用于加热或冷却固体颗粒物料的板式热交换器的制作方法

本申请涉及用于加热或冷却固体颗粒物料的热交换器。

背景技术：

当固体颗粒物料流经加热器、冷却器或染色机时，用于加热或冷却固体颗粒物料的间接热处理器可以利用热气来加热或干燥固体颗粒物料，或者使用冷气来冷却固体颗粒物料。因为利用了大量空气或其他气体，并且废气中的废热难以回收，气体的使用效率低下。

传热板或传热管对在重力作用下流经热交换器的固体颗粒物料进行间接加热或冷却，可提高热交换器的效率。传热板或传热管包括流经传热板或传热管的热交换流体，当固体颗粒物料流过相邻的传热板或传热管之间的空间时可以被热交换流体加热或冷却。

关于这种热交换器的应用非常多。包含上述传热板或传热管的传热系统在相对低压和低温的热交换应用中通常是很有用的。由于传热板和传热管的限制，这样的热交换器不适用于使用高温流体或高压流体的其他应用。例如，能量回收和存储可能涉及需要热回收的热固体颗粒物料和高压热交换流体。

希望对热交换器进行改进。

技术实现要素：

本申请实施例的一个方面，提供一种热交换器，包括：入口，用于接收固体颗粒物料；至少两个传热板组件；至少两个垫片，置于相邻的所述传热板组件之间，用于分隔相邻的所述传热板组件，以促使所述固体颗粒物料从所述入口进入，并在所述相邻的传热板组件之间流动；以及支架，用于支撑所述至少两个传热板组件；其中，所述传热板组件包括：第一板体，包括延伸穿过所述第一板体的一对第一孔和沿所述第一板体的表面延伸的通道，以便于流体从所述一对第一孔的一个孔经过所述通道并流向所述一对第一孔的另一个孔；以及第二板体，与所述第一板体连接以在所述第一板体和所述第二板体之间围成所述通道，所述第二板体包括与所述第一板体上的所述一对第一孔基本对齐的一对第二孔，以形成第一通孔和第二通孔，以便于所述流体流经所述第一通孔、所述通道和所述第二通孔。

本申请实施例的一个方面，提供一种热交换器，其包括：入口，用于接收固体颗粒物料；至少两个传热板组件，所述传热板组件设置在板箱中，并且所述板箱中的所述传热板组件平行排列；至少两个垫片，置于每个所述板箱内的相邻的所述传热板组件之间，用于分隔相邻的所述传热板组件，以促使从所述入口流入的所述固体颗粒物料在所述相邻传热板组件之间流动，以及，所述垫片包括延伸穿过所述垫片的孔；以及支架，用于支撑所述至少两个传热板组件；其中，所述传热板组件包括：第一板体，具有沿其表面延伸的通道；以及第二板体，与所述第一板体连接以在所述第一板体和所述第二板体之间封闭形成所述通道，所述第一板体和所述第二板体对应于所述传热板组件的第一侧边形成第一通孔，并且所述第一通孔与所述通道的第一端连通，所述第一板体和所述第二板体对应于所述传热板组件的第二侧边形成第二通孔，并且所述第二通孔与所述通道的第二端连通，促使流体流过所述第一通孔、所述通道和所述第二通孔；其中，每个板箱中的所述传热板组件和所述垫片连接在一起，使得所述传热板组件的所述第一通孔和所述垫片的孔形成第一流体歧管，并且所述第二通孔和所述垫片的孔形成第二流体歧管。

本申请实施例的又一个方面，提供一种用于热交换器的传热板组件的板箱，所述传热板组件的所述板箱包括：至少两个彼此平行的所述传热板组件；至少两个垫片，至于相邻的所述传热板组件之间，用于分隔相邻的所述传热板组件，以促使从入口流入固体颗粒物料在所述相邻传热板组件之间，以及，所述垫片所包括延伸穿过所述垫片的孔；其中，所述传热板组件包括：第一板体，包括沿其表面延伸的通道；以及第二板体，与所述第一板体连接以在所述第一板体和所述第二板体之间围成所述通道，所述第一板体和所述第二板体对应于所述传热板组件的第一侧边形成第一通孔，并且所述第一通孔与所述通道的第一端连通，所述第一板体和所述第二板体对应于所述传热板组件的第二侧边形成第二通孔，并且所述第二通孔与所述通道的第二端连通，以促使流体流过所述第一通孔、所述通道和所述第二通孔；其中，所述传热板组件和所述垫片连接在一起，使得所述传热板组件的所述第一通孔和所述垫片的孔形成第一流体歧管，并且所述第二通孔和所述垫片的孔形成第二流体歧管。

