CN102713453A - 用于对水进行加热和/或生产卫生热水的双管式凝结换热器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于对水进行加热和/或生产卫生热水的双管式凝结换热器（1），其特征在于，它提供了一个具有平表面的第一盘管（2）以及一个具有波纹表面的第二盘管（3），二者互相平行地提供，所述第一盘管（2）以及第二盘管（3）是螺旋盘绕的，一种热载体流体独立地在所述第一盘管以及第二盘管内循环，所述第一盘管（2）主要通过辐射和对流与燃烧烟气交换热量，而所述第二盘管（3）主要通过凝结与燃烧烟气交换热量。

Description

用于对水进行加热和/或生产卫生热水的双管式凝结换热器

本发明涉及一种用于对水进行加热和/或生产卫生热水的双管式凝结换热器。

更具体地说，本发明涉及一种烟气-液体换热器，这种烟气-液体换热器允许在烟气侧和液体侧两者都是低单位负荷损失下获得非常高的能量效率。

对于提供单盘管的凝结换热器市面上有许多可供使用的方案。

具有平轮廓S形曲线（无波纹）的换热器的主要缺点之一是由燃烧产物在用于烟气通道的换热间隙内凝结而造成的液体沉积导致的。

因为这个问题，具有平表面S形曲线的已知的凝结换热器被限制成特殊的锅炉配置，仅允许适当地排空凝结物，以便防止凝结物堵塞用于燃烧的气体的通道间隙。所述问题实际上迫使热发生器设计者水平地（水平烟气流）定位平表面换热器。明显地，上述问题很大程度上限制了热发生器的结构，从而不得不例如限制悬挂式锅炉的尺寸、其最小深度、烟气通路的几何形状等。

据此，本申请人实现了一种可以解决上述所有问题的凝结换热器。

根据本发明，以上结果的获得是通过实现一种凝结换热器，这种凝结换热器提供了两个单独的盘管，分别是一个平管（plain tubing）和一个波纹管。这两个不同盘管的耦合允许获得最佳的热交换，从而根据与热交换表面产生接触的流体温度来区分热交换表面。在燃烧室内（其特征为由辐射和对流引起的热交换的联合作用而造成了高温），提供了一个换热器，该换热器包括一个具有平表面的盘管，而在气态化合物发生凝结现象的较低烟气温度区域中，提供了一个具有波纹表面的第二盘管，以便使热交换最大化并且促进凝结物的适当排出。两个盘管被提供成相对于气态产物流是串联的，而相对于热载体流体是平行的。

因此，本发明的具体目的是一种用于对水进行加热和/或生产卫生热水的双管式凝结换热器，其特征在于，它提供了一个具有平表面的第一盘管以及一个具有波纹表面的第二盘管，二者互相平行地提供，所述第一盘管以及第二盘管是螺旋盘绕的，一种热载体流体独立地在所述第一盘管以及第二盘管内循环，所述第一盘管主要通过辐射和对流与燃烧烟气交换热量，而所述第二盘管主要通过凝结与燃烧烟气交换热量。

