CN111947300B - 一种提高换热效率的循环换热装置及方法 - Google Patents

Abstract

本公开提供一种提高换热效率的循环换热装置及方法，涉及热风设备领域，包括炉体、导热管和循环管，导热管和循环管均布置在炉体的炉膛内，循环管包括文丘里管和套设在文丘里管外部的回流管，回流管一端连接炉体，形成出风口，另一端连接导热管，文丘里管外壁与回流管内部之间形成循环通道，循环通道的一端和导热管一端共同连通文丘里管入口，出风口和循环通道另一端共同连通文丘里管出口，设置连通室外的炉膛对导热管和循环管共同加热，在输出热风的同时并不消耗室内的氧气，换热不换气，循环管内部形成循环加热通道，回流部分输出的气流进行二次加热，配合文丘里管结构进行充分混合，提高了换热的效率，满足快速启动的需求。

Description

一种提高换热效率的循环换热装置及方法

技术领域

本公开涉及热风设备领域，特别涉及一种提高换热效率的循环换热装置及方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术，并不必然构成现有技术。

生物质热风炉是指将生物质材料作为燃料燃烧，使得能量以热风的形式供应给相应的设备。主要针对不能集中供暖的居民以及公共建筑，为用户提供小型、安全、自动、清洁的采暖方式。

伴随着生物质的应用，生物质燃烧设备也得到了迅速发展，但现在多数设备存在换热效率低，能量消耗大的问题。

发明人发现，目前多采用加热介质，比如水，通过燃烧对水管加热，供应到暖气管内部，通过辐射释放热量，并且，在炉内燃烧的同时，炉子也在释放热量；但是，其启动速度慢，水体难以进行快速加热，颗粒燃烧时会大量消耗室内的氧气，造成室内的氧气浓度降低，部分微量的有害气体和颗粒随热空气进入室内，影响室内的环境；另外，传统换热装置在运行时，为了提高温度，延长介质在炉膛高温区域的布置面积，导致管路曲折延长，其气流运行速度缓慢，使得热气流输出的覆盖范围不足，难以满足大范围的取热需求。

发明内容

本公开的目的是针对现有技术存在的缺陷，提供一种提高换热效率的循环换热装置及方法，设置连通室外的炉膛对导热管和循环管共同加热，构成传热换热结构，从而形成热风式采暖炉，在输出热风的同时并不消耗室内的氧气，换热不换气，循环管内部形成循环加热通道，回流部分输出的气流进行二次加热，配合文丘里管结构进行充分混合，提高了换热的效率，满足快速启动的需求。

本公开的第一目的是提供一种提高换热效率的循环换热装置，采用以下技术方案：

包括炉体、导热管和循环管，导热管和循环管均布置在炉体的炉膛内，循环管包括文丘里管和套设在文丘里管外部的回流管，回流管一端连接炉体，形成出风口，另一端连接导热管，文丘里管外壁与回流管内部之间形成循环通道，循环通道的一端和导热管一端共同连通文丘里管入口，出风口和循环通道另一端共同连通文丘里管出口。

进一步地，所述炉体一侧面上设有连通炉膛的进气口和出气口，循环管连接炉体形成进风口，进风口和出风口布置炉体上与进气口所在相异的侧面。

进一步地，所述回流管对应出风口的一端设有挡板，挡板隔离循环通道和出风口，通过调节挡板与回流管的相对位置，改变文丘里管出口进入循环通道内的气体流量。

进一步地，所述文丘里管与回流管同轴设置，文丘里管外壁与回流管内壁之间连接有支架，支架上布置有导流扇叶，用于引导循环通道内的气体从文丘里管出口向文丘里管入口流动。

进一步地，所述回流管通过弧形板连接导热管，导热管一端与文丘里管同轴设置，循环通道连通文丘里管入口的一端为沿导热管环向布置的环形出口结构，配合导热管共同连通文丘里管入口。

