CN102401422A - 一种燃气热水采暖装置及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有采暖功能的燃气热水采暖装置及系统，属于热水器技术领域。该装置包括燃烧装置、热水管路的进口和出口、采暖回路的进口和出口以及水箱，还包括第一、第二、第三换热器；燃烧装置的烟气出口按序串联第一和第二换热器的烟气通道；第一换热器中具有第一水流通道和第二水流通道，水箱及第一换热器的第一水流通道串联连通于热水管路的进口和出口之间；第一换热器的第二水流通道及第三换热器的水流通道串联连通于采暖回路的进口和出口之间；第二换热器和第三换热器均可与水箱内的水进行热交换。本发明的热水采暖装置及系统换热效率高，升温速度块，体积小巧，满足用户采暖的需求同时能够快速为用户提供大量热水。

Description

一种燃气热水采暖装置及系统
技术领域
本发明涉及一种燃气热水器，尤其是一种具有采暖功能的燃气热水采暖装置及系统，属于热水器技术领域。
背景技术
据申请人了解，目前燃气采暖热水炉是市场占有率较大的燃气采暖设备。现有燃气采暖热水炉是一种即开即用的热水加热设备，其基本结构为有两个分离的闭路系统，一个供用户取暖，一个供用户家用热水。其缺点在于，由于没有储水能力，因此当用户同时使用采暖系统和热水系统时，热水供应系统的温度控制困难，尤其当入水温度较低、用水量较大时，无法达到所需的热水温度。
检索发现，专利申请号为200920126995的中国专利展示了一种将燃气热水系统与供暖系统结合的技术方案，其特点是通过在水箱中增加一个盘管换热器，将水箱中的热量传递到采暖水路中。该系统虽然结构简单，但由于从水箱到取暖循环中的换热过程是水-水换热，换热速度很慢。对于取暖需求较高的用户，换热面积必须非常大，从而导致水箱的体积不适于家庭用户。
发明内容
本发明的目的在于：针对上述现有技术存在的问题，提出一种体积小巧、换热迅速、能够快速提供大量热水且具有采暖功能的燃气热水采暖装置和系统。
本发明的燃气热水采暖装置的基本技术方案是：包括燃烧装置、热水管路的进口和出口、采暖回路的进口和出口以及水箱，还包括第一、第二、第三换热器；所述燃烧装置的烟气出口按序串联第一和第二换热器的烟气通道；所述第一换热器中具有第一水流通道和第二水流通道，所述水箱及第一换热器的第一水流通道串联连通于所述热水管路的进口和出口之间；所述第一换热器的第二水流通道及第三换热器的水流通道串联连通于所述采暖回路的进口和出口之间；所述第二换热器和第三换热器均可与所述水箱内的水进行热交换。
本发明的燃气热水采暖系统的基本技术方案是：包括燃烧装置、热水管路、采暖回路以及水箱，还包括第一、第二、第三换热器；所述燃烧装置的烟气出口按序串联第一和第二换热器的烟气通道；所述第一换热器中具有第一水流通道和第二水流通道，所述热水管路与所述水箱及第一换热器的第一水流通道串联连通；所述采暖回路与所述第一换热器的第二水流通道及第三换热器的水流通道串联连通；所述第二换热器和第三换热器均可与所述水箱内的水进行热交换。
上述热水采暖装置或系统从不同角度描述了本发明，其实质均是将燃气采暖热水炉的换热系统与水箱有机结合。工作时，燃烧装置产生的高温烟气先经过第一换热器交换大量的热量，再经过第二换热器进一步换热，还可以吸收烟气中的水汽潜热，大大提高系统的热效率；热水管路在水箱中与第二换热器进行换热，还通过第一换热器进行快速换热，能够为用户快速提供大量热水；采暖回路通过第三换热器吸收储存在水箱内的热量对采暖回路的水进行预热，再通过第一换热器直接加热，充分利用热量进行供暖。第一换热器与水箱结合使用，水箱对第一换热器供热水或采暖进行辅助，所以水箱的体积无需太大，能够适宜家庭使用。
