本發(fā)明涉及換熱器領(lǐng)域，尤其涉及一種堆迭式管隙熱交換器。

背景技術(shù)：

隨著社會的發(fā)展，自然界中儲藏的能源被過度開采。這造成了嚴(yán)重的污染問題，給人類帶來了日益嚴(yán)重的生存危機(jī)。為了改善上述情況，其一是努力發(fā)展新能源，其二是對現(xiàn)有能源進(jìn)行更加充分的利用。在對現(xiàn)有能源進(jìn)行更加充分的利用這一點上，如何提高能源的熱能效率，仍然是本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的技術(shù)問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種結(jié)構(gòu)簡單、換熱效率極高的堆迭式管隙熱交換器。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：本發(fā)明包括換熱器件，所述換熱器件由若干金屬管組成；若干所述金屬管堆迭成具有若干個層的陣列；任意相鄰的兩根所述金屬管之間相互平行設(shè)置；任意相鄰的所述金屬管在所述金屬管的兩端口外壁處密封連接； 在所述陣列中，任意一根所述金屬管的內(nèi)腔均為中空狀態(tài)，位于任意層兩端最外側(cè)的兩根所述金屬管分別與位于其上層及下層兩端最外側(cè)的兩根金屬管在管身方向上密封連接，在所述陣列內(nèi)部任意金屬管與金屬管之間的間隙構(gòu)成上下相通的間隙通道；在所述陣列中，至少有一層內(nèi)部的任意相鄰的兩根所述金屬管之間或至少有一對上下相鄰的兩個層之間的間距為0.5～10mm。

上述方案可見，本發(fā)明將金屬管堆迭成陣列結(jié)構(gòu)，其以陣列內(nèi)的金屬管之間的間隙作為通氣通道，且在橫向或縱向上的金屬管之間的間隙，至少有一層內(nèi)部的任意相鄰的兩根所述金屬管之間或至少有一對上下相鄰的兩個層之間的間距為0.5～10mm，其可將送入的高溫氣體自然地“切成”片狀體，而片狀體在幾何學(xué)上具有一個特短的方向，使之整體更貼近熱交換的熱力受體，熱力受體的熱交換更加充分，作為若干層的結(jié)構(gòu)，熱氣每通過一層都可進(jìn)行熱交換，其熱交換效率極高，經(jīng)過發(fā)明人試驗，熱效率可高達(dá)101％以上（該數(shù)值是基于低熱值算法計算所得），且本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單。另外，通過簡單的增減堆迭金屬管層的數(shù)量和調(diào)節(jié)陣列中的金屬管之間的間隙，可以獲得針對不同功率的燃燒源達(dá)到最佳熱交換效率的熱交換器。

進(jìn)一步地，在所述陣列中且沿著所述金屬管的管身方向上，位于下一層的任意兩根所述金屬管之間的管隙正好與位于上一層的對應(yīng)的一根金屬管的中部位置正對。

上述方案可見，下層的兩個金屬管與上層的一個金屬管正好構(gòu)成“品”字形，即上下層的金屬管的左右間隙被錯開，其可實現(xiàn)交叉熱交換，熱交換效率得到進(jìn)一步提高。

進(jìn)一步地，所述金屬管為方形管或圓形管。該方案可見，金屬管的選擇范圍較多，這根據(jù)具體的情況而定。而在發(fā)明人進(jìn)行的試驗中，采用方形管的熱交換效率更高。采用方形管時，位于上下層的金屬管的左右側(cè)間隙被錯開，且每個間隙通道都形成90°彎角，而90°的彎角在熱氣進(jìn)入后獲得最大的熱沖擊和最充分的熱交換，從而獲得更高的熱交換效率。

更進(jìn)一步地，所述熱交換器還包括有抽風(fēng)機(jī)及廢氣管，在所述陣列的上部設(shè)置有金屬帽蓋，所述金屬帽蓋的底部四周邊緣與所述陣列的上側(cè)面邊緣密封連接，所述金屬帽蓋形成尾氣集氣室，所述廢氣管設(shè)置在所述金屬帽蓋的上部并與所述尾氣集氣室相連通，所述抽風(fēng)機(jī)設(shè)置在所述廢氣管的出口處，所述抽風(fēng)機(jī)由壓力開關(guān)控制，所述壓力開關(guān)與外圍的控制系統(tǒng)連接。

上述方案可見，利用抽風(fēng)機(jī)對整個陣列中的通道進(jìn)行外力協(xié)助，在產(chǎn)生熱氣后，抽風(fēng)機(jī)運行時對所述金屬帽蓋內(nèi)以及所述陣列內(nèi)的間隙通道形成負(fù)壓，而熱氣產(chǎn)生之處為正壓，通過所述陣列的間隙構(gòu)成火焰高溫廢氣的單向運行通道，被吸進(jìn)所述陣列的高溫氣體以片狀的形式與充滿水的金屬管進(jìn)行熱交換，最后被冷卻的氣體經(jīng)抽風(fēng)機(jī)抽離出去，從而保證本發(fā)明的熱交換順利進(jìn)行。

