CN1910408A - 用于锅炉和热水供应系统的通用热交换器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于锅炉和热水供应系统的通用热交换器，该通用热交换器包括：多个内板构件(110)，所述内板构件的上端两侧上均形成有多个内板构件槽，且所述内板构件的底面上设置有燃烧器，以执行燃烧室功能；多个燃烧热翅片管(120)，多个燃烧热翅片管由多个热交换管形成，在所述热交换管外周面上形成有导热翅片；隔热构件(130)，其沿所述内板构件的内壁安装在相同的区域内；以及独立的热交换器本体，其连接于所述燃烧热翅片管。这样，通过该通用热交换器，能够以低成本制造冷凝式或非冷凝式燃气锅炉。而且，能够通过单一的通用热交换器来制造两种热交换器以使附加工序不必要。

Description

用于锅炉和热水供应系统的通用热交换器
技术领域
本发明涉及一种用于锅炉(boiler)和热水供应系统的通用热交换器，尤其是涉及一种在制造冷凝式锅炉、半冷凝式锅炉以及非冷凝式锅炉时燃烧室和通用热交换器能够通用，从而可以制造冷凝式锅炉、半冷凝式锅炉以及非冷凝式锅炉的用于锅炉和热水供应系统的通用热交换器。
背景技术
供普通住宅和大厦使用的锅炉用于制热房间和供应热水，根据所使用燃料的类型可以将锅炉分为燃油锅炉和燃气锅炉。
在燃气锅炉的情况下一直使用液化石油气(LPG)，但是因为液化天然气(LNG)与LPG相比含有很少的硫成分，所以现在使用液化天然气(LNG)以使空气污染最小化。
另外，根据燃气锅炉的控制方法或者密封状态，燃气锅炉可分为多种类型。而且，根据将加热水的热源回收的方法可以将燃气锅炉分为冷凝式燃气锅炉和非冷凝式燃气锅炉。
如图1和图2所示，供冷凝式锅炉使用的热交换器包括：燃烧热交换器(combustion heat exchanger)29，其利用来自于燃烧器10的热量直接加热水；以及潜热热交换器(latent heat exchanger)28，其利用穿过燃烧热交换器29的废气的潜热来间接加热水。
在冷凝式锅炉的热交换器的情况下，燃烧器10的燃烧功能主要地加热流动穿过燃烧热翅片管(fin tube)29′的水，然后穿过废气入口31的废气次要地加热潜热翅片管28′中的水。
这里，冷凝水皿32设置在燃烧热交换器29和潜热热交换器28之间，该冷凝水皿32将由于废气而导致的冷凝水向外引导。
而且，导板33以与冷凝水皿32相同的角度倾斜。废气排出部36相对于废气入口31形成。
这样，穿过燃烧热交换器29的废气在潜热热交换器28靠近冷凝水皿32的一侧流入，经过潜热翅片管28′，并通过废气排出部36处的废气排出口37排出。因此，热量能够在充分的时间内向潜热热交换器28传递。
同时，如图3和图4所示，在供非冷凝式锅炉使用的、被称为非冷凝式热交换器的热交换器中，热交换器30由燃烧器10的燃烧直接加热，且废气经由废气出口37排出。
发明内容
技术问题
这里，非冷凝式热交换器30一般由热传递性能优良的铜材料制成。因为控制技术的发展和由于能量策略而追求高热效率，非冷凝式热交换器设计成最大程度地抑制冷凝。然而，不能避免部分地或者暂时地产生冷凝现象，这使得热交换器被腐蚀。
如上所述，由于各自不同的吸热方法，图1和图2所示的冷凝式锅炉的热交换器在构造上与图3和图4所示的非冷凝式锅炉的热交换器不同。
这样，因为为了制造冷凝式锅炉和非冷凝式锅炉，要制造结构各自不同的热交换器，所以难于共享热交换器的构件。结果，热交换器的材料费用增加且热交换器的工序数量也增加。
技术方案
