《模块化构造的热交换器.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《模块化构造的热交换器.pdf（15页珍藏版）》请在专利查询网上搜索。
1、(10)申请公布号 CN 102149999 A (43)申请公布日 2011.08.10 CN 102149999 A *CN102149999A* (21)申请号 200980135138.X (22)申请日 2009.09.08 08015786.0 2008.09.08 EP F28D 7/08(2006.01) F28D 7/16(2006.01) F28F 9/00(2006.01) F22B 1/16(2006.01) F22B 21/24(2006.01) F22B 1/00(2006.01) (71)申请人 巴尔克有限公司 地址 德国拉廷根 (72)发明人 威廉布鲁克曼 沃尔。
2、夫冈黑格纳 迪尔克班德 (74)专利代理机构 北京金信立方知识产权代理 有限公司 11225 代理人 黄威 孙丽梅 (54) 发明名称 模块化构造的热交换器 (57) 摘要 本发明涉及一种模块化设计的热交换器(1)， 其尤其用于在负荷和 / 或温度大变化的情况下运 行的系统， 所述热交换器 (1) 具有外壳 (70) 和多 个热交换器模块， 其中， 是预热器模块 (10)、 蒸发 器模块 (20、 30、 40) 或过热器模块 (50) 的各个热 交换器模块包括入口连接器 (11、 21、 31、 41、 51)、 出口连接器 (12、 22、 32、 42、 52) 和以迂曲方式延 伸的管 。
3、(120)， 尤其为水的吸热介质从所述入口 连接器(11、 21、 31、 41、 51)通过所述迂曲管(120) 流到所述出口连接器 (12、 22、 32、 42、 52) 中， 并 且所述热交换器模块被进一步布置在共用外壳 (70) 中， 以使相同的散热介质围绕所述热交换器 模块流动， 其中所述蒸发器模块 (20、 30、 40) 经由 布置在所述外壳 (70) 外部的汽鼓 (60) 平行地连 接。 (30)优先权数据 (85)PCT申请进入国家阶段日 2011.03.08 (86)PCT申请的申请数据 PCT/EP2009/006512 2009.09.08 (87)PCT申请的公布数。
4、据 WO2010/025960 DE 2010.03.11 (51)Int.Cl. (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 2 页 说明书 4 页 附图 8 页 CN 102150001 A1/2 页 2 1. 一种模块化构造的热交换器 (1)， 其尤其用于在大的负荷变化和 / 或温度变化的情 况下运行的设施， 所述热交换器 (1) 具有外壳 (70) 和多个热交换器模块， 其中， 是预热器 模块 (10)、 蒸发器模块 (20、 30、 40) 或过热器模块 (50) 的每个热交换器模块具有入口岐管 (11、 21、 31、 41、 51)、 出口岐管 (12。
5、、 22、 32、 42、 52) 和迂曲管 (120)， 尤其为水的吸热介质从 所述入口岐管(11、 21、 31、 41、 51)通过所述迂曲管(120)流到所述出口岐管(12、 22、 32、 42、 52) 中， 并且所述热交换器模块被进一步布置在共用外壳 (70) 中， 以使所述热交换器模块 具有围绕它们流动的相同的散热介质， 其中所述蒸发器模块 (20、 30、 40) 经由布置在所述 外壳 (70) 外部的汽鼓 (60) 平行地连接。 2. 根据权利要求 1 所述的热交换器 (1)， 其特征在于， 所述热交换器 (1) 能够被水平地或垂直地设置。 3. 根据前述权利要求中的一项所。
