CN103069225A - 冷凝式锅炉的潜热式热交换器 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种燃烧器的使用不受限制、能够构成设置结构简单的向上燃烧式冷凝式锅炉，而且能减少燃烧生成物的排气阻抗、使潜热式热交换器中产生的冷凝水能够顺利排出，从而能够提高潜热回收效率的冷凝式锅炉的潜热式热交换器。为此，本发明的冷凝式锅炉的潜热式热交换器，其特征在于，包含：显热式热交换器，用于吸收燃烧器中产生的燃烧显热；潜热式热交换器，用于吸收在所述显热式热交换器中完成了热交换的燃烧生成物中所包含的水蒸气的潜热；排气罩，用于排出通过了所述潜热式热交换器的燃烧生物；冷凝水排出口，用于排出在所述潜热式热交换器中生成的冷凝水，在所述燃烧器中燃烧的燃烧生成物通过所述显热式热交换器而垂直上升到所述潜热式热交换器之后，与水平面形成锐角且向外侧倾斜下降而在所述潜热式热交换器进行热交换，然后垂直上升而排出到所述排气罩。

Description

冷凝式锅炉的潜热式热交换器

技术领域

本发明涉及一种冷凝式锅炉的潜热式热交换器，尤其涉及通过使燃烧生成物的排气方向和冷凝水的排出方向一致，从而减少燃烧生成物的排气阻抗并可以顺利地排出潜热式热交换器中产生的冷凝水，而且其内部的结合结构简单的冷凝式锅炉的潜热式热交换器。

背景技术

锅炉是通过热源来加热密闭容器内的热媒介而向所期望的区域供暖的装置，由用于燃烧燃料的燃烧器和从被燃烧的高温燃烧空气向供暖水传递热量的热交换器构成。

初期锅炉的热交换器仅利用了燃烧器的燃烧时所产生的显热，而高温燃烧空气通过排气罩直接排出，因此锅炉的热效率非常低，需要很长时间才能得到高温供暖水。

为了增加热效率，近些年生产的锅炉具有用于吸收在燃烧室中产生的燃烧生成物的显热的显热式热交换器和用于吸收在所述显热式热交换器中完成了热交换的燃烧生成物中所包含的水蒸气的潜热的潜热式热交换器，采用这种方式的锅炉称为冷凝式锅炉。

这种冷凝式锅炉不仅应用于燃气锅炉，还应用于燃油锅炉，对于锅炉效率的提高和燃料费的节减做出了很多贡献。

图1是示出现有的向上燃烧式冷凝式锅炉的结构的概略图。

现有的向上燃烧式冷凝式锅炉构成为排风扇11位于最下端，并朝着其上侧依次设有向上燃烧式燃烧器12和燃烧室13、显热式热交换器14、潜热式热交换器15以及排气罩19。

所述潜热式热交换器15在显热式热交换器14的上侧倾斜地布置，其下部的一侧形成有用以排出在潜热式热交换器15中生成的冷凝水的冷凝水排出口18。

所述潜热式热交换器15的上部具有用于引导燃烧生成物的流向的上部导向单元16，潜热式热交换器15的下部具有用于引导燃烧生成物的流向的同时将流落的冷凝水引导到冷凝水排出口18一侧的下部导向单元17。

通过所述显热式热交换器14的燃烧生成物经由下部导向单元17的一侧移动到上侧之后，向下倾斜地通过潜热式热交换器15的内部，然后再次转向上方流动而通过排气罩19排出。

根据这种结构，不仅可以将冷凝式锅炉构成为向上燃烧式锅炉，而且燃烧生成物的排气方向和冷凝水的排出方向相同，因此冷凝水不会受到燃烧生成物的阻碍而能够顺利排出。

但是，根据这种现有的向上燃烧式冷凝式锅炉的潜热式热交换器的结构，为了将燃烧生成物的流路转换成如上所述的那样，需要在潜热式热交换器15内侧的上部和下部的大部分区域设置上部导向单元16和下部导向单元17，因此存在潜热式热交换器15的结构复杂的问题。

