專利名稱：直熱式空氣換熱器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及熱交換介質不直接接觸的熱交換設備，特別涉及空氣換熱器。
對冷空氣施行加熱，利用熱空氣采暖或進行工農業生產過程中的烘干工序等，在生活及生產中是常見的。加熱空氣的方法很多，最常用的是通過鍋爐產生熱蒸汽，再將熱蒸汽送到氣體交換器中進行二次換熱，以便獲得熱空氣。這種換熱方式的熱效率很低。
在電力工業和冶金工業中，熱空氣的生產和應用也很普遍，例如在發電廠大型鍋爐煙氣的尾端就裝有一種轉子式空氣預熱器，以便將往爐膛中送的空氣加熱，提高熱的利用率，這種轉子型空氣預熱器的結構是在一個密閉的圓柱型外殼的二個柱面上有一個煙氣的通道和一個在圓柱型殼內的熱空氣通道。轉子由密集葉片構成，分成六瓣或八瓣，轉子在運行中與外殼密切接觸或封閉，從而使煙氣與空氣在通過轉子時不致混在一起。轉子的葉片先經熱煙氣沖刷，從而提高葉片溫度，待高溫的葉片轉子到空氣的通道上時，被冷空氣沖刷，冷空氣被升溫，而轉子葉片被冷卻。這種空氣預熱器的制造難度大，體積龐大，制造費用高。
在冶金行業中的沖天爐也有利用預熱空氣技術的，在沖天爐進料口上端布置熱風爐膽，將所產生的熱風鼓入爐膛提高冶煉溫度，但這種熱風爐膽極易損壞，一般最多使用1～2年。
近年來又有人設計立式鍋爐式的空氣加熱器，用來產生熱空氣，其燃燒室置于爐內，外部即是換熱器，用外圍鼓風引風設備強制熱煙氣與空氣在爐內高速流動，進行換熱。該裝置存在二個明顯的缺陷，其中一個是爐膛置于換熱器內部，其燃燒發熱的溫度不易控制，而且爐膛極易燒壞，盡管有人設法增加了耐火材料來保護爐膛，其使用可靠性仍然很低，其使用壽命最多達到2年；另一缺陷是換器部分熱煙氣通道的積灰難以被清除，從而增加熱阻，使熱效率很快降下來。由于以上二種缺陷使這種產品不能很快發展和推廣。
本實用新型的目的在于改進立式鍋爐式空氣加熱器，提高其使用壽命，容易控制其燃燒加熱，容易清除熱煙氣的積灰并提高熱效率，降低設備投資費用，節約能源。
本實用新型的目的是這樣達到的使燃燒室從換熱器主體獨立出來，設于換熱器主體外，從而形成外置式換熱器；在燃燒室與換熱器主體之間設有耐高溫濾塵裝置；換熱器做成圓柱形，由外壁、第二環套、第三環套、第四環套套裝而成，從外向內順序是在外壁與第二環套之間是完成第Ⅰ流程空氣預熱任務的冷空氣外環，在第二環套與第三環套之間是煙氣外環和第Ⅱ流程空氣加熱扁管，在第三環套與第四環套之間是第Ⅲ流程作為空氣內環的空氣加熱管道，在第四環套以內是煙氣內環和第Ⅳ流程空氣過熱扁管4，冷空氣從外環進入和從內環排出，而熱煙氣則從內環進入從外環排出，逆流換熱，從外環到內環有四個空氣加熱流程(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ)，每一環套完成一次空氣加熱流程，其中，第Ⅱ流程冷空氣加熱扁管的縱截面為上端向外彎，如在左側，則呈┐形；如在右側，則呈┌形；其下端向內彎，如在左側，則呈└形；如在右側，則呈┘形，該加熱扁管的橫截面為徑向排列；第Ⅳ流程空氣過熱扁管的縱截面上端向外彎，如在左側，則呈┐形；如右側，則呈┌形，該空氣進熱扁管的橫截面為徑向排列，其下端穿入熱空氣室的上蓋26，上蓋26是一個凹型倒圓臺斜面，在其上與空氣過熱扁管下端對應的位置上開有與空氣過熱扁管數目相等的扁孔，該空氣過熱扁穿入這些扁孔并密封。
