CN117642594A - 热交换器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种热交换器(1')，其包括：‑气密的外壳(2)，‑至少一个管(4)，其由导热性良好的传导材料制成并且待加热的流体可以在其内部循环，该管(4)被螺旋缠绕以便形成具有纵向轴线(X‑X')的螺旋绕组(40)，该螺旋绕组布置在所述外壳(2)内部，‑用于在所述外壳(2)内部传递和/或产生热气体的装置，比如燃烧器(3)，以便在其中限定燃烧室(26)，该螺旋绕组(40)被布置成在两个相邻匝之间形成空隙(45)，所述至少一个管(4)具有相对的前面(41)和后面(42)、被定向成靠近纵向轴线(X‑X')的底侧(43)和被定向成靠近外壳(2)的顶侧(44)，管(4)的所述前面(41)和所述后面(42)是平面状的或基本上呈平面状并且位于空隙(45)的两侧。该热交换器值得注意的是，所述至少一个管(4)在其前面(41)和/或其后面(42)上具有肩部(46)，该肩部从管的底侧(43)朝向其顶侧(44)在该管(4)的直部段的高度(H1)的部分上并且还在该管(4)的整个或几乎整个长度上延伸。
Description
技术领域
本发明属于热交换器领域，特别是用于生产家用热水或用于供热管网的水的热交换器。
本发明更具体地涉及一种热交换器，该热交换器包括外壳、用于在该外壳内部供应和/或产生热气体以在其中限定燃烧室的装置、以及缠绕设置在该燃烧室中并且待加热的流体(比如水)在其内部循环的至少一个螺旋管。
背景技术
此类热交换器在现有技术中是已知的。在这种类型的交换器中，管的螺旋绕组被布置成在其相邻匝之间提供小的间隙。产生的或被带到绕组中的热气体从内向外穿过间隙，然后通过为此目的而设置的用于排放燃烧气体的套筒被排放到热交换器的外部。
当热气体穿过这些间隙时，它们加热位于间隙两侧的管的匝的壁，并且在这样做时，它们也加热了在该管内循环的流体。
然而，可以观察到，特别是在管具有带有平面状的或基本上呈平面状的前面和后面的长方形横截面的情况下，两个相邻匝之间的间隙可能随着时间的推移而被阻塞甚至堵塞，因为炉渣(也就是由热气体携带的未燃烧的颗粒或烟灰)沉积在那里。
一些间隙的这种全部或部分堵塞具有使在燃烧室内部循环的气体的压力增加的效果，这需要增加将空气/燃料混合物带到燃烧器中或将热空气带到燃烧室中的风扇的速度，并且因此增加该风扇的电力消耗。
一些间隙的这种堵塞还具有减少待加热流体和热气体之间的热交换表面的效果，并且因此产生在管中循环的流体的加热，其在管的整个长度上不均匀，并导致热交换器的效率下降。
此外，由于间隙被阻塞，随着时间的推移，交换器的效率降低。
最后，由于这种堵塞，也有必要定期清理这些间隙。这种维护操作劳动强度大且耗时。
从文件US2015/0153067中已知一种配备有具有集成燃烧器的门的加热设备。该设备包括管，待加热的流体可以在该管内部循环。该管螺旋缠绕以形成螺旋绕组，该螺旋绕组的匝通过允许燃烧器产生的热气体穿过的间隙而彼此隔开。这些间隙使用在管的平面状面之一上形成的凸出点来校准，如在该文件的附图中可以看到的。
然而，该文件没有描述或建议制造从管的内弧侧在该管的直部段的高度的部分上以及在管的整个长度或管的几乎整个长度上形成在该管的前面和/或后面上的烟灰和炉渣回收肩部的事实。
从文件EP 3 141 838中还已知一种热交换器，该热交换器包括螺旋缠绕并设置在外壳内部且围绕燃烧器的管。匝之间的间隙通过设置在管的外弧侧上的带有齿的梳状物来校准。
该管在内弧侧上还具有多个翼片，这些翼片旨在增加燃烧器产生的热气体和管以及因此在其中循环的待加热流体之间的接触表面和热传递。这些翼片形成在管的内弧端(在其短边上)处。
该文件没有描述为了回收烟灰和炉渣而在管的前面和/或后面设置肩部的事实。
发明内容
因此，本发明的一个目的是提出一种热交换器，其使得可以解决上述问题，特别是限制该热交换器的管的两个相邻匝之间的间隙的阻塞。
为此目的，本发明涉及一种热交换器，其包括：
-气密的外壳，其设置有用于排放燃烧气体的套筒，