为解决上述问题，本发明的目的是提供一种用于锅炉和热水供应系统的通用热交换器，该热交换器可以使制造商以低成本选择性地制造冷凝式锅炉、半冷凝式锅炉以及非冷凝式锅炉，从而与传统热交换器相比，相对地节约了研发周期、制造费用以及大量生产之后的管理费用；在该热交换器中，潜热热交换器或者非冷凝式热交换器(称为辅助热交换器)结合于该通用热交换器的上端，该通用热交换器通用于制造冷凝式锅炉、半冷凝式锅炉以及非冷凝式锅炉。
本发明的另一目的是提供一种用于锅炉和热水供应系统的通用热交换器，该通用热交换器由抗腐蚀材料制成且具有混合金属防腐结构(hybridmetal corrosion-preventive structure)，并在必要时包括冷凝水皿。
本发明的再一目的是提供一种用于锅炉和热水供应系统的通用热交换器，该通用热交换器具有使废气顺畅流动的结构，其中当使用该通用热交换器制造冷凝式锅炉时，潜热热交换器结合于该通用热交换器的上部且在该通用热交换器和该冷凝式锅炉之间安装有管道，而且该通用热交换器具有调整气体流动的结构，在该结构中结合在该通用热交换器上部的非冷凝式锅炉和潜热热交换器具有彼此相同的气体流动方向。
有益效果
如上所述，利用根据本发明的通用热交换器可制造用于冷凝式锅炉和非冷凝式锅炉的热交换器。因此，能够以低成本来制造用于燃气锅炉的热交换器。此外，因为利用通用热交换器可制造两种热交换器，所以额外工序是不必要的。
特别地，因为可以将该通用热交换器共享为通用构件，所以能够选择性地制造冷凝式锅炉、半冷凝式锅炉以及非冷凝式锅炉。结果，与传统热交换器相比，相对节约了产品的研发周期、制造费用以及大量生产之后的管理费用。
另外，采用根据本发明的通用热交换器的非冷凝式锅炉具有高的效率。
附图说明
通过参考附图对本发明优选实施例的详细说明，本发明的上述和其它目的和有益效果将会更加清楚明了。在所述附图中：
图1和图2分别为示出传统冷凝式热交换器的立体图和截面图；
图3和图4分别为示出传统非冷凝式热交换器的立体图和截面图；
图5为示出根据本发明的通用热交换器的立体图；
图6为示出根据本发明的通用热交换器的分解立体图；
图7为示出图6中的通用热交换器的分解立体图，该通用热交换器根据本发明的另一实施例还具有外罩；
图8为示出冷凝式热交换器示例的立体图，该冷凝式热交换器应用了图7所示的根据本发明的通用热交换器；
图9为示出图8所示的根据本发明的冷凝式热交换器的分解立体图；
图10为仅示出从图8所示的根据本发明的冷凝式热交换器上分离的潜热热交换器的分解立体图；
图11为示出图10所示的根据本发明的潜热热交换器的分解立体图；
图12为示出图8所示的根据本发明的冷凝式热交换器的截面图；
图13为示出非冷凝式热交换器示例的立体图，该非冷凝式热交换器应用了图7所示的根据本发明的通用热交换器；
图14为示出图13所示的根据本发明的非冷凝式热交换器的分解立体图；以及
图15为示出图13所示的根据本发明的非冷凝式热交换器的截面图。
最佳实施例
为实现本发明的上述目的，根据本发明提供了一种通用于锅炉和热水供应系统的热交换器，该通用热交换器包括：多个内板构件，所述内板构件的上端两侧上形成有多个内板构件槽且所述内板构件的底面上设置有燃烧器，以执行燃烧室功能；多个燃烧热翅片管，所述多个燃烧热翅片管由多个热交换管形成，所述热交换管的外周面形成有热交换翅片，以通过在所述导热翅片中流动的热水进行热交换，其中所述燃烧热翅片管安装于设置在所述内板构件中的所述内板构件槽中；隔热构件，其沿所述内板构件的内壁安装在相同的区域内；以及单独的热交换器本体，其连接于所述燃烧热翅片管以使热水能够流动，且该热交换器本体由缠绕在所述内板构件的外周面上的多个水管形成。
优选地，该通用热交换器还有安装于该热交换器本体的最外部的外罩，该外罩将缠绕在所述内板构件的外周面上的所述多个水管包围。
另外，在该热交换器本体的上部独立地结合有潜热热交换器，该潜热热交换器具有吸收潜热热交换器本体中的潜热的潜热翅片管，从而形成冷凝式锅炉的结构。
