专利名称：热交换器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种热交换器，它带有一个供一次介质流通的初级室和一个供二次介质流通的次级室，两个室由一个气密的导热壁互相分隔开。
热交换器的作用在于将热能从一种热的一次介质向一种冷的二次介质传送，但是这两种介质不会混合在一起。这种热交换器已知道的就有多种结构形式。其中一种结构形式设有一个容器，容器里面装有多根平行放置的管道。在相邻的管子之间设有作为横撑的跨接件。这些平行管子是气密地穿过容器壁的次级回路的组成部分。管子的内部构成次级室，接受热的二次介质在其中流过。容器中的余下的内部空间是初级回路的一部分。它构成初级室，热的一次介质在其中流过。
这样的热交换器也可以装入一种按EP-PS 0 302 310设计的干馏-燃烧-设备中。热的烟气的热能通过二次介质被送入到一个热解鼓的内含物中。在一个公知的热交换器的这样的结构中，导送二次介质的管子必须用耐高温的材料制成。这样就需要在管子上被覆耐火材料。为此，管子上就必须设置有金属销子，以便使耐火的陶瓷材料能被夹持在其间。
用平行管子构成次级室的热交换器制造花费大并且成本高。所需用的管子已经是很昂贵，通过跨接件来连接这些管子还需要昂贵的焊接工作。
在一个装备在干馏-燃烧-设备内的具有这样的平行管道结构的热交换器中，一次介质是热的烟气，管子的表面必须用耐火材料被覆。由于管子的弯曲表面，花费很大。所需用的销子的焊接就由于弯曲的表面而不能用机械操作，而需要昂贵的手工操作。
本发明的目的在于提供一种热交换器，它可以用简单而廉价的材料很快地制成，而且仍能可靠地操作。特别是热交换器内并没有因为各构件的热膨胀不同而产生材料应力或者甚至如脱焊的损伤。
这目的根据本发明是这样达到的，即次级室由壁和跟该壁间隔开一段距离的外壳板来限定，并且该次级室还通过设置在壁与外壳板之间的成型板分成一个内分室和一个外分室。
通过设置这成型板形成多条起次级室作用的管状槽道。本发明的热交换器的制造只需用廉价的成型板和更为廉价的非成型板来作外壳板以代替昂贵的管子。利用这种廉价就可得到的材料就能根据本发明制成供二次介质流通的平行伸展的槽道，其作用相应于昂贵的通过跨接件连接的平行管子。情况确实是如此，虽然槽道经常并不是相互界限分明的。
通过在壁和外壳板之间设置成型板以构成两个分室，每个分室通过该成型板被再分成多条平行伸展的槽道。内分室的槽道直接由将次级室从初级室分开的壁来限定。在内分室流动的二次介质首先被加热。这被加热了的二次介质随着可以将热能通过成型板传给外分室内的二次介质。
例如，成型板沿一次介质的流动方向设置并在一个垂直于一次介质流动方向的平面内限定其横截面形状。
因而，由于二次介质可以通过内槽道与一次介质同方向或相反方向流动，通过导热的壁使初级室和次级室之间的良好热传导得到了保证。
例如，成型板设置成使它交替地跟限定初级室的壁和跟外壳板接触，从而构成许多个再分室，并使外壳板对壁的间隔保持均一。
成型板可以被夹住，其优点是不需要焊接连接。
壁、成型板和外壳板在径向的方向上、也就是在垂直于气流的方向上、保持相互间固定的位置是很有利的，而它们在热交换器的轴向方向上，也就是在气流的方向上、却可以随着热膨胀各自自由地移动。
例如，成型板只是在其上段固定住，而在壁与外壳板之间自由地悬挂着。这样所得到的好处是外壳板、壁及成型板的不同的热膨胀对结构的其余部分不会造成影响。相互刚性连接的构件的不同热膨胀则可能造成弯曲或甚至出现裂痕。
