CN100561071C - 锅炉 - Google Patents
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Abstract
一种锅炉(1)，包括与煤气喷燃器(4)相关的燃烧室(3)；用于将燃烧室(3)中的烟雾的热传递到加热流体的初级热交换器(5)；用于循环烟雾的风扇(7)；和用于从烟雾中回收潜在冷凝热的次级热交换器(8)；次级热交换器(8)包括能缠绕以形成沿轴线(A)延伸的螺旋导管(24)的管(23)，在管(23)中循环加热流体；具有能容纳管(23)的基本圆柱腔(26)的壳(25)，并且其中的烟雾流过管(23)的外面。
Description
技术领域
本发明涉及一种锅炉，更具体地说，涉及一种安装在墙上的煤气加热锅炉，其具有吸气喷燃器，初级热交换器，次级冷凝热交换器，和插入在两个加热交换器之间的风扇。
背景技术
在加热锅炉中，特别是安装在墙上的煤气类型，所谓的冷凝锅炉是已知的，其包括与空气/煤气预混合喷燃器相关的燃烧室；用于向喷燃器引导空气煤气混合物的风扇；和热交换器，其除了将烟雾的热量传递给加热流体(水)外，还包括用于从烟雾中回收潜在的冷凝热量的冷凝部分。
从欧洲专利申请EP-A-0945688中已知一种锅炉，包括沿着烟雾路径串联的两个分离的热交换器：用于将热从烟雾中传递到加热流体的初级热交换器，和用于在自身中冷凝烟雾中蒸汽的次级热交换器。
虽然上述已知的锅炉提供相当高度的效率，但在效率和最重要的设计复杂性方面，上述已知的锅炉还存在进一步改善的空间。实际上，在前述申请中现在使用的热交换器是相当复杂并且笨重的，因此这也应用于相关的锅炉中。
而且，与更简单、更便宜和更安静的直接吸气喷燃器相对比，通过使用空气/煤气预混合喷燃器可以达到目前可得的冷凝锅炉的高等级效率。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种锅炉，特别是一种冷凝锅炉，其提供高等级的效率，结构简单并且同时能便宜简单地制造。
因此本发明涉及一种锅炉，该锅炉包括与煤气喷燃器相关的燃烧室；用于将燃烧室中的烟雾的热传递到加热流体的初级热交换器；用于循环所述烟雾的风扇；和用于从所述烟雾中回收潜在冷凝热的次级热交换器；所述的次级热交换器包括，能缠绕以形成沿轴线延伸的螺旋导管的管，在管中循环所述加热流体；以及具有圆柱腔的壳，在腔中容纳管，并且其中所述的烟雾流过管的外面；该锅炉的特征在于，所述风扇和次级热交换器并排地设置在燃烧室的顶部。
具有结合高度热效率的非常简单结构的次级热交换器的特殊设计使得整个锅炉非常简洁，同时确保高的总效率。实际上根据本发明锅炉的总效率不仅远高于传统的非冷凝锅炉，而且与已知冷凝锅炉具有相同燃烧系统，即喷燃器供给系统。更具体地，根据本发明的锅炉即使利用吸入空气/煤气调节空气喷燃器也提供高度的效率，并且提供与已知的具有高噪音的结构复杂、高成本预混合喷燃器的冷凝锅炉基本相同的效率。
换句话说，利用吸气喷燃器，根据本发明的锅炉提供效率比得上具有预混合喷燃器的冷凝锅炉，同时也保持低的CO和Nox污染排放等级。与已知的冷凝锅炉不同，利用与预混合喷燃器相反的吸气喷燃器获得这些结果(高效率和低污染排放)。
避免使用预混合喷燃器，同时仍达到高效率等级，并且提供减小的声音发射(在预混合喷燃器中一般是高的)以及锅炉总成本。
根据本发明另一方面，在上述锅炉中，风扇包括容纳叶轮的蜗壳；和流量或者压力传感器，其包括位于蜗壳里面的叶轮下游的压力出口，并且连接于用于控制喷燃器的控制单元；第一压力出口，位于由蜗壳里面的叶轮产生的气流的层流区中，其特征在于，所述第一压力出口包括沿与所述气流的方向基本平行的轴延伸的文丘里管。
