直混式热交换器的制作方法

1.本发明涉及适配于燃烧机使用的换热装置，具体是一种直混式热交换器。


背景技术：

2.传统的热水锅炉或热风炉，大多是将水或风通过管道送经炉膛内，炉膛内的热源通过加热管道的管壁将热能间接地交换给管道内的水或风，为了提高锅炉的热交换效率，通常采用增加管道表面积的方法来增加热源与管道的热交换表面积，如锅炉内经常采用的列管结构就是通过增加管道数量来提高其与热源的接触面积，从而更好的吸收热能避免热损耗，部分锅炉还采用迷宫式结构来提高其热交换效率，上述手段使得传统的热水锅炉或热风炉其内部结构逐渐趋于复杂化，导致锅炉的体积庞大、制造工艺复杂、材料消耗较多、制造成本高昂且维护维修难度较高；随着人们环保意识的逐渐提高，低碳环保尾烟洁净的燃烧机逐渐普及，很多传统的热水锅炉或热风炉也开始选用燃烧机作为热源，但由于燃烧机工作时其火焰是沿直线高速喷出的，与传统锅炉内部结构的气流特性匹配度不佳，通常还需要对锅炉的内部结构进行优化改造，延长火焰热能在炉膛内的滞留时间，使热值被充分利用，不仅增加了改造的成本，其换热效果没有显著提升，因此亟需一种适配于燃烧机使用的换热装置。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种直混式热交换器，该换热装置适配于燃烧机使用，用于代替传统的热水锅炉或热风炉，且相比于传统结构的热水锅炉或热风炉，该换热装置还具有体积小、结构简单、造价低廉、换热效率高的优点。
4.本发明的技术方案是：直混式热交换器，其特征在于：具有套接的内管和外管，内、外管之间设有隔空层；外管两端与内管两端沿周密封固连，外管上设有与隔空层相连通的进口管；内管前端设有第一进火孔，内管后端设有混热出口，内管前端的内部空间段设为预热腔，内管后端的其余内部空间段设为混合腔，位于混合腔内的内管壁上设有多个喷管，各喷管一端设有喷嘴，各喷管另一端与所述的隔空层连通。
5.预热腔长度尺寸是内管长度尺寸的1/5～1/3。
6.全部或部分的喷嘴其喷射方向垂直于内管轴心线。
7.全部或部分的喷嘴其喷射方向朝内管的后端倾斜。
8.所述的喷嘴是扁嘴。
9.进口管出口端的管口位于预热腔和混合腔交界处的外管壁上。
10.进口管的进水方向朝内管的后端倾斜。
11.内管前端装有燃烧机用水助燃装置，该装置具有供水箱和火筒，火筒的内壁上设有保温层，保温层的表面设有隔热层，火筒的前端设有第二进火孔，火筒后端设有喷火孔，该喷火孔与内管前端的第一进火孔相对，火筒中设有蒸气发生管道和蒸气干馏管道，蒸气发生管道置于蒸气干馏管道的外围，蒸气发生管道和蒸气干馏管道之间设有过火空隙；蒸
气发生管道前端进水口与供水箱连通，蒸气发生管道后端出气口与蒸气干馏管道后端进气口连通，蒸气干馏管道前端口设有位于火筒内中心处的助燃喷口，该助燃喷口处的蒸气干馏管道内设有若干个集热翅片。
12.本发明的工作原理和优点是：本装置充分利用了燃烧机的环保性能和工作特性，将燃烧机的喷火口与内管的第一进火孔相对，使燃烧机喷出的火焰通过该第一进火孔在内管中喷射燃烧，将压力水或风送入隔空层内，燃烧机喷出的火焰首先加热内管预热腔段的管壁，从而对隔空层内的水或风进行预热；同时，隔空层内流动的低温水或低温空气还具有为内管进行降温和隔温的综合优点，最大限度的减少了热值的损耗的同时，还显著延长了内管的使用寿命，正常使用能够达到管体终身免维护的显著优点；
