CN110887229B - 一种生物质热风炉多风向换热器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种生物质热风炉多风向换热器，包括用于供生物质燃料燃烧并产生定向流动烟气的燃烧炉体、与燃烧炉体的出烟口连通的第一换热器、与第一换热器的出烟口连通的第二换热器，以及与第二换热器的出烟口连通并用于排出烟气的引烟机，第一换热器及第二换热器内均流通有待加热的新风，第一换热器内设置有若干根与燃烧炉体的出烟口连通的第一换热管，第二换热器内设置有若干根与第一换热器的出烟口连通的第二换热管，且各根第一换热管的延伸方向平行于新风的流动方向，各根第二换热管的延伸方向垂直于新风的流动方向。本发明通过烟气双向二次换热，能够提高烟气与新风之间的换热效率，提高热能利用率，同时降低新风风阻和摩擦损耗。
Description
技术领域
本发明涉及散热技术领域，特别涉及一种生物质热风炉多风向换热器。
背景技术
热风炉是一种常见的热动力机械，目前已在我国广泛应用，并且在许多行业已成为电热源和传统蒸汽动力热源的换代产品。
热风炉的品种多、系列全，以加煤方式分为手烧、机烧两种，以燃料种类分为煤、油、气和生物质炉等。以生物质热风炉为例，生物质热风炉主要以生物质燃料作为燃烧物进行产热，比如可燃烧木柴、木炭、木屑、有机颗粒、麦秆等进行产热。
热风炉的整体结构可分为二部分，一部分是燃烧室，是生物质颗粒或者木柴燃烧的部分，另一部分是换热室，是燃烧室产生的高温气体和外界新风热交换的结构。外界新风的温度较低，在换热室内与燃烧室内产生的高温烟气进行热交换后，加热升温形成热风，可用于烘干果蔬或衣物等。
目前，现有的热风炉的换热室，一般采用列管式换热器与新风进行换热。该列管式换热器一般横向布置，与新风方向垂直，称为横向或法向列管式换热器，在新风通过时与换热管的管壁接触，实现热量交换。然而，现有的果蔬烘干机的热风炉普遍采用横烟管换热结构，其烟气通道短，高温烟气停留时间不够，导致热交换的效果不好，热能利用率不高，大部分的热能都通过排烟管直通外界，同时对引烟机容易造成高温烧坏。
可见，现有热风炉的缺点是换热结构的换热烟管采用横向布局，由于受到空间限制，烟管的数量有限，换热面积往往无法达到预期，导致热交换和热能的利用效率较低。并且，换热烟管与新风风向垂直，导致新风风阻很大，新风摩擦损耗剧烈，造成进入果蔬烘干机内的热风风速及流量大幅下降，连带着造成烘干室内的温度环境达不到烘干需求。
因此，如何提高烟气与新风之间的换热效率，提高热能利用率，同时降低新风风阻和摩擦损耗，是本领域技术人员面临的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种生物质热风炉多风向换热器，能够提高烟气与新风之间的换热效率，提高热能利用率，同时降低新风风阻和摩擦损耗。
为解决上述技术问题，本发明提供一种生物质热风炉多风向换热器，包括用于供生物质燃料燃烧并产生定向流动烟气的燃烧炉体、与所述燃烧炉体的出烟口连通的第一换热器、与所述第一换热器的出烟口连通的第二换热器，以及与所述第二换热器的出烟口连通并用于排出烟气的引烟机，所述第一换热器及所述第二换热器内均流通有待加热的新风，所述第一换热器内设置有若干根与所述燃烧炉体的出烟口连通的第一换热管，所述第二换热器内设置有若干根与所述第一换热器的出烟口连通的第二换热管，且各根所述第一换热管的延伸方向平行于新风的流动方向，各根所述第二换热管的延伸方向垂直于新风的流动方向。
优选地，所述燃烧炉体内开设有供生物质燃料堆积并提供燃烧空间的炉膛，且所述炉膛的壁面上开设有若干个用于通风的通风孔。
优选地，所述燃烧炉体上还设置有与所述炉膛连通、用于对其中送入生物质燃料的进料斗。
优选地，所述燃烧炉体上还设置有与所述炉膛连通、用于通过点火材料使其中的生物质燃料燃烧的点火窗口。
优选地，所述燃烧炉体上还设置有与所述炉膛连通、用于从顶部对其送风以提高生物质燃料的燃尽率的补风窗口。
优选地，各根所述第一换热管在所述第一换热器内沿水平横向分布，且所述燃烧炉体的出烟口与各根所述第一换热管的进烟管口连通，各根所述第一换热管的出烟管口均与所述第二换热器的进烟口连通。
