CN102589317A - 用法高度灵活的热交换器 - Google Patents

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Abstract

一种用法高度灵活的热交换器(1a、1b、1c、1d)，包括盒状本体(2a、2b、2c、2d)，该盒状本体在其内界定至少一个热交换室(3、13、23)并具有用于供燃烧产物沿较佳路径穿过热交换室(3、13、23)的至少一个入口(4)和至少一个出口(5)。更具体地，盒状本体(2a、2b、2c、2d)在其侧壁内至少部分地限定用于馈送待加热流体的至少一个管道，在热交换室(3、13、23)内设有热交换构件(7)，热交换构件(7)与供给管道关联以增加热交换器(1a、1b、1c、1d)的热效率。本发明的特性在于其包括相互互连以限定盒状本体(2a、2b、2c、2d)的多个不同的模块化构件(8a、8b、8c、8d、9a、9b、9c、9d)。有利地是，每个模块化构件(8a、8b、8c、8d、9a、9b、9c、9d)包括热交换构件(7)的至少一个部分、供给管道的至少一个部分以及热交换室(3、13、23)的至少一个部分，以根据要求获得不同尺寸和技术特性的热交换器(1)。

Description

用法高度灵活的热交换器
技术领域
本发明涉及一种用法高度灵活的热交换器。
背景技术
已知用在锅炉中的现有热交换器设计成加热通常由水和导热油构成的流体。
这些热交换器通常由单体式盒状结构构成，该单体式盒状结构通常由铝制成并在其内限定至少一个热交换室，热燃烧气体可穿过该至少一个热交换室。
用于馈送待加热的流体的管道设置在这种盒状结构的内壁内，该待加热的流体通过对流和传导吸收由燃烧气体携带的热量。
为了改进这些热交换器的热效率，已知在热交换室内提供多个实心销，这些实心销与盒状结构为一体并适于增加燃烧的气体与盒状结构的内壁之间的热交换表面。
这些实心销的已知改进在于使它们形成为中空且使待加热的流体穿过它们。最后一个方案使得进一步增加交换器的热效率，但缺点在于，为了设置中空销，这些销必须具有大的横截面以允许待加热的流体在其内部循环。
该情况致使一个销与下一销之间空间尺寸的增加，由此使得燃烧气体会穿过热交换室而没有充分地流过燃烧室内存在的销。
实践中，这种尺寸上的增加不允许最佳地利用在热交换器内循环的燃烧气体的热量。
在将热交换器用在冷凝式气体锅炉中的特定情况下，交换器设有位于热交换器的上部头部处的燃烧器，且燃烧产物被输送到从交换器的头部向底部延伸的空间的一部分内，用于排放至烟道的管道设置在该底部。
这些常规热交换器难免有缺点，这些缺点包括根据设计规格，且因此根据在其中进行安装的锅炉，它们必须被适当地设定尺寸并通过对制造的每类热交换器提供专用制造工艺来得到，有明显的经济方面的影响。
更具体的，当制造期间不能实现规模经济性时，即，当所要制造的热交换器数量限于几个单元时，且尤其是当设计规格具有特定的非标要求时，会更强烈地感觉到该缺点。
在热交换器设计期间所要考虑的变量中，除了与空间占据和锅炉内可利用空间相关的简单的尺寸因素以及所要交换的热功率之外，所需的燃烧器数量和热交换室数量会是尤其重要的，例如如果希望获得具有可变的可互换热功率的热交换器。
常规交换器的另一缺点在于，由于它们通常通过由铸造而获得的单体式结构来提供，所以设置内部中空销是执行起来困难且昂贵的操作。
发明内容
本发明的目标是提供一种用法高度灵活的热交换器，该热交换器分别解决和克服了常规热交换器的上述缺点和限制。
在该目标下，本发明的目的是提供一种用法高度灵活的热交换器，该热交换器由于其特定结构特征，能够在使用时给予可靠性和安全性的最大保证。
本发明的另一目的是提供一种用法高度灵活的热交换器，该热交换器仅从经济观点来说就是有竞争力的。
