一種蓄熱換熱器及蓄熱換熱裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種蓄熱換熱器，包括罐體，所述罐體上下分別設有氣體進出導管，在罐體內還設有蓄熱床以及蓄熱床固定結構，蓄熱床通過蓄熱床固定結構固定在罐體內，蓄熱床包括疊置在一起的散堆蓄熱介質層和規(guī)整蓄熱介質層，所述散堆蓄熱介質層由多個散堆蓄熱介質堆疊在一起，散堆蓄熱介質間形成第一流道，每個散堆蓄熱介質均具有第二流道，散堆蓄熱介質層中的第一流道和第二流道形成彎曲的不規(guī)則流道，所述規(guī)整蓄熱介質層內具有規(guī)則流道，所述不規(guī)則流道和規(guī)則流道部分或全部導通。本發(fā)明具有蓄放熱速度快、傳熱與流動綜合性能好、可連續(xù)換熱、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點，可以用于處理工業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的多種高溫廢氣，滿足節(jié)能減排的要求。
【專利說明】一種蓄熱換熱器及蓄熱換熱裝置

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種對廢氣熱量回收利用裝置，特別涉及一種蓄熱換熱器及蓄熱換熱 裝直。

【背景技術】
[0002] 目前用于冶金、電力、石油、化工等行業(yè)中廢氣處理的設備一部分為蓄熱換熱器， 它通過蓄熱介質實現(xiàn)能量短暫地儲存，將廢氣中的余熱回收再用于預熱冷空氣。蓄熱介質 是蓄熱換熱器的一個重要組成部分，可以分為很多種。工業(yè)生產(chǎn)中常用的蓄熱介質有散堆 蓄熱介質和規(guī)整蓄熱介質兩大類。傳統(tǒng)的蓄熱換熱器一般采用單一蓄熱介質，即單一的規(guī) 整蓄熱介質或單一的散堆蓄熱介質，但單獨使用這兩種蓄熱介質都存在著各自的缺點，如 單一規(guī)整蓄熱介質存在易堵塞、檢修難、制造成本高的缺點，單一散堆蓄熱介質存在流體分 布不均，比表面積小的問題，因此，傳統(tǒng)的蓄熱換熱器不能很好地發(fā)揮蓄熱換熱器的蓄放熱 性能，二次能源得不到充分地回收利用，綜合節(jié)能效果得不到提升。


【發(fā)明內容】

[0003] 針對現(xiàn)有技術中存在的技術問題，本發(fā)明的目的是：提供一種能夠充分回收廢氣 的余熱、降低設備能耗、節(jié)省廢氣處理成本、減少大氣污染且綜合節(jié)能效果好的蓄熱換熱 器。
[0004] 本發(fā)明的另一目的是：提供一種能持續(xù)蓄放熱的蓄熱換熱裝置。
[0005] 本發(fā)明的目的通過下述技術方案實現(xiàn)：一種蓄熱換熱器，包括罐體，所述罐體上下 分別設有氣體進出導管，在罐體內還設有蓄熱床以及蓄熱床固定結構，蓄熱床通過蓄熱床 固定結構固定在罐體內，蓄熱床包括疊置在一起的散堆蓄熱介質層和規(guī)整蓄熱介質層，所 述散堆蓄熱介質層由多個散堆蓄熱介質堆疊在一起，散堆蓄熱介質間形成第一流道，每個 散堆蓄熱介質均具有第二流道，所述散堆蓄熱介質層中的第一流道和第二流道形成彎曲的 不規(guī)則流道，所述規(guī)整蓄熱介質層內具有規(guī)則流道，所述不規(guī)則流道和規(guī)則流道部分或全 部導通。
[0006] 優(yōu)選的，所述蓄熱床為多組且分別疊置在一起。
