本发明涉及热交换领域， 尤其是涉及一种气体换热器及具有其的气体换 热系统。 背景技术

气体加热装置广泛应用于家庭生活、 冶金、 化工等工业应用中， 例如， 烹饪和房间 供暖等， 并且被应用于许多器具 （例如， 头发烘干机和衣服烘干机等） 。 冶金行业中的 高炉炼铁主要配套设备之一的高炉热风炉， 为高炉持续不断的提供 loocrc以上的高温 热风。 在化工领域广泛应用的管式气体加热炉， 为催化剂的生产提供高温空气 ( 650-800°C ) 。 现有的用来给气体加热的装置主要分为三种： 电加热、 燃气加热和高 速气体气动加热。

电加热一般采用电热丝、 电热盘或者 PTC等作为发热元件。这些发热元件主要依靠 辐射传递热量， 因此往往需要在非常高的温度下操作。 同时由于气体不能很好的吸收辐 射热， 所以这种辐射能大部分不是加热越过该元件流 动的气体， 而是辐射给了周围的结 构， 并将热量传递给周围的结构。所以传统的电加 热气体的加热装置在给气体加热方面 并不是非常有效。

燃气加热是利用对流和辐射将燃气燃烧产生的 热量传递给待加热气体所通过的金 属管道， 再通过对流换热逐步加热气体。 要使气体整体达到所需的温度， 需要一定的传 热时间。为了提高加热速度， 需要提高外部温度，加大温差梯度，从而也增 大了热损失。

高速气体气动加热是将高速压缩气体的一部分 动能和压缩能直接转化为气体内能 的一种加热方式。 这种方法加热所需时间较短， 且被加热气体的温度分布均匀。 但是这 种加热方式需要气体必须是高速压缩气体， 由于这个限制条件， 其应用范围较为有限。

此外， 在传统的直接换热式的换热器中， 被加热气体离开换热器时的出口温度难以 得到准确控制。 发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问 题之一。

为此， 本发明的一个目的在于提出一种可最大程度回 收供热流体的显热和潜热的气 体换热器。

本发明的另一个目的在于提出一种具有上述气 体换热器的气体换热系统。

根据本发明第一方面实施例的气体换热器， 包括： 换热器主体， 所述换热器主体绕 其中心轴可旋转；分隔件，所述分隔件沿着所 述中心轴的方向设置在所述换热器主体内， 且将所述换热器主体分隔成至少一对容纳部分 ，所述每对容纳部分相对所述中心轴成径 向相对设置； 热载体， 所述热载体分别容纳在所述容纳部分中， 其中所述热载体由非金 属固体材料所形成， 且具有小球状、 片状或者多孔状的结构。 根据本发明实施例的气体换热器， 通过将换热器主体分隔成成对的容纳部分， 且该 容纳部分中纳有热载体， 从而在换热器主体旋转的过程中， 通过让供热流体对成对设置 的热载体中的一个进行加热，同时吸收热量的 第二热载体或吸收热量的第一热载体与需 要被加热的气体进行热交换， 以达到对气体进行加热的目的， 从而用这种交替换热的方 式最大程度的吸收供热流体的显热和潜热， 以用于加热气体， 提高了加热效率且减少了 热损失， 降低了成本。

此外， 由于采用热量先被热载体吸收， 然后通过热载体传递给气体以进行加热的方 式， 避免了供热流体与待加热气体之间接触而产生 危险反应或发生污染的危险， 从而提 高了换热的安全性， 且该气体换热器结构简单可靠， 便于操作。

另外， 根据本发明的气体换热器还具有如下附加技术 特征：

在本发明的一个实施例中， 所述换热器主体为圆柱体。

在本发明的一些实施例中， 所述热载体内分别设置有至少一个催化剂层。

根据本发明第二方面实施例的气体换热系统， 包括： 根据本发明第一方面实施例的 气体换热器； 驱动装置， 所述驱动装置用于驱动所述换热器主体的所述 主轴旋转； 第一 通路， 所述第一通路将所述第一流体沿着所述中心轴 的一侧通入所述气体换热器内， 以 与所述的一对容纳部分中所容纳的所述热载体 中的一个换热； 以及第二通路， 所述第二 通路用于将所述第二气体沿着位于所述中心轴 的另一侧通入所述气体换热器内，以与所 述的一对容纳部分中所容纳的所述热载体中的 另一个换热。

