专利名称：蛤壳式热交换器的制作方法
技术领域：
本发明一般地涉及一种HVAC系统，并且特别是，涉及一种蛤壳式热交换器。
背景技术：
高效炉子典型地采用几个热交换器来加热通过炉子的空气流。热交换器可以包括 通过成形薄金属板而形成的“蛤壳”式半部，该半部在蛤壳式组件中被紧固在一起，以形成 通道，燃烧燃料和热烟道气体在炉子的操作期间通过该通道。
发明内容
在一个方面，本公开提供一种蛤壳式热交换器，该蛤壳式热交换器可以用在燃气 直燃式炉子(gas-fired direct combustion furnace)中。热交换器包括第一蛤壳式半部 和第二蛤壳式半部。在接合时，第一蛤壳式半部和第二蛤壳式半部形成具有入口和出口的 通道。通道具有高度和深度。高度与深度的比值是约0.5或更小。热交换器具有至少约 70%的效率。在其它方面，本公开提供一种炉子。该炉子包括炉壳和设置在炉壳内的热交换器 组件。鼓风机设置成使空气穿过炉壳和越过热交换器组件移动。蛤壳式热交换器设置在热 交换器组件内。蛤壳式热交换器包括第一蛤壳式半部和第二蛤壳式半部。在接合时，第一 蛤壳式半部和第二蛤壳式半部形成具有入口和出口的通道。通道具有高度和深度。高度与 深度的比值是约0. 5或更小，并且热交换器具有至少约70%的效率。在又一个方面，提供一种制造热交换器的方法。该方法包括提供薄金属板坯料并 成形坯料以形成第一蛤壳式半部和第二蛤壳式半部。在接合时，第一蛤壳式半部和第二蛤 壳式半部形成具有入口和出口的通道。通道具有高度和深度。高度与深度的比值是约0.5 或更小，并且热交换器具有至少约70%的效率。
为了更彻底地理解本发明，现在参考结合附图进行的如下描述，在附图中图1表明本公开的炉子；图2表明本公开的热交换器组件，该热交换器组件可以用在例如图1的炉子中；图3表明本公开的蛇管式热交换器，例如在图2的组件中的热交换器中的一种；图4A和4B表明图3的蛇管式热交换器的通道的截面图；图5、6A_6E及7A-7G关于表II呈现蛇管式热交换器，例如图3的热交换器，的各
3种示例性尺寸；图8表明根据热交换器，例如图3的热交换器，的一个实施例可能设置在密封区域 的干涉模式；图9表明根据热交换器，例如图3的热交换器，的一个实施例的文丘里管 (venturi)入口 ；图10A-10B、11A-11C及12A-12E关于表IV呈现U型热交换器的各种示例性尺寸；图13呈现制造炉子，例如图1的炉子100，的方法；及图14表明两个蛤壳式半部，这两个蛤壳式半部被成形，以在接合时形成热交换 器，如图3的热交换器。
具体实施例方式初始参照图1，表明的是本公开的炉子100。炉子100描述成在燃气系统方面没有 限制。本领域的技术人员将认识到，这里公开的原理可以延伸到使用其它燃料类型的炉子 系统。炉子100包括可以是常规的各种子系统。炉壳110包围鼓风机120、控制器130、燃 烧器组件140、及助燃空气诱导器150。燃烧器组件140可以可选择地包围在燃烧器盒中， 如表明的那样。热交换器组件160构造成，与燃烧器组件140和助燃空气诱导器150 —道 操作，以燃烧加热燃料，例如天然气，并且使排出气体穿过热交换器组件160。控制器130还 可以控制鼓风机120，以使空气越过热交换器组件160移动，由此将热量从排出气体传递到 空气流。图2呈现热交换器组件160的侧视图。热交换器组件160作为例子表明，而没有对 于多个热交换器210和相关部件的具体构造的限制。热交换器210代表多个热交换器210 中的每一个热交换器。热交换器210接合到外罩面板220和集流盒歧管230上。燃烧燃料 流在入口 240处进入热交换器210。排出气体在出口 250处离开热交换器210，并且由助燃 空气诱导器150抽吸穿过辅助热交换器沈0。多个热交换器210加热由鼓风机120强迫越 过热交换器组件160的空气流270。在一些情况下，炉子100的竖直尺寸(高度)受到约束，以便在诸如炉子炉室之类 的有限空间中为其它HVAC部件提供空间。这样的其它部件可以包括例如空气过滤器、消毒 器、或空气调节盘管。为了适应这样的安装选项，热交换器210的高度可能受到约束。这样 一种约束限制从热交换器210回收热量可用的空间。这里描述的各个实施例使得回收能够 由于这样的尺寸约束而可能损失的热量。