具有结合了安全和/或调节系统的流量传感器的锅炉是已知的，例如从专利申请FRA-A-2687212中，其中当流量传感器在烟雾排放导管中测量到零流量时，将切断向锅炉的喷燃器供给的煤气。传感器包括连接于设置在烟雾排放导管中的两个压力出口的不同压力开关，其在烟雾循环风扇的下游。已知的这种类型的系统具有如下缺点：主要由于压力出口的位置，并且特别是在出现故障的情况下，无法确保供给压力开关的压力信号足够稳定。
通过专利申请EP-A-1130319中描述的解决方案也没有完全满意地解决这个问题，在该申请中压力出口通常设置在风扇外壳里面不精确的位置，因此获得的信号强烈地受到循环的气流、紊流等的影响。
相反地，根据本发明，通过选择明确压力出口位置，内部紊流或者可以导致错误信号的再循环气流不影响传感器的运行，并且使得供应给传感器的压力信号高度稳定，从而传感器的运行更精确和可靠。而且，根据本发明的压力出口的位置极大地减小了由风扇产生的气流中的负载损耗，在风扇上，压力出口具有可以忽略的作用。
附图说明
将参照附图利用示例说明本发明非限制性的实施例，其中：
图1和2分别示出根据本发明锅炉的简化示意图和透视总图，同时为了清楚除去部分零件；
图3示出图1和2锅炉使用的冷凝热交换器的分解图；
图4和5分别示出图3热交换器第一细节的总图和分解图；
图6和7分别示出图3热交换器第二细节的总图和分解图；
图8示出构成图1和2锅炉一部分的风扇的部分透视分解图；
图9和10分别示出图8风扇的主视图和侧视图；
图11示出沿着图10中线XI-XI的剖视图；
图12示出构成图8风扇一部分的文丘里管的剖视图。
具体实施方式
参考图1和2，锅炉1，尤其是装在墙上的冷凝加热锅炉包括：气密外壳2，其中容纳与煤气喷燃器4相关的燃烧室3；用于将燃烧室3中的烟雾的热传递到在已知回路6(为了简化仅在图1中示出一部分)中循环的加热流体的初级热交换器5；烟雾循环风扇7；和用于从烟雾中回收潜在冷凝热的次级热交换器8。初级热交换器5、风扇7、和次级热交换器8沿着烟雾路径与燃烧室3串联设置。
燃烧室3由相对于外壳2气密封闭的炉套9限定，并且炉套9容纳喷燃器4和初级热交换器5。炉套9包含基本矩形支撑的棱柱体，其具有由脊15接合的两个倾斜(或者一般相对倾斜)侧面13、14形成的三角形屋顶形的顶壁12。
风扇7和次级热交换器8并排地设置在燃烧室3的顶部上，并且更具体地分别在侧面13和14上；并且风扇7沿着烟雾路径设置在初级热交换器5和次级热交换器8之间。
喷燃器4是通过供给导管16连接于煤气总管的已知吸气类型；已知的控制单元17控制沿着供给导管16插入的已知阀18，用来调节向喷燃器4供应的空气/煤气比率；并且沿着进气导管19从外壳2外侧吸入助燃空气。
初级热交换器5容纳于限定燃烧室3的炉套9里面，并且包括连接于回路6的导管22，加热流体沿该导管22循环。导管22外形上是散热片状的，燃烧室3中产生并由风扇7循环的烟雾流过该导管22。
还参考图3，次级热交换器8包括基本圆截面管23，其缠绕以形成沿轴线A延伸的螺旋导管24，在导管24中循环加热流体；具有基本圆柱内腔26的壳25，在腔26中容纳管23，并且其中烟雾流过管23的外面。
优选地由铝制成的管23具有沿着轴线A互相接触的多个相邻弯曲27，并且限定基本圆柱形径向内部间隙28。管23具有外加热片29，其包括从管23的外侧表面径向突起并且基本垂直管23的多个基本环形的片30。
壳25是沿着轴线A延伸的基本圆柱体，并且包括两个凸起壳31、32，它们例如分别由单件压铸铝体限定，以液密方式接合以限定腔26。
更具体地，壳31、32沿着位于壳25的中间平面M上的各个边缘33、34例如通过螺钉(未示出)接合，并且具有用于插入密封36的凹槽35。
壳25的端壁37具有进入口38，其被具有密封环40并且例如通过螺钉固定于壳25的可移动盖39关闭(未示出)。
