CN108291739B - 管道的型材、盘绕式热交换器以及冷凝锅炉 - Google Patents

管道的型材、盘绕式热交换器以及冷凝锅炉 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种管道的型材、盘绕式热交换器以及冷凝锅炉。管道的型材，其中，型材(1)的横截面具有：梯形部分(2)，具有两个底边(4、5)和两个侧边(6、7)；和三角形部分(3)，具有一个底边(6)和两个侧边(8、9)，其中，梯形部分的第一侧边(6)与三角形部分的底边(6)重合，其中，梯形部分的第二侧边和底边与三角形部分的侧边形成型材的内壁，其中，梯形部分(2)的第一底边(4)和与其相邻的三角形部分(3)的第一侧边(8)之间的第一角度(a)在45°至135°之间，其中，梯形部分(2)的第二底边(5)和与其相邻的三角形部分(3)的第二侧边(9)之间的第二角度(β)在180°至270°之间。

Description

管道的型材、盘绕式热交换器以及冷凝锅炉
技术领域
本发明涉及一种用于热交换器的管道的型材，一种提供所述型材的热交换器以及一种提供所述热交换器的冷凝锅炉。
更准确地说，本发明涉及一种特别研究的用于热交换器的型材，以显著提高适当研究的热交换器的效率，以及涉及一种提供所述热交换器的冷凝锅炉(boiler，煮器)。
背景技术
通常，冷凝锅炉具有燃烧腔室和冷凝腔室，通过耐火绝热隔板相互间隔开。两个腔室均被具有曲折(serpentine)型材的热交换器包裹，待加热的流体流入该曲折型材。
待加热的流体从对应于冷凝腔室的区域对应地流动到燃烧腔室的区域中，然后导入加热系统。
对应于燃烧腔室，设置有燃烧器，该燃烧器在工作时适于加热在热交换器内流动的流体。
在燃烧区域中，通过辐射和对流与热交换器进行热交换，同时在冷凝区域，则通过冷凝进行热交换。
通过燃烧腔室内的燃烧器与交换器的表面接触产生的烟雾被冷却、冷凝并转化为液体。
在这几年期间，为了提高盘管的效率，已经提出了用于盘管的型材和相关冷凝锅炉的几种解决方案，在该冷凝锅炉中其提供了具有所述盘管的热交换器。
发明内容
在本文中，包括的是根据本发明建议的解决方案，与已知的型材相比，其具有用于改进的热交换器的管道型材的目标。
本发明的第一目标是提供一种用于热交换器的管道的型材，允许实现在相邻盘管之间不存在间隙的盘管，“间隙”意味着沿着其横截面在盘管的内部和外部之间存在连通。
本发明的第二目标是提供一种用于盘管的管道的型材，其允许优化对流交换。
本发明的另一个目标是提供一种用于盘管的管道型材，处于从燃烧区域排出的烟雾中，以便允许烟雾从可能的冷凝中最佳的分离。
本发明的另一个目标是提供一种用于提供所述盘管的冷凝锅炉的热交换器，所述盘管优选地设置在燃烧区域和冷凝区域两者中。
本发明的又一个目标是提供一种冷凝锅炉，其提供所述热交换器。
因此，本发明的具体目标是提供一种管道的型材，特别是用于制造用于冷凝锅炉的热交换器的管道，其特征在于，该型材的横截面具有：梯形部分，具有两个底边和两个侧边；和三角形部分，具有一个底边和两个侧边，其中，梯形部分的第一侧边与三角形部分的底边重合，其中，梯形部分的第二侧边和底边与三角形部分的侧边形成型材的内壁，其中，梯形部分的第一底边和与其相邻的三角形部分的第一侧边之间的第一角度在45°至135°之间，优选为90°，其中，梯形部分的第二底边和与其相邻的三角形部分的第二侧边之间的第二角度在180°至270°之间，优选为225°。
特别地，根据本发明，梯形部分的第一底边与第二侧边之间的第三角度可以在120°至170°之间。
更具体地，根据本发明，所述型材可以具有平滑的角。
本发明的另一个目的是一种包括上述型材的盘绕式热交换器，其螺旋地布置，以便包括相对于中心轴线一个在另一个上盘绕的多个盘管，其中，每个盘管的型材的梯形部分的第一底边相对于所述中心轴线倾斜第四角度，所述第四角度在10°至60°之间，优选为45°。