以下結合附圖對本實用新型進行詳細說明。
附


圖1是本換熱器的縱截面圖；附圖2是附
圖1的A－A截面圖；附圖3是附
圖1的B－B截面圖。
從附
圖1可見，外置式燃燒室8在換熱器本體之外。在本新型空氣換熱器中，將燃燒室由換熱器內移往外部系統，對于空氣加熱裝置是一個質的改變。在外置式燃燒室8外部設有水套13，以便利用燃燒余熱，使水升溫，開水可供飲用或洗浴用。在燃燒室8與換熱器本體相連處有個過道，在其中設有耐高溫濾塵裝置9，這個裝置有效地避免了換熱器內灰塵堆積，從而增加換熱效率，并減少除塵操作。由于燃燒室8與換熱器本體是分離結構，濾塵裝置9設于二者連接的通道上，可經常加以清潔更換，易于除塵。
在附圖中有黑點部分為熱煙氣流動區，而無黑點部分為空氣流動區。從圖可見在換熱器內由幾層環型圓筒套裝成圓柱形，使用圓柱形的布置可以布置足夠的換熱面積，又可使風阻減少，附
圖1中的箭頭表示熱煙氣流動方向。冷空氣與熱煙氣流動方向相反，本換熱器內以冷空氣與熱煙氣的逆對流為特征，冷空氣進入換熱器內要經過4個流程，即Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ流程，被加熱至250～350℃，甚至400℃，第Ⅰ流程是預熱；第Ⅱ流程是加熱；第Ⅲ流程是繼續加熱；第Ⅳ流程是過熱。而本換熱器內的ⅡⅣ流程分別是在扁管2和4內完成的，從附圖2可以看得更清楚。在圓柱形最外一環是換熱器的外壁7，也就是第一環套，冷空氣就是從外壁7上的空氣入口1、由風機送入作為第一環套的外壁7與第二環套19之間的冷空氣外環15的，完成第Ⅰ流程空氣預熱任務。第二環套19的上部沿環套的圓周均勻地分布開有與空氣加熱扁管2數目相等的、長寬比為801的扁型孔20。在第三環套21的下部沿環套的圓周均勻地分布有與第二環套19上部扁孔20數目和尺寸相同的扁孔22。第二環套19上部的扁孔20與第三環套21下部的扁孔22之間由空氣加熱扁管2上下對接溝通。附
圖1是正好從空氣加熱扁管2和空氣過熱扁管4切過熱的截面，參照附圖2，可見所切過的正是徑向排列的空氣加熱扁管2和空氣過熱扁管4，如果不是正好切過這二個扁管，則見附
圖1上扁管2與4的位置上將是以黑點表示的熱煙氣外環16和熱煙氣內環18，圖上就看不到這兩根扁管了。該空氣加熱扁管2的縱截面上端向外彎，如在左側則呈┐形；如在右側，則呈┌形；其下端向外彎，如在左側則呈└形；如在右側，則呈┘形，空氣加熱扁管2的橫截面為徑向排列(見附圖2)，在空氣加熱扁管2內完成第Ⅱ流程冷空氣加熱的任務。第二環套19與第三環套21之間的環形空間就是煙氣外環16，空氣加熱扁管2就徑向布置其間，使外壁7與第二環套19之間冷空氣外環15的空氣經由均布在第二環套19上部與空氣加熱扁管數目相等的扁孔20進入第Ⅱ流程的空氣加熱扁管2，并由該空氣加熱扁管2經第三環套21下部同等數量的扁孔22進入第Ⅲ流程冷空氣加熱管道3繼續加熱。該第Ⅲ流程管道的冷空氣加熱管道3是在第三環套21與第四環套23之間。第Ⅲ流程的空氣繼續加熱管道就是空氣內環，在該管道3內的被加熱空氣由下向上流動。