壳25的纵向端41包括分别限定烟雾进口和加热流体出口的两个开口42、43；壳25的相对于端41的纵向端44包括限定烟雾出口和加热流体进口的两个开口45、46；开口42、46(限定烟雾和加热流体进口)基本直接互相相对地设置，并且基本从壳25的相对侧延伸；并且开口43、45(限定烟雾和加热流体出口)直接互相相对地设置，并且基本垂直平面M从相对侧延伸。
开口42、43、45、46贯通壳25形成，并且分别被基本沿壳25径向外侧延伸的各个轴环42c、43c、45c、46c限定。更具体地，开口43、46形成于壳31中，开口45形成于壳32中，并且开口42由形成于壳31、32中的两个对着的部分限定。开口45(烟雾出口)具有容纳在轴环45c里面的密封45g，并且开口45连接于排气导管47。
设置在壳32下面并且对着炉套9侧面14的壳31具有由径向外轴环49c限定的另一个开口49，其中外轴环49c利用插入密封49g连接于用于排出在壳25里面形成的冷凝物的排出管50(图1)。壳25容纳已知水位传感器51，其在冷凝物排放失败的情况下(以至于冷凝物堆积在壳25里面给定水位上)打开已知的电安全回路(未示出)，用来切断向喷燃器4的煤气供应。
端部关闭的基本圆柱形的反射元件53容纳在由弯曲27限定的间隙28里面，用来使腔26里面的烟雾流过所有加热片29。片30设置成基本接触腔26的内侧表面和反射元件53的外侧表面；并且反射元件53通过在第一移动盖39之后的入口38插入和除去。
管23在各相对端54、55终止于两个端部56、57，它们不具有加热片并且分别插入到开口46和43里面。
如在图4至7中细节所示，次级热交换器8包括位于管23端部54、55的两个连接组件58、59，它们包括用于以液密方式分别将管23的端部54、55连接到加热流体回路6和壳25的第一和第二密封装置。更具体地，在开口46(限定加热流体进口)的连接组件58包括例如铝制的管接头64，其在轴向相对端分别具有两个内座65、66，其中分别插入管23的端部56和用于连接回路6的套管67。
座65具有容纳径向内密封环69的圆周槽68，其中密封环69与摩擦安装在座65里面的端部56在里面上径向地配合。接头64也包括，在它的外侧表面上容纳径向外密封环71的槽70，该密封环71以液密方式与限定开口46的轴环46c的内侧表面在外面上径向地配合。接头64固定于壳25，并且更具体地以已知的方式固定于轴环46c。
相似地，在开口43(限定加热流体出口)的连接组件59包括例如镀锌钢制成的管接头74，其在轴向相对端分别具有两个内座75、76，其中分别插入管23的端部57和用于连接回路6的套管(未示出)。
座75具有容纳径向内密封环79的圆周槽78，其中密封环79与摩擦安装在座75里面的端部57在里面上径向地配合。
连接组件59包括安装于端部57并且容纳在座82里面的密封环81，座82形成于轴环43c里面并且具有环形轴肩83。端部57通过轴环43c安装并且摩擦安装在座75里面；并且密封环81通过锁环84轴向地靠着轴肩83夹紧，依次安装并且锁紧到端部57的外面上。
连接组件确保烟雾和加热流体，甚至来自烟雾的酸性冷凝物都不从壳中溢出。连接组件的特别设计和结构也防止了电解腐蚀现象，因为不需要焊接管的端部。
也参考图8至12，风扇7包括由金属外壳102限定的蜗壳101，金属外壳102具有在互相平行的基本平的底壁104(对着燃烧室3的侧面13)和基本平的顶壁105之间的弯曲的侧壁103；并且基本直的输送部分106关于蜗壳101相切地定位，并且具有连续连接于蜗壳101侧壁103的基本直的、径向外侧107。
蜗壳101容纳已知的叶轮108，为了简化没有详细地示出，该叶轮由安装于顶壁105和蜗壳101外面的已知电动机109驱动。
风扇7是离心类型的，其具有基本轴向的吸入方向D1，和基本关于叶轮108相切的输送方向D2。蜗壳101具有吸入孔111，其贯通底壁104的中心形成并且通过在侧面13中的开口连接于燃烧室3；并且输送孔112设置在输送部分106的端部并且连接于次级热交换器8。