[0007] 優(yōu)選的，所述散堆蓄熱介質層和規(guī)整蓄熱介質層交替相疊置在一起。
[0008] 優(yōu)選的，所述散堆蓄熱介質層和規(guī)整蓄熱介質層之間設有過渡結構，所述過渡結 構具有多個用于通氣的孔或格。
[0009] 優(yōu)選的，所述規(guī)整蓄熱介質層為蜂窩蓄熱體或波紋蓄熱體，所述散堆蓄熱介質層 為厚壁拉西環(huán)、厚壁十字環(huán)、厚壁鮑爾環(huán)和/或蓄熱球。
[0010] 優(yōu)選的，每層散堆蓄熱介質層和規(guī)整蓄熱介質層的厚度為50-500mm。
[0011] 優(yōu)選的，所述蓄熱床固定結構包括蓄熱介質支撐板以及蓄熱介質壓圈，蓄熱床設 置在蓄熱介質支撐板和蓄熱介質壓圈之間。
[0012] 一種蓄熱換熱裝置，包括兩個上述的一種蓄熱換熱器以及智能控制器、熱氣管路、 空氣管路，所述氣體進出導管包括熱氣進出口和空氣進出口，熱氣進出口和空氣進出口上 分別設置有閥門，熱氣管路輸出口設有熱氣出口溫度傳感器，空氣管路輸出口設有空氣出 口溫度傳感器，熱氣進出口與熱氣管路連接，空氣進出口與空氣管路連接，所述閥門、熱氣 出口溫度傳感器以及空氣出口溫度傳感器分別與智能控制器連接。
[0013] 優(yōu)選的，所述同一蓄熱換熱器的熱氣進出口和空氣進出口輪流開閉，兩蓄熱換熱 器當其中一蓄熱換熱器的熱氣進出口打開通入熱氣時，另一蓄熱換熱器的空氣進出口則打 開通入空氣。
[0014] 優(yōu)選的，所述閥門為氣動閥門。
[0015] 本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術具有如下的優(yōu)點及效果：
[0016] 1、本發(fā)明的蓄熱介質用到了散堆和規(guī)整兩種蓄熱介質，這兩種蓄熱介質采用了交 替疊置的組合形式，組合后的蓄熱介質具有比表面積大、蓄放熱速度快、傳熱與流動綜合性 能好等特點，本發(fā)明的組合蓄熱介質在保留散堆蓄熱介質與規(guī)整蓄熱介質優(yōu)點的同時，有 效克服了單一蓄熱介質的缺點，使得兩種蓄熱介質優(yōu)勢互補，充分發(fā)揮兩種蓄熱介質的優(yōu) 勢，使蓄熱介質的綜合性能更佳。為蓄熱換熱器在不同應用場合提供了更多的選擇。
[0017] 2、為了改善在層與層之間流體過渡時的分布和提高流動性，使流體在過渡到另一 層時能合理均勻分布，在散堆蓄熱介質層和規(guī)整蓄熱介質層設置有過渡結構。
[0018] 3、在本裝置的蓄熱床兩端均設置有蓄熱床固定結構，可保證各層蓄熱介質能夠緊 密接觸，使設備更加緊湊。
[0019] 4、本發(fā)明的一種蓄熱換熱裝置通過輪流蓄熱和放熱實現(xiàn)持續(xù)不間斷的蓄放熱。
[0020] 5、本裝置采用智能控制器控制，按三種方式之一切換閥門，達到蓄、放熱過程同時 進行，冷熱流體連續(xù)換熱，可達到良好的使用效果。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0021] 圖1是本發(fā)明的結構示意圖。
[0022] 圖2是本發(fā)明的過渡結構的結構示意圖。
[0023] 圖3是本發(fā)明的散堆蓄熱介質層和規(guī)整蓄熱介質層疊置示意圖。
[0024] 圖4本發(fā)明的一種蓄熱換熱裝置的結構示意圖。