并且，燃烧生成物在从显热式热交换器14移动到潜热式热交换器15的过程中，会受到下部导向单元17干涉而受到排气阻抗，而且燃烧生成物在从潜热式热交换器15内部的一侧流动到另一侧的过程中也会通过在其内部层层设置的多个热交换管和结合于该热交换管的热交换翅片之间而受到排气阻抗，从而存在燃烧生成物不能顺利排出的问题。

并且，现有的向上燃烧式冷凝式锅炉在显热式热交换器14的正上方设有用于接冷凝水的下部导向单元17，因此下部导向单元17由于与通过显热式热交换器14的高温燃烧生成物接触而被加热到相当高的温度，因此即便燃烧生成物通过潜热式热交换器15时产生的冷凝水掉落到下部导向单元17，也会因为被加热的下部导向单元17而有相当多的冷凝水再次被汽化，导致通过冷凝而回收的潜热再次以汽化热的形态排出，因此存在无法得到最大冷凝效率的问题。

图2是表示现有的向下燃烧式冷凝式锅炉的结构的概略图。

在现有的向下燃烧式冷凝式锅炉中，排风扇21位于最上端，朝着其下侧设有向下燃烧式燃烧器22和燃烧室23、显热式热交换器24、潜热式热交换器25，潜热式热交换器25的下侧设有冷凝水接水单元27和冷凝水排出口28，在其一侧设有排气罩29。

经由上述显热式热交换器24和潜热式热交换器25被加热的供暖水通过连接于显热式热交换器24的一侧的供给管26a移送到室内传递热能之后被冷却，然后通过连接于潜热式热交换器25的一侧的回水管26b回流，通过所述回水管26b回流的供暖水再次流入到潜热式热交换器25，将通过显热式热交换器24的燃烧生成物中所包含的水蒸气冷凝，以回收潜热。

在这种向下燃烧式冷凝式锅炉中，冷凝水因重力下落的方向(即，铅直向下方向)和通过显热式热交换器24和潜热式热交换器25的燃烧生成物的排气方向自然地变得一致，这在提高冷凝式锅炉的效率中成为非常重要的因素。

即，经过潜热式热交换器25的过程中燃烧生成物内的水蒸气被冷凝而将潜热传递到供暖循环水之后，燃烧生成物的温度将大幅度降低，因此冷凝水接水单元27内部的温度将会变得非常低，从而可以最大程度地降低被液化为冷凝水的水蒸气再次被汽化时产生的热损失。

由于这种向下燃烧式冷凝式锅炉是可以最大限度地回收潜热的结构，因此被评价为最佳的冷凝式锅炉的结构，但是存在必须具备可向下燃烧的燃烧器的限制性问题。

通常，应用于锅炉的燃烧器可划分为预混(Pre-mixed)燃烧器和本生(Bunsen)灯。

其中，预混燃烧器属于燃烧将燃烧用气体和空气在混合室中预先混合的预混合气体的方式，其火焰长度非常短且火焰密度高，因此具有可以与向上或向下、向侧方等燃烧方向无关地设置燃烧器的优点。

相反，本生灯是在喷射气体的喷嘴部供给燃烧所需的一次空气，在形成火焰的部位供给过剩的二次空气而实现完全燃烧的燃烧器，其与二次空气反应的火焰长度长且火焰密度低，因而火焰具有朝向上方的倾向，因此存在只能应用于向上燃烧式的不足。

因此，当使用现有的向下燃烧式冷凝式锅炉时，必然要使用可进行向下燃烧的预混燃烧器，但预混燃烧器存在燃烧稳定性降低，而且为了实现非常复杂的燃烧控制而使用高价的控制系统的问题。

发明内容

技术问题

本发明是为了解决如上所述的问题而提出的，其目的在于提供一种燃烧器的使用不受限制、能够构成设置结构简单的向上燃烧式冷凝式锅炉，而且能减少燃烧生成物的排气阻抗、使潜热式热交换器中产生的冷凝水能够顺利排出，从而能够提高潜热回收效率的冷凝式锅炉的潜热式热交换器。

