專利名稱：模組化熱管熱交換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及一種用于將熱量從熱氣體傳輸至冷氣體的熱管熱交換器，特別用在用于預(yù)熱燃燒空氣和/或燃燒氣體的熱回收裝置中。
背景技術(shù)：
熱回收系統(tǒng)用于多種工業(yè)中，以從一種介質(zhì)中回收熱量并且將其傳輸至另一種介質(zhì)。用一種氣體的過剩的熱量去預(yù)熱另一種氣體能夠減小能量消耗并且因此也更加環(huán)境友好。一種這樣的熱回收系統(tǒng)是例如在US 4，434，004中所披露的，其涉及用于回收和重復(fù)利用來自于熱廢氣(尤其是來自于冶金過程中的廢氣以及來自于溫暖的氣體)的熱量 的方法和設(shè)備。溫暖的或者熱的廢氣將它們的保留熱量傳輸至豎直放置的熱管的下部。然后冷空氣或者冷氣體被引導(dǎo)通過所述熱管的上部，因此將所述熱管的熱量傳輸至所述冷空氣或者冷氣體。所述設(shè)備包括下腔室和上腔室，通過所述下腔室供應(yīng)熱氣體，通過所述上腔室供應(yīng)冷氣體。熱管豎直布置在所述兩個腔室中并且從一個腔室延伸進入另一個腔室。當熱氣體穿過所述下腔室的時候，來自于該熱氣體的熱量被所述熱管的下部吸收，因此冷卻所述熱氣體。在熱管中，熱量從所述熱管的下部傳輸至上部。經(jīng)過所述上腔室的冷氣體被經(jīng)過所述熱管的更熱的上部加熱。熱管熱交換器由于它們的非?？焖俚臒醾鬏敹ǔ１皇褂?。然而，同其它類型的熱交換器一樣，它們確實面臨著被流體中的污物、灰塵以及顆粒積垢和污染的問題。這種污物確實可以沉積在所述熱管的熱傳輸表面上并且因此減小所述熱管與待加熱或者冷卻的流體之間的熱傳輸效率。此外，隨著越來越多的污物沉積，所述熱管熱交換器變得阻塞并且通過所述熱交換器的壓降隨之增加。因此需要周期性地執(zhí)行所述熱回收系統(tǒng)的停工維護以清理污染物并且打開通過所述熱交換器的流動通路。由于大量的熱管布置在這種熱交換器中，因此所述熱管的清理通常是非常耗費時間的過程。此外，難以到達所述熱交換器中的多種區(qū)域這種情況也不便于所述清理過程。延長的停工周期必然導(dǎo)致生產(chǎn)損失和高操作成本。發(fā)明目的本發(fā)明的目的是提供一種熱管熱交換器，其避免上面的缺點。

發(fā)明內(nèi)容
這個目的由權(quán)利要求I中要求保護的一種熱管熱交換器實現(xiàn)。用于從熱氣體向冷氣體傳輸熱量的熱管熱交換器包括殼體，所述殼體具有第一腔室，用于通過其供應(yīng)熱氣體；第二腔室，用于通過其供應(yīng)冷氣體；以及多個熱管，所述熱管在第一腔室和第二腔室之間延伸以便將熱量從熱氣體傳輸至冷氣體。根據(jù)本發(fā)明的一個重要方面，隔離面板布置在所述第一腔室和第二腔室中以便將所述腔室分成熱管隔間，所述隔離面板布置在基本平行于通過所述腔室的氣流的平面中，熱管筒可移除地布置在所述殼體中的熱管隔間中。每個熱管筒均包括框架，所述框架具有用于支撐多個熱管的支撐面板。所述支撐面板被布置成，當所述熱管筒布置在所述殼體中時，所述支撐面板與位于所述第一腔室和第二腔室之間的隔離壁相配合以在所述第一腔室和第二腔室之間形成不透氣的隔離；此外，所述熱管穿過所述支撐面板并且以不透氣的方式固定至所述支撐面板。一個或者多個隔離面板將氣流的橫截面分成兩個或者更多個更小的橫截面。沿寬度將所述腔室分割成更小的隔間通過減小流動導(dǎo)致的振動(這種振動可導(dǎo)致所述熱交換器的結(jié)構(gòu)崩塌)而增強了所述熱交換器的聲學(xué)特性。在本發(fā)明的所述熱交換器中，極大地減小了所述熱管的振動，因此避免了這種結(jié)構(gòu)崩塌。根據(jù)本發(fā)明，所述熱管在熱管筒中被捆綁在一起以便于所述熱交換器維護。所述熱交換器被分成多個熱管隔間，每個熱管隔間被設(shè)計和構(gòu)造為在其中容納一個熱管筒。