进一步地，所述循环通道对应文丘里管端面位置的部分，均为用于顺应气体流动的弧形循环通道内壁，循环管出风口。

进一步地，所述导热管为弯曲管结构，其盘绕布置在炉膛内，用于获取炉膛内的热量并传导至导热管内；所述循环管的外壁上安装有间隔布置的多个取热片，用于获取炉膛内的热量并传导至循环通道内。

进一步地，所述循环管布置在炉膛的上部，导热管主体结构布置在循环管下方。

本公开的第二目的是提供一种提高换热效率的循环换热方法，利用如上所述的循环换热装置，包括以下步骤：

生物质燃料在炉膛内燃烧释放热量，对导热管、循环管进行加热；

导热管一端从室内获取空气，在导热管内加热后输入到循环管内；

输入循环管内的空气进入文丘里管后向出风口方向流动，在排出文丘里管时，一部分气流直接通过出风口输出到室内，另一部分进入循环通道，在回流管作用下进行二次循环加热；

在循环通道内加热后的气流随导热管输出的空气共同进入文丘里管进行混合，提高文丘里管内空气的温度，再次流向出风口方向；

依次循环，实现换热。

进一步地，导热管所处炉膛位置的温度小于循环管所处炉膛位置处的温度，通过回流管对循环管内的气流进行二次循环加热。

与现有技术相比，本公开具有的优点和积极效果是：

(1)设置连通室外的炉膛对导热管和循环管共同加热，构成传热换热结构，从而形成热风式采暖炉，在输出热风的同时并不消耗室内的氧气，换热不换气，循环管内部形成循环加热通道，回流部分输出的气流进行二次加热，配合文丘里管结构进行充分混合，提高了换热的效率，满足快速启动的需求；

(2)将生物质燃烧所在的炉膛区域和加热空气的导热管、循环管进行物理隔离，导热管、循环管直接受热对其通道内部的空气进行加热后输出，形成热风式采暖炉，减少了中间介质的使用，并缩短了热量传递的路径，提高了炉膛内热量与导热管、循环管内空气的换热效率，达到快速启动换热装置输出热风的效果；

(3)从室外抽取空气供应到燃烧炉内并使用，燃烧生成的废气在通过出气口排出到室外，避免了对室内空气的消耗，保证室内环境的空气质量；

(4)在回流管内部布置文丘里管，二者配合形成循环通道，循环通道外壁为回流管，通过回流管接收来自炉膛内的热量，实现二次加热；文丘里管配合循环通道形成循环换热路径，在不断的循环加热过程中，保持一定量的热气流输出，从而使得整个换热装置快速启动，快速达到所需的温度；

(5)利用文丘里管的特性，对导热管输出的热空气和循环通道回流的二次加热空气进行混合后输出，相较于直接延长加热通道，能够在保证输出气流速度的同时，提高气流的升温速度，文丘里效应能够保证气流充分混合再进行输出；

(6)在出风口位置设置挡板，通过调节挡板位置，能够改变进入循环通道内进行二次循环加热的气体流量，从而调控其升温速度，在启动时，提高进行二次循环加热的气体流量，从而保证启动速度，快速升温，在稳定运行后，适当减小进入循环通道内的气体流量，保证输出温度的同时，能够有效提高出风口输出的热空气流量。

附图说明

构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。

图1为本公开实施例1中循环换热装置的整体结构示意图；

图2为本公开实施例1中导热管与循环管的配合示意图。

图中，1-炉体，2-炉膛，3-导热管，4-循环通道，5-进气口，6-出气口，7-进风口，8-出风口，9-回流管，10-文丘里管，11-支架，12-挡板，13-取热片，14-导流扇叶，15-出风风扇，16-导热管出口，1001-文丘里管入口，1002-文丘里管出口。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步地说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

为了方便叙述，本公开中如果出现“上”、“下”、“左”、“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用，仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开的限制。