附图说明

本申请将以示例性实施例的方式进一步说明，这些示例性实施例将通过附图进行详细描述。这些实施例并非限制性的，在这些实施例中，相同的附图标记表示相同的结构，其中：

图1是根据本申请的一些实施例所示的热交换器的透视图；

图2是根据图1所示的热交换器的侧视图；

图3是根据图1所示的热交换器的正视图；

图4是根据本申请的一些实施例所示的传热板组件的板体的正视图；

图5是根据本申请的一些实施例所示的在板箱中的传热板组件之间的垫片的示意图；

图6是根据本申请的一些实施例所示的传热板组件的板箱的分解立体图；

图7是根据本申请的一些实施例所示的板箱/传热板组件的透视图；

图8是根据图1所示的热交换器的俯视图；

图9是根据图1所示的热交换器去除入口后的俯视图；以及

图10是根据图9所示的热交换器的一部分放大比例后的俯视图。

具体实施方式

为了清楚简单的说明，附图标记可以在附图之间重复使用以指示对应或相似的元件。在实施例说明中设置许多细节以提供对本文描述的实施例的理解。也可以在没有这些细节的情况下实践该实施例。在其他情况下，没有详细描述公知的方法、过程和组件，以免所描述的实施例难以理解。该描述不应被认为限于本文描述的实施例的范围。

本申请通常涉及热交换器，用于固体颗粒物料的加热或冷却，以及相应传热流体的冷却或加热。热交换器包括一个用于接收固体颗粒物料入口、至少两个传热板组件、在相邻的传热板组件之间放置的至少两个垫片、以及支撑至少两个传热板组件的支架。传热板组件包括具有一对第一孔的第一板体，第一板体包括延伸穿过第一板体的一对第一孔以及沿第一板体的表面延伸的通道，该通道用于流体从一对第一孔中的一个孔流向一对第一孔中的另一个孔。传热板组件还包括与第一板体连接的第二板体，第一板体和第二板体围成上述通道，第二板体包括与第一板体的一对第一孔基本对齐的一对第二孔，以形成第一通孔和第二通孔，以便于流体流经第一通孔、通道和第二通孔。垫片位于相邻的传热板组件之间，以将相邻的传热板组件分隔开，以方便固体颗粒物料从入口进入并在相邻的传热板组件之间流动。

图1至图3根据本申请的一些实施例示出的热交换器100的示意图，在一些实施例中该热交换器用于冷却固体颗粒物料。热交换器100包括位于热交换器100的顶部的入口外壳104的顶部的入口102，入口102用于使固体颗粒物料进入热交换器100。固体颗粒物料可以是任何适合的可流动固体，例如陶瓷珠、砂、烧结铝土矿或任何其他适合的可流动固体。入口外壳104包括进料斗106。由于重力的作用，固体颗粒物料通过进料斗106可以在热交换器100的整个横截面上分布，从而促进从入口102流入的固体颗粒物料的分布。

传热板组件布置成一列。在本实施例中，多个传热板组件108排列成八行，即八个板箱(110,112,114,116,118,120,122,124)，每个板箱包括至少两个传热板组件108。第一板箱110中的至少两个传热板组件108(第一板箱中的传热板组件可称之为第一传热板组件)彼此基本平行，并且彼此间隔开以在相邻的传热板组件108之间留出通道，该通道用于固体颗粒物料的流动。类似地，随后的板箱(112,114,116,118,120,122,124)中的传热板组件108彼此基本平行，并且彼此间隔开，以在板箱中的相邻传热板组件108之间留出通道，该通道用于固体颗粒物料的流动。