13.用于代替传统的热水锅炉应用时：隔空层内的压力水通过各喷嘴散射喷入所述的混合腔内形成幕状水雾，燃烧机高速喷出的火焰与滞空的水滴直接接触，从而使水滴被火焰的高温直接包裹进行热交换，并且，高速喷出的火焰不断地将水滴吹散形成更小的水滴，从而呈几何式增长地扩大了水滴与火焰的热交换面积，换热效果极其显著，同时，由各喷嘴喷出形成的多层水幕对燃烧机的火焰射流具有滞留阻力，能够有效对火焰进行降速使其热能与水进行充分的热交换，被加热的水通过混热出口提供给用热设备；通过调节燃烧机的工况或送水流量即可方便的控制水温。
14.用于代替传统的热风炉使用时：隔空层内的压力风通过各喷嘴散射喷入所述的混合腔内，压力风与火焰交叉搅拌形成湍流，从而使火焰热能和压力风在混合腔内就能进行充分的混合均匀，获得的热风通过混热出口可直接送入用热设备中进行使用，通过调节燃烧机的工况或送风流量即可方便的控制热风的温度。
15.综上所述，本技术装置兼具有代替传统的热水锅炉和热风炉的显著优点，通用性强，充分利用了燃烧机的工作特性，一并替代了不同构造的热水锅炉和热风炉，其主体结构仅具有内管和外管，相比传统结构的锅炉，本技术装置兼具有体积小、结构简单、造价低廉、换热效率高的优点。
16.通过实验推算，预热腔与混合腔的长度比例尺寸限定更有利于提高本技术装置的热交换效率，用于商业方面的保护。垂直或朝内管后端倾斜的喷嘴跟有利于使水或风与火焰热源进行混合交融。在设有水助燃装置的技术方案中，将燃烧机的喷火口与火筒前端的第二进火孔相对，火焰通过本装置进行助燃后再进入内管前端的第一进火孔向后传递，通过水助燃装置能够提高燃烧机的火焰热值，其燃烧后的尾烟无色无味，节能环保效果显著。
17.所述的扁嘴能够喷出扇形的水幕或风幕，扇形水幕或风幕与火焰迎面接触进一步地提高了换热效率。位于预热腔和混合腔交界处的进口管既能够保证各喷嘴的喷出压力，又能向预热腔段的隔空层内送入低温的水或风，该段隔空层内的水或风被加热后则迅速向上和向后流动形成良性循环。通过进口管向隔空层内倾斜喷入水和风能够沿内、外管壁形成旋流，减少进水阻力。
附图说明
18.图1是本发明直混式热交换器的纵向剖面轴视结构示意图。
19.图2是本发明直混式热交换器的纵向剖面主视结构示意图
20.图3是本发明直混式热交换器的应用状态示意图。
21.图4是本发明直混式热交换器的另一种应用状态示意图。
22.图中1外管、2内管、3隔空层、4进口管、5喷管、6喷嘴、7第一进火孔、8混热出口、9安装法兰、10喷射方向、11内管轴心线、12混合腔、13预热腔、14燃烧机、15喷火口、16储水箱、17进水管、18水分布器、19循环管、20循环泵、21水泵、22用热设备、23第二进火孔、24蒸气发生管道前端进水口、25供水箱出水管、26流量阀、27供水箱、28隔热层、29保温层、30蒸气发生管道、31蒸气干馏管道、32火筒、33过火空隙、34助燃喷口、35喷火孔、36集热翅片。
具体实施方式
23.直混式热交换器，如图1和图2所示，其具有套接的内管2和外管1，内、外管之间设有隔空层3；外管两端与内管两端沿周密封固连，外管上设有与隔空层相连通的进口管4；内管前端设有第一进火孔7，内管后端设有混热出口8，内管前端的内部空间段设为预热腔13，内管后端的其余内部空间段设为混合腔12，位于混合腔内的内管壁上设有多个喷管5，各喷管一端设有喷嘴6，各喷管另一端与所述的隔空层连通。
24.预热腔长度尺寸是内管长度尺寸的1/5～1/3。具体举例为：设内管长度尺寸为3米，所述的预热腔长度尺寸则限定为0.6～1米之间，混合腔的长度约为2～2.4米。
