CN101321994B - 用于采暖和热水供应的冷凝锅炉的换热器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于供应采暖水和热水的冷凝锅炉的换热器，该换热器能够用双管替代间接换热器作为显热换热器。该换热器包括显热换热器；以及通过连接多个单元换热器以限定排气通路而制成的潜热换热器，每个单元换热器以如此方式制造，具有一面凹一面凸形状的三个板被彼此层叠，以限定彼此相邻的采暖水通路和热水通路，以便增加传热面积。

Description

用于采暖和热水供应的冷凝锅炉的换热器

技术领域

本发明涉及用于供应采暖水和热水的冷凝锅炉的换热器，尤其涉及一种用于供应采暖水和热水的冷凝锅炉的换热器，该换热器能够用双管替代间接换热器作为显热换热器，以在冷凝锅炉中对水进行加热，从而得到简单的结构并且获得较高的热效率。

背景技术

根据回收用于采暖水的燃烧热的方法，可以将主要用于供应家庭采暖水和热水的锅炉分为普通锅炉和冷凝锅炉。冷凝锅炉回收包含在排气中的水蒸气的潜热并且具有用来回收潜热的单独的换热器(潜热换热器)。

这种潜热换热器首先吸收燃烧器的燃烧热，再与排气接触，该排气接触到与内管中的水交换热的显热换热器，以便具有较低温度。当潜热换热器与排气的相对低温接触时，便产生冷凝水。因此，优选地，潜热换热器由诸如不锈钢或者铝等的材料制成，以防止由冷凝水(表现为由包含在该排气中的氧化氮引起的酸性)导致的腐蚀。

图1为示出常规顺流型(downstream-type)冷凝锅炉结构的视图。如图1所示，用于供应采暖水和热水的冷凝锅炉包括显热换热器11和潜热换热器12，该显热换热器11和潜热换热器12由单管制成，用于吸收燃烧器10的燃烧热，以便与内管中的水换热。显热换热器11和潜热换热器12的末端分别与采暖管列的热水供应端口13和热水回流端口14相连。进一步，冷凝锅炉具有布置在热水供应端口13和热水回流端口14之间的间接换热器17，该间接换热器17将通过采暖水供应端口13供应的采暖水所吸收的热能传递给引入到冷水管15中的冷水，以便加热冷水并向热水管16供应加热后的水，即热水。

以上没有描述的附图标记18表示膨胀水箱，用于去除采暖水管中产生的空气，降低根据采暖水温度的升高该管中采暖水膨胀导致的压力，并维持锅炉中的水量恒定。附图标记19表示送风机，用于将燃烧器10的燃烧热供应给显热换热器11以及潜热换热器12。附图标记20表示三通阀，附图标记21表示循环泵，附图标记22表示冷凝水排水管，附图标记23表示排气口。

在这样的锅炉中，本质上，安装三通阀20是为了将从采暖水供应端口13到采暖水管提供的采暖水流交换到间接换热器17，以便锅炉具有采暖水闭合回路。因此，该锅炉存在结构复杂的问题。

进一步地，由于常规显热换热器和潜热换热器由单管制成，则存在另一个问题，用于供应采暖水和热水的套管式换热器无法用作该冷凝锅炉的显热换热器。

发明内容

因此，本发明旨在解决出现在现有技术中的前述问题，并且本发明的目的在于提供一种用于供应采暖水和热水的冷凝锅炉的换热器，可以具有对冷水预热并将其提供给显热换热器的潜热换热器，替代单独的间接换热器，以便对冷凝锅炉中的热水进行加热，并且在显热换热器中使用套管式换热器，以使换热器具有简单的结构以及减小的体积。

为了实现本发明的目的，根据本发明的实施例，提供一种用于供应采暖水和热水的冷凝锅炉的换热器，该换热器包括：显热换热器；以及潜热换热器，该潜热换热器包括采暖水换热器和热水换热器，该采暖水换热器具有带一个入口和多个出口的入口部分、带有多个入口和一个出口的出口部分、以及被连接到入口和出口部分的入口和出口且平行排列的多个采暖水换热管；该热水换热器具有分别与该采暖水换热器相邻布置的多个热水换热器、带有一个入口和多个出口并被连接到该热水换热器的热水入口端口的入口部分、以及带有多个入口和一个出口并被连接到该热水换热器的热水出口端口的出口部分；其中，该采暖水换热器的出口部分被连接到该显热换热器的采暖水端口，并且该热水换 热器的出口部分被连接到该显热换热器的热水端口。