根据本发明实施例的气体换热系统， 采用第一流体的热量先被热载体吸收， 然后再 通过热载体传递给第二气体以进行换热的方式 ，避免了供热流体与待加热气体之间接触 而产生危险反应或发生污染的危险， 从而提高了安全性， 同时通过控制第一流体和第二 气体的流速、主轴的转速可以实现充分的热量 传递， 可最大程度的吸收供热流体的显热 和潜热， 以用于加热气体， 提高了加热效率且减少了热损失， 降低了成本。

根据本发明的一个实施例， 所述第一流体通入的方向与所述第二气体通入 的方向相 反。

根据本发明的一个实施例， 所述第一流体为含硫的烟气。

根据本发明的一个实施例，所述第一流体在通 入所述第一通路时的温度大于 350°C。 根据本发明的一个实施例， 所述第一流体在离开所述气体换热器时的出口 温度小于

130 °C。 且优选地， 所述第一流体在离开所述气体换热器时的出口 温度小于 70 °C。

进一步地， 所述气体换热系统还包括： 流体排出装置， 所述流体排出装置与所述第 一通路相连， 以排出所述第一流体。

具体地， 所述驱动装置以预定的时间间隔或者连续地驱 动所述换热器主体旋转。 具体地， 所述驱动装置驱动所述换热器主体绕着所述主 轴顺时针方向或者逆时针方 向旋转。

根据本发明的一些实施例， 所述气体换热系统进一步包括： 冷凝液体移除装置， 所 述冷凝液体移除装置设置在所述气体换热器的 下方， 以移除换热时所产生的冷凝液体。 本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部 分给出， 部分将从下面的描述中变得 明显， 或通过本发明的实践了解到。 附图说明

本发明的上述和 /或附加的方面和优点从结合下面附图对实施� �的描述中将变得明 显和容易理解， 其中：

图 1为根据本发明实施例的气体换热器的主视图� �

图 2为图 1所示的气体换热器的俯视图；

图 3为根据本发明实施例的气体换热系统的示意� �。 具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例， 所述实施例的示例在附图中示出， 其中自始至终相 同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有 相同或类似功能的元件。下面通过参考附 图描述的实施例是示例性的， 仅用于解释本发明， 而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中， 需要理解的是， 术语 "中心" 、 "纵向" 、 "横向" 、 "上" 、

"下" 、 "前" 、 "后" 、 "左" 、 "右" 、 "竖直" 、 "水平" 、 "顶" 、 "底" 、

"内"、 "外"等指示的方位或位置关系为基于附图所示� ��方位或位置关系， 仅是为了 便于描述本发明和简化描述， 而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有 特定的方 位、 以特定的方位构造和操作， 因此不能理解为对本发明的限制。 此外， 术语"第一"、 "第二 " 仅用于描述目的， 而不能理解为指示或暗示相对重要性。 此外， 在本发明的描 述中， 除非另有说明， "多个" 的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中， 需要说明的是， 除非另有明确的规定和限定， 术语 "安装" 、 "相连" 、 "连接 "应做广义理解， 例如， 可以是固定连接， 也可以是可拆卸连接， 或 一体地连接； 可以是机械连接， 也可以是电连接； 可以是直接相连， 也可以通过中间媒 介间接相连， 可以是两个元件内部的连通。 对于本领域的普通技术人员而言， 可以具体 情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用 来实现本发明的不同结构。为了简化 本发明的公开， 下文中对特定例子的部件和设置进行描述。 当然， 它们仅仅为示例， 并 且目的不在于限制本发明。 此外， 本发明可以在不同例子中重复参考数字和 /或字母。 这种重复是为了简化和清楚的目的， 其本身不指示所讨论各种实施例和 /或设置之间的 关系。 此外， 本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子 ， 但是本领域普通技术人员 可以意识到其他工艺的可应用于性和 /或其他材料的使用。

另外， 以下描述的第一特征在第二特征之 "上" 的结构可以包括第一和第二特征形 成为直接接触的实施例， 也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征 之间的实施例， 这样第一和第二特征可能不是直接接触。