板箱(110,112,114,116,118,120,122,124)基本竖直排列，第一板箱110在顶部，然后依次是第二板箱112(第二板箱中的传热板组件可称之为第二传热板组件)、第三板箱114、第四板箱116、第五板箱118、第六板箱120、第七板箱122和第八或底部板箱124。

板箱(110,112,114,116,118,120,122,124)由支撑轨道126支撑，支撑轨道126在包括传热板组件108的底部板箱124的下方延伸。也可以使用其他的支撑轨道，例如，在板箱之间的支撑轨道。可替代地或可附加地，也可以采用支架在一个或多个板箱的上方延伸，以从上方支撑板箱。尽管图1的热交换器100包括传热板组件108的八个板箱(110,112,114,116,118,120,122,124)，但也可以包括其他适合数量的传热板组件108，以及每个板箱中可以包括任何适合数量的传热板组件108。

固体颗粒物料流经传热板组件108之间的空间，该空间提供了通过板箱(110，112，114，116，118，120，122，124)中的传热板组件108的通道。与传热板组件108接触的固体颗粒物料偏转到该通道中。

固体颗粒物料接着从该通道流出并被排放，例如，通过卸料斗148排放，其中固体颗粒物料在“阻塞”流量下被排出，以控制流过热交换器100和流出热交换器100的流量。在图1所示的实施例中，卸料斗148是锥形料斗。但是，其他排出装置和几何形状也可以成功实现。

参考图4，其为根据本申请的一些实施例所示的传热板组件的一部分的正视图。热交换器100的传热板组件108包括至少两个板体402，两个板体402由合金制成，例如，诸如铬镍铁合金、不锈钢或任何其他适合的合金。在本实施例中，传热板组件108包括四个板体，厚度约为0.060英寸(1.524mm)。本实施例中的板体通常是矩形的，包括长侧边404和短侧边406。然而，板体402可以是任何合适的形状和尺寸。在本实施例中，长侧边404的长度约为26英寸(66.0cm)，短侧边406的长度约为8英寸(20.3cm)。

每一个板体402均包括沿厚度方向延伸穿过板体的一对孔(408,410)，其中，一个孔408靠近传热板组件的第一侧边406设置，而另一个孔410靠近第一侧边406的对侧边(传热板组件的第二侧边)设置。当板体402为第一板体时，板体402的一对孔可称之为一对第一孔；当板体402为第二板体时，板体402的一对孔可称之为一对第二孔；当板体402为第三板体时，板体402的一对孔可称之为一对第三孔；当板体402为第四板体时，板体402的一对孔可称之为一对第四孔。

三个板体402均包括通道412(第三板体上的通道可称之为第三板体通道，第四板体上的通道可称之为第四板体通道)。可以在每个板体中选择性地蚀刻通道412，例如，在板体402的一侧表面上通过光刻制成通道412，通道412从一个孔408延伸至另一个孔410。通道412没有延伸穿过板体402的整个厚度。通道412彼此间隔开并且沿着长侧边404布置。本实施例显示了从一个孔408延伸到另一个孔410的13条通道412。但是，通道412的数量也可以是其他任何适合的数量。如图所示，也可以通过选择性地对板体402进行蚀刻来形成通道412。由于蚀刻工艺，所得到的通道412的横截面通常为半圆形。

构成传热板组件108的四个板体402堆叠在一起，使得包括通道412的每个表面414连接相邻的板体402，以在板体402之间围成通道。通过在施加机械压力的真空炉中对堆叠的板体402进行加热，以使板体402之间相互扩散。扩散使得单个传热板组件的厚度约为0.240英寸(6.096毫米)，其中传热板组件包括通过扩散粘结堆叠在一起的板体402。

