本發(fā)明涉及用于通過(guò)熱氣體(例如煙道氣體)流來(lái)加熱水的熱交換器的領(lǐng)域。煙道氣體可以由集成在可以設(shè)置在熱交換器中的燃燒室中的燃燒器產(chǎn)生。
背景技術(shù)：
：US2010/0242863A1描述了一種包括鋁制的壁的熱交換器。這些壁包圍至少一個(gè)載水通道并具有至少一個(gè)煙道氣流。至少一個(gè)壁形成載水通道與煙道氣流之間的邊界。至少一個(gè)壁設(shè)置有翅片和/或銷，這些翅片和/或銷放大熱交換表面并且在煙道氣流中延伸。熱交換器具有至少一個(gè)載水通道，該載水通道包括由U形轉(zhuǎn)彎分隔的多個(gè)連續(xù)的平行直段。熱交換器包括用于安裝燃燒器以生成煙道氣體的燃燒室。EP16696892A2公開(kāi)了一種熱交換器，其具有水傳送通道，該水傳送通道包括由U形轉(zhuǎn)彎分隔的多個(gè)連續(xù)的平行直段。U形轉(zhuǎn)彎包括定位在水流通道中以偏離水流的偏轉(zhuǎn)元件。偏轉(zhuǎn)元件在U形轉(zhuǎn)彎的一段的整個(gè)長(zhǎng)度上延伸并且與U形轉(zhuǎn)彎的壁的輪廓相對(duì)應(yīng)。偏轉(zhuǎn)元件據(jù)說(shuō)提供更均勻的水流和減少水通道中的壓降。GB1425473A公開(kāi)了一種特別用于燃?xì)饣蛉加蜔崴鞯膮^(qū)段式熱交換器，其由多個(gè)并排熱交換單元組成，每個(gè)熱交換單元包括通過(guò)一個(gè)或多個(gè)翅片管互連的一對(duì)集管段。每個(gè)集管段在一端形成有內(nèi)錐形承窩，在相對(duì)端形成外錐形表面，相鄰集管段的端部對(duì)齊并相互配合地接納在一起，以限定共同的供給和排出集管。每個(gè)管為U形管的形式，其具有通過(guò)返回彎頭連接的直線部分。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的主要目的是提供一種用于從熱氣體到水的熱交換的熱交換器；并且在一個(gè)或多個(gè)水流通道中具有減小的壓降。本發(fā)明的第一方面是一種熱交換器。該熱交換器包括用于熱氣體流動(dòng)的至少一個(gè)氣流通道。熱交換器還包括用于水流動(dòng)的至少一個(gè)水流通道。熱交換器還包括金屬壁，其將氣流通道與水流通道界定，用于在氣流通道中的熱氣體與水流通道中的水之間交換熱量，以便加熱水。該至少一個(gè)水流通道包括多個(gè)連續(xù)的平行直段，其中兩個(gè)連續(xù)的平行直段由壁和U形轉(zhuǎn)彎分隔。該U形轉(zhuǎn)彎包括上游段和下游段。上游段和下游段被限定為U形轉(zhuǎn)彎的區(qū)段，一方面被將兩個(gè)連續(xù)的平行直段分隔的壁的平面界定；另一方面被穿過(guò)將兩個(gè)連續(xù)的平行直段分隔的壁的端部區(qū)段的平面界定，該平面平行于水流通道的寬度方向，并且垂直于將兩個(gè)連續(xù)的平行直段分隔的壁的平面。上游段位于U形轉(zhuǎn)彎的上游部分；并且下游段位于U形轉(zhuǎn)彎的下游部分。在至少兩個(gè)U形轉(zhuǎn)彎中，上游段具有的體積比下游段的體積小至少20％(優(yōu)選至少25％、更優(yōu)選至少30％、甚至更優(yōu)選至少35％)。本發(fā)明的熱交換器在其使用期間顯示出在其水流通道中顯著降低的壓降。熱交換器包括用于熱氣體流動(dòng)的至少一個(gè)氣流通道，用于水流動(dòng)的至少一個(gè)水流通道；以及金屬壁，其將氣流通道與水流通道界定，用于在氣流通道中的熱氣體與水流通道中的水之間交換熱量，以便加熱水。