[发明专利]热交换单元和方法

说明书

技术领域

本发明涉及热交换单元和可通过此单元执行的热交换方法。

特别地，本发明涉及一种热交换单元，该热交换单元包括安装在各自的容纳壳体中的至少一个热交换器，该热交换单元优选地而不是排他性地用于加热或空气调节系统中的水加热设备中，即供家庭使用又用于由住宅公寓、工业区或购物区构成的建筑群中。

在以下的描述中和随附的权利要求书中，术语“热交换单元”用来表示优选地模块类型的单元，该单元包括安装在各自的容纳壳体中的至少一个热交换器，该热交换器被构造成执行在热交换器内循环的第一热传递流体和在热交换器本身外部的容纳壳体中流动的第二热传递流体之间的热交换。

在优选实施方式中，如在下文中将变得清楚的，本发明涉及冷凝型热交换单元和方法。

背景技术

如已知的，热交换单元的功能是在两个流体之间传递热能，这两个流体在下文中被精确表示为第一热传递流体和第二热传递流体。

例如，就常见的家用燃气锅炉而言，热交换单元的功能是凭借燃烧器产生的热燃烧气体使热水在安装在单元中的热交换器内循环。

为此目的，冷凝型热交换单元被例如构造成使用由于燃烧而形成的热和包含在燃烧气体中的潜在冷凝热。被恢复的潜在冷凝热的量主要取决于进入热交换单元低温侧的来自加热系统的回归水的温度。

当前，因其高热交换效率(与存在大交换表面相关)、紧凑性、有竞争力的重量和成本的特性而受到赏识的热交换单元是装配有容纳在各自的容纳壳体中的螺旋形状的热交换器。

特别地，此热交换器包括至少一个管状管道，管状管道按照多个线圈的方式围绕螺旋结构的纵轴卷绕，这些线圈的横截面的值是根据所期望的热功率来确定。

此管状管道的线圈可具有诸如例如在以Le Mer的名义的国际专利申请WO 94/16272中和以Viessmann Werke的名义的欧洲专利申请EP 0 745 813中的扁平横截面，或诸如例如以Cosmogas的名义的国际专利申请WO 2005/080900中描述的圆形横截面。

在这两种情况下，在螺旋缠绕的管状管道的连续线圈之间限定空隙，从而形成供第二热传递流体(例如，燃烧器产生的热燃烧气体)沿着大体径向或轴向-径向方向(如果线圈相对于螺旋结构的纵轴倾斜)流动的流体路径。螺旋缠绕的管状管道的连续线圈之间限定的空隙具有预定且(优选地)恒定的宽度。

螺旋形状的管状管道与热交换器共轴地并且相对于热交换器在内部限定第二热传递流体的供给区，在用于水加热设备的气体-液体热交换单元中，通常将燃烧器安装在供给区中。

如所述的，第二热传递流体因此往往会在大体径向或轴向-径向方向上流过线圈之间的空隙，从而将热传递到在管道内循环的第一热传递流体。

在已知类型的热交换单元的第一构造中，如例如以Cosmogas的名义的国际专利申请WO 2005/080900中或以Viessmann Werke的名义的欧洲专利申请EP 1 160 521中描述的，一旦已经流过线圈之间的空隙，第二热传递流体就到达相对于热交换器限定在外部并且由壳体的侧壁在外部限定界限的环状收集腔室，随后通过单元壳体的侧壁中形成的开口，直接流向单元的外部。

在已知类型的热交换单元的第二构造中，如例如以Le Mer的名义的国际专利申请WO 94/16272中，或以Giannoni France的名义的国际专利申请WO 2004/036121中描述的，另一方面，设置用于第二热传递流体的第二收集腔室，第二收集腔室被共轴地限定在热交换器的内部，处于支承由难熔材料制成的绝热盘的分隔元件后部。此盘设置在热交换器内，以将由所述热交换器形成的螺旋结构划分成相对于第二热传递流体的流动方向分别位于分隔元件的上游和下游的两个部分。

以此方式，螺旋形状的热交换器被划分成：前部部分或主要热交换部分，其位于相对于燃烧气体流动方向的所述分隔元件上游并且直接暴露于燃烧器所产生的热以及进入后部部分；或辅助热交换部分，其设置在所述分隔元件的下游并且被分隔元件相对于燃烧器隔离。

根据单元的这个第二构造，燃烧器所产生的热燃烧气体在被从热交换单元排放之前，首先，向着环状收集腔室连续地流过热交换器的主要热交换部分，从内部径向或轴向-径向向外地穿过分离热交换器的线圈的空隙，然后向着第二收集腔室穿过辅助热交换部分，沿着相对于容纳壳体的侧壁大体垂直或倾斜的方向，从外部径向或轴向-径向向内地经过分离热交换器的线圈的空隙。