这里，优选地，在该热交换器本体和该潜热热交换器之间形成有管道以使废气流畅地流动。
同时，在该热交换器本体的上部独立地结合有仅吸收燃烧热的辅助热交换器，从而形成具有相对较高输出性能的非冷凝式锅炉的结构。
具体实施方式
下面将参考附图详细说明根据本发明的通用于冷凝式锅炉和非冷凝式锅炉的通用热交换器。
图5为示出根据本发明的通用热交换器的立体图。图6为示出根据本发明的通用热交换器的分解立体图。图7为示出图6中的通用热交换器的分解立体图，该通用热交换器根据本发明的另一实施例附加地具有外罩。
如图5和图6所示，根据本发明的通用热交换器1主要包括多个内板构件110、多个燃烧热翅片管120、隔热构件130以及水管140，所有这些部件形成为独立的热交换器本体100。
这里，所述内板构件110执行如传统热交换器中的燃烧室那样的功能。
即，所述内板构件110具有矩形的盒体结构，该盒体结构具有：燃烧器(未示出)，该燃烧器燃烧通过设置在该盒体结构底面上的风机(未示出)吸入的空气和气体；以及多个内板构件槽111，所述多个燃烧热翅片管120在该盒体结构的上端两侧组装在所述多个内板构件槽111中，从而在锅炉中执行燃烧室功能。
这里，在所述内板构件110上可设有多个窗口112，以使使用者能够从该热交换器的外部监视燃烧火焰。
所述燃烧热翅片管120由多个热交换管形成，所述多个热交换管的外周面上形成有导热翅片，以通过在所述导热翅片中流动的水进行热交换。优选地，如同在传统的燃气锅炉中的传统热交换器一样，所述燃烧热翅片管120由导热率优良的铜材料制成，且所述燃烧热翅片管120制造成具有尽可能多次地与燃烧器的燃烧而释放的燃烧热相接触的结构。
所述燃烧热翅片管120的一端连接于燃气锅炉的热水供应管(未示出)，而所述燃烧热翅片管120的另一端连接于潜热热交换器53或者非冷凝式热交换器的翅片管，非冷凝式热交换器和潜热热交换器53将在下文予以说明。
所述燃烧热翅片管120通过U形管121连接为曲折形。因此，所述多个燃烧热翅片管120形成为单一长管，以使在该单一长管内流动的水与所述燃烧热进行热交换，从而执行燃烧室的功能。
这里，为了防止在所述U形管121和所述燃烧热翅片管120之间的混合金属(hybrid metal)中发生腐蚀，所述U形管121由与所述燃烧热翅片管120相同的材料制成。
这样，来自该热水供应管的热水经由所述燃烧热翅片管120的一端流入，经由所述U形管121沿着相应的燃烧热翅片管120流动，以长时间地与来自于该燃烧器的燃烧热进行热交换。
如图6所示，因为所述内板构件110执行燃烧室的功能，所以在所述内板构件110的内侧产生燃烧的情况下，为了将燃烧热隔绝以使其不通过所述内板构件110被排出，则隔热构件130优选地安装在所述内板构件110中。
这里，因为隔热材料130优选设置在所述内板构件110的整个内壁上，所以隔热构件130以与所述内板构件110相同的区域且以与所述内板构件110基本相同的结构安装于所述内板构件110的内壁。
另外，为了尽可能多地将所述内板构件110排出的所述燃烧热吸收，与所述燃烧热翅片管120连接的多个水管140缠绕在所述内板构件110的外周面上，以提高热效率。
如图7所示，根据本发明的另一方案，在该热交换器本体的最外部还安装有外罩150，以将缠绕在所述内板构件110的该外周面上的所述多个水管140包围。
与隔热构件130类似，外罩150优选具有与所述内板构件110相同的形状。
特别地，外罩150能够利用金属材料一定程度上将来自该燃烧室的经由内板构件110排出的热量吸收，且将所述内板构件110的外部与使用者隔离，从而安全地保护使用者不接触热的部分。而且，外罩150不会将缠绕在所述内板构件110的外壁上的所述水管140暴露，从而起到具有好的外观的作用。