優(yōu)選地，金屬壁是鑄造壁。優(yōu)選地，金屬壁由鋁制成或由鋁合金制成。優(yōu)選地，金屬壁在氣流通道的側(cè)部處包括銷和/或翅片以增加熱交換表面。優(yōu)選地，熱交換器適用于冷凝熱單元(heatcell)。優(yōu)選地，熱交換器是鋁或鋁合金熱交換器。在優(yōu)選的熱交換器中，水流通道經(jīng)由一個(gè)或多個(gè)鑄造金屬部件，更優(yōu)選地經(jīng)由一個(gè)或多個(gè)鋁或鋁合金鑄造部件提供。優(yōu)選地，在至少兩個(gè)連續(xù)的U形轉(zhuǎn)彎中，上游段具有的體積比下游段的體積小至少20％(優(yōu)選至少25％、更優(yōu)選至少30％、甚至更優(yōu)選至少35％)。優(yōu)選地，在至少三個(gè)(優(yōu)選是連續(xù)的)U形轉(zhuǎn)彎中，上游段具有的體積比下游段的體積小至少20％(優(yōu)選至少25％、更優(yōu)選至少30％、甚至更優(yōu)選至少35％)。優(yōu)選地，在至少四個(gè)(優(yōu)選是連續(xù)的)U形轉(zhuǎn)彎中，上游段具有的體積比下游段的體積小至少20％(優(yōu)選至少25％、更優(yōu)選至少30％、甚至更優(yōu)選至少35％)。在優(yōu)選的熱交換器中，至少一個(gè)水流通道被設(shè)置用于相對(duì)于至少一個(gè)氣流通道逆流。在優(yōu)選實(shí)施例中，將水流通道的兩個(gè)連續(xù)的平行直段分隔的壁是共用壁，優(yōu)選地由金屬制成，更優(yōu)選地由鋁制成或由鋁合金制成?！八魍ǖ赖膬蓚€(gè)連續(xù)的平行直段由共用壁分隔”是指水流通道的兩個(gè)連續(xù)的平行直段中的每一個(gè)平行直段中的水接觸共用壁的每一側(cè)。優(yōu)選地，共用壁是實(shí)心金屬壁，優(yōu)選由鋁制成或由鋁合金制成。在優(yōu)選實(shí)施例中，緊接著U形轉(zhuǎn)彎的下游的平行直段的寬度小于緊接著U形轉(zhuǎn)彎的上游的平行直段的寬度；和/或緊接著U形轉(zhuǎn)彎的下游的平行直段的高度小于緊接著U形轉(zhuǎn)彎的上游的平行直段的高度。在優(yōu)選實(shí)施例中，對(duì)于在至少三個(gè)連續(xù)U形轉(zhuǎn)彎之間的平行直段，下游平行直段具有比上游平行直段更長(zhǎng)的長(zhǎng)度。在優(yōu)選實(shí)施例中，緊接著U形轉(zhuǎn)彎下游的平行直段的橫截面面積小于緊接著U形轉(zhuǎn)彎的上游的平行直段的橫截面面積。在優(yōu)選實(shí)施例中，緊接著U形轉(zhuǎn)彎下游的平行直段的橫截面具有大致矩形的橫截面；其中大致矩形的橫截面的最長(zhǎng)邊與最短邊的比率小于1.5；優(yōu)選小于1.3。這種實(shí)施例的附加特征協(xié)同地有助于減少水流通道中的壓降。優(yōu)選地，大致矩形的橫截面的最長(zhǎng)邊是水通道的高度；并且大致矩形的橫截面的最短邊是水通道的寬度。在優(yōu)選實(shí)施例中，在水流通道中的第二U形轉(zhuǎn)彎中，下游段與上游段之間的體積的相對(duì)差異大于20％，但小于在水流通道中到第二U形轉(zhuǎn)彎的上游第一U形轉(zhuǎn)彎中的下游段與上游段之間的體積的相對(duì)差異。該相對(duì)差異被定義為下游段的體積減去上游段的體積，除以下游段的體積。