25.各喷管的设计位置以及各喷管上喷嘴的喷射方向优先考虑各喷嘴所喷出的水或风能够覆盖或遍布位于混合腔处的内管空间，从而确保热交换效率，全部或部分的喷嘴其喷射方向10垂直于内管轴心线11；使得喷嘴向内管轴心线方向垂直的喷射水或风。全部或部分的喷嘴其喷射方向朝内管的后端倾斜；使得喷嘴向内管后端倾斜的喷射水或风。各喷嘴喷出的水或风与其它喷嘴喷出的水或风以及内管管壁相碰撞迸射发散与燃烧机的火焰进行搅拌混合。上述两种喷射方向的喷嘴也可混合使用，如图1所示，多个喷管沿内管周向环形均布排列为一组，多组喷管沿内管轴向间隔布置，构成多个喷管的阵列结构，每隔两组装有倾斜喷射喷嘴的喷管就设有一组或多组装有垂直喷射喷嘴的喷管，上述结构的喷管在内管中构成喷射水或风的阵列，喷出的水或风可形成迷宫结构，延长火焰热源的滞留时间，从而充分的进行火与水或火与风混合交融的热交换过程。
26.所述的喷嘴是扁嘴。所述的扁嘴其狭长端横置与内管中，目的是使喷出的水或风呈扇形迎面与燃烧机的火焰接触混合，进一步的，多个喷管沿周向环形均布设在所述内管壁上，各喷管上的扁嘴以对应喷管的轴心线为轴心偏转设有一定的偏转角度，该偏转角度优选2～5度，使得沿内管环状布置的多个喷嘴喷出的扇形水或风构成类似螺旋叶片状的结构，既能使相邻扁嘴喷出的扇形水或风之间相互不干涉，又能使两者之间的产生一个狭窄的过火间隙，进一步延长火焰热源的滞留时间，显著的提高了热交换效率。
27.进口管出口端的管口位于预热腔和混合腔交界处的外管壁上。进口管的进水方向朝内管的后端倾斜。
28.如图4所示，内管前端装有燃烧机用水助燃装置，该装置具有供水箱27和火筒32，火筒的内壁上设有保温层29，保温层的表面设有隔热层28，火筒的前端设有第二进火孔23，火筒后端设有喷火孔35，该喷火孔与内管前端的第一进火孔相对，火筒中设有蒸气发生管道30和蒸气干馏管道31，蒸气发生管道置于蒸气干馏管道的外围，蒸气发生管道和蒸气干馏管道之间设有过火空隙33；蒸气发生管道前端进水口24与供水箱连通，蒸气发生管道后端出气口与蒸气干馏管道后端进气口连通，蒸气干馏管道前端口设有位于火筒内中心处的
助燃喷口34，该助燃喷口处的蒸气干馏管道内设有若干个集热翅片36。
29.所述的喷嘴是指用于将喷管中的高压水整流喷溅呈散射状的水幕，通常该水幕的形状为伞状、扇形、球形等，根据实际需要优选市售的高压水雾喷嘴产品；所述的外管或内管的前端设有用于与燃烧机喷火口或水助燃装置中火筒前端的第一进火孔进行联接的安装法兰9。
30.本技术直混式热交换器的试制成品尺寸如下：内管的内直径为219毫米，内管和外管的管壁厚度均为6毫米，外管的内直径为291毫米，内、外管之间的隔空层厚度约为30毫米，内、外管的总长度约为3000毫米，内管前端的预热腔长度约为700毫米，内管后端其余空间为混合腔，各喷管采用标准3分水管，各分管的喷嘴加工为扁嘴，扁嘴的扁口宽度为0.2
±
0.1毫米，所述的进口管采用标准2寸水管。测试时，进口管的送水流量为每小时50～60吨，采用功率为30万大卡的某国产环保型燃烧机，在该直混式热交换器运行后趋于平稳正常的工作状态下，测得进口管处的进水温度为25～30℃，测得混合出口处的出水温度为80～85℃，在反复试验的过程中，本技术装置的热效率最高可达到98％，技术效果显著。
