CN102679550A - 一种分流横置缝隙式冷凝换热器 - Google Patents

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刘长春
周屈兰
谭厚章
赵钦新
李娜
王宇峰
孙鹏
曾俊
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Abstract

一种分流横置缝隙式冷凝换热器，采用多层盘管结构。换热器的主要部件为换热器盘管，换热器盘管由矩形管沿长边方向弯卷制成，其短边为换热器盘管厚度方向，换热器盘管的两端设置内、外集水管。被加热工质水从内集水管均匀流入各盘管中，在盘管中由外向内旋转多圈后进入外集水管。燃烧器燃烧后产生的高温烟气沿盘管与盘管间的缝隙由内向外流过，烟气在缝隙内的流动为层流，由于缝隙尺寸非常小，使边界层厚度很薄，温度梯度极大，因此通过缝隙的烟气会获得极大的换热系数。烟气与被加热工质水之间为逆叉流换热方式，这样则提高了换热平均温差，有效的降低排烟温度，使烟气中的水蒸气尽可能多的发生冷凝，吸收利用更多的冷凝热。

Description

一种分流横置缝隙式冷凝换热器
技术领域
本发明属于换热器领域，具体涉及一种应用于燃油或燃气热水器、壁挂锅炉上的分流横置缝隙式冷凝换热器，该换热器用于烟气与水的换热，为供暖和(或)生活提供热水。
背景技术
燃料的热值分为高热值和低热值，前者是燃料的燃烧热和水蒸气的冷凝热的总数，即燃料完全燃烧时所放出的总热量，后者仅是燃料的燃烧热，即由总热量减去冷凝热的差数。与非冷凝式换热器相比，冷凝式换热器既能吸收燃烧热，又能吸收冷凝热，使其热效率得到极大的提升。
由于冷凝式换热器热效率高，近年来在燃气热水器和壁挂锅炉上得到广泛的应用。如何进一步降低燃气热水器的排烟温度，提高换热平均温差，获得更高的换热效率，是冷凝式换热器的发展趋势。
发明内容
本发明专利的发明目的在于提供一套结构紧凑，换热效率高的分流横置缝隙式冷凝换热器。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：包括换热器壳体，安装在换热器壳体下端的底板，安装在换热器壳体上端的前盖板和燃烧器连接板，换热器壳体内安装有若干层横置缝隙式换热器盘管，底板上设置有与横置缝隙式换热器盘管相连通的外集水管，换热器壳体内设置有与横置缝隙式换热器盘管出口相连通的内集水管，被加热工质水由外集水管均匀分配至各个横置缝隙式换热器盘管中，在各个横置缝隙式换热器盘管中由外向内旋转流动，然后汇集于内集水管内，相邻两层横置缝隙式换热器盘管间有横置烟气缝隙，换热器壳体与横置缝隙式换热器盘管之间的空腔为集烟室，燃烧器连接板与若干层横置缝隙式换热器盘管、底板包围形成的空间为燃烧室，燃烧室通过横置烟气缝隙与集烟室相连通，换热器壳体上还开设有与集烟室相连的烟气出口和排水口。
所述的若干层横置缝隙式换热器盘管分为底部换热盘管、中间换热盘管和顶部换热盘管，横置缝隙式换热器盘管由矩形管弯卷制成，矩形管截面的长边方向为弯卷方向，其短边为换热器盘管厚度方向，该矩形管流通截面的长边与短边之比为1.5~3.0：1。
所述的顶部换热器盘管的盘管弯卷间隙采用焊接或其他方式将间隙封死。
所述的横置烟气缝隙的间隙为0.5~1.0mm。
所述的横置缝隙式换热器盘管的旋转圈数为3~5圈。
所述的横置缝隙式换热器盘管层数为4~8层。
所述的换热器底板上布置绝热耐火材料。
本发明采用分流横置缝隙式结构，燃烧器燃烧后产生的高温烟气沿盘管与盘管间的横置缝隙流过，烟气在缝隙内的流动为层流，由传热理论知，层流条件下Nu数为常数，缝隙尺寸越小，对流换热系数越高，这是因为随着缝隙尺寸的减小，即使为层流，边界层也会变得很薄，边界层内获得极大的温度梯度，从而使通过缝隙的烟气获得极大的换热系数。被加热工质水从外集水管均匀流入各盘管中，在盘管中由外向内旋转多圈后进入内集水管，使烟气与被加热工质水之间为逆叉流换热方式，由于烟气和水的最高温度出现在换热器内侧，烟气和水的最低温度出现在换热器的最外侧，这样则提高了换热平均温差，能获得更高的换热效率。
附图说明
图1是本发明分流横置缝隙式冷凝换热器主视图；
图2是本发明分流横置缝隙式冷凝换热器A-A剖视图；
图3是本发明分流横置缝隙式冷凝换热器C向视图；
图4是本发明分流横置缝隙式冷凝换热器-盘管展开图。
图中标记：1-烟气出口，2-集烟室，3-前盖板，4-盘管弯卷间隙，5-燃烧器连接板，6-烟气缝隙，7-换热器壳体，8-排水口，9-外集水管，10-底板，11-绝热耐火材料，12-底部换热器盘管，13-中间换热器盘管，14-顶部换热器盘管，15-内集水管，16-燃烧室。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
参见图1-4，本发明包括换热器壳体7，安装在换热器壳体7下端的底板10和绝热耐火材料11，安装在换热器壳体7上端的前盖板3和燃烧器连接板5，换热器壳体7内安装有横置缝隙式底部换热盘管12、2-6层的中间换热盘管13和顶部换热盘管14，横置缝隙式换热器盘管由矩形管弯卷制成，旋转圈数为3~5圈，矩形管截面的长边方向为弯卷方向，其短边为换热器盘管厚度方向，该矩形管流通截面的长边与短边之比为1.5~3.0：1，且顶部换热器盘管14的盘管弯卷间隙4采用焊接或其他方式将间隙封死，底板10上设置有与横置缝隙式换热器盘管相连通的外集水管9，换热器壳体7内设置有与横置缝隙式换热器盘管出口相连通的内集水管15，被加热工质水由外集水管9均匀分配至各个横置缝隙式换热器盘管中，在各个横置缝隙式换热器盘管中由外向内旋转流动，然后汇集于内集水管15内，相邻两层横置缝隙式换热器盘管间有横置烟气缝隙6，燃烧产生的高温烟气从横置的烟气缝隙6中流过，并参与换热，为保证烟气侧的换热系数，缝隙尺寸控制在0.5~1.0mm之间，换热器壳体7与横置缝隙式换热器盘管之间的空腔为集烟室2，燃烧器连接板5与若干层横置缝隙式换热器盘管、绝热耐火材料11包围形成的空间为燃烧室16，燃烧室16通过横置烟气缝隙6与集烟室2相连通，换热器壳体7上还开设有与集烟室2相连的烟气出口1和排水口8。
为保证换热面积，换热器盘管12、13、14的数量一般控制为4~8片，为保证烟气不向外泄露，顶部换热器盘管14的盘管弯卷间隙4要采用焊接或其他方式将间隙封死。
为减少高温烟气的散热损失和降低换热器外表面的温度，在换热器底板10上布置绝热耐火材料11。在燃烧器连接板5上设置有连接螺纹孔，用于燃烧器安装。
本发明的工作过程如下：
将燃烧器固定于燃烧器连接板5上，燃烧器在燃烧室内16燃烧，生成大量的高温烟气，这些高温烟气由内向外通过换热器盘管12、13、14间的横置烟气缝隙6，然后进入集烟室2，再由烟气出口1排出，烟气中被冷凝的水，汇集于集烟室的底部，由排水口18排出。
被加热工质水由外集水管9均匀分配至各个换热器盘管12、13、14中，在各个盘管中由外向内旋转流动，然后汇集于内集水管15内。
由于高温烟气由内向外从烟气缝隙6中通过，被加热工质水由外向内在换热器盘管12、13、14中旋转流动，也就是说烟气和被加热工质为逆叉流换热，即烟气和水的最高温度出现在换热器内侧，烟气和水的最低温度出现在换热器的最外侧，这样则提高了换热平均温差，有效的降低排烟温度，使烟气中的水蒸气尽可能多的发生冷凝，吸收利用更多的冷凝热，提高换热效率。
发明内容-技术方案
本发明分流横置缝隙式冷凝换热器，具有结构紧凑，排烟温度低，热效率高的特点。本发明符合燃气热水器和壁挂锅炉冷凝式换热器的发展趋势，符合节能减排的要求。本发明的推广，将为我国燃气热水器和壁挂锅炉行业节能减排做出巨大贡献。

