CN203069021U - 气体换热器及具有其的气体换热系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种气体换热器及具有其的气体换热系统。该气体换热器包括：换热器主体；分隔件，所述分隔件沿着所述中心轴的方向设置在所述换热器主体内，且将所述换热器主体分隔成至少一对容纳部分，所述每对容纳部分相对所述中心轴成径向相对设置；分别容纳在所述容纳部分中的热载体。热载体由非金属固体材料所形成，且具有小球状、片状或者多孔状的结构。根据本实用新型的气体换热器，最大程度的吸收供热流体的显热和潜热，以用于加热气体，提高了加热效率且减少了热损失，降低了成本，且避免了供热流体与待加热气体之间接触而产生危险反应或发生污染的危险，从而提高了安全性，且该气体换热器结构简单可靠，便于操作。

Description

气体换热器及具有其的气体换热系统

技术领域

本实用新型涉及热交换领域，尤其是涉及一种气体换热器及具有其的气体换热系统。

背景技术

气体加热装置广泛应用于家庭生活、冶金、化工等工业应用中，例如，烹饪和房间供暖等，并且被应用于许多器具（例如，头发烘干机和衣服烘干机等）。冶金行业中的高炉炼铁主要配套设备之一的高炉热风炉，为高炉持续不断的提供1000℃以上的高温热风。在化工领域广泛应用的管式气体加热炉，为催化剂的生产提供高温空气（650-800℃）。现有的用来给气体加热的装置主要分为三种：电加热、燃气加热和高速气体气动加热。

电加热一般采用电热丝、电热盘或者PTC等作为发热元件。这些发热元件主要依靠辐射传递热量，因此往往需要在非常高的温度下操作。同时由于气体不能很好的吸收辐射热，所以这种辐射能大部分不是加热越过该元件流动的气体，而是辐射给了周围的结构，并将热量传递给周围的结构。所以传统的电加热气体的加热装置在给气体加热方面并不是非常有效。

燃气加热是利用对流和辐射将燃气燃烧产生的热量传递给待加热气体所通过的金属管道，再通过对流换热逐步加热气体。要使气体整体达到所需的温度，需要一定的传热时间。为了提高加热速度，需要提高外部温度，加大温差梯度，从而也增大了热损失。

高速气体气动加热是将高速压缩气体的一部分动能和压缩能直接转化为气体内能的一种加热方式。这种方法加热所需时间较短，且被加热气体的温度分布均匀。但是这种加热方式需要气体必须是高速压缩气体，由于这个限制条件，其应用范围较为有限。

此外，在传统的直接换热式的换热器中，被加热气体离开换热器时的出口温度难以得到准确控制。

实用新型内容

本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。

为此，本实用新型的一个目的在于提出一种可最大程度回收供热流体的显热和潜热的气体换热器。

本实用新型的另一个目的在于提出一种具有上述气体换热器的气体换热系统。

根据本实用新型第一方面的气体换热器，包括：换热器主体，所述换热器主体绕其中心轴可旋转；分隔件，所述分隔件沿着所述中心轴的方向设置在所述换热器主体内，且将所述换热器主体分隔成至少一对容纳部分，所述每对容纳部分相对所述中心轴成径向相对设置；热载体，所述热载体分别容纳在所述容纳部分中，其中所述热载体由非金属固体材料所形成，且具有小球状、片状或者多孔状的结构。

根据本实用新型的气体换热器，通过将换热器主体分隔成成对的容纳部分，且该容纳部分中纳有热载体，从而在换热器主体旋转的过程中，通过让供热流体对成对设置的热载体中的一个进行加热，同时吸收热量的第二热载体或吸收热量的第一热载体与需要被加热的气体进行热交换，以达到对气体进行加热的目的，从而用这种交替换热的方式最大程度的吸收供热流体的显热和潜热，以用于加热气体，提高了加热效率且减少了热损失，降低了成本。

此外，由于采用热量先被热载体吸收，然后通过热载体传递给气体以进行加热的方式，避免了供热流体与待加热气体之间接触而产生危险反应或发生污染的危险，从而提高了换热的安全性，且该气体换热器结构简单可靠，便于操作。

