CN113375334A - 用于锅炉的热交换器 - Google Patents

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CN113375334A CN202110683692.4A CN202110683692A CN113375334A CN 113375334 A CN113375334 A CN 113375334A CN 202110683692 A CN202110683692 A CN 202110683692A CN 113375334 A CN113375334 A CN 113375334A
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R·普恰瑞利
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Abstract

本申请涉及用于燃气冷凝锅炉的热交换器(1)，所述热交换器设有容器本体(2)，至少一个管束(3)设置在容器本体内部，以界定燃烧室(300)，所述至少一个管束(3)由围绕中心轴线螺旋缠绕的管道制成，所述管道的第一端(31)用作待加热的传热流体的入口，所述管道的第二端(32)用作所述传热流体的出口，所述管束(3)制成为由无缝的单个元件限定的单个部件，所述管束(3)具有椭圆形截面，其中，所述第一端(31)和第二端(32)具有圆形截面且从所述容器本体突出，以便能从外部接近，从而便于将所述第一端和第二端与水系统的管道进行连接的操作。本申请还涉及制造用于热交换器的管束的方法和制造用于燃气冷凝锅炉的热交换器的方法。

Description

用于锅炉的热交换器
本分案申请是基于申请号为201780044658.4(其国际申请号为PCT/IB2017/000828)、申请日为2017年7月11日、发明名称为“用于锅炉的热交换器”的中国专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及用于锅炉或类似物的热交换器。
背景技术
因此，本发明属于高产出(yield)热发生器领域(产出(指的是低位发热量)在95－100％的范围内)，具体是用于房间加热和/或家用热水生产的冷凝锅炉。通常，锅炉是这样一种设备，其中待加热的水(用于卫生用途和房间加热)穿过与气体燃烧器配合的热交换器。
所述气体燃烧器可以包括管束，管束较佳地是螺旋缠绕的，管束为由气体燃烧器产生的燃烧气体或烟雾所穿过的所述匝(turns)，以便将热量传递给穿过它的水。
所述燃烧气体在将其包括潜在的冷凝热在内的热量传递给水之后，被排出到交换器和燃气锅炉的外部。
所述锅炉随着时间的推移已经完善和改进，以便为使用者提供不断提高安全和性能的设备。
目前，关于锅炉的主要问题之一在于对所输送的水和该热交换器两者的温度控制。
对于所输送的水，重要的是要知道其温度，以便根据使用者所需和设定的参数来验证锅炉是否正在工作。
例如，如果锅炉所输送的水比设定温度低，则它应该工作更长时间以到达期望的热舒适度，或者如果它用于卫生洁具，则其会对使用者造成不适。
此外，对交换器的温度的准时且准确的控制允许防止系统破损或损坏。
实际上，在热交换器中没有水而启动燃烧器的情形下，所述交换器将过热，从而致使可能危害其操作和/或完整性的结构损坏。
例如，管束可能由于火焰和强热而变形或穿孔，从而不可逆地影响其功能。
对冷凝锅炉特别关注的另一个问题在于不可能或难以调节和/或改变燃烧室的尺寸。
迄今为止从现有技术提出的解决方案是不够的。
例如，已经开发了设有温度探针或传感器的热交换器，以便监测其温度。
美国专利第US2007099134号描述了一种热水器、具体是用于产生热水的加热器，其能够回收来自燃烧器所产生的燃烧气体的热量。
所述加热器包括燃烧器、用于供应用于燃烧的空气的风扇、其中燃料气体与空气一起被输送的热交换器、从燃烧气体中回收显热和潜热的水管、设置有数据表且适于基于所述表的数据调节所述风扇的控制单元。
在交换器的入口和出口处，加热器还设有温度传感器(未描述)；基于进水口和出水口温度值确定燃烧水平。
加热器包括固定分隔件，该固定分隔件将燃烧室分成两个不同且不可改变的区域。