6、述的热交换器 (1)， 其特征在于， 在水平设置中， 所述热交换器模块具有多个水平管层 (100、 110)， 各个管 层 (100， 110) 由相等数量的管形成， 并且所述管层 (100， 110) 以单个管层 (100， 110) 的管 在垂直方向上精确地彼此叠置对准的方式来布置， 其中， 所述吸热介质在横向于所述外壳 (70) 的中心轴线 (200) 布置的垂直相邻管段 (210) 中的流动方向相反。 4. 根据前述权利要求中的一项所述的热交换器 (1)， 其特征在于， 在垂直设置中， 所述热交换器模块具有多个垂直管层 (100、 110)， 各个管 层 (100、 110) 由相等数。
7、量的管形成， 并且所述管层 (100， 110) 以单个管层 (100， 110) 的管 在水平方向上彼此相邻精确地放置对准的方式来布置， 其中， 所述吸热介质在横向于所述 外壳 (70) 的中心轴线 (200) 布置的水平相邻管段 (210) 中的流动方向相反。 5. 根据前述权利要求中的一项所述的热交换器， 其特征在于， 所述入口岐管 (11、 21、 31、 41、 51) 和所述出口岐管 (12、 22、 32、 42、 52) 具 有环形剖面， 并且管层 (100) 的管 (101、 102、 103、 104) 在特定的入口岐管 (41) 和出口岐管 (42)的外周平面上以相等角度。
8、()彼此偏置地连接至所述特定的入口岐管(41)和出口岐 管 (42)。 6. 根据前述权利要求中的一项所述的热交换器 (1)， 其特征在于， 相邻管层 (100、 110) 的管 (101、 102、 103、 104、 111、 112、 113、 114) 以如下 方式连接至特定的入口岐管 (41) 和出口岐管 (42) ： 一个管层 (110) 的管 (111、 112、 113、 114) 关于相邻管层 (100) 的管 (101、 102、 103、 104) 在特定的入口岐管 (41) 和出口岐管 (42) 的相邻外周平面上以角度 () 偏置地布置。 7. 根据前述权利要求中的一项。
9、所述的热交换器， 其特征在于， 所述热交换器模块的管 (120) 被布置在共用内壳 (80) 中， 所述共用内壳 (80) 同心地布置在所述外壳 (70) 的内部并且具有用于所述散热介质的入口和出口。 8. 根据前述权利要求中的一项所述的热交换器 (1)， 其特征在于， 所述吸热介质从特定蒸发器模块 (20、 30、 40) 的出口岐管 (22、 32、 42) 通 过管 (96a、 96b、 96c) 流到所述汽鼓 (60)， 所述管 (96a、 96b、 96c) 以所述管 (96a、 96b、 96c) 具有进入所述汽鼓 (60) 的单一共用入口 (96) 的方式彼此连接。 9. 根据前。
10、述权利要求中的一项所述的热交换器 (1)， 其特征在于， 所述吸热介质从所述汽鼓 (60) 通过管 (93、 94， 95) 流到所述特定蒸发器 权 利 要 求 书 CN 102149999 A CN 102150001 A2/2 页 3 模块(20、 30、 40)的入口岐管(21、 31、 41)， 所述管(93、 94， 95)以所述管(93、 94， 95)具有从 所述汽鼓 (60) 出来的单一共用出口的方式彼此连接。 权 利 要 求 书 CN 102149999 A CN 102150001 A1/4 页 4 模块化构造的热交换器 技术领域 0001 本发明涉及一种模块化构造的热交换。
11、器， 用于其中发生大的负荷变化和 / 或温度 变化的设施， 尤其是太阳能发电设备。 背景技术 0002 从申请人的DE 29510720 U1中得知一种热交换器， 所述热交换器已经得到了很好 的验证， 尤其是作为燃气轮机的冷却剂空气冷却器。所述热交换器具有用于使散热介质与 吸热介质分开的管。迂曲管布置在入口岐管和出口岐管之间并且使得吸热介质流过迂曲 管。散热介质围绕这些迂曲管流动。 0003 在从DE 29510720 U1得知的热交换器的辅助下， 由于频繁的负荷变化和温度变化 而发生的机械性质和热性质的应力可以被成功地降低。此外， 管束的迂曲成型允许热交换 器在性能不变的情况下 “小型化” 。