另外，根据本实用新型的气体换热器还具有如下附加技术特征：

在本实用新型的一个实施例中，所述换热器主体为圆柱体。

在本实用新型的一些实施例中，所述热载体内分别设置有至少一个催化剂层。

根据本实用新型第二方面实施例的气体换热系统，包括：根据本实用新型第一方面实施例的气体换热器；驱动装置，所述驱动装置用于驱动所述换热器主体的所述主轴旋转；第一通路，所述第一通路将所述第一流体沿着所述中心轴的一侧通入所述气体换热器内，以与所述的一对容纳部分中所容纳的所述热载体中的一个换热；以及第二通路，所述第二通路用于将所述第二气体沿着位于所述中心轴的另一侧通入所述气体换热器内，以与所述的一对容纳部分中所容纳的所述热载体中的另一个换热。

根据本实用新型实施例的气体换热系统，采用第一流体的热量先被热载体吸收，然后再通过热载体传递给第二气体以进行换热的方式，避免了供热流体与待加热气体之间接触而产生危险反应或发生污染的危险，从而提高了安全性，同时通过控制第一流体和第二气体的流速、主轴的转速可以实现充分的热量传递，可最大程度的吸收供热流体的显热和潜热，以用于加热气体，提高了加热效率且减少了热损失，降低了成本。

根据本实用新型的一个实施例，所述第一流体通入的方向与所述第二气体通入的方向相反。

根据本实用新型的一个实施例，所述第一流体为含硫的烟气。

根据本实用新型的一个实施例，所述第一流体在通入所述第一通路时的温度大于350℃。

根据本实用新型的一个实施例，所述第一流体在离开所述气体换热器时的出口温度小于130℃。且优选地，所述第一流体在离开所述气体换热器时的出口温度小于70℃。

进一步地，所述气体换热系统还包括：流体排出装置，所述流体排出装置与所述第一通路相连，以排出所述第一流体。

具体地，所述驱动装置以预定的时间间隔或者连续地驱动所述换热器主体旋转。

具体地，所述驱动装置驱动所述换热器主体绕着所述主轴顺时针方向或者逆时针方向旋转。

根据本实用新型的一些实施例，所述气体换热系统进一步包括：冷凝液体移除装置，所述冷凝液体移除装置设置在所述气体换热器的下方，以移除换热时所产生的冷凝液体。

本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本实用新型实施例的气体换热器的主视图；

图2为图1所示的气体换热器的俯视图；

图3为根据本实用新型实施例的气体换热系统的示意图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本实用新型的不同结构。为了简化本实用新型的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本实用新型。此外，本实用新型可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。此外，本实用新型提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的可应用于性和/或其他材料的使用。

另外，以下描述的第一特征在第二特征之“上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。

下面参考图1-图2描述根据本实用新型第一方面实施例的一种气体换热器100，该气体换热器100内可通入流体。需要说明的是，在下述的气体换热器100中，只描述了该气体换热器100形成一对容纳部分（即第一容纳部分11和第二容纳部分12）的情况，但是需要说明的是，本实用新型不限于此，普通技术人员显然知道的是，在阅读了本实用新型此处公开的教导，可以将该实施例应用于换热器主体被分隔成多对容纳部分的情况，且每个容纳部分中均容纳有热载体的情况，这也落入本实用新型的保护范围之内。下面将对该气体换热器100进行详细说明。

如图1和图2所示，根据本实用新型实施例的气体换热器100，包括：换热器主体1、分隔件2、第一热载体111和第二热载体121，换热器主体1绕中心轴10可旋转。分隔件2沿着纵向设置在换热器主体1内，且将换热器主体1分隔成第一容纳部分11和第二容纳部分12。第一热载体111容纳在第一容纳部分11中。第二热载体121容纳在第二容纳部分12中。

在图2的示例中，换热器主体1形成为圆柱体，分隔件2设在换热器主体1的轴线所在的平面的位置处，第一热载体111和第二热载体121可为具有小球状、片状或者多孔状的结构，由此通过增大接触面积来加强供热流体和待加热气体与第一热载体111和第二热载体121之间的换热效率。

