CN102889805A - 一种有效免除水垢危害的热交换器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种有效免除水垢危害的热交换器，包括热交换器壳体以及设于热交换器壳体中的火管，火管的截面形状为方形，火管下部为竖直的进火口，火管中部呈弯曲状，火管上部为竖直的出火口。方形结构的火管可使边角处水垢层受应力作用易裂开，火管表面极大的冷热不平衡温差及因不锈钢与水垢间热胀冷缩造成的线胀差异可导致已形成水垢层不断裂开，在水受热对流和汽化沸腾时产生的动能可以通过水流通道的设计对已积存水垢进行冲刷，使水垢不易在方形火管上存积而下落，规范排列的火管使下落的水垢可以定向向储垢槽内运动并积存。上述动作不间断地周而复始，使水垢产生后不致严重影响热交换过程。最后可通过各排渣孔定期进行人工清除。

Description

一种有效免除水垢危害的热交换器

技术领域

本发明涉及热能设备领域，更具体涉及一种热交换器。

背景技术

本发明的热交换器适用于蒸汽发生器、沸水器和热水机中。水中杂质进入蒸汽器、沸水器、热水机的热交换器后，随着水温不断升高或蒸发，会在火管的表面形成水垢。

水垢是指自然界中的水在加热过程中，因其中的钙、镁、钠等离子形态的物质在遇到因受加热过程而释放了二氧化碳和水而变得较在冷水中更显得化学活性的离子形态的酸根相结合所产生结晶盐的化学过程。水垢是许多盐类及杂质混合物的俗称。

水垢的危害性很大：如水垢会使金属的传热性能变差，浪费燃料，降低热效率；水垢附着在金属体上会导致金属传热差，使得金属温度升高而产生蠕变，使金属强度下降；水垢会导致垢下金属腐蚀，使这些机器寿命大大缩短，很快报废。

传统的除垢是着重于采用加药过滤和减少上述物质的存在、破坏或减弱上述化学反应过程，以达到消除或减少水垢的形成。其不足之处是用强制手段改变自然规律，使得投资增大，效率减小，危害未除且随时间日益增大。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供一种有效免除水垢危害的热交换器，包括热交换器壳体以及设于热交换器壳体中的火管，火管的截面形状为正方形或者长方形，火管下部为竖直的进火口，火管中部呈弯曲状，火管上部为竖直的出火口。

在一些实施方式中，热交换器壳体包括底釜、顶板和侧板，底釜的截面形状为倒扣水槽，底釜突出的两边与侧板构成两条第一储垢槽，第一储垢槽的一端设有第一排垢口，第一储垢槽的底部设有排污排垢口，底釜的另外两边与侧板构成两条第二储垢槽，第二除垢槽的一端设有第二排垢口。

在一些实施方式中，顶板上设有多个第一通孔，火管的出火口卡设于第一通孔中。

在一些实施方式中，底釜上设有多个第二通孔，火管的进火口卡设于第二通孔中。

在一些实施方式中，火管竖直排列。

在一些实施方式中，热交换器壳体和/或火管为不锈钢材质。

本发明正视水垢存在的客观必然，转而着重研究水垢产生后对其采取实用有效管理措施，形成一条从水垢产生-剥落-运动-储存-清除的运行链条，使水垢的危害可预可控，终不成其危害。

本发明针对自然界中的冷水在加热过程中必然会产生水垢这一特点，为尽可能消除水垢在热交换过程中所产生的危害，摈弃采用传统的用前期扼制水垢产生的高成本、低效率方式，采用与水垢共存并对其实施有效管理。

本发明采用矩形阶梯状不锈钢方管作火管，并将这些火管作错位布局，将热交换器内部大致均匀立体分割成一个个小块水域，每根火管焊接在热交换器的底釜和顶板之间，燃气热量通过火排火焰加热热交换器的底釜并通过一个个进火口进入每根火管，火焰在火管内穿行，将热量传递给水。方形结构的火管可使边角处水垢层受热胀冷缩产生的应力作用易裂开，火管表面极大的冷热不平衡温差及因不锈钢与水垢间热胀冷缩造成的线胀差异可导致已形成的水垢层不断裂开，在水受热对流和汽化沸腾时产生的动能可以通过水流通道的设计对已积存水垢进行冲刷，使水垢不易在方形火管上存积而下落。规范排列的火管使下落的水垢可以定向向四条储垢槽内运动并积存。

本发明在热交换器的底釜设计有低于火管的两条第一储垢槽和两条第二储垢槽，其功能一是闭火，防止溢火，使得火排燃烧产生的火焰不外窜，二是储存容纳水垢。同时又在水箱的底釜设有四个排垢口和两个排污排垢口，通过这些排垢口和排污排垢口易清除热交换器内壁上残留水垢，又易将储垢槽内积存的水垢掏出。