12、。尽管具有所列优点， 但仍需要更加紧凑和高效的热交换 器， 这种热交换器是灵活的， 但可以以良好成本效益来制造。 用于太阳能发电设备尤其是槽 形抛物面发电设备的热交换器在具有高温度梯度的情况下必须另外具有更快速的启动速 度。 0004 因此， 本发明基于这样的目的 ： 进一步提高从 DE 29510720 U1 得知的热交换器， 以及详述一种热交换器， 其允许具有更加紧凑的构造以使得热交换器需要更小空间。 此外， 除了降低制造成本之外， 本发明的目的是允许具有灵活的构造。 发明内容 0005 本发明目的由根据独立权利要求的热交换器来实现。 优选实施例列于从属权利要 求中。 0006 根据本发明。
13、的热交换器为模块化构造。热交换器模块可以为预热器模块、 至少一 个蒸发器模块和至少一个过热器模块， 所述热交换器模块被布置在共用的外壳中， 在所述 外壳中， 散热介质围绕带有迂曲管束的热交换器模块流动。 因此， 热交换器将至少三个不同 的装置统一于一体。热交换根据逆流和 / 或错流原理而发生。迂曲管具有流过迂曲管的吸 热介质， 例如水。由于管束的迂曲布置， 减小了热交换器的整体尺寸， 改善了从散热介质到 吸热介质的热传递， 同时提高了构造的热弹性。 0007 本发明尤其基于如下发现 ： 通过将各个热交换器模块布置在共用外壳中， 大大减 小了热交换器的整体尺寸， 而使热交换器的性能等同或者甚至被。
14、提高。模块化构造的另一 优点是可以根据需要灵活地改装单个热交换器模块。因此， 例如能够根据需要添加单个模 块， 或者能够通过例如改变管束的长度仅调整单个模块。 因此， 省却了热交换器的广泛总体 设计中所涉及到的努力。另外， 因为能够使用相同零件和 / 或相同模块， 而不是高成本地单 个制造热交换器的部件， 所以能够降低制造成本。由于节省了单个模块之间的附加管连接 且由于紧凑的构造， 不仅降低了材料成本， 而且提高了热交换器的效率， 这是因为归因于与 环境相接触的表面的减少而有效地减少了进入环境的热损耗。 说 明 书 CN 102149999 A CN 102150001 A2/4 页 5 00。
15、08 通过借助于汽鼓平行地连接多个蒸发器模块， 进一步提高了灵活性和效率。 另外， 能够实现在较高温度梯度情况下的更快速启动， 这在例如改变太阳能发电设备的负荷条件 和温度条件的情形下具有重要的意义。根据本发明的优选实施例变型例， 吸热介质从特定 蒸发器模块的出口岐管通过管流到汽鼓， 所述管以这些管仅具有进入到汽鼓中的单一共用 入口的方式彼此连接。因此， 进一步降低了材料成本以及进入环境的热损耗。 0009 根据本发明的另一有益实施例， 吸热介质从汽鼓通过管流到特定蒸发器模块的入 口岐管， 所述管也能够以这些管具有从汽鼓出来的单一共用出口的方式彼此连接。 0010 根据本发明的优选实施例变型例。
16、， 能够水平地或垂直地设置热交换器。垂直设置 允许更好的区域利用。 根据本发明的几个热交换器能够在相对小的区域中彼此相邻地并行 运行。 尤其在太阳能发电设备中， 因为槽形抛物面集热器占据非常大的空间， 空间条件是不 利的。根据本发明的热交换器的节省空间的构造允许进行几乎位置无关的设置， 以使得能 够更加方便地缩短加热过的介质到热交换器的流路。 散热介质的温度在进入热交换器时较 高， 从而产热量较好。 0011 本发明的另一优选实施例变型例提供的是 ： 在水平设置中， 热交换器模块具有多 个水平管层， 其中， 各个管层由相等数量的管形成， 并且管层以各个管层的管在垂直方向上 精确地彼此叠置对准的。