在第四環套23的上部圓周均勻分布有與空氣過熱扁管4數目相同的、長度比為801的扁孔24；在第四環套內側布置有徑向第Ⅳ流程空氣流程過熱扁管4，使被加熱的空氣過熱，空氣過熱扁管4與第四環套23上部圓周均勻分布的扁孔24對接相通，空氣過熱扁管4縱截面為上端向外彎，如在左側，則呈┐形；如在右側，則呈┌形，其橫截面為徑向排列，該扁管4的下端穿入熱空氣室25的上蓋26。上蓋26是一個凹型倒圓臺斜面，在其上與扁管4下端對應的位置上，開有與扁管4數目相同的扁孔27，扁管4穿入這些扁孔27并密封。以上一、二、三環套均布置在環套座板28上，該板為一環形座板，其外圓尺寸與外壁7一致，而其內圓尺寸與第四環套23的外徑相適應。環套座板由支腿11支撐。支腿11下端固定在底座圓板29上。底座圓板29為一直徑與支腿11分布直徑相適應的一塊圓板，在其中心處焊有一縱向的中心圓筒30，其高度為底座圓板與環套座板之間的距離。熱空氣室25的上蓋即凹型倒圓臺斜面26內圓直徑與中心圓筒30的上端圓口直徑相等，且互相焊接在一起，其外圓直徑與第四環套23直徑相等，并與第四環套的下端相焊接，該凹型倒圓臺斜面26的斜面與中心線夾角為35～45°。
從環套座板28內孔緣向下至底座圓板29之間，以環套座板28內孔直徑為直徑，在中心圓筒30外圍焊有熱空氣室25的圓筒形圍板31，該圍板上端與第四環套23的下部，即與凹型倒圓臺面相吻合處相接，穿過環套座板28的內孔并密封，下端則與底座圓板29相接，形成一個下端面為圓平面，上端面為凹型倒圓臺斜面的圓柱形熱空氣室25。在熱空氣室25的圓柱面上開有一個能滿足排出熱空氣的孔6，熱空氣由此輸出。
進入換熱器中心圓筒30的熱煙焰是從燃燒室8送來，該煙焰經濾塵裝置9和過道10后，通過一個水平矩形的管道，穿越熱空氣室25直通入中心圓筒30，然后向上擴散流動，在凹型倒圓臺斜面26上沖刷空氣過熱扁管4，使流經扁管4內的空氣過熱，這一煙氣流動空間即為煙氣內環18，當煙氣流到煙氣內環18上端時，經過均布在第四環套23與第三環套21之間的通孔31進入煙氣外環16，在煙氣外環換熱后的煙氣，橫向穿出換熱器外壁7，從第二環套19的煙氣出口5排出。此外，在第二環套19的外側與第四環套23的外側均焊有足夠的散熱片(圖中省略)，以提高其熱效率。
關于這些環套的上部結構是這樣的在第四環套23上部由一與該環套直徑相配合的頂蓋32封閉。在第四環套23與第三環套之間的上端環形開口由環形圓蓋密封。換熱器外壁7上端高于其它環套約10厘米，由圓形頂蓋35直接與外壁7封閉，從而將其它環套封閉在內，形成一個架空的圓柱形空氣換熱器，被加熱的空氣從熱空氣出口6處排出。
在熱空氣室25的一側下方設有除灰口12，以便清除熱煙氣的攜帶的少量煙灰。
當在外置式燃燒室8內加入燃料點燃后，燃燒產生的熱煙氣就通過濾塵裝置9，在引風機的負壓作用下，迅速流過空氣換熱器，最后由引風機從煙囪排入大氣。煙焰在空氣換熱器內高速流動時，兩側向逆行的高速運動的冷空氣在隔離的金屬管壁上進行高效換熱。
空氣由冷空氣入口1處鼓入換熱器內，經第Ⅰ流程預熱，進入第Ⅱ流程加熱，再進入第Ⅲ流程繼續加熱，在第Ⅳ流程被過熱，此時空氣可升溫到200～350℃，其至400℃，由于換熱器內的最高溫度不超過700℃，所以換熱器內材質不需選用特殊耐高溫材料即可保證其應有的剛度，結構沒有熱疲勞破壞的可能。煙氣被降到200℃以下，因此熱效率頗高。