优选地，根据本发明，所述第一盘管以及第二盘管是螺旋盘绕的而使平的该盘管相对于外部的该盘管位于内侧。

仍根据本发明，所述第一盘管具有一种截面形状以便与所述第二盘管的轮廓相符，具体是一种伪五边形截面、或一种矩形截面、或一种卵形截面、以及类似截面。

仍根据本发明，所述换热器是一种竖直烟气流换热器或一种水平烟气流换热器。

此外，根据本发明，所述第一和第二盘管的尺寸被确定为以便使得相关的热载体流体在离开该换热器的出口处达到基本上相同的温度。

出于说明性而非限制性的目的，现在将根据多个优选实施方案通过参考附图来对本发明进行说明，在附图中：

图1示意性地示出了根据本发明的换热器的一个第一实施方案；

图2示出了图1中换热器的一个细节；

图3示意性地示出根据本发明的换热器的一个第二实施方案；

图4示出了图3的换热器的一个第一细节的一个第一执行变体；

图5示出了图3的换热器的一个第一细节的一个第二执行变体；并且

图6示出了图3的换热器的一个第一细节的一个第三执行变体。

首先观察图1和图2，它们示出的是根据本发明的换热器的一个第一实施方案，该换热器总体上用参考号1表示，是按照在同一个换热器1内的燃烧产物流呈大体上竖直而配置的。

换热器1提供了两个盘管，分别是一个平管2和一个波纹管3，两者彼此同心地提供。

在图1和图2所示的实施方案中，换热器1提供的是待加热的冷的热载体流体从下面进入换热器内，从而在液压下相对于这两个盘管2、3平行地向上流动。

两个管2、3具有不同的轮廓，具体地，内管2由一个平管组成，它的轮廓如图4所示（或者如图5和图6所示的不同配置之一）并适合与波纹管3相耦合，以便实现最佳的热交换，而外管3则由一个盘绕成盘管的挠性波纹管组成。

两个管2、3彼此相邻，并且它们的轮廓相耦合以便实现一个最佳的热交换表面从而将热量从燃烧产物传递到热载体流体。

在图1和图2所示的第一实施方案中，来自燃烧器4的燃烧烟气向上流动（箭头F）直至掠过换热器1的上底部。

一旦到达上底部5，烟气被迫反转它们的方向，再次通过在波纹管3与平管2之间实现的通道朝向下底部流动（未示出）。

此时，热的气态流体流过波纹管3表面和平管2表面两者，都通过有待被加热的热载体流体。因此这两个重叠表面的耦合对于热处理来说是特别有效的，并且就原料的应用（成本/收益比）而言是最佳的。在该通路中，烟气被系统水冷却直至达到露点温度并因此释放出凝结潜热（释放出的凝结潜热与产生的凝结物的数量是成比例的）。在该换热器的这个第一安排中，凝结物随着烟气竖直地向下底部下降，并且凝结物总是按照与烟气流动相同的方向流动。

在这个第一实施方案中，在平盘管2的间隙（平盘管的螺旋之间的水平通道）中不存在直接的通道，但是所有的烟气都被迫向上并在图2所示的通路内流动。

现在具体地参见附图3，图中所示的是根据本发明的提供水平烟气流的一个第二实施方案中换热器1的运行。其中，有待加热的冷的热载体流体从下面（进水口）进入换热器内，并沿这两个盘管2、3的液压平行通路向上。

两个盘管2、3具有不同的轮廓，具体地，内盘管2由一个平管组成，它的轮廓具体显示在图4中，该平管适合与波纹管相耦合以便实现最佳的热交换，而外盘管3则由一个盘绕的挠性波纹管组成。

所述盘管2、3彼此相邻，并且被实现为带有相耦合的轮廓以便实现一种最佳的交换表面从而将热量从燃烧产物传递到热载体流体。

两个盘管2、3都是连续的并且在换热器1的全长上没有分支，它们在底部通过回流歧管连接并且在上部连接到进口歧管（未示出）上。

位于该燃烧室顶部的气体燃烧器4与包含热载体流体的这两个管2、3之间的热交换模式可以概括为：

-主要通过辐射引起的热交换，其中平管2的内表面暴露于同一个燃烧器4；

-对流热交换，其中根据图3的箭头A和图4的烟气通路，燃烧室内外之间的烟气（燃烧产物）通道与平管的多个表面有关。烟气通道在图3中由平行箭头A示意性地表示而在图4中则用线B示意性地表示；

-通过流热，其中波纹管3表面的下部和上部均有烟气流流过，这样使得管完全被热流冲击。具体地，后者通道允许将烟气温度降低至出口烟气的露点以下，从而回收了大部分凝结潜热。

图3和图4所示的平盘管2具有一种“伪五边形”轮廓，不过，如图5和图6所示，它也可以被实现为具有不同的轮廓（伪矩形轮廓、伪卵形轮廓等）。

平管的主要功能是将来自燃烧过程（随着所采用的燃烧物种类和空气过量程度而变化）的烟气的温度降低至大约300°C-400°C，从而对在“平”液压回路内部循环的热载体流体进行加热。图4中平管2的特殊“伪五边形”形状允许使其与波纹管3的耦合最佳，从而迫使热烟气流过两个管的热交换表面，以便获得最大的烟气/水热传递。

