專利名稱：熱能交換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型是一種吸收、利用火焰熱能的裝置，具體為一種熱能交換器。
背景技術(shù)：
目前熱處理生產(chǎn)中，連續(xù)式可控氣氛網(wǎng)帶爐應(yīng)用比較廣泛，爐內(nèi)多余的保護(hù)性氣氛 (甲醇)及可燃性廢氣在爐口充分燃燒，大量的熱能散失，部分爐型爐口安裝了吸熱裝 置，但由于采用了簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)(扁盒式或少量水管排列)，吸熱效果往往不佳。在工業(yè)應(yīng) 用中，換熱得到的熱量也不是連續(xù)的，無法提供溫度適宜的熱水給清洗槽等設(shè)備使用。
發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是設(shè)計(jì)一種多管排列式結(jié)構(gòu)，熱能交換器，用于吸 收工業(yè)爐廢棄熱能，它可以充分吸收爐口余熱，產(chǎn)生較高溫度的熱水提供給清洗槽循環(huán) 使用。本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下
一種熱能交換器，包括交換器的主體和外部管道，所述交換器主體包括外殼和設(shè)在 外殼內(nèi)的內(nèi)部管道，所述外殼內(nèi)部上下貫通；所述外部管道包括進(jìn)水管和出水管，它們 分別與內(nèi)部管道的進(jìn)水口和出水口連接；所述內(nèi)部管道進(jìn)水口設(shè)在主體的上部，出水口 設(shè)在主體的下部；進(jìn)水管上設(shè)有循環(huán)泵。內(nèi)部管道是由多根管道組成；每根管道成一個(gè) "S"或多個(gè)"S"首尾相連的形狀；多根內(nèi)部管道構(gòu)成多管排列式結(jié)構(gòu)。所述多管排列 式結(jié)構(gòu)是，多根內(nèi)部管道沿水平和豎直方向相互平行；主體的一個(gè)縱向截面是矩陣結(jié)構(gòu)， 矩陣的每個(gè)節(jié)點(diǎn)是一根管道所在位置，該管道是一根內(nèi)部管道的一部分。矩陣結(jié)構(gòu)的節(jié) 點(diǎn)的密度是180個(gè)/平方米 480個(gè)/平方米。這種結(jié)構(gòu)可以提高本交換器的效率。尤其 是該密度的選擇，是經(jīng)過實(shí)驗(yàn)得出的值，在該范圍內(nèi)，同樣結(jié)構(gòu)下，本交換器的效率最 高。
所述內(nèi)部管道的材質(zhì)是無縫鋼管；該鋼管的管徑是20土5mm。無縫鋼管可以承受 更高的溫度；管徑太大，則管中不能保證水是填滿的，使有足夠的水壓使管中水是填滿 的，也不能保證水完全吸收熱量，造成浪費(fèi)；管徑太小，則不足以吸收熱量。該管徑是 根據(jù)一般工廠所采用的水壓下，實(shí)驗(yàn)比較了多種管徑后得到的最佳值范圍。
所述進(jìn)水管上設(shè)有進(jìn)水延長(zhǎng)管，進(jìn)水延長(zhǎng)管一端與進(jìn)水管連通，另一端與大氣連通；所述進(jìn)水延長(zhǎng)管與地面垂直，開口向上；所述出水管上設(shè)有出水延長(zhǎng)管，出進(jìn)水延長(zhǎng)管 一端與出水管連通，另一端與大氣連通；所述出水延長(zhǎng)管與地面垂直，開口向上。采用 該技術(shù)方案，可以避免交換器主體內(nèi)的水干燒或溢出。
所述出水延長(zhǎng)管與出水管的連接處比進(jìn)水延長(zhǎng)管與進(jìn)水管連接處高100 150mm。 所述進(jìn)水延長(zhǎng)管和出水延長(zhǎng)管的管徑比進(jìn)水管的管徑大30土5mm。該數(shù)值是根據(jù)實(shí)驗(yàn) 比較得到的結(jié)果，應(yīng)用了本技術(shù)特征，在避免水干燒或溢出的情況下，使用的材料最少。
