CN103245219B - 集热装置改良结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种集热装置改良结构，包括用以输入供热流体的进气口和用以排出尾气的排气口，该进气口与排气口之间经至少一组集热管相互连通，其中任意一组集热管均包含沿供热流体行进方向依次连通的若干集热管，该等集热管密集排布且相互平行，其中任意两根相邻集热管的相应一端部经一过渡单元连通，所述过渡单元为封闭壳型构件，任一封闭壳型构件与设于任意一组集热管中的任意两根相邻集热管的相邻一端均直接连通，其中设于任意一组集热管中的任意两根相邻集热管的相邻一端均为开口端。本发明结构简单紧凑，体积小，供热速度快，且能实现能源的充分利用，适于在供暖设备、尾气余热回收设备、蒸汽发生设备等中广泛应用。

Description

集热装置改良结构

技术领域

本发明特别涉及一种集热装置改良结构，属于工业供热技术领域。

背景技术

传统供热设备主要采用两种工作模式，即“水管式”和“火管式”。以锅炉为例，“水管式”锅炉(awatertubeboiler)是将水、汽或汽水混合物等换热工质置于管内，而以火焰或烟气在管外燃烧和流动，藉以实现供热，而“火管式”锅炉则是将燃料或者燃料燃烧后产生的烟气在火筒或烟管中流过，对火筒或烟管外水、汽或汽水混合物加热，进而实现供热。其中，“水管式”供热设备具有体积相对较小、工作压力较高、安全性能较好、热效率较高等优点，但其不足之处在于，相当一部分热能会流失到周围环境中，从而导致热能利用率偏低，尤其是在水管内积垢等情况下，其能源利用效率会进一步降低。而“火管式”供热设备具有水容量大，蓄热能力大，结构、安装和运行都比较简单等优点，但其亦具有诸多缺陷，例如整体体积较大，热效率较低，蒸发强度不高等。

针对前述传统供热设备的不足，本案发明人曾于在先公布的CN100516750C、CN101701747B等发明专利中提供了多种改良设计的供热设备，其虽然具有远远优于传统供热设备的工作性能，但其仍存在体积较大、供热速度相对较低，能源利用率有待进一步提升等缺陷。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种集热装置改良结构，其至少具有体积小，供热速度快、能源利用高等优点，从而克服了现有技术中的不足。

为实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案：

一种集热装置改良结构，包括用以输入供热流体的进气口和用以排出尾气的排气口，所述进气口与排气口之间经至少一组集热管相互连通，其中任意一组集热管均包含沿供热流体行进方向依次连通的复数根集热管，该复数根集热管密集排布且相互平行设置，其中任意两根相邻集热管的相应一端部经一过渡单元连通。

进一步的，所述过渡单元包括封闭壳型构件，任一封闭壳型构件与设置于任意一组集热管中的任意两根相邻集热管的相邻一端均直接连通，其中，设置于任意一组集热管中的任意两根相邻集热管的相邻一端均为开口端。

所述封闭壳型构件的一端面为平面或弧形面。

优选的，所述集热管竖立设置，并且位于所述集热装置改良结构下部的过渡单元内还设有集尘仓，所述集尘仓上设有开口部，所述开口部上配有封盖。

作为可以实施的具体应用方案之一，所述集热装置改良结构还包括一进气管和一排气管，其中，

所述进气管的一端设置进气口，另一端为封闭端，并且所述进气管的另一端部与邻近该进气管的一集热管的相应一端部之间经一过渡单元直接连通；

所述排气管的一端设置排气口，另一端为封闭端，并且所述排气管的另一端部与邻近该排气管的一集热管的相应一端部之间经另一过渡单元直接连通。

所述封闭壳型构件的一端面为扇形平面，且位于该集热装置改良结构同一端的复数个封闭壳型构件的一端面依次拼接形成圆环形平面结构。

任意一组集热管中的复数根集热管均对称分布于一设定的环形区域内。

所述进气口与该至少一组集热管之间还设有至少一燃烧室。

该至少一组集热管中的复数根集热管均围绕一燃烧室均匀分布。

作为较为优选的具体应用方案之一，所述集热装置改良结构还包括一个以上用以遮盖至少一集热管的一端面的盖状件，所述盖状件具有圆弧形截面。

与现有技术相比，本发明的优点至少在于：该集热装置改良结构紧凑，体积小，热效率高、供热速度快，且能实现能源的充分利用，而包含该集热装置改良结构的新型供热设备至少具有同样的优点，适于作为各类供暖设备、尾气余热回收设备、蒸汽发生设备等在工业、民用领域广泛应用。

附图说明

图1a是本发明实施例1的立体图；

图1b是本发明实施例1的右视图；

图1c是本发明实施例1的俯视图；

图2a是本发明实施例2的立体图；

图2b是本发明实施例2的俯视图。

具体实施方式

鉴于现有技术的不足，本案发明人旨在提供一种集热装置改良结构，其具有体积小、结构简单紧凑、供热速度快、能源利用率高等特点，进一步的，基于该集热装置改良结构，本案发明人还提供了一种新型的供热系统。