为了实现本发明的目的，根据本发明的另一个实施例，提供一种用于供应采暖水和热水的冷凝锅炉的换热器，该换热器包括：显热换热器；以及通过连接多个单元换热器以限定排气通路而制成的潜热换热器，每个单元换热器以这样的方式制造，具有一面凸一面凹形状的三个板彼此层叠，将采暖水通路和热水通路限定为彼此相邻，以便增加传热面积。

显热换热器包括以如此方式制造的套管式换热器：采暖水换热管被插入到热水换热管中，或者该热水换热管被插入到该采暖水换热管中。

如上所述，本发明的冷凝锅炉具有作为显热换热器的套管式换热器，该套管式换热器包括用于热水的外管和用于采暖水的内管，或者包括用于采暖水的外管和用于热水的内管，以便用潜热对冷水进行预热。进一步地，由于单独的热水换热器无需加热热水，则该冷凝锅炉具有简单的结构和减小的体积。

附图说明

结合附图并通过下文中的详细描述可更明确本发明的上述和其他目的、特征及优点，其中：

图1为示出常规冷凝锅炉结构的视图；

图2为示出根据本发明的潜热换热器结构的视图，其目的在于阐明基本原理；

图3至5为示出根据本发明具有热水换热器的潜热换热器结构的视图；以及

图6为示出根据本发明采用潜热换热器的冷凝锅炉结构的视图，该潜热换热器中整体形成有热水换热器和采暖水换热器。

具体实施方式

以下，将结合附图对本发明的优选实施例进行详细描述。

图2为示出根据本发明的潜热换热器结构的视图，其目的在于阐明基本原 理。

如这里所附的图2所示，采暖水换热器30(粗实线表示)包括连接到采暖水回流端口的入口部分32，采暖水通过该采暖水回流端口从采暖水管(未示出)回流，用于与燃烧器的排气交换热量的采暖水换热管33，以及出口部分34，从该排气吸收潜热的采暖水通过该出口部分34被供应至显热换热器200。

采暖水换热器30的入口部分32具有水被引入到单个管中并输出至多个管(采暖水换热管33)的结构。采暖水换热器30的出口部分34具有水从多个管(采暖水换热管33)输入并通过单个管排出的结构。多个采暖水换热器33在带有多个输出结构的入口部分32和带有多个输入结构的出口部分34之间延伸。

因此，在采暖水换热器30中，通过采暖水回流端口31引入的采暖水在多个采暖水换热管33中分流，并从各采暖水换热管33吸收排气的潜热。然后，采暖水被收集在出口部分34中并供应至显热换热器200。

同时，排气通路50被限定在多个采暖水换热管33之间，排气经过该通路并与采暖水换热管33接触，以与这些管交换热量。

采暖水换热管33在入口部分32和出口部分34之间直线平行延伸，但是其结构并不限于上述提及的结构。进一步地，为了制造包括采暖水换热管33的换热器，该采暖水换热管33具有增大的换热面积和减小的体积，用U形管将一束管子以Z字形彼此连接。那么就可以制造具有六边形外形的换热器。可替代地，可以利用具有连接换热管的流体通路的罩替代U形管来制造换热器。

此外，热水换热器40(细实线表示)安装在换热器上并且具有热水换热管43，每个热水换热管43均与采暖水换热器30的各采暖水换热管33相邻排列。优选地，为了增加换热面积，热水换热管43排成一排。与采暖水换热管33相似，每个热水换热管43包括位于热水入口处的入口部分42和位于热水出口处的出口部分44。

因此，引入到冷水入口端口41的冷水在入口部分分流到多个热水换热管43中并且通过每个热水换热管43吸收排气的潜热。然后，像以下所描述的那样，冷水被收集在出口部分44中并供应给显热换热器200。

