CN104735988B - 热风烘炉 - Google Patents

Abstract

为了提高从安排在一个热风烘炉中的并且包括一个带有壁的狭长管的一个热交换管(333)内的温热流体的热传递，该壁具有一个外表面和一个内表面，对该内表面提供了至少一个纵向延伸的内壁(363'，363”)，该内壁从内表面的一侧朝向该内表面的另一侧延伸。

Description

热风烘炉

技术领域

本发明涉及一种包括多个热交换管的热风烘炉、以及使用这类热交换管的方法。

背景技术

烤炉中用于烹饪食物的热风可以是通过使燃烧器中的燃料燃烧、并将废气中的热经由一个叉流管式热交换器来传递至烹饪风而不会使烹饪风被废气污染地产生的。将加热的烹饪风输送到烤箱的烹饪室中。传统的烤炉是使用安排在一个加热室内的S形管道来将热的排气从燃烧器输送到一个烟囱，该S形的大体上水平的底部段与燃烧器的出口连接，该S形的大体上水平的中间段包含多个热交换管来加热烹饪风，该S形的大体上水平的上部段与一个烟囱连接。热交换管通常是具有圆形横剖面的管状形状或是具有修圆短边的圆矩形，并且由具有高传热系数的材料制成。废气经过热交换器换热管的内侧(称为“热侧”)并且迫使烹饪风在基本上垂直于管内气流的方向上在这些管的外侧(称为热交换器的“冷侧”)流动。通常烹饪风进入废气温度最低的该室底部的加热室，并且在输送进入烤箱的烹饪腔之前向上循环经过热交换管和燃烧器排气管，在这里废气的温度是最高的。由一个风扇驱动空气流。从废气传递至烹饪风的热量受与废气和烹饪风相接触的热交换器表面的表面积、热交换器的传热系数(除其他之外这受所使用的材料及其表面性质、以及在热交换器内和周围的空气流所影响)、以及跨过热交换器壁的温度差的影响。虽然传统的热交换器相对紧凑、并具有良好的效率，它们仍然占有很大空间、并且是烤炉占地的主要因素。希望能够提高传统热交换器的效率。这将带来的优点是能够产生具有较小占地和/或较低运行成本的烤炉，即提高效率会使加热相同量的烹饪风所需要的燃料较少。用于在热交换器中增加从废气至烹饪风的热流的传统方法包括改变热交换管的形状来增加暴露于烹饪风的表面积或增加更多的管。这类措施可稍微增加效率，但代价是在冷侧增加了空气摩擦力，这要求使用较大的风扇并增加了运行成本。

GB-2424265涉及具有整合翅片的热交换管。在背景技术中提及，为了使热传递最大化而提供具有尽可能大的表面积的一个加热流体流经的容器是公知常识。该管状体的内部典型地被分成多个纵向通路，在通路之间的分隔壁用来增强该管状体并增加向流经这些通路的流体传递热的或从流体传递热的表面积。

US-2003/209344涉及一种热交换器，该热交换器包括多个管，每个管包括一个通路，该通路被分隔成多个子通路。各子通路通常是矩形的(提及其他几何形状)，并且具有一个带翅片的内壁表面。

DE-102005020727和EP-0359358D3还涉及具有带有两个或更多个通道的热交换器。

然而，这些背景现有技术均不包括专门适用于热风烘炉的热交换管。

发明内容

本发明解决的问题是如何通过使用具有权利要求1特征的热交换管来提高热风烘炉的管式热交换器的效率而不会增加热交换管的外侧的空气摩擦。

因此，本发明涉及一种热风烘炉，该热风烘炉具有一个叉流管式热交换器，该热交换器包括至少两排的多个热交换管。每排的热交换管排列在一个基本上水平的平面上，并且在一排中的热交换管与邻近排中的热交换管之间具有预确关系。各热交换管包括一个带有管壁的狭长管，并且该狭长管的内部配备有至少一个纵向延伸的内壁，该内壁从该狭长管的内表面的一侧朝向该内表面的另一侧延伸。

优选地，这种预定关系涉及邻近排的管是竖直对齐的或者这些邻近的管是竖直偏移的。

有利的是，这些排的热交换管被安排在叉流管式热交换器的一个中间段中。

在从属权利要求中阐述了多个优选实施例。

根据本发明的热风烘炉已证明相对于使用的传统热交换器提高了效率。这将带来的优点是可能产生具有较小占地和/或较低运行成本的烤炉，即提高效率会使加热相同量的烹饪风所需要的燃料较少。

