专利名称：堆叠式集热装置的制作方法
技术领域：
本发明特别涉及一种堆叠式集热装置，属于工业供热技术领域。
背景技术：
传统供热设备主要采用两种工作模式，S卩“水管式”和“火管式”。以锅炉为例，“水管式”锅炉(a water tube boiler)是将水、汽或汽水混合物等换热工质置于管内，而以火焰或烟气在管外燃烧和流动，藉以实现供热，而“火管式”锅炉则是将燃料或者燃料燃烧后产生的烟气在火筒或烟管中流过，对火筒或烟管外水、汽或汽水混合物加热，进而实现供热。其中，“水管式”供热设备具有体积相对较小、工作压力较高、安全性能较好、热效率较高等优点，但其不足之处在于，相当一部分热能会流失到周围环境中，从而导致热能利用率偏低，尤其是在水管内积垢等情况下，其能源利用效率会进一步降低。而“火管式”供热设备具有水容量大，蓄热能力大，结构、安装和运行都比较简单等优点，但其亦具有诸多缺陷，例如整体体积较大，热效率较低，蒸发强度不高等。针对前述传统供热设备的不足，本案发明人曾于CN100516750C、CN101701747B等发明专利中提供了多种改良设计的供 热设备，其虽然具有远远优于传统供热设备的工作性能，但其仍存在体积较大、供热速度相对较低，能源利用率有待进一步提升等缺陷。
发明内容
本发明的主要目的之一在于提供一种堆叠式集热装置，其至少具有体积小，供热速度快、能源利用高等优点，从而克服了现有技术中的不足。为实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案:一种堆叠式集热装置，包括用以输入供热流体的进气口和用以排出尾气的排气口，所述进气口与排气口之间经两个以上集热单元相互连通，其中每一集热单元均包括一组集热管，而任意一个集热单元均包含沿供热流体行进方向依次连通的复数根集热管，该复数根集热管密集排布且相互平行设置，其中任意两根相邻集热管的相应一端部经一过渡机构连通；该两个以上集热单元沿与所述集热管轴线平行的方向依次层叠设置，并且在供热流体行进方向上，任意一个集热单元中的第一根集热管与位于该任意一个集热单元上游的一个集热单元中的最后一根集热管连通。作为较为优选的实施方案之一，所述过渡机构包括中空构件，所述中空构件两端分别与设置于任意一个集热单元中的任意两根相邻集热管外壁上的两个相对设置的开口部连通，所述开口部的面积大于或等于所述集热管的内截面面积，其中，至少每一集热管的用以与相邻集热管的相邻一端连通的一端具有封闭端面。作为较为优选的实施方案之一，所述过渡机构包括封闭壳型构件，任一封闭壳型构件与设置于任意一个集热单元中的任意两根相邻集热管的相邻一端均直接连通，
其中，设置于任意一个集热单元中的任意两根相邻集热管的相邻一端均为开口端。优选的，所述封闭壳型构件可具有弧面形顶面。优选的，所述集热管竖立设置，并且位于所述堆叠式集热装置下部的过渡机构内还设有集尘仓，所述集尘仓上设有开口部，所述开口部上配有封盖。作为可以实施的具体应用方案之一，所述堆叠式集热装置还包括一进气管和一排气管，其中，所述进气管的一端设置进气口，另一端为封闭端，并且所述进气管的另一端部与邻近该进气管的一集热管的相应一端部之间经一过渡机构直接连通；所述排气管的一端设置排气口，另一端为封闭端，并且所述排气管的另一端部与邻近该排气管的一集热管的相应一端部之间经另一过渡机构直接连通。作为可以实施的具体应用方案之一，该任意一层的第一根集热管与位于该任意一层上游的一层中的最后一根集热管同轴设置，并且:该任意一层的第一根集热管与位于该任意一层上游的一层中的最后一根集热管的相邻一端对接或经过一直管型连接件连接；或者,该任意一层的第一根集热管与位于该任意一层上游的一层中的最后一根集热管一体设置。