31.如图3所示，本技术直混式热交换器用于代替传统的热水锅炉应用时，还设有储水箱16，该储水箱是用热设备中的热水储存装置，所述的混热出口与储水箱进水管17连通，燃烧机14的喷火口15与第一进火孔连通，在该组合结构中，内管的前端略高于后端或者在内管前端管口内设有内凸沿，目的是使管中的积水能够靠重力流淌到储水箱内，该储水箱内装有水分布器18和循环管19，储水箱进水管的出口置于水分布器的下方，循环管上端与水分布器的进水端连通，循环管上设有循环泵20，循环管的下端置于储水箱底部用于汲取储水箱内的水，循环泵将储水箱内的水送至水分布器内向下喷淋，用于回收由进水管通入的火焰热值，进一步提高本技术直混式热交换器的热效率，储水箱内的水通过水泵21提供给用热设备22，该用热设备使用后的水可作为循环水重新加压供给直混式热交换器使用，形成一个封闭的循环，在利用水循环的结构中，所述的储水箱设有水位传感器，当水位传感器检测到储水箱内水位过低时，通过自动补水机构向外管上的进口管进行定量补水，该进口管的进水端或水箱内或用户管道上装有多级滤网，用于过滤水中杂质，目的是避免堵塞喷嘴。
32.所述的燃烧机优选使用尾烟洁净或以清洁能源作为燃料的燃烧机，例如甲醇燃烧机、天然气燃烧机、无烟颗粒燃烧机、低氮燃烧机等等，从而获得洁净的热水或热风。如图4所示，为了进一步提高本技术直混式热交换器的技术效果，本技术直混式热交换器还包括有所述的水助燃装置，所述的水助燃装置，其工作原理为：将燃烧机喷火端置于火筒前端的第一进火孔内，使燃烧机产生的火焰通过火筒内部由火筒后端的喷火孔喷出，燃烧机的火焰持续加热蒸气发生管道、蒸气干馏管道，在供水箱内加入水并保持水位，水通过供水箱出水管进入蒸气发生管道内，蒸气发生管道内的水被加热至生成过热蒸气后进入蒸气干馏管道，蒸气干馏管道相比于蒸气发生管道更接近火筒中心，因此其被燃烧机火焰加热的温度更高，在连续不断的加热过程中，蒸气干馏管道内的过热干馏蒸气被千度以上的高温裂解成两个氢、一个氧等离子体，由此产生的氢氧离子态的热能通过助燃喷口与火筒内燃烧机喷出的火进行混合燃烧，氧是助燃气体，氢是可燃气体，混合参与燃烧后不仅极大的提高了火焰温度和火力强度，还能使燃烧机火焰中没有燃尽的燃料进行再次燃烧；从而达到提高燃烧机的火焰热值，使其燃烧后的尾烟无色无味的技术效果，加装该水助燃装置，能够使混
合后的热水或热风更加洁净，从而降低换水或换过滤网的频次，降低使用成本。
33.所述的水助燃装置中，其助燃喷口位于火筒内的中心处，能使分解后的氢氧直接送入燃烧机的火焰中部进行混合燃烧，助燃喷口还能也作为扰流件将集束喷出的火焰打散，翻搅火焰中没有燃尽的燃料与氢氧结合进行混合燃烧，进一步提高助燃效率，缩短火焰燃烧路程。所述的集热翅片能有效增加与过热干馏蒸气的接触面积，从而提高过热干馏蒸气的分解效率。所述的火筒的内壁上设有保温层，保温层的表面设有隔热层，用于将火焰产生的温度聚拢在火筒内，从而使本装置工作稳定。进火孔上套装有燃烧机连接法兰，燃烧机连接法兰与火筒固连，该燃烧机连接法兰用于将水助燃装置安装在燃烧机的喷火孔处。蒸气发生管道前端进水口通过供水箱出水管25与供水箱连通，供水箱出水管上装有流量阀26，该流量阀用于对水助燃装置的工况进行调节，以达到最佳技术效果。
34.在本技术的描述中，所述的“前”是指靠近燃烧机的方向，所述的“后”是“前”的反方向；“内”是指朝向或靠近内管轴心线的方向，“外”是“内”的反方向；文中所述“第一”、“第二”仅用于对特征的区分描述，不代表位置次序。在本技术描述中，“设有”、“连通”等术语应在本领域内做广义理解，例如：“外管上设有与隔空层相连通的进口管”是指进口管与隔空层之间可进行水或风的介质传输，对于本领域的普通技术人员而言，外管上必然加工有通孔，通孔的里侧为隔空层，所述的进口管的管口与该通孔相对，通过焊接或法兰对接使进口管的管口与该通孔沿周密封固连；可根据具体情况理解各术语在本技术中的具体含义。