本發明碟式熱交換方法及裝置屬于熱交換技術領域，特別涉及一種適用于不同溫度的兩種或兩種以上流體物料之間熱量傳遞的方法及裝置。

背景技術：

在工業生產中，用于在兩種或兩種以上流體間、一種流體一種固體間、固體粒子間或者熱接觸且具有不同溫度的同一種流體間的熱量(或焓)傳遞的裝置稱為換熱設備。它是化工、煉油、食品、輕工、能源、制藥、機械及其他許多工業部門廣泛使用的一種通用設備。對于迅速發展的化工、煉油等工業生產來說，換熱設備尤為重要。在化工廠中，換熱設備的投資約占總投資的10％～30％；在煉油廠中，約占總投資的35％～40％。近20年來，換熱設備在能源儲存、轉化、回收，以及新能源利用和污染治理中得到了廣泛的應用。

在工業生產中，換熱設備的主要作用是使熱量由溫度較高的流體傳遞給溫度較低的流體，使流體溫度達到工藝過程規定的指標，以滿足工藝過程上的需要。此外，換熱設備也是回收余熱、廢熱特別是低位熱能的有效裝置。例如，煙道氣(約200～300℃)、高爐爐氣壓力蒸汽(約500℃)、需要冷卻的化學反應工藝氣(300～1000℃)等余熱，通過余熱鍋爐可生產壓力蒸汽，作為供熱、供氣、發電和動力的輔助能源，從而提高熱能的總利用率，降低燃料消耗和電耗，提高工業生產經濟效益。

近年來，隨著世界性的能源危機波及到了裝備制造業及石油化工這些耗材及能耗的大戶，以及國家節能減排長期國策的確立，作為能量回收裝備—熱交換設備的提高傳熱效能及降低能耗的研究被提高到了很重要的地位。

技術實現要素：

本發明目的是提供一種熱交換效率高、能耗低、便于推廣應用的熱交換裝置和方法。

為實現上述目的，本發明提供一種碟式熱交換裝置，包括筒體、結構中空軸、至少兩級空心碟片、支撐結構、改向結構以及第一流道和第二流道；第一流道通過結構中空軸內壁、空心碟片內壁及支撐結構形成，用于第一流體的流通；第二流道通過筒體內壁、結構中空軸外壁、空心碟片外壁及改向結構形成，用于第二流體的流通；結構中空軸位于筒體中心，沿水平方向布置；各級空心碟片串接在結構中空軸的外壁；支撐結構布置在空心碟片內，用于將空心碟片內的第一流體在流動過程中形成至少一股流向急速逆轉的切向流；改向結構布置于兩級空心碟片之間，用于將相鄰兩級空心碟片之間的第二流體在流動過程中形成至少一股流向急速逆轉的切向流。

進一步的，熱交換裝置還包括驅動裝置，用于驅動結構中空軸和空心碟片共同沿結構中空軸的中心軸旋轉。熱交換裝置的驅動裝置優選變頻控制。

進一步的，熱交換裝置的支撐結構為平板狀結構，縱向固定在空心碟片內腔中，并在板面靠邊緣處開有流通通道。流通通道是至少一圈連續的流通開口，或由至少一圈不連續的多個流通口組成。

進一步的，熱交換裝置的改向結構為平板狀結構，豎直固定于筒體內壁，并在板面靠筒體內壁處開有導流通道。導流通道是至少一圈連續的流通開孔，或由至少一圈不連續的多個導流孔組成。

進一步的，熱交換裝置的空心碟片為楔形空心結構，與結構中空軸呈上升楔形布置。

本發明還提供一種碟式熱交換方法，適用于上述碟式熱交換裝置，在流體運動時，第一流體在沿第一流道流動的過程中通過熱交換裝置空心碟片內的支撐結構形成至少一股流向急速逆轉的切向流；第二流體在沿第二流道流動的過程中通過熱交換裝置中的改向結構形成至少一股流向急速逆轉的切向流。