例如，次级室的两个分室在其一个端侧处、例如在热交换器的底端、是相互连通的。在其另一个端侧处、例如在热交换器的顶端、外分室与一个输入管相连通，而内分室与一个输出管相连通。
这样，二次介质就能够通过次级室引入，二次介质首先在外分室、也就是在其槽道内流动，然后转向流入内分室内、也就是在其槽道内沿相反的方向流动。为输入二次介质，外分室连接有一个输入管。为输出二次介质，内分室连接有一个输出管。
这样安排的好处是同一的二次介质两次通过次级室。二次介质相对方向的流动可以获得这样的好处，即在内分室流动的较热的介质能对在外分室流动的较冷的介质通过成型板给予预热。
例如，外壳板在热交换器的一个端侧处通过底板气密地与初级室的壁相连，而成型板终止于离底板一段距离处。这样的结构可以使次级室的分室相互连通，而气流就能有利地在成型板的底端处围绕着底端通过。气体从一个分室到达另一个分室，例如从外分室进入内分室。而且还保证没有气体从次级室中逸出。
所述底板可设计成例如具有弹性。这样做的好处在于，由于壁和外壳板的不同热膨胀而产生的应力可以由此抵消。成型板的热膨胀不会产生应力，因为它在离开底板一段距离处就终止了，只是在其上部被固定住。
在与底板相对的端侧、也就是在热交换器的顶端，次级室的外分室通过一个在外壳板和成型板之间伸展的封闭板封闭住。在封闭板的朝下一侧设置有一个向内分室开口的第二集气通道，该通道连接有一个输出管。一个向外分室开口的第一集气通道设置在封闭板的另一侧。这第一集气通道连接有一个输入管。
这个结构确保二次介质在热交换器的一个端侧的范围内只能到达次级室的外分室内。通过第一集气通道保证了二次介质分配到由成型板形成的各再分室中。这第一集气通道将所有的外再分室相互连通。二次介质可以从输入管通过第一集气通道到达每一个单独的外再分室。由于已没有其它的路径通过该封闭板，二次介质在成型板与外壳板之间沿同一方向流动。在初级室的壁与外壳板相连的底板处，二次介质的流向发生倒转。它绕过成型板的底端然后在成型板与第一室的壁之间流过，到达第二集气通道。通过第二集气通道，次级室的内再分室彼此连通。从而所有内再分室的二次介质都汇集在一起通过输出管向外输出。
这个结构的好处是，在运转一个短时间后，在外分室内的二次介质由在内分室内已经加了热的介质通过成型板进行热交换而被预热。
例如，第一集气通道套设地设置在外壳板的外表面上，外壳板具有朝向第一集气通道的连续的开口。采用这样的结构形式就能保证，即使成型板接触外壳板，所有的外再分室通过这第一集气通道也是互相连通的。
例如，成型板只是在其上部悬挂地固定着。它通过第二集气通道与初级室的壁相连。由此给出一个简单而有效的结构，而成型板由于它像一块帘幕似地悬挂着，所以可以向下膨胀伸展，这就不会在材料内产生应力或甚至裂缝。
成型板有例如一个角形的横截面形状。这横截面形状可以成矩形或是梯形。成型板可以以平面贴靠在外壳板上与/或贴靠在初级室的壁上。横截面形状还可以成三角形。
根据另一个实例，成型板可以是一块带有圆的、特别是正弦形横截面形状的波纹板。这样的波纹板可以按照所需的形状在市场上购得。使用一种公知的波纹板的好处在于热交换器的造价可以进一步降低。这是因为波纹板的价格明显地低于管子的价格。
成型板与/或外壳板与/或次级室的其它部件可以用例如钢来制造。在这里只需用低价的钢就足够了，因为在本发明的热交换器内，成型板和外壳板都不与热的一次介质接触。热的一次介质只接触初级室的壁。在带有管子和跨接件的公知结构形式中，所有的部件都与热的一次介质接触，因而必须用耐热的材料制成。而在本发明的热交换器中，成型板和外壳板却可以用一种单一的、廉价的钢来制造。它的有利之处在于，几乎每一种商业上的常规的波纹板都可以使用。只有初级室的壁必须用能耐例如800℃高温的材料来制造。