如上所述，根据本发明的潜热散热器100包括彼此结合为一体的采暖水换热器30和热水换热器40，并且吸收排气的潜热。通过采暖水回流端口31和冷水入口端口41引入到潜热换热器100的采暖水和冷水的相对低温，首先被采暖水换热器30和热水换热器40加热，再供应给潜热换热器200。

在本实施例中，虽然以具有包括多个换热管的基本结构的换热器作为潜热换热器100的实例进行了描述，但是如下面结合图3至5所描述的，本发明可以适用于具有这样结构的换热器，具有一面凸一面凹形状的三个板51、52和53彼此层叠，采暖水流体通路54和热水通路55形成于层叠的板51、52和53之间，以便建立单元换热器50，而具有限定于其间的排气通路56的单元换热器50彼此层叠。

图3至5为示出根据本发明另一个实施例的包括热水换热器和采暖水换热器的潜热换热器结构的视图。

在图3至5中示出的实施例中，单元换热器50以此种方式构成，板51和53层叠在板52的两侧，并且采暖水通路54和热水通路55平行形成于板51、52和53之间。然后，多个单元换热器50彼此串联，以便在其间限定排气通路56，从而建立采暖水通路54和热水通路55交替排列其中的潜热换热器。

如图4所示，单元换热器50基本上按照如此方式制造，具有一面凸一面凹形状的不锈钢板51、52和53彼此层叠并且经过硬钎焊。板51、52和53的一面凸一面凹部分增加了预定体积内的传热面积，以提高传热效率，并且还防止板51、52和53因换热器中被加热水的膨胀而产生变形和损坏。

进一步地，组成单元换热器50的三个板51、52和53分别具有形成于其中的用于采暖水的入口部分32和出口部分34以及用于热水的入口部分42和出口部分44。中间板52的热水入口部分42被焊接到板53的热水出口部分44上，以便形成采暖水通路54。同样，中间板52的采暖水入口部分32也被焊接到板51的采暖水出口部分34上，以便形成热水通路55。因此，当多个单元换热器50彼此层叠时，单元换热器50的采暖水通路54彼此连通，并且同样地，单元换热器50的热水通路55也彼此连通，从而建立具有入口部分和出口部分的换热器。

当然，单元换热器的硬钎焊通常在不锈钢钎焊炉中完成。在对三个板51、52和53进行硬钎焊后，借助附在中间板52上的两个板51和53限定两条流体通路。一条流体通路用作供采暖水通过其中的采暖水通路54，另一条流体通路用作供热水通过其中的热水通路55。

根据必需的容量，将一些单元换热器50彼此层叠并硬钎焊在一起。在单元50被硬钎焊后，相邻的板51的一面凸一面凹部分在相邻的单元换热器50之间限定排气通路56(粗箭头表示)，由燃烧产生的排气通过该排气通路56。当然，单元换热器50可以同时层叠并进行硬钎焊，以便形成换热器。

如图3所示，引入到采暖水入口部分32的采暖水通过每个换热器50的采暖水通路54排出到采暖水出口部分34。同样，引入到热水入口部分42的冷水也通过每个单元换热器50的热水通路55排出到热水出口部分44。当流经单元换热器50之间的排气通路56时，排气将热量传递给采暖水通路54和热水通路55中的采暖水和热水。

当进行房间加热时，采暖水具有增加的热量吸收能力。因此，由热水通路55吸收的热能通过中间板52传递给采暖水通路54。另一方面，当使用热水时，热水具有增加的热量吸收能力。那么，由采暖水通路54吸收的热能通过中间板52传递给热水通路55。

通过上述过程，当对房间加热并使用热水时，本发明的潜热换热器100具有最大热量吸收能力。因此，不需要用于热水的单独的间接换热器。

图6为示出根据本发明采用潜热换热器的冷凝锅炉结构的视图，该潜热换热器中整体形成有热水换热器和采暖水换热器。

如这里所附的图6所示，在具有顺流燃烧换热器的冷凝锅炉中，送风机19布置在锅炉的上端，并且燃烧器10、显热换热器200和潜热换热器100按顺序布置在送风机19的下方。