17、方式来布置， 其中吸热介质在横向于外壳的中心轴线布置的垂直相 邻管段中的流动方向相反。单个管层中的管束的实施例使得可以得到非常紧凑的构造。因 为管在垂直方向上精确地彼此叠置， 因此能够在管之间使用常规的间隔件。在横向于外壳 的中心轴线布置的垂直相邻管段中的相反流动对于热交换器中关于中心轴线的对称温度 分布是有利的。这也类似地适用于热交换器的垂直设置。在这种情况下， 管层在垂直方向 上彼此相邻， 关于水平设置枢转 90， 方便地使预热器模块在共用外壳中最低。 0012 入口岐管和出口岐管优选地具有环形剖面。 管层的管在特定的入口岐管和出口岐 管的外周平面上以相等角度彼此偏置地连接至特定的入口岐管。
18、和出口岐管。 由于为岐管的 焊接工作、 机械加工或其他工作提供了足够的空间， 通过这种方式使得制造方法更容易。 0013 此外， 相邻管层的管优选地以如下方式连接至特定的入口岐管和出口岐管 ： 一个 管层的管关于相邻管层的管在特定的入口岐管和出口岐管的相邻外周平面上以一角度偏 置布置。通过这种方式能够最优地利用入口岐管和 / 或出口岐管的外周区域， 从而能够紧 凑地设计管层的布置。仍旧为岐管的焊接工作、 机械加工或其他工作保留了足够的空间。 0014 根据本发明的一个优选实施例， 热交换器模块的管被布置在共用内壳中， 所述共 用内壳同心地布置在外壳的内部并且具有用于散热介质的入口和出口。 内壳。
19、的剖面轮廓优 选地为矩形， 以使管束被该内壳尽可能紧密地包围。通过热交换部件的额外壳体来提供热 交换器模块与环境之间的进一步绝缘。可选择地， 外壳和内壳之间的空间能够用作散热介 质的另外的流动通道。 通过这种方式， 延长了散热介质在热交换器中的驻留时间， 从而改善 了到吸热介质的热传递。 附图说明 0015 下面基于附图对本发明进行更加详细地说明。在示意图中 ： 0016 图 1 显示了通过第一实施例变型例的纵向剖面， 描绘了垂直设置中的管侧流路 ； 0017 图 2 类似于图 1 显示了纵向剖面， 描绘了壳侧流路 ； 说 明 书 CN 102149999 A CN 102150001 A3/。
20、4 页 6 0018 图 3 显示了通过第二实施例变型例的水平设置的纵向剖面 ； 0019 图 4 显示了图 3 中的沿着线 B-B 的剖视图 ； 0020 图 5 显示了图 8 中的放大的细节视图 ； 0021 图 6 显示了图 5 的俯视图 ； 0022 图 7 显示了图 3 中的放大的细节视图 ； 0023 图 8 显示了图 3 中沿着线 A-A 的剖视图。 具体实施方式 0024 图 1 示出了第一示例性实施例。热交换器 1 以节省空间的方式水平地设置。具有 矩形剖面轮廓的内壳 80 位于外壳 70 中。单个热交换器模块 10、 20、 30、 40、 50 的迂曲管 120 布置在内。
21、壳中。例如水的吸热介质经由管道 (pipe conduit)91 进入预热器模块 10 的入口 岐管 11。在流过预热器模块 10 的管 120 之后， 吸热介质经由预热器模块 10 的出口岐管 12 以及经由管道 92 进入汽鼓 60。加热过的水经由管道 93、 94、 95 从汽鼓 60 进入平行连接的 蒸发器模块20、 30、 40。 来自蒸发器模块20、 30、 40的水蒸汽混合物经由共用回流线路96流 回到汽鼓 60 中。汽鼓 60 具有这样的构件 ( 这里未示出 ) ： 所述构件用于使水与水蒸气混 合物分开， 以使干蒸汽经由管道 97 到达用于过热的过热器模块 50 的入口岐管 5。
22、1。在过热 器模块50中当前过热的蒸汽经由管道98离开热交换器并且到达下游的涡轮机以用于例如 发电。 0025 图 2 示出了与图 1 相同的示例性实施例， 尽管在这里更加精确地描绘了散热介质 的流路。 散热介质经由外壳70的入口连接器71以大约400的温度进入， 在该方案中散热 介质为经由太阳能加热的热油。热油经由由外壳 70 和内壳 80 形成的通道 73 进入内壳 80， 在内壳 80 中， 热油顺次地围绕过热器模块 50、 三个蒸发器模块 40、 30、 20 和预热器模块 10 的管 120 流动， 并且由此将热量释放到水中。冷却的热油随后经由出口连接器 72 流出热交 换器 1。 。
