專利名稱：火管熱交換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種火管熱交換器。
背景技術(shù)：
眾所周知，火管熱交換器用于將熱量從燃燒的熱氣轉(zhuǎn)移至暴露于火管的外表面的 材料(典型地是液體)。美國(guó)專利No. 5，913，289和No. 6，675，746中描述了這種熱交換器。 這些以及其它之前描述的火管熱交換器制造起來(lái)相對(duì)昂貴或困難。另外，一些火管熱交換 器在將熱量從燃燒的熱氣經(jīng)過(guò)火管的內(nèi)部轉(zhuǎn)移至外表面以加熱液體方面不太有效。本文描 述的設(shè)備針對(duì)一種改進(jìn)的、高效的、且相對(duì)經(jīng)濟(jì)地制造的火管設(shè)計(jì)。

發(fā)明內(nèi)容
本文描述的火管熱交換器的實(shí)施方式包括細(xì)長(zhǎng)的圓柱形殼體，該殼體具有流體入 口端、流體出口端以及固定在殼體的內(nèi)表面上的散熱片組件。散熱片組件包括多個(gè)成圓形 行的細(xì)長(zhǎng)U形散熱片，每個(gè)散熱片均具有固定至殼體的內(nèi)表面的底面以及從底部散熱片表 面向上延伸的兩個(gè)基本扁的平面?zhèn)让?。每行中的散熱片均沿著圓柱形殼體的軸線基本平 行地對(duì)齊，并且一行或多行散熱片中的散熱片可與相鄰一行散熱片中的散熱片成角度地偏 移。在一些實(shí)施方式中，散熱片的扁的平面?zhèn)让婊酒叫?，并且，每行散熱片中的散熱片?散熱片高度、長(zhǎng)度和寬度上分別基本相同。在其它實(shí)施方式中，至少兩行中的散熱片的尺寸 在高度和/或?qū)挾群?或長(zhǎng)度上不同。在又一實(shí)施方式中，在火管熱交換器內(nèi)使用三種或 更多種不同的散熱片高度。下文中將描述在散熱片的設(shè)計(jì)和實(shí)施方式以及火管熱交換器設(shè) 計(jì)上的這些以及其它變型。


圖1是火管的一個(gè)實(shí)施方式的等距視圖，示出了半透明圓柱形管殼。圖2是沿著火管的一個(gè)實(shí)施方式的線2-2剖開(kāi)的橫截面等距視圖，其示出了內(nèi)部 散熱片布置和設(shè)計(jì)。圖3是散熱片的端視圖并示出了三種不同的散熱片高度。圖4是圖3所示的散熱片的側(cè)視圖，同樣示出了三種不同的散熱片高度標(biāo)記。圖5是安裝有內(nèi)部陶瓷堵頭的圖2的剖開(kāi)火管的橫截面圖。
具體實(shí)施例方式一個(gè)實(shí)施方式是包括外殼的火管熱交換器。沿著殼體的內(nèi)表面設(shè)置的是散熱片組 件，該散熱片組件具有多個(gè)成圓形行的細(xì)長(zhǎng)U形散熱片。在一個(gè)實(shí)施方式中，每個(gè)散熱片均 具有固定至所述圓柱形殼體的內(nèi)表面的底面。每個(gè)散熱片還可具有從所述底面向上延伸并 限定細(xì)長(zhǎng)的內(nèi)部通道的兩個(gè)側(cè)面。這些側(cè)面可以是平面的且扁的。另外，在一個(gè)實(shí)施方式 中，每行中的散熱片均可沿著圓柱形殼體的軸線基本平行地對(duì)齊。在一個(gè)實(shí)施方式中，不同行中的散熱片的側(cè)面具有不同的高度。在圖1中，火管熱交換器組件10被示出為具有圓柱形殼體11，為了觀察內(nèi)部散熱 片，該圓柱形殼體被示出為半透明的。并且參考圖2的橫截面圖，其中，圓柱形殼體被切開(kāi)， 以示出散熱片組件的更具體的特征。如所示出的，散熱片組件圍繞圓柱形殼體的內(nèi)表面周向地固定，并且包括多個(gè)成 圓形行的細(xì)長(zhǎng)U形散熱片。在所示實(shí)施方式中，每行中的散熱片分別基本相同，并且將三種 不同高度的散熱片用在散熱片的不同行中。最靠近殼體11的流體入口端13的第一行散熱 片包括基本相同的散熱片12，第二行包括基本相同的散熱片14，第三行和剩余行由基本相 同的散熱片16組成。在此實(shí)施方式中，散熱片12、14與16之間的不同在于其向上延伸的 側(cè)面的高度。在此實(shí)施方式中，散熱片側(cè)面在氣體溫度最熱的火管的前部較低。雖然不同行中可以使用不同的散熱片長(zhǎng)度，但是所有行的散熱片的長(zhǎng)度都可以相 同。