所述外殼上部設(shè)有防風(fēng)罩；外殼的殼壁上設(shè)有保溫層。
上述熱能交換器用于吸收丁業(yè)爐廢棄熱能的使用方法，具體是，把所述熱能交換器 設(shè)在工業(yè)爐廢棄熱能的排出口，使熱量從熱能交換器主體內(nèi)穿過；把循環(huán)泵的入水端接 在水源上；在循環(huán)泵的出水端設(shè)有三通管，三通管的一端通過閥連接熱能交換器的進(jìn)水 管，三通管的另一端也設(shè)有閥。
所述工業(yè)爐可以是網(wǎng)帶爐，熱能交換器設(shè)在爐口火簾處；所述三通管的另一端通過 閥連接清洗水槽；所述熱能交換器的出水管通往清洗水槽。
使用上述三通管以及闊，可以自由切換供水流向，保證了熱能交換器和清洗槽中水 量，避免了熱能交換器和清洗槽中缺水或水壓過大。
本發(fā)實(shí)用新型的工作過程是，水通過循環(huán)泵自h而下緩緩注入多管排列式結(jié)構(gòu)中， 沿折線流動(dòng)，充分吸收爐口火簾熱能，再緩緩流入清洗槽中，依次循環(huán)往復(fù)，經(jīng)過一段 時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)，可以保持清洗槽水溫在7(TC左右，再流入清洗槽或其它用水裝置。
通過本實(shí)用新型，可以充分吸收爐口火簾的余熱，循環(huán)加熱自來水供給清洗槽，可 以顯著節(jié)約電能。通過實(shí)驗(yàn)，原有清洗槽加熱功率64千瓦，持續(xù)工作，每月發(fā)生的直 接電費(fèi)成本相當(dāng)大。而采用本實(shí)用新型，在保證煮洗去除淬火后零件的表面附著油污效 果的甜提下，每月可以節(jié)約直接生產(chǎn)成本約15000-20000元，創(chuàng)造了較好的經(jīng)濟(jì)效益。 本實(shí)用新型還可以推廣到類似的其它爐型(有較大火焰余熱的情況)熱能循環(huán)利用之中。


圖1是本實(shí)用新型使用的清洗槽循環(huán)供水走向示意圖。 圖2熱能交換器內(nèi)部縱向截面結(jié)構(gòu)示意圖(左視圖) 圖3熱能交換器內(nèi)部縱向截面結(jié)構(gòu)示意圖(主視圖) 圖4爐口安裝位置示意圖(管線圖) 圖5爐口安裝位置示意圖(主視圖)圖6爐口安裝位置示意圖(左視圖)
1、閥l; 2、閥2; 3循環(huán)泵；4、保溫層；5、內(nèi)部管道；6、進(jìn)水延長(zhǎng)管；7、出水延長(zhǎng) 管；8、防風(fēng)罩；9、進(jìn)水口； 10、出水口； 11、主體。 圖l、 3、 4中，箭頭標(biāo)示水流方向。
具體實(shí)施方式
現(xiàn)有的連續(xù)式網(wǎng)帶爐或者未考慮爐口火簾余熱的吸收利用，或者現(xiàn)有的熱能交換器 效率較低，大量熱能散失。本實(shí)用新型設(shè)計(jì)了一種網(wǎng)帶爐口火簾余熱吸收、利用的裝置。 下面以具體實(shí)施例來說明本實(shí)用新型。
一種熱能交換器，包括交換器的主體11和外部管道，所述交換器主體11包括外殼 和設(shè)在外殼內(nèi)的內(nèi)部管道5，所述外殼內(nèi)部上下貫通；所述外部管道包括進(jìn)水管和出水