這種熱管筒安裝在所述熱交換器中，使得所述熱管筒的支撐面板與所述隔離壁齊平。所述支撐面板連接至所述隔離壁以在所述第一腔室與第二腔室之間形成隔離。 在停工維護期間，可以檢查所述熱管。如果一個或者多個所述熱管筒需要維護，例如由于具有壞掉的熱管或者嚴重污染的熱傳輸表面，則可以將所涉及的熱管筒從所述熱交換器中取出。然后可將替換的熱管筒安裝在所述熱交換器之中并且可使所述熱傳輸系統(tǒng)返回工作?？梢栽谒鰺峤粨Q器的外面清理或者維修所損壞的熱管筒，因此不會延長所述熱回收系統(tǒng)的停工周期。事實上，現(xiàn)在所述維護的大多數(shù)耗時部分都可以在所述熱交換器的外面執(zhí)行，而所述熱交換器能處于工作中。通過提供一種具有可更換的熱管筒的模組化熱管熱交換器，可以極大地減小所述熱回收系統(tǒng)的停工周期。所述熱管筒的支撐面板優(yōu)選地通過可移除焊接連接至所述隔離壁，以在所述第一腔室和第二腔室之間形成不透氣的密封。在將所述熱管筒安裝在所述熱交換器上之后執(zhí)行周向的可移除焊接。在從所述熱交換器中移除所述熱管筒之前，可以破壞這種周向焊接。應(yīng)當注意到可以通過其它合適的方式(諸如例如螺栓)實現(xiàn)支撐面板與隔離壁之間的連接。可以在支撐面板與隔離壁之間布置密封元件以在所述第一腔室與第二腔室之間形成不透氣密封。所述熱交換器優(yōu)選地包括位于所述第二腔室的外壁中的第一開口和位于所述第一腔室與第二腔室之間的隔離壁中的第二開口 ；所述第一開口和第二開口的布置和尺寸允許通過其供應(yīng)熱管筒。所述第一和第二開口允許所述熱管筒容易且快速地供給至所述熱交換器中或者從所述熱交換器移除。有利地，所述熱管通過螺釘和埋頭螺母機構(gòu)固定至所述支撐面板，所述支撐面板的兩側(cè)上設(shè)有金屬墊片以提供不透氣連接，然而，當為了維護和更換的目的而更換所述熱管時，該連接可以被松開。在所附從屬權(quán)利要求中陳述這些和其它優(yōu)選的實施例。


現(xiàn)在將參考附圖通過實例的方式描述本發(fā)明，其中圖I :是根據(jù)本發(fā)明具有兩個熱管熱交換器的熱回收系統(tǒng)的立體圖；圖2 :是圖I熱回收系統(tǒng)去掉它的轉(zhuǎn)換罩的立體圖；圖3 :是用于圖I熱回收系統(tǒng)的熱管筒的立體圖；以及
圖4 :是圖3的熱管筒的框架的立體圖。
具體實施例方式圖I示出了根據(jù)本發(fā)明的具有兩個熱管熱交換器12，12’的熱管回收系統(tǒng)10的優(yōu)選實施例。熱交換器12，12’中的一個可以用于預(yù)熱燃燒氣體，而熱交換器12，12’中的另一個可以用于預(yù)熱燃燒空氣。每個熱交換器12，12’包括具有第一端口 16和第二端口 18的第一腔室14以及具有第三端口 22和第四端口 24的第二腔室20。在圖中所示的實施例中，所述第二腔室20豎直布置在所述第一腔室14之上。多個熱管26 (通常幾千個)豎直布置在所述第一和第二腔室14，20中。這些熱管26通常在所述第二腔室20的整個高度上延伸，穿過隔離壁(在圖I中不可見)從所述第二腔室20到達所述第一腔室14且在所述第一腔室14的整個高度上延伸。通過所述熱交換器的空氣或氣體流動可以是分別從所述第一和第三端口 16，22至所述第二和第四端口 18，24。然而，優(yōu)選地，所述熱交換器以逆流(counter-flow)模式操作， 其中通過所述熱交換器的空氣或者氣體流動分別是從所述第一和第四端口 16，24至所述第二和第三端口 18，22。根據(jù)本發(fā)明，所述熱管26在熱管筒中捆綁在一起以方便熱交換器的維護。圖I中所示的熱交換器12沿氣體流動方向被分成三個熱管模組28，28’，28”，每個熱管模組沿垂直于所述氣體流動方向被再次分成兩個熱管隔間30，30’。每個熱管隔間30，30’均被設(shè)計和構(gòu)造為在其中容納一個熱管筒。