進一步的，熱交換裝置的結構中空軸和空心碟片共同沿結構中空軸的中心軸旋轉。

本發明所公開的碟式熱交換裝置及方法可以廣泛應用于不同溫度的相同或不同性質的流體物料之間熱量的傳遞，尤其適用于高溫氣體物料與低溫液體物料之間熱交換。具有以下有益效果：

(1)通過空心碟片內的支撐結構及空心碟片之間的改向結構的設計，形成使流體在流動過程中形成至少一股具有方向逆轉的切向流的流通通道，加速流體物料的湍動狀態，提升換熱效率。

(2)結構中空軸支撐空心碟片，并與空心碟片呈連通設計，使流體經過結構中空軸及空心碟片進行充分的熱量傳遞；并且設置在筒體內壁的改向結構與空心碟片成角度交錯排列，流體沿改向板和空心碟片間的設定通道流通，介質離效安全，進一步增加換熱效果。

(3)通過碟式熱交換裝置自旋轉的方式加快流體的湍動運動，進一步加速流體物料的湍動狀態，并可以起到提高傳熱系數的作用，提高換熱效率；同時還具有自清潔效果，即避免了換熱器容易結垢、死區污堵嚴重的問題，從而延長了碟式熱交換裝置的使用壽命。

(4)自旋轉可采用變頻控制，根據物料特性和生產需要調節旋轉的速度，實現滿足高效率滿足生產要求的條件下節能降耗；還可結合檢測及自動控制系統，對熱交換系統實現智能化控制。

(5)空心碟片的級數可根據需要進行靈活設計；空心碟片的兩個側面均有一定的傾斜度，這種斜面隨軸轉動時，可使流體對斜面有撞擊作用，即可實現自動清潔效果，又不斷更新傳熱表面，強化傳熱。

(6)本發明的碟式熱交換裝置和方法同樣適用于串聯、并聯或串并聯交替的組合使用模式，實現串聯時熱交換效率高、換熱溫差大，并聯時處理物料量大的運行方式，操作方式靈活，滿足不同熱交換物料量、換熱溫差的需求。

(7)碟式熱交換裝置采用的支撐板、空心碟片、改向板等零備件大多是常規材質、標準件，安裝、維修比較方便，成本低，易于推廣應用。

附圖說明

圖1和圖2為本發明碟式熱交換裝置結構示意圖。

圖3為本發明碟式熱交換方法串聯流程圖。

圖4為本發明碟式熱交換方法串聯加并聯流程圖。

圖5為本發明碟式熱交換系統控制示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例對本發明做進一步說明。

碟式熱交換方法可以廣泛應用于不同溫度的兩種或兩種以上流體物料之間熱量的傳遞，如液體物料與液體物料、氣體物料與氣體物料、或液體物料與氣體物料的高低溫熱交換。

本發明提供一種碟式熱交換裝置的實施例，如圖1和圖2所示，包括筒體1、結構中空軸2、空心碟片3、支撐板4、改向板5、驅動裝置6以及第一流道11和第二流道22。

第一流道11通過結構中空軸2內壁、空心碟片3內壁及空心碟片3形成，流動方向如圖中箭頭所示，用于第一流體的流通；第二流道22通過筒體1內壁、結構中空軸2外壁、空心碟片3外壁及改向板5形成，流動方向如圖中箭頭所示，用于第二流體的流通。

結構中空軸2位于筒體1中心，沿水平方向布置；空心碟片3連接結構中空軸2的外壁并與之連通，圖中空心碟片3設有三級，當然也可根據需要設置成兩級或多級；空心碟片3內布置有支撐板4，用于將空心碟片3內的第一流體在流動過程中形成一股流向逆轉的切向流；改向結構布置于兩級空心碟片3之間，用于將相鄰兩級空心碟片3之間的第二流體在流動過程中形成一股流向逆轉的切向流。

其中，支撐結構，即圖1和圖2中的支撐板4，縱向固定在空心碟片3的內腔中，并在板面靠邊緣位置上開有流通口41。

改向結構，即圖1和圖2中的改向板5，豎直固定于筒體內壁，與空心碟片3交錯排布，并在靠筒體內壁處開有導流孔51。改向板5可采用螺栓加密封墊形式安裝就位，可根據物料流動特性進行角度調整，還可單獨更換，使用靈活，維修成本低。