23、0026 图 3 示出了本发明的另一示例性实施例， 这里热交换器 1 水平设置。 0027 图 4 为图 3 中的沿着线 B-B 的剖视图， 在图 4 中， 最佳地显示了热交换器 1 的模块 化构造。带有入口岐管 11 和出口岐管 12 的预热器模块 10 具有迂曲管 120。其他的热交换 器模块， 即蒸发器模块 20、 30、 40 和过热器模块 50 的构造等同。这些模块仅在尺寸上有差 别。然而， 蒸发器模块 20、 30、 40 完全等同。可以按需要改变蒸发器模块 20、 30、 40 的数量。 完全等同的零件的使用带来与制造成本有关的优点。 而且， 如果发生故障， 能够简单地移除 一个。
24、以上有缺陷的热交换器模块并且用新的模块来代替。 0028 根据本发明的岐管在图 5 中被放大显示。该岐管为第三个蒸发器模块 40 的出口 岐管42。 各个热交换器模块的入口岐管和出口岐管基本上彼此差别甚微。 这里也能领悟到 模块化构造的优点。根据一个优选实施例， 第一层 100 的管 101、 102、 103、 104 通往岐管 42 并且在水平面上绕相等角度 偏置。第二层 110 的管 111、 112、 113、 114 也通往岐管 42 并 且以相同角度 偏置。 0029 图 6 示出了岐管 42 的俯视图。在该方案中， 一层的一个管与相同层的下一个管偏 置的角度 分别为 45。在垂直。
25、方向上与第一层 100 相邻的第二层 110 关于第一层 100 精确地以 22.5偏置地布置在岐管 42 上， 以使在图 6 中第二层 110 的管 111、 112、 说 明 书 CN 102149999 A CN 102150001 A4/4 页 7 113、 114 均在第一层 100 的管 101、 102、 103、 104 之间的中央上可见。由于岐管 42 上接合点 的这种规则的水平和垂直偏置布置， 尽管具有高紧凑度， 仍为焊接工作或进一步制造步骤 保留了足够的空间。 0030 图 7 示出从图 3 中放大的细节视图 “X” 。不同层的所有管均以管在垂直方向上精 确地彼此叠置的方。
26、式来布置。由于水平和垂直方向的精确对准， 能够统一地布置简单的间 隔件 130。以层布置管 120 的另一优点是， 横向于外壳 70 的中心轴线 200 布置的垂直相邻 管段 210 中的流动方向相反。 0031 图 8 示出了本发明的另一优点。通过相邻热交换器模块 40、 50 的入口岐管 42 和 / 或出口岐管 51 的相邻布置， 能够进一步减少热交换器 1 的总长度。岐管典型地布置在热 交换器 1 的中心轴线 200 的中部。 0032 图 9 和图 10 示出了单个管层 100 和 110 的构造。在横向于外壳 70 的中心轴线 200 布置的管段 210 中， 各个管在水平设置中关。
27、于其垂直相邻管具有相反的管流动方向， 或 者在垂直设置中关于其水平相邻管具有相反的管流动方向。 说 明 书 CN 102149999 A CN 102150001 A1/8 页 8 图 1 说 明 书 附 图 CN 102149999 A CN 102150001 A2/8 页 9 图 2 说 明 书 附 图 CN 102149999 A CN 102150001 A3/8 页 10 图 3 说 明 书 附 图 CN 102149999 A CN 102150001 A4/8 页 11 图 4 说 明 书 附 图 CN 102149999 A CN 102150001 A5/8 页 12 图 5 说 明 书 附 图 CN 102149999 A CN 102150001 A6/8 页 13 图 6 图 7 说 明 书 附 图 CN 102149999 A CN 102150001 A7/8 页 14 图 8 图 9 说 明 书 附 图 CN 102149999 A CN 102150001 A8/8 页 15 图 10 说 明 书 附 图 CN 102149999 A 。