该目标以及将在下文中变得更加明显的这些和其它目的通过用法高度灵活的热交换器来实现，该热交换器包括：盒状本体，所述盒状本体在它的内部界定至少一个热交换室并具有至少一个入口和至少一个出口，该至少一个入口和至少一个出口用于供燃烧产物沿较佳路径穿过所述至少一个热交换室，所述盒状本体在它的侧壁中至少部分地限定用于馈送待加热流体的至少一个管道，且在所述至少一个热交换室内设有热交换构件，且所述热交换构件与所述至少一个供给管道相关联，以增加所述热交换器的热效率，其特征在于，所述热交换器包括多个不同的模块化构件，所述多个不同的模块化构件相互互连，以限定出所述盒状本体，所述模块化构件中的每一个包括所述热交换构件的至少一部分、所述供给管道的至少一部分以及所述至少一个热交换室的至少一部分。
附图说明
本发明的其它特征和优点会从在附图中以非限制示例方式示出的用法高度灵活的热交换器的四个较佳但非排他性实施例的描述中更好地显现出来，附图中：
图1是根据本发明用法高度灵活的热交换器的第一实施例的立体图；
图2是图1所示热交换器的分解立体图；
图3是图1所示热交换器的部件的立体图；
图4是图3所示部件的局部剖切立体图；
图5是从上方看的图1所示热交换器的平面图；
图6是图5所示热交换器沿着线VI-VI所截取的剖视图；
图7是图5所示热交换器沿着线VII-VII所截取的剖视图；
图8是对图5所示热交换器的变型的沿着线VI-VI所截取的剖视图；
图9是根据本发明的用法高度灵活的热交换器的第二实施例的立体图；
图10是图9所示热交换器的分解立体图；
图11是图9所示热交换器的部件的立体图；
图12是从上方看的图9所示热交换器的部件的平面图；
图13是图12所示热交换器沿着线XIII-XIII所截取的剖视图；
图14是图12所示热交换器沿着线XIV-XIV所截取的剖视图；
图15是对图12所示热交换器的变型的沿着线XIV-XIV所截取的剖视图；
图16是根据本发明的用法高度灵活的热交换器的第三实施例的分解立体图；
图17是从上方看的图16所示热交换器的平面图；
图18是图17所示热交换器沿着线XVIII-XVIII所截取的剖视图；
图19是图17所示热交换器沿着线XIX-XIX所截取的剖视图；
图20是根据本发明的第四实施例的两个用法高度灵活的热交换器的分解立体图；
图21是从上方看的图20所示热交换器的平面图；
图22是图21所示的两个热交换器之一的沿着线XXII-XXII所截取的剖视图；
图23是图21所示两个热交换器沿着线XXIII-XXIII所截取的剖视图；
图24和25是根据本发明诸如图20所示且组装在一起的多个热交换器的两个立体图。
具体实施方式
参照附图，用法高度灵活的热交换器在四个实施例中总体由附图标记1后跟后缀“a”、“b”、“c”和“d”来标示，从而顺次表示四个所提出的实施例，该热交换器总体上包括盒状本体2a、2b、2c和2d，各盒状本体2a、2b、2c和2d在其内部界定至少一个热交换室3并具有至少一个入口4和至少一个出口5，该至少一个入口4和至少一个出口5用于燃烧产物沿较佳路径穿过热交换室3，一旦安装好，该较佳路径基本上且较佳地平行于竖直方向。
更详细地，如下文将更详细描述的，每个盒状本体2a、2b、2c和2d在其侧壁内限定用于馈送待加热流体的至少一个管道，且在热交换室3内设有热交换构件7，热交换构件7与供给管道相关联，以通过增加热交换表面来增加热交换器1a、1b、1c或1d的热效率。
根据本发明，有多个不同的模块化构件，这些模块化构件相互互连以限定盒状本体2a、2b、2c和2d。
参照第一和第二实施例，如图1至8和图9至15分别所示，热交换器1a和1b包括相互不同且能相互关联的两个模块化端部件8a或8b。
更具体地，附加模块化构件9a或9b介于每对模块化端部件8a或8b之间。
根据设计规格，例如根据热交换器所要求的热功率和所要占据的空间，能够提供多个附加模块化构件9a或9b，这些附加模块化构件9a或9b因此介于模块化端部件8a或8b中的一个与另一模块化构件9a或9b之间或介于两个其它附加模块化构件9a或9b之间。
此外，为了简化用于形成所述模块化构件的操作，每个模块化构件由两个不同且相互互连的半部件提供。
参照第一实施例，热交换器1a的附加模块化构件9a不具有分隔件，从而与模块化端部件8a一起限定出单个热交换室3，单个热交换室3具有单个入口和终止于出口5的单个排出管道。
