CN201302397Y

CN201302397Y - 热能交换器

Info

Publication number: CN201302397Y
Application number: CNU2008201617028U
Authority: CN
Inventors: 常忠智; 叶玉明; 徐学俊
Original assignee: NANJING LIMIN MACHINERY CO Ltd
Current assignee: NANJING LIMIN MACHINERY CO Ltd
Priority date: 2008-09-24
Filing date: 2008-09-24
Publication date: 2009-09-02
Anticipated expiration: 2018-09-24

Abstract

一种热能交换器，包括交换器的主体和外部管道，所述交换器主体包括外壳和设在外壳内的内部管道，所述外壳内部上下贯通；所述外部管道包括进水管和出水管，它们分别与内部管道的进水口和出水口连接；所述内部管道进水口设在主体的上部，出水口设在主体的下部；进水管上设有循环泵。内部管道是由多根管道组成；每根管道成一个“S”或多个“S”首尾相连的形状；多根内部管道构成多管排列式结构。本实用新型可以用于吸收工业炉废弃热能，它可以充分吸收炉口余热，产生较高温度的热水提供给其它热备或工序使用。

Description

热能交换器

技术领域

本实用新型是一种吸收、利用火焰热能的装置，具体为一种热能交换器。

背景技术

目前热处理生产中，连续式可控气氛网带炉应用比较广泛，炉内多余的保护性气氛(甲醇)及可燃性废气在炉口充分燃烧，大量的热能散失，部分炉型炉口安装了吸热装置，但由于采用了简单结构(扁盒式或少量水管排列)，吸热效果往往不佳。在工业应用中，换热得到的热量也不是连续的，无法提供温度适宜的热水给清洗槽等设备使用。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是：设计一种多管排列式结构，热能交换器，用于吸收工业炉废弃热能，它可以充分吸收炉口余热，产生较高温度的热水提供给清洗槽循环使用。本实用新型的技术方案如下：

一种热能交换器，包括交换器的主体和外部管道，所述交换器主体包括外壳和设在外壳内的内部管道，所述外壳内部上下贯通；所述外部管道包括进水管和出水管，它们分别与内部管道的进水口和出水口连接；所述内部管道进水口设在主体的上部，出水口设在主体的下部；进水管上设有循环泵。内部管道是由多根管道组成；每根管道成一个“S”或多个“S”首尾相连的形状；多根内部管道构成多管排列式结构。所述多管排列式结构是，多根内部管道沿水平和竖直方向相互平行；主体的一个纵向截面是矩阵结构，矩阵的每个节点是一根管道所在位置，该管道是一根内部管道的一部分。矩阵结构的节点的密度是180个/平方米～480个/平方米。这种结构可以提高本交换器的效率。尤其是该密度的选择，是经过实验得出的值，在该范围内，同样结构下，本交换器的效率最高。

所述内部管道的材质是无缝钢管；该钢管的管径是20±5mm。无缝钢管可以承受更高的温度；管径太大，则管中不能保证水是填满的，使有足够的水压使管中水是填满的，也不能保证水完全吸收热量，造成浪费；管径太小，则不足以吸收热量。该管径是根据一般工厂所采用的水压下，实验比较了多种管径后得到的最佳值范围。

所述进水管上设有进水延长管，进水延长管一端与进水管连通，另一端与大气连通；所述进水延长管与地面垂直，开口向上；所述出水管上设有出水延长管，出进水延长管一端与出水管连通，另一端与大气连通；所述出水延长管与地面垂直，开口向上。采用该技术方案，可以避免交换器主体内的水干烧或溢出。

所述出水延长管与出水管的连接处比进水延长管与进水管连接处高100～150mm。所述进水延长管利出水延长管的管径比进水管的管径大30±5mm。该数值是根据实验比较得到的结果，应用了本技术特征，在避免水干烧或溢出的情况下，使用的材料最少。

所述外壳上部设有防风罩；外壳的壳壁上设有保温层。

上述热能交换器用于吸收工业炉废弃热能的使用方法，具体是，把所述热能交换器设在工业炉废弃热能的排出口，使热量从热能交换器主体内穿过；把循环泵的入水端接在水源上；在循环泵的出水端设有三通管，三通管的一端通过阀连接热能交换器的进水管，三通管的另一端也设有阀。

所述工业炉可以是网带炉，热能交换器设在炉口火帘处；所述三通管的另一端通过阀连接清洗水槽；所述热能交换器的出水管通往清洗水槽。

使用上述三通管以及阀，可以自由切换供水流向，保证了热能交换器和清洗槽中水量，避免了热能交换器和清洗槽中缺水或水压过大。

本发实用新型的工作过程是，水通过循环泵自上而下缓缓注入多管排列式结构中，沿折线流动，充分吸收炉口火帘热能，再缓缓流入清洗槽中，依次循环往复，经过一段时间运转，可以保持清洗槽水温在70℃左右，再流入清洗槽或其它用水装置。

