流体引导模块、流体加热器和流体加热装置的制作方法

本发明涉及一种用于流体加热器的流体引导模块、一种包括流体引导模块的流体加热器以及一种流体加热装置。

背景技术：

1、当将气体加热到高温(诸如高达1200℃或甚至更高)时，需要使用对流热传递和热辐射两者。为了实现良好的对流热传递，与气流接触的大的热传递表面是有利的。

2、提供大的传热表面的常见解决方案是使用两个同心管，内管被加热并将气体馈送到位于两个管之间的间隙中。由于将气体加热到高温需要管之间具有小间隙的长管，因此难以提供足够直的管，以使之彼此同心地布置。此外，如果同心布置是可能的，则一旦管暴露于高温，就可能仍然难以或不可能从外管抽出内管。这是因为，由于高温暴露，导致了管的变形。

3、de 19610593公开了一种热交换器，其包括容器和管状热交换器元件，该管状热交换器元件被构造用于使待加热的流体流过其外表面。该管状热交换器元件至少部分地由同心管包围，流体在该管和该元件之间的环形间隙中流动。加热线材被设置在该管状热交换元件中。

4、us 4453496公开了多管式直流锅炉。该多管式直流锅炉包括燃烧设备、用作蒸汽室的环形上集流管、用作水室的环形下集流管、连接上集流管和下集流管以形成单排环形的水管壁的多个竖直水管、作为由该水管壁包围的圆筒形内空间的燃烧室以及形成在该水管壁与锅炉的外壁之间的环形燃烧气体通道。

5、wo 2023/183190公开了一种流体加热器，其被构造用以增加流过流体加热器的过程流体的温度。该流体加热器包括引导过程流体穿过流体加热器的多个管。该流体加热器在多个管的每个端部处包括一个歧管组件。该流体加热器的多个管由聚合物形成。因此，该流体加热器被设计用于在危险场所将流体加热到高达120摄氏度的温度，或者在非危险场所将流体加热到高达180摄氏度的温度。

技术实现思路

1、提供可靠且有效的流体加热器将是有利的。进一步期望的是提供一种用于流体加热器并且在所述流体加热器中的流体引导布置，所述布置被构造成即使在经受高温时也基本上具有抗变形性。为了更好地解决这些问题中的一个或多个问题，提供了具有在一个或多个独立权利要求中限定的特征的流体引导模块、流体加热器和流体加热装置中的一个或多个。

2、根据一个方面，提供了一种用于流体加热器的流体引导模块，所述模块包括一定数量的管；和集流管，所述集流管形成入口腔室。所述一定数量的管中的每个管平行于纵向轴线延伸。所述一定数量的管中的管被并排布置，使得每个管具有两个相邻的管。所述集流管是环形的并且围绕开放中心部分布置。所述流体引导模块具有第一端部部分和第二端部部分，所述第二端部部分沿着所述纵向轴线看是与所述第一端部部分相反的。所述集流管被布置在所述第一端部部分处，其中所述入口腔室被布置成与所述一定数量的管中的每个管的内部流体连通。所述管的出口开口被布置在所述第二端部部分处。

3、所述一定数量的管被并排布置，使得所述一定数量的管中的管共同形成围绕中心纵向空间的边界。环形的所述集流管的开放中心部分被布置成与由所述一定数量的管中的管形成的中心纵向空间并置并且开放连通。所述管的出口开口共同形成来自所述流体引导模块的流体出口。在所述第二端部部分处，所述一定数量的管中的管的内部被布置成经由所述管的出口开口与所述管的外部流体连通。

4、由于所述出口开口共同形成所述流体引导模块的流体出口，并且所述管的出口开口共同形成所述流体引导模块的流体出口，并且由于在所述第二端部部分处，所述一定数量的管中的管的内部被布置成经由所述管的出口开口与所述管的外部流体连通，因此所述管在所述流体引导模块的第二端部部分处的端部部分不受限制地被布置在所述流体引导模块中。因此，当被加热时，所述管的自然热膨胀不会导致所述管在径向方向上的变形，至少不会导致任何程度的将会妨碍流体加热器或流体加热装置中的流体引导模块的功能和/或操作的变形，并且/或者所述程度的变形不会妨碍流体加热器或流体加热装置中的流体引导模块的维修。