下面参考图 1-图 2描述根据本发明第一方面实施例的一种气体� �热器 100， 该气体 换热器 100内可通入流体。 需要说明的是， 在下述的气体换热器 100中， 只描述了该气 体换热器 100形成一对容纳部分 （即第一容纳部分 11和第二容纳部分 12) 的情况， 但 是需要说明的是， 本发明不限于此， 普通技术人员显然知道的是， 在阅读了本发明此处 公开的教导， 可以将该实施例应用于换热器主体被分隔成多 对容纳部分的情况， 且每个 容纳部分中均容纳有热载体的情况， 这也落入本发明的保护范围之内。下面将对该 气体 换热器 100进行详细说明。

如图 1和图 2所示， 根据本发明实施例的气体换热器 100， 包括： 换热器主体 1、 分隔件 2、 第一热载体 111和第二热载体 121， 换热器主体 1绕中心轴 10可旋转。 分隔 件 2沿着纵向设置在换热器主体 1内， 且将换热器主体 1分隔成第一容纳部分 11和第 二容纳部分 12。 第一热载体 111容纳在第一容纳部分 11中。 第二热载体 121容纳在第 二容纳部分 12中。

在图 2的示例中， 换热器主体 1形成为圆柱体， 分隔件 2设在换热器主体 1的轴线 所在的平面的位置处， 第一热载体 111和第二热载体 121可为具有小球状、片状或者多 孔状的结构， 由此通过增大接触面积来加强供热流体和待加 热气体与第一热载体 111 和第二热载体 121之间的换热效率。

其中， 换热器主体 1内可通入第一流体和第二气体， 第一流体为供热流体， 第二气 体为待加热气体， 在下面的描述中， 将以换热器主体 1逆时针转动， 且第一流体沿着中 心轴 10的左侧通入换热器主体 1内， 第二气体沿着中心轴 10的右侧通入换热器主体 1 为例进行说明。

在本发明的示例中， 在初始状态， 换热器主体 1处于未旋转状态时， 第一容纳部分

11位于中心轴 10的左侧， 第二容纳部分 12位于中心轴 10的右侧， 此时第一流体沿着 中心轴 10的左侧通入到换热器主体 1内，第一流体对容纳在第一容纳部分 11内的第一 热载体 111进行加热。 第一热载体 111吸收热量后， 换热器逆时针旋转， 第一容纳部分 11旋转到中心轴 10的右侧， 第二容纳部分 12旋转到中心轴 10的左侧， 旋转到右侧的 第一容纳部分 11内的第一热载体 111与第二气体进行换热以加热该第二气体， 同时， 第一流体对旋转到左侧的第二容纳部分 12内的第二热载体 121进行加热。

换热器继续逆时针转动， 此时第一容纳部分 11被旋转回到中心轴 10的左侧， 第二 容纳部分 12被旋转回到中心轴 10的右侧， 旋转回右侧的第二容纳部分 12内的第二热 载体 121与第二气体进行热交换以加热第二气体，第 一流体对旋转回左侧的第一容纳部 分 11内的第一热载体 111进行加热， 如此循环重复， 以完成对第二气体的加热。 换言 之， 在换热器主体 1旋转的过程中， 第一流体依次对第一热载体 111和第二热载体 121 进行加热，吸收热量的第一热载体 111和吸收热量的第二热载体 121依次与第二气体进 行热交换， 从而达到对第二气体进行加热的目的。

值得理解的是， 当换热器主体 1 为顺时针旋转， 或在初始状态， 第一容纳部分 11 位于中心轴 10的右侧， 第二容纳部分 12位于中心轴 10的左侧时， 气体换热器 100的 换热过程和换热原理、 与当换热器主体 1为逆时针旋转且在初始状态第一容纳部分 11 位于中心轴 10的左侧， 第二容纳部分 12位于中心轴 10的右侧时的换热过程和换热原 理相同， 这里不再进行详细描述。

其中， 供热流体的温度在 350~1200 °C之间， 该供热流体可为气相、 液相或多相混合 物， 待加热气体可为在 20~1200°C下呈气相的各种气体。 且可通过控制换热器主体 1旋 转的速度和供热流体的流速， 以实现更充分的热量传递。 根据本发明的一个实施例， 该 供热流体为含硫的烟气。

