CN106989512B - 冷凝式二次热交换器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种冷凝式二次热交换器，属于热交换技术领域。它解决了现有的冷凝式二次热交换器结构不紧凑、换热效果差的问题。本冷凝式二次热交换器，包括呈筒状的壳体，壳体的内部具有竖直设置的烟气通道，烟气通道的中部横向穿设有若干相互平行的换热管一和套设于若干换热管一上的吸热体一，若干换热管一的两端分别与壳体的外壁平齐，壳体的外壁上具有若干用于将若干换热管一串联在一起形成串联水路一的水盒盖一，烟气通道的上部设有冷凝水换热结构，冷凝水结构的出口与串联水路一的进口连通，烟气通道内还设有用于防止冷凝水换热结构上的冷凝水掉入至吸热体一上的冷凝水回收结构。本发明具有结构紧凑、换热效果好等优点。

Description

冷凝式二次热交换器
技术领域
本发明属于热交换技术领域，涉及一种燃气热水器的热交换器，特别是一种冷凝式二次热交换器。
背景技术
燃气热水器是指以燃气作为燃料，通过燃烧加热方式将热量传递到流经热交换器的冷水中以达到制备热水的目的的一种燃气用具。传统的燃气热水器包括有燃烧室、换热器等装置，利用换热器吸收燃烧燃气所产生的能量，传递给由进水管流经换热器的冷水，经热交换后水温升高，热水从出水管中排出，实现加热水流的功能，而燃烧产生的高温烟气则由风机经烟斗室排出。其中10％以上的热量会随着烟气的排放而排出，导致热水器的热效率有限，热量利用率难以提升，造成极大的能量浪费。为了解决这一现象，人们在传统的燃气热水器上增设了烟气冷凝系统，可充分地利用燃气热水器中的烟气，大大提高了能量的利用，工作原理是：将排出的烟气进行降温，烟气中的水蒸气凝结为液体，水蒸气凝结放出的热量以及烟气降温的热量为流经过烟气冷凝系统的冷水吸收，从而达到提高能效的目的。
例如，中国专利公开了一种冷凝式二次热交换器及其热交换器组[申请公布号CN104501414A]，包括二次热交换器及外壳，外壳是由SUS304加工而成，把二次热交换器安装固定在壳体内并密封；二次热交换器包括翅片、挡板、进出水接头1、2、连接管和主水管、管内扰流弹簧以及翅片和主水管之间的焊条；由7根主水管用6个连接管将其连接；其中有两根主水管的一侧分别加装进出水接头1、2使其形成通路，进水接头与壁挂炉水泵连接，出水接头与高温段主换热器连接；翅片与主水管通过焊条焊接在一起，扰流弹簧7能有效增加水阻，从而提高热效率，最后将二次热交换器装入壳体中，高温段的烟气进入壳体，通过烟气隔板导向，对进入二次热交换器的水实施预加热，再进入主换热器；烟气冷凝过程产生的冷凝水经中和后排放。
上述的结构存在以下问题：将高温换热器和冷凝换热器采用分体式结构设计，由高温换热器出来的烟气需通过风机驱动才能进入到冷凝换热器内，不仅结构复杂，而且制造成本高；在冷凝换热器内，烟气的流向与一部分冷水的流向相同，达不到冷凝换热的目的，换热效果差；热水管的出口段直接盘绕在高温换热器的外壳上，与外壳之间的连接稳定性较差，极易发生热水管脱落的现象，热水管必须呈螺旋状才能盘绕在高温热水器上，呈螺旋状的热水管不易制造，制造成本高。
发明内容
本发明的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种结构紧凑、换热效果好的冷凝式二次热交换器。
本发明的目的可通过下列技术方案来实现：
本冷凝式二次热交换器，包括呈筒状的壳体，所述壳体的内部具有竖直设置的烟气通道，所述烟气通道的中部横向穿设有若干相互平行的换热管一和套设于若干换热管一上的吸热体一，若干换热管一的两端分别与壳体的外壁平齐，所述壳体的外壁上具有若干用于将若干换热管一串联在一起形成串联水路一的水盒盖一，其特征在于，所述烟气通道的上部设有冷凝水换热结构，所述冷凝水结构的出口与串联水路一的进口连通，所述的烟气通道内还设有用于防止冷凝水换热结构上的冷凝水掉入至吸热体一上的冷凝水回收结构。
在壳体的上部设有用于封住烟气通道的盖板，盖板的中部设有烟气筒，该烟气筒的下端与烟气通道连通，在该烟气筒内设有用于控制烟气筒打开或关闭的启闭阀。
在上述的冷凝式二次热交换器中，所述的冷凝水换热结构包括若干横向穿设于烟气通道内且相互平行的换热管二和套设于若干换热管二上的吸热体二，若干换热管二的两端分别与壳体的外壁平齐，所述壳体的外壁上设有若干用于将换热管二串联在一起形成串联水路二的水盒盖二，壳体上设有与串联水路二的进口连通的进水接头，所述串联水路二的出口与串联水路一的进口连通。
当壳体的横截面呈矩形时，换热管二可以平行于换热管一设置，换热管二还可以与换热管一相垂直。吸热体一和吸热体二为整齐排列的吸热瓦，工作时吸热瓦吸收烟气的热量，将热量传递给换热管一和换热管二内的水。
在上述的冷凝式二次热交换器中，所述的冷凝水回收结构包括设于烟气通道内的固定在壳体内壁上的集水板，所述的集水板与壳体之间形成有供烟气通过的过道，所述的集水板上设有用于防止集水板上冷凝水掉入过道的阻流单元，所述的阻流单元与壳体之间形成有导流槽，所述的壳体上具有与该导流槽连通的冷凝水接头，所述的冷凝水回收结构还包括设于集水板上方的用于将冷凝水引入到导流槽内的引流单元。