其中，换热器主体1内可通入第一流体和第二气体，第一流体为供热流体，第二气体为待加热气体，在下面的描述中，将以换热器主体1逆时针转动，且第一流体沿着中心轴10的左侧通入换热器主体1内，第二气体沿着中心轴10的右侧通入换热器主体1为例进行说明。

在本实用新型的示例中，在初始状态，换热器主体1处于未旋转状态时，第一容纳部分11位于中心轴10的左侧，第二容纳部分12位于中心轴10的右侧，此时第一流体沿着中心轴10的左侧通入到换热器主体1内，第一流体对容纳在第一容纳部分11内的第一热载体111进行加热。第一热载体111吸收热量后，换热器逆时针旋转，第一容纳部分11旋转到中心轴10的右侧，第二容纳部分12旋转到中心轴10的左侧，旋转到右侧的第一容纳部分11内的第一热载体111与第二气体进行换热以加热该第二气体，同时，第一流体对旋转到左侧的第二容纳部分12内的第二热载体121进行加热。

换热器继续逆时针转动，此时第一容纳部分11被旋转回到中心轴10的左侧，第二容纳部分12被旋转回到中心轴10的右侧，旋转回右侧的第二容纳部分12内的第二热载体121与第二气体进行热交换以加热第二气体，第一流体对旋转回左侧的第一容纳部分11内的第一热载体111进行加热，如此循环重复，以完成对第二气体的加热。换言之，在换热器主体1旋转的过程中，第一流体依次对第一热载体111和第二热载体121进行加热，吸收热量的第一热载体111和吸收热量的第二热载体121依次与第二气体进行热交换，从而达到对第二气体进行加热的目的。

值得理解的是，当换热器主体1为顺时针旋转，或在初始状态，第一容纳部分11位于中心轴10的右侧，第二容纳部分12位于中心轴10的左侧时，气体换热器100的换热过程和换热原理、与当换热器主体1为逆时针旋转且在初始状态第一容纳部分11位于中心轴10的左侧，第二容纳部分12位于中心轴10的右侧时的换热过程和换热原理相同，这里不再进行详细描述。

其中，供热流体的温度在350~1200℃之间，该供热流体可为气相、液相或多相混合物，待加热气体可为在20~1200℃下呈气相的各种气体。且可通过控制换热器主体1旋转的速度和供热流体的流速，以实现更充分的热量传递。根据本实用新型的一个实施例，该供热流体为含硫的烟气。

根据本实用新型实施例的气体换热器100，通过将换热器主体1分隔成第一容纳部分11和第二容纳部分12，且第一容纳部分11内容纳有第一热载体111，第二容纳部分12内容纳有第二热载体121，从而在换热器主体1旋转的过程中，通过让供热流体对第一热载体111或第二热载体121进行加热，同时吸收热量的第二热载体121或吸收热量的第一热载体111与需要被加热的气体进行热交换，以达到对气体进行加热的目的，从而用这种交替换热的方式最大程度的吸收供热流体的显热和潜热，以用于加热气体，提高了加热效率且减少了热损失，降低了成本。又由于采用热量先被第一热载体111或第二热载体121吸收，然后通过第一热载体111或第二热载体121传递给气体以进行加热的方式，避免了供热流体与待加热气体之间接触而产生危险反应或发生污染的危险，从而提高了安全性，且该气体换热器100结构简单可靠，便于操作。