另外，根据本发明，所述盘管可以以这种方式布置，以便使第一盘管的型材的横截面的梯形部分的第二底边平行于相邻且相隔在0.5mm至2mm之间的距离的盘管的型材的横截面的梯形部分的第一底边。
本发明的再一个目标是提供一种包括如上所述的热交换器的冷凝锅炉。
始终根据本发明，所述冷凝锅炉可以包括燃烧区域、冷凝区域和在所述两个区域之间的分隔壁，对应于所述冷凝区域，所述盘管可以与所述分隔壁相隔0.1mm至20mm之间的一个距离。
更特别地，所述冷凝锅炉可以包括外包裹，并且所述盘管的每一个可以与所述外包裹相隔0.1mm与20mm之间的一个距离。
仍然根据本发明，所述冷凝锅炉可以包括在所述外包裹与所述热交换器之间的开缝壳体(slotted casing)，所述开缝壳体对应于所述燃烧区域和/或所述冷凝区域。
优选地，根据本发明，所述燃烧区域的高度可以在冷凝锅炉的高度的30％至65％之间。
最后，根据本发明，所述冷凝锅炉可以以这样的方式定向，以便热交换器的中心轴线竖直地布置或者以4°至90°的倾角倾斜。
附图说明
现在，为了说明性但非限制性的目的，本发明将特别参照所附附图中的图片进行描述，其中：
图1是根据本发明的管道型材的剖视图；
图2是具有根据本发明的型材的热交换器的一部分的剖视图；
图3示出了包括根据本发明的热交换器的冷凝锅炉的第一实施方式的前剖视图；
图4示出了图3的第一细节IV；
图5示出了在由冷凝锅炉的燃烧器产生的烟雾发生冷凝的冷凝期间图3的第二细节V；
图6a示意性地示出了与燃烧区域(燃烧腔室)相对应的根据本发明的热交换器的表面相接触的烟雾的冷凝步骤；
图6b示意性地示出了通过根据本发明的热交换器在冷凝区域(冷凝腔室)中的冷凝液体的下降；
图7示出了冷凝阶段期间图3的第三细节VII；
图8示出了包括根据本发明的热交换器的冷凝锅炉的第二实施方式的前剖视图。
具体实施方式
参照图1，注意到的是根据本发明的管道的型材由参考数字1表示。
根据本发明的型材1特别适于实现用于冷凝锅炉的热交换器，然而，其还可以用于其它领域。
正如从图1中可以看出，型材1的横截面具有：四边形部分2(具体是梯形部分)，具有两个平行侧边或底边4、5和两个附加侧边6、7；和三角形部分3，具有一个底边6和两个侧边8、9。梯形部分2的第一侧边6与三角形部分3的底边6重合。特别地，梯形部分的第二侧边7和底边4、5和三角形部分3的侧边8、9形成了型材1的内壁。根据本发明的型材1的优选实施方式具有大体上为“P”形的横截面，其中梯形部分2的第一底边4和与其相邻的三角形部分3的第一侧边8之间的第一角度α约等于90°，其中梯形部分2的第二底边5和与其相邻的三角形部分3的第二侧边9之间的第二角度β大约等于225°。
根据本发明的型材1具有始终具有两个相对侧边4和5的优点，该两个相对侧边始终彼此平行，有利于多个型材1的彼此重叠以及它们的互相贯穿。另外，如图1所示，如果型材1布置成使得侧边4和8面朝上，则它们不同的角度允许在型材1的表面上创造路径的改变。
根据本发明的型材1的其它实施方式可以提供，其中第一角度α可以在45°与135°之间，以及第二角度β可以在180°与270°之间。
显然，在第一角度α是135°并且第二角度β是225°的情况下，换句话说，如果三角形部分的两个侧边8和9是平行的，则会存在虚构的三角形部分3，其将通过连接元件进行必要的连接。例如在图1的实施方式中，三角形部分3的角和梯形部分2的角是斜的并且通过弯曲的连接部分连接。在未示出的其它实施方式中，具有直的部分是可能的。
此外，根据本发明的型材1可以在梯形部分的第一底边4与第二侧边7之间具有第三角度γ，其范围在120°与170°之间，优选约等于135°。
现在参考图2，注意到的是由根据本发明的型材1获得并由参考数字10表示的热交换器的横截面。
具体地，根据本发明的热交换器10包括型材1，围绕中心轴线y(特别是竖直轴线)螺旋地布置，以便具有相对于所述中心轴线y一个在另一个上缠绕的多个盘管11。这些盘管11以这样的方式布置：呈现出每个盘管11的型材1的梯形部分2的第一底边4相对于中心轴线y倾斜第四角度δ，该第四角度范围在10°至60°之间，优选约为45°，如图2所示。