Claims (7)

1.一种分流横置缝隙式冷凝换热器，其特征在于：包括换热器壳体（7），安装在换热器壳体（7）下端的底板（10），安装在换热器壳体（7）上端的前盖板（3）和燃烧器连接板（5），换热器壳体（7）内安装有若干层横置缝隙式换热器盘管，底板（10）上设置有与横置缝隙式换热器盘管相连通的外集水管（9），换热器壳体（7）内设置有与横置缝隙式换热器盘管出口相连通的内集水管（15），被加热工质水由外集水管（9）均匀分配至各个横置缝隙式换热器盘管中，在各个横置缝隙式换热器盘管中由外向内旋转流动，然后汇集于内集水管（15）内，相邻两层横置缝隙式换热器盘管间有横置烟气缝隙（6），换热器壳体（7）与横置缝隙式换热器盘管之间的空腔为集烟室（2），燃烧器连接板（5）与若干层横置缝隙式换热器盘管、底板（10）包围形成的空间为燃烧室（16），燃烧室（16）通过横置烟气缝隙（6）与集烟室（2）相连通，换热器壳体（7）上还开设有与集烟室（2）相连的烟气出口（1）和排水口（8）。
2.根据权利要求1所述的分流横置缝隙式冷凝换热器，其特征在于：所述的若干层横置缝隙式换热器盘管分为底部换热盘管（12）、中间换热盘管（13）和顶部换热盘管（14），横置缝隙式换热器盘管由矩形管弯卷制成，矩形管截面的长边方向为弯卷方向，其短边为换热器盘管厚度方向，该矩形管流通截面的长边与短边之比为1.5~3.0：1。
3.根据权利要求2所述的分流横置缝隙式冷凝换热器，其特征在于：所述的顶部换热器盘管（14）的盘管弯卷间隙（4）采用焊接或其他方式将间隙封死。
4.根据权利要求1所述的分流横置缝隙式冷凝换热器，其特征在于：所述的横置烟气缝隙（6）的间隙为0.5~1.0mm。
5.根据权利要求1所述的分流横置缝隙式冷凝换热器，其特征在于：所述的横置缝隙式换热器盘管(12、13、14)的旋转圈数为3~5圈。
6.根据权利要求1所述的分流横置缝隙式冷凝换热器，其特征在于：所述的横置缝隙式换热器盘管(12、13、14)层数为4~8层。
7.根据权利要求1所述的分流横置缝隙式冷凝换热器，其特征在于：所述的换热器底板(10)上布置绝热耐火材料(11)。
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