然而，根据现有技术，所述温度传感器或探针定位在连接接头或套管上，该连接接头或套管将交换器的端部与加热或卫生洁具液压系统的管道连接；这限制了所述传感器的灵敏度。
通常，所述连接接头或套管便于交换器的端部与所述管道之间的连接，该交换器的端部并不总是容易接近或可达到的。
所述连接接头或套管通常由塑料或类似物制成，并具有相对低的传热系数。
这导致热探针的操作具有延迟和不准确性，从而产生锅炉或者通常是其控制装置反应以使测量的参数与设定的参数一致方面的测量误差和低敏捷度。
在其他情形下，由于可用空间减小并且为了保证容易接近，所述温度传感器或探针不安装成紧邻交换器的端部，它们测量的数据可能受到传感器与进水点和出水点距离的影响。
在美国专利第US20080185131号中说明了交换器的另一示例，其示出了用于生产热水的燃气锅炉的热交换器，包括外壳、形成水穿过的多个盘管的管道、引导燃烧烟雾的偏转装置和将各匝相互隔开的间隔装置。
所述交换器包括盘，没有更好地描述该盘但该盘具有实心形状，从而将燃烧室一分为二。
由于设想与管束的盘管联接，故而难以生产可能由耐火材料制成的所述盘，并且该文献没有说明任何生产或安装它的方法。
如已知的，实际上，耐火材料需要更复杂的生产步骤，特别是如果设置有特定的几何形状。
发明内容
本发明的目的是通过提供一种热交换器来解决上述问题，该热交换器能够容易且正确地检测穿过它的传热流体的温度。
至少对于一个或多个实施的变型，本发明的另一目的是提供一种允许在其端部与液压管之间直接连接的交换器。
至少对于一个或多个实施的变型，本发明的另一目的是提供一种允许改变冷凝锅炉的燃烧室尺寸、特别是允许改变所述燃烧室的“灵敏室”和“冷凝室”的尺寸的交换器。
在下文中将变得清楚的这些和其他目的是通过在下面的描述和所附权利要求中说明的热交换器实现的，所附权利要求构成说明书本身的组成部分。
附图说明
通过下面对在所附图表中仅通过非限制性示例示出且根据专利权利要求的较佳实施例的描述，本发明的其他特征将会更加突显，在附图中：
-图1是根据本发明的交换器的可能的实施变型的立体图；
-图2是图1所示交换器的正视图；
-图3是图1所示交换器的分解图；
-图4是图1所示交换器的侧视图；
-图5是图1所示交换器的侧视图；
-图6是图1所示交换器的剖视图；
-图7是图1所示交换器的容器本体的部件的立体图；
-图8是图1所示交换器的盘管的正视图；
-图9是图8所示交换器的立体图。除非另有规定，否则在本报告中，任何可能的空间基准，例如“上/下、前/后、右/左等”术语是指在附图中表示的要素的位置。
为了突显某些特征而不是其他特征，在附图中所描述的内容不一定是完全按比例的。
具体实施方式
热交换器1、在下文中简称为交换器1包括合适的容器本体2、至少一个盘管3和至少一个温度传感器装置4。
术语“盘管”意为由管3制成的管束，管3较佳地是金属的，管3围绕中心轴线螺旋缠绕，适于形成合适的匝数，并界定燃烧室300，在燃烧室300中引入燃烧器(未示出)产生的烟雾。
所述盘管3有利地制成为单个部件，即，它由无缝的单个元件限定。
因此，盘管3没有焊接和/或接头；由于其经受的温度，这有利于均匀且均质的变形。
盘管3设置有至少第一端部31和至少第二端部32，至少第一端部31用作待加热的传热流体的入口，至少第二端部32用作所述传热流体的出口。
根据较佳的变型，所述盘管3具有椭圆形截面，而所述端部31和32具有圆形截面，圆形截面便于与水系统的管道或与任何机械部件(调节阀、泵等)的连接操作。
有利地，所述端部31和32通过用于塑性变形的已知的机械工艺成形椭圆形截面而获得，以便获得从椭圆形到圆形的截面变化，而无需诸如接头或歧管之类的附加元件的帮助和安装；这允许交换器与管道之间的金属连续性。
反之亦然，仍然使用已知的工艺，除了所述端部31和32之外，盘管3的截面从圆形变为椭圆形。
根据本发明的交换器1的特征在于，端部31和32从容器本体2突出，以达到保证容易接近它们的程度。
通常，容器本体2可以根据不同的实施变型制造，它们的特征均在于，盘管3的端部31和32从所述容器本体2突出。
根据本发明的交换器的这种特征有利地允许将传感器装置4定位和安装在所述端部31和32上。
这样，传感器装置4能够测量紧邻交换器1的入口和/或出口的水的温度，从而避免由于交换器的端部与传感器的位置之间的距离所导致的检测到的数据的任何改变。