再進(jìn)一步地，所述熱交換器還包括有水箱，所述換熱器件設(shè)置在所述水箱內(nèi)且所述陣列的底面與所述水箱的底面密封連接，所述陣列的外壁與所述水箱的壁面之間存在間隔，所述金屬管的內(nèi)腔與所述水箱的腔室連通，在所述水箱的上部設(shè)置有蒸汽管，所述廢氣管伸出到所述水箱的腔室之外，所述水箱內(nèi)所產(chǎn)生的蒸汽和燃燒產(chǎn)生的廢氣可分別被引出水箱外。

上述方案可見，在換熱器件外圍設(shè)置水箱，能夠為通過極高的熱交換效率，高效地獲得充足的蒸汽，為后續(xù)的其它應(yīng)用提供蒸汽存量保證。

再更進(jìn)一步地，在所述水箱的下部邊緣處還設(shè)置有水夾層，所述水夾層的內(nèi)室與所述水箱的腔室相連通，所述水夾層包圍的空間形成燃燒室。

上述方案可見，通過水夾層的設(shè)置，在換熱器件下方形成燃燒室，從而使得增加的熱源的熱量能夠完全地與水箱內(nèi)的水進(jìn)行熱交換，其形成的燃燒室只在下方設(shè)置開口，在抽風(fēng)機(jī)抽風(fēng)工作時，熱源產(chǎn)生的高溫?zé)釟饽軌蚋蛹械剡M(jìn)入到所述陣列中，從而進(jìn)一步地提高了熱交換效率。

又更進(jìn)一步地，在所述水箱上還設(shè)置有進(jìn)水管，所述進(jìn)水管的進(jìn)水管道上設(shè)置有控水電磁閥，在所述水箱內(nèi)設(shè)置有水位計，所述水位計與所述控水電磁閥相連接，所述控水電磁閥與外圍的控制系統(tǒng)相連接。

上述方案可見，通過水位計控制電磁閥的開啟，通過電磁閥控制進(jìn)水管的開啟，而這一且均通過外圍的控制系統(tǒng)進(jìn)行操作，保證了進(jìn)水的自動化程度高且智能化程度高。

又再更進(jìn)一步地，在所述水箱上還設(shè)置有防干燒水位器和防水溢水位器，所述防干燒水位器和所述防水溢水位器均與外圍的控制系統(tǒng)相連接。

上述方案可見，防干燒水位器和防水溢水位器的設(shè)置可以防止出現(xiàn)干燒或滿溢的情況出現(xiàn)，保證了整個系統(tǒng)的使用安全性能。

再進(jìn)一步地，在所述水箱上還設(shè)置有排水管，在所述排水管的出水管道上設(shè)置有排水電磁閥，所述排水電磁閥與外圍的控制系統(tǒng)相連接。

上述方案可見，排水管和排水電磁閥的設(shè)置可將水箱內(nèi)的水放出，便于維護(hù)和保養(yǎng)，且便于運輸。

而在所述燃燒室內(nèi)設(shè)置有點火器，所述點火器與外圍的控制系統(tǒng)相連接；通過點火器和外圍的控制系統(tǒng)的配合，其可實現(xiàn)燃燒室內(nèi)的熱源提供實現(xiàn)自動化控制，提高了智能化程度，也減少了工作人員的頻發(fā)操作。

附圖說明

圖1是所述換熱器件的端面簡易結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是所述換熱器件的俯視角度的簡易結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是所述換熱器件的側(cè)面視角的簡易結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本發(fā)明所述換熱器的整體簡易結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

如圖1至圖3所示，本發(fā)明所包含的換熱器件所述換熱器件由若干金屬管1組成。在本實施例中，所述金屬管采用方形不銹鋼管，也可以是圓形管，但經(jīng)過試驗，圓形管的熱交換效率低于方形管。若干所述金屬管1間隙堆迭成具有若干個層的陣列2。任意兩根所述金屬管1之間相互平行設(shè)置。任意相鄰的所述金屬管1在所述金屬管的兩端外壁處密封連接并形成除所述金屬管的管口外的端面密封面21。在所述陣列2中，任意一根所述金屬管1的內(nèi)腔均為中空狀態(tài)。位于任意層兩端最外側(cè)的兩根所述金屬管1分別與位于其上層及下層的兩端最外側(cè)的兩根金屬管1在管身方向上密封連接也形成側(cè)面密封面22。在所述陣列2內(nèi)部任意金屬管與金屬管之間的間隙構(gòu)成上下相通的間隙通道15。在所述陣列2中，至少有一層內(nèi)部的任意相鄰的兩根所述金屬管1之間或至少有一對上下相鄰的兩個層之間的間距為0.5～10mm。一般情況下，所述間距取值為0.5mm、1.0mm、1.5mm、2.0mm、2.5mm……等等，這根據(jù)需要而定，也可以設(shè)置為除了上述列舉的間隔數(shù)值，但該數(shù)值依然落在0.5～10mm的范圍內(nèi)。