通过本实用新型，可以充分吸收炉口火帘的余热，循环加热自来水供给清洗槽，可以显著节约电能。通过实验，原有清洗槽加热功率64千瓦，持续工作，每月发生的直接电费成本相当大。而采用本实用新型，在保证煮洗去除淬火后零件的表面附着油污效果的前提下，每月可以节约直接生产成本约15000～20000元，创造了较好的经济效益。本实用新型还可以推广到类似的其它炉型(有较大火焰余热的情况)热能循环利用之中。

附图说明

图1是本实用新型使用的清洗槽循环供水走向示意图。

图2热能交换器内部纵向截面结构示意图(左视图)

图3热能交换器内部纵向截面结构示意图(主视图)

图4炉口安装位置示意图(管线图)

图5炉口安装位置示意图(主视图)

图6炉口安装位置示意图(左视图)

1、阀1；2、阀2；3循环泵；4、保温层；5、内部管道；6、进水延长管；7、出水延长管；8、防风罩；9、进水口；10、出水口；11、主体。

图1、3、4中，箭头标示水流方向。

具体实施方式

现有的连续式网带炉或者未考虑炉口火帘余热的吸收利用，或者现有的热能交换器效率较低，大量热能散失。本实用新型设计了一种网带炉口火帘余热吸收、利用的装置。

下面以具体实施例来说明本实用新型。

一种热能交换器，包括交换器的主体11和外部管道，所述交换器主体11包括外壳和设在外壳内的内部管道5，所述外壳内部上下贯通；所述外部管道包括进水管和出水管，它们分别与内部管道5的进水口9和出水口10连接；所述内部管道进水口9设在主体11的上部，出水口10设在主体11的下部；进水管上设有循环泵3。内部管道5是由多根管道组成；每根管道成一个“S”或多个“S”首尾相连的形状；多根内部管道5构成多管排列式结构。所述多管排列式结构是，多根内部管道5沿水平和竖直方向相互平行；主体11的一个纵向截面是矩阵结构，矩阵的每个节点是一根管道所在位置，该管道是一根内部管道的一部分。所述矩阵结构的节点的密度是180个/平方米～480个/平方米。所述内部管道的材质是无缝钢管；该钢管的管径是20±5mm。

所述进水管上设有进水延长管6，进水延长管6一端与进水管连通，另一端与大气连通；所述进水延长管6与地面垂直，开口向上；所述出水管上设有出水延长管7，出进水延长管7一端与出水管连通，另一端与大气连通；所述出水延长管7与地面垂直，开口向上。所述出水延长管7与出水管的连接处比进水延长管6与进水管连接处高100～150mm。所述进水延长管6和出水延长管7的管径比进水管的管径大30±5mm。

所述外壳上部设有防风罩8；外壳的壳壁上设有保温层4。

下面例中，优选108根无缝钢管分为9列12层密集排列。

实施例1：按照图3安装好热能交换器及相应的管道。网带炉升温时，经过阶段性升温、保温，一般炉温达到800℃，开始供给保护性气氛(以甲醇为例)，经过一段时间的平衡，多余的可燃性气氛在炉口熊熊燃烧，形成一道火帘。

图1是本实用新型所使用的清洗槽循环供水走向示意图(图中箭头所指方向为水流方向)，水流经阀1流到水槽。水流经阀2流到热能交换器。关闭阀1，开启阀2，自来水经过循环泵3加压，由直径20mm的自来水管道输送到图3所示的热能交换器中，自上而下，沿折线流动，缓缓注满108根内径20mm的无缝钢管，炉口火帘携带的大量热能为其吸收，交换器沿列管平行的两侧增加了耐火纤维保温层，可以兼顾蓄热保温及隔热，以便于人工操作铺加零件。在管线发生故障时，可以关闭阀2，开启阀1。

图2、图3是本实用新型设计的多管排列式热能交换器示意图。热交换器中的无缝钢管单根长约1米，按照9列3排共27根作为1组，从上到下，总共4组(共9列12排，总计108根)，竖直方向总高约960mm，一次可蓄满约40kg水。

图4、图5、图6是本实用新型的装置在网带炉炉口安装位置示意图。为防止注水进入热能交换器时，发生溢出事故，在CD位置加上1根直径50mm的镀锌管，长度约1.5～2米；为了使热能交换器中的自来水加热时间相对充分且保证一定的流量，将出水口的水平高度B处设定在距离进水口D处以上约100～150mm的位置；同样地，为防止热水溢出，回水管AB位置也加上1根直径50mm的镀锌管，长度约1.5～2米。

