和冷凝器室(6),伸入一个与冷凝器室(6)气密地分开的检验室(14)中。热管(15)位于蒸发器室(5)内的纵向段(16)是防腐蚀的。位于冷凝器室(6)内的纵向段(18)有翅片(19)。

Description

热交换设备
在US-PS 4537247范围内，在两种通道导引的气态流体之间热交换用的设备属于先有技术，其中通过热管导致热交换，热管从隔开导引流体的隔板伸入这些通道内。
每根热管有一个从隔板伸入导引高温流体的通道内的纵向段，此纵向段被另一根管相隔一定间距地包围。此外包管有一个在外侧的搪瓷涂层。在热管与外包管之间装入一种导热材料例如油脂。热管伸入导引要加热的流体的通道内的纵向段加有翅片。
已知结构方式的缺点在于，由于在导引高温流体的通道内附加外包管，所以显著增加了生产成本。再加上在外包管与热管之间的空腔用导热材料充填明显恶化了热导率，其后果是为了保证达到规定的热传导功率必须装入更多热管，从而进一步提高了生产费用。
但是尽管外包管有搪瓷层也不能百分之百地防止外包管被腐蚀。于是要求按一种非常复杂的方式更换带有外包管和导热材料的热管。在这一方面外加的困难是，不仅外包管必须固定在隔板内，而且除此之外还要固定在外包管与热管之间含有导热材料的部分，这些部分必须相对于导引要加热的流体的通道密封。
以先有技术为出发点，本发明的目的是创造一种在两种由通道导引的气态流体之间借助于热管进行热交换的设备，它不仅在供入高温流体的区域内有减少腐蚀的可能性，而且简化装配或分解，尤其可以对热管无困难地进行状况检验。
按本发明为达到此目的的解决方案见权利要求1的特征。
本发明的要点是模块的结构方式。这种结构方式允许一个具有蒸发器室和冷凝器室以及有热管的外壳状模块，作为整体完全组合在彼此相邻的导引散出热的流体和吸收热的流体的通道内成为一体，而且与流体是垂直地或水平地导引无关。
另一个要点是热管在模块内特殊的组合。热管从蒸发器室出发，通过位于蒸发器室与冷凝器室之间的试验腔和冷凝器室，延伸到一个与冷凝器室气密分开的检验室中。由此带来的优点是，无论在此设备投入运行前还是在其运行过程中，都可以通过试验腔持续地检验热管在将试验腔与蒸发器室和与冷凝器室分开的隔板中支承的密封性。例如可以在设备投入运行前向试验腔充空气并接着观察试验腔内的空气压力。若空气压力下降则意味着试验腔不密封。根据压力降的大小或处于热交换中的流体特征参数，此试验腔例如也可以加入处于一种压力下的保护气体，即，在此压力下流体无论如何都不可能从一个室漏泄到另一个室去。由此避免处于热交换状态的流体，例如腐蚀性的烟气与燃烧空气不允许的混合。
通过使热管端部伸入与冷凝器室气密地分开的检验室内，可以在连续运行期间取下检验室的封闭装置(盖)检查端部的温度。温度异常意味着这些热管不再是完整无损的。因为这些热管无论在隔板的贯穿区还是在冷凝器室与检验室之间的贯穿区均可更换地支承着，所以可以没有困难地做到，在需要时可以换掉任何一根热管。
此外，采取下述措旋可以延长热管的使用寿命，即，热管位于蒸发器室内的纵向段是防腐蚀的。
热管在冷凝器室内的纵向段可以任意设计，而且总是取决于吸收热量的流体的特征与温度。
例如按权利要求2所述也可以将热管位于冷凝器室内的纵向段设计为防腐蚀的。若例如要加热的流体同样是腐蚀性的，那么这样做是合宜的。
若热管的纵向段是防腐蚀的，则按权利要求3所述一种有利的实施形式应在于，由搪瓷涂层构成防腐装置。因此搪瓷涂层直接涂覆在热管的外表面上。
对于腐蚀性弱或没有腐蚀性的流体，在冷凝器室内的纵向段不需要防腐蚀。根据热交换的要求，在那里的纵向段可以没有翅片或按权利要求4所述是有翅片的。这些翅片增大了换热面积。由此可以对于相同的热交换器功率使用数量较少的热管。因此，尽管加有翅片仍能达到成本较低地亦即经济地生产的目的。
在权利要求5的特征部分中可看出本发明的一种有利的实施形式。据此，沿高温流体的流体方向在此模块上游设另一个模块。当高温流体肯定有高于硫酸露点的温度时选用这种设备。在这种情况下，热管位于上游模块的蒸发器室内的纵向段不需要有任何防腐措施。热管位于冷凝器室内的纵向段可以加翅片或不加翅片。这两个模块前后直接连接，并因而使热管与热交换条件准确相配。
在上游模块内的热管最好也伸入与冷凝器室气密地分开的检验室中。因此在连续运行过程中同样可以监控这些热管的温度。
热管在将试验腔与蒸发器室和冷凝器室分开的隔板中以及在将冷凝器室与检验室分开的隔板中的支承，可借助于密封圈实现，它们允许热管拆卸和再装配。但按权利要求6特征部分所述的结构方式也可以是合乎目的的。在这种情况下，在隔板区内锥形的螺纹凸缘沿圆周焊在热管上。借助于螺纹的锥度，在热管固定在隔板内的同时保证了气密性。
