CN101191666A - 一种燃气热水器的冷凝式换热装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种燃气热水器的冷凝式换热装置，它包括壳体、排烟筒、冷水进水口及进水管、温水出口、壳体中设有一种分体的冷凝式余热换热器及其冷凝水收集结构。该分体的冷凝式余热换热器包括具有换热管的第一热交换器和第二热交换器，第一热交换器的温水出口通过连接管与第二热交换器相连通，第二热交换器上设有高温水出水管。冷凝水收集结构包括导流板及壳体底部凹槽部和冷凝水出水管。该装置的冷水可以在第一热交换器中利用余热进行预热后再进入第二热交换器中进行加热变成高温水流出。本发明冷凝式换热装置具有热效率高、排烟温度低、冷凝水与热交换器隔离而使热交换器不受腐蚀的功效。
Description
技术领域
本发明涉及一种燃气热水器，尤其是一种燃气热水器的冷凝式换热装置。
背景技术
通常，燃气热水器，例如申请号为200420094236.8的中国专利〖佛山市顺德区万和集团有限公司〗公开的一种燃气热水器的结构包括有排烟风道、风机、热交换器、水气联动阀、燃烧器、水箱及壳体，其中水箱和燃烧器之间装有围板，围成一个半密封的燃烧室，燃烧室下部设有若干排气通道进气，用以提高燃烧器的利用率。但冷凝式换热装置方面没有提出改进。
申请号为95243087.8的中国专利，公开了一种冷凝式燃气快速热水器，其主要特征是在热水器上部增设了一个冷凝式换热器，冷凝器的数排分支管为紫铜螺纹管或紫铜肋片管，在冷凝式换热器中的水经烟气预热再流入一次换热器，以此来提高热效率有一定效果。但热效率提高有限，尤其是对冷凝水的处理问题，没有提出改进的结构。
申请号为200420086880.0的中国专利〖广西谭记军〗，公开了一种燃气热水器热交换器，只要包括弯头管、包皮、吸热片。在燃烧室周边的过热管及热交换管是扁形铜管，管中间通水加热，顶层管内腔装有吸热片，利用扁形管可增加受热面积，达到提高热效率的目的。但热效率提高仍是有限，而且对回收潜热、排烟降温、及防冷凝水腐蚀问题没有提出解决方案。
在上述现有技术中，燃气在燃烧时会产生大量的水蒸气，据测算，1m3的天然气在完全燃烧时可产生1.6Kg的水，普通的热水器在排放的烟气中含有大量的水蒸气，若回收这部分水蒸气中的潜热，既提高了效率，又节约了能源，同时还保护了环境。为此，目前出现了两种冷凝式热交换器，其一：采用盘管及热交换片及外壳组成，达到了冷凝的效果，但是由于所采用的热交换片和盘管的材料腐蚀、成本较高等缺点，市场推广很难，另外自身没有有效防止冷凝水进入热交换器的结构，热交换器的使用寿命较短。其二：采用双换热器合成一体，中间附加冷凝水收集装置，热交换器需要进行防腐处理，有制造难度大，成本高，防腐存在盲点，因此影响产品整体寿命等缺点。
普通燃气热水器，额定功率燃烧时，排出烟气的温度一般在160℃～260℃左右，CO、NOX含量较高，高温烟气中含有的水蒸气还含有15％左右的热能被排放到室外而浪费。另外，现有冷凝式燃气热水器通过二次冷凝换热提高了效率，但冷凝水的腐蚀会影响产品的使用寿命。回收潜热对提高效率、节能环保非常有效，降低冷凝水的腐蚀对提高产品的使用寿命有重要的意义。
冷凝式换热器的普通型热水器可以提高部分热效率，但热效率一般不超过95％，并且冷凝水的腐蚀，使材料问题和制造成本较高，寿命较短，很难推广使用。研制一种新的燃气热水器的冷凝式换热装置，进一步提高热效率，降低排烟温度，可防止冷凝水腐蚀结构是非常必要的。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种改进的燃气热水器的冷凝式换热装置，进一步提高其热效率，降低排烟温度，减少CO、NOx排放，保护环境，并有效地保护热交换器不受冷凝水的腐蚀。
