CN105452781B - 用于在热室中使用的分段式热交换器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于热室的分段式热交换器。分段式热交换器包括两个端部段和设置在两个端部段之间的一个或多个中间段。一个或多个中间段和两个端部段被组装在热交换器中。燃烧室被设置在分段式热交换器中，垂直于一个或多个中间段。一个或多个中间段中的每个包括至少一个用于待加热流体的流动通道。至少一个用于烟气的流动通道存在于每两个连续段之间，其从燃烧室延伸。在两个段之间，在与一个或多个中间段平行的平面中，分段式热交换器的总宽度在远离燃烧室的方向上在长度的至少一部分上减小。垂直于一个或多个中间段测量的并且在连续段之间的用于烟气的流动通道的深度，在远离燃烧室的方向上减小。在一个或多个中间段中，划界中间段并且与在段之间形成的烟气通道呈热交换关系的两个壁之间的距离，在远离燃烧室的方向上增加，从而增加了在中间段中对于一个或多个流体流动通道可用的深度。

Description

用于在热室中使用的分段式热交换器

技术领域

本发明涉及用于在热室(heat cell)中使用的分段式热交换器领域。这种热交换器包括几个区段。当组装分段式热交换器时，区段的数量被选择为分段式热交换器的容量的函数。更具体地说，本发明的分段式热交换器具有燃烧室，其中燃烧器可以被安装在燃烧室内(由此形成热室)，用于产生烟气，其将热能转移来加热液体。这种热室可以在锅炉中使用。

背景技术

分段式热交换器由多个区段或分段组成。分段式热交换器，例如铝制的热交换器，存在，其包括多个彼此紧邻定位的相同中间段；和两个端部段。用于热交换器组装的中间段的数目取决于热交换器的所需容量。该热交换器具有多个通道(在每一个中间段中的至少一个水通道)，用于待被加热的水的平行流动连接，和从热交换器内的一个或多个燃烧室延伸的烟气通道。

[3]这种热交换器的实例可以在DE102005014616B3，EP0843135A1和WO2008/004855A2中找到。

EP0843135A1公开了分段式热交换器，其中各个燃烧室形成在分段式热交换器的每两段之间。每个燃烧室被提供有一个或多个独立的燃烧器。

WO2008/0048552A2的分段被组装而创建具有一个燃烧室的热交换器，并具有用于每个中间段的单独燃烧器，以产生烟气用于与流过分段式热交换器的水通道的水热交换。中间段彼此平行地被组装。WO2008/004855A2的中间段可以使用挤压型材制成。

分段式热交换器，采用浇铸中间段，在DE102005014616B3提供，其中一个单个燃烧器可以被使用，安装在分段式热交换器的一个燃烧室内。

EP2080961A2描述了一种具有分段式热交换器的锅炉。分段式热交换器具有由用于气体或油燃烧的铸造材料制成的竖直元件，用于热气体和锅炉水之间的热交换的。废气和冷凝水收集器被形成在下部区域，并且燃烧室与循环水臂分离。竖直水臂基于较低轮毂紧固至在燃烧室下面的水侧处的循环水臂。竖直水臂形成用于热气体的竖直流动通道。

US3533379A公开了一种在相邻区段的界面处具有带槽或沟的空间的分段式锅炉。基本保持永久柔韧和弹性的柔韧的弹性密封剂装配带槽或沟的空间以接合区段。如此形成的该接合在所有环境温度和烟道压力下是防漏的，包括在强制通风锅炉系统中遇到的烟道压力。

现有技术中的分段式热交换器的问题是性能和效率不是最佳的。

发明内容

本发明的主要目的是提供用于热室的分段式热交换器，具有更高的性能，并且易于组装。

本发明的第一方面是分段式热交换器。

本发明的第一方面是用于热室的分段式热交换器。

分段式热交换器包括两个端部段和提供在两个端部段之间的一个或多个中间段。优选地，两个端部段和一个或多个中间段彼此平行组装。当设计和组装热交换器时，可以选择中间段的数量来设置热交换器的容量。

一个或多个中间段和两个端部段组装在热交换器中，其中，燃烧室被提供在分段式热交换器中，垂直于一个或多个中间段。优选地燃烧室被预见用于燃烧器的安装，优选用于一个燃烧器的安装，并且更优选仅用于一个燃烧器。优选地，燃烧室是束成形的，具有通过一个或多个中间段的直线轴线，具有通过分段式热交换器的中间段的恒定的横截面。

