CN101846464B - 用于制热和/或卫生用热水、尤其是冷凝应用的螺旋换热器 - Google Patents

Abstract

一种用于制热和/或生产卫生使用热水、特别地设计用于冷凝应用的螺旋换热器，其特征在于所述螺旋换热器包括优选地但不唯一地由导热材料制成并且具有一定轮廓横截面的管道，称其为外部管道，在外部管道内可以设置优选地但不唯一地由导热材料制成的第二管道，称其为内部管道，也可以不设置第二管道；所述外部管道的几何结构以通过连接两个不同直径的圆周来限定，所述圆周通过恒定的或变化的半径连接模式互相间隔；由此获得的单管管道或双管管道以基本大于所述管道尺寸的直径进行盘绕或螺旋卷缠，从而形成空心圆筒。

Description

用于制热和/或卫生用热水、尤其是冷凝应用的螺旋换热器

技术领域

本发明涉及一种换热器，其设计用于从第一气态流体向第二液态流体传热。

更具体地说，依照本发明的换热器特别但非唯一地适用于制热和/或卫生热水生产系统，其也已经特定设计用于冷凝应用。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种上述类型的换热器，其相对于现有的类似换热器进行了改良。

本发明的另一个目的是提供在运行中非常可靠安全的这样一种换热器结构。

根据本发明的一个方面，上述的目的、以及将在下文中更多地呈现出来的其它目的是通过一种用于制热和/或生产卫生使用热水并且特别适用于冷凝应用的螺旋换热器来实现的，所述换热器包括换热装置，该换热装置包括螺旋管道，其具有一定形状或轮廓的横截面，在螺旋管道中嵌入第二圆形管道。

附图说明

通过本发明的优选但非唯一的实施例的下述详细说明，本发明的其它特征和优点将显而易见，该实施例在附图中以描述性但非限定性的示例进行说明，在附图中：

图1是示出了根据本发明的换热器结构的正视图；

图2是具有换热器筒体的换热器结构的又一正视图，在换热器筒体内设置有一个或多个用于燃烧气体、固体和液体燃料的预混合鼓风催化燃烧器，该换热器进一步包括具有燃烧室壁的燃烧室，燃烧室壁由第二流体直接冷却或致冷；

图3是根据本发明的换热器结构中的两个毗邻的转圈或盘管的横断面图；

图4是示出了具有初始大体积和高温的第一气态流体在流经螺旋盘管时后根据波义耳定律减小体积的运行简图；

图5是根据本发明的螺旋换热器的侧视图，其包括多个螺旋盘管和相应间隔的凸起部，该凸起部借助相互间的恒定间隙略微间隔所述盘管；

图6是图5的正交视图，其进一步示出了根据本发明的包括许多具有凸起部的螺旋盘管的螺旋换热器；

图7是示出了外部管道和内部管道的又一横断面图，所述内部管道具有圆形、椭圆或多边形的横截面并且相对于外部管道布置在不同的位置，特别地，内部管道如此设置在所述外部管道内，从而提供改良的运行效率；

图8示出了根据本发明的换热器的盘管的横断面图，所述盘管包括圆形的外部管道和内部管道；

图9示出了根据本发明的不具有内部管道的螺旋换热器的盘管；

图10示出了这样一种换热器结构，其通过在该换热器的空心圆筒中设置内部分隔器而可能偏移第一流体的通路，从而提供一种高效运行的换热器；以及

图11示出了根据本发明的换热器的外部管道的一种几何结构。

具体实施方式

参考上述附图中的附图标记，通常用附图标记1来表示的本发明的螺旋换热器包括外部管道2，外部管道2优选地但不是唯一地由导热材料制成并且具有一定轮廓或形状的横截面，在外部管道2中可以设置第二内部管道3，其同样优选地但不是唯一地可由导热材料制成。

有利地，该外部管道2具有组合的几何形状，其由两个毗邻连接的半径分别为R1和R2、以距离D设置的圆周所限定，这种新颖的和创新的横截面使本发明的换热器能够高效运行，因为没有平直表面的换热器将改善与该换热器本身接触的第一流体与第二流体间的热交换。