为解决上述技术问题，本发明采用技术方案的基本构思是：一种燃气热水器的冷凝式换热装置，包括壳体，排烟筒，冷水进水口及其进水管，温水出水口，其特征在于：所述壳体中设有一种分体的冷凝式余热换热器及其冷凝水收集结构。
一种燃气热水器的冷凝式换热装置，包括壳体，排烟筒，冷水进水口及其进水管，温水出水口，其特征在于：所述壳体中设有一种分体的冷凝式余热换热器及其冷凝水收集结构。
所述冷凝水收集结构，包括设在第一热交换器与第二热交换器之间的导流板，即、及设在壳体底部的冷凝水收集处理结构。
所述壳体中的第一热交换器的一侧部设有一挡板，该挡板的上部固定连接在壳体的顶壁上，该挡板的下端部与壳体的底部之间具有一可使烟气通向排烟筒的间隔。
所述燃气热水器的冷凝式换热装置的壳体中具有相通的高温烟气区，中温烟气区和低温烟气区，其中，
高温烟气区是第二热交换器部所形成的空间及第一热交换器的烟气入口部所形成的空间；
中温烟气区是第一热交换器与导流板、挡板之间所形成的空间；
低温烟气区是挡板与壳体的侧壁之间所形成的空间，该低温烟气区与排烟筒相通。
所述第一换热器的盘管由一种不锈钢波纹管构成，或者由一种椭圆管和翅片构成，或者由盘管与换热片相组合构成。
所述设在壳体底部的冷凝水收集处理结构包括设在壳体底部的凹槽部及与其相接通的冷凝水出水管。
所述冷凝水收集结构的导流板的结构包括倾斜段和与其相连的垂直段，该倾斜段自盘管的一侧部向其盘管的另一侧部方向向下倾斜，其倾斜段的低端部与垂直段的上端部相连接，该垂直段的下端部与壳体的底部相连接。
所述第一换热器的盘管的盘管部呈倾斜状布置，其倾斜方向与导流板的倾斜段的倾斜方向相对应。
采用上述技术方案后，本发明与现有技术相比具有以下有益效果。
本发明一种燃气热水器的冷凝式换热装置，经过改进，明显克服了现有技术的不足。由于在燃气热水器的壳体中设有一种分体的冷凝式余热换热器及其冷凝水收集结构，将壳体中分为高温烟气区、中温烟气区和低温烟气区，冷水可以先进入中温烟气区的第一热交换中，利用余热进行预热，然后再进入高温烟气区的第二热交换器中再次加热，使水温进一步提高，这样便可充分利用热能，节约能源，进一步提高了热效率，降低了排烟温度，并减少了CO、NOx的排放，保护了环境，成本也相对较低。测试结果表明，本发明一种燃气热水器的冷凝式换热装置的热效率可达到96％以上，比普通燃气热水器提高10～15％的热效率。排烟温度可降低到100℃左右。
本发明一种燃气热水器的冷凝式换热装置，由于具有冷凝水收集结构，其导流板可有效地阻止冷凝水进入热交换器，而是经冷凝水收集处理结构对冷凝水收集后进行处理，再加上换热管采用了不锈钢波纹盘管进行换热，在相同体积的换热空间条件下，明显增大了换热面积，而且成本相对降低，同时又能有效的防止冷凝水对换热器的腐蚀，对保护换热器不受冷凝水的腐蚀而延长使用寿命达到更好的换热效果。
下面结合附图和实施方式对发明作进一步详细的描述。
附图说明
图1是本发明一种热水器的冷凝式换热装置的结构示意图；
图2是本发明一种热水器的冷凝式换热装置的工作流程图。
具体实施方式
如图1所示，本发明一种热水器的冷凝式换热装置的结构包括壳体3、壳体上部的排烟筒6、壳体下部的冷水进水口1及其进水管10、温水出水口8。主要特征是在所述壳体3中设有一种分体式的冷凝式余热换热器及其冷凝水收集结构。所述分体的冷凝式余热换热器分为两部分，包括具有换热管的第一热交换器20和第二交换器12，该第一热交换器20的换热管为盘管4，该盘管4的一端与冷水进口1及其进水管10相连通，其另一端与温水出口8相连通，温水出口8通过连接管11与第二热交换器12相连通，该第二热交换器12上设有高温出水管13。