管，它們分別與內(nèi)部管道5的進(jìn)水口9和出水口 IO連接；所述內(nèi)部管道進(jìn)水口9設(shè)在 主體11的上部，出水口 10設(shè)在主體11的下部；進(jìn)水管上設(shè)有循環(huán)泵3。內(nèi)部管道5 是由多根管道組成；每根管道成一個(gè)"S"或多個(gè)"S"首尾相連的形狀；多根內(nèi)部管道 5構(gòu)成多管排列式結(jié)構(gòu)。所述多管排列式結(jié)構(gòu)是，多根內(nèi)部管道5沿水平和豎直方向相 互平行；主體11的一個(gè)縱向截面是矩陣結(jié)構(gòu)，矩陣的每個(gè)節(jié)點(diǎn)是一根管道所在位置， 該管道是一根內(nèi)部管道的一部分。所述矩陣結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)的密度是180個(gè)/平方米 480 個(gè)/平方米。所述內(nèi)部管道的材質(zhì)是無縫鋼管；該鋼管的管徑是20士5mm。
所述進(jìn)水管上設(shè)有進(jìn)水延長(zhǎng)管6，進(jìn)水延長(zhǎng)管6—端與進(jìn)水管連通，另一端與大氣 連通；所述進(jìn)水延長(zhǎng)管6與地面垂直，開口向上；所述出水管上設(shè)有出水延長(zhǎng)管7，出 進(jìn)水延長(zhǎng)管7—端與出水管連通，另一端與大氣連通；所述出水延長(zhǎng)管7與地面垂直， 開口向上。所述出水延長(zhǎng)管7與出水管的連接處比進(jìn)水延長(zhǎng)管6與進(jìn)水管連接處高100 150mm。所述進(jìn)水延長(zhǎng)管6和出水延長(zhǎng)管7的管徑比進(jìn)水管的管徑大30士5mm。
所述外殼上部設(shè)有防風(fēng)罩8;外殼的殼壁上設(shè)有保溫層4。
下面例中，優(yōu)選108根無縫鋼管分為9列12層密集排列。
實(shí)施例l:按照?qǐng)D3安裝好熱能交換器及相應(yīng)的管道。網(wǎng)帶爐升溫時(shí)，經(jīng)過階段性 升溫、保溫， 一般爐溫達(dá)到80(TC，開始供給保護(hù)性氣氛(以甲醇為例)，經(jīng)過一段時(shí)間 的平衡，多余的可燃性氣氛在爐口熊熊燃燒，形成一道火簾。
圖1是本實(shí)用新型所使用的清洗槽循環(huán)供水走向示意圖(圖中箭頭所指方向?yàn)樗?方向)，水流經(jīng)閥l流到水槽。水流經(jīng)閥2流到熱能交換器。關(guān)閉閥l，開啟閥2，自來 水經(jīng)過循環(huán)泵3加壓，由直徑20mm的自來水管道輸送到圖3所示的熱能交換器中，自上而下，沿折線流動(dòng)，緩緩注滿108根內(nèi)徑20mm的無縫鋼管，爐口火簾攜帶的大量熱 能為其吸收，交換器沿列管平行的兩側(cè)增加了耐火纖維保溫層，可以兼顧蓄熱保溫及隔 熱，以便于人工操作鋪加零件。在管線發(fā)生故障時(shí)，可以關(guān)閉閥2，開啟閥l。
圖2、圖3是本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的多管排列式熱能交換器示意圖。熱交換器中的無縫 鋼管單根長(zhǎng)約l米，按照9列3排共27根作為1組，從上到下，總共4組(共9列12 排，總計(jì)108根)，豎直方向總高約960mm， 一次可蓄滿約40kg水。
圖4、圖5、圖6是本實(shí)用新型的裝置在網(wǎng)帶爐爐口安裝位置示意圖。為防止注水 進(jìn)入熱能交換器時(shí)，發(fā)生溢出事故，在CD位置加上l根直徑50mm的鍍鋅管，長(zhǎng)度約 1.5 2米；為了使熱能交換器中的自來水加熱時(shí)間相對(duì)充分且保證一定的流量，將出水 口的水平高度B處設(shè)定在距離進(jìn)水口 D處以上約100 150mm的位置；同樣地，為防 止熱水溢出，回水管AB位置也加上l根直徑50mm的鍍鋅管，長(zhǎng)度約1.5 2米。
以上所述的熱能交換器采用無縫鋼管，其余直徑20mm和50mm的為鍍鋅水管，也 可以用其它相近的規(guī)格替代。為減少水在管道循環(huán)時(shí)的熱能散失，應(yīng)在上述管道外壁上 包裹相應(yīng)的保溫隔熱層。