5、更具体地是，因为所述一定数量的管中的管没有物理地连接到出口布置，诸如出口集流管或歧管，所以当在操作期间加热所述管时，各个管的轴向膨胀在所述流体引导模块的第二端部部分处不受阻碍。

6、根据另一方面，提供了一种流体加热器，所述流体加热器包括根据本文中讨论的示例和/或方面中的任一个示例和/或方面所述的流体引导模块；以及电加热元件或燃料燃烧器，所述电加热元件或燃料燃烧器被定位成穿过环形的所述集流管的开放中心部分并且进入由所述一定数量的管中的管形成的中心纵向空间中。根据实施例，流体加热器可以包括多于一个根据本文中讨论的任何一个示例和/或方面所述的流体引导模块；以及一个或多个电加热元件。

7、同样，由于所述一定数量的管中的管的出口开口共同形成所述流体引导模块的流体出口，并且所述管的出口开口共同形成所述流体引导模块的流体出口，并且由于在所述第二端部部分处，所述一定数量的管中的管的内部被布置成经由所述管的出口开口与所述管的外部流体连通，因此所述管在所述流体引导模块的第二端部部分处的端部部分不受限制地被布置在所述流体引导模块和所述流体加热器中。因此，当所述管被电加热元件或燃料燃烧器加热时，所述管的热膨胀不会导致所述管在径向方向上的任何显著变形，至少不会导致任何程度的将妨碍所述流体加热器的功能、操作和/或可维护性的变形。

8、根据另一方面，提供了一种流体加热装置，所述流体加热装置包括沿着壳体轴线延伸的壳体，所述流体加热装置包括至少一个根据本文中讨论的示例和/或方面中的任一个示例和/或方面所述的流体加热器，所述至少一个流体加热器至少部分地被布置在所述壳体内，其中所述至少一个流体加热器中的每个流体加热器的流体引导模块的纵向轴线与所述壳体轴线平行地延伸。

9、同样，由于所述一定数量的管中的管的出口开口共同形成流体出口，并且所述管的出口开口共同形成所述流体引导模块的流体出口，并且由于在所述第二端部部分处，所述一定数量的管中的管的内部被布置成经由所述管的出口开口与所述管的外部流体连通，因此所述管在所述流体引导模块的第二端部部分处的端部部分不受限制地被布置在所述流体引导模块、所述流体加热器和所述流体加热装置中。因此，当所述管被所述电加热元件或燃料燃烧器加热时，所述管的热膨胀不会导致所述管在径向方向上的任何显著变形，至少不会导致任何程度的将妨碍流体加热装置的功能、操作和/或可维护性的变形。

10、此外，由于所述至少一个流体加热器的流体引导模块被布置在所述流体加热装置的壳体内，因此在所述流体加热装置的操作期间，所述管的出口开口将被加热的流体引导到所述壳体中。因此，所述壳体可以设置有用于被加热的流体的出口，并且因此可以用作所述被加热的流体的收集器。

11、发明人已经认识到的是，通过让所述出口开口共同形成所述流体引导模块的流体出口，即通过在所述流体引导模块中提供开放的管端部，所述管的不可避免的自然热膨胀不受所述流体引导模块的任何出口布置的限制。因此，所述流体引导模块被设计用于自由轴向膨胀。此外，发明人已经认识到的是，通过将所述流体引导模块布置在流体加热装置的壳体中，可以允许所述被加热的流体从所述流体引导模块的管进入所述壳体中，并且进而，所述壳体可以设置有用于所述被加热的流体的出口布置。因此，所述管可以在所述壳体内自由膨胀，而没有在径向方向上变形的风险，同时所述被加热的流体从所述壳体中被取出，而不是直接从所述流体引导模块中取出。

12、所述流体引导模块(在本文中也称为模块)被构造用作流体加热器的一部分。因此，在使用所述流体加热器期间，待加热的流体流过所述流体引导模块，同时所述流体经受来自例如所述流体加热器的电加热元件或燃料燃烧器的热量，所述电加热元件或燃料燃烧器被布置在所述流体引导模块的中心纵向空间中。

13、更具体地是，由于所述一定数量的管形成所述中心纵向空间并因此沿着所述中心纵向空间延伸，因此所述一定数量的管经受热量，并且所述流体在从所述流体引导模块的第一端部部分流过所述一定数量的管到所述流体引导模块的第二端部部分的同时被加热。