特别地，具有用于热水通路210的外管和用于采暖水通路220的内管的套管式换热器在冷凝锅炉中用作显热换热器200。然而，显热换热器200不限于套管式换热器。显热换热器200可以具有用于采暖水通路的外管和用于热水通路的内管，并且也可以在使用热水时，应用于套管式换热器，该套管式换热器采用三通阀在锅炉中循环采暖水，代替在房间内的采暖管内循环采暖水。

在如上述构造的本发明的冷凝锅炉中，由燃烧器10产生的燃烧热与显热换热器200中的热水直接接触，以向热水传递热量，从而对热水加热，热水再依次间接对采暖水进行加热。

潜热换热器100利用通过显热换热器200的排气的潜热，对从房间内的采暖管中回流的采暖水和从冷水管15中引入的冷水进行预热。

通过潜热换热器100的排气通过排气口23排出到外部。热传递过程中产生的冷凝水被收集到排水管22中然后排出到外部。

进一步地，循环泵21布置在采暖管线的一部分以循环采暖水。当循环泵21运行时，完成加热房间的采暖水通过采暖水回流端口14引入到锅炉中，并且流至膨胀水箱18，以调节其压力。接着，采暖水通过潜热换热器100和显热换热器200中的热传递过程吸收热能，并供应给房间中的采暖管线，从而加热房间。加热空间的过程重复进行。

如上所述，本发明利用潜热换热器100中的排气的潜热对采暖水和热水进行预热，并且使得采暖水和热水吸收潜热换热器中的潜热。因此，热水通路和采暖水通路双双形成于其中的套管式换热器可以用作显热换热器。

如上所述，本发明可以将套管式换热器用作显热换热器，从而用冷凝锅炉中的潜热对冷水进行预热。

尽管为了例示性的目的描述了本发明的优选实施例，但是本领域的技术人员应该理解在不脱离所附权利要求书所公开的本发明的范围和精神的情况下可以进行各种修改、添加和替换。

Claims (4)

1.一种用于供应采暖水和热水的冷凝锅炉的换热器，该换热器包括：

显热换热器；以及

潜热换热器，所述潜热换热器包括采暖水换热器和热水换热器；该采暖水换热器具有带有一个入口和多个出口的入口部分、带有多个入口和一个出口的出口部分、以及被连接到入口部分的多个出口和出口部分的多个入口并平行排列的多个采暖水换热管；该热水换热器具有分别与该采暖水换热器相邻布置的多个热水换热器、带有一个入口和多个出口并被连接到该热水换热器的热水入口端口的入口部分、以及带有多个入口和一个出口并被连接到该热水换热器的热水出口端口的出口部分；

其中该采暖水换热器的出口部分被连接到该显热换热器的采暖水端口，并且该热水换热器的出口部分被连接到该显热换热器的热水端口。

2.一种用于供应采暖水和热水的冷凝锅炉的换热器，该换热器包括：

显热换热器；以及

通过连接多个单元换热器以限定排气通路而制成的潜热换热器，每个单元换热器以如此方式制造，具有一面凹一面凸形状的三个板彼此层叠，将采暖水通路和热水通路限定为彼此相邻，以便增加传热面积。

3.如权利要求2所述的冷凝锅炉的换热器，其中组成该单元换热器的三个板中的每个具有形成于该板上的采暖水入口部分和采暖水出口部分以及热水入口部分和热水出口部分，其中限定该采暖水通路的中间板的热水入口部分的边缘部分和限定该采暖水通路的外部板的热水出口部分的边缘部分焊接在一起，同样地，其中限定热水通路的中间板的采暖水入口部分的边缘部分和限定热水通路的另一外部板的采暖水出口部分的边缘部分焊接在一起，并且其中当该多个单元换热器层叠时，该单元换热器的采暖水通路彼此连通，并且同样地，该单元换热器的热水通路也彼此连通，以便该潜热换热器具有带有一个入口和多个出口的入口部分以及带有多个入口和一个出口的出口部分。

4.如权利要求1至3中任意一项所述的冷凝锅炉的换热器，其中该显热换热器包括以如此方式制造的套管式换热器，该显热换热器的采暖水换热管被插入到显热换热器的热水换热管中，或者该显热换热器的热水换热管被插入到该显热换热器的采暖水换热管中。

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