此外，根据所述实施例变型，传感器装置4有利地与盘管3的金属壁直接接触，以便更有效地控制其温度。
这种布置允许更准确且更快地测量盘管3的温度，从而解决了上述现有技术的问题。
事实上，盘管3的金属壁具有比当前使用的用于接头或类似物的塑料材料更高的热交换系数，并且传感器装置4可以更快且更迅速地检测温度值。
此外，由于端部31和32从容器本体2突出，所以所述传感器装置易于从外部接近和达到；这允许方便快捷地维护和/或更换该传感器装置。
所述传感器装置4可以通过合适的安装装置40约束并固定到盘管3的端部31和32。
根据图1中所示的第一实施例变型，所述安装装置40包括固定装置，例如金属夹，该金属夹执行所述端部31和32与加热液压系统或卫生洁具(未示出)的管道的锁定。
实际上，由于端部31和32从容器本体2突出，因而可能避免使用当前的接头或套管，从而在所述端部31和32与管道之间执行直接连接，所述连接由所述固定装置保证和执行。
因此，所述固定装置执行并确保交换器附接到管道，并且不在各部件之间执行任何连接功能，即水直接从管道流到第一端部31并从第二端部32流到管道。
为了易于各部件的连接并获得稳定且牢固的连接，所述端部31和32可设置有合适的套环301。
所述套环301实现并限定在所述端部31和32的入口处，并与所述固定装置配合。
没有什么能阻止所述固定装置40包括例如可联接的半壳、带、夹或类似物。
所述端部31和32可以根据借助于非限制性示例提供的不同实施变型来布置。
例如，所述端部31和32可以布置成往复纵向轴线彼此平行(变型未示出)，或者可以布置成往复纵向轴线彼此正交(图8和9)。
在附图中示出的所述最后一个变型允许端部32相对于交换器1大致水平(图2)；这允许容易地安装脱气器6，实质是用于消除液压系统或类似物中包含的空气或气体的设备，并且改善空气的释放和排出。
另外，在所述端部32从容器本体2突出的情况下，脱气器6的安装对于操作者来说是容易接近的，从而易于他对脱气器6的维护或更换步骤。
所述交换器1有利地设置有分隔件5，该分隔件5在冷凝锅炉的情形下特别有用，该分隔件5设有合适的绝缘材料层50。
大致是盘形元件的所述分隔件5将所述燃烧室300分成两部分；第一交换室310称为“灵敏交换器”，第二交换室320称为“冷交换器”或“冷凝器”。
如已知的，第一交换室310暴露在燃烧器的火焰中，烟雾流沿径向(即正交于交换器1的中心轴线)发生；因此，每个烟雾线与那些存在匝中的单个匝单独地交换热量。
部分冷却的烟雾被引导朝向第二交换室320，在那里它们被进一步冷却到这样的温度，使得其中包含的部分水蒸气冷凝，然后被送到烟囱(未示出)以便排出到大气。
所述分隔件5防止相应的第一室310与第二室320之间的直接连通，从而保证燃烧烟雾的上述流动。
另外，所述分隔件5沿盘管3的各匝“旋拧”。
实质上，分隔件5可以通过类似于旋拧的旋转运动沿着所述盘管3移动；这允许改变所述分隔件5的位置，从而调节和改变所述腔室310和320的尺寸。
为此目的，分隔件5成形为设置有引导槽以易于所述旋拧，具体地，所述分隔件5包括较佳地为片状的盘，该盘具有带螺旋状图案的外轮廓51(图3)。
分隔件5的这种形状简化了制造步骤，这是因为能根据已知技术制造盘并成形其外轮廓51，并且随后适当地定位和布置绝缘材料层50。
这允许根据最有利且最高效的制造技术获得盘5，从而允许简化生产工艺，而不约束制造商要使所述分隔件5完全由耐火材料制成。
分隔件5的所述形状还易于其在盘管3上的安装和插入。
根据借助于非限制性示例提供的可能的实施变型，容器本体2可包括适当成形的底部20、壳体21和盖部22。
所述底部20和所述盖部22可通过下面描述的合适的固定装置联接至彼此，以便能够与所述壳体21配合地容纳盘管3。
为此目的，可以有利地设置有多个适当地成形和模制的座部，适于复制和再现所述盘管3的外轮廓，以便于将其插入所述底部20中。
例如，底部20设置有适于接纳盘管3的端部31的座部30。
所述底部20和所述盖部22的表面与所述盘管3的互补性避免了或许在运输或安装操作期间可能导致盘管3在容器本体2内部的振动或运动的可能的间隔或任何间隙。
所述底部20还设置有合适的纵向突出部200，通过螺钉或类似物大致支承在所述盖部22被固定的位置，以便锁定和夹紧构成所述热交换器的各种元件。