风扇7连接有流量(或压力)传感器113，其连接于控制单元17用来调节向喷燃器4供应的煤气，作为由传感器113测量值的函数。更具体地，传感器113包含不同的压力开关114；和设置在蜗壳101里面在叶轮108下游的压力出口115、116。压力开关114例如是这种已知类型，其包括被弹性变形的薄膜分开的并且分别连接于压力出口的两个腔。
压力出口115、116分别是动态和静态的。
动压出口115包括在蜗壳101里面相切延伸的文丘里管117，其在由蜗壳101里面叶轮108产生流的基本层流区中延伸。换句话说，文丘里管117沿着基本平行流动方向的轴向延伸。
更具体地，由于文丘里管的轴线基本平行于输送部分106，文丘里管117容纳在输送部分106的里面，并且邻近和基本平行于输送部分106直的侧面107。
文丘里管117具有向内逐渐变细的进口118；基本不变截面的颈部119；和展开部分120。管121连接于颈部119，贯通侧面107安装并且通过导管122连接于压力开关114的第一输入123。
静压出口116设置在由蜗壳101中叶轮108产生的紊流区、动压出口115的上游，并且包括贯通蜗壳101的侧壁103安装的诸如直的管状基本圆柱体的探针124。探针124在蜗壳101里面基本垂直流动方向延伸，并且在蜗壳101以基本平行于流过它的气流的流动方向的开口端125处结束，并且在那点靠近于流动部分的中心。探针124的位于蜗壳101外面并且相对于端125的端126通过导管127连接于压力开关114的第二输入128。
管121和探针124分别以已知的方式固定于侧面107和侧壁103，例如通过螺纹紧固元件129、130。
以与已知冷凝锅炉基本相同的方式操作锅炉1。
来自煤气总管的煤气和沿进口导管19吸入的空气在燃烧室3里面以控制单元17确定的比率并且也基于由传感器113测量值进行燃烧；并且燃烧的烟雾流过初级热交换器5的导管22以向加热流体传递热量。
通过风扇7循环烟雾和助燃空气，风扇7保持燃烧室3的压力低于外部空气压力。
然后烟雾供给次级热交换器8，在这里它们将热能传递给加热流体，并且酸性冷凝物形成并且沿着排出管50排出。在排放失败的情况下，没有排出的冷凝物残留在壳25里面并且不与锅炉1的任何其他组成部分接触。烟雾然后沿着排气管47排出。
来自回路6的输入支路6a的加热流体在次级热交换器8中被加热，然后供给到初级热交换器5，从初级热交换器5中加热流体流入到回路6的输出支路6b。
以已知方式操作的传感器113测量的流量值为基础，调节锅炉1的运行。简言之，利用风扇7的蜗壳101里面的压力出口115、116获得的压力信号产生不同压力信号p，其通过压力开关114转化为直流电压。在控制单元17中的微处理器分配每个p值特定的煤气供应量到喷燃器4，因此在锅炉1的整个功率范围内达到不变的效率值。
在故障的情况下，或者甚至在蜗壳101里面切断流量(例如由于排放导管47堵塞)的情况下，压力开关114测量到零流量值并且开启锅炉1。在蜗壳101里面压力出口115、116的具体位置提供向压力开关114供应的压力信号高度稳定。
显然，上面所述的装置既可以等同作为仅仅加热的锅炉，也就是说，简单地产生用于加热系统的热水(很可能与外部锅炉组合)；也可以作为组合锅炉，也就是说用于产生加热系统的热量同时用于家庭使用的热水。
显然，在不脱离本发明的范围的情况下，可以改变这里所述的锅炉。
Claims (18)
1.一种锅炉(1)，包括与煤气喷燃器(4)相关的燃烧室(3)；用于将燃烧室(3)中的烟雾的热传递到加热流体的初级热交换器(5)；用于循环所述烟雾的风扇(7)；和用于从所述烟雾中回收潜在冷凝热的次级热交换器(8)；所述的次级热交换器(8)包括，能缠绕以形成沿轴线(A)延伸的螺旋导管(24)的管(23)，在管(23)中循环所述加热流体；以及具有圆柱腔(26)的壳(25)，在腔(26)中容纳管(23)，并且其中所述的烟雾流过管(23)的外面；