在图4所示的实施例中，通道412从板体402的一个孔408延伸至另一个孔410。每个通道412在板体402上延伸一次。可替代地，每个通道可以在板体402上延伸不止一次，使得每个通道412从一个孔408延伸至另一个孔410前多次在板体402上延伸。另一个孔410可选地可以与一个孔408设置在板体402的同一侧，这样两个孔都在相同的短侧边406附近，每个通道可以以偶数次在板体402上从一个孔408延伸到另一个孔410。可选地，通道可部分或全部沿竖直方向延伸，因此所述传热板组件可以配置为使得流体在所述通道内基本沿竖直方向流动。

扩散粘结可以在若干堆叠的板体402的上执行，以一次性制得多个扩散粘结板。可以通过在形成单个传热板组件108的每层板体402之间设置不与板体402的材料进行扩散粘结的异种材料制成的片或板，来使得扩散粘结的板体分离。

在以上描述中，每个板体402被描述为包括一个孔408和另一个孔410。可替代地，在形成穿过传热板组件108的孔之前，可以如以上描述地选择性地先蚀刻板体并扩散粘结。

如图5所示，其示出了垫片502(第一板箱的垫片可称之为第一垫片，第二板箱的垫片可称之为第二垫片)。垫片502用于在热交换器100中将传热板组件108分隔开，以方便固体颗粒物料在传热板组件108之间流动。在本实施例中，垫片502通常是矩形的，并且每个垫片502包括延伸穿过其中的孔504。出于本实施例的目的，垫片502的侧边506约等于板体402的短侧边406的长度。但是，垫片502的顶部侧壁508和底部侧边508的长度明显短于板体402的长侧边404。穿过垫片的孔504的大小与板体402中的孔的大小大致相同。垫片502可以是任何合适的厚度，以在传热板组件108之间提供适当的间距，以便于传热板组件108之间固体颗粒物料的流动。例如，垫片502的厚度约为0.25英寸(6.35毫米)。

如图6所示，传热板组件108与布置在每对相邻的传热板组件108之间的两个垫片502堆叠在一起。两个垫片502中的每个的侧边506与每个相邻的传热板组件108的相应短侧边406相邻设置，从而在相邻的传热板组件108的中间部分之间设置等于垫片502的厚度的空间。传热板组件108和垫片502连接在一起，以形成传热板组件108的单个板箱。将传热板组件108和垫片502对齐，使得垫片502中的孔504与板体402上的孔(408、410)对齐。

如图7所示，端板702也与传热板组件108堆叠，使得传热板组件108的每个板箱包括两个端板702，在堆叠的每一端上各有一个端板702。与板体402一样，每个端板702的形状通常为矩形，端板702包括与板体402的短侧边406的长度基本相等的短边704和与板体的长侧边404的长度基本相等的长边706。端板702可以由任何合适的材料制成，例如，铬镍铁合金或其他合适的合金。端板702与相邻的传热板组件108用垫片502隔开，并且端板702也堆叠并连接到相邻的垫片502上。端板702包括与垫片502中的孔504、板体402中的孔(408,410)匹配的接管708。

端板702、垫片502和传热板组件108都可以通过在施加机械压力的真空炉中加热而扩散粘结在一起。因此，端板702、垫片502和传热板组件108连接在一起可以组成一个传热板组件的完整的板箱。或者，可以通过钎焊或任何其他合适的连接技术将端板702、传热板组件108和垫片502连接在一起。

当连接以形成一个完整的板箱时，端板702的接管708与垫片502上的孔504、传热板组件108的板体402上的孔(408,410)连通。这样，第一个板箱中的传热板组件108中的通孔都由垫片连通，形成一个连续的导管，作为穿过传热板组件108和垫片502的歧管。这样，在整体的板箱中，通过传热板组件108和垫片502形成了两个连续的流体歧管。

接管708可用作流体入口和流体出口，以便于流体在传热板组件108和垫片502组成的流体歧管中流动、通过组成传热板组件108的板体402中的通道以及通过在传热板组件108中形成的其他流体歧管流出。因此，在传热板组件108的板箱中形成了两个整体流体歧管，分别用作入口歧管和出口歧管。