[0025] 圖5是本發(fā)明規(guī)整蓄熱介質層選用的蜂窩蓄熱體的結構示意圖。
[0026] 圖6是本發(fā)明散堆蓄熱介質層選用的厚壁拉西環(huán)的結構示意圖。

【具體實施方式】
[0027] 下面結合實施例及附圖對本發(fā)明作進一步詳細的描述，但本發(fā)明的實施方式不限 于此。
[0028] 實施例一：
[0029] -種蓄熱換熱器，包括罐體1，所述罐體1上下分別設有氣體進出導管2,在罐體1 內上下氣體進出導管2間設有蓄熱床3以及蓄熱床固定結構，蓄熱床3通過蓄熱床固定結 構固定在罐體1內，具體的，所述蓄熱床固定結構包括蓄熱介質支撐板5以及蓄熱介質壓圈 6,蓄熱床3設置在蓄熱介質支撐板5和蓄熱介質壓圈6之間。
[0030] 蓄熱床3包括疊置在一起的散堆蓄熱介質層7和規(guī)整蓄熱介質層8,所述散堆蓄 熱介質層7由多個散堆蓄熱介質堆疊在一起，散堆蓄熱介質間形成第一流道，每個散堆蓄 熱介質均具有第二流道，所述散堆蓄熱介質層7中的第一流道和第二流道形成彎曲的不規(guī) 則流道，所述規(guī)整蓄熱介質層8內具有規(guī)則流道，所述不規(guī)則流道和規(guī)則流道部分或全部 導通，散堆蓄熱介質層7為陶瓷散堆蓄熱介質或金屬陶瓷散堆蓄熱介質；規(guī)整蓄熱介質層8 可以為陶瓷規(guī)整蓄熱介質或金屬規(guī)整蓄熱介質。
[0031] 所述蓄熱床3為多組且分別疊置在一起且所述散堆蓄熱介質層7和規(guī)整蓄熱介質 層8交替相疊置在一起，具體的，蓄熱床3為三組或三組以上，即散堆蓄熱介質層7和規(guī)整 蓄熱介質層8各為三層或三層以上交替相疊置在一起。
[0032] 所述散堆蓄熱介質層7和規(guī)整蓄熱介質層8之間設有過渡結構13,所述過渡結構 13具有多個用于通氣的孔或格。
[0033] 所述規(guī)整蓄熱介質層8為蜂窩蓄熱體或波紋蓄熱體，所述散堆蓄熱介質層7為厚 壁拉西環(huán)、厚壁十字環(huán)、厚壁鮑爾環(huán)和/或蓄熱球。每層散堆蓄熱介質層和規(guī)整蓄熱介質層 的厚度為50-500mm。
[0034] 所述罐體1具有上封頭9和下封頭10,上封頭9蓋于罐體1上部，下封頭10密封 于罐體1下部，上封頭9與罐體1之間通過鎖緊機構11連接。所述鎖緊機構11包括密封 墊片、螺栓以及分別固定于上封頭9和罐體1上的上容器法蘭和下容器法蘭，密封墊片設置 于上封頭9和罐體1連接處，上容器法蘭和下容器法蘭通過所述螺栓連接。所述罐體1底 部具有罐體支撐座12。
[0035] 實施例二：
[0036] -種蓄熱換熱裝置，包括兩個實施例一的一種蓄熱換熱器以及智能控制器14、熱 氣管路15、空氣管路16,所述氣體進出導管2包括熱氣進出口和空氣進出口，熱氣進出口和 空氣進出口上分別設置有閥門，具體的，所述閥門為氣動閥門，熱氣進出口包括熱氣進口 21 和熱氣出口 22,熱氣進口 21和熱氣出口 22分別上下設置于罐體1上，空氣進出口包括空氣 進口 23和空氣出口 24,空氣進口 23和空氣出口 24分別上下設置于罐體1上。熱氣進口 21、熱氣出口 22、空氣進口 23和空氣出口 24上設有所述氣動閥門。熱氣管路15的輸出口 設有熱氣出口溫度傳感器25,空氣管路16的輸出口設有空氣出口溫度傳感器26,熱氣進出 口與熱氣管路15連接，空氣進出口與空氣管路16連接，所述閥門、熱氣出口溫度傳感器25 以及空氣出口溫度傳感器26分別與智能控制器14連接。