-至少一个管，其由导热性良好的传导材料制成，并且比如水等待加热流体可以在其内部循环，该管被螺旋缠绕以便形成具有纵向轴线X-X'的螺旋绕组，该螺旋绕组被设置在所述外壳内部，
-用于在所述外壳内部供应和/或产生热气体的装置，比如气体或油燃烧器，以便在其中限定燃烧室，
该螺旋绕组被布置成在两个相邻匝之间提供间隙，
所述至少一个管具有彼此相对的前面和后面、被定向成靠近纵向轴线X-X'的内弧侧和被定向成靠近外壳的相对的外弧侧，管的所述前面和所述后面是平面状的或基本上呈平面状并且位于间隙的两侧。
根据本发明，所述至少一个管在其前面和/或其后面上具有肩部，该肩部从管的内弧侧沿其外弧侧的方向在该管的直部段的高度部分上延伸，并且该肩部还在所述至少一个管的位于所述燃烧室中的整个长度上延伸或者在所述至少一个管的位于所述燃烧室中的除了螺旋绕组的第一匝或最后一匝之外的整个长度上延伸，并且两个相邻匝之间的每个间隙使用在管的外弧侧上被引入到两个匝之间的间隙中的梳状物的齿、或者使用形成在所述至少一个管的前面和/或后面上的若干突出元件(比如凸台)来校准，形成在管的匝上的每个突出元件分别支承抵靠相邻匝的后面和/或前面，使得肩部可以回收穿过间隙的热气体中夹带的烟灰和炉渣。
该肩部使得可以回收由燃烧器燃烧气体产生的烟灰或炉渣，同时保持两个相邻匝之间的间隙畅通。因此，热气体可以继续穿过该间隙并加热在螺旋绕组中循环的水。
因此，该肩部使得可以延迟匝的阻塞的速度，限制燃烧室中的压力增加，不产生交换器的电力过度消耗，保持交换器的效率，并且延迟和间隔在热交换器管上进行的维护/清洁干预。
根据本发明的其他有利的和非限制性的特征，单独地或组合地：
-肩部延伸到从内弧起测量的一定高度上，该高度达到管的直部段的高度的大约三分之一。
-在肩部所在的位置测量的两个相邻匝之间的间隙比在没有肩部的位置测量的两个相邻匝之间的间隙更宽。
-盘状偏转器以气密方式安装在螺旋绕组内部，该盘状偏转器在外壳内部提供冷凝室和燃烧室，冷凝室在所述盘状导流板和外壳的底部之间延伸，燃烧室在所述盘状导流板和外壳的正面之间延伸，承载所述热气体供应和/或产生装置的门安装在所述正面上，并且肩部仅形成在位于燃烧室中的管部分或管上。
-相邻匝之间的间隙使用形成在所述至少一个管的前面和/或后面上的若干突出元件(比如凸台)来校准，形成在管的匝上的每个突出元件分别支承抵靠相邻匝的后面和/或前面，并且每个突出元件形成在前面和/或后面的不包括肩部的部分上。
-相邻匝之间的间隙使用形成在所述至少一个管的前面和/或后面上的若干突出元件(比如凸台)来校准，突出元件和肩部形成在管的相对面上，并且突出元件支承抵靠管的面的不包括肩部的部分。
-所述管是液压成形的。
附图说明
本发明的其他特征、目的和优点将从以下的描述中显现出来，其纯粹是说明性的而非限制性的，并且其应当结合附图来阅读，其中：
图1示出了根据本发明的热交换器的纵向剖视图，其中仅有一个燃烧室；
图2是根据本发明的热交换器管的一部分的透视图；
图3是根据本发明的冷凝热交换器的纵向剖视图；
图4是梳状物的透视图；
图5是根据本发明的管的三个匝的横截面的详细视图，该截面是在凸台的水平处截取的；
图6是根据本发明的管的三个匝的横截面的详细视图，该截面是在管的没有凸台的点处截取的；
图7是根据本发明的另一实施例的管的三个匝的横截面的详细视图。
具体实施方式
现在将参考图1描述本发明的第一实施例，其示出了仅包括燃烧室的热交换器1。在该图中，热交换器被示出为处于其正常使用位置。
该热交换器1包括外壳2、用于在所述外壳内部供应和/或产生热气体的装置以及至少一个管4，待加热的流体(特别是水)在该至少一个管内部循环。泵(图中不可见)确保了这种水循环。
外壳2具有大致管状的形状并且沿着纵向轴线X-X'延伸。以已知的方式，该外壳在其上部部分处具有用于排放燃烧气体的套筒21，并且在其下部部分处具有连接到用于排放冷凝物的导管22的出口孔。
外壳2在其后端处由底部23封闭，该底部在其内部面上配备有由绝热材料制成的盘230。
正面24固定到外壳2的前部。该正面包括能够被门25封闭的中央开口。