一个或多个中间段的每一个，并且优选地端部段也，包括至少一个流动通道以用于待加热的流体(例如水)。

如果不止一个中间段存在，在每两个连续的中间段之间，至少一个用于烟气的流动通道存在，其中所述流动通道在燃烧室延伸。优选地，在端部段和中间段之间，以及如果存在一个以上的中间段时则在两中间段之间，存在至少一个用于烟气的流动通道，其从燃烧室延伸。优选地，每两个连续段之间的至少一个用于烟气的流动通道存在，并且流动通道从燃烧室延伸。

在两段之间，在与所述一个或多个中间段并行的平面中，分段式热交换器的总宽度在远离燃烧室的方向上的长度的至少一部分上减小。优选地，总宽度在之间存在烟气通道的段的如垂直于燃烧室测量的长度的至少一半上减小；更优选在该长度的至少75％上减小。优选地，宽度减小是在长度上的连续减小，在长度上其减小。这种连续减少是有益的，因为它有利于这些段的生产。优选地最大与最小宽度的比率小于4，优选大于1.5；更优选小于3。宽度减少意味着两个连续段之间的烟气通道的宽度减小。优选地，宽度减小导致在两个连续段之间的烟气通道的宽度减小，其中，最大与最小宽度的比率小于4，优选大于1.5；更优选小于3。

垂直于一个或多个中间段并且在连续段之间测量的，用于烟气的流动通道的深度，在远离燃烧室的方向上减小。优选地，深度在用于远离燃烧室的烟气流动的分段式热交换器中长度的至少一半上减小，更优选地在该长度的至少75％上减小。优选地，深度减小是在长度上的连续减小，在长度上其减小。优选地最大比最小深度的范围是大于2，优选大于3，优选小于4，更优选小于3.5。所述范围具有益处，因为当分段式热交换器站立(例如，安装在热交换器的烟气出口的池)，它站得更稳定。

在一个或多个中间段中，划界中间段并且与在段之间形成的烟气通道是热交换关系的两个壁之间的距离，在远离燃烧室的方向上增加，从而提高了可用于在中间段的一个或多个流体流动通道的深度。优选地这个距离在远离燃烧室的长度的至少一半上增加，更优选在其长度的至少75％上增加。优选地，增加是在长度内的连续增加，在长度上其增加。

本发明的分段式热交换器具有益处，它已提高能量效率，由于其结构特征的协同有益效果。热交换器的能量效率一方面由烟气和流体之间的热交换量决定，如当使用热交换器时，通过热交换表面的量和通过烟气和流体的速度所确定的。另一方面，由系统本身的能耗必须考虑，特别是迫使待加热流体通过热交换器的泵能量，和驱动风扇供给燃烧室中的燃烧器的能量。本发明允许构建相同容量和性能的更紧凑和更轻的热交换器，并且该热交换器具有相同的效率。

优选地，一个或多个中间段和/或两个端部段是铝或铝合金段，优选地单独的段。

优选地，一个或多个中间区段和/或所述两个端部段是铸造段，优选地单独的铸造段。

在一个优选的实施方式中，分段式热交换器包括至少两个中间段并且，至少两个中间段被设置成在分段式热交换器内平行于彼此。

优选地，烟气通道的横截面的最大到最小表面的比率-在连续段之间的同一烟气通道中-垂直于一个或更多个中间段测量的，是在4和6之间，更优选4.5和6之间，甚至更优选5和6之间。

优选地，在用于待加热的流体的至少一个通道和用于烟气的流动通道之间的中间段的壁的至少部分设置有用于增加通过壁的传热的装置。优选地，用于待加热的流体的通道和用于端部段和中间段之间的烟气的流动通道之间的端部段的壁的至少部分设置有用于增加通过壁的传热的装置。这种装置的实例是从壁延伸进入烟气通道的装置，例如销和/或翅片，例如能够在铸造段时被制备。

在优选的实施方式中，在中间段的流体流动通道遵循蜿蜒流路。优选地蜿蜒流动通道是基本上垂直于当热交换器在使用中时段之间的烟气通道内烟气流动的方向。

在优选实施方式中，在端部段和/或在中间段中的流体流动通道(例如在中间段的蜿蜒流动通道的)的至少部分的高度在远离燃烧室的方向上，在中间段的高度的至少部分上增加，在中间段上存在一个或多个流体流动通道。流体流动通道的高度是指当热交换器在使用中时，流体流动通道的在烟气流的平均方向上，远离燃烧室的尺寸。