烤炉具有特殊要求，需要其外侧(烘烤空气流动之处)是湍流的，具有高热传递能力。而该内侧具有一个显著较低的空气流量(大约十分之一)，较大的内表面可通过增加热通量来提高效率。因此，使外侧的表面更大不能提高效率，只会增加占地和成本。

当废气与烘烤风之间的温度差(ΔT)下降时，需要更大的表面。当ΔT高时，需要低表面积；较高的温度使该加热元件上的热通量上升。然而，较高的ΔT将会使该表面上的温度升高，这将会强制使用更专用性的材料，如耐热钢。本发明可能优化内表面积，这样使得其他表面上的温度与所使用的材料的最佳范围相配。

在本发明的一个实施例中，热交换管的特定部位的内表面积减少。例如，靠近燃烧器处，以便降低热通量和外表面温度。这个特征改善了温度控制并可将温度调节至一个最佳范围。

附图说明

图1示意性地示出了一个烤炉的叉流管式热交换器的一个侧视简图；

图2示意性地示出了沿着图1的线II-II的热交换管的一个横截面；

图3示意性地示出了一个烤炉的叉流管式热交换器的一个侧视简图，该热交换器具有根据本发明的第一实施例的热交换管；

图4示意性地示出了沿着图1的线IV-IV的热交换管的一个横截面；

图5示意性地示出了对应于图4的根据本发明的热交换管的第二实施例的一个横截面；

图6示意性地示出了对应于图4的根据本发明的热交换管的第三实施例的一个横截面；

图7和8示意性地示出了根据本发明的两排热交换管的横截面；

图9-11示意性地示出了该热交换管的一个实施例的不同视图。

具体实施方式

图1示意性地示出了一个具有传统的叉流管式热交换器3的烤炉1的一个侧视简图。该热交换器位于一个加热室5内，在其中有待加热的烹饪风从一个上入气口7流过热的热交换器到靠近该单元的底座的一个出口9。通过一个风扇11控制空气的流速。由一个燃烧如燃气或燃油等燃料的燃烧器13产生用于加热烹饪风的热废气。废气通过由该燃烧器引向一个烟囱17的一个气密管道***15。管道***15是S形的，具有三个平行段和三个竖直段。该S形的基本上平行的底段19以其入口端21与该燃烧器的出口23连接，并且以其出口端25与该下竖直段28的入口27连接。该下竖直段的出口端29与形成该S形的基本上平行的中间段35的多个热交换管33的入口端31相连接。这些热交换管将热能从其内的废气传递至流经这些热交换管的烹饪风。这些传热管的出口端37与该中间竖直段41的入口端39相连接。该中间竖直段的出口端43与该上平行段47的入口端45相连接。该上平行段的出口端51与烟囱55的下入口端53相连接，该烟囱具有一个开放的上端，冷却的废气可由此逸出。

由图2可见，各热交换管33具有一个具有修圆端部的矩形的横截面，即该横截面具有两个平直的、平行的长边57′和57″，间距为D，并且由一对曲率直径为D的凸形弯曲端部59′和59″连接。各热交换管的薄管壁61是由一种具有良好的导热性和耐腐蚀性的材料制成的，例如一种金属，如纯的或合金的铝、铜或铁。

图3示意性地示出了一个如图1所示的类型的烤炉301的一个侧视简图，但该烤炉具有一个根据本发明的第一实施例所述的带有热交换管333的叉流管式热交换器303。如图4所示，这些热交换管具有与传统管相同的外部形状，即具有两个间距为D的平直的、平行的长边357′和357″的横截面、并由一对短端359′和359″连接。在本发明的这个实施例中，这些短端是凸形、并且具有一个曲率直径D。各热交换管333的薄管壁361是由一种具有良好的导热性和耐腐蚀性的材料制成的，例如一种金属，如纯的或合金的铝、铜或铁。这些热交换管的内部具有一个或多个纵向延伸的内壁，在本例中是两个内壁363和363″。各内壁从一个长边357′拉伸至该热交换器壁361的对侧长边357″，由些将该热交换管分隔成三个狭长隔室365′、365″和365″′，废气流经这些隔室。优选地，这些隔室是闭合的，即隔室之间没有横向废气流过这使得其暴露于废气的壁的表面积最大化。然而，作为一种替代方案，这些内壁中的一个或多个可以是穿孔的以便在气流中引起湍流。这些内壁由一种具有良好的导热性和耐腐蚀性的材料制成，例如一种金属，如纯的或合金的铝、铜或铁，并且优选地它们可由与这些热交换管的薄壁361相同的材料制成。在这些内壁与这些热交换管壁的内表面之间的联接部优选地可被配置成可提供从这些内壁至这些热交换管壁的良好的热传递。优选地，这些内壁与这些外壁是例如通过挤出而一体形成的、或是通过用部件之间的导热膏来焊接或铆接而连接在一起。在使用中，在这些狭长隔室中流动的废气对这些内壁进行加热，并且这些内壁通过传导将热传递至该热交换管壁。由此，这些内壁与这些热交换管内部中心的废气相接触。在传统的热交换管中，热交换管内部中心的废气与这些热交换管的壁接触，并且只是相对缓慢地损失热量。在本发明中，这些内壁从废气中提取热能，并将其传递至外壁，这些外壁允许比传统管式热交换器更快地将热量从废气中提取出来。这允许根据本发明的管式热交换器与一种更大的传统管式热交换器一样好地运作。