优选地，所述第二换热器还包括底烟腔和顶烟腔，各根所述第二换热管垂直连接在所述底烟腔与所述顶烟腔之间，且所述底烟腔与所述顶烟腔中的任意一者与各根所述第一换热管的出烟管口连通。
优选地，所述底烟腔与所述顶烟腔中的任意一者中设置有将其内部空间间隔成两部分的间隔板，以使烟气从其中一部分空间对应的各根所述第二换热管中流通后再从另一部分空间对应的各根所述第二换热管中流出至所述引烟机中。
本发明所提供的生物质热风炉多风向换热器，主要包括燃烧炉体、第一换热器、第二换热器和引烟机。其中，燃烧炉体主要用于供生物质燃料进行燃烧，并同时产生定向流动的烟气。第一换热器与燃烧炉体的出烟口连通，可将烟气引入内部，并与内部流通的新风进行热交换。第二换热器与第一换热器的出烟口连通，可将烟气引入内部，并与内部流通的新风进行热交换。引烟机与第二换热器的出烟口连通，主要用于将经过两次换热后的烟气排出。重要的是，在第一换热器内设置有若干根第一换热管，在第二换热器内设置有若干根第二换热管，并且各根第一换热管的延伸方向平行于新风的流动方向，而各根第二换热管的延伸方向垂直于新风的流动方向。如此，本发明所提供的生物质热风炉多风向换热器，当新风在第一换热器内流通时，由于各根第一换热管的延伸方向与新风的流动方向平行，因此新风能够顺着各根第一换热管的管壁表面进行流动，在流动过程中完成与烟气的热量交换，并且大幅减小新风在第一换热器内的流动风阻和摩擦损耗。同时，新风在与第一换热器进行热交换之后，再与第二换热器继续进行热交换，从而通过两次热交换的方式吸收烟气热量，大幅提高了烟气与新风之间的换热效率，提高了热能利用率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明所提供的一种具体实施方式的整体结构示意图。
图2为图1的另一视角示意图。
其中，图1—图2中：
燃烧炉体—1，第一换热器—2，第二换热器—3，引烟机—4，进料斗—5，点火窗口—6，补风窗口—7，间隔板—8；
炉膛—101，通风孔—102，第一换热管—201，第二换热管—301，底烟腔—302，顶烟腔—303。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参考图1和图2，图1为本发明所提供的一种具体实施方式的整体结构示意图，图2为图1的另一视角示意图(图中所示箭头为烟气的流动方向)。
在本发明所提供的一种具体实施方式中，生物质热风炉多风向换热器主要包括燃烧炉体1、第一换热器2、第二换热器3和引烟机4。
其中，燃烧炉体1主要用于供生物质燃料进行燃烧，并同时产生定向流动的烟气。一般的，该燃烧炉体1可呈矩形盒状，其内部中空，可盛装一定量的生物质燃料，主要用于提供生物质燃料的燃烧场所。
第一换热器2与燃烧炉体1的出烟口连通，可将烟气引入内部，并与内部流通的新风进行热交换。第二换热器3与第一换热器2的出烟口连通，可将烟气引入内部，并与内部流通的新风进行热交换。引烟机4与第二换热器3的出烟口连通，主要用于将经过两次换热后的烟气排出。
在第一换热器2内设置有若干根第一换热管201，在第二换热器3内设置有若干根第二换热管301，并且各根第一换热管201的延伸方向平行于新风的流动方向，而各根第二换热管301的延伸方向垂直于新风的流动方向。
如此，当新风在第一换热器2内流通时，由于各根第一换热管201的延伸方向与新风的流动方向平行，因此新风能够顺着各根第一换热管201的管壁表面进行流动，在流动过程中完成与烟气的热量交换，并且大幅减小新风在第一换热器2内的流动风阻和摩擦损耗。另外，烟气在首先经过第一换热器2进行换热后，在流经第二换热器3时，本身温度已经得到大幅下降，最后在排出至外界时对引烟机4的温度影响得到削弱，从而有效保护了引烟机4。
同时，新风在与第一换热器2进行热交换之后，再与第二换热器3继续进行热交换，从而通过两次热交换的方式吸收烟气热量，大幅提高了烟气与新风之间的换热效率，提高了热能利用率。
在关于燃烧炉体1的一种优选实施方式中，为保证预设料量的生物质燃料能够顺利在燃烧炉体1内进行燃烧，并具有充足的燃烧空间，本实施例在燃烧炉体1内开设有预设空间的炉膛101。具体的，该炉膛101的形状可与燃烧炉体1的形状相同，比如可均呈矩形等，并且炉膛101的容积可占燃烧炉体1总体积的50％以上，可供生物质燃料堆积至一定料量。同时，为保证炉膛101内堆积的生物质燃料能够充分燃烧，本实施例在炉膛101的壁面上开设了若干个通风孔102。各个通风孔102将炉膛101的内部空间与外界环境导通，可将外界的冷空气引入到炉膛101内。当然，各个通风孔102的直径和数量等参数是根据热风炉的功率和引烟机4的风量等相关参数确定的，可以根据实际需要进行更改。