此外还存在一种可能性，即按权利要求7所述热管借助于圆柱形或锥形凸环气密地装在隔板中。
主要取决于处于热交换状态的流体的腐蚀性，按权利要求8的特征可能有利的是，试验腔无论朝蒸发器室的方向还是朝冷凝器室的方向分别通过一个可充填不透气材料的室隔开。这种材料可例如是塑料或混凝土。
最后，按本发明还可设想，按权利要求9沿高温流体的流动方向在热管位于蒸发器室内的纵向段上游设洗涤装置。因此，此洗涤装置同样处于模块内并用来保持热管表面洁净。
下面借助于在附图中表示的实施例进一步说明本发明。其中：
图1  按第一种实施形式的热交换设备垂直纵剖面示意图；
图2  按第二种实施形式的热交换设备垂直纵剖面示意图；
图3  按第三种实施形式的热交换设备垂直纵剖面示意图；
图4  图1的局部IV放大图；
图5  图2的局部V放大图；
图6  按第四种实施形式的热交换设备横截面；以及
图7  按另一种实施形式类似于图4的视图。
图1中用数字1表示热交换设备。设备1包括一个外壳状模块2，它横向地嵌入两个彼此相邻的通道3、4中。通道3导引一种形式上为热烟气的散热流体A，通道4导引一种形式上为冷的燃烧空气的吸热流体B。
模块2有一个蒸发器室5和一个冷凝器室6。蒸发器室5通过两块彼此隔开距离的隔板7、8与冷凝器室6分开(还可见图4)。隔板7、8构成试验腔9的边界，试验腔可通过接管10加入有一定压力的空气。
冷凝器室6通过一块可拆除的底板11与一个设计在带有盖13的接管12内的检验室14分开。
多根热管15至少成一排从蒸发器室5出发经试验腔9和冷凝器室6一直延伸到检验室14内。
热管15位于蒸发器室5内的纵向段16设有搪瓷涂层17作为防腐蚀装置。热管15位于冷凝器室6内的纵向段18有翅片19。
热管15在隔板7、8中的支承通过密封圈20实现。热管15在接管12底板11中的支承也借助于这种密封圈20实现。
在蒸发器室5中流动的流体A(热烟气)将它的热量传给在热管15中的传输流体，所以从蒸发器室5流出经冷却的流体A1。被热管15内传输流体输送的热量在冷凝器室6内传给冷的流体B(燃烧空气)，所以从冷凝器室6流出被加热的流体B1。
试验腔9用于检验热管15在隔板7、8中支承的密封性。例如可通过接管10吹入有一定压力的空气。观察空气压力。若空气压力下降，说明处于不密封状态。
但另一方面也可以在确定不密封时通过接管10在试验腔9内吹入具有这种压力的阻隔空气，即此压力高于蒸发器室5中的流体A的压力和/或高于冷凝器室6中的流体B的压力。以此方式便不会有流体A从蒸发器室5漏入冷凝器室6或不会有流体B从冷凝器室6漏入蒸发器室5。
通过检验室14可以观察热管15内的温度。为此目的，盖13必须取走。检验室14通过底板11始终与冷凝器室6分开。但可以接近热管15伸入检验室14内的自由端并因而可以测试其温度。
在图2中表示的设备1a中在按图1的模块2的上游直接设另一个外壳状模块21。此模块21也包括一个蒸发器室22和通过隔板23与之分开的一个冷凝器室24。
热管25至少按一排从蒸发器室22出发通过隔板23和冷凝器室24延伸到在接管12内的检验室14中，接管12通过底板11与冷凝器室24气密地分开。接管12有一盖13。
按图5，热管25在隔板23内的固定通过锥形螺纹凸缘26进行，螺纹凸缘牢固焊接在热管25周围并旋入隔板23内的相应螺纹孔27中。
但也可按图5所示借助于锥形凸环41实现固定，凸环41装入隔板23相应的孔42中。此外还可设想圆柱形的凸环。
热管25伸入蒸发器室22中的纵向段28没有防腐蚀装置，因为进入蒸发器室22内的热流体A的温度明显地在硫酸露点之上。
热管25位于冷凝器室24内的纵向段29和有翅片19。
流入模块21蒸发器室22中的热流体A加热热管25内的传输流体和下游模块2的热管15内的传输流体。因此从模块2的蒸发器室5流出冷却后的流体A1。
传输流体将热量传给热管25、15位于模块21、2冷凝器室24、6内的纵向段29、18，所以加热了流入模块2冷凝器室6中的冷流体B，以及从模块21的冷凝器室24流出被加热的流体B1。
可以看出在图1和2中存在的是垂直的流体流动。因此热管15、25在模块2、21内相对于水平面成3°略有倾斜地设置。
表示在图3中的设备16基本上涉及在图2中所表示的设备1a，但现在是水平的流体流动。
在图6中表示的设备1c仍存在垂直的流体流动。在导引流体的通道3、4中嵌入与图1和4的模块一致的模块2a。但在此模块2a内的热管30亦即在蒸发器室5a内伸入的纵向段31以及在冷凝器室6a内伸入的纵向段39沿其全长加有搪瓷涂层17作为防腐蚀装置。