如图1所示，本发明一种燃气热水器的冷凝式换热装置中的所述冷凝水收集结构，包括设在第一热交换器20与第二热交换器12之间的导流板7及设在壳体3底部的冷凝水收集处理结构2。所述冷凝水收集结构的导流板7的结构包括倾斜段701和与其相连的垂直段702，该倾斜段701自盘管4的一侧部向其盘管4的另一侧部方向向下倾斜，其倾斜段701的底端部与垂直段702的上端部相连接，该垂直段702的下端部与壳体3的底部相连接。所述设在壳体3底部的冷凝水收集处理结构2包括设在壳体3底部的凹槽部2’及与其相接通的冷凝水出水管9。这种冷凝水收集结构，可有效地将冷凝水与热交换器隔离开来，在壳体内形成的冷凝水，一部分沿导流板的倾斜段和垂直段流到壳体3的底部，另一部分直接沿盘管4或壳体3流至壳体3的底部，并汇集在壳体底部的凹槽部2’，顺从冷凝水出水管9流出。为了更便于收集冷凝水，壳体3的底部向凹槽2’方向上可制成一坡度，使冷凝水很容易地流入凹槽部2’，保证壳体3内不存冷凝水。
所述第一换热器的盘管4的盘管部呈倾斜状布置，其倾斜方向与上述导流板的倾斜段701的倾斜方向相对应。
如图1所示，本发明一种燃气热水器的冷凝式换热装置，为了更好的利用余热，在所述壳体3中的第一热交换器的一侧部(图中所示的右部)设有一档板5，该挡板5的上部固定连接在壳体3的顶壁上，该挡板5的下端部与壳体3的底部之间具有一可使烟气通向排烟筒6的间隔21，以便将废烟气从排烟筒6排除。由于在壳体3内导流板7和挡板5的设置，在所述燃气热水器的冷凝式换热装置的壳体3中便形成了具有相通的高温烟气区A、B，中温烟气区C和、低温烟气区D，其中，
高温烟气区A是第二热交换器12部所形成的空间，该第二热交换器12部的燃烧器图中未示出，其燃烧后在第二热交换器12部所处的空间温度最高。高温烟气区B是在第一热交换器20的烟气入口部所形成的空间，该空间紧与第二热交换器12部所处的空间相通，其温度与高温烟气区A相同；
中温烟气区C是第一热交换器20与导流板7、挡板5之间所形成的空间，该空间中由于冷水经过盘管4后吸收了一部分由高温烟气区B进入的烟气热量，使温度变为低于高温烟气区的中温烟气区；
低温烟气区D是挡板5与壳体3的侧壁(图1中所示的壳体右侧部)之间所形成的空间，该低温烟气区D与排烟筒6相通，其排烟温度可降低到100℃。
为了增加散热面积，提高换热效率，所述第一换热器的盘管4由一种不锈钢波纹管构成，或者由一种椭圆管和翅片构成，或者由盘管与换热片组合构成，也可以是其它片层结构。特别是采用不锈钢波纹管进行换热，在相同体积的换热空间条件下，明显增加了换热面积和换热效率，而且成本相对降低。
为了防止腐蚀，进一步提高换热效果，延长换热器的使用寿命，所述具有换热管的第一热交换器20和第二热交换器12的换热管由铜材或铝材构成，其外表面具有经过防腐处理的防腐层。
本发明一种燃气热水器的冷凝式换热装置的结构，经过改进，明显克服了现有技术的不足。该装置的分体的冷凝式余热换热器及其冷凝水收集结构，以及采用了不锈钢波纹管等换热面积大的换热结构，冷水可利用余热在中温烟气区预热，然后再进入高温区进行二次加热，这样便可充分利用热能，节约能源，散热效果好，从而进一步提高了热效率，降低了排烟温度，并减少了CO、NOx的排放，保护了环境，成本也相对降低。
测试结果表明，本发明一种燃气热水器的冷凝式换热装置的热效率可达到96％以上，比普通的燃气热水器提高10～15％的热效率。排烟温度可降低到100℃左右。
由于本发明一种燃气热水器的冷凝式换热装置具有冷凝水收集结构，其导流板可有效地阻止冷凝水进入热交换器，所有冷凝水可以收集处理，因而不会因此而造成对换热器的腐蚀，再加上换热管表面具有防腐层，明显可防止冷凝水对换热器的腐蚀而延长其使用寿命和更好的换热效果。
本发明一种燃气热水器的冷凝式换热装置的工作原理。
如图1和图2所示。
图1中的大箭头所指方向为烟气流动方向，小箭头所指方向分别为冷冰进入、温水流出、高温水流出、冷凝水流出方向。