然而，在任何單行中的所有散熱片都可以具有基本相同的長(zhǎng)度。類似地，雖然可以使用 不同的散熱片寬度，但是任何行中的散熱片的寬度都可以相同。然而，在一些實(shí)施方式中， 一行中的所有散熱片都具有基本相同的寬度。在其它實(shí)施方式中，火管的所有行中的所有 散熱片都具有基本相同的寬度。圖3和圖4進(jìn)一步示出了不同行的散熱片的側(cè)面的高度差異。散熱片20的相對(duì) 側(cè)面22和24的高度是相同的。然而，第一行散熱片中的所有散熱片12的上邊緣21都比 行14和16中的散熱片的側(cè)面的高度短。特別地，所有第二行散熱片14的側(cè)面22、24的上 邊緣23都比行12中的散熱片的高度長(zhǎng)、且比第三行散熱片16和所有具有上邊緣25的剩 余多行散熱片中的散熱片的高度短。在一個(gè)實(shí)施方式中，散熱片的高度相差10%至50%。在另一實(shí)施方式中，散熱片 的高度相差15%至35%。在又一實(shí)施方式中，散熱片的高度相差20%至30%。在一個(gè)實(shí) 施方式中，一行散熱片是0. 5英寸高，第二行散熱片是5/8英寸高，而第三行和剩余多行中 的散熱片是0. 75英寸高。在一個(gè)實(shí)施方式中，從第一行至第三行的每行散熱片比前一行高 25%。如前所述，并且具體如圖3所示，所有散熱片都具有基本相同的寬度，并且是具有 底面26的U形。底部散熱片表面是基本扁的或者優(yōu)選地以一定半徑(輻射式的)彎成弓形 或彎曲，以更好地匹配位于底部散熱片表面下方的殼體的內(nèi)圓柱形表面的半徑或曲率。這 種輻射式底面也將有利于散熱片和圓柱形表面的銅焊(brazing)。這種扁的或彎曲的底部 還為在裝配火管熱交換器的過(guò)程中將每個(gè)散熱片平頭焊接或點(diǎn)焊在適當(dāng)位置提供了表面。在另一實(shí)施方式中，相對(duì)的散熱片側(cè)面是平行的，并且從底面基本垂直地(正交 地)向上延伸。然而，相對(duì)的側(cè)面也可與底面略成鈍角或銳角。這種角度可根據(jù)每行中的 散熱片的期望數(shù)量以及每行中的散熱片的期望間隔來(lái)選擇。還應(yīng)理解，每行中的散熱片的 具體數(shù)量將取決于散熱片的寬度和圓柱形殼體的徑向尺寸或周長(zhǎng)。在此實(shí)施方式中，各行中的散熱片以它們向上延伸的側(cè)面沿著圓柱形殼體的軸線 基本平行地對(duì)齊的方式縱向地對(duì)齊。如前面所指出的，各行散熱片中的最短散熱片或散熱 片位于火管的入口端處，并且，后續(xù)行中的散熱片具有更高的側(cè)面。可選擇火管中不同高度 的散熱片的具體種數(shù)，但是，可使用至少兩種不同的高度。在另一實(shí)施方式中，使用至少三 種不同高度的散熱片，但是在不背離本發(fā)明的前提下也可使用更多不同的高度。在所示實(shí)施方式中，使用三種不同的高度，如前所述并在圖1至圖4中示出。相鄰多行散熱片中的散熱片可沿著火管的長(zhǎng)度成角度地對(duì)齊，或者相鄰多行散熱 片中的散熱片可彼此角度地偏移。當(dāng)然，如果相鄰多行散熱片中的散熱片具有不同的寬度， 那么相鄰多行中的散熱片的向上延伸的側(cè)面沿著火管的長(zhǎng)度從入口到出口將存在散熱片 側(cè)面的偏移。在一個(gè)實(shí)施方式中，由于散熱片具有基本相同的寬度，所以散熱片可沒(méi)有偏移 地成角度地對(duì)齊，或者這些散熱片可以達(dá)到散熱片寬度的一半的方式成角度地偏移。散熱片的行的具體數(shù)量將取決于火管的長(zhǎng)度以及不同行散熱片中的散熱片的長(zhǎng) 度。散熱片的行數(shù)優(yōu)選地在2行至大約20行之間，更優(yōu)選的是大約4行至大約12行的散 熱片，更少的散熱片導(dǎo)致沿著火管更大的熱應(yīng)力。以實(shí)例的方式，圖中示出了，對(duì)于大約2 英尺長(zhǎng)的火管，具有10行散熱片，每行中的散熱片均具有相等的散熱片長(zhǎng)度。向上延伸的散熱片的上邊緣限定細(xì)長(zhǎng)的內(nèi)部通道，該內(nèi)部通道中固定有通常被稱 作堵頭(core plug)的耐熱插入件，并且，該耐熱插入件典型地由耐熱陶瓷材料制成。