在优选的实施方式中，分段式热交换器包括一个以上的中间段和该一个以上的中间段的流体流动通道，并且优选还有两个端部段的流体流动通道，被并联流动连接。

在优选的实施方式，其中分段式热交换器只包括一个中间段，该一个中间段的流体流动通道和两个端部段的流体流动通道是并联流动连接。

在优选的实施方式中，一个或多个中间段中的流体流动通道被提供用于待加热液体相对于烟气通道的流动方向的对流。

在优选的实施方式中，在垂直于所述一个或多个中间段的方向上观察到，中间段包括彼此紧邻的，优选地以对流关系布置的用于流体流动的至少两个通道。更优选的是，当在一个中间段时，彼此紧邻的用于流体流动的至少两个通道位于热交换器中朝向分段式热交换器的烟气出口。这样的实施方案的一个益处是传热效率进一步协同地增加，因为水流是裂开的并且更多地被迫朝向与烟气通道呈热交换关系的流体通道的壁。

本发明的第二方面是一种热室，包括

-如在本发明的第一方面的分段式热交换器；和

-优选一个，更优选只有一个，燃烧器，优选预混气体燃烧器，并且优选筒状燃烧器，提供在燃烧室中用于产生烟气,以流过在段之间的用于烟气的流动通道-所述段并联流动连接。燃烧器优选地安装，使得它在燃烧室中垂直于一个或多个中间段延伸。

有益的是，一个单个圆筒形燃烧器可用于生产烟气，其将通过热传递从在段之间的用于烟气流动的通道，到在段中用于流体流动的流动通道传递其能量。

优选地，热室具有在热室的底部的冷凝池。

附图说明

图1显示了根据本发明的分段式热交换器的垂直于燃烧室的两段之间的横截面。

图2示出根据本发明的分段式热交换器的燃烧室的在纵向方向上的横截面。

图3示出根据本发明的分段式热交换器的垂直于燃烧室的中间段中的横截面。

具体实施方式

图1-3示出本发明的分段式热交换器的横截面。图1显示了根据本发明的分段式热交换器的垂直于燃烧室的两段之间的横截面。图2示出根据本发明的分段式热交换器的燃烧室的在纵向方向上的横截面。图3示出根据本发明的分段式热交换器的垂直于燃烧室的中间段中的横截面。

分段式热交换器包括两个端部段103、104和设置在两个端部段103、104之间的一个或多个中间段110(例如，在图2中的五个中间段)。一个或多个中间段110和两个端部段103、104被组装在热交换器中，其中燃烧室115被提供在分段式热交换器中，垂直于一个或多个中间段110。

燃烧器，例如圆柱形预混燃烧器120可以被安装在燃烧室115中，从而形成热室，该热室包括分段式热交换器和燃烧器120。在优选实施方式中，燃烧器通过与燃烧室115的直纵向轴线对齐的直纵向轴线被使用。优选地，只有一个燃烧器120提供在燃烧室115中。

一个或多个中间段110中的每个均包括至少一个用于待加热流体的流动通道125。在每两个连续段(端部段103、104或中间段110)之间存在用于烟气的至少一个流动通道131、133，其中流体通道从燃烧室115延伸，从而允许由燃烧器120产生的在燃烧室115中的烟气从燃烧室115通过用于烟气的流动通道131、133流动。

在两段之间，在与一个或多个中间段平行的平面中，分段式热交换器的总宽度在远离燃烧室的方向上的长度的至少部分上减小。这在图1中通过宽度A和宽度B之间的比来表示，宽度A和宽度B为分段式热交换器的总宽度，在这里还是烟气流动可用的宽度，其中宽度为最大值(A)并且宽度为最小值(B)。在图1所示的例子中，比率A/B为1.92。宽度的变化可以是连续的，如示于图1中所示的例子。

用于烟气的流动通道131、133的深度，在垂直于一个或多个中间段110并且在连续段之间测量的，在远离燃烧室的方向上减小。这在图2中被示出具有在烟气通道131的起点的深度E和在烟气通道131的末端的深度F。在实例中，深度从与流体流动通道125热交换接触的烟气通道131的起点连续减小，直到烟气通道131的末端。作为一个例子，最大深度E和最小的深度F之间的比率为3.06。

在一个或多个中间段110中，划界中间段110并且与段之间形成的烟气通道131呈热交换关系的两个壁141、143之间距离I、J，在远离燃烧室115的方向上增加，从而增加在中间段110中对于一个或多个流体流动通道125可用的深度。在本发明的实施例中，如图1所示，增加是连续增加。