該實(shí)施例協(xié)同地增加了熱交換器的性能。在具有氣流通道相對(duì)于水流通道的逆流的優(yōu)選熱交換器中，該實(shí)施例解決了在熱氣體的溫度最高的區(qū)段中使熱交換器的金屬壁過(guò)熱的風(fēng)險(xiǎn)。在優(yōu)選實(shí)施例中，熱交換器包括一系列U形轉(zhuǎn)彎。在一系列U形轉(zhuǎn)彎中的每個(gè)U形轉(zhuǎn)彎中，U形轉(zhuǎn)彎的下游段與上游段之間的體積的相對(duì)差異大于20％。在一系列U形轉(zhuǎn)彎中，U形轉(zhuǎn)彎的下游段與上游段之間的體積的相對(duì)差異在水流通道的下游方向上減小。優(yōu)選地，該系列包括至少3個(gè)U形轉(zhuǎn)彎，更優(yōu)選地至少4個(gè)U形轉(zhuǎn)彎，甚至更優(yōu)選地至少5個(gè)U形轉(zhuǎn)彎。優(yōu)選地，該系列U形轉(zhuǎn)彎中的U形轉(zhuǎn)彎是連續(xù)的U形轉(zhuǎn)彎。根據(jù)這種實(shí)施例的熱交換器提供了更好的功能。在具有氣流通道相對(duì)于水流通道的逆流的優(yōu)選熱交換器中，該實(shí)施例解決了在熱氣體的溫度最高的區(qū)段中使熱交換器的金屬壁過(guò)熱的風(fēng)險(xiǎn)。在優(yōu)選的熱交換器中，水流通道包括U形轉(zhuǎn)彎的下游，其中上游段的體積比下游段的體積小至少20％，還包括至少一個(gè)U形轉(zhuǎn)彎(優(yōu)選至少兩個(gè)U形轉(zhuǎn)彎，更優(yōu)選地至少三個(gè)U形轉(zhuǎn)彎)，其中上游段具有基本上等于或大于下游段的體積。根據(jù)這種實(shí)施例的熱交換器提供了更好的功能。在具有氣流通道相對(duì)于水流通道的逆流的優(yōu)選熱交換器中，該實(shí)施例解決了在熱氣體的溫度最高的區(qū)段中使熱交換器的金屬壁過(guò)熱的風(fēng)險(xiǎn)。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，熱交換器是區(qū)段式熱交換器。該區(qū)段式熱交換器包括兩個(gè)端部段和設(shè)置在該兩個(gè)端部段之間的一個(gè)或多個(gè)中間段。該一個(gè)或多個(gè)中間段和兩個(gè)端部段在熱交換器中被組裝。在區(qū)段式熱交換器中設(shè)置有燃燒室，優(yōu)選地垂直于一個(gè)或多個(gè)中間段。該一個(gè)或多個(gè)中間段中的每個(gè)中間段包括至少一個(gè)水流通道。在每?jī)蓚€(gè)連續(xù)段之間存在至少一個(gè)氣流通道，并且氣流通道從燃燒室延伸。至少一個(gè)中間段，優(yōu)選每個(gè)中間段以及優(yōu)選地兩個(gè)端部段包括至少一個(gè)水流通道，該水流通道包括多個(gè)連續(xù)的平行直段，其中兩個(gè)連續(xù)的平行直段由壁和U形轉(zhuǎn)彎分隔。該U形轉(zhuǎn)彎包括上游段和下游段。上游段和下游段被限定為U形轉(zhuǎn)彎的區(qū)段，一方面被將平行直段分隔的壁的平面界定；另一方面被穿過(guò)將連續(xù)的平行直段分隔的壁的端部區(qū)段的平面界定，該平面平行于水流通道的寬度方向，并且垂直于將連續(xù)的平行直段分隔的壁的平面。上游段位于U形轉(zhuǎn)彎的上游部分；并且下游段位于U形轉(zhuǎn)彎的下游部分。