作为较为优选的具体应用方案之一，所述堆叠式集热装置还包括一个以上用以遮盖至少一集热管的一端面的盖状件，所述盖状件具有圆弧形截面。所述集热单元为矩形体或圆柱形体结构。一种新型供热系统，包括如上任一项所述的堆叠式集热装置以及壳体，所述堆叠式集热装置置于所述壳体内腔中，且所述壳体内腔还与气态或液态换热工质供给设备连通。与现有技术相比，本发明的优点至少在于:该堆叠式集热装置结构紧凑，体积小，热效率高、供热速度快，且能实现能源的充分利用，而包含该堆叠式集热装置的新型供热设备至少具有同样的优点，适于作为各类供暖设备、尾气余热回收设备、蒸汽发生设备等在工业、民用领域广泛应用。
图1a是本发明实施例1的立体图；图1b是本发明实施例1的俯视图；图2a是本发明实施例2的立体图；图2b是本发明实施例2的主视图。
具体实施例方式鉴于现有技术的不足，本案发明人旨在提供一种堆叠式集热装置，其具有体积小、结构简单紧凑、供热速度快、能源利用率高等特点，进一步的，基于该堆叠式集热装置，本案发明人还提供了一种新型的供热系统。
具体而言，作为本发明的一个方面，该堆叠式集热装置包括用以输入供热流体的进气口和用以排出尾气的排气口，所述进气口与排气口之间经至少一组集热管相互连通，其中任意一个集热单元均包含沿供热流体行进方向依次连通的复数根集热管，该复数根集热管密集排布且相互平行设置，其中任意两根相邻集热管的相应一端部经一过渡机构连通。通过前述设计，使得本发明较之CN100516750C、CN101701747B等发明专利中所涉及的S型连续弯管结构，无需将集热管管径缩小，即可在有限的区域内集中安装更大密度的具有较大管径(例如，可以为50mm以上)的集热管，不会影响且甚至可以提高各种供热流体在集热装置内的流通速度，以及，还可有效提升集热装置的比表面积(亦即，与换热工质的接触面积)，进而能以更小体积实现更高的供热效率。进一步的，在与任一集热管轴线平行的方向上，该复数根集热管被分为两层以上设置，在其中任意一层之中，在供热流体行进方向上，该任意一层的第一根集热管与位于该任意一层上游的一层中的最后一根集热管连通。而作为本发明的另一个方面，该新型供热系统包括如上所述的堆叠式集热装置以及壳体，所述堆叠式集热装置置于所述壳体内腔中，且所述壳体内腔中还填充有气态或液态工质。显然的，参见前文，该新型供热系统系采用以流经集热管的供热流体对包围在集热管之外的换热工质进行加热，其能实现对由各种供热流体提供的热能的充分利用，且即使是在集热管外壁上积垢的情况下，亦能实现热能在供热流体与换热工质之间的充分转移，而不会流失到周围环境中。特别是，藉由本发明的设计，供热流体在该新型供热系统经过后形成的尾气温度可以远远低于常规供热设备排出的尾气温度，例如，低于100°c。又及，因集热管可具有较大管径，且在单位体积内分布的集热管密度较大，使得可燃性的供热流体可以较高流通速度在集热装置内行经较长行程，继而充分燃烧，并与换热介质充分换热，进一步提升换热效率，还能避免供热流体内的粉尘等在集热管内快速大量的积聚。在本发明的一个较为优选的实施方案之中，前述过渡机构可以包括中空构件，前述中空构件两端分别与设置于任意一个集热单元中的任意两根相邻集热管外壁上的两个相对设置的开口部连通，所述开口部的面积大于或等于所述集热管的内截面面积，
