一种适合于高温宽压差的换热器及其换热机构制造技术

本发明专利技术公开一种适合于高温宽压差的换热器及其换热机构。换热机构包括：筒体，构造为圆筒状；与所述筒体同轴设置的芯柱，其外轮廓构造为圆柱形；以及多个的单元层，每个单元层均包括均匀环绕所述芯柱且均与所述芯柱平行的多个转动圆柱，多个单元层依次排布在所述芯柱上且夹设于所述芯柱与所述筒体之间，处于同一层的转动圆柱的直径相同且每层转动圆柱数量都相等且均匀布置。该换热器及其换热机构的换热效率高，能应用于高温宽压差换热的情景。

A heat exchanger and its heat exchange mechanism suitable for high temperature and wide pressure difference

【技术实现步骤摘要】
一种适合于高温宽压差的换热器及其换热机构
本专利技术涉及特种工程传热方面的高温换热领域，具体涉及一种适合于高温宽压差的换热器及其换热机构。
技术介绍
现在传统间壁式换热器的换热方法是冷、热工质被金属管壁隔开，热量必须穿透金属管壁，从金属管壁的一侧传导至另一侧，才能完成换热过程，但是这种换热方式及相应的换热器换热温度因为受制于金属材料的耐热性限制，不能高于600℃，当换热温度高于600℃时，金属管壁温度也会高于600℃，会发生金属材料的蠕变（屈服强度降低引起的），无法保证换热器长期稳定的正常运行。在工程上，往往需要换热温度超过≥1000℃的换热，例如，火力发电厂超（超）临界发电机中的过热蒸汽再加热工况，换热温度越高，煤电转换效率越高；斯特林发动机热交换系统中的加热器、回热器换热温度越高，单位工质做功能力越强、综合热效率越高等。因此，为了满足上述特殊工程高温换热的需要，需要特殊种类的不受耐热材料限制的换热器。
技术实现思路
本专利技术提供了一种新的换热器和换热机构，意图解决因金属材料耐热性限制导致的换热温度不能超过600℃的难题，使换热载体在≥1000℃、宽压差（0.05Mpa~35Mpa）工况下，也能长期稳定安全可靠地运行。本专利技术整体思路是变传统静止换热器热量穿透金属管壁的换热方法为通过换热器中换热体运动、依靠运动体表面携带热量而进行换热的方法，其换热承载体由静止固定的间壁式换热器变为运动的“同步运动组合体”。在
技术实现思路
部分中，引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本专利技术的一个主要目的在于克服上述现有技术的至少一种缺陷，提供一种换热机构，其包括：筒体，构造为圆筒状；与所述筒体同轴设置的芯柱，其外轮廓构造为圆柱形；以及多个的单元层，每个单元层均包括均匀环绕所述芯柱且均与所述芯柱平行的多个转动圆柱，多个单元层依次排列在所述芯柱上且夹设于所述芯柱与所述筒体之间，处于同一层的转动圆柱的直径相同，且每层圆柱数量都相等且均匀布置；其中，相邻两个单元层中的一个单元层中的转动圆柱的外侧壁与另一个单元层中的相邻两个转动圆柱的外侧壁相抵，最外层的单元层中的转动圆柱的外侧壁与所述筒体的内侧壁相抵，最内层的单元层中的转动圆柱的外侧壁与所述芯柱的外侧壁相抵；筒体和芯柱之间的空间被转动圆柱分割成位置相对固定的多个冷腔和多个热腔，冷腔与热腔之间至少共用同一个转动圆柱的外侧壁作为各自的内壁。根据本专利技术的一个实施例，在每个单元层中，转动圆柱均距布置，每个转动圆柱直径小于两个相邻转动圆柱的间距。根据本专利技术的一个实施例，所述单元层至少设置有3层。根据本专利技术的一个实施例，筒体与转动圆柱相互接触的部分的运动方向相同、运动线速度相等且没有滑动摩擦；芯柱与转动圆柱相互接触的部分的运动方向相同、运动线速度相等且没有滑动摩擦；转动圆柱与转动圆柱相互接触的部分的运动方向相同、运动线速度相等且没有滑动摩擦。