在至少兩個(gè)(優(yōu)選至少三個(gè)、更優(yōu)選至少四個(gè))U形轉(zhuǎn)彎(優(yōu)選至少兩個(gè)連續(xù)U形轉(zhuǎn)彎、更優(yōu)選至少三個(gè)連續(xù)U形轉(zhuǎn)彎，甚至更優(yōu)選至少四個(gè)連續(xù)的U形轉(zhuǎn)彎)中，上游段具有比下游段的體積小至少20％(優(yōu)選至少25％、更優(yōu)選至少30％、甚至更優(yōu)選至少35％)的體積。本實(shí)施例的不同子實(shí)施例的所述優(yōu)選特征可以彼此組合，同時(shí)保持在本發(fā)明的范圍內(nèi)。在優(yōu)選實(shí)施例中，熱交換器是單鑄金屬熱交換器，例如由鋁或鋁合金制成。優(yōu)選的熱交換器包括燃燒室，其用于安裝燃燒器，優(yōu)選地用于安裝預(yù)混合氣體燃燒器，更優(yōu)選地表面穩(wěn)定的預(yù)混合氣體燃燒器。在優(yōu)選的熱交換器中，U形轉(zhuǎn)彎的上游段的外部部分包括具有最小曲率半徑R1的彎曲部分；并且U形轉(zhuǎn)彎的下游段的外部部分包括具有最小曲率半徑R2的彎曲部分。最小曲率半徑R2為至少20mm；優(yōu)選至少25mm。R1/R2的比率高于1.5；優(yōu)選高于1.66；更優(yōu)選高于2；更優(yōu)選高于2.33；更優(yōu)選高于2.66；更優(yōu)選高于3。本發(fā)明的第二方面是一種熱單元，其包括如本發(fā)明的第一方面的任何實(shí)施例中的熱交換器。熱交換器包括燃燒室。在熱交換器的燃燒室中設(shè)置有燃燒器，優(yōu)選預(yù)混合氣體燃燒器，更優(yōu)選表面穩(wěn)定的預(yù)混合氣體燃燒器。優(yōu)選地，熱單元是冷凝熱單元。優(yōu)選地，熱單元包括冷凝槽，以收集來(lái)自在熱交換器中產(chǎn)生的煙氣體的冷凝物。本發(fā)明的第三方面是一種鍋爐，包括如本發(fā)明的第一方面的熱交換器或如本發(fā)明的第二方面的熱單元。優(yōu)選地，鍋爐是冷凝鍋爐。優(yōu)選地，熱單元包括冷凝槽，以收集來(lái)自在熱交換器中產(chǎn)生的煙氣體的冷凝物。附圖說(shuō)明圖1示出了本發(fā)明的熱交換器的水流通道的一部分的橫截面。圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的區(qū)段式熱交換器的燃燒室的縱向方向上的橫截面。圖3示出了垂直于根據(jù)本發(fā)明的區(qū)段式熱交換器的燃燒室的水流通道的橫截面。圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的區(qū)段式熱交換器的垂直于燃燒室的兩個(gè)區(qū)段之間的橫截面。具體實(shí)施方式圖1示出了本發(fā)明的熱交換器的水流通道100的一部分的橫截面。圖1示出了水流通道100的兩個(gè)連續(xù)的平行直段103、105。兩個(gè)連續(xù)的平行直段103、105由壁109和U形轉(zhuǎn)彎111分隔。U形轉(zhuǎn)彎111包括上游段113和下游段115。當(dāng)熱交換器運(yùn)行時(shí)，水的流動(dòng)方向由箭頭117示出。上游段113和下游段115被限定為U形轉(zhuǎn)彎111的區(qū)段，其一方面被將連續(xù)的平行直段(103和105)分隔的壁109的平面119界定；另一方面被穿過(guò)將連續(xù)的平行直段(103和105)分隔的壁109的端部區(qū)段108的平面121界定，該平面121平行于水流通道100的寬度方向并且垂直于將兩個(gè)連續(xù)的平行直段(103和105)分隔的壁109的平面。