正如背景技术中所介绍的，现有技术中采暖炉启动速度慢，生物质燃烧时会大量消耗室内的氧气，造成室内的氧气浓度降低，部分微量的有害气体和颗粒随热空气进入室内，影响室内的环境，另外，气流运行速度缓慢，使得热气流输出的覆盖范围不足；针对上述问题，本公开提出了一种提高换热效率的循环换热装置及方法。

实施例1

本公开的一种典型的实施方式中，提出了一种提高换热效率的循环换热装置。

主要包括炉体1、导热管3和循环管，导热管和循环管均布置在炉体的炉膛内，从炉膛2内获取热量，加热其通道内部的空气并输出；

对于炉体，其为壳体结构，炉膛内部为耐高温结构，为了保证炉体在运行过程中不会消耗室内空气、影响室内环境，炉体一侧面上设有连通炉膛的进气口5和出气口6，进气口和出气口均与室外连通，从室外获取空气，并将燃烧后的废气排放至室外，避免了对室内空气的消耗和不利影响。

循环管包括文丘里管10和套设在文丘里管外部的回流管9，回流管一端连接炉体，形成出风口8，另一端连接导热管，文丘里管外壁与回流管内部之间形成循环通道4，循环通道的一端和导热管一端共同连通文丘里管入口1001，出风口和循环通道另一端共同连通文丘里管出口1002；

对于循环管和导热管，其端部连通，导热管出口16与循环管连通，导热管进口连接炉体形成进风口7，进风口和出风口布置在炉体的侧面上，并且，为了实现与进气口的隔离，其布置在炉体不同于进气口的侧面上，方便对进气孔、进风口实现物理隔离；

在对其进行隔离时，在本实施例中，可以直接将炉体嵌入墙体内，使得进风口、出风口朝向室内，获取室内空气加热后输出到室内，进气口、出气口朝向室外，获取室外空气进行消耗，并将废气排出到室外。

当然，也可以采用其他方式，比如将炉体整体放置在室内，将进气口和出气口通过管道引出到室外，由于管道增加了空气流通的长度，因此配置相应的风机布置在管道内，促进管道内空气的流动，保证空气的供给效率和废气的排出效率；

另一方面，还可以将炉体整体放置在室外，将进风口和出风口通过管道引入室内，并在进风口和出风口处配置相应的风机，促进室内空气进入炉体内进行加热的效率，并促进经过加热的空气输入室内的效率，形成室内循环换热；

为了保证整体运行的效率，从室内抽出相对室外温度较高的空气进行加热，能够提高炉体的运行稳定性，若炉体内部热量供给充足，也可以使进风口直接从室外抽取空气进行加热，然后经出风口通过管道输入室内进行放热，形成室内外循环换热。

对于导热管的具体结构，导热管为弯曲管结构，其盘绕布置在炉膛内，用于获取炉膛内的热量并传导至导热管内；

所述循环管布置在炉膛的上部，导热管主体结构布置在循环管下方；

对于导热管，其主要目的是在炉膛内对其内部的空气进行初步加热，其设置在炉膛内的长度根据实际的换热需求所布置，若所需求的温度与室内温度相差较大，则适当增加导热管的长度，增加导热管与炉膛内热空气的换热面积，提高换热效率；相反的，则适当减少导热管的长度，减少气流的流通长度，减少气流在内部的动能损耗；

循环管与导热管呈上下布置，利用炉膛内生物质燃烧产生的热量对其进行分别加热，由于热量在上部累积，并且燃烧时火焰外焰温度最高，将需要进行二次循环加热的循环管布置在炉膛的上部，将对空气进行预热的导热管布置在炉膛相对靠下的部分，利用炉膛内不同的温度区域分别对应不同的受热管加热，保证热量的充分利用，提高换热效率。