不同的是，在第二实施例中，热交换器1b的每个附加模块化构件9b具有分隔件10，该分隔件10使得将热交换器1b的内部体积分成多个热交换室3，每对模块化构件有一个热交换室。
更具体地，在该实施例中，每个热交换室3独立于另一热交换室3，其侧向地由一对模块化构件界定，并具有专用入口4。除此之外，热交换室3连接至终止于出口5的单个排出管道。
参照图16至19所示的第三实施例，热交换器1c在其最小构造中可包括具有闭合外形的单个模块化端部件8c，该单个模块化端部件8c设置成单体结构并在其内界定设有单个入口4和单个出口5的第一热交换室3。
有利地是，在该实施例中，为了增加由热交换器1c可交换的热功率，设置一个或多个附加模块化构件9c，附加模块化构件9c可与模块化端部件8c或与另一附加模块化构件9c沿大致平行于竖直方向的至少一个第一平面而相互侧向关联。
每个附加模块化构件9c具有敞开外形，该敞开外形具有敞开的表面34以在其内界定第二热交换室23并在与模块化端部件8c或与另一附加模块化构件9c相关联时限定专用入口4。
参照图22至25所示的第四实施例，热交换器1d结构类似于第一实施例的热交换器1a。
热交换器1d实际上包括两个模块化端部件8d，这两个模块化端部件8d不同并能相互关联。
更具体地，一个或多个附加模块化构件9d介于模块化端部件8d之间。
根据设计规格，例如根据热交换器所要求的热功率和所要占据的空间，能够提供多个附加模块化构件9d，这些附加模块化构件9d因此介于模块化端部件8d中的一个与另一模块化构件9d之间或介于两个其它附加模块化构件9d之间。
此外，为了简化用于形成模块化构件的操作，在该实施例中，这些模块化构件中的每一个由两个不同的半部件提供，这个不同的半部件沿大致平行于竖直方向并大致垂直于一个模块化构件与下一模块化构件之间界面的第二平面相互互连。
热交换器1d的特性在于其可作为一个模块而与同一类型的其它热交换器1d组装在一起，从而提供大的热交换站，在该热交换站中，待加热流体穿过所提供的所有热交换器。
参照所有四个提出的实施例，有利地是，每个模块化构件包括热交换构件7的至少一个部分和热交换室3、13或23的至少一个部分，从而根据要求获得具有不同尺寸和技术特征的热交换器1a、1b、1c或1d。
更具体地，热交换构件7包括中空销14，各中空销14延伸穿过具有例如棱锥形等的横截面的一个或多个热交换室3。
方便地，中空销14彼此平行延伸，并大致与竖直方向成直角。
此外，中空销14内部可由待加热流体穿过，因为它们是限定在每个模块化构件内的蜿蜒通道的一体部件。
更准确地说，蜿蜒通道大致沿燃烧产物所穿过的方向延伸，并包括多个平直部分15和弯曲部分16，平直部分15和弯曲部分16相互交替并分别由中空销14和盒状本体2a、2b、2c或2d的侧壁限定。
如从附图中可清楚看出的，对于前三个实施例，单独模块化构件的蜿蜒通道部分地由半部件中的一个且部分地由另一半部件限定。
此外，蜿蜒通道中的每个蜿蜒通道在一端联接至歧管17以输送待加热流体，并在另一端连接至歧管18以返回待加热流体，两歧管都由相同的模块化构件限定。
由于热交换器1a、1b、1c或1d的几个模块化构件的组装，每个输送歧管17和每个返回歧管18分别连接至相邻模块化构件的输送歧管17和返回歧管18，从而将互相平行的蜿蜒通道彼此相连接。
这样，输送歧管17和返回歧管18的该组蜿蜒管道，即该组平直部分15和弯曲部分16限定出前述供给管道。
此外，由于入口4中的每个入口被设计成容纳以虚线示意性示出的至少一个燃烧器20，从一侧到另一侧地穿过相应热交换室3、13或23的中空销14可与相应入口4间隔开，从而限定燃烧室21并防止由相应燃烧器20产生的火焰造成的中空销燃烧，如图8和15的热交换器1a和1b的变型所示。
为了进一步增加热交换器1a、1b、1c和1d的热效率，热交换构件7包括实心销19，实心销19连接至盒状本体2a、2b、2c和2d的内壁，介于中空销14之间，并大致平行于中空销14延伸。
这样，强制燃烧气体完全流过中空销14和实心销19，因此增加热交换器1a、1b、1c和1d的效率。