本发明进一步的完善是：所述热水管路中的水在第一换热器中与通过所述采暖回路中的水进行热交换。
本发明更进一步的完善是：所述第一换热器的第一和第二水流通道分别为内管流道以及至少包绕部分内管流道的外管流道。
本发明再进一步的完善是：所述内管流道与所述外管流道为逆向流道。这样其相互之间的换热效果更佳。
本发明再进一步的完善是：所述热水管路的进口为所述水箱的进水口且与水源连通，所述热水管路的出口与用水端连通。热水管路从水源进入水箱进行预热，再进入第一换热器进行换热，使水温快速升高；由于水箱可以储存一部分热水，在用户用水量大时，可以弥补仅通过第一换热器不能满足大量热水需求的问题。
本发明再进一步的完善是：还包括连通所述采暖回路的进口和出口之间的循环支路，所述循环支路与所述第一换热器的第二水流通道和第三换热器的水流通道构成循环回路。在使用热水时，通过循环回路将采暖回路在第一换热器获得的热量通过第三换热器来预热水箱内的水，为热水供应提供更多的热量。
本发明再进一步的完善是：所述循环支路中装有启闭控制阀。
本发明再进一步的完善是：还设有改变第三换热器内水流方向的切换装置。第三换热器在采暖回路工作时吸热，而在热水回路工作时放热。这两种状态下，由于不同温度水的密度差异，水箱内的水最初都只有一种状态，即上热下冷，因此调整第三换热器内介质的流向，有益于提高换热效率。
本发明再进一步的完善是：所述采暖支路还与辅助加热支路并联，所述辅助加热支路与所述第三换热器连通构成加热循环回路。与其他能源系统相结合，通过第三换热器，将其他能源的热量储存在水箱中，从而进一步降低系统能耗。
本发明再进一步的完善是：所述辅助加热支路中设有作为辅助加热装置的太阳能集热器。
总之，本发明具有以下显著优点：
1）通过第三换热器将水箱中的热量与采暖回路的热量进行互换，能够吸收水箱中的热量用于采暖，也可以将采暖回路获得的热量释放到水箱中加热水箱中的水。
2）可以使来自水源的冷水先经过水箱预热，再通过与第一换热器热交换升温，进一步提高了升温速度，同时水箱内储存一定量的热水，能够满足用户大量用热水的需求。
3）借助第二换热器可以将烟气的余热充分吸收，储存在水箱中，更有利于热能的充分利用。
附图说明
图1为本发明实施例一的结构示意图。
图2为图1实施例的俯视图。
图3为图1实施例的立体结构示意图。
图4为本发明实施例二的系统结构示意图。 
图5为本发明实施例三的系统结构示意图。
图6为本发明实施例四的系统结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的若干实施例进行详细说明。
实施例一
本实施例的燃气热水采暖装置如图1、2、3所示，包括燃烧装置1、热水管路2的进口E和出口G、采暖回路3的进口I和出口H以及水箱4，以及第一、第二、第三换热器5、6、7。燃烧装置1的烟气出口1-2按序串联第一换热器5和第二换热器6的烟气通道。第一换热器5中具有作为第一水流通道的内管流道5-1和作为第二水流通道且包绕内管流道的外管流道5-2。内、外管流道分别与热水管路2和采暖回路3连通，互为逆向流道，因此热水管路2的水在第一换热器5中与通过采暖回路3的水进行热交换。水箱4及第一换热器5的第一水流通道5-1串联连通于热水管路2的进口E和出口G之间,第一换热器5的第二水流通道5-2及第三换热器7的水流通道串联连通于采暖回路3的进口I和出口H之间。第二换热器6和第三换热器7均可与水箱4内的水进行热交换——既可以处于水箱4内，也可以紧邻水箱4。热水管路2的进口E为水箱4的进水口且与水源连通，热水管路2的出口G与用水端连通。采暖回路3的进口I和出口H之间还具有循环支路3B，该循环支路与第一换热器5的第二水流通道5-2和第三换热器7的水流通道构成循环回路。循环支路中装有启闭控制阀A1。