进一步的，为方便工作人员控制热风炉的工作时长，以及往燃烧炉体1内添加生物质燃料，本实施例还在燃烧炉体1上设置了进料斗5。具体的，该进料斗5的出料口与炉膛101连通，而进料口向外延伸形成扩口喇叭状，可方便地往其内倒入生物质燃料。
此外，为方便点火引燃炉膛101内的生物质燃料，本实施例还在燃烧炉体1上设置了点火窗口6。具体的，该点火窗口6具体可开设在燃烧炉体1的顶部，并且与炉膛101连通。同时，点火窗口6可通过翻转打开或关闭，当需要点火时，工作人员(或机械臂)可将点火材料通过点火窗口6送入到炉膛101内，并在炉膛101内将生物质燃料引燃。
另外，为提高生物质燃料在炉膛101内的燃烧效率和燃尽率，本实施例还在燃烧炉体1上设置了补风窗口7。具体的，该补风窗口7可开设在燃烧炉体1的顶端位置，并且可炉膛101连通。补风窗口7可与风机等部件相连，可根据炉膛101内的生物质燃料的实时燃烧情况对其中进行补风。
不仅如此，为避免燃烧炉体1的自身温度过高，防止对周围工作人员造成烫伤，本实施例还在燃烧炉体1的外侧壁上设置有若干片散热鳍片。
在关于第一换热器2与第二换热器3的一种优选实施方式中，各根第一换热管201可在第一换热器2内沿着水平横向分布，而各根第二换热管301可在第二换热器3内沿着垂直纵向分布。具体的，各根第一换热管201的进烟管口均与炉膛101的出烟口连通，同时各根第一换热管201的出烟管口(图示外侧管口)可均与第二换热器3的进烟口连通。重要的是，第一换热器2内的新风方向也为水平横向，如此可使各根第一换热管201的延伸方向或布置方向与新风方向平行，从而大幅减小风阻和摩擦损耗。
对于第二换热器3，该第二换热器3具体可为分体式结构，主要包括底烟腔302和顶烟腔303，而各根第二换热管301可垂直连接在底烟腔302与顶烟腔303之间，三者互相连通。在一种优选实施例中，各根第一换热管201的出烟管口可连通在底烟腔302中，同时，顶烟腔303与引烟机4连通。如此设置，烟气从各根第一换热管201的出烟管口流出后，将流入到底烟腔302中，然后顺着各根垂直设置的第二换热管301流动，在此过程中与流通的新风进行二次换热，之后再从顶烟腔303中排出至引烟机4中。
在另一种优选实施例中，各根第一换热管201的出烟管口可连通在顶烟腔303中，同时，底烟腔302与引烟机4连通，如此设置，烟气从各根第一换热管201的出烟管口流出后，其流动路径在第二换热器3中是从上至下的，最后同样排出至引烟机4中。
在又一种优选实施例中，为尽量提高烟气在第二换热器3内与新风的接触时间和接触面积，以尽量提高二次换热效率，本实施例在底烟腔302与顶烟腔303中的任意一者中设置了间隔板8，通过该间隔板8可将底烟腔302或顶烟腔303的内部空间分隔为两部分。如此设置，由于各根第二换热管301在底烟腔302与顶烟腔303之间均匀分布，因此间隔板8还将各根第二换热管301分隔为两部分，其中一部分的第二换热管301的管口与对应部分的内部空间连通，而剩余部分的第二换热管301的管口与对应部分的内部空间连通。
以间隔板8设置在底烟腔302为例，当烟气从各根第一换热管201的出烟管口流出后，将首先进入到底烟腔302的其中一部分空间中，然后顺着该部分空间对应的各根第二换热管301，从下至上流动，在顶烟腔303的空间中短暂汇聚后，再顺着剩余的各根第二换热管301从上之下流动，直至流回到底烟腔302的另一部分间隔处的空间中，并通过引烟机4排出至外界。如此设置，烟气在第二换热器3内的流动路径将是曲折的S形，从而提高了烟气在第二换热器3内与新风的接触时间和接触面积，提高了二次换热效率。
此外，通过间隔板8将底烟腔302间隔后，可将与各根第一换热管201连通的一侧间隔空间(较高温空间)与新风风机的出风口正对，同时将另一侧间隔空间(较低温空间)背对新风风机的出风口。如此设置，可最大化烟气与新风之间的换热效率。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (1)