优选地，第一热载体111和第二热载体121由非金属固体材料所形成。从而，通过采用非金属固体材料的第一热载体111和第二热载体121，第一热载体111和第二热载体121的蓄热量大，可以在较低的转速和较大的换热器主体1的体积下实现大规模的气体加热，可有效的降低气体加热的成本，增加气体加热的应用范围，同时通过采用非金属固体材料的第一热载体111和第二热载体121，第一热载体111和第二热载体121的比重小、重量轻，可降低气体换热器100的能耗，又由于通过采用非金属固体材料的第一热载体111和第二热载体121，第一热载体111和第二热载体121耐腐蚀，不仅供热流体（例如含硫的烟气）可为对金属有腐蚀性的液体，且可以使供热流体的温度尽可能降低，而不用担心供热流体中对金属有腐蚀性的液体物质析出，从而最大限定吸收供热流体的显热和潜热，以加热气体。例如，对于含硫的烟气，在现有的旋转式气体换热器中，烟气在通过该气体换热器100之后的出口温度是不能降低到130℃以下，因为这会导致硫酸析出，从而导致对该气体换热器内由金属制造的部件的严重腐蚀。但是，在本实用新型的一个实施例中，由于第一热载体111和第二热载体121由例如SiC（碳化硅）、陶瓷等的非金属固体材料所形成，从而不用顾虑硫等的腐蚀性，而把出口温度降低到硫的凝结点之下的温度，从而最大程度地进行换热，根据本实用新型的一个实施例，所述第一流体离开所述气体换热器的出口温度小于130℃，进一步地，所述第一流体离开所述气体换热器的出口温度小于70℃。该温度在传统的气体换热器中是几乎不可能实现的。此外，在将出口温度降低到凝结点的温度之下，水蒸汽冷凝析出为液体水，释放了大量的潜热（水从100℃变为100℃的水蒸汽吸收的热量相当于水从0℃升高至100℃时所吸收热量的3倍）。

在本实用新型的一些实施例中，第一热载体111和第二热载体121内分别设置有至少一个催化剂层，用于实现供热流体的催化化学反应，这些化学反应可包括以供热为目的的催化放热反应（相当于“化学燃烧”）、以脱除供热流体中某种物质(例如，脱除NO_x)为目的的催化化学反应，从而可增加该气体换热器100的应用范围。

下面参考图1-图3描述根据本实用新型第二方面实施例的气体换热系统200。

如图3所示，根据本实用新型实施例的气体换热系统200，包括：气体换热器100、驱动装置（图未示出）、第一通路3和第二通路4，其中，气体换热器100为根据本实用新型第一方面实施例的气体换热器100。驱动装置用于驱动换热器主体1的中心轴10旋转。第一通路3将用于加热的第一流体沿着中心轴10的一侧通入气体换热器100内，以与第一热载体111和第二热载体121中的一个换热。第二通路4用于将被加热的第二气体沿着中心轴10的另一侧通入气体换热器100内，以与第一热载体111和第二热载体121中的另一个换热。具体地，第一流体可为气体或液体。根据本实用新型的一个实施例，所述第一流体为含硫的烟气。驱动装置驱动换热器主体1绕着中心轴10顺时针方向或者逆时针方向旋转。

在本实用新型的示例中，如图3所示，第一通路3将第一流体沿着中心轴10的左侧通入气体换热器100内，第二通路4将第二气体沿着中心轴10的右侧通入气体换热器100内，驱动装置驱动中心轴10旋转时，换热器主体1旋转，在换热器主体1旋转的过程中，第一通路3内的第一流体与第一热载体111和第二热载体121中的一个进行换热，第二通路4内的第二气体与第一热载体111和第二热载体121中的另一个进行换热，从而达到对第二气体进行加热的目的。根据本实用新型的一个实施例，所述第一流体在通入所述第一通路时的温度大于350℃。根据本实用新型的一个实施例，该第一流体的温度为350-1000℃之间，而该温度在传统的气体换热系统中是难以实现的。此外，在第一流体为含硫的烟气时，在现有的气体换热系统中，烟气在通过该气体换热器100之后的出口温度是不能降低到130℃以下，因为这会导致硫酸的析出，从而导致对该气体换热器内由金属制造的部件的严重腐蚀。但是，在本实用新型的一个实施例中，由于第一热载体111和第二热载体121由例如SiC、陶瓷等的非金属固体材料所形成，从而不用顾虑硫等的腐蚀性，而把出口温度降低到硫的凝结点之下的温度，从而最大程度地进行换热，根据本实用新型的一个实施例，所述第一流体离开所述气体换热器的出口温度小于130℃，进一步地，所述第一流体离开所述气体换热器的出口温度小于70℃。该温度在传统的气体换热系统中是几乎不可能实现的。此外，在将出口温度降低到凝结点的温度之下，水蒸汽冷凝析出为液体水，释放了大量的潜热（水从100℃变为100℃的水蒸汽吸收的热量相当于水从0℃升高至100℃时所吸收热量的3倍）。由于热载体由非金属固体材料所形成，所以在硫沉积一定程度之后，对该容纳部分中所容纳的热载体清洗即可以继续使用，从而降低了传统的气体换热系统中所存在的零部件替换所导致的成本增加的问题。实用新型