出于使中空销14与相应入口4间隔开的同样原因，也可由中空销14的径向延伸翅片所组成的实心销19可具有轴向延伸部，该轴向延伸部随其远离相应入口4延伸而增加，直至它们从一侧到另一侧地穿过相应热交换室3、13或23为止，从而有助于界定燃烧室21并防止由相应燃烧器20产生的火焰造成的实心销燃烧。
从以下说明使热交换器1a、1b、1c和1d的操作清楚而明显。
更准确地说，通过改变附加模块化构件9a、9b、9c和9d的数量，能够改变相应热交换器1a、1b、1c或1d的尺寸，且如果设置有的话，能够使燃烧器20的数量随相应热交换室3、13和23的数量而改变。
实践中，业已发现，根据本发明的用法高度灵活的热交换器实现了所想要的目标和目的，因为由于它们以标准化模块设置，即它们通过适应锅炉的尺寸和空间占据和设计规格，使其能够适应任何设计内容。
这样，能够进行大规模制造，且同时用所制造的部件提供合尺寸的热交换器，相对于现有技术具有显著的经济方面的节省。
根据本发明热交换器的另一优点在于，由于存在每个单独模块化构件内所获得并可彼此连接的蜿蜒管道，它们具有比现有技术更简单、更快速且更直观的安装步骤。
根据本发明热交换器的另一优点在于，它们结构简单、可靠且使用安全。
根据本发明热交换器的另一优点在于，由于中空销和实心销的形状，优化燃烧气体的体积，因为充分阻碍了气体穿过每个交换室。
根据本发明热交换器的另一优点在于，在设计阶段对中空销的放置和尺寸设置有更大的自由度，这是由于存在实心销，这些实心销可放置在形成空间且在任何情况下有助于热交换的位置。
这样构思的本发明易于进行许多修改和变化，这些修改和变化都落入所附权利要求书的范围内。
所有细节还可用其它技术同等元素来代替。
在实践中，对于所采用的材料以及伴随的形状和尺寸，只要与具体用途相容，就可以根据要求为任何材料以及形状和尺寸。

Claims (17)

1.一种用法高度灵活的热交换器(1a、1b、1c、1d)，包括：盒状本体(2a、2b、2c、2d)，所述盒状本体(2a、2b、2c、2d)在其内部界定至少一个热交换室(3、13、23)并具有至少一个入口(4)和至少一个出口(5)，所述至少一个入口(4)和至少一个出口(5)用于供燃烧产物沿较佳路径穿过所述至少一个热交换室(3、13、23)，所述盒状本体(2a、2b、2c、2d)至少部分地在所述盒状本体(2a、2b、2c、2d)的侧壁内限定用于馈送待加热流体的至少一个管道，且在所述至少一个热交换室(3、13、23)内设有热交换构件(7)，且所述热交换构件(7)与所述至少一个供给管道相关联以增加所述热交换器(1a、1b、1c、1d)的热效率，
其特征在于，
所述热交换器包括多个不同的模块化构件(8a、8b、8c、8d、9a、9b、9c、9d)，所述多个不同的模块化构件(8a、8b、8c、8d、9a、9b、9c、9d)相互互连以限定出所述盒状本体(2a、2b、2c、2d)，所述模块化构件(8a、8b、8c、8d、9a、9b、9c、9d)中的每一个包括所述热交换构件(7)的至少一部分、所述供给管道的至少一部分以及所述至少一个热交换室(3、13、23)的至少一部分。
2.如前述权利要求所述的热交换器(1a、1b、1d)，其特征在于，所述模块化构件包括不同且能关联的两个模块化端部件(8a、8b、8d)。
3.如前述权利要求中一项所述的热交换器(1a、1b、1d)，其特征在于，所述模块化构件包括至少一个附加模块化构件(9a、9b、9d)，所述至少一个附加模块化构件(9a、9b、9d)是不同的模块化部件，且介于所述两个模块化端部件(8a、8b、8d)之间或介于所述模块化端部件(8a、8b、8d)之一与所述另一附加模块化构件(9a、9b、9d)之间。
4.如前述权利要求中一项所述的热交换器(1a、1b、1d)，其特征在于，所述模块化端部件(8a、8b、8d)和所述至少一个附加模块化构件(9a、9b、9d)各通过两个不同且互连的半部件提供。
5.如权利要求1所述的热交换器(1c)，其特征在于，所述模块化构件包括模块化端部件(8c)和至少一个附加模块化构件(9c)，所述模块化端部件(8c)和至少一个附加模块化构件(9c)不同且能相互关联，所述模块化端部件(8c)具有闭合外形以在其内部界定第一热交换室(13)，且所述至少一个附加模块化构件(9c)具有带有开口表面(34)的敞开外形，以在与所述模块化端部件(8c)或另一附加模块化构件(9c)关联时在其内部界定第二热交换室(23)。