1.一种生物质热风炉多风向换热器，其特征在于，包括用于供生物质燃料燃烧并产生定向流动烟气的燃烧炉体(1)、与所述燃烧炉体(1)的出烟口连通的第一换热器(2)、与所述第一换热器(2)的出烟口连通的第二换热器(3)，以及与所述第二换热器(3)的出烟口连通并用于排出烟气的引烟机(4)，所述第一换热器(2)及所述第二换热器(3)内均流通有待加热的新风，所述第一换热器(2)内设置有若干根与所述燃烧炉体(1)的出烟口连通的第一换热管(201)，所述第二换热器(3)内设置有若干根与所述第一换热器(2)的出烟口连通的第二换热管(301)，且各根所述第一换热管(201)的延伸方向平行于新风的流动方向，以减小新风的流动风阻和摩擦损耗，各根所述第二换热管(301)的延伸方向垂直于新风的流动方向；
所述燃烧炉体(1)内开设有供生物质燃料堆积并提供燃烧空间的炉膛(101)，且所述炉膛(101)的壁面上开设有若干个用于通风的通风孔(102)；
所述燃烧炉体(1)上还设置有与所述炉膛(101)连通、用于对其中送入生物质燃料的进料斗(5)；
所述燃烧炉体(1)上还设置有与所述炉膛(101)连通、用于通过点火材料使其中的生物质燃料燃烧的点火窗口(6)；
所述燃烧炉体(1)上还设置有与所述炉膛(101)连通、用于从顶部对其送风以提高生物质燃料的燃尽率的补风窗口(7)；
各根所述第一换热管(201)在所述第一换热器(2)内沿水平横向分布，且所述燃烧炉体(1)的出烟口与各根所述第一换热管(201)的进烟管口连通，各根所述第一换热管(201)的出烟管口均与所述第二换热器(3)的进烟口连通；
所述第二换热器(3)还包括底烟腔(302)和顶烟腔(303)，各根所述第二换热管(301)均垂直连接在所述底烟腔(302)与所述顶烟腔(303)之间，且所述底烟腔(302)与所述顶烟腔(303)中的任意一者与各根所述第一换热管(201)的出烟管口连通；
所述底烟腔(302)与所述顶烟腔(303)中的任意一者中设置有将其内部空间间隔成两部分的间隔板(8)，以使烟气从其中一部分空间对应的各根所述第二换热管(301)中流通后再从另一部分空间对应的各根所述第二换热管(301)中流出至所述引烟机(4)中。
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Legal Events
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: A multi-wind heat exchanger for biomass hot-blast stove Effective date of registration: 20230302 Granted publication date: 20210824 Pledgee: China Construction Bank Corporation Shuangfeng Sub-branch Pledgor: HUNAN NONGYOU MACHINERY GROUP Co.,Ltd.|HUNAN NONGYOU SHENGTAI AGRICULTURAL TECHNOLOGY CO.,LTD. Registration number: Y2023980033958 |
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right |
Date of cancellation: 20231229 Granted publication date: 20210824 Pledgee: China Construction Bank Corporation Shuangfeng Sub-branch Pledgor: HUNAN NONGYOU MACHINERY GROUP Co.,Ltd.|HUNAN NONGYOU SHENGTAI AGRICULTURAL TECHNOLOGY CO.,LTD. Registration number: Y2023980033958 |
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