14、在所述流体引导模块中，每个单独的管将形成气密通道，并且因此，所述一定数量的管中的管不必沿着它们的长度相对于彼此固定或密封。因此，由各个管中变化的温度梯度引起的热伸长和/或任何应力将不会导致所述流体引导模块相对于所述纵向轴线的任何角度变形。自然热膨胀是不可避免的，但是由于轴向膨胀的自由度，所述流体引导模块仅仅是被伸长并且不经受角度变形。

15、待加热的流体可以是液体或气体。特别地是，所述流体引导模块被设计用于要被加热到高温(例如高达1200℃或甚至更高)的气体。在高温下，本文中讨论的流体引导模块的抗变形性变得最有利。

16、仅作为示例提及，待加热的流体可以是气体，诸如空气、氮气、碳氢化合物(例如甲烷)、氢气、蒸气、一氧化碳、二氧化碳和氦气。

17、所述一定数量的管中的管形成围绕所述中心纵向空间的边界意味着所述一定数量的管界定所述中心纵向空间。所述一定数量的管中的两个相邻管可以邻接抵靠彼此。然而，所述一定数量的管中的管不需要邻接抵靠彼此，并且具体地是不需要沿着它们的整个长度邻接。无论管是否邻接抵靠彼此，所述一定数量的管中的管都被认为形成围绕所述中心纵向空间的边界。

18、由于所述一定数量的管中的每个管平行于所述纵向轴线延伸并且所述一定数量的管形成所述流体引导模块的重要部分，因此所述纵向轴线也形成所述流体引导模块的纵向轴线。因此，在本文中，除非另有说明，否则轴向、径向和周向参考涉及的是所述纵向轴线。

19、为了确保所述管保持并排布置并且所述一定数量的管中的管保持定位以形成围绕所述中心纵向空间的边界，所述管可以通过围绕所述一定数量的管布置的一个或多个束圈而保持就位。这种束圈可以采取围绕所述一定数量的管延伸的外环状构件的形式。此外，径向支撑的内环状构件可以沿着所述纵向空间周向地布置在所述一定数量的管之内。这种内环状构件和外环状构件可以以同心对的方式布置。

20、由于在所述流体引导模块中，环形的所述集流管的开放中心部分被布置成与由所述一定数量的管中的管形成的中心纵向空间并置并且开放连通，电加热元件或燃料燃烧器能够穿过所述开放中心部分插入到所述中心纵向空间中，以形成本文所讨论类型的流体加热器。

21、在所述流体加热装置中，至少所述至少一个流体加热器的所述一定数量的管可以被布置在所述流体加热装置的壳体内。

22、本文讨论的流体加热器可以用于任何类型的流体加热装置中，所述流体加热装置提供从所述一定数量的管中的管的出口开口收集被加热的流体。根据需要，可以使用一个或多个流体加热器。

23、因此，如上所述，本文讨论的流体加热装置的壳体可以设置有用于被加热的流体的出口，因此所述壳体可以用作被加热的流体的收集器。

24、如上所述，在所述流体引导模块中，在所述第二端部部分处，所述一定数量的管中的管的内部被布置成经由所述管的出口开口与所述管的外部流体连通。以这种方式，所述管的出口开口共同形成所述流体引导模块的流体出口。因此，在所述流体引导模块的使用期间，被加热的流体可以从所述流体引导模块直接流出所述管的出口开口。因此，所述流体引导模块不包括任何出口集流管。

25、仅出于解释的目的：所述流体引导模块的出口集流管(诸如例如在us 4453496中讨论的)将在所述流体引导模块内收集被加热的流体，以将流体从所述流体引导模块引导到被加热的流体的接受器。这种出口集流管将防止所述管的内部被布置成与所述管的外部流体连通。

26、根据一些示例，垂直于所述纵向轴线，所述一定数量的管中的每个管可以具有圆形或椭圆形的横截面。以这种方式，在使用流体引导模块、流体加热器和流体加热装置期间，来自流体引导模块内的电加热元件或燃料燃烧器的热量可以有效地传递到流过所述管的流体。

27、对于所述管的椭圆形横截面，所述椭圆形横截面的短轴可以在所述中心纵向空间的径向方向上延伸。

28、当研究所附权利要求书和以下具体实施方式时，本发明的其它特征和优点将变得显而易见。