具体而言，作为本发明的一个方面，该集热装置改良结构包括用以输入供热流体的进气口和用以排出尾气的排气口，所述进气口与排气口之间经至少一组集热管相互连通，其中任意一组集热管均包含沿供热流体行进方向依次连通的复数根集热管，该复数根集热管密集排布且相互平行设置，其中任意两根相邻集热管的相应一端部经一过渡单元连通。通过前述设计，使得本发明较之CN100516750C、CN101701747B等发明专利中所涉及的S型连续弯管结构，无需将集热管管径缩小，即可在有限的区域内集中安装更大密度的具有较大管径(例如，可以为50mm以上)的集热管，不会影响且甚至可以提高各种供热流体在集热装置内的流通速度，以及，还可有效提升集热装置的比表面积(亦即，与换热工质的接触面积)，进而能以更小体积实现更高的供热效率。

而作为本发明的另一个方面，该新型供热系统包括如上所述的集热装置改良结构以及壳体，所述集热装置改良结构置于所述壳体内腔中，且所述壳体内腔中还填充有气态或液态工质。显然的，参见前文，该新型供热系统系采用以流经集热管的供热流体对包围在集热管之外的换热工质进行加热，其能实现对由各种供热流体提供的热能的充分利用，且即使是在集热管外壁上积垢的情况下，亦能实现热能在供热流体与换热工质之间的充分转移，而不会流失到周围环境中。特别是，藉由本发明的设计，供热流体在该新型供热系统经过后形成的尾气温度可以远远低于常规供热设备排出的尾气温度，例如，低于100℃。又及，因集热管可具有较大管径，且在单位体积内分布的集热管密度较大，使得可燃性的供热流体可以较高流通速度在集热装置内行经较长行程，继而充分燃烧，并与换热介质充分换热，进一步提升换热效率，还能避免供热流体内的粉尘等在集热管内快速大量的积聚。

前述过渡单元可以包括封闭壳型构件，任一封闭壳型构件与设置于任意一组集热管中的任意两根相邻集热管的相邻一端均直接连通，

其中，设置于任意一组集热管中的任意两根相邻集热管的相邻一端均为开口端。

前述封闭壳型构件亦优选在供热流体的行进方向上具有平直流道结构，即，在供热流体的行进方向上系具有矩形剖面结构。

优选的，所述封闭壳型构件可具有弧面形顶面。

作为较为优选的实施方案，相邻集热管之间的距离一般可缩小至5cm以下，特别是在某些应用于小型供热设备中的集热装置之中，相邻集热管的距离可缩小至大于0，但小于或等于2cm，如此，可以实现在单位面积和/或单位体积内集热管密度的最大化。

在本发明中，所述集热管可以采用竖立设置的形态，并且位于所述集热装置改良结构下部的过渡单元内还设有集尘仓，所述集尘仓上设有开口部，所述开口部上配有封盖。该设计尤其适于易于产生粉尘的供热流体，其工作原理在于，在供热流体行进该集热装置改良结构的过程中，粉尘可在重力作用下沉降至集尘仓中，在沉积到一定数量时，通过前述开口部即可将粉尘取出，避免造成集热管的堵塞。

作为可以实施的具体应用方案之一，所述集热装置改良结构还包括一进气管和一排气管，其中，

所述进气管的一端设置进气口，另一端为封闭端，并且所述进气管的另一端部与邻近该进气管的一集热管的相应一端部之间经一过渡单元直接连通；

所述排气管的一端设置排气口，另一端为封闭端，并且所述排气管的另一端部与邻近该排气管的一集热管的相应一端部之间经另一过渡单元直接连通。

作为较佳实施方案之一，在与任一集热管轴线平行的方向上，该复数根集热管被分为两层以上设置，在其中任意一层之中，在供热流体行进方向上，该任意一层的第一根集热管与位于该任意一层上游的一层中的最后一根集热管连通。

作为可以实施的具体应用方案之一，该任意一层的第一根集热管与位于该任意一层上游的一层中的最后一根集热管同轴设置，

并且：

该任意一层的第一根集热管可与位于该任意一层上游的一层中的最后一根集热管的相邻一端对接或经过一直管型连接件连接；

或者，该任意一层的第一根集热管亦可与位于该任意一层上游的一层中的最后一根集热管一体设置。

作为较佳实施方案之一，所述进气口与排气口之间经两组以上集热管相互连通，该两组以上集热管中的各集热管密集排布且相互平行设置。

考虑到某些供热装置内会有一定的压力要求，为增强该集热装置改良结构的耐压强度，作为较佳的具体应用方案之一，所述集热装置改良结构还可包括一个以上用以遮盖至少一集热管的一端面的盖状件，所述盖状件具有圆弧形截面，亦即，可以在任一集热管的至少一端上设置盖状件，亦可在选定的若干集热管的相应一端上加设一盖状件，或者，以一盖状件掩盖位于同一层的所有集热管的相应一端。