根据本专利技术的一个实施例，所述筒体包括金属套筒，覆盖在所述金属套筒的内周壁上的筒体隔热层以及覆盖在所述筒体隔热层上的筒体耐热层；所述芯柱包括金属轴、覆盖在所述金属轴的外侧壁上的芯柱隔热层以及覆盖在所述芯柱隔热层上的芯柱耐热层；所述转动圆柱包括金属筒体、覆盖在所述金属筒体的外侧壁上的隔热层以及覆盖在所述隔热层上的转动圆柱耐热层。根据本专利技术的一个实施例，所述筒体耐热层、所述芯柱耐热层和所述转动圆柱耐热层的表面粗糙。根据本专利技术的一个实施例，所述金属筒体内设置有轴向延伸的转动圆柱通道，所述金属套筒内设置有轴向延伸的筒体通道，所述金属轴内设置有轴向延伸的芯柱通道。根据本专利技术的一个实施例，所述芯柱设置成圆柱状且其直径能够胀缩，并设置有允许芯柱直径径向胀缩的至少一条轴向伸缩缝；所述换热机构还包括插入到所述芯柱内的转轴以及安装在转轴上且处于芯柱与转轴之间的胀缩机构；所述胀缩机构用于对芯柱施加径向向外的预紧力以使所述芯柱直径自如胀缩；芯柱的金属筒体允许直径胀缩，且设置有允许直径胀缩的轴向伸缩缝。根据本专利技术的一个实施例，所述转轴的一端设置有外螺纹；所述胀缩机构包括：设置有内螺纹的螺纹套，与该转轴的外螺纹配合；固定在转轴上的多块第一肋板，多块第一肋板在转轴的周向上均匀分布；设置在螺纹套与第一肋板之间的活动套，活动套包括套装在转轴上套环以及从套环上径向向外伸出的多个第二肋板，第二肋板与第一肋板一一对齐；以及与第一肋板一一对应的设置的推挤组件，每个推挤组件包括：推挤件，置在与其对应的第一肋板与芯柱之间；第一连杆，一端铰接推挤件、另一端铰接第一肋板；第二连杆，一端铰接推挤件、另一端铰接第二肋板；其中，第一连杆和第二连杆均铰接推挤件的一端的距离小于第一连杆铰接于第一肋板的一端与第二连杆铰接于第二肋板的一端之间的距离。根据本专利技术的一个实施例，推挤件包括：安装板，朝向芯柱一侧设置有多个安装槽；多个滚动体，一一镶嵌在所述安装槽中；以及第三肋板，设置在安装板朝向安装槽的一侧，第三肋板的两端分别与第一连杆和第二连杆相铰接。根据本专利技术的一个实施例，每个推挤组件中设置有多根相互平行的第一连杆。根据本专利技术的一个实施例，所述换热机构还包括设置在转轴一端上的传动机构以及用于驱动该传动机构的驱动机构。根据本专利技术的一个实施例，相邻两个单元层中的一个外层单元层中的转动圆柱的外径不小于内层单元层中的转动圆柱的外径，且外单元层圆柱体的外径大于内层单元层中相邻两个转动圆柱之间的间隙。根据本专利技术的一个实施例，所述换热机构还包括设置在筒体两端的端盖；转动圆柱设置成筒形，其内设置有轴向延伸的转动圆柱通道，转动圆柱的每一端均设置有一连接块，连接块的顶端设置有向内凹陷的键槽，键槽的底端设置有阶梯孔，阶梯孔的大直径端朝外、小直径端连通于转动圆柱的转动圆柱通道；换热器还包括多个连接器，每个端盖与连接块之间通过连接器连接；连接器包括：安装座，包括第一座体，连接于端盖；芯轴，从第一座体向背离端盖的方向伸出，以及第一过孔，与芯轴同轴设置且贯穿安装座；转动块，包括第二座体，设置有套装在芯轴上的圆孔；条形键，从第二座体伸入到所述键槽内且能相对于所述键槽滑动，条形键设置有一端连通第二座体的圆孔的第二过孔，以及限位筒，从条形键伸入到所述阶梯孔的大直径端内且与第二座体同轴的，限位筒的内孔连通于第二过孔的另一端；弹性件，套装在限位筒上且两端分别与抵接于所述阶梯孔的大直径端的底壁和条形键的顶端；冷却管，贯穿端盖并依次穿过第一过孔、第二座体的圆孔、限位筒的内孔而伸入到转动圆柱内与转动圆柱通道相接通。根据本专利技术的一个实施例，每一个转动圆柱至少被不在同一条直线上的三点夹紧，并被自动定位，其轴线位置固定，仅有一个可绕轴线转动的自由度。...