管4由导热性良好的材料(比如金属)制成。该管螺旋缠绕在自身上，从而形成螺旋绕组40，并且它设置在外壳2内部，使得其纵向轴线X-X'与外壳2的纵向轴线X-X'重合。
热气体产生装置优选地是燃烧器3，例如气体或油燃烧器。该燃烧器3优选地是管状形状的，并且其设置在外壳2内部和绕组40内部，使得其纵向轴线X-X'与外壳2的纵向轴线X-X'重合。
燃烧器3固定在门25的内部面上。
热气体供应装置(图中未示出)包括设置在交换器外的燃烧器和固定在门25上以将热气体引入外壳2内进入螺旋绕组40中的风扇。
因此，在绕组40内部延伸的空间构成燃烧室26。
管4具有形成入口嘴和出口嘴的两个端部，待加热的流体分别从入口嘴和出口嘴引入和抽出。这些嘴400中的一个在图2中可见。
管4具有长方形的直截面，其可以是椭圆形或矩形、或者甚至是具有短边的矩形，该短边可以是突出的和弯曲的(如图中所示)或者甚至是突出的和V形的。
因此，管4具有彼此相对的前面41和后面42。
常规地，在说明书和权利要求书的其余部分中，术语“前面”表示朝向交换器的前部(也就是说朝向正面24)的面，而术语“后面”表示朝向交换器的后部(也就是说朝向底部23)的面。
此外，管4具有被定向成靠近轴线X-X'并靠近燃烧室26(或当燃烧器3存在时靠近燃烧器)的内弧侧43以及被定向成靠近外壳2的相对的外弧侧44。这些内弧43和外弧44对应于管4的短边。
优选地，并且如图中所示，前面41和后面42是平面状的并且彼此平行。然而，取决于管4的直部段的形状，这些前面41和后面42可以不是严格呈平面状的而是基本上呈平面状的(例如略微弯曲的)。
优选地，并且为了简化绕组40在正面24和底部23或盘230之间的组装，进行管4的缠绕，使得管的直部段的长轴Y-Y'垂直于螺旋绕组40的纵向轴线X-X'。然而，在不脱离本发明的范围的情况下，该长轴Y-Y'还可以相对于螺旋绕组40的纵向轴线X-X'略微倾斜。
螺旋绕组40具有一系列相邻匝，并且在两个相邻匝之间存在间隙45，其值被校准，这将在后面详细描述。在该绕组40内，管4的前面41和后面42位于间隙45的两侧，如图1和图3中所见。
热气体通过从内向外穿过间隙45离开燃烧室26，如箭头i所示。在这样做时，它们加热管4的壁、并且特别是前面41和42，并因此加热在该管中循环的水。然后，气体通过套筒21被排放到外部(见箭头ii)。
根据本发明，并且如图2、图5和图6中更好地看到的，管4在其前面41和/或其后面42上具有肩部46。该肩部46从内弧侧43沿外弧侧44的方向在管4的直部段的高度H1的部分上延伸。
在图2中，可以看到，该肩部46在小于H1的高度H2(从内弧43测量)上延伸。换句话说，并且如图5和图6中可以看到的，肩部46的存在意味着在肩部46的水平处截取的管4的横截面的外部宽度L2小于在管的没有肩部46的部分中截取的管4的横截面的外部宽度L1。
优选地，高度H2测量达到高度H1的大约三分之一。
肩部46可以在管4的整个长度上延伸。优选地，并且如图2中可以看到的，该肩部46是连续的。
然而，优选地，肩部还可以不在该长度的整个长度上(但是几乎在其整个长度上)延伸、特别是不在绕组40的第一匝和/或最后一匝上延伸，以便简化该绕组在外壳2中的安装。因此，例如在图1中，可以看到，抵靠正面24施加的绕组的第一匝不具有该肩部46。在肩部46设置在后面42上的情况下，在抵靠底部23和板230施加的绕组的最后一匝上也可以是相同的。
如图7中所示，还可以设想在管4的前面41上设置肩部46并且在后面42上设置另一个肩部46。在这种情况下，在肩部46的水平处截取的管4的横截面的外部宽度被标记为L3，其中L3小于宽度L1。
肩部46使得可以形成用于回收穿过间隙45的热气体中夹带的烟灰和炉渣的壳体。当仅在前面41上存在肩部46(见图5和图6)或者仅在后面42上存在肩部时，在该肩部46的水平处测量的两个相邻匝之间的空隙(或宽度)被标记为E1，并且当在前面41上存在肩部46并且在后面42上存在肩部46时(见图7)，所述空隙被标记为E2。