在圖2中更清楚地示出了所述熱管模組28，28’，28”和熱管隔間30，30’，所述圖2示出了圖I的熱回收系統(tǒng)10，其中用于與管子連接的轉(zhuǎn)換罩已經(jīng)被移除。圖2還示出了位于所述第一腔室14與第二腔室20之間的隔離壁32。還能看出，隔離面板34布置在所述熱管隔間30，30’之間。這些隔離面板34處于與穿過所述熱交換器12，12’的氣流平行的方向上，并且將氣流的橫截面分成兩個更小的橫截面。沿其寬度將所述腔室14，20分成更小的隔間通過減小流動導(dǎo)致的振動而增強了所述熱交換器的聲學(xué)特性。在本發(fā)明的所述熱交換器12，12’中，所述熱管的振動被極大地減小，因此減小由熱交換器產(chǎn)生的噪音污染。所述隔離面板34優(yōu)選地可移除地布置，使得在停工維護期間可以將它們移除以有助于接近所述熱管26?？梢栽O(shè)置不止一個隔離面板34以將氣流的橫截面分成多于兩個的更小橫截面。如上所述，根據(jù)本發(fā)明，所述熱管26在熱管筒36中捆綁在一起，在圖3中更詳細地示出了其中的一個。現(xiàn)在參考圖3和圖4更詳細地描述所述熱管筒36，圖4示出了圖3的熱管筒36移除了全部熱管的情況。所述熱管筒36包括安裝在框架38中的多個熱管26 (其幾百個)。這種框架38包括具有上表面42和下表面44的支撐面板40，所述上表面在安裝時面對所述第二腔室20，所述下表面在安裝時面對所述第一腔室14。所述支撐面板40包括多個孔，用于使單個熱管26從中穿過。提供連接裝置(在下面對其進行更詳細的描述)以將每個熱管26固定至所述支撐面板40。所述框架38還包括具有孔的多個輔助面板46，所述孔使單個熱管26從中穿過。所述輔助面板46平行于所述支撐面板40布置并且與所述支撐面板以及彼此之間具有預(yù)定的距離。所述輔助面板46的孔具有足夠大的直徑以允許所述熱管26連同其相關(guān)的散熱片從中通過，而不會在所述輔助面板46與所述熱管26之間形成固定連接。事實上，所述輔助面板46的目的主要是將相鄰的熱管26保持以預(yù)定的距離彼此分開。所述輔助面板46起到距離引導(dǎo)件的作用并且在操作期間保持所述熱管有序(in line)。如圖4中所示的，所述支撐面板40和所述輔助面板46通過四個連接桿48連接在一起。所述支撐面板40、所述輔助面板46以及四個連接桿48 (例如通過焊接)牢固地連接在一起以形成所述熱管筒36的框架38。所述熱管26牢固地連接至所述支撐面板40并且，為了避免氣體從腔室14，20中的一個轉(zhuǎn)移到另一個中，所述熱管的連接應(yīng)該是不透氣的。多種連接方式是已知的，諸如例如將所述熱管直接焊接至所述支撐面板；用密封環(huán)進行擠壓和緊固；或者擰進所述支撐面板中。然而，優(yōu)選地，使用螺釘和埋頭螺母機構(gòu)，其中通過一側(cè)上的螺釘頭和另一側(cè)上的埋頭螺母而在所述支撐面板的兩側(cè)上實現(xiàn)不透性(tightness，密封性)。金屬墊片優(yōu)選地設(shè)置 在所述支撐面板40的兩側(cè)上，位于所述螺釘頭與所述支撐面板40的上表面42之間以及位于所述埋頭螺母與所述支撐面板40的下表面44之間。所述螺釘和埋頭螺母機構(gòu)具有以下優(yōu)點可以將單個熱管26從所述支撐面板40移除和更換。因此可以容易地更換損壞的熱管。此外，在所述支撐面板40的上表面42與下表面44之間形成不透氣密封，因此來自所述第一腔室14的氣體不會與來自所述第二腔室20的氣體混合。如果所述氣體中之一是燃燒氣體，則這是特別重要的。為了安裝和移除所述熱管筒36，所述熱交換器設(shè)置有位于所述第二腔室20的外壁52中的第一開口 50。第二開口 54布置在所述第一腔室14與第二腔室20之間的隔離壁32中。在安裝期間，熱管筒36通過所述第一開口 50和所述第二開口 54豎直下放進入所述熱交換器12，12’中。