所述纵向突出部200可设置有螺纹孔201，螺钉222被旋拧在螺纹孔201上。
为此目的，所述盖部22可以有利地设置有多个径向向外延伸的附件220。
所述附件220可设置有通孔221，螺钉222插入其上，旋拧在所述纵向突出部200上，将所述盖部22夹紧到所述底部20。
另外，所述底部20可设置有合适的通孔230，其允许将交换器1安装和固定到锅炉的本体。
壳体21具有大致圆筒形，并且可以有利地由金属、例如不锈钢制成。
另外，壳体21可以完全或部分地设置有能够将热量保持在燃烧室300内的绝缘材料层，以具有能量效率的优点，并且避免暴露高温表面，高温表面对于布置在它们附近的机械和/或电气设备和/或使用者可能是致命且危险的。
所述壳体21有利地放置并封围在所述底部20与所述盖部22之间。
根据可能的实施变型，壳体21由于与设置且实现在所述底部20和盖部22上的合适的座部(未示出)的联接而保持就位。
具体地，壳体21的边缘插入合适的凹槽和/或边缘并与合适的凹槽和/或边缘接合，其中可以有利地放置密封剂。
另外，可以在壳体21上设置适于将冷凝物朝向冷凝物排出部7输送的通道210。
根据本发明的交换器1设置有端部31和32并允许端部31和32从容纳它们的容器本体2突出。
具体地，通过观察附图，可以理解，所述端部31和32从容器本体2突出，从而允许使用者容易地达到所述端部31和32。
这种可接近性易于管的连接，根据较佳的变型，该连接通过固定装置、例如金属夹发生，该固定装置与在所述端部31和32的入口处实现并限定的套环301配合。
通常，因此，容器本体2可以根据不同的实施变型制造，它们的特征均在于，盘管3的端部从所述容器本体2突出。
该特征允许：
-在所述端部31和32上安装传感器装置4，以使它们可从外部接近和达到，以进行任何维护和/或更换操作；
-更易于接近，从而简化了交换器及其部件的安装、维护、控制和/或更换操作；
-更迅速而准确的温度检测；
-所述端部31和32与加热液压系统或卫生洁具的管道之间的直接连接；
-避免使用连接接头或套管将所述端部31和32连接到管。
显然，在本发明的实际实施例中，可以提供许多修改和其他变型，所有修改和其他变型都落入相同的发明构思内；前面描述的所有不同部件和细节也可以由技术上等同的元件代替。
例如，容器本体可以包括可联接至彼此的半壳，其适当成型，以允许盘管端部的突出。
实施例
尽管本发明在所附的权利要求中进行限定，然而应当理解，本发明也(可选地)能够根据下面的实施例进行限定。
实施例1：用于燃气冷凝锅炉的热交换器1，所述热交换器设有合适的容器本体2、至少一个管束3、至少一个温度传感器装置4，其中，所述管束3由管道3围绕中心轴线螺旋缠绕制成，适于形成合适匝数以界定燃烧室300，并设有第一端31和第二端32，所述第一端用作待加热的传热流体的入口，所述第二端用作所述传热流体的出口，
其中：
－所述交换器1设置有分隔件5，所述分隔件适于将所述燃烧室300分成第一灵敏室310和第二冷凝室320；
其特征在于，
－所述分隔件5包括具有带螺旋状图案的外轮廓51的盘形元件，其设有绝缘材料层50；
－所述分隔件5能沿所述管束3的匝旋拧，以便调节和改变所述腔室310、320的尺寸。
实施例2：根据实施例1所述的热交换器，其特征在于，所述第一端31和所述第二端32从所述容器本体2突出，以便能从外部接近。
实施例3：根据实施例1或实施例2所述的热交换器，其特征在于，所述传感器装置4与所述管束3的表面直接接触。
实施例4：根据实施例1-3中任一所述的热交换器，其特征在于，所述传感器装置4通过适当的安装装置40被约束并固定到所述第一端31和所述第二端32。
实施例5：根据实施例1-4中任一所述的热交换器，其特征在于，所述安装装置40包括固定装置，所述固定装置执行所述端31、32与所述管道的锁定。
实施例6：根据实施例1-5中任一所述的热交换器，其特征在于，所述安装装置40包括能联接的半壳、带、夹具或类似物。
实施例7：根据实施例1-6中任一所述的热交换器，其特征在于，所述管束3制成为单个部件，即，其由无缝的单个元件限定。
实施例8：根据实施例1-7中任一所述的热交换器，其特征在于，所述容器本体2至少包括适当成形的底部20、至少一个壳体21和至少一个盖部22，所述底部20和所述盖部22能联接至彼此，以便能够与所述壳体21配合地容纳所述管束3。