此外可以看出，在蒸发器室5内热管30位于其中的纵向段31上方设有洗涤装置32，借助于洗涤装置32可以清洗热管30的表面。
除此之外，图6设备1c与图1的设备相同，所以没有必要再次说明。
图7中表示的实施形式与图4所示的相似。但这种实施形式除带接管34的试验腔33外还显示有一个带供入接管40并充填不透气材料35的室36，通过此室36不仅将试验腔23朝蒸发器室37方向而且朝冷凝器室38方向隔开。除此之外，图7所示与图4所示的一致，所以不再重复说明。
符号表1  1a、1b、1c设备                 29  25的纵向段2  2a模块                         30  热管3  通道                           31  30的纵向段4  通道                           32  洗涤装置5  5a蒸发器室                     33  试验腔6  6a冷凝器室                     34  接管7  隔板                           35  材料8  隔板                           36  室9  试验腔                         37  蒸发器室10  接管                          38  冷凝器室11  底板                          39  30的纵向段12  接管                          40  供入接管13  盖                            41  锥形凸环14  检验室                        42  41的孔15  热管                          A   热流体16  15的纵向段                    A1  经冷却的流体17  搪瓷涂层                      B   冷流体18  15的纵向段                    B1  被加热的流体19  18、29上的翅片20  密封圈21  模块22  蒸发器室23  隔板24  冷凝器室25  热管26  螺纹凸缘27  螺纹孔28  25的纵向段

Claims (9)

1.在两种由通道导引的气态流体(A、B)之间热交换用的设备，它在一外壳状模块(2、2a)内有一个与冷凝器室(6、6a、38)气密分开的蒸发器室(5、5a、37)，从蒸发器室引出多根可更换的热管(15、30)，它们经过设在两个室(6、6a、38；5、5a、37)之间的试验腔(9、33)和冷凝器室(6、6a、38)伸入一个与冷凝器室(6、6a、38)气密地分开的检验室(14)，其中，热管(15、30)位于蒸发器室(5、5a、37)内的纵向段(16、31)是防腐蚀的。
2.按照权利要求1所述的设备，其特征为：热管(30)位于冷凝器室(6a)内的纵向段(39)是防腐蚀的。
3.按照权利要求1或2所述的设备，其特征为：防腐蚀装置由搪瓷涂层(17)构成。
4.按照权利要求1所述的设备，其特征为：热管(15)位于冷凝器室(6)内的纵向段(18)是加翅片的。
5.按照权利要求1至4之一所述的设备，其特征为：沿高温流体(A)的流动方向在模块(2)的上游，设有另一个外壳状模块(21)，它有蒸发器室(22)、冷凝器室(24)和热管(25)，在模块(21)中热管(25)位于蒸发器室(22)内的纵向段(28)没有防腐蚀装置。
6.按照权利要求1至5之一所述的设备，其特征为：热管(15、25、30)通过一个锥形的螺纹凸缘(26)从冷凝器室(6、6a、24)出发气密地旋入一块将冷凝器室(6、6a、24)与蒸发器室(5、5a、22)或试验腔(9、33)分开的隔板(7、23)中。
7.按照权利要求1至5之一所述的设备，其特征为：热管(15、25、30)通过一个圆柱形或锥形的凸环(41)气密地配合在将冷凝器室(6、6a、24)与蒸发器室(5、5a、22)分开的隔板(7、23)中一个与凸环相配的孔(42)内。
8.按照权利要求1至7之一所述的设备，其特征为：试验腔(33)无论朝蒸发器室(37)的方向还是朝冷凝器室(38)的方向均分别通过一个可充填不透气材料(35)的室(36)隔开。
9.按照权利要求1至8之一所述的设备，其特征为：沿高温流体(A)的流动方向在热管(30)位于蒸发器室(5a)内的纵向段(31)前设洗涤装置(32)。
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