上游段113位于U形轉(zhuǎn)彎111的上游部分。下游段115位于U形轉(zhuǎn)彎111的下游部分。圖1示出了水流通道的橫截面。然而，必須理解，上游段113和下游段115是體積而不是表面。U形轉(zhuǎn)彎111的上游段113的外部部分114包括具有最小曲率半徑R1的彎曲段(參見(jiàn)圖1)；并且U形轉(zhuǎn)彎111的下游段115的外部部分116包括具有最小曲率半徑R2的彎曲段(參見(jiàn)圖1)。圖2、圖3和圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的區(qū)段式熱交換器的橫截面。圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的區(qū)段式熱交換器的燃燒室225的縱向方向上的橫截面。圖3示出了垂直于根據(jù)本發(fā)明的區(qū)段式熱交換器的燃燒室的水流通道235的橫截面。圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的區(qū)段式熱交換器的垂直于燃燒室225的兩個(gè)區(qū)段之間的橫截面。示例性區(qū)段式熱交換器包括兩個(gè)端部段204和設(shè)置在兩個(gè)端部段204之間的三個(gè)中間段220。三個(gè)中間段220和兩個(gè)端部段204在熱交換器中組裝。燃燒室225設(shè)置在區(qū)段式熱交換器中，垂直于一個(gè)或多個(gè)中間段220。中間段220和端部段204可以經(jīng)由鋁鑄造制成。例如柱形預(yù)混合燃燒器230(圖4中所示，圖2中未示出)之類的燃燒器可以安裝在燃燒室225中，從而形成包括區(qū)段式熱交換器和燃燒器230的熱單元。在優(yōu)選實(shí)施例中，使用具有與燃燒室225的直縱向軸線對(duì)準(zhǔn)的直縱向軸線的燃燒器。三個(gè)中間段220中的每一個(gè)中間段包括用于待加熱的水的水流通道235。在每?jī)蓚€(gè)連續(xù)的段(端段204或中間段220)之間存在用于煙道氣體的氣流通道231、233。氣流通道231、233從燃燒室225延伸，允許由在燃燒室225中的燃燒器230生成的煙道氣體通過(guò)用于煙道氣體的流動(dòng)通道231、233從燃燒室225流過(guò)。在至少一個(gè)水通道235與氣流通道231、233之間的中間段220的和端部段204的鋁壁241、243可以設(shè)置有以下裝置——例如從壁241、243延伸到煙道氣體通道231、233中的銷271——以增加熱煙道氣體與水之間的熱傳遞。在該示例中，端部段204的水流通道235和中間段220的水流通道235以并排流動(dòng)連接方式連接。在該示例中，中間段220中的和端部段204中的水流通道235被設(shè)置用于待加熱的水相對(duì)于煙道氣通體道231、233中的煙道氣體的流動(dòng)方向的逆流。在根據(jù)本發(fā)明的示例性區(qū)段式熱交換器中，中間段220和兩個(gè)端部段204均包括水流通道235，該水流通道235包括多個(gè)連續(xù)的平行直段，其中兩個(gè)連續(xù)的平行直段103、105由壁和U形轉(zhuǎn)彎(301、311、321、331、341、351、361、371、381)分隔。將水流通道的兩個(gè)連續(xù)的平行直段103、105分隔的壁是共用鋁壁。