根据本发明实施例的气体换热器 100， 通过将换热器主体 1分隔成第一容纳部分 11 和第二容纳部分 12， 且第一容纳部分 11 内容纳有第一热载体 111， 第二容纳部分 12 内容纳有第二热载体 121， 从而在换热器主体 1旋转的过程中， 通过让供热流体对第一 热载体 111或第二热载体 121进行加热，同时吸收热量的第二热载体 121或吸收热量的 第一热载体 111与需要被加热的气体进行热交换， 以达到对气体进行加热的目的， 从而 用这种交替换热的方式最大程度的吸收供热流 体的显热和潜热， 以用于加热气体， 提高 了加热效率且减少了热损失， 降低了成本。又由于采用热量先被第一热载体 111或第二 热载体 121吸收，然后通过第一热载体 111或第二热载体 121传递给气体以进行加热的 方式， 避免了供热流体与待加热气体之间接触而产生 危险反应或发生污染的危险， 从而 提高了安全性， 且该气体换热器 100结构简单可靠， 便于操作。

优选地， 第一热载体 111和第二热载体 121 由非金属固体材料所形成。 从而， 通 过采用非金属固体材料的第一热载体 111和第二热载体 121， 第一热载体 111和第二热 载体 121的蓄热量大，可以在较低的转速和较大的换 热器主体 1的体积下实现大规模的 气体加热， 可有效的降低气体加热的成本， 增加气体加热的应用范围， 同时通过采用非 金属固体材料的第一热载体 111和第二热载体 121， 第一热载体 111和第二热载体 121 的比重小、 重量轻， 可降低气体换热器 100的能耗， 又由于通过采用非金属固体材料的 第一热载体 111和第二热载体 121， 第一热载体 111和第二热载体 121耐腐蚀， 不仅供 热流体（例如含硫的烟气）可为对金属有腐蚀 性的液体， 且可以使供热流体的温度尽可 能降低， 而不用担心供热流体中对金属有腐蚀性的液体 物质析出， 从而最大限定吸收供 热流体的显热和潜热， 以加热气体。 例如， 对于含硫的烟气， 在现有的旋转式气体换热 器中， 烟气在通过该气体换热器 100之后的出口温度是不能降低到 13CTC以下， 因为这 会导致硫酸析出， 从而导致对该气体换热器内由金属制造的部件 的严重腐蚀。 但是， 在 本发明的一个实施例中， 由于第一热载体 111和第二热载体 121由例如 SiC (碳化硅）、 陶瓷等的非金属固体材料所形成， 从而不用顾虑硫等的腐蚀性， 而把出口温度降低到硫 的凝结点之下的温度， 从而最大程度地进行换热， 根据本发明的一个实施例， 所述第一 流体离开所述气体换热器的出口温度小于 130 °C， 进一步地， 所述第一流体离开所述气 体换热器的出口温度小于 70 °C。 该温度在传统的气体换热器中是几乎不可能实 现的。 此外， 在将出口温度降低到凝结点的温度之下， 水蒸汽冷凝析出为液体水， 释放了大量 的潜热（水从 10CTC变为 10CTC的水蒸汽吸收的热量相当于水从 0°C升高至 10CTC时所吸 收热量的 3倍） 。 在本发明的一些实施例中， 第一热载体 111和第二热载体 121内分别设置有至少一 个催化剂层， 用于实现供热流体的催化化学反应， 这些化学反应可包括以供热为目的的 催化放热反应 （相当于 "化学燃烧" ） 、 以脱除供热流体中某种物质 (例如， 脱除 NO _x ) 为目的的催化化学反应， 从而可增加该气体换热器 100的应用范围。

下面参考图 1-图 3描述根据本发明第二方面实施例的气体换热� �统 200。

如图 3所示， 根据本发明实施例的气体换热系统 200， 包括： 气体换热器 100、 驱 动装置 （图未示出） 、 第一通路 3和第二通路 4， 其中， 气体换热器 100为根据本发明 第一方面实施例的气体换热器 100。驱动装置用于驱动换热器主体 1的中心轴 10旋转。 第一通路 3将用于加热的第一流体沿着中心轴 10的一侧通入气体换热器 100内， 以与 第一热载体 111和第二热载体 121中的一个换热。第二通路 4用于将被加热的第二气体 沿着中心轴 10的另一侧通入气体换热器 100内，以与第一热载体 111和第二热载体 121 中的另一个换热。 具体地， 第一流体可为气体或液体。 根据本发明的一个实施例， 所述 第一流体为含硫的烟气。 驱动装置驱动换热器主体 1绕着中心轴 10顺时针方向或者逆 时针方向旋转。