以上所述的热能交换器采用无缝钢管，其余直径20mm和50mm的为镀锌水管，也可以用其它相近的规格替代。为减少水在管道循环时的热能散失，应在上述管道外壁上包裹相应的保温隔热层。

(1)循环泵加压、进水：循环泵2.2kw，启动后将自来水输送到网带炉加热炉口的热能交换器，进水口在上面；

(2)蓄水吸热：自来水沿无缝钢管自上而下流动，热能交换器蓄满约40kg自来水，炉口形成的火帘呈发散状，自下而上加热交换器的无缝钢管外壁，进而传热给钢管中的自来水，出水口的热水温度可达70℃以上；

(3)热水回流到清洗槽：上述的热水经过管道流回清洗槽中，使水温提升，再经过循环泵加压，重复以上步骤，最终经过一段时间的循环加热，清洗槽水温可以保持在70℃左右，可以较好地除去落入清洗槽的淬火零件表面附着的油污。

实施例2：渗碳处理时，炉内多余的可燃性废气(例如丙烷、氨气)和保护性气氛(例如甲醇)，在炉口燃烧，产生灼热火焰。

自来水经循环泵加压流入炉口的热能交换器，原理仍与实施例1中的相同，两者的区别主要在于本例中火帘较大，相同环境温度条件下，清洗槽水温上升较快。

改进前，清洗槽采用64kw的加热管提供热能，由于槽口是开放式，加热管持续工作，每月电能消耗约15000～20000元。改进后，取消电加热，直接利用了网带炉口火帘的热能，提升清洗槽水温，可以较好地满足淬火零件的表面除油要求。在后续的表面处理工序中，可以减轻去除零件表面油污的难度。

上述两个例中，通过电泵注满自来水，在网带炉正常工作时，炉内多余的保护性气氛及可燃性废气在炉口充分燃烧，火焰热能可以被该装置充分吸收，进而加热管道中所流经的自来水，并导入淬火后的清洗槽中，有利于清除零件表面附着的油污，节约了大量的电力能源和后续的表面处理成本。

可以充分吸收网带炉炉口火帘余热，产生70℃以上的热水，通过电泵带动循环热水流入清洗槽，取代原有的电加热，节约了大量的电力能源，并降低了后续的表面处理成本。

采取了保护性设施：①在进出水管上接上开放式加长水管，可以有效防止干烧及热水溢出；②在清洗槽处加装1个三通，采用球阀控制，可以自由切换供水流向。

自来水通过电泵自上而下缓缓注入多管排列式结构中，沿折线流动，充分吸收炉口火帘热能，再缓缓流入清洗槽中，依次循环往复，经过一段时间运转，可以保持清洗槽水温在70℃左右。

本实用新型的网带炉口火帘余热吸收、利用装置及使用方法还可以推广到类似的其它炉型(有较大火焰余热的情况)热能循环利用之中，本技术领域的技术人员可以很容易融汇贯通，在此就不过多举例了。

Claims

1、一种热能交换器，包括交换器的主体和外部管道，所述交换器主体包括外壳和设在外壳内的内部管道，所述外壳内部上下贯通；所述外部管道包括进水管和出水管，它们分别与内部管道的进水口和出水口连接；所述内部管道进水口设在主体的上部，出水口设在主体的下部；进水管上设有循环泵，其特征是内部管道是由多根管道组成；每根管道成一个“S”或多个“S”首尾相连的形状；多根内部管道构成多管排列式结构。

2、根据权利要求1所述的热能交换器，其特征是所述多管排列式结构是，多根内部管道沿水平和竖直方向相互平行；主体的一个纵向截面是矩阵结构，矩阵的每个节点是一根管道所在位置，该管道是一根内部管道的一部分。

3、根据权利要求2所述的热能交换器，其特征是所述矩阵结构的节点的密度是180个/平方米～480个/平方米。

4、根据权利要求1所述的热能交换器，其特征是所述内部管道的材质是无缝钢管；该钢管的管径是20±5mm。

5、根据权利要求1所述的热能交换器，其特征是所述进水管上设有进水延长管，进水延长管一端与进水管连通，另一端与大气连通；所述进水延长管与地面垂直，开口向上；

所述出水管上设有出水延长管，出进水延长管一端与出水管连通，另一端与大气连通；所述出水延长管与地面垂直，开口向上。

6、根据权利要求5所述的热能交换器，其特征是所述出水延长管与出水管的连接处比进水延长管与进水管连接处高100～150mm。

7、根据权利要求5所述的热能交换器，其特征是所述进水延长管和出水延长管的管径比进水管的管径大30±5mm。

8、根据权利要求1所述的热能交换器，其特征是所述外壳上部设有防风罩；外壳的壳壁上设有保温层。