如图所示，所述内部管道3优选地但不是唯一的具有圆形或椭圆形或多边形的横截面，并且与外部管道2形成“双”螺旋结构管道4，“双”螺旋结构管道的直径实质上大于每个单独管道的直径，因此实质上形成空心圆筒。

在外部管道2上以相等的间距形成多个向内的引导腔，其优选地具有节距，例如通过挤压在外部管道上形成的多个凸起部而成，由于所述凸起部增强了循环通过换热器管道或圆筒设备的第二流体的湍流，从而使得由实质上小于盘管节距的恒定间隙5略微间隔开的螺旋盘管也显著改进了所述换热器。

实际上，在运转中，通过所述“双”管道结构提供两个不同的第二流体6的两种不同性能的回路，例如传送热水或卫生用水，其中是高温的气态流体的第一流体7在所述空心圆筒内膨胀，从而通过盘管间隙5向外流出，同时将其热量转递给在换热器管道中循环的第二流体6。

有利地，在所述圆筒中进一步设置用于气体、固体和液体燃料的一个或多个预混燃烧器9，其为鼓风型或催化型，其作为具有燃烧室壁的换热器燃烧室来运行，燃烧室壁被第二流体6直接致冷，从而防止在燃烧过程中产生污染性、热的NO_X。

而且，由于换热器设置在密封外壳内，所述外壳优选地但不是唯一的由金属材料制成、并且优选地具有圆形底板的圆柱形结构，因此所述热量交换形成也可以根据冷凝原理运行的热发生器。

事实上，通过在空心圆筒内设置多个内部分隔器15，其可以适当地偏移所述第一流体，从而大大改善换热器的运行效率。

如所述的，根据本发明的换热器结构的另一新颖特征为毗邻的螺旋盘管不具有平行的平直表面，并且盘管间隙布置也不是不变的，而是以在第一流体传输方向上减小的模式设置。

如进一步所述的，外部管道的几何结构可以特别地被认为是通过将两个半径分别为R1和R2、以间隔D布置的圆周用具有恒定或变化的半径R3的连接部进行连接来实现的组合结构，如图11所示。

因此，在第一气态流体和第二液态流体之间实现热交换的同时提供第二流体的强湍流、大接触面和高效的热辐射换热的可能性，以及将燃烧器直接设置在换热器本体的顶部的可能性，这些使得本发明的换热器适合于与锅炉一起运行，锅炉优选地但不是唯一的被设计用于制热和/或产生卫生热水，气态第一流体初始时具有很大的体积和很高的温度，如图4右部所示，然后，在流经螺旋盘管时，释放其热能从而按照波义耳定律减小体积，甚至在这样的体积减小可导致流体压力的降低并随之带来热交换的恶化时也是如此。

在实际操作中，这种现象不会出现，这是由于换热器变小的横截面使得第一流体可始终保持在适合用于大大改善热交换的压力下。

最后，上述所公开的外部管道结构提供了又一重要的优点，由于螺旋盘管的内侧在燃烧器9上相互直接面对，从而暴露于辐射传热的表面将是很大的，因而可提供高效的换热器，其可以由不同的材料容易地制成，例如不锈钢、普通钢、铜、铝以及塑料材料。

此外，所提供的所述内部分隔器15允许适当地偏移第一流体，从而优化该换热器的运行，该换热器用作传统热源、或冷凝电力换热器。

如所述的，根据本发明的螺旋换热器1的一个主要特征在于其相毗邻的螺旋盘管2不具有平行的平直表面，并且相毗邻的盘管之间的间隙为非恒定间隙，其在第一流体的输送方向上减小。

这种特性将大大有利于第一流体流动通过换热器1，同时大大改善了热交换，这是由于如所述的，所述第一气态流体在其初始时(见图4的右侧)具有大体积和高温并且，当它传输通过螺旋盘管时，其将释放其热量从而减小其体积。