技术方案

为了实现上述目的，本发明所提供的冷凝式锅炉的潜热式热交换器，其特征在于，包含：显热式热交换器，用于吸收燃烧器中产生的燃烧显热；潜热式热交换器，用于吸收在所述显热式热交换器中完成了热交换的燃烧生成物中所包含的水蒸气的潜热；排气罩，用于排出通过了所述潜热式热交换器的燃烧生物；冷凝水排出口，用于排出在所述潜热式热交换器中生成的冷凝水，在所述燃烧器中燃烧的燃烧生成物通过所述显热式热交换器而垂直上升到所述潜热式热交换器之后，与水平面形成锐角且向外侧倾斜下降而在所述潜热式热交换器进行热交换，然后垂直上升而排出到所述排气罩。

此时，所述潜热式热交换器的内侧前后方可设有沿上下相隔设置并朝所述潜热式热交换器的前后方外侧向下倾斜的多个管，该多个管形成流路以使通过所述显热式热交换器而垂直上升的燃烧生成物的流路与水平面形成锐角且朝前后方或左右方向分开而倾斜下降，且该多个管与所述燃烧生成物进行热交换。

并且，所述管中使所述燃烧生成物通过的侧面的宽度比前后两端的高度形成得长，以使其截面构成扁平的椭圆形状。

并且，设置在所述潜热式热交换器内侧的前后方的管的外侧可分别结合有沿所述管的长度方向相隔预定间隔的多个热交换翅片。

并且，所述潜热式热交换器的内侧上部可设有上部导向单元，该上部导向单元的前后方两端部由对应于所述管的倾斜角的倾斜面构成。

并且，所述冷凝水排出口可设置在所述潜热式热交换器的下部一侧，所述潜热式热交换器的内侧前后方的所述管的下侧可设有下部导向单元，该下部导向单元用于将在所述管的外侧面积水而向下流落的冷凝水引导至所述冷凝水排出口一侧。

并且，所述管的左右侧两侧端可分别结合于形成有与其对应的形状的管插入孔的左侧端盖和右侧端盖，所述左侧端盖和右侧端盖的外侧可分别结合有左侧流路罩和右侧流路罩，该左侧流路罩和右侧流路罩用于引导在所述管内部流动的热媒介的流路在所述潜热式热交换器内部从左侧至右侧、从右侧至左侧交替转换。

并且，所述左侧流路罩由将流入到入口管的热媒介分割而供应到设置在所述前后方两侧的管的上部流路罩、在前后方两侧沿上下设置而用于转换热媒介的流路的多个中间流路罩、用于汇集通过所述前后方两侧的管的热媒介而向出口管排出的下部流路罩的集合构成，所述右侧流路罩由在前后方两侧沿上下设置而用于转换热媒介的流路的多个流路罩的集合构成。

发明效果

根据本发明所提供的冷凝式锅炉的潜热式热交换器，通过在潜热式热交换器内侧的前后方沿上下设置向下倾斜的多个管，从而使燃烧生成物的排气方向和冷凝水的排出方向一致，因此具有燃烧生成物的排气阻抗减少且冷凝水能够顺利排出的效果。

并且，根据本发明，通过管、热交换翅片、端盖以及流路罩的简单的结合结构，可以形成使在潜热式热交换器内部通过管的热媒介的流动方向向左、右侧交替转换的流路，因此能在潜热式热交换器内部的有限的空间内增加热交换面积和时间，从而具有能够提高热交换效率的效果。