两个管2、3的不同几何结构进一步允许在不同阶段实现气/液热交换：

-管2（平管）的比表面小，在该管中烟气在高温下进行热交换；

-管3的比表面大，在该管中烟气在低温下进行热交换，并且主要在该管中烟气发生凝结其中同时存在气相和液相。特别地，在这一阶段波纹管3允许最佳地排出凝结物。

换言之，一个平轮廓表面被用于与烟气在较高的温度下进行热交换而一个波纹表面被用于与假冷却（pseudo cooled）且饱和的烟气进行热交换，同时开始形成液体。在上述换热器1中，平管2的多个对流热交换表面（盘管之间的空隙）已经被研究以防止凝结物形成于内部，以便在某些换热器运行模式过程中防止液体在这些通道中沉积而阻碍烟气的正常通路。

相对于已知的解决方案，根据本发明提出的解决方案获得了很多优点。

具体地，在效能、功能性以及可靠性方面都获得了优点。

平管和波纹管的组合允许获得更高的效率。基于具有不同几何结构的两个盘管的新型共轴组合，系统允许最佳地利用烃燃烧产生的热量，这两个盘管中的一个由盘绕的波纹管3组成，而另一个由盘绕的平管2（具有一种伪五边形、伪矩形或伪卵形、以及类似形状）组成。事实上，特殊的烟气通路允许了最佳的烟气/水热交换，其中有用的效能比用已知解决方案获得的更高。

由于相对于已知的单盘管解决方案，根据本发明提出的系统的热载体流体液压负荷损失更低，因此相对于具有单盘管的系统，本系统进一步获得了更低的液压负荷损失。事实上，相对于一种具有相同热交换表面的单盘管换热器，由这两个盘管组成的液压平行通路以及它们特殊的几何形状允许显著地减少换热器的分负荷损失以及集中负荷损失。

最后，实现了一种最佳凝结物排出系统，由于原有热交换系统和新热交换系统以及特殊的“平/波纹”结构，相对于这些主要采用的解决方案，在将该换热器置于该热发生器内部时，实现了更高的挠性。

该提出的换热器的特殊几何形状使得有可能凝结物仅仅形成在该波纹外盘管的附近而非平管的间隙附近，从而防止了与所述平管间隙之间存在液体有关的所有问题。如前所述，相对于已知的换热器，本发明的优点确实非常显著，例如，市场上可供使用的这类产品因受限制而使该换热器水平地配置在该锅炉的内部（换热器的轴线被水平地提供），即烟气和凝结物的通路为竖直的通路，以便防止凝结物停滞在盘管间隙内，并且允许它的出口向外朝向该锅炉。

已经出于说明性而非限制性目的针对本发明根据其优选实施方案进行了描述，但是应当理解的是本领域普通技术人员可以引入变体和/或修改，而不脱离如所附权利要求中所限定的相关范围。

Claims (5)

1.一种用于对水进行加热和/或生产卫生热水的双管式凝结换热器，其特征在于，它提供了一个具有平表面的第一盘管以及一个具有波纹表面的第二盘管，二者互相平行地提供，所述第一盘管以及第二盘管是螺旋盘绕的，一种热载体流体独立地在所述第一盘管以及第二盘管内循环，所述第一盘管主要通过辐射和对流与燃烧烟气交换热量，而所述第二盘管主要通过凝结与燃烧烟气交换热量。

2.根据权利要求1所述的换热器，其特征在于，所述第一盘管以及第二盘管是螺旋盘绕的而使平的该盘管相对于外部的该盘管位于内侧。

3.根据以上权利要求之一所述的换热器，其特征在于，所述第一盘管具有一种截面形状以便与所述第二盘管的轮廓相符，具体是一种伪五边形截面、或一种矩形截面、或一种卵形截面、以及类似截面。

4.根据以上权利要求之一所述的换热器，其特征在于，所述换热器是一种竖直烟气流换热器或一种水平烟气流换热器。

5.根据以上权利要求之一所述的换热器，其特征在于，所述第一和第二盘管的尺寸被确定为以便使得相关的热载体流体在离开该换热器的出口处达到基本上相同的温度。

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