(1) 循環(huán)泵加壓、進(jìn)水循環(huán)泵2.2kw，啟動(dòng)后將自來水輸送到網(wǎng)帶爐加熱爐口的 熱能交換器，進(jìn)水口在上面；
(2) 蓄水吸熱自來水沿?zé)o縫鋼管自上而下流動(dòng)，熱能交換器蓄滿約40kg自來水， 爐口形成的火簾呈發(fā)散狀，自下而上加熱交換器的無縫鋼管外壁，進(jìn)而傳熱給鋼管中的 自來水，出水口的熱水溫度可達(dá)7(TC以上；
(3) 熱水回流到清洗槽上述的熱水經(jīng)過管道流回清洗槽中，使水溫提升，再經(jīng)
過循環(huán)泵加壓，重復(fù)以上步驟，最終經(jīng)過一段時(shí)間的循環(huán)加熱，清洗槽水溫可以保持在
7(TC左右，可以較好地除去落入清洗槽的淬火零件表面附著的油污。
實(shí)施例2:滲碳處理時(shí)，爐內(nèi)多余的可燃性廢氣(例如丙烷、氨氣)和保護(hù)性氣氛
(例如甲醇)，在爐口燃燒，產(chǎn)生灼熱火焰。
自來水經(jīng)循環(huán)泵加壓流入爐口的熱能交換器，原理仍與實(shí)施例l中的相同，兩者的 區(qū)別主要在于本例中火簾較大，相同環(huán)境溫度條件下，清洗槽水溫上升較快。
改進(jìn)前，清洗槽采用64kw的加熱管提供熱能，由于槽口是開放式，加熱管持續(xù)工 作，每月電能消耗約15000 20000元。改進(jìn)后，取消電加熱，直接利用了網(wǎng)帶爐口火簾 的熱能，提升清洗槽水溫，可以較好地滿足淬火零件的表面除油要求。在后續(xù)的表面處 理工序中，可以減輕去除零件表面油污的難度。上述兩個(gè)例中，通過電泵注滿自來水，在網(wǎng)帶爐正常工作時(shí)，爐內(nèi)多余的保護(hù)性氣 氛及可燃性廢氣在爐口充分燃燒，火焰熱能可以被該裝置充分吸收，進(jìn)而加熱管道中所 流經(jīng)的自來水，并導(dǎo)入淬火后的清洗槽中，有利于清除零件表面附著的油污，節(jié)約了大 量的電力能源和后續(xù)的表面處理成本。
可以充分吸收網(wǎng)帶爐爐口火簾余熱，產(chǎn)生70'C以上的熱水，通過電泵帶動(dòng)循環(huán)熱水 流入清洗槽，取代原有的電加熱，節(jié)約了大量的電力能源，并降低了后續(xù)的表面處理成 本。
采取了保護(hù)性設(shè)施①在進(jìn)出水管上接上開放式加長(zhǎng)水管，可以有效防止干燒及熱 水溢出；②在清洗槽處加裝1個(gè)三通，采用球閥控制，可以自由切換供水流向。
自來水通過電泵自上而下緩緩注入多管排列式結(jié)構(gòu)中，沿折線流動(dòng)，充分吸收爐口 火簾熱能，再緩緩流入清洗槽中，依次循環(huán)往復(fù)，經(jīng)過一段時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)，可以保持清洗槽 水溫在70'C左右。
本實(shí)用新型的網(wǎng)帶爐口火簾余熱吸收、利用裝置及使用方法還可以推廣到類似的其 它爐型(有較大火焰余熱的情況)熱能循環(huán)利用之中，本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可以很容易 融匯貫通，在此就不過多舉例了。