其工作原理及有益效果在构成实施例二的系统时更容易理解，此处不详细描述，参见实施例二的相关说明即可。
实施例二
本实施例的燃气热水采暖系统如图4所示，包括燃烧装置1、热水管路2、采暖回路3、水箱4，以及第一换热器5、第二换热器6、第三换热器7（对冲换热器）。燃烧装置1的上方装有风机1-1、下部燃烧室的烟气出口1-2按序串联第一换热器5和第二换热器6的烟气通道。热水管路2的水源E与水箱4的进水口连通，水箱4的出水口经过第一换热器5后与热水管路的用水端F连通。采暖回路3与第一换热器5及第三换热器7的水流通道串联连通。第二换热器6和第三换热器7均位于水箱4内，因此可以与水箱4内的水进行热交换。
第一换热器5实质为套管换热器，具有内管流道5-1以及包绕内管流道的外管流道5-2，热水管路2通过内管流道5-1，采暖回路3通过外管流道5-2，因此热水管路2中的水在第一换热器5中与采暖回路3中的水进行热交换。并且内管流道5-1与外管流道5-2为逆向流道。本实施例中第一换热器也可为两个单流道换热管路，热水管路与采暖回路分别通过两单流道换热管路，实际制造时，显然也可以将第一换热器按需设计为多流道换热管路。图中8是膨胀水箱。
    使用时，提供生活用水的热水管路2是一个开路系统，水的流程为自来水水源→水箱→第一换热器（内管流道）→用户终端（花洒等）；提供采暖用水的采暖回路3是一个闭路系统，水的历程为用户端的采暖设备（散热片等）→循环水泵P→第三换热器→第一换热器（外管流道）→用户端的采暖设备，膨胀水箱作为回路中的压力平衡装置；烟气的历程为燃烧装置→第一换热器烟气通道→第二换热器烟气通道→烟气排出。热水管路在水箱中与第二换热器进行换热，还通过第一换热器进行快速换热，能够为用户快速提供大量热水；采暖回路通过第三换热器吸收储存在水箱内的热量对采暖回路的水进行预热，再通过第一换热器直接加热，充分利用热量进行供暖；燃烧装置产生的高温烟气先经过第一换热器交换大量的热量，再经过第二换热器进一步换热，还可以吸收烟气中的水汽潜热，大大提高系统的热效率。
采暖回路3包括经采暖设备3-1的供暖支路3A，以及连通第一换热器5和第三换热器7、且通过阀门控制供暖支路3A和循环支路3B。供暖支路3A和循环支路3B并联。采暖回路3具有切换循环支路3B和供暖支路3A的控制阀A。具体而言，采暖回路3中在循环支路和供暖支路交汇处设有两位三通阀A，通过阀A的两个切换位置A1、A2切换两支路。此外，采暖回路3还设有改变第三换热器7内水流方向的切换装置，具体而言，该切换装置为具有B1、B2、B3和B4四个端口的四通阀B，第三换热器7的两端分别与B2和B4连通，采暖回路的两端分别与B1和B3连通，因此可以通过控制阀的状态B1-B4、B2-B3连通或B1-B2、B3-B4连通，实现第三换热器7上进下出，或下进上出。显然，该切换装置也可以应用在实施例一种。
在使用过程中，采暖支路工作时，阀A的A1位置打开，A2位置关闭，阀B的B1-B2、B3-B4连通，来自用户端采暖设备的冷水通过B1-B2由下而上进入第三换热器吸热，再通过B3-B4进入第一换热器换热，然后通过阀A的A1位置进入用户端采暖设备进行供暖。由于第三换热器能够吸收第二换热器释放到水箱中的热量，避免仅使用采暖时水箱内的热量累积、造成水箱内水温、压力过高的问题，消除了安全隐患。采暖支路停止，循环支路工作时，阀的A1位置关闭，A2位置打开，阀B的B1-B4、B2-B3连通，在此情况下第一换热器出来的高温采暖热水，经阀A的A2位置进入循环支路3B，再通过B1-B4由上而下进入第三换热器对水箱的冷水放热，然后通过B2-B3再次进入第一换热器换热。通过第三换热器将采暖回路在第一换热器吸收的热量转移到水箱中的方式，可以有效避免第一换热器内采暖回路的水温过高，同时，对水箱内的冷水预热，可以迅速提高加热速度，十分有利于习惯大流量生活用水的用户。