[0037] 所述同一蓄熱換熱器的熱氣進出口和空氣進出口輪流開閉，即當熱氣進出口打開 通入熱氣時，空氣進出口則關閉。
[0038] 兩蓄熱換熱器當其中一蓄熱換熱器的熱氣進出口打開通入熱氣進行蓄熱時，另一 蓄熱換熱器的空氣進出口則打開通入空氣進行放熱。
[0039] 本發(fā)明具有蓄放熱速度快、傳熱與流動綜合性能好、可連續(xù)換熱、節(jié)能環(huán)保等優(yōu) 點，可以用于處理工業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的多種高溫廢氣，滿足節(jié)能減排的要求。
[0040] 本發(fā)明的工作過程及工作原理：本發(fā)明裝置的蓄熱床包括多組交替疊置的散堆蓄 熱介質層和規(guī)整蓄熱介質層，散堆蓄熱介質層的流道彎曲多變，規(guī)整蓄熱介質層的流道平 滑規(guī)則，由于采用了多組交替疊置的散堆蓄熱介質層和規(guī)整蓄熱介質層，氣體在其中流動 形成多周期交替流動，即流道從平滑段到彎曲段或從彎曲段到平滑段交替變換，促使流體 在流道中流動時發(fā)生周期性變化，提高流體湍動程度，強化傳熱效果，同時又能降低沿程阻 力損失，改善流通性能，綜合節(jié)能效果好。本發(fā)明能夠充分回收廢氣的余熱，降低設備能耗， 節(jié)省廢氣處理成本，減少大氣污染，因此本發(fā)明的蓄熱換熱器較傳統(tǒng)蓄熱換熱器更具優(yōu)勢。
[0041] 兩個蓄熱換熱器通過熱氣管路和空氣管路連接在一起，并由智能控制器控制閥門 在開閉間進行切換，具體的，智能控制器控制其中一蓄熱換熱器的熱氣進口和熱氣出口打 開并控制空氣進口和空氣出口關閉，然后通入熱氣，進行蓄熱；對另一蓄熱換熱器作相反操 作，即打開空氣進口和空氣出口并關閉熱氣進口和熱氣出口，然后通入空氣，進行放熱；
[0042] 當熱氣出口溫度傳感器和空氣出口溫度傳感器檢測到熱氣出口或空氣出口溫度 達到設定值時，智能控制器控制閥門進行切換。即對切換前處于開啟狀態(tài)的閥門進行關閉， 而處于關閉狀態(tài)的閥門進行開啟。
[0043] 為實現(xiàn)不間斷蓄放熱，智能控制器在對其中一蓄熱換熱器進行由放熱向蓄熱切換 的同時對另一蓄熱換熱器進行由蓄熱向放熱的切換，使得剛進行完放熱過程的蓄熱換熱器 能及時蓄熱，而剛進行完蓄熱過程的蓄熱換熱器能及時放熱，以保證蓄、放熱過程同時進行 且不間斷。
[0044] 實施例三：
[0045] 本實施例是通過設定兩蓄熱換熱器交替蓄熱與放熱時間進行控制，具體如下：規(guī) 整蓄熱介質層選用蜂窩陶瓷蓄熱體，其規(guī)格為Φ4πιπι蜂窩圓孔，散堆蓄熱介質層選用厚壁 陶瓷鮑爾環(huán)，其規(guī)格為Φ 16x16x5mm，將所選用的兩種蓄熱介質交替疊置在罐體內，單一規(guī) 整蓄熱介質層高度為40mm，單一散堆蓄熱介質層高度為60mm，規(guī)整蓄熱介質層和散堆蓄熱 介質層為各5層。兩個罐體直徑均為500_，高度均為1200_。通過智能控制器設定閥門 切換時間為lmin，即兩蓄熱換熱器交替蓄熱與放熱過程均為lmin，熱氣進口和空氣進口流 量相同均為1200m 3/h，熱氣進口溫度為180°C，空氣進口溫度為室溫25°C。測量切換前l(fā)min 內溫度及壓力數(shù)據(jù)得知熱氣出口平均溫度為65°C，熱氣流經(jīng)罐體后壓降為327pa，空氣出 口平均溫度為l〇2°C，空氣流經(jīng)罐體后壓降為284pa。本發(fā)明綜合節(jié)能效果比按同樣操作條 件采用同樣體積單一蓄熱介質的其它蓄熱換熱器高10. 2% -16. 7%。