此外，变小的流体通道横截面使得第一流体保持在适当的压力下，如前所述的，从而大大改善热交换效率。

本发明已经完全实现了所预定的目标和目的。

事实上，由于换热器提供所述液态流体的高湍流、大接触面、高效的热辐射换热、可以将燃烧器直接结合到换热器本体的顶部，这些使得本发明提供的换热器用作在供暖系统和/或卫生热水生产系统中的热源或热发生器，其改善了气态流体与液态流体之间的热交换。

在实施本发明中，使用的材料、以及可能的大小与形状可以根据需要任意设定。

Claims (11)

1.一种用于制热和/或生产卫生使用热水的用于冷凝应用的螺旋换热器，其中高温的气态第一流体与两个不同的液态第二流体之一或二者进行热交换，所述螺旋换热器包括由导热材料制成并且具有一定轮廓横截面的第一外部管道，在所述第一外部管道内设置由导热材料制成的第二内部管道，或者也不设置第二内部管道，其特征在于，所述外部管道的被成形截面被限定成通过连接两个不同直径的圆周而获得，所述两个不同直径的圆周利用具有恒定的或变化的半径的连接部进行连接，且两个不同直径的圆周以一定间隔布置，由此获得的单管管道或双管管道在实质上大于所述外部管道和内部管道尺寸的直径上进行螺旋卷缠，从而形成空心圆筒，并且，在所述外部管道上以相等的间距并以恒定节距形成多个压痕，所述压痕由垂直于所述外部管道的表面的外部压溃操作形成，所述压痕用来局部变形所述外部管道，从而使其向内弯曲，而增加其横向的高度，这样，使螺旋状的盘管转圈保持一微小的间隔，以在毗邻的盘管转圈之间形成实质上小于所述盘管转圈节距的恒定间隙。

2.如权利要求1所述的螺旋换热器，其特征在于，所述内部管道具有圆形或椭圆形或多边形的横截面；并且其布置根据需要进行改变，以在所提供的应用中获得最大的换热量。

3.如权利要求1所述的螺旋换热器，其特征在于，使得每个所述第二流体在所述外部管道和内部管道中相应的一个内流动，从而形成具有不同特征的两个循环回路。

4.如权利要求1所述的螺旋换热器，其特征在于，使得第一流体在所述空心圆筒之中膨胀，以获得高温的气体状态，随后所述第一流体通过所述螺旋状的盘管转圈之间的间隙流到所述螺旋换热器外面，从而向在所述外部管道和内部管道内部循环的第二流体释放热量。

5.如权利要求3所述的螺旋换热器，其特征在于，所述换热器包括在所述圆筒内直接嵌入的一个或多个用于气体、固体和液体燃料的预混、鼓风、催化型燃烧器，从而所述换热器还提供燃烧室功能，所述燃烧室带有燃烧室壁，所述燃烧室壁被第二流体直接冷却。

6.如权利要求1所述的螺旋换热器，其特征在于，所述螺旋换热器被密封在具有圆形底部的圆柱状的金属壳体内而形成完整的热发生器。

7.如权利要求1所述的螺旋换热器，其特征在于，在所述空心圆筒内设置有多个内部分离器，从而为所述第一流体提供切换的通路并且优化所述换热器的运行。

8.如权利要求1所述的螺旋换热器，其特征在于，所述毗邻的螺旋状的盘管转圈没有平行的平直表面，而且螺旋状的盘管转圈间隙是在第一流体流动方向上减小的。

9.如权利要求1所述的螺旋换热器，其特征在于，所述螺旋状的盘管转圈的内侧设置成直接面向设置在所述换热器内部的燃烧器。

10.如权利要求1所述的螺旋换热器，其特征在于，所述换热器由钢、铜、铝或塑料材料制成；所述换热器被设计为用于提供热水的热发生器。

11.如权利要求1所述的螺旋换热器，其特征在于，所述换热器由不锈钢制成；所述换热器被设计为用于提供热水的热发生器。

Images