该锅炉的特征在于，所述风扇(7)和次级热交换器(8)并排地设置在燃烧室(3)的顶部。
2.如权利要求1所述的锅炉，其特征在于，所述管(23)具有外部加热片(29)。
3.如权利要求2所述的锅炉，其特征在于，由缠绕的所述管(23)的弯曲(27)限定的间隙(28)容纳反射元件(53)，流入到所述腔(26)里面的烟雾通过反射元件引导到管(23)的加热片(29)上。
4.如权利要求3所述的锅炉，其特征在于，所述加热片(29)包括从管(23)的外侧表面径向突起并且基本垂直管(23)的多个环形的片(30)。
5.如权利要求4所述的锅炉，其特征在于，所述片(30)接触所述腔(26)的内侧表面和所述反射元件(53)的外侧表面。
6.如前述权利要求中任一项所述的锅炉，其特征在于，所述风扇(7)沿着所述烟雾的路径设置在初级热交换器(5)和次级热交换器(8)之间。
7.如权利要求1所述的锅炉，其特征在于，燃烧室(3)具有带有两个倾斜侧面(13、14)的三角形屋顶形的顶壁(12)；风扇(7)和次级热交换器(8)设置在相应侧面(13、14)的顶部上。
8.如权利要求1-5中任一项所述的锅炉，其特征在于，所述壳(25)由两个壳(31、32)限定，这两个壳以液密方式接合以限定所述腔(26)。
9.如权利要求1-5中任一项所述的锅炉，其特征在于，包括两个连接组件(58、59)，它们设置于所述管(23)的相应端(54、55)并且包括相应的第一密封装置(69、79)和第二密封装置(71、81)，用于以液密方式将所述端(54、55)分别连接于加热流体回路(6)和壳(25)。
10.如权利要求9所述的锅炉，其特征在于，每个所述的连接组件(58、59)包括连接于管(23)的相应端(54、55)的接头(64、74)；在壳(25)的外面并以液密方式与壳(25)的相应部分径向配合的第一密封(69、79)；和在管(23)里面并以液密方式与管(23)的相应端部(56、57)径向配合的第二密封(71、81)。
11.如权利要求1-5中任一项所述的锅炉，其特征在于，风扇(7)包括容纳叶轮(108)的蜗壳(101)；和流量或者压力传感器(113)，其包括位于蜗壳(101)里面的叶轮(108)下游的压力出口(115、116)，并且连接于用于控制喷燃器(4)的控制单元(17)；第一压力出口(115)，位于由蜗壳(101)里面的叶轮(108)产生的气流的层流区中。
12.如权利要求11所述的锅炉，其特征在于，所述第一压力出口(115)包括沿与所述气流的方向基本平行的轴延伸的文丘里管(117)。
13.如权利要求12所述的锅炉，其特征在于，所述文丘里管(117)在蜗壳(101)里面相切地延伸。
14.如权利要求12所述的锅炉，其特征在于，所述文丘里管(117)设置得靠近于蜗壳(101)的侧壁(103)。
15.如权利要求12所述的锅炉，其特征在于，包括关于蜗壳(101)相切设置的基本直的输送部分(106)；所述文丘里管(117)容纳于所述输送部分(106)并且沿着基本平行于所述输送部分(106)的轴线延伸。
16.如权利要求15所述的锅炉，其特征在于，所述文丘里管(117)容纳于所述输送部分(106)，邻接并且基本平行于所述输送部分(106)的侧面(107)。
17.如权利要求12所述的锅炉，其特征在于，第二压力出口(116)设置在所述气流的紊流区中。
18.如权利要求17所述的锅炉，其特征在于，所述第二压力出口(116)包括通过蜗壳(101)的侧壁(103)安装的管状探针(124)，其在蜗壳(101)里面沿着基本垂直所述气流的方向延伸。
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