如图1至图3所示，至少两个板箱堆叠连接在一起。如前所述，本实施例包括基本竖直分布的八个板箱(110,112,114,116、118,120,122,124)，第一板箱110在顶部，接下来是第二板箱112、第三板箱114、第四板箱116、第五板箱118、第六板箱120、第七板箱122和底部的第八板箱124。

如图8所示，具有矩形横截面的入口外壳104一般连接到传热板组件108的顶部的第一板箱110上。入口外壳104包括了进料斗106，以便于分散由于重力而进入入口102的固体颗粒物料。因此，固体颗粒物料可以几乎在热交换器100的整个横截面上分布。

如图9和图10所示的传热板组件108和端板702。支撑杆1002通常在相邻的传热板组件108之间竖直延伸。支撑杆1002用以使传热板组件108在其长度上保持稳定。支撑杆1002还减少使用传热板组件108时的弯曲。如图所示，传热板组件108被紧密地间隔开并且基本竖直分布，以促进固体颗粒物料在重力的作用下流过每个板箱的传热板组件108之间的空间并到达出口150。因此，每个板箱(110,112,114,116,118,120,122,12)4中的传热板组件108之间的空间为固体颗粒物料流经热交换器100提供了通道。

再次参考图1至图3，在本实施例中，卸料斗148大致是呈圆锥形的壳体，其通过板箱(110,112,114,116,118,120,122,124)的支撑轨道126连接到底部的第八板箱124上。圆锥形外壳用于使固体颗粒物料通过热交换器100形成基本均匀的质量流量。圆锥形外壳提供流出热交换器100的固体颗粒物料的“阻塞流”，以控制固体颗粒物料经过热交换器的流量。

底部的第八板箱124包括与热交换器100的第一侧132端板上的接管708连接的入口法兰130，其中接管708作为由传热板组件108和垫片502组成的入口歧管的流体入口。当使用热交换器100时，热交换流体源连接到入口法兰130，向热交换器100提供热交换流体(热交换流体即上文所述的流体)，例如，超临界二氧化碳。接管708连接至另一侧(被称为第二侧134)的端板上，并与底部板箱124的出口歧管连通，它通过流体管线136连接到接管708，该接管与第七板箱122的入口歧管相连。因此，流体管线136将底部板箱124的流体出口歧管与其上方板箱(第七个板箱122)的流体入口歧管相连。流体管线138的一端和热交换器100第一侧132上的与第七板箱122的流体出口歧管连通的接管708连通，另一端和与第六板箱120的入口歧管连通的接管708连通。流体出口歧管和上方的板箱的流体入口歧管的连通使流体蜿蜒地流经热交换器，继而到达顶部板箱110。因此，顶部、第二、第三、第四、第五、第六和第七板箱(110、112、114、116、118、120、122)的歧管分别与各自下方板箱的流体出口歧管相连。其余未与入口法兰130、出口法兰140或流体管线(例如，流体管线136、138)连接的接管708被堵塞以密封接管，从而阻止了热交换流体从这些未使用的接管708中流出。

顶部板箱110包括与热交换器第一侧132的端板的接管708连接的出口法兰140，用于连接出口管线，以使热交换流体在通过传热板组件108并且流出热交换器100之后流入出口管线。在本实施例中，使用了8个板箱，并且出口法兰140与热交换器第一侧132的端板上的接管708连接。可替代地，当传热板组件108的板箱为奇数时，出口法兰可以与第二侧134的端板上的接管相连。

因此，热交换流体可用于与固体颗粒物料进行间接热交换，因为当固体颗粒物料流经热交换器100时，热交换流体加热传热板组件108以将热量传递到固体颗粒物料。但是，热交换流体与在热交换器100中被加热或冷却的固体颗粒物料是分开的，并且没有接触。可以在高温、高压下将热交换流体引入到传热板组件108中，例如，在200帕的压力下使用超临界二氧化碳。

