一种高温换热器的制作方法

1.本实用新型属于热交换技术领域，具体涉及一种高温换热器。


背景技术：

2.换热器是一种实现两种或两种以上物体之间热量传递的节能设备，同时也是提高能源利用率的主要设备之一。目前使用的换热器按照传热机理，分为传导式换热器的和蓄热式换热器。传导式换热器用导热材料分隔冷/热气流，热能透过导热材料由高温侧传向低温侧。蓄热式换热器使用陶瓷(例如氧化铝)颗粒填充在承载容器之中作为蓄热换热介质，冷/热气体从填料穿过进行吸热或者放热。
3.蓄热式换热器按照换向方式又分为转鼓式换热器和转阀式换热器。转鼓式换热器外接气路段静止，蓄热材料填充在旋动的转鼓中，部分材料处于正向气路吸收热能，部分材料处于逆向气路释放热能。转鼓式换热器的燃烧过程稳定，但设备转动惯量大，静/动机件之间有较大的摩擦和较大泄漏。
4.转阀式换热器的外接气路段静止，蓄热材料也静止，蓄热材料分两套容器填充，其中一套工作于吸热状态，另一套工作于放热状态，气流换向用转阀旋动的方式实现。转阀式换热器设备转动惯量小，但受制于材料的耐热和形变，转阀只装在低温侧，高温侧气流方向反复变动，严重影响燃烧过程的稳定。
5.综上所述，当前的换热器未能全面满足高温回热燃烧的要求，因此亟需一种新的高温换热器，全面满足高温回热燃烧的要求，允许热 /冷气路之间存在较大压差，保证静动电机之间摩擦低、泄漏低的要求，保证对外输出的高温气流方向恒定，能与各种炉型适配，拓宽高温回热的应用场景。


技术实现要素：

6.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，提供一种高温换热器，允许热/冷路之间有较大的压差，全面满足高温回热燃烧的要求，能与各种炉型适配，拓宽高温回热的应用场景。
7.为了实现本实用新型的上述目的，根据本实用新型的第一个方面，本实用新型提供了一种高温换热器，包括蓄热组件、换向组件以及驱动机构；蓄热组件包括蓄热单元；蓄热单元包括容器，容器内填充有换热介质，容器内还设有热风管路，热风管路的下端口位于容器的内底部，热风管道的上端口延伸至容器的外顶部；容器的上部还设有冷风管路；换向组件包括转阀和基座，基座位于蓄热组件的顶部，基座开设有冷风通道与热风通道；转阀位于基座顶部，转阀设有内圈气道和外圈气道，内圈气道设有多个内圈气口，外圈气道开设有多个外圈气口；驱动机构与转阀连接，驱动结构用于带动转阀转动一定角度，使冷风通道能够通过不同的内圈气口与冷风管路连通，热风通道能够通过不同的外圈气口与热风管路连通。
8.进一步，蓄热组件包括4个蓄热单元，4个蓄热单元分为两组，每组蓄热单元的冷风
管路的管路口连通合并为一个管路口。
9.进一步，转阀设有2个内圈气道和2个外圈气道，内圈气口包括1个内圈出气口和1个内圈进气口，外圈气口包括2个外圈出气口和 2个外圈进气口；冷风通道能够通过内圈出气口/内圈进气口与冷风管路连通，热风通道能够通过外圈进气口/外圈出气口与热风管路连通。
10.进一步，冷风通道包括2个内圈直管和2个内圈弯管，热风通道包括4个外圈直管和4个外圈弯管；内圈直管的下端与冷风管路连通，内圈直管的上端通过内圈气道与内圈弯管连通；外圈直管的下端与热风管路连通，外圈直管的上端通过外圈气道与外圈弯管连通。
11.进一步，驱动机构包括装机底盘和动力组件；装机底盘位于转阀上方，并与基座通过立柱固定连接；动力组件安装在装机底盘上，动力组件用于带动转阀旋动。
12.进一步，动力组件还包括主轴和动力部，主轴的一端与转阀的中心处连接，主轴的另一端与动力部的输出轴连接，动力部用于提供转矩。
13.进一步，驱动机构还包括压紧组件，压紧组件与主轴连接，压紧组件用于通过主轴向转阀施加向下的压紧力。
14.进一步，压力组件包括电动推杆、压紧推板和压紧推环，压力推环位于装机底盘上方，压紧推板位于装机底盘下方，压力推环位于压紧推板下方，电动推杆能够通过压紧推板和压紧推环施加向下的推力。
15.进一步，冷风管路的流通横截面积小于热风管路的流通横截面积。
16.进一步，动力部为步进电机。