实施例三
本实施例的燃气热水采暖系统如图5所示，其基本结构与实施例一相同，不同之处在于第三换热器两端的管路有所简化，因此无法实现第三换热器内水流方向的切换，换热效率稍差。
实施例四
本实施例的燃气热水采暖系统如图6所示，其基本结构也与实施例一相同，不同之处在于采暖支路还与辅助加热支路并联，该辅助加热支路与所述第三换热器连通构成加热循环回路，对于本实施例而言，辅助加热支路中设有作为辅助加热装置的太阳能集热器（也可以按需设置其它能源的辅助加热装置）。这样，与绿色能源系统相结合，通过第三换热器，将太阳能集热器的热量传递到水箱中，从而进一步降低系统能耗。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (14)

1.一种燃气热水采暖装置，包括燃烧装置、热水管路的进口和出口、采暖回路的进口和出口以及水箱，其特征在于：还包括第一、第二、第三换热器；所述燃烧装置的烟气出口按序串联第一和第二换热器的烟气通道；所述第一换热器中具有第一水流通道和第二水流通道，所述水箱及第一换热器的第一水流通道串联连通于所述热水管路的进口和出口之间；所述第一换热器的第二水流通道及第三换热器的水流通道串联连通于所述采暖回路的进口和出口之间；所述第二换热器和第三换热器均可与所述水箱内的水进行热交换。
2.根据权利要求1所述的燃气热水采暖装置，其特征在于：通过所述热水管路的水在第一换热器中与通过所述采暖回路的水进行热交换。
3.根据权利要求2所述的燃气热水采暖装置，其特征在于：所述第一换热器的第一和第二水流通道分别为内管流道以及至少包绕部分内管流道的外管流道。
4.根据权利要求3所述的燃气热水采暖装置，其特征在于：所述内管流道与所述外管流道为逆向流道。
5.根据权利要求1所述的燃气热水采暖装置，其特征在于：所述热水管路的进口为所述水箱的进水口且与水源连通，所述热水管路的出口与用水端连通。
6.根据权利要求1所述的燃气热水采暖装置，其特征在于：还包括连通所述采暖回路的进口和出口之间的循环支路，所述循环支路与所述第一换热器的第二水流通道和第三换热器的水流通道构成循环回路。
7.根据权利要求6所述的燃气热水采暖装置，其特征在于：所述循环支路中装有启闭控制阀。
8.根据权利要求1所述的燃气热水采暖装置，其特征在于：还设有改变第三换热器内水流方向的切换装置。
9.一种燃气热水采暖系统，包括燃烧装置、热水管路、采暖回路以及水箱，其特征在于：还包括第一、第二、第三换热器；所述燃烧装置的烟气出口按序串联第一和第二换热器的烟气通道；所述第一换热器中具有第一水流通道和第二水流通道，所述热水管路与所述水箱及第一换热器的第一水流通道串联连通；所述采暖回路与所述第一换热器的第二水流通道及第三换热器的水流通道串联连通；所述第二换热器和第三换热器均可与所述水箱内的水进行热交换。
10.根据权利要求9所述的燃气热水采暖系统，其特征在于：所述采暖回路包括供暖支路，还包括在关闭所述供暖支路时与第一换热器的第二水流通道和第三换热器水流通道连通形成循环回路的循环支路。
11.根据权利要求10所述的燃气热水采暖系统，其特征在于：所述采暖回路具有切换所述循环支路和供暖支路的控制阀。
12.根据权利要求9所述的燃气热水采暖系统，其特征在于：所述采暖回路设置有改变第三换热器内水流方向的切换装置。
13.根据权利要求9所述的燃气热水采暖系统，其特征在于：所述采暖支路还与辅助加热支路并联，所述辅助加热支路与所述第三换热器连通构成加热循环回路。
14.根据权利要求13所述的燃气热水采暖系统，其特征在于：所述辅助加热支路中设有作为辅助加热装置的太阳能集热器。
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