插入 件的長(zhǎng)度可在從入口端起的第二行散熱片與位于出口端的最后多行散熱片之間延伸，如圖 5所示。插入件的形狀使得直徑從最靠近火管的流體入口的前端逐漸增加，對(duì)于插入件的長(zhǎng) 度的一部分，插入件的表面與散熱片側(cè)面的上邊緣之間留有空間，并且于是沿著火管長(zhǎng)度 的相繼部分接觸散熱片邊緣。本領(lǐng)域技術(shù)人員能很好地理解插入件的這種形狀、其尺寸和 布置。在另一實(shí)施方式中，火管熱交換器組件包括在各行散熱片與火管表面之間延伸的 銅環(huán)。這些銅環(huán)可以每個(gè)環(huán)與火管的表面的內(nèi)部及相鄰多行中的散熱片的端部接觸的方式 安裝在所有行散熱片之間。至少一個(gè)環(huán)可安裝在最后一行散熱片的端部處。在另一實(shí)施方 式中，多個(gè)銅環(huán)安裝在最后一行散熱片的端部處。在圖2中，示出了銅環(huán)30、31、32、33、34、 35。以實(shí)例的方式并且為了簡(jiǎn)明起見(jiàn)，僅示出了每隔一行散熱片之間的銅環(huán)，但是，此外，每 行散熱片之間可設(shè)置有環(huán)。這些銅環(huán)可使用真空銅焊或氫爐中的銅焊來(lái)安裝，或者通過(guò)本 領(lǐng)域技術(shù)人員已知的其他銅焊技術(shù)來(lái)安裝。在一個(gè)實(shí)施方式中，這些環(huán)包括高純度(98%以上)銅，因?yàn)檫@種銅的延展性和導(dǎo) 熱性。然而，不排除使用銅和另一種導(dǎo)熱金屬(例如，鎳)的混合物。應(yīng)理解，當(dāng)銅焊銅環(huán) 時(shí)，該銅環(huán)將熔化并流向兩行散熱片和管子內(nèi)表面，在其間形成導(dǎo)熱的且有延展性的結(jié)合 物。由于將要銅焊銅環(huán)，所以這些銅環(huán)在銅焊之前的橫截面形狀不是關(guān)鍵的。本文描述的火管熱交換器在任何用于將熱量從燃燒的熱氣沿著火管的內(nèi)部引導(dǎo) 以加熱與火管的外表面接觸的液體的熱交換設(shè)備中都是有用的。本火管在鍋爐或例如GAX 吸收系統(tǒng)(諸如美國(guó)專利 No. 6，487，875、No. 6，427，478、No. 6，718，792、No. 6，735，963 和 No. 6，748，752中描述的)的氨水吸收系統(tǒng)的發(fā)生器的提餾段(strippingsection)中尤其 有用。與現(xiàn)有技術(shù)中使用并已知的其它火管相比，本文描述的火管熱交換器具有制造起來(lái) 節(jié)省成本、可靠且有效的優(yōu)點(diǎn)。
權(quán)利要求
一種火管熱交換器，包括細(xì)長(zhǎng)的圓柱形殼體，具有入口端和出口端；以及散熱片組件，固定在所述殼體的內(nèi)表面上，所述散熱片組件包括多個(gè)成圓形行的細(xì)長(zhǎng)U形散熱片，每個(gè)散熱片均具有固定至所述圓柱形殼體的內(nèi)表面的底面以及從所述底面向上延伸并限定細(xì)長(zhǎng)的內(nèi)部通道的兩個(gè)扁的平面?zhèn)让妫渲?，每行中的所述散熱片均沿著所述圓柱形殼體的軸線基本平行地對(duì)齊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的火管熱交換器，其中，每個(gè)所述散熱片的底面均包括基本扁 的平面表面。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的火管熱交換器，其中，所述散熱片的底面以一定半徑彎曲。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的火管熱交換器，其中，每行散熱片中的散熱片分別是基本相 同的。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的火管熱交換器，其中，鄰近入口的第一行散熱片中的散熱片 的高度比其它行散熱片中的散熱片的高度低。