如圖4所示，所述熱交換器還包括有抽風(fēng)機(jī)3及廢氣管4，在所述陣列2的上部設(shè)置有金屬帽蓋5，所述金屬帽蓋5的底部四周邊緣與所述陣列2的上側(cè)面邊緣密封連接，所述金屬帽蓋5形成尾氣集氣室，所述廢氣管4設(shè)置在所述金屬帽蓋5的上部并與所述尾氣集氣室相連通，所述抽風(fēng)機(jī)3設(shè)置在所述廢氣管4的出口處，所述抽風(fēng)機(jī)3受壓力開關(guān)控制，壓力開關(guān)與外圍的控制系統(tǒng)連接。所述熱交換器還包括有水箱6，所述換熱器件設(shè)置在所述水箱6內(nèi)且所述陣列2的底面與所述水箱6的底面密封連接，所述陣列2的外壁與所述水箱6的壁面之間存在間隔。所述金屬管1的內(nèi)腔與所述水箱6的腔室連通。在所述水箱6的上部設(shè)置有蒸汽管7，所述廢氣管4伸出到所述水箱6的腔室之外。在所述水箱6的下部邊緣處還設(shè)置有水夾層8，所述水夾層8的內(nèi)室與所述水箱6的腔室相連通，所述水夾層8包圍的空間形成燃燒室16。在所述水箱6上還設(shè)置有進(jìn)水管9，所述進(jìn)水管9的進(jìn)水管道上設(shè)置有控水電磁閥10，在所述水箱6內(nèi)設(shè)置有水位計11，所述水位計11與所述控水電磁閥10相連接，所述控水電磁閥10與外圍的控制系統(tǒng)相連接。在所述水箱6上還設(shè)置有排水管17，在所述排水管17的出水管道上設(shè)置有排水電磁閥18，所述排水電磁閥18與外圍的控制系統(tǒng)相連接。在所述燃燒室16內(nèi)設(shè)置有點火器19，所述點火器19與外圍的控制系統(tǒng)相連接。在所述水箱6上還設(shè)置有防干燒水位器12和防水溢水位器13，所述防干燒水位器12和所述防水溢水位器13均與外圍的控制系統(tǒng)相連接。

本發(fā)明采用獨特的管隙結(jié)構(gòu)，被吸入的高溫氣體自然"被切成"片狀體，而片狀體在幾何學(xué)上具有一個特短的方向，使之整體更貼近熱交換的熱力受體，發(fā)熱體越薄則熱交換越充分，具有包括圓形在內(nèi)的其他形狀的發(fā)熱體所不具備的熱交換優(yōu)勢；位于上下層的金屬管的左右側(cè)間隙被錯開，每個間隙通道90°的彎角都是熱沖擊最大和熱交換最充分的位置，而上述金屬管的堆迭方式可提供更多的90°彎角，從而大大地提高了熱交換效率。

本發(fā)明采用火排14作為熱源進(jìn)行試驗?；鹋?4通過燃?xì)夤?0通入燃?xì)?，在燃?xì)夤?0上設(shè)置有燃?xì)忾y23，燃?xì)忾y23與外圍的控制系統(tǒng)相連接。當(dāng)點火器19點燃火排14后火焰對陣列底部和水箱底部的夾水層圍閉體加熱，同時，抽風(fēng)機(jī)運行時使金屬帽蓋內(nèi)以及陣列內(nèi)的間隙通道15形成負(fù)壓，而火焰燃燒的燃燒室為正壓，兩者通過所述換熱器件的間隙通道15構(gòu)成火焰高溫廢氣的單向運行通道，被吸進(jìn)所述換熱器件的高溫氣體以片狀的形式與充滿水的方管進(jìn)行熱交換，最后被冷卻的氣體經(jīng)風(fēng)機(jī)抽離出去。

本發(fā)明熱交換效率高，使用本發(fā)明所述熱交換器可使每公斤石油液化氣產(chǎn)生不少于16.8公斤的飽和蒸汽，熱效率達(dá)≥103%，該熱效率值是基于低熱值算法計算而得。該算法的公式如下：

其中，修正系數(shù)（f）計算公式如下：

本發(fā)明在進(jìn)行試驗時，先將上下各排管垂向間隙相互錯開，以品字形上下組合固定，組合體使用的不銹鋼管截面規(guī)格有三種組合：1號為13×25(mm)和25×25(mm)方形管組合，其中，13×25(mm)管道之間的間距為1mm，而25×25(mm)管道之間的間距為2mm；2號為25×25(mm)方形管組合，管道之間的間距為2mm；3號為直徑22mm的圓管，管道之間的間距為5mm。上述三個組合體的熱交換面積被做成大致相等，使用一樣的火排，但熱效率分別為1號≥101%，2號≤99%，3號≤94%。雖然三組之間有不同但都比現(xiàn)在市場同類產(chǎn)品的高。

本發(fā)明可應(yīng)用于換熱器領(lǐng)域。