附图说明

图1是示出现有的向上燃烧式冷凝式锅炉的结构的概略图。

图2是示出现有的向下燃烧式冷凝式锅炉的结构的概略图。

图3是示出应用了本发明的冷凝式锅炉的结构的概略图。

图4是图3的纵向剖面图。

图5和图6是示出本发明的冷凝式锅炉的潜热式热交换器的结构的立体图。

图7是图5的分解立体图。

图8是图5的A-A线截面图。

符号说明：

11、21是排风机，12、22是燃烧器，13、23是燃烧室，14、24是显热式热交换器，15、25是潜热式热交换器，16是上部导向单元，17是下部导向单元，18、28是冷凝水排出口，19、29是排气罩，26a是供给管，26b是回水管，27是冷凝水接水单元，100是潜热式热交换器，110是左侧流路罩，111是上部流路罩，111a是入口管，112、112a、113、113a是中间流路罩，114是下部流路罩，114a是出口管，120是左侧端盖，121、121a、131、131a、151、151a是管插入孔，130是前面热交换翅片，130a是后面热交换翅片，140、141、142、143、144、145、146、140a、141a、142a、143a、144a、145a、146a是管，150是右侧端盖，160是右侧流路罩，161是上部流路罩，162是中间流路罩，163是下部流路罩，170是上部导向单元，180、180a是下部导向单元，190是冷凝水排出口。

具体实施方式

以下，参照附图来详细说明本发明的优选实施例的构成和作用。在此，具有与现有技术相同的功能和起到相同作用的构成要素使用相同的符号。

图3是示出应用了本发明的冷凝式锅炉的结构的概略图，图4是图3的纵向剖面图，图3和图4是从冷凝式锅炉的左侧观察的图。

本发明所提供的冷凝式锅炉在排风机11的上侧具有火焰向上形成的向上燃烧式燃烧器12和燃烧室13，在其上侧设有用于吸收所述燃烧器12中所产生的燃烧显热的显热式热交换器14、用于吸收在所述显热式热交换器14中完成了热交换的燃烧生成物(废气)中所包含的水蒸气的潜热的潜热式热交换器100、用于排出通过所述潜热式热交换器100的燃烧生成物的排气罩19，所述潜热式热交换器100的下部的一侧设有用于排出潜热式热交换器100中产生的冷凝水的冷凝水排出口190。

本发明使燃烧生成物的排气方向和冷凝水的排出方向一致，以在燃烧器12中燃烧的燃烧生成物通过显热式热交换器14和潜热式热交换器100而向排气罩19排出的过程中，使排气阻抗减少且潜热式热交换器100中生成的冷凝水顺利排出。

为此，在所述潜热式热交换器100内部的前方(图3和图4中的右侧)和后方(图3和图4中的左侧)上下间隔地设有以水平面为基准分别朝前方和后方形成锐角而向下稍微倾斜的多个管140、140a，以使燃烧生成物通过上下方向布置的管140、140a之间。

并且，所述潜热式热交换器100的内侧上部具有上部导向单元170，该上部导向单元170的前后方的两端部由对应于所述管140、140a的倾斜角的向下倾斜面构成。

并且，所述管140、140a的下侧具有用于将冷凝水引导到所述冷凝水排出口190一侧的下部导向单元180、180a，所述冷凝水是燃烧生成物中所包含的水蒸气通过潜热式热交换器100的过程中被冷凝而在所述管140、140a的外侧面积水而向下侧流落到下部导向单元180、180a的。所述下部导向单元180、180a还起到将从显热式热交换器14垂直上升的燃烧生成物引导到潜热式热交换器100内部中央的作用。

根据这种潜热式热交换器100的结构，通过燃烧器12燃烧的燃烧生成物通过显热式热交换器14向潜热式热交换器100的内部中央垂直上升，朝着垂直上方移动的燃烧生成物依靠上部导向单元170和倾斜设置的管140、140a转换流路以相对于水平面构成锐角且沿前后方或左右方向稍微下降而通过管140、140a之间，同时与在管140、140a内部流动的热媒介进行热交换之后，通过潜热式热交换器100的前后方壁面而使其流动方向再次向垂直上方转换而进行汇合后通过排气罩19向外排出。

此时，通过管140、140a之间的燃烧生成物的排气方向和在管140、140a的外侧面积水后沿着所述管140、140a表面向下倾斜而流落的冷凝水的流动方向以及朝着下部导向单元180的上面流落而被引导到冷凝水排出口190一侧的冷凝水的排出方向相互一致，因此冷凝水不会受到燃烧生成物的阻抗而能够顺利排出。

并且，图1中示出的现有技术中，由于下部导向单元17在显热式热交换器14的正上方占较大区域而设置，因此存在流落到下部导向单元170的上面的冷凝水会再次汽化而降低潜热回收效率，且导致燃烧生成物的排气阻抗增大的问题。