由此获得的热交换器10的构造允许引导冷凝锅炉(热交换器10可以插入该冷凝锅炉中)的燃烧气体，有助于它们的上升，增加热接触表面并有助于最终所形成的冷凝液体的下降，这是利用所创造的路径的角度的改变。
具体地，所述盘管11可以与另一个11’相隔一个11，以便它们之间相应的型材1、1’的横截面的梯形部分2和2’的底边4’、5平行并且通过范围在0.5mm与2mm之间的距离dx间隔开。
该距离足以形成用于燃烧烟雾的通过的通道或路径19。从包括根据本发明的热交换器的冷凝锅炉的实施方式的描述中，另外的优点将更清楚。
在图3-图6中，示出了由参考数字20表示的根据本发明的冷凝锅炉的第一实施方式。
所述冷凝锅炉20提供了如上所述的热交换器10。具体地，冷凝锅炉20具有燃烧区域12、冷凝区域13和分隔壁14，该分隔壁优选地由耐火并绝热的材料构成，处于所述两个区域12和13之间。根据本发明的热交换器10具有型材1，以便有利地用于燃烧区域12和冷凝区域13两者。冷凝锅炉20还包括燃烧器15和外壳体16，该燃烧器在燃烧区域12中设计成通过辐射来加热在热交换器10中流动的流体，该外壳体能够将烟雾容纳在热交换器10内部。
显然，已经研究了根据本发明的型材1，以使烟雾在两个连续盘管11之间的通道19中传输而穿过会聚区域，其中截面的减小允许在穿过空隙或通道19的同时增加烟雾的速度，从而增加对流类型的热交换。相反的，因为通道19的发散区域允许从所形成的冷凝物中分离烟雾(在一些操作条件下，冷凝可以发生在倾斜变化区域中)，所以在输出端发生了相反的情况，以便烟雾不具有受阻的通道，并因此不存在负载损失的负担。管道型材“P”和盘管11之间的距离以这样的方式设计：使得保持压力损失的热交换最大化。
特别地，正如图5和图6a所示，型材1相对于热交换器10的中心轴线y的角度(由第四角度δ确定)允许获得盘管11的最低点17与下一个盘管11’(位于紧邻的下方)的最高点18’之间的高度差，这样使得防止燃烧器15的辐射光到达外壳体16。换句话说，根据本发明的热交换器10的盘管11的重叠确保了外壳体16对燃烧器15产生的辐射的屏蔽。
此外，在一个盘管11与另一个盘管11’之间的通道19中形成的梯度差在上升部分中有助于燃烧烟雾的上升和与热交换器表面10的热交换，并且在下降路径中有助于向下下降，并然后朝向冷凝物的冷凝区域，该冷凝物是在烟气与热交换器表面10进行热交换期间形成，防止落入燃烧区域12中。
优选地，外壳体与热交换器之间的距离dy在0.1mm与20mm之间。这有利地允许烟气的通过，该烟气与外壳体16接触，它们冷却并然后冷凝以及下落。此外，所述距离dy还允许型材1的外部部分参与与燃烧烟雾的热交换。
此外，正如图6a和图6b所示，可以将开缝壳体21设置在外壳体16与热交换器10之间，对应于燃烧区域12和冷凝区域13两者，或对应于它们中的其中一个，用于获得更好的流动分布和更好的热交换。开口可以是恒定的或可变的，以用于更好地平衡流动。
因为冷凝液体通过两个盘管11和11’之间所形成的的通道19下降，所以热交换器10的型材1的盘管11的形状对于冷凝区域13也是有利的，由此相对于冷凝液滴是逆流的。
具有比在热交换器10中流动的流体高的温度的冷凝液体允许通过在其朝冷凝区域13下降期间发生的热交换来对其进行预热。
优选地，如图4所示，热交换器10与绝热隔板14之间的距离dz在0.1mm与20mm之间。该距离允许所对应的冷凝区域13的冷凝物的排放以及更好和有效的热交换。
根据本发明的冷凝锅炉20的具体实施方式具有范围在冷凝锅炉20的高度的30％与65％之间的燃烧区域(燃烧腔室)12的高度。
具体地，正如图7所示，在冷凝区域中，最后的盘管可以封闭，由此防止了烟雾的通过(箭头所示)，以便迫使它们覆盖热交换器10的整个表面。
参照图8，热交换器还可以在水平式的冷凝锅炉20中使用。在任何情况下，冷凝锅炉必须定向，以便热交换器10的中心轴线y倾斜4°与90°之间的角度。