因此，该空隙E1、E2比在不存在肩部46的地方测量的两个相邻匝之间的空隙(或宽度)E3更宽，这允许将炉渣截留在肩部46中并为热气体的通过留出空间。因此，绕组40不会很快被阻塞，这使得可以减少清洁操作的频率。
两个相邻匝之间的间隙45被有利地校准为全部相同，并且因此使得在其中循环的热气体流是均匀的，并且使得流体的加热在管的整个长度上是平稳的。
根据本发明的第一替代实施例，间隙45可以使用一个或更多个梳状物5(比如图4中所示的梳状物)来校准。
该梳状物5具有彼此平行的多个齿50。该梳状物5相对于绕组40设置，使得其齿50中的每一个在管4的外弧侧44上被引入到间隙45中，以便校准该间隙45。因此，每个齿50与管4的匝的前面41以及管4的相邻匝的后面42接触。优选地，齿50不延伸到肩部46的水平。
根据本发明的第二替代实施例，间隙45可以使用突出元件(比如形成在管4的前面41上(如图1、图2和图5中所示)或后面42上(图中不可见)的凸台47(皱状部))来校准。这些凸台优选地在管的整个长度上均匀分布，以获得恒定宽度的间隙45。
形成在管4的前面41和/或后面42上的每个突出元件分别支承抵靠相邻匝的后面42和/或前面41。
在凸台47和肩部46形成在管4的同一前面或后面的情况下，例如形成在图2中所示的前面41上，则凸台47有利地形成在管的面的不包括肩部46的部分(被标记为49)上(也参见图5)。
在突出元件(比如凸台47)和肩部46形成在管4的相对面上的情况下(例如，肩部46形成在前面41上，并且突出元件形成在后面42上，或者相反)，则突出元件支承抵靠管的面的不包括肩部46的部分49。
现在将参考图3描述根据本发明的热交换器的第二实施例。在其中，可以看到带有总体标记1'的冷凝热交换器。
与关于热交换器1描述的元件同样的元件带有相同的附图标记，并且将不再详细描述。
该交换器1'与交换器1的不同之处在于，它包括盘状偏转器6，该盘状偏转器设置在管4的螺旋绕组40内部，垂直于轴线X-X'，以便在外壳2内部一方面提供燃烧室26(该燃烧室在门25和该偏转器6之间延伸并且在其中产生或引入热气体)，并且另一方面提供冷凝室27(该冷凝室在偏转器6和外壳2的底部23之间延伸)。
在这种情况下，将注意到气体排放套筒21连接到冷凝室27。
偏转器6包括由绝热材料制成的盘61，该盘由薄的片状金属框架62承载，该薄的片状金属框架设置有径向外围凸缘63。
偏转器6安装在管4的绕组40内部，使得其凸缘63以气密方式被插入并定位在存在于管4的位于燃烧室26中的最后一匝和管4的位于冷凝室27中的第一匝之间的间隙45中。
优选地，肩部46仅形成在管4的位于燃烧室26中的匝上，而不形成在管的位于冷凝室27中的匝上。
实际上，如前所述，由燃烧器3产生的热气体通过穿过设置在管4的位于该燃烧室26中的匝中的间隙45离开燃烧室26(见箭头i)，并且炉渣被截留在肩部46中。然后，热气体邻接抵靠外壳2并被引导朝向管4的位于冷凝室27中的匝的外弧侧44(见箭头iii)。然后，这些热气体在冷凝室27的方向上这次是从外向内(见箭头iv)穿过形成在匝之间的间隙45。然后，这些热气体不再含有炉渣，因此不需要肩部46。
在刚刚描述的两个实施例中，热交换器1或1'包括单个螺旋缠绕管4。在冷凝热交换器1'的情况下，单个管4的匝的部分延伸到燃烧室26中，并且匝的其他部分延伸到冷凝室27中。
然而，也可能具有若干管4，每个管螺旋缠绕并且并排设置，使得它们各自的纵向轴线X-X'是同轴的。在这种情况下，不同的管4通过歧管彼此连接。
在冷凝热交换器1'的特定情况下，可以在燃烧室26中具有一个或更多个管4，并且在冷凝室27中具有一个或更多个管4。
管4可以通过不同的方法制造。下面给出了制造方法的两个非限制性示例。
它可以例如通过挤压金属(例如通过挤压铝)获得。
有利地，它还可以通过液压成形获得。
例如在申请人的专利FR 2700608中可以参考该主题。
此类方法具有的优点是，能够改变贯穿螺旋绕组40的管4的截面轮廓，特别是仅在管4的长度的某一部分上形成肩部46。特别地，在冷凝热交换器1'的情况下，该方法使得可以仅在位于燃烧室26中的匝上形成肩部46。