附图说明

图1是本发明热交换器一实施方式的火管的结构示意图；

图2是本发明热交换器一实施方式的内部结构示意图；

图3是本发明热交换器一实施方式的外部结构示意图；

图4是本发明热交换器一实施方式的底釜底部结构示意图；

图5是本发明热交换器一实施方式的火管的侧视图。

具体实施方式

本发明可用于蒸汽发生器、热水机和沸水器中，本实施例以蒸汽发生器为例。

如图1-4所示，热交换器包括壳体1以及设于壳体1中的火管2，火管2的截面形状为方形，火管2下部为竖直的进火口21，火管2中部呈弯曲状的换热部22，火管2上部为竖直的出火口23。热交换器1包括底釜11，顶板12和四个侧板13。底釜11的截面形状为倒扣水槽，底釜11突出的两边与侧板13构成两条第一储垢槽111，第一储垢槽111的一端设有第一排垢口1111，第一储垢槽111的中部的底端设有排污排垢口1112。排污排垢口1112的下方装有球阀，每天作业完成后可打开球阀，放掉浓缩的残液和水渣、垢渣，以防结垢，同时还可以通过此口进行人工清渣。底釜11的另外两边与侧板13构成两条第二储垢槽112，第二除垢槽112的一端设有第二排垢口1121。顶板12上设有十个第一通孔121，火管2的出火口23卡设于第一通孔121中。底釜11上设有十个第二通孔113，第一通孔121和第二通孔113为方形。火管2的进火口21卡设于第二通孔113中。热交换器1采用不锈钢材质，火管2采用不锈钢材质。

由于热交换器中被加热的水上下温度不同，产生对流现象，温度越高，对流越厉害。尤其是当水汽化甚至沸腾时，运动更加激烈，另外由于采用方形火管，其四角近似直角，直角处应力与四边不同，直角处水垢层易裂开，脱落，使水垢不易结块附着在火管2上，而是会下落至储垢槽内积存起来。如图5所示，火管2竖直排列，这样的特殊设计可预防或大大减少水垢在火管上的积聚的同时，给水垢的掉落提供了充分的空间。这些掉落的水垢因在储垢槽内不会影响其正常工作。我们还规定了定期清除水垢周期，用人工方法清除水垢，通过两个排污排垢口1112和四个排垢口能将积聚在除垢槽内及热交换器壁上的水垢掏出，保证机器长期安全高效运行。

本发明采用方形阶梯状不锈钢管作火管2，并将这些火管2作错位布局，将热交换器内部大致均匀立体分割成一个个小块水域，每根火管2焊接在热交换器的底釜11和顶板12之间，燃气热量通过火排火焰加热热交换器的底釜11并通过一个个进火口21进入每根火管2，火焰在火管2内穿行，将热量传递给水。方形结构的火管2可使边角处水垢层受应力作用易裂开，火管2表面极大的冷热不平衡温差及因不锈钢与水垢间热胀冷缩造成的线胀差异可导致已形成水垢层不断裂开，在水受热对流和汽化沸腾时产生的动能可以通过水流通道的设计对已积存水垢进行冲刷，使水垢不易在方形火管2上存积而下落。规范排列的火管2使下落的水垢可以定向向两条第一储垢槽111和两条第二除垢槽112内运动并积存。

本发明在热交换器的底釜11设计有低于火管2的两条第一储垢槽111和两条第二储垢槽112，其功能一是闭火，防止溢火，使得位于热交换器下端的火排燃烧产生的火焰不外窜，二是储存容纳水垢。同时又在热交换器的底釜11上设有两个第一排垢口1111、两个第二排垢孔1112和两个排污排垢口1112，通过这些排垢口易清除热交换器内壁和火管2上残留水垢，又易将储垢槽内积存的水垢掏出。

本发明经多年来的实践，证实了其在使用未经处理的自然界水的过程中，能有效控制和免除水垢带来的危害，在日常运行中设备寿命成倍延长，热转换效率保持在90%以上且稳定持久，在不使用任何化学除垢剂而只使用简单掏扒的物理机械方式除垢的条件下，清除水垢方便且高效。

Claims (6)

1.一种有效免除水垢危害的热交换器，其特征在于，包括热交换器壳体以及设于热交换器壳体中的火管，所述火管的截面形状为正方形或者长方形，所述火管下部为竖直的进火口，所述火管中部呈弯曲状，所述火管上部为竖直的出火口。

2.根据权利要求1所述的一种有效免除水垢危害的热交换器，其特征在于，所述热交换器壳体包括底釜、顶板和侧板，所述底釜的截面形状为倒扣水槽，所述底釜突出的两边与侧板构成两条第一储垢槽，所述第一储垢槽的一端设有第一排垢口，所述第一储垢槽的底部设有排污排垢口，所述底釜的另外两边与侧板构成两条第二储垢槽，所述第二除垢槽的一端设有第二排垢口。

3.根据权利要求2所述的一种有效免除水垢危害的热交换器，其特征在于，所述顶板上设有多个第一通孔，所述火管的出火口卡设于第一通孔中。

4.根据权利要求3所述的一种有效免除水垢危害的热交换器，其特征在于，所述底釜上设有多个第二通孔，所述火管的进火口卡设于第二通孔中。

5.根据权利要求4所述的一种有效免除水垢危害的热交换器，其特征在于，所述火管竖直排列。

6.根据权利要求5所述的一种有效免除水垢危害的热交换器，其特征在于，所述热交换器壳体和/或火管为不锈钢材质。

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