已经在上面提出了本发明的优选的实施方式和变型，但是将要理解的是，本领域的技术人员可以在不脱离所附权利要求限定的相关范围的情况下进行修改和变化。

Claims (15)

1.一种管道的型材(1)，其特征在于，所述型材(1)具有P形的横截面，所述型材(1)的横截面具有：梯形部分(2)，具有两个底边(4、5)和两个侧边(6、7)；和三角形部分(3)，具有一个底边(6)和两个侧边(8、9)，其中，所述梯形部分(2)的第一侧边(6)与所述三角形部分(3)的所述底边(6)重合，其中，所述梯形部分的第二侧边(7)和所述两个底边(4、5)和所述三角形部分(3)的所述两个侧边(8、9)形成所述型材(1)的内壁，其中，所述梯形部分(2)的第一底边(4)和与该第一底边相邻的所述三角形部分(3)的第一侧边(8)之间的第一角度(α)在45°至135°之间，其中，所述梯形部分(2)的第二底边(5)和与该第二底边相邻的所述三角形部分(3)的第二侧边(9)之间的第二角度(β)在180°至270°之间，并且不等于180°。
2.根据权利要求1所述的型材(1)，其中所述管道是用于制造用于冷凝锅炉(20)的热交换器(10)的管道。
3.根据权利要求1所述的型材(1)，其中所述第一角度(α)为90°。
4.根据权利要求1所述的型材(1)，其中所述第二角度(β)为225°。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的型材(1)，其中，所述梯形部分的所述第一底边(4)与所述第二侧边(7)之间的第三角度(γ)在120°至170°之间。
6.根据权利要求5所述的型材(1)，其特征在于所述第一角度(α)、所述第二角度(β)和所述第三角度(γ)是平滑的。
7.一种盘绕式热交换器(10)，包括根据前述权利要求1-6中任一项所述的型材(1)，所述型材螺旋地布置以便包括多个盘管(11)，这些盘管相对于中心轴线(y)一个在另一个上盘绕，其中，每个盘管(11)的所述型材(1)的所述梯形部分(2)的所述第一底边(4)相对于所述中心轴线(y)倾斜第四角度(δ)，所述第四角度(δ)在10°至60°之间。
8.根据权利要求7所述的热交换器(10)，其中所述第四角度(δ)是45°。
9.根据权利要求7或8所述的热交换器(10)，其特征在于，所述盘管(11)以这样的方式布置：使第一盘管(11)的所述型材(1)的横截面的所述梯形部分(2)的所述第二底边(5)平行于相邻的盘管(11’)的所述型材(1’)的横截面的所述梯形部分(2’)的所述第一底边(4’)，所述第一盘管与所述相邻的盘管相隔在0.5mm至2mm之间的距离(dx)。
10.冷凝锅炉(20)，包括根据权利要求7至9中的任一项所述的热交换器(10)。
11.根据权利要求10所述的冷凝锅炉(20)，其特征在于，所述冷凝锅炉包括燃烧区域(12)、冷凝区域(13)和在所述燃烧区域(12)与所述冷凝区域(13)之间的分隔壁(14)，其中对应于所述冷凝区域(13)，所述盘管(11)与所述分隔壁(14)相隔在0.1mm至20mm之间的一段距离(dz)。
12.根据权利要求11所述的冷凝锅炉(20)，其特征在于，所述冷凝锅炉包括外壳体(16)，并且其中所述盘管(11)中的每一个与所述外壳体(16)距离在0.1mm至20mm之间的一段距离(dz)。
13.根据权利要求12所述的冷凝锅炉(20)，其特征在于，所述冷凝锅炉包括位于所述外壳体(16)与所述热交换器(10)之间的开缝壳体(21)，所述开缝壳体对应于所述燃烧区域(12)和/或所述冷凝区域(13)。
14.根据权利要求11至13中任一项所述的冷凝锅炉(20)，其特征在于，所述燃烧区域(12)的高度是所述冷凝锅炉(20)的高度的30％至65％之间。
15.根据权利要求10至13中任一项所述的冷凝锅炉(20)，其特征在于，所述冷凝锅炉以这样的方式定向：使所述热交换器(10)的所述中心轴线(y)竖直地布置或以4°至90°之间的倾角倾斜。
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