【技术保护点】
1.一种换热机构，其特征在于，包括/n筒体，构造为圆筒状；/n与所述筒体同轴设置的芯柱，其外轮廓构造为圆柱形；以及/n多个的单元层，每个单元层均包括均匀环绕所述芯柱且均与所述芯柱平行的多个转动圆柱，多个单元层依次排列在所述芯柱上且夹设于所述芯柱与所述筒体之间，处于同一层的转动圆柱的直径相同，且每层转动圆柱数量都相等且均匀布置；/n其中，相邻两个单元层中的一个单元层中的转动圆柱的外侧壁与另一个单元层中的相邻两个转动圆柱的外侧壁相抵，最外层的单元层中的转动圆柱的外侧壁与所述筒体的内侧壁相抵，最内层的单元层中的转动圆柱的外侧壁与所述芯柱的外侧壁相抵；筒体和芯柱之间的空间被转动圆柱分割成位置固定的多个冷腔和多个热腔，冷腔与热腔之间至少共用同一个转动圆柱的外侧壁作为各自的内壁。/n

【技术特征摘要】
20191203 CN 20191122098241.一种换热机构，其特征在于，包括
筒体，构造为圆筒状；
与所述筒体同轴设置的芯柱，其外轮廓构造为圆柱形；以及
多个的单元层，每个单元层均包括均匀环绕所述芯柱且均与所述芯柱平行的多个转动圆柱，多个单元层依次排列在所述芯柱上且夹设于所述芯柱与所述筒体之间，处于同一层的转动圆柱的直径相同，且每层转动圆柱数量都相等且均匀布置；
其中，相邻两个单元层中的一个单元层中的转动圆柱的外侧壁与另一个单元层中的相邻两个转动圆柱的外侧壁相抵，最外层的单元层中的转动圆柱的外侧壁与所述筒体的内侧壁相抵，最内层的单元层中的转动圆柱的外侧壁与所述芯柱的外侧壁相抵；筒体和芯柱之间的空间被转动圆柱分割成位置固定的多个冷腔和多个热腔，冷腔与热腔之间至少共用同一个转动圆柱的外侧壁作为各自的内壁。


2.根据权利要求1所述的换热机构，其特征在于，在每个单元层中，转动圆柱均距布置，每个转动圆柱直径小于两个相邻转动圆柱的间距。


3.根据权利要求1所述的换热机构，其特征在于，所述单元层至少设置有3层。


4.根据权利要求1所述的换热机构，其特征在于，筒体与转动圆柱相互接触的部分的运动方向相同、运动线速度相等且没有滑动摩擦；
芯柱与转动圆柱相互接触的部分的运动方向相同、运动线速度相等且没有滑动摩擦；
转动圆柱与转动圆柱相互接触的部分的运动方向相同、运动线速度相等且没有滑动摩擦。


5.如权利要求1所述的换热机构，其特征在于，
所述筒体包括金属套筒，覆盖在所述金属套筒的内周壁上的筒体隔热层以及覆盖在所述筒体隔热层上的筒体耐热层；
所述芯柱包括金属轴、覆盖在所述金属轴的外侧壁上的芯柱隔热层以及覆盖在所述芯柱隔热层上的芯柱耐热层；
所述转动圆柱包括金属筒体、覆盖在所述金属筒体的外侧壁上的隔热层以及覆盖在所述隔热层上的转动圆柱耐热层。


6.如权利要求5所述的换热机构，其特征在于，所述筒体耐热层、所述芯柱耐热层和所述转动圆柱耐热层的表面粗糙。


7.如权利要求5所述的换热机构，其特征在于，所述金属筒体内设置有轴向延伸的转动圆柱通道，所述金属套筒内设置有轴向延伸的筒体通道，所述金属轴内设置有轴向延伸的芯柱通道。


8.如权利要求1所述的换热机构，其特征在于，所述芯柱设置成圆柱状且其直径能够胀缩，并设置有并设置有允许芯柱直径径向胀缩的至少一条轴向伸缩缝；
所述换热机构还包括插入到所述芯柱内的转轴以及安装在转轴上且处于芯柱与转轴之间的胀缩机构；
所述胀缩机构用于对芯柱施加径向向外的预紧力以使所述芯柱直径自如胀缩；
芯柱的金属筒体允许直径胀缩，且设置有允许直径胀缩的轴向伸缩缝。


9.如权利要求8所述的换热机构，其特征在于，所述转轴的一端设置有外螺纹；
所述胀缩机构包括：
设置有内螺纹的螺纹套，与该转轴的外螺纹配合；
固定在转轴上的多块第一肋板，多块第一肋板在转轴的周...

【专利技术属性】
技术研发人员：张孔明，张立，
申请(专利权)人：北京福典工程技术有限责任公司，
类型：发明
国别省市：北京;11