即，尽管已经最大程度地防止了从所述内板构件110经由隔热构件130辐射的热量，但是高温燃烧热在一定程度上能够通过所述内板构件110排出。这里，缠绕在所述内板构件110外壁上的所述水管140能够吸收高温燃烧热，从而与所述燃烧热进行主要的热交换，且同时将从外罩150排出的热量隔离以进一步防止热损失。
特别地，因为外罩150吸收了相对少量的热量，所以外罩150的表面温度很低。尽管使用者会接触外罩150，但烫伤的危险减小。
在制造通用热交换器1的情况下，燃烧器设置在所述内板构件110的底表面上；然后通过设置在所述内板构件110的上端两侧上的多个内板构件槽111，将多个燃烧热翅片管120组装。随后，除了所述多个燃烧热翅片管120的一端和另一端以外，所述多个燃烧热翅片管120通过多个U形管121相连接。
在如上所述的已设置了根据本发明的通用热交换器1的情况下，能够根据需要制造冷凝式燃气锅炉或者非冷凝式锅炉。
下文将参考图8至图12说明应用了根据本发明的通用热交换器1的冷凝式锅炉。
图8为示出冷凝式热交换器示例的立体图，该冷凝式热交换器应用了图7所示的根据本发明的通用热交换器。图9为示出图8所示的根据本发明的冷凝式热交换器的分解立体图。图10为仅示出从图8所示的根据本发明的冷凝式热交换器上分离的潜热热交换器的分解立体图。图11为示出图10所示的根据本发明的潜热热交换器的分解立体图。图12为示出图8所示的根据本发明的冷凝式热交换器的截面图。
如图8至图12所示，从废气中吸收潜热的潜热热交换器2独立地结合在根据本发明的通用热交换器1的上部，从而形成冷凝式热交换器。
这里，单独的管道300形成于通用热交换器1和潜热热交换器2之间，以在潜热热交换器2结合于通用热交换器1的情况下使废气流动顺畅。
即，管道300结合于通用热交换器1中的所述燃烧热翅片管120的上部。
这里，如图11详细所示，管道300包括：废气出口303，已经穿过所述燃烧热翅片管120的废气通过该废气出口303排出，且该废气出口303设置在管道300的上表面301的一部分上；以及斜面302，与废气出口303相对地设置。
潜热热交换器2的潜热热交换器本体200结合在管道300上。
热交换器本体200的底面具有与管道300的上表面301和斜面302相对应的结构，且热交换器本体200具有废气入口201，废气入口201与废气出口303的位置相对应。
在热交换器本体200的底面的最下端上设有冷凝水出口202，由于废气而形成的冷凝水通过该冷凝水出口202排出。
在热交换器本体200中设有多个潜热翅片管210，热水流动穿过所述潜热翅片管210。
所述潜热翅片管210像通用热交换器1中的所述燃烧热翅片管120一样进行热交换，并优选由诸如铝和不锈钢之类的抗腐蚀材料制成，以防止由于冷凝而导致的腐蚀。更优选地，与由铜管制成的所述燃烧热翅片管120不同，所述潜热翅片管210由多个各具有套管结构的管制成，在该套管结构中铜管插入到成本比铜管低的铝管内。
这里，所述潜热翅片管210安装有将热交换器本体200的侧表面覆罩的单独的侧板220，并通过所述U形管221相互连接，从而形成热水能够流动通过的单一管。
所述潜热翅片管210通过连接管222和223与均位于所述潜热翅片管210下方的所述燃烧热翅片管120和热水入口管(未示出)相连接。
结果，如图11所示，已经通过未示出的热水入口管从连接管223流入的热水长时间地流动穿过所述多个潜热翅片管210，然后通过连接管222流出所述燃烧热翅片管120，因此进行所述高温废气和所述燃烧热之间的热交换。
同时，形成潜热热交换器1的废气塔230一般设置在热交换器本体200和所述侧板220的上端。
废气塔230包括位于废气塔230上端的用于排出废气的废气出口231。