其中，至少每一集热管的用以与相邻集热管的相邻一端连通的一端具有封闭端面。前述中空构件两端可采用焊接等方式与相邻集热管上的前述开口部密封接合，当然，将前述中空构件与相邻集热管一体设置亦是可行的方案之一。又，前述中空构件优选采用直管形构件，以尽量缩短供热流体在相邻集热管之间的行程，以尽量缩小过渡机构对供热流体的流通速度的影响。在该较为优选的实施方案，相邻集热管之间的距离一般可缩小至5cm以下，特别是在某些应用于小型供热设备中的集热装置之中，相邻集热管的距离可缩小至大于0，但小于或等于2cm，如此，可以实现在单位面积和/或单位体积内集热管密度的最大化。在本发明的另一个较为优选的实施方案之中，前述过渡机构可以包括封闭壳型构件，任一封闭壳型构件与设置于任意一个集热单元中的任意两根相邻集热管的相邻一端均直接连通，其中，设置于任意一个集热单元中的任意两根相邻集热管的相邻一端均为开口端。
前述封闭壳型构件亦优选在供热流体的行进方向上具有平直流道结构，S卩，在供热流体的行进方向上系具有矩形剖面结构。优选的，所述封闭壳型构件可具有弧面形顶面。在本发明中，所述集热管可以采用竖立设置的形态，并且位于所述堆叠式集热装置下部的过渡机构内还设有集尘仓，所述集尘仓上设有开口部，所述开口部上配有封盖。该设计尤其适于易于产生粉尘的供热流体，其工作原理在于，在供热流体行进该堆叠式集热装置的过程中，粉尘可在重力作用下沉降至集尘仓中，在沉积到一定数量时，通过前述开口部即可将粉尘取出，避免造成集热管的堵塞。作为可以实施的具体应用方案之一，所述堆叠式集热装置还包括一进气管和一排气管，其中，所述进气管的一端设置进气口，另一端为封闭端，并且所述进气管的另一端部与邻近该进气管的一集热管的相应一端部之间经一过渡机构直接连通；所述排气管的一端设置排气口，另一端为封闭端，并且所述排气管的另一端部与邻近该排气管的一集热管的相应一端部之间经另一过渡机构直接连通。作为可以实施的具体应用方案之一，该任意一层的第一根集热管与位于该任意一层上游的一层中的最后一根集热管同轴设置，并且:该任意一层的第一根集热管可与位于该任意一层上游的一层中的最后一根集热管的相邻一端对接或经过一直·管型连接件连接；或者，该任意一层的第一根集热管亦可与位于该任意一层上游的一层中的最后一根集热管一体设置。考虑到某些供热装置内会有一定的压力要求，为增强该堆叠式集热装置的耐压强度，作为较佳的具体应用方案之一，所述堆叠式集热装置还可包括一个以上用以遮盖至少一集热管的一端面的盖状件，所述盖状件具有圆弧形截面，亦即，可以在任一集热管的至少一端上设置盖状件，亦可在选定的若干集热管的相应一端上加设一盖状件，或者，以一盖状件掩盖位于同一层的所有集热管的相应一端。需要指出的是，前述集热管系为便于描述本发明而拟定的一种表述，事实上，其可为圆管形、箱型的等结构，且不限于此。前述供热流体可以是可燃性流体(气体、液体或雾化的液体或气液混合物)与空气、氧气等助燃物的混合物，由可燃物燃烧产生的高温烟气，某些高温设备(如锅炉、金属冶炼设备等)输出的高温尾气等等。以下结合附图及若干较佳实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。实施例1参阅图1a-图lb，该堆叠式集热装置30包括一进气管310和一排气管320，该进气管的一端设置用以输入供热流体的进气口 311，另一端与一燃烧室34连通，该排气管320的一端设置用以排出尾气的排气口 321，另一端为封闭端，该燃烧室34与排气口321之间经沿供热流体行进方向依次连通的若干竖立设置的集热管33相互连通。并且，该等集热管被分为两组，并分为上、下两层层叠布置。其中，位于上、下层的多根集热管均密集排布形成圆形布局。