在初级室和次级室之间的壁可以在其朝向初级室的一侧例如配置销子并用一种耐火的陶瓷材料进行捣筑。这样就保证排除了含有害物质的一次介质对壁的腐蚀。
将销子配置在壁上的工作可以通过自动焊接来完成，因为一个平的或只有微小弯曲的表面必须配置销子。在这里也能看到本发明的热交换器与公知的热交换器相比有一个外加的优点，对于后者，管子表面必须配置销子，但由于管子表面的曲率很高，只能用花费大的手工操作来完成。在配置有销子的壁上敷布陶瓷材料时也是同样的情况。
一次介质例如是一种热的烟气，而二次介质是一种加热用气体。使用本发明的热交换器，可使热的烟气转给加热用气体的热能用来对一种物料加热或预热。
例如，一次介质是来自根据EP-PS 0 302 310设计的干馏-燃烧-设备中的燃烧室的热烟气，而二次介质是对干馏-燃烧-设备的热解反应器加热的气体。本发明的热交换器完全可以适用于这样一种公知的干馏-燃烧-设备中。通过这个操作可靠的和利用简单的材料快速、廉价和可靠地制成的热交换器，非常热的烟气的热能就能在热解反应器中被用来对那里准备干馏的物料进行预热。
本发明的热交换器是这样一种可供使用的热交换器，它可以用如波纹板这样的、简单的、可购到的廉价材料快速制成并可靠地操作。特别是它的材料的热膨胀并不影响其功能。
本发明热交换器借助于附图进行详细说明。在附图中，
图1示出一个热交换器的透视图;
图2示出该热交换器的部分剖视图。
图1的热交换器1包含一个其中流过一种热的一次介质、例如热的烟气R的初级室2和一个其中流过一种吸收热量的二次介质、例如一个热解反应器的加热用气体的次级室。初级室2与次级室通过壁4相互隔开。图1所示的壁4构成一个具有圆形横截面的管子，然而其横截面可以是任何其它的形状。次级室3除了由壁4限定外还由外壳板5限定。次级室3构成一个环绕着初级室2的环形室。次级室3通过一个成型板6分成一个内分室3a和一个外分室3b。该成型板6可以是一个自行封闭的正弦形地弯曲的波纹板，这波纹板交替地跟壁4与外壳板5接触。因而次级室3的内分室3a与外分室3b分别再分成再分室，并且成型板6起壁4与外壳板5的横撑的作用。加热用气体H可能在每个再分室之间发生交换，因为成型板6跟壁4与外壳板5不是气密地连接的。
两个分室3a与3b在热交换器1的一个端侧上、在图1中是在下端侧上、相互连通，并且对外封闭住。这连通通过底板7实现。成型板6在底板7上方一个距离处终止。加热用气体H可以通过这个间隔从外分室3b到达内分室3a，或者是反过来。
设有一个输入管8将加热用气体H供给到次级室3内。这输入管穿入环绕着热交换器1的第一集气通道9内。这第一集气通道9朝外分室3b开口。在图1中，外分室3b在第一集气通道9的上方通过设置在外壳板5与成型板6之间的封闭板10封闭住。从而保证了输入的加热用气体H在外分室3b内总是朝下导引。加热用气体H通过第一集气通道9分流到外分室3b的再分室内。加热用气体H的流向在底板7与成型板6的下端之间转向，并从外分室3b到达内分室3a。在这里加热用气体如图1所示地向上流动。在热交换器1的上端设有一个朝内分室3a开口但不向外分室3b开口的第二集气通道11。这第二集气通道11可以通过封闭板10跟外分室3b分隔开，也可以具有它自己的封闭板，使得在集气通道9与11之间有一个从外面伸展到成型板6为止的开口。