所述支撐面板40下降至所述隔離壁32的高度以封閉所述第二開口 54。優(yōu)選地，在所述支撐面板40焊接至所述隔離壁之前，所述支撐面板40的邊緣在整個周邊上擱置在所述隔離壁32上，從而在所述支撐面板40與所述隔離壁32之間形成不透氣連接。在安裝在所述熱交換器12、12’中后，所述熱管26的下部布置在所述第一腔室14中，并且當熱氣體被供應(yīng)通過所述第一腔室14時用作蒸發(fā)器，而所述熱管26的上部布置在所述第二腔室20中并且當冷氣體被供應(yīng)通過所述第二腔室20時用作冷凝器。在例行停工維護期間，可以通過布置在所述熱交換器12，12’的側(cè)壁中的檢修孔和檢視窗檢查所述熱管26。如果例如由于具有損壞熱管或者嚴重污染的熱傳輸表面的原因而導(dǎo)致一個或者多個所述熱管筒36需要維護，可以通過破壞所述支撐面板40與所述隔離壁32之間的焊接并通過將所述損壞的熱管筒36從所述熱交換器12，12’中取出而移除相關(guān)的熱管筒36。然后將更換的熱管筒36安裝到所述熱交換器中并且可以使所述熱傳遞系統(tǒng)返回工作?？梢栽谒鰺峤粨Q器的外部清理和修理所述損壞的熱管筒36，因此不會延長所述熱回收系統(tǒng)的中斷周期。事實上，現(xiàn)在，維護的大部分耗時部分均可以在所述熱交換器的外部執(zhí)行，而所述熱交換器保持處于工作中。通過提供具有可更換的熱管筒的模組化熱管熱交換器，可以極大地減小所述熱回收系統(tǒng)的中斷周期。應(yīng)當注意到，本描述涉及一種與熱爐裝置相關(guān)的熱交換器。這種熱交換器通常具有兩個腔室14，20，所述兩個腔室中的一個豎直布置在另一個上面。然而在本發(fā)明的范圍中，能夠幾乎水平地所述兩個腔室14，20中的一個放置在另一個旁邊。然而所述熱管應(yīng)相對于水平面存在輕微的傾斜度(例如至少5° )。這種布置也可以用于其它應(yīng)用諸如例如發(fā)電廠。參考標記的目錄10熱回收系統(tǒng)34隔離面板
12熱管熱交換器36熱管筒14第一腔室38框架16第一端口40支撐面板18第二端口42上表面20第二腔室44下表面22第三端口46輔助面板24第四端口48連接桿26熱管50第一開口28熱管模組52外壁30熱管隔間54第二開口32隔離壁56檢視窗
權(quán)利要求
1.用于從熱氣體向冷氣體傳輸熱量的熱管熱交換器，所述熱管熱交換器(12,12’)包括殼體，所述殼體具有 第一腔室(14)，用于通過其供應(yīng)熱氣體； 第二腔室(20)，用于通過其供應(yīng)冷氣體；以及 多個熱管(26)，其在所述第一腔室(14)與所述第二腔室(20)之間延伸以便將熱量從所述熱氣體傳輸至所述冷氣體， 其特征在于 隔離面板(34)布置在所述第一和第二腔室(14，20 )中以將所述腔室(14，20 )分成熱管隔間(30，30’)，所述隔離面板(34)布置在基本平行于通過所述腔室(14，20)的氣流的平面中，并且 熱管筒(36)可移除地布置在所述殼體中的所述熱管隔間(30，30’)中；其中每個熱管筒(36 )包括框架(38 )，所述框架具有用于支撐多個熱管(26 )的支撐面板(40 );所述支撐面板(40)被布置成使得，當所述熱管筒(36)布置在所述隔間(30，30’)中時，所述支撐面板(40)與位于所述第一腔室(14)和所述第二腔室(20)之間的隔離壁(32)配合，以在所述第一和第二腔室(14，20)之間形成不透氣的隔離；所述熱管(26)穿過所述支撐面板(40)且以不透氣的方式固定至所述支撐面板。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的熱管熱交換器，其中，所述熱管筒36的所述支撐面板(40)通過可移除的焊接連接至所述隔離壁(32)，以在所述第一和第二腔室(14，20)之間形成不透氣密封。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的熱管熱交換器，其中，所述熱管筒36的所述支撐面板(40)通過螺栓連接至所述隔離壁(32)，密封元件布置在所述支撐面板(40)與所述隔離壁(32)之間以在所述第一和第二腔室(14，20)之間形成不透氣密封。