图5示出了根据本发明的第二实施例的一对热交换管533的一个横截面。在本实施例中，这些热交换管的内部具有一个或多个纵向延伸的壁563′、563″、563″′和563″′，在本例中是四个壁。各内壁从长边557′向对侧的长边557″伸展，但不与其接触。这将该热交换管分隔成三个开放的(即没有什么可以防止废气从一个隔室流入另一个隔室)狭长隔室565′、565″和565″′，废气流经这些隔室。为了帮助将热能从废气传递至内壁，这些内壁的最内端和/或暴露表面可以是粗糙不平的或其可以引起湍流的形状。

图6示出了根据本发明的第二实施例的一种热交换管的一个横截面。在这个实施例中，这些热交换管的短边659′和659″是平直的，并且该热交换管具有一个方形的横截面。这些热交换管的内部具有一个或多个纵向延伸的内壁，在本例中是三个内壁663′、663″和663″′。各内壁从一个长边657′向其对侧长边657″延伸。各内壁通过一个中心壁669与其相邻的一个或多个壁相连接，该中心壁与该热交换管的长边平行安排。优选地，各中心壁669被安排在该热交换管的对称线上，以确保可将热能从离开外壁最远的废气中提取出来。这些内壁将该热交换管分隔成八个闭合的狭长隔室，废气流经这些隔室。

图7示出了沿着图3中的线IV-IV所示的、废气要经过的S形管道***的平行中间段的一个横截面。在这个实施例中，该中间段包括基本上平行放置的两排734的多个热交换管733。这两排热交换管不是必须安排在一个中间段中，而且可以安排在一个叉流热交换器的上段或下段中。在这个图示的实施例中，每排中有十个管，但通常放置较少或更多的管。这些管中的每一个可以是在本申请中所描述的任何热交换管。在这个图示的实施例中，各管具有纵向延伸的壁，这些壁在各管内限定三个单独的通道。在本图中，由竖直箭头表示烹饪风。

图8示出了一个与图7相似的实施例。在这个实施例中，这两排834热交换管833是彼此偏移的。这样有利地使烹饪风更迎合较低列的交换管的废气流的加热。

图9和10是由两个完全相同的折叠金属板部件构成的一个优选的热交换管的横截面的简化图示。

图9示出了在优选地通过焊接或熔接相组合之前的两个部件931和932，图10示出了组合后的热交换管1033的横截面。

在图11中，示出了描述这两个折叠金属片件931和932在其组合成一个热交换管之前的一个透视图。

如图9-11中所示地制成的热交换管已证明可满足对低生产成本和极好的热传递能力的高要求。在本发明所有的实施例中，为了帮助将热能从废气传递至内壁，这些纵向延伸的内壁的最内端和/或暴露表面可以是粗糙的、有孔的、或其形状可以引起湍流。优选地，这些内壁由一种具有良好的导热性和耐腐蚀性的材料制成，例如一种金属，如纯的或合金的铝、铜或铁，优选地它们可由与这些热交换管的薄壁3相同的材料制成。在这些内壁与这些热交换管壁的内表面之间的联接部优选地可被安排成可提供从这些内壁至这些热交换管壁的良好的热传递。优选地，这些内壁与这些外壁是例如通过挤出而一体形成的、或通过焊接或铆接连接在一起。在这种情况下，这些热交换管可由多个部件组装制面，可优选地在这些部件之间使用导热膏来确保这些部件之间的高导热性。

根据本发明，该纵向延伸的内壁可以是平直的、并与该热交换管的纵向轴线对齐，或它们可以像螺旋槽一样弯曲。

在本发明的一个实施例中，热交换管的特定部位的内表面积减少，即沿着这些热交换管的纵向方向。这可以通过例如增加在这些管的纵向方向上的纵向内壁563′、563″、563″′和563″″的高度来实现。在一个有利的实施例中，这些热交换管的内表面积在接近该燃烧器处较小，然后在气流方向上增加。由此该热通量降低，并且这些热交换管的外表面温度也降低。这个特征改善了温度控制并可能将温度调节至一个最佳范围。