在分布于上层的多根集热管之中的任意两根相邻集热管的相应一端部经一过渡单元32连通，而且在供热流体的行进方向上，该上层中的最后一根集热管与下层中的第一根集热管连通。该第一根集热管与该最后一根集热管可同轴设置，并且该第一根集热管可与该最后一根集热管的相邻一端对接或经过一直管型连接件连接，或者，该第一根集热管亦可与该最后一根集热管一体设置。位于下层的各集热管可采用与位于上层的各集热管相似的结构布置。又及，前述排气管的另一端部与位于下层的多根集热管中的邻近该排气管的一集热管的相应一端部之间经另一过渡单元直接连通。前述过渡机构包括具有矩形横截面的中空构件，该中空构件两端分别与设置于任意一组集热管中的任意两根相邻集热管外壁上的两个相对设置的开口部(图中未示出)连通，所述开口部的面积优选大于或等于所述集热管的内截面面积，前述每一集热管的用以与相邻集热管的相邻一端连通的一端具有封闭端面。前述中空构件两端可采用焊接等方式与相邻集热管上的前述开口部密封接合，当然，前述中空构件亦可与相邻集热管一体设置。再及，在位于该堆叠式集热装置下部的若干过渡单元32内还设有集尘仓，所述集尘仓上设有开口部，所述开口部上配有封盖332。采用前述的多层式设计，可进一步提升该堆叠式集热装置的热效率和供热速度，亦即更好的实现能源的充分利用。基于前述堆叠式集热装置30而形成的一种新型供热系统还可以包括一壳体，其包括层叠设置的上层壳体31和下层壳体31’，所述堆叠式集热装置30的上、下层分别被置于所述上层壳体31和下层壳体31’内腔中，且该两个壳体内腔中还填充有气态或液态换热工质，如水等，而进气口 311与该排气口 321可以分别从上层壳体和下层壳体外壁露出。进一步的，在所述壳体上还可分布有工质入口 351和工质出口 352。实施例2参阅图2a-图2b，该堆叠式集热装置40包括一进气管410和一排气管420，该进气管的一端设置用以输入供 热流体的进气口 411，另一端为封闭端，该排气管420的一端设置用以排出尾气的排气口 421，另一端为封闭端，该进气口 411与排气口 421之间经沿供热流体行进方向依次连通的若干竖立设置的集热管43相互连通。并且，该等集热管被分为两组，并分为上、下两层层叠布置。其中，位于上、下层的多根集热管均密集排布形成矩形布局。在分布于上层的多根集热管之中的任意两根相邻集热管的相应一端部经一过渡单元42连通，而且在供热流体的行进方向上，该上层中的最后一根集热管与下层中的第一根集热管连通。该第一根集热管与该最后一根集热管可同轴设置，并且该第一根集热管可与该最后一根集热管的相邻一端经过一直管型连接件连接。位于下层的各集热管可采用与位于上层的各集热管相似的结构布置。又及，前述进气管的另一端部与位于上层的多根集热管中的邻近该进气管的一集热管的相应一端部之间经一过渡单元直接连通，而前述排气管的另一端部与位于下层的多根集热管中的邻近该排气管的一集热管的相应一端部之间经另一过渡单元直接连通。前述过渡单元可采用与实施例1所述的过渡单元基本相同的结构，并可采用类同方式与集热管连接。基于前述堆叠式集热装置40而形成的一种新型供热系统还可以包括层叠设置的上层壳体41和下层壳体41’，所述堆叠式集热装置40的上、下层分别被置于所述上层壳体41和下层壳体41’内腔中，且该两个壳体内腔中还填充有气态或液态换热工质，如水等，而进气口 411与该排气口 421可以分别从上层壳体和下层壳体的同一侧外壁露出。
需要指出的是，尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细·节和这里示出与描述的图例。