本實用新型直熱式空氣換熱器的燃燒室是外置式，這種換熱效率高，傳統的換熱方式是由鍋爐產生蒸汽，蒸汽再與空氣換熱，假如每次熱效率是60％，則總的熱效率只有36％，而本新型換熱器與空氣直接換熱，其熱效率可達65％，因此，節能明顯；另一個優點是使燃燒室外置，延長換熱器壽命與容易控制煙氣溫度；還有，本設備不需要水，可大量節約用水，特別是對缺水的地方，這種換熱方式有其獨特的優越性；由于燃燒室與換熱器分開，在其連接處容易清除煙道的積灰，雖煙氣經過濾塵裝置過濾除塵，但仍會有少量灰塵滯留聚積在煙道的內外環，本設備在換熱器底部的煙道內外環對應位置上設有除灰口12，可隨時清除積灰；由于設備相對簡單，與同等發熱量的空氣加熱設備與鍋爐相比，本設備僅是鍋爐費用的1／3，而且日常維持費用相當低，經濟效益明顯。
本實用新型空氣換熱器使用效果很好，以60萬千卡型為例，實測本設備每小時燃煤120～130公斤，獲得250℃熱空氣每小時達18000立方米，熱效率在60％以上。
權利要求1.一種空氣換熱器，由燃燒室、換熱器、煙囪組成，其特征在于a、燃燒室8從換熱器主體獨立出來，設于換熱器主體外，形成外置式燃燒室；b、在燃燒室8與換熱器主體之間設有耐高溫濾塵裝置9；c、換熱器主體做成圓柱形，由外壁7、第二環套19、第三環套21、第四環套23套裝而成，從外向內順序是在外壁7與第二環套19之間是完成第Ⅰ流程冷空氣預熱任務的冷空氣外環15，在第二環套19與第三環套21之間是煙氣外環16和第Ⅱ流程冷空氣加熱扁管2，在第三環套21與第四環套23之間是第Ⅲ流程作為空氣內環的空氣加熱管道3，在第四環套23以內是煙氣內環18和第Ⅳ流程空氣過熱扁管4，冷空氣從外環進入和從內環排出，而熱煙氣則從內環進入從外環排出，逆流換熱，從外環到內環有四個空氣加熱流程(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ)，每一環套完成一次空氣加熱流程，其中，第Ⅱ流程空氣加熱扁管2的縱截面為上端外彎，如在左側，則呈┐形；如在右側，則呈┌形；其下端向內彎，如在左側則呈└形；如在右側，則呈┘形，加熱扁管2的橫截面為徑向排列；第Ⅳ流程空氣流程過熱扁管4的縱截面為上端向外彎，如在左側，則呈┐形；如在右側，則呈┌形，空氣過熱扁管4的橫截面為徑向排列，其下端穿入熱空氣室25的上蓋26，上蓋26是一個凹型倒圓臺斜面，在其上與空氣過熱扁管4下端對應的位置上開有與空氣過熱扁管4數目相同的扁孔27，空氣過熱扁管4穿入這些扁孔27并密封。
2.按照權利要求1所說的空氣換熱器，其特征在于在第二環套19上部，第三環套21下部和第四環套23上部的圓周分別均勻分布有與扁管2和扁管4數目相同的長寬比為801的扁孔20、22、24。
3.按照權利要求1所說的空氣換熱器，其特征在于在燃燒室8外部設有水套13。
專利摘要本實用新型涉及直熱式空氣換熱器。本設備的燃燒室是外置式；設有煙氣濾塵裝置；換熱器呈圓柱形，由外壁、第二環套、第三環套、第四環套套裝而成。冷空氣從外環進入和從內環排出，而熱煙氣則從內環進入和從外環排出，熱煙氣與冷空氣逆流換熱。從外環到內環有四個空氣加熱流程，每一環套完成一次空氣加熱流程。本設備熱效率高，結構簡單，節能和節水。
文檔編號F24H3/06GK2106330SQ91219379
公開日1992年6月3日 申請日期1991年8月6日 優先權日1991年8月6日
發明者張繼先, 武玉芳 申請人:張繼先