[0046] 這種人為設定氣動閥門交替開啟與關閉的時間間隔。對于具有穩(wěn)定熱氣流及穩(wěn)定 冷空氣流的場合，可以采用此方式。
[0047] 實施例四：
[0048] 本實施例是當熱氣出口溫度升到設定值時進行切換控制的，具體如下：規(guī)整蓄熱 介質層選用蜂窩陶瓷蓄熱體，其規(guī)格為3x3mm蜂窩方孔，散堆蓄熱介質層選用厚壁陶瓷階 梯環(huán)，其規(guī)格為C>25x20x8mm，將所選用的兩種蓄熱介質交替疊置在罐體內，單一散堆蓄熱 介質層和散堆蓄熱介質層高度均為60mm，規(guī)整蓄熱介質層和散堆蓄熱介質層為各6層。兩 個罐體直徑均為500mm，高度均為1200mm，設定熱氣進口和空氣進口流量相同均為1500m 3/ h，熱氣進口溫度為240°C，空氣進口溫度為室溫25°C。當熱氣出口溫度傳感器測量到熱氣 出口溫度升到l〇〇°C時，智能控制器控制進行切換。根據(jù)測量切換前蓄熱與放熱過程的溫度 及壓力數(shù)據(jù)得知，熱氣流經(jīng)罐體后壓降為578pa，空氣出口平均溫度為116°C，空氣流經(jīng)罐 體后壓降為512pa。本發(fā)明綜合節(jié)能效果比按同樣操作條件采用同樣體積單一蓄熱介質的 其它蓄熱換熱器高了 7. 8% -13. 5%。
[0049] 由熱氣出口溫度通過智能控制器交替開啟與關閉。熱氣出口安裝有熱氣出口溫度 傳感器，當熱氣出口溫度升高到一定數(shù)值時會激發(fā)智能控制器交替開啟與關閉氣動閥門。 對于要求保證預熱回收率的場合，可以采用此方式。
[0050] 實施例五：
[0051] 本實施例是當空氣出口溫度降到設定值時進行切換控制的，具體如下：規(guī)整蓄熱 介質層選用蜂窩陶瓷蓄熱體，其規(guī)格為〇4mm蜂窩六方孔，散堆蓄熱介質層選用厚壁陶瓷 拉西環(huán)，其規(guī)格為Φ 15x15x4mm，將所選用的兩種蓄熱介質交替疊置在罐體內，單一規(guī)整蓄 熱介質層高度為75mm，散堆蓄熱介質層高度為50mm，規(guī)整蓄熱介質層和散堆蓄熱介質層為 各8層。兩個罐體直徑均為500mm，高度均為1200mm。設定熱氣進口和空氣進口流量相同 均為1800m 3/h，熱氣進口溫度為300°C，空氣進口溫度為室溫25°C。當空氣出口溫度傳感器 測量到空氣出口溫度降低到150°C時，智能控制器控制進行切換。根據(jù)測量切換前蓄熱與放 熱過程的溫度及壓力數(shù)據(jù)得知，熱氣出口平均溫度為127°C，熱氣流經(jīng)罐體壓降為854pa， 空氣流經(jīng)罐體壓降為765pa。本發(fā)明綜合節(jié)能效果比按同樣操作條件采用同樣體積單一蓄 熱介質的其它蓄熱換熱器高15. 6%-24. 8%。
[0052] 由空氣出口溫度通過智能控制器交替開啟與關閉?？諝獬隹诎惭b有空氣出口溫度 傳感器，當空氣出口溫度降低到一定數(shù)值時會激發(fā)智能控制器交替開啟與關閉氣動閥門。 對于要求保證空氣出口溫度的場合，可以采用此方式。
