CN103851651B - 一种基于脉动热管回收余热的节能型火炕系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于脉动热管回收余热的节能型火炕系统，包括火炕本体、烟气沉降室和脉动热管换热系统。火炕本体上设有灶口和灶台烟气出口；脉动热管换热系统包括烟气室、热交换室和若干根脉动热管，烟气室置于热交换室下方，烟气室的两端分别设有烟气进口和烟气出口，烟气进口与灶台烟气出口相连，烟气室底部设有冷凝水出水口；热交换室两端分别设有进水口和出水口，进水口与自来水管连接，出水口与厨房水箱连接；若干根脉动热管形成闭式回路，脉动热管的蒸发段位于烟气室，其冷凝段位于热交换室，并且烟气室和热交换室由一绝热隔板隔开。本发明采用脉动热管技术回收烟气余热，充分利用低品位热量，节约能源，保护环境。

Description

一种基于脉动热管回收余热的节能型火炕系统

技术领域

本发明涉及烟气沉降回收烟气余热的系统和方法，具体说是一种基于脉动热管技术改进火炕并进行使之具有节能效果的基于脉动热管回收余热的节能型火炕系统。

背景技术

自从上世纪90年代以来，随着经济的不断发展，我国能源供应和需求之间的矛盾不断加大，能源短缺的问题随之产生。据计算，为了保证GDP年均增长7％以上，我国面临能源供应保持每年递增4％左右的压力。到2050年，我国将成为世界第一能耗大国，其中96％以上都为建筑能耗。而在农村地区，冬季取暖问题尤为严重，北方农村地区的取暖能耗占全国的56％。而东北火炕作为东北民居的主要取暖手段，长期以来燃料燃烧成巨大的能源损失，同时烟气直接经由烟道从烟囱中排出，环境污染日益严重。

发明内容

针对于我国东北农村地区在使用火炕过程中烟气直接排放的问题，为了充分利用农村现有的设施和能源，本发明提供一种基于脉动热管回收余热的节能型火炕系统，通过脉动热管回收烟气余热，在不附加额外能源消耗下，将烟囱直接排出的烟气中的余热回收充分利用，以达到节约能源，保护环境，减轻雾霾的效果。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：

一种基于脉动热管回收余热的节能型火炕系统，包括火炕本体、烟气沉降室和脉动热管换热系统，所述火炕本体上设有灶口和灶台烟气出口；所述脉动热管换热系统包括烟气室、热交换室和若干根脉动热管，烟气室置于热交换室下方，烟气室的两端分别设有烟气进口和烟气出口，烟气进口与灶台烟气出口相连，所述烟气室底部设有冷凝水出水口；所述热交换室两端分别设有进水口和出水口，进水口与自来水管的出水口连接，出水口与厨房水箱的进水口连接；所述若干根脉动热管形成闭式回路，脉动热管的蒸发段位于烟气室，其冷凝段位于热交换室，并且烟气室和热交换室由一绝热隔板隔开。

所述脉动热管的内径为0.53mm，热管内部为真空，并充注有工作液体。

所述烟气进口与灶台烟气出口之间还设有烟气沉降室。

脉动热管的蒸发段装有若干翅片。

本发明采用脉动热管技术回收烟气余热，利用温差显热交换和蒸汽凝结汽化潜热加热如厨房用水等处的生活用水。充分利用低品位热量，节约能源，保护环境；同时烟气经过沉降室后沉降大部分烟尘，达到了减轻雾霾的效果，具有成本低、结构简单、适用范围广，节能环保等优点。