此外，根据本实用新型实施例的气体换热系统200，采用第一流体的热量先被第一热载体111或第二热载体121吸收，然后通过第一热载体111或第二热载体121传递给气体以进行加热的方式，避免了供热流体与待加热气体之间接触而产生危险反应或发生污染的危险，从而提高了安全性，同时通过控制第一流体和第二气体的流速、中心轴10的转速可以实现充分的热量传递，可最大程度的吸收供热流体的显热和潜热，以用于加热气体，提高了加热效率且减少了热损失，降低了成本。

在本实用新型的示例中，第一流体通入的方向与第二气体通入的方向相反。

进一步地，气体换热系统200还包括流体排出装置5，流体排出装置5与第一通路3相连，以排出第一流体。从而可避免第一流体堵塞第一通路3。

具体地，驱动装置以预定的时间间隔或者连续地驱动换热器主体1旋转，从而实现间断或者连续换热。其中，换热器主体1的转动方式取决于供热流体、待加热气体、第一热载体111和第二热载体121的材料和结构。

根据本实用新型的进一步实施例，气体换热系统200还包括冷凝液体移除装置6，冷凝液体移除装置6设置在气体换热器100的下方，以移除换热时所产生的冷凝液体。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (13)

1.一种气体换热器，其特征在于，包括：

换热器主体，所述换热器主体绕其中心轴可旋转；

分隔件，所述分隔件沿着所述中心轴的方向设置在所述换热器主体内，且将所述换热器主体分隔成至少一对容纳部分，所述每对容纳部分相对所述中心轴成径向相对设置；

热载体，所述热载体分别容纳在所述容纳部分中，其中

所述热载体由非金属固体材料所形成，且具有小球状、片状或者多孔状的结构。

2.根据权利要求1所述的气体换热器，其特征在于，所述换热器主体为圆柱体。

3.根据权利要求1所述的气体换热器，其特征在于，所述热载体内分别设置有至少一个催化剂层。

4.一种气体换热系统，所述气体换热系统将用于供热的第一流体与待加热的第二气体进行换热，其特征在于，所述气体换热系统包括：

如权利要求1-3任一所述的气体换热器；

驱动装置，所述驱动装置用于驱动所述换热器主体的中心轴旋转；

第一通路，所述第一通路将所述第一流体沿着所述中心轴的一侧通入所述气体换热器内，以与所述的一对容纳部分中所容纳的所述热载体中的一个换热；以及

第二通路，所述第二通路用于将所述第二气体沿着位于所述中心轴的另一侧通入所述气体换热器内，以与所述的一对容纳部分中所容纳的所述热载体中的另一个换热。

5.根据权利要求4所述的气体换热系统，其特征在于，所述第一流体通入的方向与所述第二气体通入的方向相反。

6.根据权利要求4所述的气体换热系统，其特征在于，所述第一流体为含硫的烟气。

7.根据权利要求6所述的气体换热系统，其特征在于，所述第一流体在通入所述第一通路时的温度大于350℃。

8.根据权利要求7所述的气体换热系统，其特征在于，所述第一流体在离开所述气体换热器时的出口温度小于130℃。

9.根据权利要求8所述的气体换热系统，其特征在于，所述第一流体在离开所述气体换热器时的出口温度小于70℃。

10.根据权利要求4所述的气体换热系统，其特征在于，进一步包括：

流体排出装置，所述流体排出装置与所述第一通路相连，以排出所述第一流体。

11.根据权利要求4所述的气体换热系统，其特征在于，所述驱动装置以预定的时间间隔或者连续地驱动所述换热器主体旋转。

12.根据权利要求5所述的气体换热系统，其特征在于，所述驱动装置驱动所述换热器主体绕着所述主轴顺时针方向或者逆时针方向旋转。

13.根据权利要求6所述的气体换热系统，其特征在于，进一步包括：冷凝液体移除装置，所述冷凝液体移除装置设置在所述气体换热器的下方，以移除换热时所产生的冷凝液体。

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