不像本公开的热交换器，常规热交换器典型地具有相对不受如以前描述的因素约 束的尺寸。因而，常规热交换器的制造商可以通过相对简单的技术，如增大热交换器通道的 路径长度，来提供常规热交换器的高效率。然而，当热交换器尺寸受到约束时，通过常规手 段可能难以、做不到或不可能获得希望的效率。图3没有限制地呈现可以用于热交换器210的热交换器300的示例性实施例。为 了参考，表明了坐标xyz轴。有利地，热交换器300构造成提供至少约70%的效率，意味着 由进入入口 240的燃烧燃料产生的至少约70%的热量传递到空气流270。热交换器300包 括在入口 240与出口 250之间的通道310。通道310包括燃烧区域320，燃料和空气在该燃 烧区域320中燃烧。排出气体流过第一排出区域330a和第二排出区域330b，该第一排出区域330a和第二排出区域330b统称为排出区域330。热交换器300说明蛇管式通道的实施 例，例如，其中通道310包括至少两次方向变化，如U形弯340、350。这里，U形弯是通道310的一段，这段构造成将借助于通道310将气流的整体方向 改变至少约120°。在各个实施例中，方向的改变优选地是至少约150°，而在其它实施例 中，180°是较优选的。燃料燃烧的区域典型地超越燃烧区域320延伸到U形弯340中。因而，除非另外 指出，U形弯340为了本公开和本权利要求书的目的也当作燃烧区域。第一密封区域360基本上防止气体旁通过U形弯340。第二密封区域370基本上 防止气体旁通过U形弯350。在一些实施例，如表明的那样，可选择的干涉模式810设置在 第一密封区域360和/或第二密封区域370内。干涉模式810在这里相对于图8简短地讨 论，并且在序列号为12/834，145的共同待决申请中更详细地讨论，该申请包括在这里作为 参考。入口区域380为进入燃烧区域320的燃烧燃料/空气混合物提供初始路径。入口 区域380在这里相对于图9简短地讨论，并且在序列号为12/834，123的共同待决申请中更 详细地讨论，该申请包括在这里作为参考。热交换器300可以通过成形薄金属板坯料以形成两个”蛤壳”式半部而形成。本 领域的技术人员熟知金属成形的细节，如通过冲压。在示例性实施例中，蛤壳式半部可以由 0. 74mm(29 密耳)T1-40EDDS 镀铝钢、0. 74mm(29 密耳)409 不锈钢、0. 86-0. 91mm(34-36 密 耳)镀铝型IDQHT钢、或0. 74mm(29密耳)镀铝型IDQHT钢。以上厚度中的每一种是近似 的，允许典型的供应商公差。蛤壳式半部可以这样形成，使得一个蛤壳式半部的第一密封区域360，如在图7B 中指示的那样，与另一个蛤壳式半部的对应的第一密封区域360相会合。在某些情况下，可 能优选的是，热交换器300这样形成，使得当蛤壳式半部接合时，相对的蛤壳式半部的第一 密封区域360彼此干涉。干涉引起在第一密封区域360中的紧密金属对金属密封，限制气 体从燃烧区域320到第一排出区域330a的泄漏。第二密封区域370，指示在图7E中，可以 类似地形成。如较早描述的那样，热交换器300可以由两个蛤壳式半部形成。简要地参照图 14，表明的是第一蛤壳式半部1410和第二蛤壳式半部1420。示例性地，蛤壳式半部1410、 1420可以由连续的薄金属板工件形成，如由以前描述的薄金属板类型中的任一种形成。蛤 壳式半部1410、1420可以在剪切线处分离，并且通过例如边缘卷边而接合，以形成热交换 器300。蛤壳式半部1410、1420可以具有凸起和凹陷的任何组合，例如具有在图5、6A_6E、 7A-7G、8、9、10A、10B、11A-11C、及 12A-12E 描述的各种特征。返回参照图3，热交换器300的特征可能在于纵横比，例如高度390除以深度395。 这里和为了权利要求书的目的，高度390是在通道310的最上部界限(正y-方向)与最下 部界限(负y_方向)之间的距离。深度395是在入口 240处通道310的开始与出口 250 处通道310的结束之间的距离(在χ-方向上)。尽管热交换器300的尺寸不限于任何具体值，但在各个实施例中，纵横比是约0. 5 或更小。再度声明，在这样的实施例中，高度390不大于深度395的约一半。在某些实施例 中，热交换器300的各种尺寸与工业标准炉子炉壳尺寸相兼容。