但是，在本发明中，将有冷凝水流落的下部导向单元180、180a在显热式热交换器14上侧的前后方分别占据较窄的区域，因此即使下部导向单元180、180a因燃烧热而被加热，也因为冷凝水与下部导向单元180、180a所接触的面积和时间比现有技术相对减少，可以减少冷凝水被再次汽化的比率。

并且，在图1中示出的现有技术中存在如下问题，即，从显热式热交换器14经过潜热式热交换器15的燃烧生成物的流路在显热式热交换器14的上部向一侧集中后向上侧移动，并从潜热式热交换器15的一侧端向另一侧端朝一个方向移动而通过层层设置的热交换管和热交换翅片之间，在此过程中受到很大的排气阻抗。

但是，在本发明中，由于燃烧生成物从显热式热交换器14向潜热式热交换器100的内部中央不受干涉地垂直上升，然后朝前后方分开之后通过前方侧的管140之间和后方侧的管140a之间而稍微倾斜地移动，然后再次垂直上升而通过排气罩19排出，因此与现有技术相比，具有可显著减少燃烧生成物的排气阻抗的效果。

下面说明在潜热式热交换器100的内部设置管140、140a的结构以及在管140、140a内部流动的热媒介的流路结构。

图5和图6是示出本发明的冷凝式锅炉的潜热式热交换器结构的立体图，图5是从左侧观察的立体图，图6是从右侧观察的立体图，图7是图5的分解立体图，图8是图5的A-A线截面图。

参照图5至图7，在潜热式热交换器100内部的前方和后方上下间隔而倾斜设置的管140、140a中，使燃烧生成物通过的侧面的宽度比前后两端的高度形成得长，从而其截面构成为扁平的椭圆形状，此时具有燃烧生成物和管140、140a之间的传热面积得到增加的同时能够减少燃烧生成物的流动阻抗的效果。

并且，在所述管140、140a的外侧沿着长度方向(在图中为左右侧方向)相隔预定间隔结合有板状的多个热交换翅片130、130a。即，在潜热式热交换器100的前方侧沿上下布置的管140(141、142、143、144、145、146)的外侧结合有沿上下形成有对应于其管140的外周面形状的管插入孔131的多个前面热交换翅片130，在潜热式热交换器100的后方侧沿上下布置的管140a(141a、142a、143a、144a、145a、146a)的外侧结合有沿上下形成有管插入孔131a的多个后面热交换翅片130a。

并且，所述管140、140a的左侧端分别结合于形成有对应于管的管插入孔121、121a的左侧端盖120，所述管140、140a的右侧端分别结合于形成有对应于管的管插入孔151、151a的右侧端盖150。

并且，所述左侧端盖120和右侧端盖150的外侧结合有左侧流路罩110和右侧流路罩160，该左侧流路罩110和右侧流路罩160引导在所述管140、140a的内部流动的热媒介的流路，以使其在所述潜热式热交换器100的内部向左右侧交替转换。

在此，为了使所述左侧端盖120与左侧流路罩110之间的结合和所述右侧端盖150与右侧流路罩160之间的结合容易而可以构成为，左侧端盖120在形成有管插入孔121、121a的面的边缘朝向左侧形成突出面，以将左侧流路罩110插入到由该突出面围绕的四个面的内侧，所述右侧端盖150在形成有管插入孔151、151a的面的边缘朝向右侧形成突出面，以将右侧流路罩160插入到该四个面的内侧。

所述左侧流路罩110由将流入到入口管111a的热媒介分割而供应到设置在前后方两侧上部的管141、141a的上部流路罩111、在前后方两侧中间沿上下设置而用于转换在管142、143、144、145、142a、143a、144a、145a的内部流动的热媒介的流路的中间流路罩112、113、112a、113a、用于汇集通过前后方两侧下部的管146、146a的热媒介而向出口管114a排出的下部流路罩114构成。