空心碟片3可以是楔形空心結構，如圖1所示，空心碟片3與結構中空軸2呈上升楔形布置。碟片的兩個側面均有一定的傾斜度，楔傾斜角度可根據流體的性質進行設計，這種斜面隨軸轉動時，可使流體對斜面有撞擊作用，即可實現自動清潔效果，又不斷更新傳熱表面，強化傳熱；空心碟片3也可以是如圖2所示的呈水平方向。

進一步，熱交換裝置的結構中空軸2和空心碟片3可沿結構中空軸2的中心軸共同旋轉，可采用電動驅動裝置6驅動旋轉。驅動裝置6可采用變頻控制，可根據不同流體的特性設置旋轉速度。

該碟式熱交換裝置工作時，結合圖1至圖5對流體流動的流向進行說明：

如圖1和圖2所示，熱交換系統啟動，碟式熱交換裝置運行，由泵送設備將物料泵入碟式熱交換裝置，第一流體，即第一流道11內的物料，由第一流體進口111進入碟式熱交換裝置，沿圖1和圖2所示的第一流道箭頭方向流動；第二流體，即第二流道22內的物料，由第二流體進口221進入碟式熱交換裝置，沿圖1和圖2所示的第二流道箭頭方向流動。運行過程中，產生的凝液可集中收集。

碟式熱交換裝置內的第一流體在第一流道11流動過程中，通過支撐板4及位于支撐板上的流通口41的作用，形成空心碟片3內的上下兩個切向流道，使第一流體以最短的距離從一切向流道快速流經后以180°逆轉到空心碟片3內的另一切向流道，從而在空心碟片3內形成一股方向急速逆轉的切向流，使物料充分接觸進行熱交換的同時，通過急速的湍動運動，對碟式熱交換裝置死角區域達到自清潔作用。第二流體在第二流道22流動過程中，通過空心碟片3與筒體1之間的空隙后，進入改向板5與空心碟片3形成的導流通道，即先后進入相鄰兩級空心碟片3之間的上下切向流道；并通過改向板5上的導流孔51以最短的距離快速流經，從而在相鄰兩級空心碟片3之間形成一股方向急速逆轉的切向流；然后以180°逆轉到另一空心碟片3與筒體1之間的空隙。在第二流體流動過程中，其凝液通過凝液收集出口7不斷排出。

在系統運行時，進一步的，還可以通過結構中空軸2和空心碟片3沿結構中空軸2軸心的自旋轉加速流體流動的湍動狀態。由于不同物料形成的流體性質不一樣，通過變頻驅動裝置6來控制旋轉的速度。

如圖3和圖4所示，本發明還公開了采用多組碟式熱交換裝置組合的熱交換系統實施例，即多組碟式熱交換裝置串聯和串并聯組合實施例，圖3所示的是由兩組碟式熱交換裝置串聯組成的碟式熱交換系統框圖；圖4所示的是四組碟式熱交換裝置采用串并聯組合方式的碟式熱交換系統框圖。以此實現串聯時熱交換效率高、換熱溫差大，并聯時處理物料量大的運行方式，以滿足不同熱交換物料量、換熱溫差的需求。

如圖5所示的碟式熱交換系統控制示意圖，公開了碟式熱交換裝置結合智能控制系統的熱交換控制系統實施例，該系統操作可由計算機控制，設置自動檢測和顯示系統裝置，設計遠傳/就地溫度測點，系統運行進行轉速、電流監控，可以根據溫度范圍變頻調整碟式熱交換裝置的轉速，自動化程度高，操作方便。

此外，由于碟式熱交換裝置采用的空心碟片3、支撐板4、改向板5等零備件大多是常規材質、標準件，安裝、維修比較方便。

以上所述僅為本發明的優選實施例而已，并不用于限制本發明，對于本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。