第二集气通道11收集加热用气体H，这气体首先在外分室3a内从上到下流动，然后在内分室3a内从下到上流动。这第二集气通道11连接有一根输出加热用气体H的输出管12。成型板6通过这第二集气通道11跟壁4实现机械连接。可以在热交换器1的上段用一种另外的刚性连接来代替。外壳板5通过第一集气通道9和封闭板10跟成型板6连接。封闭板10也可以不跟成型板6连接而直接跟第二集气通道11连接或甚至成为第二集气通道11的一个部分。
热的一次介质、例如是温度超过800℃的烟气、在初级室内流动。初级室2跟次级室3一样，连接有在图1内没有示出的输入管与输出管。
初级室2的壁4由耐热材料制成，壁4例如配置有销子并用耐火陶瓷材料进行捣筑。热交热器1的所有其他部分可以用廉价的板材制成，因为它们只跟比较冷的二次介质-加热用气体H接触。加热用气体H在输入管8处的温度例如是250℃，在输出管12处的温度是600℃。
图2示出通过图1的热交换器1的次级室3的径向剖切面。初级室2的壁4在朝初级室2的侧面上设有销子13并用耐火陶瓷材料14进行捣筑。销子13使陶瓷材料14具有良好的附着性能。次级室3由壁4和外壳板5限定。次级室通过其成型形状在图2的剖切图上未示出的成型板6分成内分室3a与外分室3b。根据径向截面的位置，成型板6或直接跟壁4接触、或直接跟外壳板5接触、或跟其间的任何一个部位接触。这是因为，成型板6是在一个垂直于图面的并垂直于壁4的一个平面上限定其横截面形状的，其成型横截面覆盖次级室3的整个宽度。成型板6的成型横截面可以是角形的构形或是带圆弧的、如正弦形的构形，但是也可以是其它可以形成的构形。外壳板5通过底板7跟壁4连接。这个底板7可以做成箱形，也可以设计成具有弹性来平衡不同的热膨胀。成型板6在次级室3内在底板7上方一段距离处终止。外分室3b在上方通过封闭板10封闭住。外分室3b在封闭板10下面跟输入管8连接。第一集气通道9可以安置在输入管8与外分室3b之间。这个集气通道将外分室3b的、由于成型板6的成型构形而形成的单个的再分室相互连通。内分室3a连接有一根输出管12，在其间设置有一个第二集气通道11来将从内分室3a流出的二次介质汇集。成型板6在图2中独特地固定在第二集气通道11上，像一张帘幕那样悬挂在次级室3内。因而成型板6的热膨胀能够不影响热交换器1的其它构件。第一集气通道9和其上的外壳板5通过封闭板10支持在成型板6上。具有例如800℃的温度的一次介质、特别是烟气R、流过初级室。带有例如250℃的温度的二次介质、特别是加热用气体H、通过输入管8和第一集气通道9流入次级室的外分室3b。在那里第二介质向下流，在底板7前面转向向上流入内分室3a，在那里加热达到例如600℃，然后通过第二集气通道11进入输出管12。
采用本发明的热交换器1可以达致以下的优点，即只需用如波纹板这样的廉价的材料来构筑次级室3而不需用昂贵的材料，以及，热交换器1的构件的热膨胀不影响热交换器的稳定性。
权利要求
1.一种带有为一次介质设立的初级室(2)和为二次介质设立的次级室(3)的热交换器(1)，初级室跟次级室通过气密的、导热的壁(4)相互分隔开，其特征在于，次级室(3)由壁(4)和跟这个壁(4)间隔开的外壳板(5)限定，并且次级室(3)通过设置在壁(4)与外壳板(5)之间的成型板(6)分成内分室(3a)与外分室(3b)。
2.按权利要求1的热交换器(1)，其特征在于，成型板(6)沿一次介质的流动方向伸展，并且是在一个垂直于一次介质的流动方向的平面上限定其横截面形状的。