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的火管熱交換器，包括三行或更多行散熱片，并且其中，從所述 入口端起的第二行散熱片中的散熱片的高度比所述第一行散熱片中的散熱片高且比后續(xù) 的一行或多行散熱片中的散熱片的高度低。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的火管熱交換器，包括2至20行的散熱片。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的火管熱交換器，包括4至12行的散熱片。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的火管熱交換器，包括4至12行的散熱片。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的火管熱交換器，其中，一行或多行散熱片中的散熱片與相鄰 一行散熱片中的散熱片成角度地偏移。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的火管熱交換器，其中，一行散熱片中的所有散熱片的側(cè)面的 高度都是相等的。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的火管熱交換器，其中，一行散熱片中的所有散熱片的寬度都 是相等的。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的火管熱交換器，其中，所有散熱片的寬度都是相等的。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的火管熱交換器，其中，所有散熱片的寬度都是相等的。
15.根據(jù)權(quán)利要求10所述的火管熱交換器，其中，一行散熱片中的所有散熱片的側(cè)面 的高度都是相等的。
16.根據(jù)權(quán)利要求10所述的火管熱交換器，其中，一行散熱片中的所有散熱片的寬度 都是相等的。
17.根據(jù)權(quán)利要求10所述的火管熱交換器，其中，所有散熱片的寬度都是相等的。
18.根據(jù)權(quán)利要求13所述的火管熱交換器，其中，相鄰多行散熱片中的散熱片以達(dá)到 所述散熱片寬度的一半的方式成角度地偏移。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的火管熱交換器，其中，一行散熱片中的所有散熱片的側(cè)面 的高度都是相等的。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的火管熱交換器，其中，鄰近流體入口的第一行散熱片中的 散熱片的高度比其它行散熱片中的散熱片的高度低。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的火管熱交換器，其中，一行散熱片中的所有散熱片的側(cè)面的高度都是相等的。
22.根據(jù)權(quán)利要求1所述的火管熱交換器，其中，一行散熱片中的所有散熱片的長(zhǎng)度都 是相等的。
23.根據(jù)權(quán)利要求1所述的火管熱交換器，其中，一行中的所有散熱片的長(zhǎng)度都是相等 的，而不同的兩行或更多行中的散熱片的長(zhǎng)度是不同的。
24.根據(jù)權(quán)利要求1所述的火管熱交換器，其中，所有散熱片的長(zhǎng)度是都相等的。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的火管熱交換器，其中，一行散熱片中的所有散熱片的側(cè)面 的高度都是相等的。
26.根據(jù)權(quán)利要求24所述的火管熱交換器，其中，一行散熱片中的所有散熱片的寬度 都是相等的。
27.根據(jù)權(quán)利要求24所述的火管熱交換器，其中，所有散熱片的寬度都是相等的。
28.根據(jù)權(quán)利要求24所述的火管熱交換器，其中，相鄰多行散熱片中的散熱片以達(dá)到 所述散熱片寬度的一半的方式成角度地偏移。
29.根據(jù)權(quán)利要求24所述的火管熱交換器，其中，一行散熱片中的所有散熱片的側(cè)面 的高度都是相等的。
30.根據(jù)權(quán)利要求24所述的火管熱交換器，其中，鄰近流體入口的第一行散熱片中的 散熱片的高度比其它行散熱片中的散熱片的高度低。