对于循环管，其为本实施例中循环换热装置的核心结构，包括相互套设的文丘里管和回流管，形成的循环通道作为二次加热通道对即将输出的热空气进行二次加热，从而提高输出的空气温度，实现循环换热装置的快速启动；

具体的，所述文丘里管与回流管同轴设置，文丘里管外壁与回流管内壁之间连接有支架11，支架上布置有导流扇叶14，用于引导循环通道内的气体从文丘里管出口向文丘里管入口流动；

所述回流管通过弧形板连接导热管，导热管一端与文丘里管同轴设置，循环通道连通文丘里管入口的一端为沿导热管环向布置的环形出口结构，配合导热管共同连通文丘里管入口；

输入循环管内的空气进入文丘里管后向出风口方向流动，在排出文丘里管时，一部分气流直接通过出风口输出到室内，另一部分进入循环通道，在回流管作用下进行二次循环加热。

可以理解的是，在回流管内部布置文丘里管，二者配合形成循环通道，循环通道外壁为回流管，通过回流管接收来自炉膛内的热量，实现二次加热；

文丘里管配合循环通道形成循环换热路径，在不断的循环加热过程中，保持一定量的热气流输出，从而使得整个换热装置快速启动，快速达到所需的温度；

利用文丘里管的特性，对导热管输出的热空气和循环通道回流的二次加热空气进行混合后输出，相当于直接延长加热通道，能够在保证输出气流速度的同时，提高气流的升温速度，文丘里效应能够保证气流充分混合再进行输出。

为了对输出温度进行调控，并保证启动后稳定运行时热量的充分利用，在所述回流管对应出风口的一端设有挡板12，挡板隔离循环通道和出风口，通过调节挡板与回流管的相对位置，改变文丘里管出口进入循环通道内的气体流量；

通过调节挡板位置，能够改变进入循环通道内进行二次循环加热的气体流量，从而调控其升温速度；

具体的，在启动时，提高进行二次循环加热的气体流量，从而保证启动速度，快速升温，在稳定运行后，适当减小进入循环通道内的气体流量，保证输出温度的同时，能够有效提高出风口输出的热空气流量。

为了进一步提高循环管的换热效率，在循环管的外壁上安装有间隔布置的多个取热片13，用于获取炉膛内的热量并传导至循环通道内；

所述取热片采用导热性良好的材质，增大循环管获取热量的能力，从而保证二次循环加热的效果。

另外，需要指出的是，导热管对应的进风口处配合有进风风扇，辅助气流进入导热管，保证气流在导热管内流动的效率；

对应的，在出风口位置，设置有出风风扇15，通过出风风扇保证输出加热后气流的速度；

还可以通过调节出风风扇的转速来调节其流速，从而改变热风所覆盖的范围，根据所需覆盖的加热区域进行适当的调节。

将生物质燃烧所在的炉膛区域和加热空气的导热管、循环管进行物理隔离，导热管、循环管直接受热对其通道内部的空气进行加热后输出，形成热风式采暖炉，减少了中间介质的使用，并缩短了热量传递的路径，提高了炉膛内热量与导热管、循环管内空气的换热效率，达到快速启动换热装置输出热风的效果。