權(quán)利要求1、一種熱能交換器，包括交換器的主體和外部管道，所述交換器主體包括外殼和設(shè)在外殼內(nèi)的內(nèi)部管道，所述外殼內(nèi)部上下貫通；所述外部管道包括進(jìn)水管和出水管，它們分別與內(nèi)部管道的進(jìn)水口和出水口連接；所述內(nèi)部管道進(jìn)水口設(shè)在主體的上部，出水口設(shè)在主體的下部；進(jìn)水管上設(shè)有循環(huán)泵，其特征是內(nèi)部管道是由多根管道組成；每根管道成一個(gè)“S”或多個(gè)“S”首尾相連的形狀；多根內(nèi)部管道構(gòu)成多管排列式結(jié)構(gòu)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱能交換器，其特征是所述多管排列式結(jié)構(gòu)是，多根內(nèi) 部管道沿水平和豎直方向相互平行；主體的一個(gè)縱向截面是矩陣結(jié)構(gòu)，矩陣的每個(gè)節(jié)點(diǎn) 是一根管道所在位置，該管道是一根內(nèi)部管道的一部分。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的熱能交換器，其特征是所述矩陣結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)的密度是180 個(gè)/平方米 480個(gè)/平方米。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱能交換器，其特征是所述內(nèi)部管道的材質(zhì)是無縫鋼管； 該鋼管的管徑是20土5mm。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱能交換器，其特征是所述進(jìn)水管上設(shè)有進(jìn)水延長(zhǎng)管， 進(jìn)水延長(zhǎng)管一端與進(jìn)水管連通，另一端與大氣連通；所述進(jìn)水延長(zhǎng)管與地面垂直，開口 向上；所述出水管上設(shè)有出水延長(zhǎng)管，出進(jìn)水延長(zhǎng)管一端與出水管連通，另一端與大氣連 通；所述出水延長(zhǎng)管與地面垂直，開口向上。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的熱能交換器，其特征是所述出水延長(zhǎng)管與出水管的連接 處比進(jìn)水延長(zhǎng)管與進(jìn)水管連接處高100 150mm。
7、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的熱能交換器，其特征是所述進(jìn)水延長(zhǎng)管和出水延長(zhǎng)管的 管徑比進(jìn)水管的管徑大30士5mm。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱能交換器，其特征是所述外殼上部設(shè)有防風(fēng)罩；外殼 的殼壁上設(shè)有保溫層。
專利摘要一種熱能交換器，包括交換器的主體和外部管道，所述交換器主體包括外殼和設(shè)在外殼內(nèi)的內(nèi)部管道，所述外殼內(nèi)部上下貫通；所述外部管道包括進(jìn)水管和出水管，它們分別與內(nèi)部管道的進(jìn)水口和出水口連接；所述內(nèi)部管道進(jìn)水口設(shè)在主體的上部，出水口設(shè)在主體的下部；進(jìn)水管上設(shè)有循環(huán)泵。內(nèi)部管道是由多根管道組成；每根管道成一個(gè)“S”或多個(gè)“S”首尾相連的形狀；多根內(nèi)部管道構(gòu)成多管排列式結(jié)構(gòu)。本實(shí)用新型可以用于吸收工業(yè)爐廢棄熱能，它可以充分吸收爐口余熱，產(chǎn)生較高溫度的熱水提供給其它熱備或工序使用。
文檔編號(hào)F28D1/04GK201302397SQ20082016170
公開日2009年9月2日 申請(qǐng)日期2008年9月24日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月24日
發(fā)明者葉玉明, 常忠智, 徐學(xué)俊 申請(qǐng)人:南京利民機(jī)械有限責(zé)任公司