4.根據(jù)權(quán)利要求I至3中任一項所述的熱管熱交換器，其中，所述框架(38)還包括一個或者多個輔助面板(46)，每個輔助面板(46)均包括多個孔，用于容納從中通過的熱管(26),所述孔被布置為對所述熱管(26)提供引導(dǎo)件且將所述熱管(26)保持基本彼此平行。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的熱管熱交換器，其中，所述熱管(26)設(shè)置有散熱片且所述輔助面板(46)的所述孔具有足夠大的直徑以允許所述散熱片從中穿過。
6.根據(jù)權(quán)利要求4至5中的任一項所述的熱管熱交換器，其中，所述框架包括一個或者多個連接桿(48 )，所述連接桿用于將所述支撐面板(40 )和所述輔助面板(46 )連接于所述連接桿。
7.根據(jù)權(quán)利要求I至6中的任一項所述的熱管熱交換器，其中，所述熱交換器(12，12’)包括位于所述第二腔室(20)的外壁(52)中的第一開口(50)和位于所述第一與第二腔室(14，20)之間的所述隔離壁中的第二開口(54);所述第一和第二開口的布置和尺寸允許通過其供給熱管筒。
8.根據(jù)權(quán)利要求I至7中的任一項所述的熱管熱交換器，其中，當所述熱管筒(36)安裝在所述熱交換器(12，12 ’)中時，所述支撐面板(40 )焊接至所述隔離壁(32 )。
9.根據(jù)權(quán)利要求I至8中的任一項所述的熱管熱交換器，其中，檢修孔和檢視窗(56)布置在所述熱交換器(12，12’)的側(cè)壁中。
10.根據(jù)權(quán)利要求I至9中的任一項所述的熱管熱交換器，其中，所述熱管(26)通過螺釘和埋頭螺母機構(gòu)固定至所述支撐面板(40 )。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的熱管熱交換器，其中，金屬墊片設(shè)置在所述螺釘?shù)穆葆旑^與所述支撐面板(40)的上表面(42)之間；和/或埋頭螺母與所述支撐面板(40)的下表面(44)之間。
全文摘要
一種用于從熱氣體向冷氣體傳輸熱量的熱管熱交換器(12，12’)，所述熱管熱交換器包括殼體，所述殼體具有第一腔室(14)，用于通過其供應(yīng)熱氣體；第二腔室(20)，用于通過其供應(yīng)冷氣體；以及多個熱管(26)，在第一腔室(14)與第二腔室(20)之間延伸以便將熱量從熱氣體傳輸至冷氣體。熱管熱交換器(12，12’)還包括可移除地布置在殼體中的一個或者多個熱管筒(36)。每個熱管筒(36)包括框架(38)，所述框架具有用于支撐多個熱管(26)的支撐面板(40)；當熱管筒(36)布置在殼體中時，支撐面板(40)布置成使得支撐面板(40)與位于第一腔室(14)和第二腔室(20)之間的隔離壁(32)配合以在第一和第二腔室(14，20)之間形成不透氣的隔離。熱管(26)穿過支撐面板(40)且以不透氣的方式固定至支撐面板。
文檔編號F28D15/02GK102859310SQ201180020069
公開日2013年1月2日 申請日期2011年4月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月22日
發(fā)明者弗蘭克·蒂爾, 諾伯特·考滕布格爾, 哈尼·埃爾-卡薩斯, 埃米爾·洛納爾迪, 法比奧·加爾布金奧, 斯特凡諾·奧利維里, 盧卡·斯帕多尼 申請人:保爾伍斯股份有限公司, 保爾伍斯意大利股份公司, 保爾伍斯耐火材料與工程有限責(zé)任公司