换热器制造技术

本发明专利技术总体上涉及用于并行流动换热器的歧管和包含该歧管的换热器。该歧管包括第一组多个通道，其具有面向第一方向的第一开口和面向不同于第一方向的第二方向的第二开口。该歧管还包括与第一组多个通道交错的第二组多个通道，第二组多个通道具有面向第三方向的第三开口和面向第一方向的第四开口，其中第三方向不同于第一方向和第二个方向。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】换热器
本专利技术涉及用于并行流动换热器的歧管和包括所述歧管的换热器。
技术介绍
在许多系统中使用换热器，从汽车到空调装置，再到多种高级热处理系统中的能量回收装置。传统地，换热器的设计必须考虑各种因素。例如，结垢可能导致压降增加和传热速率降低，这可能对换热器效率产生不利影响。作为另一个考虑，换热器本质上将经历温度变化。此外，换热器可能受到具有颗粒负荷的高速流体(气体或液体)流动，提高某些领域的系统磨损率。当换热器在高温下运行时，腐蚀问题会加剧。类似地，流经换热器的流体可能含有酸或其他腐蚀性物质，这些物质甚至可能在高温下使换热器内部更劣化。腐蚀和侵蚀问题在金属换热器中可能特别普遍。在一些传统的陶瓷换热器中，采用管到管板的结构。第一种流体在多个串联管道内流动，而第二种流体在多个管道外流动。因此，当第二种流体与多个管道接触时，会停滞不前，这会导致许多问题。例如，如果第二种流体含有微粒，那么与第二种流体流动方向正交的管道表面将承受更多的侵蚀。此外，在某些情况下，这些管道周围的停滞点将导致结垢。需要允许多种流体之间有效热交换的方法和设备。
技术实现思路
用于解决问题的方式本专利技术涉及一种用于并行流动换热器的歧管和包括该歧管的换热器。在一个方面，用于并行流动换热器的歧管包括第一组多个通道，其具有面向第一方向的开口和面向第二方向的开口，所述第二方向与第一方向不同；以及第二组多个通道，与第一组多个通道交错；所述第二组多个通道具有面向第三方向的开口和面向第一方向的开口，其中第三方向不同于第一方向和第二方向。有利地，利用并行流动换热器，流体可以彼此并行或反并行流动(即，逆流并发)。反之，这减少了流体在换热器内停滞的机会。在一个实例中，第一种流体通过多个串联管道，第二种流体正交地围绕这些管道的外部流动，第二种流体在与这些管道的接触点处停滞，并且在这些管道的另一侧承受湍流效应。由停滞/湍流引起的压降可能导致第一流体和第二流体之间传热效率低下。此外，即使第一流体和第二流体通过正交通道流动，换热器也必须在二维(长度和宽度)上扩展，以增加传热面积。这反过来又会由于换热器的较大宽度(由此带来通道的截面积较大)而降低给定体积流体的压力。因此，对于给定体积的流体，流体通过换热器的速度也会降低。另一方面，对于并行流动，换热器可以在一维(即增加长度而保持宽度不变)上扩展，以增加传热面积。其他尺寸(即宽度和高度)可以保持不变，因此最小化对压力和速度的影响。在某些方面，该歧管适于在1070℃至1350℃的温度下工作。采用这种方式，可由换热器处理的流体和温度变化的范围增加。在某些方面，歧管是碳化硅或碳化硅衍生物材料。碳化硅，或者碳化硅衍生物材料，允许歧管更加耐腐蚀和防腐蚀，同时允许歧管在多个高温下处理流体。在一些方面，歧管还包括第三组多个通道，其具有面向第四方向的开口和面向第一方向的开口，其中第四方向不同于第一方向、第二方向和第三方向。以这种方式，歧管能够使来自三个不同流体源的流体在换热器内并行流动。如果三种流体处于不同的温度，这提供了对离开换热器的流体温度的更大控制。在某些方面，来自第一和第二组通道中的每个组中的预定数量的交错通道设置在来自第三组通道的多个连续通道之间。优选地，预定数量大于1。在一些方面，歧管还包括第四组多个通道，其具有面向第五方向的开口和面向第一方向的开口，其中，第五方向不同于第一方向、第二方向、第三方向和第四方向。这种布置提供了对离开换热器的第一和第二流体温度的更大控制。例如，对于来自四个流体源的流体，可以提供对第一流体和第二流体的处理(即，使其温度增加/降低)，而可以使第三流体和第四流体调节第一流体和第二流体的温度。在一些示例中，第三流体可以是冷却剂，第四流体可以是加热流体。本专利技术还包括如本文所述的制造歧管的方法，其中，所述制造包括3D打印所述歧管。在某些方面，换热器包括连接至热交换堆栈相对侧的两个歧管，其中每个歧管如本文所述的歧管，并且热交换堆栈包括至少一个热交换块，该热交换块具有通过其的多个通道，热交换块的多个通道与每个歧管的多个通道对齐，以形成包围多个歧管和热交换堆栈的串联气体路径。在某些方面，多个热交换块包括适于容纳垫片的插入区域，所述插入区域放置在块的表面上并且围绕块表面上的多条通道。这种布置降低了换热器内流体交叉污染的可能性。