31.根據(jù)權(quán)利要求4所述的火管熱交換器，其中，鄰近流體入口的第一行散熱片中的散 熱片的高度比其它行散熱片中的散熱片的高度低。
32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的火管熱交換器，包括4至20行的散熱片，并且其中，第3行 和后續(xù)多行散熱片中的散熱片的高度是相等的。
33.根據(jù)權(quán)利要求32所述的火管熱交換器，其中，一行或多行散熱片中的散熱片與相 鄰一行散熱片中的散熱片成角度地偏移。
34.根據(jù)權(quán)利要求32所述的火管熱交換器，其中，相鄰多行散熱片中的散熱片以達(dá)到 所述散熱片寬度的一半的方式成角度地偏移。
35.根據(jù)權(quán)利要求1所述的火管熱交換器，其中，每個(gè)所述散熱片的兩個(gè)側(cè)面是基本平 行的。
36.根據(jù)權(quán)利要求2所述的火管熱交換器，其中，每個(gè)所述散熱片的兩個(gè)側(cè)面是基本平 行的且垂直于所述底面。
37.根據(jù)權(quán)利要求2所述的火管熱交換器，其中，每個(gè)所述散熱片的兩個(gè)側(cè)面以銳角或 鈍角從所述底面向上延伸。
38.根據(jù)權(quán)利要求3所述的火管熱交換器，其中，每個(gè)所述散熱片的兩個(gè)側(cè)面是基本平 行的。
39.根據(jù)權(quán)利要求3所述的火管熱交換器，其中，每個(gè)所述散熱片的兩個(gè)側(cè)面以銳角或 鈍角從所述底面向上延伸。
40.根據(jù)權(quán)利要求1所述的火管熱交換器，進(jìn)一步包括沿著所述內(nèi)部通道的長(zhǎng)度的一 部分同心地設(shè)置的耐熱插入件。
41.根據(jù)權(quán)利要求1所述的火管熱交換器，進(jìn)一步包括多個(gè)銅焊的導(dǎo)熱環(huán)，所述導(dǎo)熱環(huán) 在所述圓柱形殼體的內(nèi)表面與相鄰多行的所述散熱片之間形成導(dǎo)熱的且有延展性的結(jié)合物。
42.根據(jù)權(quán)利要求41所述的火管熱交換器，包括介于所有相鄰多行的所述散熱片之間 的所述銅焊的導(dǎo)熱環(huán)。
43.根據(jù)權(quán)利要求41所述的火管熱交換器，包括沿著所述圓柱形殼體的內(nèi)表面且介于 最后一行散熱片與所述流體出口端之間一個(gè)或多個(gè)銅焊的導(dǎo)熱環(huán)。
44.一種火管熱交換器，包括細(xì)長(zhǎng)的殼體，具有入口端和出口端；以及散熱片組件，固定在所述殼體的內(nèi)表面上，所述散熱片組件包括第一行和第二行U形 細(xì)長(zhǎng)散熱片，每個(gè)散熱片均具有從所述內(nèi)表面向上延伸并限定細(xì)長(zhǎng)的內(nèi)部通道的至少一個(gè) 平面?zhèn)让?，其中，所述第一行散熱片與所述入口端相鄰，并且其中，所述第二行散熱片比所述第一 行散熱片高。
45.根據(jù)權(quán)利要求44所述的火管熱交換器，其中，每行細(xì)長(zhǎng)散熱片均沿著所述圓柱形 殼體的中心軸線基本平行地對(duì)齊。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種火管熱交換器，尤其是一種具有細(xì)長(zhǎng)圓柱形殼體的火管熱交換器，其特征在于，多個(gè)成圓形行的細(xì)長(zhǎng)U形散熱片，每個(gè)散熱片均具有固定至圓柱形殼體的內(nèi)表面、且優(yōu)選地根據(jù)一定半徑彎曲或是扁的底面以及從底面向上延伸的兩個(gè)扁的平面的且優(yōu)選地平行的側(cè)面，每行中的散熱片均沿著圓柱形殼體的軸線基本平行地對(duì)齊。
文檔編號(hào)F28F1/40GK101907417SQ20101019783
公開(kāi)日2010年12月8日 申請(qǐng)日期2010年6月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月4日
發(fā)明者保羅·薩爾基西安, 尼古拉斯·特蘭奎利 申請(qǐng)人:羅基研究公司