例如，在这样的实施例中，深度395可以适应于炉壳110的标准深度。在某些实施例中，热交换器300的高度390是 约21. 5cm(约8. 5英寸)，并且深度D是约47cm(约18. 5英寸)。在这个示例性实施例中， 纵横比是约0. 46。本领域的技术人员将认识到，另外的热量可以从热交换器300下游的排出抽取。 除从热交换器300回收的至少约70%的热量之外，这样的以后热量回收在某些实施例中可 以导致炉子100的至少约90%的总效率。来自具有紧凑特征的热交换器300的炉子的这 样一种高效率对于发明人是未知的，并且在现有技术的状态下代表高效炉子设计的显著进
止
少ο图4A表明通道310的横截面A_A、B_B及C_C，该通道310具有在图3中所指示的 尺寸基准。为了参考，表明了坐标xyz轴。表I没有限制地呈现横截面的示例性对应尺寸。 表I包括用于每个尺寸基准的示范范围、优选范围及更优选范围。具体值仅作为热交换器 300的示例性实施例的例子而呈现。本领域的技术人员将认识到，在表I中提供的值可以修 改，如通过确定高度390和/或深度395的比例，而不脱离本公开和权利要求书的范围。表I 图4A的示例性尺寸
权利要求
1.一种用在燃气直燃式炉子中的蛤壳式热交换器，包括 第一蛤壳式半部；和第二蛤壳式半部，在与所述第一蛤壳式半部接合时，形成具有入口和出口的通道， 其中，所述通道具有高度和深度，并且所述高度与所述深度的比值是约0. 5或更小，并 且其中，所述热交换器具有至少约70%的效率。
2.根据权利要求1所述的蛤壳式热交换器，其中，所述通道包括具有凹入截面轮廓的 燃烧区域。
3.根据权利要求1所述的蛤壳式热交换器，其中，所述通道具有宽度，并且所述宽度与 所述高度的比值在约0. 10至约0. 14的范围内。
4.根据权利要求1所述的蛤壳式热交换器，其中，所述通道包括排出区域、和具有初始 宽度的燃烧区域，并且还包括设置在所述入口与所述排出区域之间的U形弯，所述U形弯具 有是所述初始宽度的至少约1. 5倍的宽度。
5.一种炉子，包括 炉壳；热交换器组件，设置在所述炉壳内；鼓风机，构造成使空气穿过炉壳和越过所述热交换器组件移动；及 蛤壳式热交换器，设置在所述热交换器组件内，所述蛤壳式热交换器包括 第一蛤壳式半部；和第二蛤壳式半部，在与所述第一蛤壳式半部接合时，形成具有入口和出口的通道， 其中，所述通道具有高度和深度，并且所述高度与所述深度的比值是约0. 5或更小，并 且其中，所述热交换器具有至少约70%的效率。
6.根据权利要求5所述的炉子，还包括与所述入口相邻的入口区域，所述入口区域具 有文丘里管轮廓。
7.根据权利要求5所述的炉子，其中，所述通道具有宽度，并且所述宽度与所述高度的 比值在约0. 10至约0. 14的范围内。
8.—种制造热交换器的方法，包括 提供薄金属板坯料；成形所述坯料，以形成第一蛤壳式半部和第二蛤壳式半部，所述第二蛤壳式半部在与 所述第一蛤壳式半部接合时，形成具有入口和出口的通道，其中，所述通道具有高度和深度，并且所述高度与所述深度的比值是约0. 5或更小，并 且其中，所述热交换器具有至少约70%的效率。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述通道具有宽度，并且所述宽度与所述高度的 比值在约0. 10至约0. 14的范围内。
10.根据权利要求8所述的方法，其中，所述通道包括排出区域、和具有初始宽度的燃 烧区域，并且还包括设置在所述入口与所述排出区域之间的U形弯，所述U形弯具有是所述 初始宽度的至少约1. 5倍的宽度。
全文摘要
本发明涉及蛤壳式热交换器，并且本发明提供一种蛤壳式热交换器，包括第一蛤壳式半部和第二蛤壳式半部。在接合时，第一蛤壳式半部和第二蛤壳式半部形成具有入口和出口的通道。通道具有高度和深度。高度与深度的比值是约0.5或更小。热交换器具有至少约70％的效率。
文档编号F24B1/191GK102128551SQ201010597799
公开日2011年7月20日 申请日期2010年12月21日 优先权日2010年1月15日
发明者F·E·彻林顿, G·W·科瓦尔德, H·J·帕勒, J·W·怀特西特, S·S·马诺哈尔 申请人:雷诺士工业股份有限公司