17.本实用新型的技术原理在于：当需要对高温气体进行热回收时，驱动结构带动转阀转动一定角度，使热风通道对应输入的外圈气口，高温气体被吸入，通过外圈气道和热风管路达到达蓄热单元的容器底部，由于高温气体相较于常温气体的比重小，高温气体往上移动将温度传达至换热介质，当冷却后的气体到达容器顶部时，通过冷风管路排出，冷风管路通过输出的内圈气口与冷风通道连接，将冷却后的气体排出；
18.当需要对常温气体进行加热时，驱动机构带动转阀转动一定角度，使冷风通道对应输入的内圈气口，常温气体被吸入，通过内圈气道和冷风管路到达虚热单元的容器顶部，由于常温空气相较于高温气体的比重大，常温气体往下移吸取换热介质的热量，当加热后的气体到达容器底部时，通过热风管路排出，热风管路通过输出的外圈气口与热风通道连接，将加热后的气体排出。
19.本发明的有益效果：与现有技术相比，本方案中的高温换热器不管是高温回收状态还是加热状态，高温侧气流和低温侧气流都是横向的，冷/热气路的气温不存在反复变动，同时允许冷/热气路之间有较大的温差，使高温换热炉能全面满足高温回热燃烧的要求；并且本方案通过驱动机构带动转阀转动一定角度，转阀的转动惯量小，降低静动机件之间的摩擦和泄漏，提高了高温换热器的使用寿命和换热效率。
附图说明
20.图1是本实用新型一种高温换热器的正视结构示意图；
21.图2是本实用新型一种高温换热器的俯视结构示意图；
22.图3是本实用新型结构蓄热单元的正视半剖结构示意图；
23.图4是本实用新型结构蓄热单元的俯视半剖结构示意图；
24.图5是本实用新型结构蓄热组件的正视半剖结构示意图；
25.图6是本实用新型结构蓄热组件的俯视半剖结构示意图；
26.图7是本实用新型结构换向组件的正视结构示意图；
27.图8是本实用新型结构换向组件的俯视结构示意图；
28.图9是本实用新型结构基座的正视半剖结构示意图；
29.图10是本实用新型结构基座的俯视结构示意图；
30.图11是本实用新型结构转阀的正视半剖结构示意图；
31.图12是本实用新型结构转阀的俯视结构示意图；
32.图13是本实用新型结构驱动组件的正视结构示意图；
33.图14是本实用新型结构驱动组件的俯视结构示意图；
34.图15是本实用新型一种高温换热器的第一种工作状态时的气流流动示意图；
35.图16是本实用新型一种高温换热器的第二种工作状态时的气流流动示意图；
36.图17是本实用新型结构基座的左视结构示意图。
37.附图标记：蓄热组件1、基座2、转阀3、驱动机构4、立柱5、主轴6、容器101、换热介质102、承载孔板103、冷风管路104、热风管路105、基座底板201、基座顶板202、内圈直管204、外圈直管 205、内圈弯管206、外圈弯管207、转阀内芯301、转阀顶板302、转阀底板303、内圈气道304、外圈气道305、主轴接口306、动力部 401、电动推杆402、装机底盘403、压紧推板404、压紧推环405、金属框架701、隔热材料702。
具体实施方式
38.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。
39.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“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。
40.在本实用新型的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
41.如附图1和附图2所示，本实用新型提供了一种高温换热器，包括蓄热组件1、换向组件以及驱动机构4；
42.如附图5所示和附图6，蓄热组件1包括4个蓄热单元和金属框架701，4个蓄热单元分为左右两组，蓄热单元固定于金属框架701 内，并在金属框架701外加上隔热材料702。
43.如附图3和附图4所示，蓄热单元包括容器101，容器101为金属的筒状，且能够承受