在所述潜热翅片管210和废气塔230之间设置有导板240，该导板240引导废气的流动以使废气能够在全部所述多个潜热翅片管210上流动，且导板240牢固地固定所述潜热翅片管210。
导板240优选形成为具有与倾斜安装在热交换器本体200中的所述潜热翅片管210相同的斜度。
如图9所示，由橡胶制成的密封件170设置在装有所述燃烧热翅片管120的所述内板构件110和管道300之间，从而使所述内板构件110的上侧和管道300的下侧能够在保持密封性能的同时彼此稳定地相连接。
在如上所述的根据本发明的通用热交换器应用于该冷凝式热交换器时，所述燃烧热翅片管120中的水主要通过燃烧器10的燃烧热来加热，然后如图12所示，所述潜热翅片管210通过已经穿过管道300的气体来加热，从而提供了用于冷凝式燃气锅炉的热交换器。
下文将参考图13至图15说明应用了根据本发明的通用热交换器1的非冷凝式燃气锅炉。
图13为示出非冷凝式热交换器示例的立体图，该非冷凝式热交换器应用了图7所示的根据本发明的通用热交换器。图14为示出图13所示的根据本发明的非冷凝式热交换器的分解立体图。图15为示出图13所示的根据本发明的非冷凝式热交换器的截面图。
图13所示的非冷凝式锅炉具有安装在根据本发明的通用热交换器中的性能相对较小的辅助热交换器。仅吸收燃烧热的该辅助热交换器能够补充在仅有通用热交换器时输出性能的不足。
即，如图13至图15所示，仅吸收燃烧热的辅助热交换器3安装在根据本发明的通用热交换器1上，从而形成非冷凝式热交换器。非冷凝式热交换器具有这样的结构：罩形的废气管道160安装在通用热交换器1中的所述内板构件110上，且多个辅助燃烧热翅片管310安装在废气管道160和位于所述内板构件110的上端表面上的所述多个燃烧热翅片管120之间。
废气出口161设置在形成于辅助热交换器3上部上的废气管道160上。
即，如图14所示，多个内板构件槽111设置在所述内板构件110的上端的两侧上。通过与燃烧热进行热交换而加热水的多个燃烧热翅片管120安装在所述内板构件槽111中，所述内板构件槽111随后与独立的侧板180紧密组装。
这里，所述燃烧热翅片管120优选形成为轧制翅片结构形状，其中所述翅片分别轧制形成在铜制成的管上。
当然，所述燃烧热翅片管120上的所述翅片能够通过公知的钎焊(brazingweld)结合在所述管的外周面上。
安装在所述燃烧热翅片管120上部上的所述辅助燃烧热翅片管310安装于侧板180的上端和废气管道160中的废气管槽162之间。
这里，所述辅助燃烧热翅片管310优选形成为轧制翅片管结构形状，其中所述翅片分别轧制形成在由便宜并与铜相比具有良好的抗腐蚀性能的铝制成的管上。
当然，在所述辅助燃烧热翅片管310的情况下，设置在所述管的外周面上的所述翅片还能够形成为公知的一般翅片结构，而不是轧制翅片结构形状。
因为在所述辅助燃烧热翅片管310中进行辅助热交换，因而所述辅助燃烧热翅片管310无需是由昂贵的铜制成的翅片管。
即，废气温度高的所述燃烧热翅片管120由铜制成以防止高温造成的损坏，而废气温度相对较低的所述辅助燃烧热翅片管310由铝制成。以这种方式能够以低成本制造根据本发明的热交换器。
根据传统方法，所述辅助燃烧热翅片管310分别通过所述U形管311彼此连接在一起。
所述辅助燃烧热翅片管310和所述燃烧热翅片管120分别通过连接管312连接在一起。
特别地，结合于所述内板构件110上部的两侧的侧板180独立于所述内板构件110制造，并与所述内板构件110和废气管道160一起起到固定并支撑所述燃烧热翅片管120和所述辅助燃烧热翅片管310的作用。
如上所述，因为所述燃烧热翅片管120和所述辅助燃烧热翅片管310通过侧板180彼此组装在通用热交换器1和该辅助热交换器3之间，接合部的数量减小，从而可靠地维持了该热交换器的气密性。