权利要求
1.一种堆叠式集热装置，其特征在于，包括用以输入供热流体的进气口和用以排出尾气的排气口，所述进气口与排气口之间经两个以上集热单元相互连通，其中每一集热单元均包括一组集热管，而任意一个集热单元均包含沿供热流体行进方向依次连通的复数根集热管，该复数根集热管密集排布且相互平行设置，其中任意两根相邻集热管的相应一端部经一过渡机构连通； 该两个以上集热单元沿与所述集热管轴线平行的方向依次层叠设置，并且在供热流体行进方向上，任意一个集热单元中的第一根集热管与位于该任意一个集热单元上游的一个集热单元中的最后一根集热管连通。
2.根据权利要求1所述的堆叠式集热装置，其特征在于，所述过渡机构包括中空构件，所述中空构件两端分别与设置于任意一个集热单元中的任意两根相邻集热管外壁上的两个相对设置的开口部连通，所述开口部的面积大于或等于所述集热管的内截面面积，其中，至少每一集热管的用以与相邻集热管的相邻一端连通的一端具有封闭端面。
3.根据权利要求1所述的堆叠式集热装置，其特征在于，所述过渡机构包括封闭壳型构件，任一封闭壳型构件与设置于任意一个集热单元中的任意两根相邻集热管的相邻一端均直接连通，其中，设置于任意一个集热单元中的任意两根相邻集热管的相邻一端均为开口端。
4.根据权利要求1所述的堆叠式集热装置，其特征在于，所述集热管竖立设置，并且位于所述堆叠式集热装置下部 的过渡机构内还设有集尘仓，所述集尘仓上设有开口部，所述开口部上配有封盖。
5.根据权利要求1所述的堆叠式集热装置，其特征在于，它还包括一进气管和一排气管，其中， 所述进气管的一端设置进气口，另一端为封闭端，并且所述进气管的另一端部与邻近该进气管的一集热管的相应一端部之间经一过渡机构直接连通； 所述排气管的一端设置排气口，另一端为封闭端，并且所述排气管的另一端部与邻近该排气管的一集热管的相应一端部之间经另一过渡机构直接连通。
6.根据权利要求1所述的堆叠式集热装置，其特征在于，该任意一层的第一根集热管与位于该任意一层上游的一层中的最后一根集热管同轴设置， 并且: 该任意一层的第一根集热管与位于该任意一层上游的一层中的最后一根集热管的相邻一端对接或经过一直管型连接件连接； 或者，该任意一层的第一根集热管与位于该任意一层上游的一层中的最后一根集热管一体设置。
7.根据权利要求1所述的堆叠式集热装置，其特征在于，它还包括一个以上用以遮盖至少一集热管的一端面的盖状件，所述盖状件具有圆弧形截面。
8.根据权利要求1所述的堆叠式集热装置，其特征在于，所述集热单元为矩形体或圆柱形体结构。
全文摘要
一种堆叠式集热装置，包括用以输入供热流体的进气口和用以排出尾气的排气口，所述进气口与排气口之间经多个集热单元相互连通，其中每一集热单元均包括一组集热管，而任一集热单元均包含沿供热流体行进方向依次连通的若干集热管，该等集热管密集排布且相互平行，其中任意两根相邻集热管的相应一端部经一过渡机构连通；该等集热单元沿与所述集热管轴线平行的方向依次层叠设置，并且在供热流体行进方向上，任一集热单元中的第一根集热管与位于该任一集热单元上游的一个集热单元中的最后一根集热管连通。本发明结构简单紧凑，体积小，热效率高、供热速度快，且能实现能源的充分利用，适于在供暖设备、尾气余热回收设备、蒸汽发生设备等之中广泛应用。
文档编号F24H7/02GK103245056SQ20131013571
公开日2013年8月14日 申请日期2013年4月18日 优先权日2013年4月18日
发明者童书开 申请人:苏州艾克玛能源科技有限公司