[0053] 由此可見，本發(fā)明采用智能控制器可以按三種閥門切換方式進行工作而適應不同 場合提高了適用性。
[0054] 上述實施例為本發(fā)明較佳的實施方式，但本發(fā)明的實施方式并不受上述實施例的 限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化， 均應為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護范圍之內。
【權利要求】
1. 一種蓄熱換熱器，其特征在于：包括罐體，所述罐體上下分別設有氣體進出導管，在 罐體內還設有蓄熱床以及蓄熱床固定結構，蓄熱床通過蓄熱床固定結構固定在罐體內，蓄 熱床包括疊置在一起的散堆蓄熱介質層和規(guī)整蓄熱介質層，所述散堆蓄熱介質層由多個散 堆蓄熱介質堆疊在一起，散堆蓄熱介質間形成第一流道，每個散堆蓄熱介質均具有第二流 道，所述散堆蓄熱介質層中的第一流道和第二流道形成彎曲的不規(guī)則流道，所述規(guī)整蓄熱 介質層內具有規(guī)則流道，所述不規(guī)則流道和規(guī)則流道部分或全部導通。
2. 根據(jù)權利要求1所述的一種蓄熱換熱器，其特征在于：所述蓄熱床為多組且分別疊 置在一起。
3. 根據(jù)權利要求2所述的一種蓄熱換熱器，其特征在于：所述散堆蓄熱介質層和規(guī)整 蓄熱介質層交替相疊置在一起。
4. 根據(jù)權利要求1-3任一所述的一種蓄熱換熱器，其特征在于：所述散堆蓄熱介質層 和規(guī)整蓄熱介質層之間設有過渡結構，所述過渡結構具有多個用于通氣的孔或格。
5. 根據(jù)權利要求1所述的一種蓄熱換熱器，其特征在于：所述規(guī)整蓄熱介質層為蜂窩 蓄熱體或波紋蓄熱體，所述散堆蓄熱介質層為厚壁拉西環(huán)、厚壁十字環(huán)、厚壁鮑爾環(huán)和/或 蓄熱球。
6. 根據(jù)權利要求1所述的一種蓄熱換熱器，其特征在于：每層散堆蓄熱介質層和規(guī)整 蓄熱介質層的厚度為50-500mm。
7. 根據(jù)權利要求1所述的一種蓄熱換熱器，其特征在于：所述蓄熱床固定結構包括蓄 熱介質支撐板以及蓄熱介質壓圈，蓄熱床設置在蓄熱介質支撐板和蓄熱介質壓圈之間。
8. -種蓄熱換熱裝置，其特征在于：包括兩個權利要求1-7任一所述的一種蓄熱換熱 器以及智能控制器、熱氣管路、空氣管路，所述氣體進出導管包括熱氣進出口和空氣進出 口，熱氣進出口和空氣進出口上分別設置有閥門，熱氣管路輸出口設有熱氣出口溫度傳感 器，空氣管路輸出口設有空氣出口溫度傳感器，熱氣進出口與熱氣管路連接，空氣進出口與 空氣管路連接，所述閥門、熱氣出口溫度傳感器以及空氣出口溫度傳感器分別與智能控制 器連接。
9. 根據(jù)權利要求8所述的一種蓄熱換熱裝置，其特征在于：所述同一蓄熱換熱器的熱 氣進出口和空氣進出口輪流開閉，兩蓄熱換熱器當其中一蓄熱換熱器的熱氣進出口打開通 入熱氣時，另一蓄熱換熱器的空氣進出口則打開通入空氣。
10. 根據(jù)權利要求8所述的一種蓄熱換熱裝置，其特征在于：所述閥門為氣動閥門。
【文檔編號】F28D20/00GK104089511SQ201410277098
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2014年6月19日 優(yōu)先權日:2014年6月19日
【發(fā)明者】馮毅, 田麗軍 申請人:華南理工大學