另外，如图14所示，密封件170设置在装有所述燃烧热翅片管120的所述内板构件110和该辅助热交换器3之间。因此，所述内板构件110的上侧和该辅助热交换器3的下侧能够在保持气密性的同时稳定地彼此结合。
这里，所述辅助燃烧热翅片管310的数量一般小于所述燃烧热翅片管120的数量。
如图13至图15所示，废气管道160具有该管的体积沿着向上方向减小的结构。结果，所述辅助燃烧热翅片管310的数量减少，且同时能够沿着废气出口161的方向稳定地引导废气的流动。
下文将简短说明具有上述结构的根据本发明的非冷凝式热交换器的组装过程和燃烧过程。
首先，将内板构件110、废气管道160、侧板180、多个燃烧热翅片管120以及多个辅助燃烧热翅片管310按顺序依次结合，然后将所述辅助燃烧热翅片管310和所述燃烧热翅片管120分别通过所述连接管312彼此连接。因此，能够简单地组装该非冷凝式热交换器。
如图15所示，主要由所述燃烧热翅片管120加热的水通过所述连接管312流向所述辅助燃烧热翅片管310，然后所述水次要地由废气加热。
如上所述，在该非冷凝式燃气锅炉的热交换器的情况下，通过应用了根据本发明的在燃气锅炉中的通用热交换器的热交换器，燃烧器10的燃烧热经由该热交换器加热所述燃烧热翅片管120下侧中的水，然后在所述辅助燃烧热翅片管310中的水被加热。
特别地，所述燃烧热翅片管120起到主热交换器的作用，且所述辅助燃烧热翅片管310起到辅助热交换器的作用。结果，为了进行热交换，该非冷凝式燃气锅炉仅吸收该燃烧室中的燃烧热。
同时，根据本发明的燃气锅炉的通用热交换器能够应用于具有燃烧器的下游燃气锅炉，该燃烧器设置于该燃气锅炉的上部。
另外，根据本发明的通用热交换器能够应用于燃气锅炉和传统热交换器结合在一起的一般燃气锅炉中。即，结合的热交换器分为若干热交换器，且然后部分所述分成的热交换器由传统铜热交换器制成，其余部分所述分成的热交换器由抗腐蚀热交换器制成，其中安装有冷凝水皿。
此外，根据本发明的轧制翅片结构形式的热交换器能够通过将所述翅片钎焊在铜管、铜管和铝管的套管结构、或者不锈钢管上而制得。这里，对于本领域普通技术人员来说，热交换器结构可以容易地变化和修改。

Claims (5)

1.一种用于锅炉和热水供应系统的通用热交换器，该通用热交换器包括：
多个内板构件，所述内板构件的上端两侧上均形成有多个内板构件槽，且所述内板构件的底面上设有燃烧器以执行燃烧室功能；
多个燃烧热翅片管，所述燃烧热翅片管由多个热交换管形成，所述热交换管的外周面上形成导热翅片，以通过在所述导热翅片中流动的热水进行热交换，其中所述燃烧热翅片管安装于设置在所述内板构件中的所述内板构件槽中；
隔热构件，其沿所述内板构件的内壁安装在相同的区域内；以及
单独的热交换器本体，其与所述燃烧热翅片管连接以使热水能够流动，且该热交换器本体由缠绕在所述内板构件的外周面上的多个水管形成。
2.根据权利要求1所述的通用热交换器，其中，该通用热交换器还包括外罩，该外罩安装于该热交换器本体的最外部，以将缠绕在所述内板构件的外周面上的所述多个水管包围。
3.根据权利要求1或2所述的通用热交换器，其中，在该热交换器本体的上部独立地结合有潜热热交换器，该潜热热交换器具有吸收潜热热交换器本体中的潜热的潜热翅片管，从而形成冷凝式锅炉的结构。
4.根据权利要求3所述的通用热交换器，其中，在该热交换器本体和该潜热热交换器之间形成有管道，以使废气流畅地流动。
5.根据权利要求1或2所述的通用热交换器，其中，在该热交换器本体的上部独立地结合有仅吸收燃烧热的辅助热交换器，从而形成具有相对较高输出性能的非冷凝式锅炉的结构。
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