附图说明

图1为本发明基于脉动热管换热的东北土炕系统的结构示意图；

图2为本发明两相闭式脉动热管回路工作结构及机理示意图。

具体实施方式

如图1所示，脉动热管换热系统，包括烟气室6、热交换室9、若干根脉动吸管、热交换室处于烟气室6的上方；烟气室6设有烟气进口和烟气出口；热交换室设有进水口和出水口；若干根脉动热管形成闭式回路，脉动热管的一部分置于热交换室中（此为脉动热管冷却段），另一部分置于烟气室（此为脉动热管蒸发段）。燃料燃烧所排出的烟气由灶台主体2流出，经由烟气管道3，进入烟气沉降室5。4为烟气管道外墙。烟气从烟气沉降室流出后进入脉动热管换热系统的烟气室6中，与脉动热管蒸发段换热后由烟气室出口处8排出进入烟囱。烟气室中的冷凝水经由冷凝水出口7流出。脉动热管的冷凝段置于热交换室中，用于加热生活用水，生活用水由管段10，流入并储存于厨房水箱1中。烟尘沉降室5位于灶台烟气出口处，利用重力除尘原理，沉降烟尘并定期清除。热交换室的进水口接自来水管的出水口；热交换室的出水口接厨房水箱的进水管；烟气室6的烟气进口接灶台的烟气出口处；烟气室6的烟气出口处接烟囱的烟气入口处；烟气室6底部设有冷凝水出水口。

如图2所示，脉动热管的管径很小（内径一般在0.53mm），它是由金属毛细管弯曲成回形结构，管弯头一端为加热端(蒸发段)，另一端为冷却端(冷凝段)，在中间可根据需要布置绝热段。管内部抽成真空，充注工作液体。脉动热管工作时加热段（蒸发段）和冷却段（冷凝段）分别在管段两端，一般情况下，蒸发段在下部，冷却段在上部。脉动热管工作时，由于管径足够小，管内将形成气泡柱11和液体柱12间隔布置并呈随机分布的状态。在蒸发端，工质吸热产生气泡，迅速膨胀和升压，推动工质流向邻管子之间存在的压力不平衡，使得工质在蒸发端和冷凝端之间形成气液柱振荡13，从而实现热量的传递。在整个过程中，无需消耗外部机械功和电功，完全是在热驱动下的自我震荡。并且其蒸发段与冷凝段由一绝热隔板隔开所述的脉动热管在蒸发段（位于烟气室中的部分）上装有若干翅片14，以增加热交换面积，强化换热。

因此脉动热管具有如下结构和特征：

1)结构简单无芯，形状可任意弯曲，当量传热系数大，体积小，高热流密度，是一种小型化的高效传热元件。

2)热管中参与热交换的冷热段流体都在管外侧流动，使得流动阻力小，并且加上翅片加强传热。

3)与常规热管不同的是，脉动热管内部无需吸液芯材料，因而其结构简单，制造容易，成本低廉。

4)热管经由两次壁面换热，无渗漏，冷热源流体不会相互混合。

因此脉动热管具有传热温差小，传热系数大，流动阻力小，没有渗漏，结构简单，成本低廉等特征，所以适用于本发明型技术方案中，高效换热。

本发明的工作过程是：燃料燃烧产生的高温烟气通过灶台后，由烟道进入到烟气室6，和脉动热管进行换热，脉动热管将吸收后的热量通过冷却段用于给热交换室内的冷水加热，从而达到回收烟气余热的作用。烟气通过热管后冷凝的冷凝水可吸收烟气中的部分NOx和SOx，经由冷凝水出口7排出。此外烟气在进入热交换室前进行重力式除尘，跟原有系统比可起到保护环境，减轻雾霾的作用。

Claims (4)

1.一种基于脉动热管回收余热的节能型火炕系统，其特征在于，包括火炕本体、烟气沉降室和脉动热管换热系统，所述火炕本体上设有灶口和灶台烟气出口；所述脉动热管换热系统包括烟气室、热交换室和若干根脉动热管，烟气室置于热交换室下方，烟气室的两端分别设有烟气进口和烟气出口，烟气进口与灶台烟气出口相连，所述烟气室底部设有冷凝水出水口；所述热交换室两端分别设有进水口和出水口，进水口与自来水管的出水口连接，出水口与厨房水箱的进水口连接；所述若干根脉动热管形成闭式回路，脉动热管的蒸发段位于烟气室，其冷凝段位于热交换室，并且烟气室和热交换室由一绝热隔板隔开。

2.根据权利要求1所述的一种基于脉动热管回收余热的节能型火炕系统，其特征在于，所述脉动热管的内径为0.53mm，热管内部为真空，并充注有工作液体。

3.根据权利要求1所述的一种基于脉动热管回收余热的节能型火炕系统，其特征在于，所述烟气沉降室设在烟气进口与灶台烟气出口之间。

4.根据权利要求1、2或3所述的一种基于脉动热管回收余热的节能型火炕系统，其特征在于，所述脉动热管的蒸发段装有若干翅片。