在如图中所示的例子中，烟气通道的横截面的最大到最小的表面的比率-如垂直于一个或多个中间段测量的-在连续段之间的同一烟气通道中等于(A*E)/(B*F)，或为例如5.87。

在至少一个用于待加热的流体的通道125和用于烟气的流动通道131、133之间的中间段110和端部段103、104的壁141、143可以被设置有从壁141、143延伸进入烟气通道131、133的装置，例如销161，以增加通过壁的热传递。

在附图中所示的例子中，在中间段110中的流体流动通道125遵循蜿蜒流路。优选地蜿蜒流动通道基本上垂直于段103、104、110之间的烟气通道131、133的烟气流动方向。

在该示例中，在端部段和中间段(多个中间段)中的流体流动通道的至少部分的高度M、N在远离燃烧室的方向上增大。

在该示例中，端部段103、104和中间段110的流体流动通道125被彼此并联流动连接。

在该示例中，在一个或多个中间段110的流体流动通道被提供用于待加热液体相对于烟气通道131的流动方向的对流。

在实例中，垂直于一个或多个中间段110的方向上观察的，中间段110包括彼此紧邻的，优选地以对流关系布置的至少两个用于流体流动的通道173、175，虽然在相同流动方向上的流动也是可能的。

本发明的热交换器已经显示出具有良好的能量效率，它可以制成轻且紧凑。

Claims (12)

1.一种用于热室的分段式热交换器，其中

-所述分段式热交换器包括两个端部段和设置在所述两个端部段之间的一个或多个中间段；

-所述一个或多个中间段和所述两个端部段被组装在所述热交换器中，其中燃烧室被设置在所述分段式热交换器中，垂直于所述一个或多个中间段，

-所述一个或多个中间段中的每个中间段均包括至少一个用于待加热流体的流动通道，

-在每两个连续段之间存在至少一个用于烟气的流动通道，并且所述用于烟气的流动通道从所述燃烧室延伸，

其特征在于

-在两段之间，在与所述一个或多个中间段平行的平面中，所述分段式热交换器的总宽度在远离所述燃烧室的方向上在长度的至少部分上减小；

-垂直于所述一个或多个中间段测量的并且在连续段之间的所述用于烟气的流动通道的深度在远离所述燃烧室的方向上减小，

-在所述一个或多个中间段中，两个壁之间的距离在远离所述燃烧室的方向上增加，由此增加了在所述中间段中对于一个或多个流体流动通道可用的深度，所述两个壁界定所述中间段并且与段之间的用于烟气的流动通道处于热交换关系。

2.根据权利要求1所述的分段式热交换器，包括至少两个中间段，并且其中所述至少两个中间段在所述分段式热交换器中被彼此平行地设置。

3.根据权利要求1或2所述的分段式热交换器，其中在连续段之间的同一用于烟气的流动通道中，垂直于所述一个或多个中间段测量的用于烟气的流动通道的横截面的最大与最小表面的比率在4和6之间。

4.根据权利要求1所述的分段式热交换器，在至少一个用于待加热流体的通道和所述用于烟气的流动通道之间的所述一个或多个中间段的壁的至少部分被设置有用于增加通过所述壁的传热的装置。

5.根据权利要求1所述的分段式热交换器，其中在所述中间段中，流体流动通道遵循蜿蜒流路。

6.根据权利要求1所述的分段式热交换器，其中在所述中间段中的所述流体流动通道的至少部分的高度在远离所述燃烧室的方向上增加。

7.根据权利要求1所述的分段式热交换器，其中所述分段式热交换器包括多于一个的中间段，并且其中所述多于一个的中间段的流体流动通道被并联流动连接。

8.根据权利要求1所述的分段式热交换器，在所述一个或多个中间段中所述流体流动通道被设置用于相对于所述用于烟气的流动通道的流动方向的待加热流体的对流。

9.根据权利要求1所述的分段式热交换器，其中在垂直于所述一个或多个中间段的方向上观察的，中间段包括彼此紧邻的至少两个用于流体流动的通道。

10.一种热室，包括：

-根据权利要求1所述的分段式热交换器；和

-燃烧器，设置在所述燃烧室中，用于产生烟气以平行流动通过在所述段之间的所述用于烟气的流动通道。

11.根据权利要求10所述的热室，其中所述燃烧器垂直于所述一个或多个中间段延伸。

12.权利要求10或11所述的热室，包括在所述热室的底部的冷凝池。