在本发明的示例中， 如图 3所示， 第一通路 3将第一流体沿着中心轴 10的左侧通 入气体换热器 100内，第二通路 4将第二气体沿着中心轴 10的右侧通入气体换热器 100 内， 驱动装置驱动中心轴 10旋转时， 换热器主体 1旋转， 在换热器主体 1旋转的过程 中， 第一通路 3内的第一流体与第一热载体 111和第二热载体 121中的一个进行换热， 第二通路 4内的第二气体与第一热载体 111和第二热载体 121中的另一个进行换热，从 而达到对第二气体进行加热的目的。根据本发 明的一个实施例， 所述第一流体在通入所 述第一通路时的温度大于 350 °C。 根据本发明的一个实施例， 该第一流体的温度为 350-100CTC之间， 而该温度在传统的气体换热系统中是难以实现 的。 此外， 在第一流体 为含硫的烟气时， 在现有的气体换热系统中， 烟气在通过该气体换热器 100之后的出口 温度是不能降低到 130°C以下， 因为这会导致硫酸的析出， 从而导致对该气体换热器内 由金属制造的部件的严重腐蚀。 但是， 在本发明的一个实施例中， 由于第一热载体 111 和第二热载体 121由例如 SiC、 陶瓷等的非金属固体材料所形成， 从而不用顾虑硫等的 腐蚀性， 而把出口温度降低到硫的凝结点之下的温度， 从而最大程度地进行换热， 根据 本发明的一个实施例， 所述第一流体离开所述气体换热器的出口温度 小于 130°C， 进一 步地， 所述第一流体离开所述气体换热器的出口温度 小于 70°C。 该温度在传统的气体 换热系统中是几乎不可能实现的。 此外， 在将出口温度降低到凝结点的温度之下， 水蒸 汽冷凝析出为液体水， 释放了大量的潜热 （水从 10CTC变为 10CTC的水蒸汽吸收的热量 相当于水从 0°C升高至 10CTC时所吸收热量的 3倍） 。 由于热载体由非金属固体材料所 形成， 所以在硫沉积一定程度之后， 对该容纳部分中所容纳的热载体清洗即可以继 续使 用， 从而降低了传统的气体换热系统中所存在的零 部件替换所导致的成本增加的问题。

此外， 根据本发明实施例的气体换热系统 200， 采用第一流体的热量先被第一热载 体 111或第二热载体 121吸收，然后通过第一热载体 111或第二热载体 121传递给气体 以进行加热的方式，避免了供热流体与待加热 气体之间接触而产生危险反应或发生污染 的危险， 从而提高了安全性， 同时通过控制第一流体和第二气体的流速、 中心轴 10的 转速可以实现充分的热量传递， 可最大程度的吸收供热流体的显热和潜热， 以用于加热 气体， 提高了加热效率且减少了热损失， 降低了成本。

在本发明的示例中， 第一流体通入的方向与第二气体通入的方向相 反。

进一步地， 气体换热系统 200还包括流体排出装置 5， 流体排出装置 5与第一通路 3相连， 以排出第一流体。 从而可避免第一流体堵塞第一通路 3。

具体地， 驱动装置以预定的时间间隔或者连续地驱动换 热器主体 1旋转， 从而实现 间断或者连续换热。 其中， 换热器主体 1的转动方式取决于供热流体、 待加热气体、 第 一热载体 111和第二热载体 121的材料和结构。

根据本发明的进一步实施例， 气体换热系统 200还包括冷凝液体移除装置 6， 冷凝 液体移除装置 6设置在气体换热器 100的下方， 以移除换热时所产生的冷凝液体。

在本说明书的描述中， 参考术语 "一个实施例"、 "一些实施例"、 "示意性实施例"、 "示 例"、 "具体示例"、 或 "一些示例"等的描述意指结合该实施例或示例� ��述的具体特征、 结 构、 材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例 或示例中。 在本说明书中， 对上述术语 的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示 例。 而且， 描述的具体特征、 结构、 材料或 者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例 中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例， 本领域的普通技术人员可以理解： 在不脱 离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实 施例进行多种变化、 修改、 替换和变型， 本发明的范围由权利要求及其等同物限定。