3.按权利要求1或2的热交换器(1)，其特征在于，成型板(6)交替地跟壁(4)与外壳板(5)接触，从而形成再分室并使外壳板(5)跟壁(4)保持均一的距离。
4.按权利要求1至3中之一项的热交换器(1)，其特征在于成型板(6)在其上段被固定住，并在壁(4)与外壳板(5)之间自由地向下悬挂。
5.按权利要求1至4中之一项的热交换器(1)，其特征在于，两个分室(3a与3b)在成型板(6)的一端侧相互连通并对外封闭，在成型板(6)的另一端侧，外分室(3b)连接有输入管(8)，内分室(3a)连接有输出管(12)。
6.按权利要求5的热交换机(1)，其特征在于，壁(4)与外壳板(5)在成型板(6)的一端侧通过底板(7)相互气密地连接，在该端侧处成型板(6)离底板(7)一个距离处终止。
7.按权利要求6的热交换器(1)，其特征在于，底板(7)具有弹性。
8.按权利要求6或7的热交换器(1)，其特征在于，在成型板(6)的另一端侧，外分室(3b)通过在成型板(6)与外壳板(5)之间伸展的封闭板(10)封闭住，一个朝内分室(3a)开口的第二集气通道(11)设置在离开封闭板(10)的端侧的部位上，第二集气通道(11)连接有输出管(12)，在封闭板(10)的另一侧设置有一个朝外分室(3b)开口的第一集气通道(9)，第一集气通道连接有输入管(8)。
9.按权利要求8的热交换器(1)，其特征在于，第一集气通道(9)套设在外壳板(5)的外表面上，外壳板(5)具有朝向第一集气通道(9)的连续的开口。
10.按权利要求8或9的热交换器(1)，其特征在于，成型板(6)只在其上部悬挂地固定住。
11.按权利要求1至10中之一项的热交换器(1)，其特征在于，成型板(6)具有角形横截面形状。
12.按权利要求1至10中之一项的热交换器(1)，其特征在于，成型板(6)是带有正弦形横截面形状的波纹板。
13.按权利要求1至12中之一项的热交换器(1)，其特征在于，成型板(6)与/或外壳板(5)与/或次级室(3)的其它构件由钢材制成。
14.按权利要求1至13中之一项的热交换器(1)，其特征在于，初级室(2)的壁(4)由耐高温的材料制成，成型板(6)由廉价的材料制成。
15.按权利要求1至14中之一项的热交换器(1)，其特征在于，壁(4)在其朝向初级室(2)的一侧设有销子(13)并用耐火陶瓷材料(14)进行捣筑。
16.按权利要求1至15中之一项的热交换器(1)，其特征在于，一次介质是热的烟气，二次介质是加热用气体。
17.按权利要求16的热交换器(1)，其特征在于，一次介质是一种从一个干馏-燃烧-设备的燃烧室出来的热的烟气，二次介质是用于加热一个干馏-燃烧-设备的热解反应器的加热气体。
全文摘要
一种带有供一次二次介质流通的初级次级室(2、3)的热交换器，两室通过气密导热壁(4)分隔开。次级室由壁(4)与跟壁隔开的外壳板(5)限定，并通过设在壁(4)与外壳板之间的成型板(6)分成内外分室(3a、3b)。成型板件只在上端固定在热交换器上部并自由地悬挂在壁(4)与外壳板之间，从而其热膨胀不影响热交换器的功能。成型板的成型构形使壁(4)跟外壳板保持均一的距离。次级室通过成型板分隔成管状槽道。这个结构不需用昂贵的加热用管。
文档编号F28D7/00GK1083205SQ92109719
公开日1994年3月2日 申请日期1992年8月19日 优先权日1992年8月19日
发明者H·赫尔姆, K·梅 申请人:西门子公司