水流方向通過(guò)箭頭117表示。U形轉(zhuǎn)彎包括上游段113和下游段115，其中上游段113和下游段115被限定為U形轉(zhuǎn)彎的區(qū)段，其一方面被將兩個(gè)連續(xù)的平行直段分隔的壁的平面界定；另一方面被穿過(guò)將連續(xù)的平行直段分隔的壁的端部區(qū)段的平面界定，該平面平行于水流通道的寬度方向，并且垂直于將連續(xù)的平行直段分隔的壁的平面。上游段113位于U形轉(zhuǎn)彎的上游部分；并且下游段115位于U形轉(zhuǎn)彎的下游部分。示例性熱交換器的水通道235在水流的下游方向上具有多個(gè)連續(xù)的U形轉(zhuǎn)彎301、311、321、331、341、351、361、371和381。U形轉(zhuǎn)彎的上游段與U形轉(zhuǎn)彎的下游段的相對(duì)差異(該相對(duì)差異被定義為下游段的體積減去上游段的體積，除以下游段的體積，并表示為百分比)是-對(duì)于第一U形轉(zhuǎn)彎301：30％-對(duì)于第二U形轉(zhuǎn)彎311：37％-對(duì)于第三U形轉(zhuǎn)彎321：37％-對(duì)于第四U形轉(zhuǎn)彎331：28％-對(duì)于第五U形轉(zhuǎn)彎341：14％-對(duì)于第六U形轉(zhuǎn)彎351：4％-對(duì)于第七U形轉(zhuǎn)彎361：2％-對(duì)于第八U形轉(zhuǎn)彎371：1％-對(duì)于第九U形轉(zhuǎn)彎381：14％表1列出了本發(fā)明示例性熱交換器的連續(xù)平行直段的尺寸。該示例的平行直段具有矩形橫截面。表I：本發(fā)明示例性熱交換器的連續(xù)平行直段的尺寸(平行直段1號(hào)是熱交換器中最上游的平行直段，平行直段2號(hào)是緊接著平行直段1號(hào)的下游的平行直段，等等)表II提供了——對(duì)于示例性熱交換器的水流通道中的不同U形轉(zhuǎn)彎——U形轉(zhuǎn)彎的上游段的外部部分的彎曲段的最小曲率半徑R1的值；以及U形轉(zhuǎn)彎的下游段的外部部分的彎曲段的最小曲率半徑R2的值。R1和R2在圖1中解釋。U形轉(zhuǎn)彎R1(mm)R2(mm)1(圖3中的301)100302(圖3中的311)90303(圖3中的321)80304(圖3中的331)70305(圖3中的341)60306(圖3中的351)50307(圖3中的361)50308(圖3中的371)50309(圖3中的381)3030表II：對(duì)于連續(xù)U形轉(zhuǎn)彎的最小曲率半徑R1和R2(mm)已經(jīng)將本發(fā)明的熱交換器的示例的水通道235中的壓降與類似的熱交換器(但是在U形轉(zhuǎn)彎中具有相同體積的上游段和下游段)中相同流速下的壓降進(jìn)行了比較：-在點(diǎn)A與B之間的壓降(圖3)：對(duì)于本發(fā)明的熱交換器是82mbar；對(duì)于相比較的現(xiàn)有技術(shù)熱交換器是101mbar-在點(diǎn)B與C之間的壓降(圖3)：對(duì)于本發(fā)明的熱交換器是92mbar；對(duì)于相比較的現(xiàn)有技術(shù)熱交換器是116mbar-在點(diǎn)C與D之間的壓降(圖3)：對(duì)于本發(fā)明的熱交換器是97mbar；對(duì)于相比較的現(xiàn)有技術(shù)熱交換器是103mbar。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3