实施例2

本公开的另一典型实施例中，给出另外一种提高换热效率的循环换热方法；其利用实施例1中所述的提高换热效率的循环换热装置。

生物质燃料在炉膛内燃烧释放热量，对导热管、循环管进行加热；

导热管一端从室内获取空气，在导热管内加热后输入到循环管内；

输入循环管内的空气进入文丘里管后向出风口方向流动，在排出文丘里管时，一部分气流直接通过出风口输出到室内，另一部分进入循环通道，在回流管作用下进行二次循环加热；

在循环通道内加热后的气流随导热管输出的空气共同进入文丘里管进行混合，提高文丘里管内空气的温度，再次流向出风口方向；

依次循环，实现换热。

进一步地，在布置导热管和循环管时，导热管所处炉膛位置的温度小于循环管所处炉膛位置处的温度，通过回流管对循环管内的气流进行二次循环加热。

从室外抽取空气供应到燃烧炉内并使用，燃烧生成的废气在通过出气口排出到室外，避免了对室内空气的消耗，保证室内环境的空气质量；

设置连通室外的炉膛对导热管和循环管共同加热，构成传热换热结构，从而形成热风式采暖炉，在输出热风的同时并不消耗室内的氧气，换热不换气；

循环管内部形成循环加热通道，回流部分输出的气流进行二次加热，配合文丘里管结构进行充分混合，提高了换热的效率，满足快速启动的需求。

以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种提高换热效率的循环换热装置，其特征在于，包括炉体、导热管和循环管，导热管和循环管均布置在炉体的炉膛内，循环管包括文丘里管和套设在文丘里管外部的回流管，所述文丘里管与回流管同轴设置，文丘里管外壁与回流管内壁之间连接有支架；回流管一端连接炉体，形成出风口，另一端连接导热管，文丘里管外壁与回流管内部之间形成循环通道，循环通道的一端和导热管一端共同连通文丘里管入口，出风口和循环通道另一端共同连通文丘里管出口；支架上布置有导流扇叶，用于引导循环通道内的气体从文丘里管出口向文丘里管入口流动；所述回流管对应出风口的一端设有挡板，挡板隔离循环通道和出风口，通过调节挡板与回流管的相对位置，改变文丘里管出口进入循环通道内的气体流量。

2.如权利要求1所述的提高换热效率的循环换热装置，其特征在于，所述炉体一侧面上设有连通炉膛的进气口和出气口，循环管连接炉体形成进风口，进风口和出风口布置炉体上与进气口所在相异的侧面。

3.如权利要求1所述的提高换热效率的循环换热装置，其特征在于，所述回流管对应出风口的一端设有挡板，挡板隔离循环通道和出风口，通过调节挡板与回流管的相对位置，改变文丘里管出口进入循环通道内的气体流量。

4.如权利要求1所述的提高换热效率的循环换热装置，其特征在于，所述回流管通过弧形板连接导热管，导热管一端与文丘里管同轴设置，循环通道连通文丘里管入口的一端为沿导热管环向布置的环形出口结构，配合导热管共同连通文丘里管入口。

5.如权利要求4所述的提高换热效率的循环换热装置，其特征在于，所述循环通道对应文丘里管端面位置的部分，均为用于顺应气体流动的弧形循环通道内壁，循环管出风口。

6.如权利要求1所述的提高换热效率的循环换热装置，其特征在于，所述导热管为弯曲管结构，其盘绕布置在炉膛内，用于获取炉膛内的热量并传导至导热管内；所述循环管的外壁上安装有间隔布置的多个取热片，用于获取炉膛内的热量并传导至循环通道内。

7.如权利要求6所述的提高换热效率的循环换热装置，其特征在于，所述循环管布置在炉膛的上部，导热管主体结构布置在循环管下方。

8.一种提高换热效率的循环换热方法，其特征在于，利用如权利要求1-7任一项所述的提高换热效率的循环换热装置，包括以下步骤：

生物质燃料在炉膛内燃烧释放热量，对导热管、循环管进行加热；

导热管一端从室内获取空气，在导热管内加热后输入到循环管内；

输入循环管内的空气进入文丘里管后向出风口方向流动，在排出文丘里管时，一部分气流直接通过出风口输出到室内，另一部分进入循环通道，在回流管作用下进行二次循环加热；

在循环通道内加热后的气流随导热管输出的空气共同进入文丘里管进行混合，提高文丘里管内空气的温度，再次流向出风口方向；

依次循环，实现换热。

9.如权利要求8所述的提高换热效率的循环换热方法，其特征在于，导热管所处炉膛位置的温度小于循环管所处炉膛位置处的温度，通过回流管对循环管内的气流进行二次循环加热。

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