需要指出的是，前述集热管系为便于描述本发明而拟定的一种表述，事实上，其可为圆管形、箱型的等结构，且不限于此。

前述供热流体可以是可燃性流体(气体、液体或雾化的液体或气液混合物)与空气、氧气等助燃物的混合物，由可燃物燃烧产生的高温烟气，某些高温设备(如锅炉、金属冶炼设备等)输出的高温尾气等等。

以下结合附图及若干较佳实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。

实施例1参阅图1a-图1c，该集热装置改良结构50包括一进气管510和一排气管520，该进气管的一端设置用以输入供热流体的进气口511，另一端与一燃烧室54连通，该排气管520的一端设置用以排出尾气的排气口521，另一端为封闭端，该燃烧室与排气口521之间经一组集热管相互连通，该一组集热管包含沿供热流体行进方向依次连通的若干竖立设置的集热管53，该等集热管密集排布形成一圆形布局，并且，在供热流体的行进方向上的任意两根相邻集热管相邻一端经一过渡单元连通，该排气管的另一端与邻近该排气管的一集热管的相应一端之间经另一过渡单元直接连通(图中未示出)。该进气口511与该排气口521分布于该集热装置改良结构的同一侧。

前述过渡单元包括封闭壳型构件，任一封闭壳型构件与设置于任意两根相邻集热管的相邻一端均直接连通，其中，该任意两根相邻集热管的相邻一端均为开口端。

进一步的，前述过渡单元可包括分布于该集热装置改良结构上端的若干上箱体52和若干下箱体52’。

基于前述集热装置改良结构50而形成的一种新型供热系统还可以包括壳体51，所述集热装置改良结构50除下部之外的区域均被置于所述壳体51内腔中，且所述壳体内腔中还填充有气态或液态工质，如水等，而进气口511与该排气口521可从所述壳体一侧面上露出，前述壳体上端还设有具有圆弧形截面的顶盖。

实施例2参阅图2a-图2b，该集热装置改良结构60的结构与实施例5相近，亦包括一进气管610和一排气管620，该进气管的一端设置用以输入供热流体的进气口，另一端与一燃烧室64连通，该排气管620的一端设置用以排出尾气的排气口，另一端为封闭端，该燃烧室与排气口621之间经一组集热管相互连通，该一组集热管包含沿供热流体行进方向依次连通的若干竖立设置的集热管63，该等集热管密集排布形成一圆形布局，并且，在供热流体的行进方向上的任意两根相邻集热管相邻一端经一过渡单元连通，该排气管的另一端与邻近该排气管的一集热管的相应一端之间经另一过渡单元直接连通(图中未示出)。

前述过渡单元包括封闭壳型构件，任一封闭壳型构件与设置于任意两根相邻集热管的相邻一端均直接连通，其中，该任意两根相邻集热管的相邻一端均为开口端。

进一步的，前述过渡单元可包括分布于该集热装置改良结构上端的若干具有弧形顶面的上箱体62和若干具有弧形顶面的下箱体62’。

基于前述集热装置改良结构60而形成的一种新型供热系统还可以包括壳体61，所述集热装置改良结构60除下部之外的区域均被置于所述壳体61内腔中，且所述壳体内腔中还填充有气态或液态工质，如水等，前述壳体上端还设有具有圆弧形截面的顶盖。

需要指出的是，尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (5)

1.一种集热装置改良结构，其特征在于，包括用以输入供热流体的进气口和用以排出尾气的排气口，所述进气口与排气口之间经至少一组集热管相互连通，其中任意一组集热管均包含沿供热流体行进方向依次连通的复数根集热管，该复数根集热管密集排布且相互平行设置，其中任意两根相邻集热管的相应一端部经一过渡单元连通，所述过渡单元包括封闭壳型构件，任一封闭壳型构件与设置于任意一组集热管中的任意两根相邻集热管的相邻一端均直接连通，其中设置于任意一组集热管中的任意两根相邻集热管的相邻一端均为开口端；所述封闭壳型构件的一端面为平面或弧形面，所述进气口设于一进气管的一端，所述进气管另一端与邻近该进气管的一集热管的相应一端部之间经一过渡单元直接连通，所述排气口设于一排气管的一端，所述排气管另一端与邻近该排气管的一集热管的相应一端部之间经另一过渡单元直接连通。

2.根据权利要求1所述的集热装置改良结构，其特征在于，所述集热管竖立设置，并且位于所述集热装置改良结构下部的过渡单元内还设有集尘仓，所述集尘仓上设有开口部，所述开口部上配有封盖。

3.根据权利要求1所述的集热装置改良结构，其特征在于，所述封闭壳型构件的一端面为扇形平面，且位于该集热装置改良结构同一端的复数个封闭壳型构件的一端面依次拼接形成圆环形平面结构。

4.根据权利要求1所述的集热装置改良结构，其特征在于，任意一组集热管中的复数根集热管均对称分布于一设定的环形区域内。

5.根据权利要求4所述的集热装置改良结构，其特征在于，任意一组集热管中的复数根集热管均围绕一燃烧室均匀分布。