此外，该方法还可以具有第一匝和最后一匝的面是平面状的管，这使得可以简化交换器的底部和正面的设计。
Claims (7)
1.一种热交换器(1，1')，包括：
-气密的外壳(2)，其设置有用于排放燃烧气体的套筒(21)，
-至少一个管(4)，其由导热性良好的传导材料制成并且比如水等待加热流体能够在其内部循环，该管(4)被螺旋缠绕以便形成具有纵向轴线(X-X')的螺旋绕组(40)，该螺旋绕组(40)被设置在所述外壳(2)内，
-用于在所述外壳(2)内部供应和/或产生热气体的装置，比如气体或油燃烧器(3)，以便在其中限定燃烧室(26)，
该螺旋绕组(40)被布置成在两个相邻匝之间提供间隙(45)，
所述至少一个管(4)具有彼此相对的前面(41)和后面(42)、被定向成靠近纵向轴线(X-X')的内弧侧(43)和被定向成靠近外壳(2)的相反的外弧侧(44)，管(4)的所述前面(41)和所述后面(42)是平面状的或基本上呈平面状并且位于所述间隙(45)的两侧，
该交换器的特征在于，所述至少一个管(4)在其前面(41)和/或其后面(42)上具有肩部(46)，
该肩部(46)从所述管的内弧侧(43)沿其外弧侧(44)的方向在该管(4)的直部段的高度(H1)的部分上延伸，并且该肩部(46)还在所述至少一个管(4)的位于所述燃烧室(26)中的整个长度上延伸，或者在所述至少一个管(4)的位于所述燃烧室(26)中的除了所述螺旋绕组(40)的第一匝或最后一匝之外的整个长度上延伸，
并且两个相邻匝之间的每个间隙(45)使用在所述管(4)的外弧侧(44)上被引入到两个匝之间的间隙(45)中的梳状物(5)的齿(50)或者使用形成在所述至少一个管(4)的前面(41)和/或后面(42)上的若干突出元件比如凸台(47)来校准，形成在所述管(4)的匝上的每个突出元件分别支承抵靠相邻匝的后面(42)和/或前面(41)，
使得所述肩部(46)能够实现回收穿过所述间隙(45)的热气体中夹带的烟灰和炉渣。
2.根据权利要求1所述的热交换器(1，1')，其特征在于，所述肩部(46)延伸到从内弧(43)起测量的一定高度(H2)上，该高度达到所述管(4)的直部段的高度(H1)的大约三分之一。
3.根据权利要求1或2所述的热交换器(1')，其特征在于，在所述肩部(46)所在的位置测量的两个相邻匝之间的空隙(E1，E2)宽于在不存在肩部(46)的位置测量的两个相邻匝之间的空隙(E3)。
4.根据前述权利要求中任一项所述的热交换器(1，1')，其特征在于，盘状偏转器(6)以气密方式安装在所述螺旋绕组(40)内，该盘状偏转器(6)在所述外壳(2)内提供冷凝室(27)和燃烧室(26)，所述冷凝室在所述盘状偏转器(6)和所述外壳(2)的底部之间延伸，所述燃烧室在所述盘状偏转器(6)和所述外壳(2)的正面(24)之间延伸，承载所述热气体供应和/或产生装置的门(25)安装在所述正面上，并且所述肩部(46)仅形成在位于燃烧室(26)中的管部分(4)或管(4)上。
5.根据前述权利要求中任一项所述的热交换器(1，1')，其特征在于，相邻匝之间的间隙(45)使用形成在所述至少一个管(4)的前面(41)和/或后面(42)上的若干突出元件比如凸台(47)来校准，形成在所述管(4)的匝上的每个突出元件分别支承抵靠相邻匝的后面(42)和/或前面(41)，并且每个突出元件形成在所述前面和/或所述后面的不包括所述肩部(46)的部分(49)上。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的热交换器(1，1')，其特征在于，相邻匝之间的间隙(45)使用形成在所述至少一个管(4)的前面(41)和/或后面(42)上的若干突出元件比如凸台(47)来校准，所述突出元件和所述肩部(46)形成在管(4)的相对面上，并且所述突出元件支承抵靠所述管的面的不包括所述肩部(46)的部分(49)。
7.根据前述权利要求中任一项所述的热交换器(1，1')，其特征在于，所述管(4)是液压成形的。
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