高温烟气区A、B的高温烟气经由第二热交换器12进入第一热交换器所处的中温烟气区C时温度降低到中温烟气。当冷水由进水管10和进水口1到达盘管4时，中温烟气沿导流板7到达中温烟气区C时，与盘管4进行热交换，冷水吸收热量后变成温水经温水出口8和连接管11流入第二热交换器中，此时中温烟气温度降低到低温烟气。低温烟气经挡板下部的间隔21再到达低温烟气区D，最后经由排烟筒6排出。进入第二热交换器的温水在第二热交换器中与高温烟气进行换热，温水吸收热量后变成高温水由高温出水管13流出，同时高温烟气经高温烟气区A、B进入第一换热器20所处的中温烟气区C进行一次换热，温度降低到中温烟气，冷水吸收热量后变成中温水经温水出口8和连接管11送入第二热交换器中进行二次换热，同时在壳体3内部冷凝水出现。冷凝水由冷凝水收集结构处理，一部分冷凝水沿导板7流到壳体底部的凹槽部2’，另一部分还有冷凝水沿盘管4或壳体3内部流至壳体底部凹槽部2’，由冷凝水出口2和冷凝水出水管9流出。
Claims (10)
1.一种燃气热水器的冷凝式换热装置，包括壳体(3)，排烟筒(6)，冷水进水口(1)及其进水管(10)，温水出水口(8)，其特征在于：所述壳体(3)中设有一种分体的冷凝式余热换热器及其冷凝水收集结构。
2.根据权利要求1所述一种燃气热水器的冷凝式换热装置，其特征在于：所述分体的冷凝式余热换热器包括具有换热管的第一热交换器(20)和第二热交换器(12)，该第一热交换器(20)的换热管为盘管(4)，该盘管(4)的一端与冷水进水口(1)及其进水管(10)相连通，其另一端与温水出口(8)相连通，温水出口(8)通过连接管(11)与第二热交换器(12)相连通，该第二热交换器(12)上设有高温水出水管(13)。
3.根据权利要求1所述一种燃气热水器的冷凝式换热装置，其特征在于：所述冷凝水收集结构，包括设在第一热交换器(20)与第二热交换器(12)之间的导流板(7)，及设在壳体(3)底部的冷凝水收集处理结构(2)。
4.根据权利要求1所述一种燃气热水器的冷凝式换热装置，其特征在于：所述壳体(3)中的第一热交换器的一侧部设有一挡板(5)，该挡板(5)的上部固定连接在壳体(3)的顶壁上，该挡板(5)的下端部与壳体(3)的底部之间具有一可使烟气通向排烟筒(6)的间隔(21)。
5.根据权利要求1所述一种燃气热水器的冷凝式换热装置，其特征在于：所述燃气热水器的冷凝式换热装置的壳体(3)中具有相通的高温烟气区(A、B)，中温烟气区(C)和低温烟气区(D)，其中，
高温烟气区(A)是第二热交换器(12)部所形成的空间；
高温烟气区(B)是第一热交换器(20)的烟气入口部所形成的空间；
中温烟气区(C)是第一热交换器(20)与导流板(7)、挡板(5)之间所形成的空间；
低温烟气区(D)是挡板(5)与壳体(3)的侧壁之间所形成的空间，该低温烟气区(D)与排烟筒(6)相通。
6.根据权利要求2所述一种燃气热水器的冷凝式换热装置，其特征在于：所述第一换热器的盘管(4)由一种不锈钢波纹管构成，或者由一种椭圆管和翅片构成，或者由盘管与换热片相组合构成。
7.根据权利要求3所述一种燃气热水器的冷凝式换热装置，其特征在于：所述设在壳体(3)底部的冷凝水收集处理结构(2)包括设在壳体(3)底部的凹槽部(2’)及与其相接通的冷凝水出水管(9)。
8.根据权利要求3所述一种燃气热水器的冷凝式换热装置，其特征在于：所述冷凝水收集结构的导流板(7)的结构包括倾斜段(701)和与其相连的垂直段(702)，该倾斜段(701)自盘管(4)的一侧部向其盘管(4)的另一侧部方向向下倾斜，其倾斜段(701)的低端部与垂直段(702)的上端部相连接，该垂直段(702)的下端部与壳体(3)的底部相连接。
9.根据权利要求2所述一种燃气热水器的冷凝式换热装置，其特征在于：所述具有换热管的第一热交换器(20)和第二热交换器(12)的换热管由铜材或铝材构成，其外表面具有经过防腐处理的防腐层。
10.根据权利要求2所述一种燃气热水器的冷凝式换热装置，其特征在于：所述第一热交换器的盘管(4)的盘管部呈倾斜状布置，其倾斜方向与导流板的倾斜段(701)的倾斜方向相对应。
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