一定的压力；容器101底部设有透风的承载孔板103，承载孔板103上堆积有换热介质102，换热介质102选择具有吸热保温效果的固体介质，为了削减特种合金用量，使所述高温换热器的成本降低、耐高温效果好，本实施例中的换热介质102优选陶瓷颗粒；陶瓷颗粒直径越小，填充数量越多，形成的传热面积越大；容器101内设有容器101内还设有热风管路105，热风管路105贯穿堆积的换热介质102，热风管路105的下端口位于容器101的内底部，热风管道的上端口延伸至容器101的外顶部；容器101的上部还设有冷风管路104。容器101底部还设有第一填料容器101口和第二填料容器101口。
44.本实施例中，由于高温气体发生体积膨胀，为了使热风管路105 与冷风管路104的合理运作，冷风管路104的流通横截面积小于热风管路105的流通横截面积；
45.如附图5和附图6所示，为了缩小每组蓄热单元之间的距离，增加冷风管路104的输送效率，实行热风两路并行至一路冷风，每组蓄热单元的冷风管路104的管路口连通合并为一个管路口。
46.如附图7和附图8所示，换向组件包括转阀3和基座2，基座2 位于蓄热组件1的顶部；如附图9、附图10和附图17所示，基座2 包括基座底板201和基座顶板202，基座2开设有冷风通道与热风通道，冷风通道包括2个内圈直管204和2个内圈弯管206，热风通道包括4个外圈直管205和4个外圈弯管207；内圈直管204的下端与冷风管路104连通，外圈直管205的下端与热风管路105连通，优选地，内圈直管204通过管口直插的方式与冷风管路104连通，外圈直管205通过管口直插的方式与热风管路105连通。
47.如附图7和附图8所示，转阀3位于基座2顶部，转阀3与基座 2的接触面为密合面。如附图11和附图12所示，转阀3包括转阀内芯301、转阀顶板302和转阀底板303，转阀3还设有2个内圈气道 304和2个外圈气道305，内圈气道304与外圈气道305均为弧形气道，内圈气道304上设有内圈气口，内圈气口包括1个内圈出气口和 1个内圈进气口，外圈气道305上设有外圈气口，外圈气口包括2个外圈出气口和2个外圈进气口；具体地，内圈直管204的上端通过内圈出气口/内圈进气口与内圈弯管206连通；外圈直管205的上端通过外圈进气口/外圈出气口与外圈弯管207连通。
48.如附图1所示，驱动机构4与转阀3连接，驱动结构用于带动转阀3转动一定角度，使冷风通道能够通过不同的内圈气口与冷风管路 104连通，热风通道能够通过不同的外圈气口与热风管路105连通。
49.如附图13和附图14所示，驱动机构4包括装机底盘403和动力组件；装机底盘403位于转阀3上方，并与基座2通过立柱5固定连接，具体地，立柱5的数量为4，分别固定在基座2的四个角，立柱 5将驱动机构4与基座2连为整体；动力组件安装在装机底盘403上，动力组件用于带动转阀3旋动；
50.如附图13和附图14所示，动力组件还包括主轴6、动力部401 和压紧组件，动力部401用于提供转矩，动力部401的输出轴与主轴6的一端连接；转阀3上的中心处还设有主轴接口306，主轴6的另一端与主轴接口306连接；压紧组件与主轴6连接，压紧组件用于通过主轴6向转阀3施加向下的压紧力；具体地，动力部401为步进电机，转动时，压紧组件松开转阀3向下的压力，密合面解压，避免较大摩擦，步进电机快速带动主轴6旋转，使转阀3的转动过程短，转动完成后，压紧组件向转阀3施加向下的压力，整个过程快速完成，且摩擦力小，降低换向过程中的摩擦损耗及漏气。
51.如附图13和附图14所示，压力组件包括电动推杆402、压紧推板404和压紧推环405，压力推环位于装机底盘403上方，压紧推板 404位于装机底盘403下方，压力推环位于压紧推板404下方，电动推杆402能够通过压紧推板404和压紧推环405施加向下的推力。