6.如前述权利要求中一项所述的热交换器(1b、1c)，其特征在于，所述热交换器包括多个热交换室(3、13、23)，每对所述模块化构件(8b、8c、9b、9c)有一个热交换室，所述热交换室(3、13、23)彼此独立且各由所述成对模块化构件(8b、8c、9b、9c)界定。
7.如权利要求6所述的热交换器(1b、1c)，其特征在于，所述热交换器包括多个入口(4)，且所述热交换室(3、13、23)中每个热交换室有一个入口。
8.如权利要求7所述的热交换器(1a、1b、1c、1d)，其特征在于，所述入口(4)中的每个入口设计成容纳至少一个燃烧器(20)。
9.如权利要求1所述的热交换器(1a、1b、1c、1d)，其特征在于，所述热交换构件(7)包括中空销(14)，所述中空销(14)布置在所述至少一个热交换室(3、13、23)内且内部可由所述待加热流体穿过，所述中空销(14)彼此平行延伸且与所述燃烧产物在所述至少一个热交换室(3、13、23)内穿过的方向大致成直角。
10.如权利要求9所述的热交换器(1a、1b、1c、1d)，其特征在于，所述模块化构件(8a、8b、8c、8d、9a、9b、9c、9d)中的每一个在其内部限定大致平行于所述穿过方向而延伸的蜿蜒通道，所述蜿蜒通道包括多个平直部分(15)和多个弯曲部分(16)，所述多个直部分(15)和多个弯曲部分(16)相互交替，且分别由所述中空销(14)形成并形成在所述盒状本体(2a、2b、2c、2d)的所述侧壁内。
11.如权利要求9和10中一项所述的热交换器(1a、1b、1c、1d)，其特征在于，所述蜿蜒通道中的每个在一端连接至所述待加热流体的输送歧管(17)，且在另一端连接至所述待加热流体的返回歧管(18)，且与所述蜿蜒通道中同一个蜿蜒通道关联的所述输送歧管(17)中的每个和所述返回歧管(18)中的每个与由所述模块化构件(8a、8b、8c、8d、9a、9b、9c、9d)中的单个限定并分别连接至相邻模块化构件(8a、8b、8c、8d、9a、9b、9c、9d)的所述输送歧管(17)和所述返回歧管(18)，所述部分(15、16)、所述输送歧管(17)和所述返回歧管(18)因此限定所述供给管道。
12.如权利要求9至11中一项所述的热交换器(1a、1b、1c、1d)，其特征在于，所述中空销(14)从一侧到另一侧地穿过所述至少一个热交换室(3、13、23)。
13.如权利要求9至12中一项所述的热交换器(1a、1b、1d)，其特征在于，所述蜿蜒通道中的每个蜿蜒通道部分地由所述半部件中的一个且部分地由所述半部件中的另一个限定。
14.如权利要求8和9至13中一项所述的热交换器(1a、1b)，其特征在于，所述中空销(14)与所述入口(4)间隔开，以限定燃烧室(21)并防止由所述至少一个燃烧器(20)产生的火焰造成所述中空销燃烧。
15.如权利要求1所述的热交换器(1a、1b、1c、1d)，其特征在于，所述热交换构件(7)包括实心销(19)，所述实心销(19)连接至所述盒状本体(2a、2b、2c、2d)的内壁，并介于所述中空销(14)之间，以进一步增加所述热交换器(1a、1b、1c、1d)的热效率，所述实心销(19)大致平行于所述中空销(14)延伸。
16.如权利要求8或14所述的热交换器(1a、1b)，其特征在于，所述实心销(19)具有轴向延伸部，所述轴向延伸部随着其远离所述入口(4)延伸而增加，直到所述实心销从一侧到另一侧地穿过所述至少一个热交换室(3)，从而限定所述燃烧室(21)并防止由所述至少一个燃烧器(20)产生的火焰造成的所述实心销的燃烧。
17.一种热交换站，其特征在于，所述热交换站包括相互布置的多个如前述权利要求中一项所述的热交换器(1d)，所述待加热流体穿过所有所述热交换器(1d)。
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