所述右侧流路罩160由用于转换设置在前后方两侧上部的管141、142、141a、142a的流路的上部流路罩161、161a、用于转换设置在前后方两侧中间的管143、144、143a、144a的流路的中间流路罩162、162a、用于转换设置在前后方两侧下部的管145、146、145a、146a的流路的下部流路罩163、163a构成。

根据这种管140、140a、热交换翅片130、130a、左右侧端盖120、150以及左右侧流路罩110、160的结合结构，如图8所示，在潜热式热交换器100内部的有限空间内热媒介流动的流路如箭头所示，从左侧至右侧、又从右侧至左侧交替转换，因此可以增加与燃烧生成物的传热面积和时间，能够提高热交换效率，而且由于结合结构较简单，因此使潜热式热交换器100的制作也变得容易。

Claims (8)

1.一种冷凝式锅炉的潜热式热交换器，其特征在于，包含：

显热式热交换器，用于吸收燃烧器中产生的燃烧显热；

潜热式热交换器，用于吸收在所述显热式热交换器中完成了热交换的燃烧生成物中所包含的水蒸气的潜热；

排气罩，用于排出通过了所述潜热式热交换器的燃烧生物；

冷凝水排出口，用于排出在所述潜热式热交换器中生成的冷凝水，

在所述燃烧器中燃烧的燃烧生成物通过所述显热式热交换器而垂直上升到所述潜热式热交换器之后，与水平面形成锐角且向外侧倾斜下降而在所述潜热式热交换器进行热交换，然后垂直上升而排出到所述排气罩。

2.根据权利要求1所述的冷凝式锅炉的潜热式热交换器，其特征在于，所述潜热式热交换器的内侧前后方设有沿上下相隔设置并朝所述潜热式热交换器的前后方外侧向下倾斜的多个管，该多个管形成流路以使通过所述显热式热交换器而垂直上升的燃烧生成物的流路与水平面形成锐角且朝前后方或左右方向分开而倾斜下降，且该多个管与所述燃烧生成物进行热交换。

3.根据权利要求2所述的冷凝式锅炉的潜热式热交换器，其特征在于，所述管中使所述燃烧生成物通过的侧面的宽度比前后两端的高度形成得长，以使其截面构成扁平的椭圆形状。

4.根据权利要求2所述的冷凝式锅炉的潜热式热交换器，其特征在于，设置在所述潜热式热交换器内侧的前后方的管的外侧分别结合有沿所述管的长度方向相隔预定间隔的多个热交换翅片。

5.根据权利要求2所述的冷凝式锅炉的潜热式热交换器，其特征在于，所述潜热式热交换器的内侧上部设有上部导向单元，该上部导向单元的前后方两端部由对应于所述管的倾斜角的倾斜面构成。

6.根据权利要求2所述的冷凝式锅炉的潜热式热交换器，其特征在于，所述冷凝水排出口设置在所述潜热式热交换器的下部一侧，所述潜热式热交换器的内侧前后方的所述管的下侧设有下部导向单元，该下部导向单元用于将在所述管的外侧面积水而向下流落的冷凝水引导至所述冷凝水排出口一侧。

7.根据权利要求2至6中的任意一项中所述的冷凝式锅炉的潜热式热交换器，其特征在于，所述管的左右侧两侧端分别结合于形成有与其对应的形状的管插入孔的左侧端盖和右侧端盖，所述左侧端盖和右侧端盖的外侧分别结合有左侧流路罩和右侧流路罩，该左侧流路罩和右侧流路罩用于引导在所述管内部流动的热媒介的流路在所述潜热式热交换器内部从左至右、从右至左交替转换。

8.根据权利要求7所述的冷凝式锅炉的潜热式热交换器，其特征在于，所述左侧流路罩由将流入到入口管的热媒介分割而供应到设置在所述前后方两侧的管的上部流路罩、在前后方两侧沿上下设置而用于转换热媒介的流路的多个中间流路罩、用于汇集通过所述前后方两侧的管的热媒介而向出口管排出的下部流路罩的集合构成，

所述右侧流路罩由在前后方两侧沿上下设置而用于转换热媒介的流路的多个流路罩的集合构成。

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