板箱的传热板组件108可以以任何合适的方式与相邻板箱的传热板组件出现偏移。例如，在板箱一侧的端板702可以比板箱相对侧的端板702厚。板箱可以被组装成使用较厚的端板702作为第一板箱的一侧，并且该侧是与和相邻板箱的相对的一侧。因此，较厚的端板702可以交替地设置于侧面上。利用包括较厚的端板位于交替两侧的板箱这种装配方式，使得传热板组件108横向偏移，因此板箱的传热板组件108不会全部竖直对齐，从而便于固体颗粒物料的加热或冷却。每个板箱的最终尺寸使得板箱的大小相似，因此一个板箱端板702的外表面与下面板箱端板702的外表面竖直对齐。

在交替的侧面上具有不同厚度的端板702是实现在传热板组件108中实现板箱和板箱之间的偏移的合适组件的一个示例。也可以利用任何其他合适的组件来实现这种偏移，使得板箱(110,112,114,116,118,120,122)中的传热板组件108不与相邻板箱(110,112,114,116,118,120,122)中的传热板组件108竖直对齐，同时保持板箱(110,112,114,116,118,120,122)的外部尺寸相似。

传热板组件108的每个板箱(110,112,114,116,118,120,122)由端板702和垫片502密封，例如，所述端板702和垫片502扩散粘结在一起。板箱(110,112,114,116,118,120,122)可以堆叠在一起，并在竖直相邻的板箱(110,112,114,116,118,120,122)之间放置密封件(例如，垫圈)，以防止灰尘和空气从热交换器100溢出。当在热交换器100的内部和外部之间存在压力差时，或在使用吹扫气体时，此类垫片的使用可能是有利的。或者，板箱(110,112,114,116,118,120,122)可以在热交换器100中堆叠在一起而无其他密封，以使竖直相邻的传热板组件板箱(110,112,114,116,118,120,122)的表面彼此连接，以防止颗粒从热交换器100中溢出。

参考图1至图3中所描述的关于热交换器100的操作。当固体颗粒物料通过入口102进入热交换器100时，由于重力作用，固体颗粒物料从入口102向下流动，流入并流经传热板组件108之间的空间。与传热板组件108接触的固体颗粒物料通常会偏转到传热板组件之间的空间。当固体颗粒物料在传热板组件108之间流动时会根据应用场景而被加热或冷却。流经传热板组件的热交换流体会间接加热固体颗粒物料。

然后，固体颗粒物料从卸料斗148流出，卸料斗148控制热交换器100中的固体颗粒物料流量，再从出口150流出，经加热或冷却后的固体颗粒物料从热交换器100排出。

在以上描述中，板体402被蚀刻并扩散粘结在一起以形成传热板组件108。热传导板组件108可以通过3d打印连接在一起，而不通过蚀刻和扩散粘结。可替代地，在组装之前，可以对板体402机器加工或激光切割来形成通道412。传热板组件可以钎焊在一起，而不通过扩散粘结。

如上所述，例如通过扩散粘结将传热板组件108、垫片502和端板702连接在一起。或者，可以通过拉杆将传热板组件108、垫片502和端板702连接在一起，这些拉杆穿过整个板箱，以将传热板组件108、垫片502和端板702对齐并保持在板箱中。整个板箱可以密封或钎焊。

另外，传热板组件108可以为由四个板体组成。也可以使用任何其他适合数量的板体来组成传热板组件108。例如，可以利用两个或多个板体来组成传热板组件。

在上述示例中，传热板组件108中的通孔和第一板箱中的垫片连通，以形成连续的管道，用作流体歧管。这样，通过连续的板箱中的传热板组件108和垫片502形成了两个连续的流体歧管。可替代地，在传热板组件内的垫片或板体可仅包括单个孔，使得热交换流体从入口歧管通过至少一个传热板组件或板体流至出口歧管。

优选地，传热板组件108和垫片502在板箱内形成整体歧管。可以使用数量非常多的相对较薄的传热板组件108，而无需将单独的歧管连接到每个传热板组件108上。可以使用高温高压热交换流体与固体颗粒物料间接换热。

本申请中所描述的实施例在所有方面仅被认为是说明性的而非限制性的。权利要求的范围不被实施例中提出的优选实施例限制，而应给出与说明书整体相一致的最广泛的解释。与权利要求的含义和等同范围内的所有改变均应包含在其范围内。