实施例9：根据实施例1-8中任一所述的热交换器，其特征在于，所述底部20和所述盖部22设置有多个座部，所述座部被适当地成形和模制，适于复制并再现所述管束3的外部轮廓。
实施例10：根据实施例1-9中任一所述的热交换器，其特征在于，所述底部20设置有适当的纵向突出部200，所述盖部22通过螺钉222或类似物固定在所述纵向突出部上，以便锁定并夹紧构成所述热交换器1的各种元件。
实施例11：根据实施例1-10中任一所述的热交换器，其特征在于，所述纵向突出部200能设置有螺纹孔201，所述螺钉222被旋拧于所述螺纹孔201。
实施例12：根据实施例1-11中任一所述的热交换器，其特征在于，所述盖部22设置有径向向外延伸的多个附件220，每个所述附件设置有通孔221。
实施例13：根据实施例1-12中任一所述的热交换器，其特征在于，所述壳体21完全或部分地设置有能够将热量保持在所述燃烧室300内的绝缘材料层。

Claims (10)

1.一种用于燃气冷凝锅炉的热交换器(1)，所述热交换器设有容器本体(2)，至少一个管束(3)设置在容器本体内部，以界定燃烧室(300)，所述至少一个管束(3)由围绕中心轴线螺旋缠绕的管道制成，所述管道的第一端(31)用作待加热的传热流体的入口，所述管道的第二端(32)用作所述传热流体的出口，所述管束(3)制成为由无缝的单个元件限定的单个部件，所述管束(3)具有椭圆形截面，其中，所述第一端(31)和第二端(32)具有圆形截面且从所述容器本体(2)突出，以便能从外部接近，从而便于将所述第一端(31)和第二端(32)与水系统的管道进行连接的操作。
2.根据权利要求1所述的热交换器，其中，所述第一端(31)和第二端(32)与水系统的水管道的连接是直接连接，从而允许水直接从水管道流到所述第一端(31)和从所述第二端(32)流到水管道。
3.根据权利要求1或2所述的热交换器，其中，在所述第一端(31)和第二端(32)处设置固定装置，以便执行所述第一端(31)和第二端(32)与所述水系统的管道的锁定。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的热交换器，其中，所述固定装置包括能联接的半壳、带、夹具、金属夹或类似物。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的热交换器，其中，在所述第一端(31)和第二端(32)的入口处获得并限定套环(301)，所述套环与固定装置例如金属夹配合，从而将所述第一端(31)和第二端(32)与所述水系统的管道连接起来。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的热交换器，其中，所述第一端(31)和第二端(32)布置成使得其相应的纵向轴线彼此平行。
7.根据权利要求1-5中任一项所述的热交换器，其中，所述第一端(31)和第二端(32)布置成使得其相应的纵向轴线彼此正交。
8.根据前述权利要求中任一项所述的热交换器，其中，传感器装置(4)位于所述第一端(31)和所述第二端(32)上。
9.一种制造用于热交换器(1)的管束(3)的方法，所述管束(3)由围绕中心轴线螺旋缠绕的管道制成，以便形成具有椭圆形截面和端部(31；32)的盘管，所述端部的圆形截面通过用于塑性变形的机械工艺而成形椭圆形截面获得，从而获得从椭圆形到圆形的截面变化，因此允许热交换器与水系统的管道之间的金属连续性。
10.一种制造用于燃气冷凝锅炉的热交换器(1)的方法，所述方法包括以下步骤：
-提供至少一个管束(3)，所述管束由围绕中心轴线螺旋缠绕的管道制成，所述管道的第一端(31)用作待加热的传热流体的入口，所述管道的第二端(32)用作所述传热流体的出口，所述管束(3)制成为由无缝的单个元件限定的单个部件并具有椭圆形截面，其中，所述第一端(31)和第二端(32)具有圆形截面，
-将所述至少一个管束(3)放置于容器本体(2)内部，使得所述管束(3)界定燃烧室(300)，而所述第一端(31)和第二端(32)从所述容器本体(2)突出，以便能从其外部接近，从而便于将所述第一端(31)和第二端(32)与水系统的管道进行连接的操作。
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