根据本发明的热交换管可用在从一种第一流体向一种第二流体进行热能交换的方法中，其中该第一流体的温度高于该第二流体，该第一流体沿着根据本发明的一个热交换管的内侧流动，并且较冷的第二流体在所述的热交换管的外侧流动，反之亦然。优选地，该热交换管外的流体如在上述的说明以及附图中所示出地基本上垂直地流经该热交换管，或在相反的方向上流动，或以与这些热交换管内的流体成一个90度以外的角度的流动方向上流动。

虽然本发明以具有平直的或圆形短末端的大致方形横截面的热交换管为例进行说明，也可能适配成本发明的内壁与具有任何实际横截面形状的管一起使用。

本发明不局限于上述的实施例、并且可以在所附权利要求的范围之内被更改。

Claims (15)

1.配备有一个叉流管式热交换器的热风烘炉，该热交换器包括至少两排(734，834)的多个热交换管(333，533，633，733，833)，该热交换器被安排在一个加热室(5)内，在该加热室内有待加热的烹饪风流过该热的热交换器，用于使得烹饪风变热的热排气是由一个燃烧器产生的，这些热排气穿过一个气密的管道***，该管道***包括所述热交换管，这些热交换管从该燃烧器引至一个烟囱，并且各排中的热交换管被安排在一个基本上平行的平面上，并且在一排中的热交换管与相邻排中的热交换管具有一种预定关系，其特征在于每个热交换管包括一个狭长管(333)，该狭长管带有一个管壁(361)，该狭长管的内部配备有至少一个纵向延伸的内壁(363'，363")，该内壁从该狭长管的内表面的一侧朝向该内表面的另一侧延伸，其中，在使用过程中，这些内壁被所述热排气加热并且这些内壁通过传导将热传递给该热交换器的壁,其中每根热交换管具有的一种横截面，该截面带有间隔为D的两个平直的、平行的长边(57'，57")，并且由一对曲率直径为D的凸形弯曲端部(59'，59")连接，并且其中至少一个内壁从一个长边向另一个长边延伸。

2.根据权利要求1所述的热风烘炉，其中所述的预定关系涉及相邻排中的这些热交换管是竖直对齐的。

3.根据权利要求1所述的热风烘炉，其中所述的预定关系涉及相邻的热交换管是竖直偏移的。

4.根据权利要求1至3中的任何一项所述的热风烘炉，其中所述至少两排的多个热交换管是安排在一个叉流管式热交换器的中间段中。

5.根据权利要求1至3中的任何一项所述的热风烘炉，其中所述的至少一个内壁从该内表面的一侧延伸、并与该内表面的另一侧接触。

6.根据权利要求5所述的热风烘炉，其中所述的至少一个内壁中的每一个是固体的，并且该热交换管被分隔成多个纵向延伸的隔室(365'，365"，365"')，其中所述的至少一个内壁(363'，363")阻止在所述的隔室之间的横向流。

7.根据权利要求1至3中的任何一项所述的热风烘炉，其中所述热交换管是由两个完全相同的金属片部件(931，932)制成的，各金属片部件是由一个狭长平坦金属片折叠形成的，然后组合形成该热交换管。

8.根据权利要求7所述的热风烘炉，其中所述金属片部件被焊接到一起。

9.根据权利要求1至3中的任何一项所述的热风烘炉，其中所述热交换管沿着一水平的平面定向，平行的长边(57’，57”)竖直地延伸。

10.根据权利要求1至3中的任何一项所述的热风烘炉，其中所述热交换管由具有良好的导热性和耐腐蚀性的金属制成。

11.根据权利要求9所述的热风烘炉，其中所述热交换管由合金的铁制成。

12.根据权利要求1至3中的任何一项所述的热风烘炉，其中为了引起湍流，一个或多个内壁可以是粗糙的、有孔的或形状可引起湍流。

13.从一种第一流体向一种第二流体进行热量交换的方法，其特征在于该第一流体在根据权利要求1至12中的任何一项所述的热风烘炉中的一个热交换管内流动，并且该第二流体在所述的热交换管外流动。

14.根据权利要求13所述的方法，其中该第二流体在跨过该第一流体的方向上流动。

15.根据权利要求13所述的方法，其中该第二流体在该第一流体的流动方向的相反方向上流动。