52.高温换热器有两种工作状态，定期相互切换。当换热器处于第1 种工作状态时，转阀3的方位如附图15所示，如附图5所示的左边的蓄热单元放热，使输入的气流升温，如附图5所示的右边的蓄热单元吸热，使输入的气流降温。当换热器处于第2种工作状态时，转阀 3的方位如附图16所示，如附图5所示的左边的蓄热单元吸热，使输入的气流降温，如附图5所示的右边的蓄热单元放热，使输入的气流升温。为了便于识别气体经过孔结构的上下移动的方向，图15和图16中，标记
“”
表示气体自上而下流动，标记
“☉”
表示表示气体自上而下流动。
53.第一种工作状态时，气流流动如附图15所示，气流分为常温空气和高温空气。常温空气：由附图15中上方的内圈弯管206(输入管a)输入，从转阀3左侧的内圈气道304的内圈进气口进入，从转阀 3左侧的内圈气道304的内圈出气口输出至左侧的内圈直管204，气体沿着内圈直管204下行，通过蓄热单元左侧的冷风管路104进入到左侧的两个容器101中，常温空气与换热介质102换热后成为高温空气，高温空气沿着热风管路105从左侧的两个容器101中流出，沿着外圈直管205上行，进入转阀3左侧的外圈气道305的外圈进气口，并通过该外圈气道305的外圈出气口进入附图15中下方的外圈弯管 207(输出管b)输出。
54.高温烟气：由附图15中上方的外圈弯管207(输入管c)输入，通过转阀3右侧的外圈气道305的外圈进气口进入，从该外圈气道 305的外圈出气口流动至右侧的两个外圈直管205下行，进入到蓄热组件1右侧的两个容器101中，高温烟气与换热介质102换热后成为低温烟气，低温烟气从右侧的冷风管道流出，沿着右侧的内圈直管204 上行，通过转阀3右侧的内圈气道304的内圈进气口进入右侧的内圈气道304，并通过内圈气道304的内圈出气口流动至附图15中下方的内圈弯管206(输出管d)输出。
55.第二种工作状态时，气流流动如附图16所示，气流分为常温空气和高温空气。
56.常温空气：由附图16中上方的内圈弯管206(输入管a)输入，从右侧内圈气道304的内圈进气口进入内圈气道304，从右侧内圈气道304的内圈出气口输出，沿着右侧内圈直管204下行，进入到蓄热组件1右侧的两个容器101中，常温空气与换热介质102换热后成为高温空气，高温空气从热风管路105流出右侧的蓄热组件1，沿着右侧的两个外圈直管205上行，从转阀3右侧的外圈气道305的外圈进气口进入，沿着该外圈气道305的外圈出气口进入附图16中下方的外圈弯管207(输出管b)输出。
57.高温烟气：由附图16中上方的外圈弯管207(输入管c)输入，从转阀3左侧的外圈气道305的外圈进气口进入，从该外圈气道305 的外圈出气口输出至左侧的外圈直管205，气体沿着外圈直管205下行，通过蓄热单元左侧的热风管路105进入到左侧的两个容器101中，高温烟气与换热介质102换热后成为低温烟气，低温烟气沿着冷风管路104从左侧的两个容器101中流出，沿着内圈直管204上行，进入转阀3左侧的内圈气道304的内圈进气口，并通过该内圈气道304的内圈出气口进入附图16中下方的内圈弯管206(输出管d)输出。
58.从第一种状态切换到第二种状态的过程中，压紧组件松开转阀3 向下的压力，密合面解压，步进电机快速带动主轴6顺时针快速旋转 90度，转动完成后，压紧组件向转阀3施加向下的压力，完成切换。从第二种状态切换为第一种状态时，旋转时步进电机则逆时针
旋转90 度。本实施例中转阀3与基座2以单平面方式密合，使转阀3和基座 2的形变和磨损变得不敏感，易损件可以定期维修更换。并且转阀3 和基座2内部都采用冷热气体并流的方式，产生局部冷却效果，进一步降低对材料的要求。
59.对于一些大型燃烧系统，可食用多台高温换热器组合，形成机柜形式，扩充气体流量和换热功率，多台高温换热器交替执行换向，以此削平换向瞬间的压力波动。
60.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“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。
61.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。