在一些方面，第一流体路径包括一个歧管中的第一组多个通道和另一个歧管中的第一组多个通道，第二流体路径包括一个歧管中的第二组多个通道和另一个歧管中的第二组多个通道。这些方面的换热器还包括适于将第一流体路径连接到第一流体源的第一连接器，以及适于将第二流体路径连接到第二流体源的第二连接器。在某些方面，所述换热器还进一步包括第三连接器，用于在与第一连接器相对的第一流体路径的端部将第一流体路径连接到第二流体源。因此，作为第一流体进入换热器的流体可以用于与经过热处理的相同流体交换热量，然后作为第二流体重新进入换热器。在某些方面，第一和第二连接器连接在同一歧管上。在其它方面，第一和第二连接器连接到不同的歧管。以下参照附图不加限制地描述本专利技术的各种实施例和方面。附图说明图1描绘了换热器的立体图。图2描绘了用于换热器的歧管的立体图。图3描绘了沿图2的A-A线的横截面视图。图4描绘了沿图2的B-B线的横截面视图。图5描绘了歧管的扩散器的立体图。图6描绘了用于换热器的热交换块的立体图。图7描绘了包括外壳或壳体的换热器的立体图。图8描绘了包括换热器的高级热处理系统的示意图。图9描绘了用于换热器的歧管的立体图。图10A描绘了用于换热器的歧管的立体图。图10B描绘了沿图10A的线C-C的截面视图。图11A描绘了用于换热器的热交换块的立体图。图11B描绘了沿图11A的线D-D的横截面视图。图12A描绘了换热器的端部立体图。图12B描绘了沿图12A的线E-E的横截面视图。具体实施方式本专利技术涉及用于换热器1的歧管2和包含所述歧管2的换热器1。在换热器1内，来自两个不同流体源的流体通过交错的、隔离的并行通道相互流动。换热器1特别用于先进热处理系统，但可应用于其他领域，例如高温烟气热回收、高温过程流体能量回收、腐蚀性化学流体能量回收、化学反应器节能、炭黑生产工艺、高温爱立信循环(间接燃烧焦耳循环)、高温热回收、化学侵蚀、污垢气体，如钢铁工业，以及多种石化应用中。这些领域作为例子提供，并且换热器1的应用不限于这些领域。在优选实施例中，换热器1由连接到热交换堆栈3的第一歧管2a组成，热交换堆栈3本身也连接到第二歧管2b。热交换堆栈3包括至少一个热交换块4。如图1所示，换热器1的第一和第二歧管2a、2b在设计上基本相同，但在连接到热交换堆栈3时具有不同的方向。歧管参考图2，歧管2由多条交错的通道5组成，通道5允许两个流体流从不同方向进入或退出，而两个流体流在歧管2的一个入口/出口处将沿着同一轴线流动。图2所示的布置具有梯形截面，第一流体流的入口/出口位于梯形的一个非平行侧，而第二流体流的入口/出口位于梯形的另一个非平行侧。图2中的歧管2旨在连接在梯形较长平行侧的热交换堆栈3上。通过这种布置，与多条非平行侧相关的多个面将数量为作为要连接到热交换堆栈3的面的通道数量的一半。因此，歧管2以并行的方式分配流体流入和流出热交换堆栈3。其他截本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.用于并行流动换热器的歧管,所述歧管包括：第一组多个通道，其具有面向第一方向的开口和面向不同于第一方向的第二方向的开口；与所述第一组多个通道交错的第二组多个通道，所述第二组多个通道具有面向第三方向的开口和面向第一方向的开口，其中第三方向不同于第一方向和第二方向。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.06.06 GB 1609847.71.用于并行流动换热器的歧管,所述歧管包括：第一组多个通道，其具有面向第一方向的开口和面向不同于第一方向的第二方向的开口；与所述第一组多个通道交错的第二组多个通道，所述第二组多个通道具有面向第三方向的开口和面向第一方向的开口，其中第三方向不同于第一方向和第二方向。2.如权利要求1所述的歧管，其中所述歧管适于在1070℃和1350℃之间的温度下工作。3.如任何前述权利要求所述的歧管，其中所述歧管是碳化硅或碳化硅衍生物材料。4.如任一前述权利要求所述的歧管，进一步包括：第三组多个通道，其具有面向第四方向的开口和面向第一方向的开口，其中第四方向不同于第一方向、第二方向和第三方向。5.如权利要求4所述的歧管，其中来自第一和第二组通道中的每一组中的预定数量的交错通道设置在来自第三组通道的连续通道之间。6.如权利要求6所述的歧管，其中预定数量大于1。7.如权利要求4至6中的任何一个所述歧管，进一步包括：第四组多个通道，其具有面向第五方向的开口和面向第一方向的开口，其中第五方向不同于第一方向、第二方向、第三方向和第四方向。8.一种制造如权利要求1至7中任一项所述的歧管的方法，包括3D打印所述歧管。9.一种换热器，包括连接至热交换堆栈的相对侧的两个歧管，其中...

【专利技术属性】
技术研发人员：卡玛迪普·卡尔思，
申请(专利权)人：能源技术研究所，卡玛迪普·卡尔思，
类型：发明
国别省市：英国,GB