在上述的冷凝式二次热交换器中，所述的集水板沿水平方向倾斜设置，上述的冷凝水接头设于集水板的最低处；所述的集水板呈环形且其外边缘与壳体的内壁密封固连，所述的过道位于集水板的中部，上述的引流单元设于该过道的上方。
在上述的冷凝式二次热交换器中，所述的阻流单元包括位于集水板上部的导流斜面，所述的导流斜面沿过道向下倾斜延伸至集水板的外边缘，上述的导流槽位于导流斜面与壳体之间。
在上述的冷凝式二次热交换器中，所述集水板的下部具有与集水板形状相同且相互平行设置的隔热板一，所述的隔热板一与壳体、集水板之间形成导流腔，上述导流槽的最低端通过设于集水板上的通孔与导流腔连通，上述冷凝水接头的内端同时与导流腔和导流槽连通，所述隔热板一的内边缘具有环绕过道设置的阻流部，所述的阻流部向上延伸。
在上述的冷凝式二次热交换器中，所述的引流单元包括设于过道上方的用于全覆盖过道的引流板，所述的引流板与集水板之间具有较大间隙，所述的引流板通过支脚一固定。
在上述的冷凝式二次热交换器中，所述引流板的下方设有与引流板平行的隔热板二，该隔热板二与引流板之间具有间隙，所述的引流板通过支脚一固定在隔热板二上，所述的隔热板二通过支脚二固定在集水板上。
在上述的冷凝式二次热交换器中，所述的壳体包括侧板一、与侧板一平行的侧板二、垂直于侧板一设置的侧板三和与侧板三平行的侧板四，所述的侧板三与侧板四上分别设有若干相互平行的盘管，所述盘管的一端与侧板一平齐，盘管的另一端与侧板二平齐，所述的侧板一与侧板二上分别设有若干用于将若干盘管串联在一起形成串联水路三的水盒盖三，上述串联水路二的出口与串联水路三的进口连通，所述的壳体上设有用于与串联水路三的出口连通的出水接头。
在上述的冷凝式二次热交换器中，所述侧板一的两侧分别设有延伸至侧板三与侧板四外侧的延伸部一，所述侧板二的两侧分别设有延伸至侧板三与侧板四外侧的延伸部二，上述盘管的一端穿设在延伸部一内，盘管的另一端穿设在延伸部二内，所述的盘管与壳体贴靠设置。
工作时，带有热量与水汽的烟气从壳体中烟气通道的下端进入，依次经过吸热体一与吸热体二后由设于壳体上部的烟气筒排出；冷水从进水接头进入串联水路二内，吸热体二吸收烟气中的余热，水汽凝结释放热量，将热量传递给串联水路二中的冷水，随后进入到串联水路一内，通过吸热体一与换热管一进一步对水进行加热，随后进入到串联水路三中，最后由出水接头流出供生活使用。
烟气中带有的水汽，在壳体内会冷凝成水，一部分水向下直接滴落到集水板上，另一部分水滴落到引流板上，再由引流板的边缘落入到集水板上，最后由冷凝水接头排出。隔热板一可降低烟气直接将热量传递给集水板，防止集水板上的冷凝水再次蒸发变成水汽；隔热板二起同样的目的，防止引流板的温度急剧上升后造成冷凝水的蒸发。
与现有技术相比，本冷凝式二次热交换器具有以下优点：
将冷凝水换热结构和高热换热结构设置到相同的壳体内，结构紧凑合理，可大大降低烟气热量的损失，提高换热效率；通过在壳体内设置冷凝水回收结构，能有效防止冷凝水掉落到位于壳体下方的高热换热结构上，杜绝冷凝水再次蒸发从而降低烟气的热量损失，还能有效提高使用寿命，而且在回收冷凝水时能有效避免冷凝水的二次蒸发，提高本热交换器的换热效率。
附图说明
图1是本发明提供的一种较佳实施例的结构示意图。
图2是本发明提供的一种较佳实施例的又一结构示意图。
图3是本发明提供的一种较佳实施例的X向剖视图。
图4是本发明提供的一种较佳实施例的Y向剖视图。
图5本发明提供的冷凝水回收结构的剖视图。
图6是本发明提供的实施例二的结构示意图。
图7是本发明提供的实施例二的又一结构示意图。
图中，1、壳体；2、换热管一；3、吸热体一；4、水盒盖一；5、换热管二；6、吸热体二；7、水盒盖二；8、进水接头；9、集水板；10、导流槽；11、冷凝水接头；12、导流斜面；13、隔热板一；14、通孔；15、阻流部；16、引流板；17、隔热板二；18、盘管；19、水盒盖三；20、出水接头；21、延伸部一；22、延伸部二。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
实施例一
如图1与图2所示的冷凝式二次热交换器，包括呈筒状的壳体1，壳体1的内部具有竖直设置的烟气通道，如图3和4所示，烟气通道的中部横向穿设有若干相互平行的换热管一2和套设于若干换热管一2上的吸热体一3，若干换热管一2的两端分别与壳体1的外壁平齐，如图1和图2所示，壳体1的外壁上具有若干用于将若干换热管一2串联在一起形成串联水路一的水盒盖一4，烟气通道的上部设有冷凝水换热结构，冷凝水结构的出口与串联水路一的进口连通，烟气通道内还设有用于防止冷凝水换热结构上的冷凝水掉入至吸热体一3上的冷凝水回收结构。
本实施例中，如图1和图2所示，在壳体1的上部设有用于封住烟气通道的盖板，盖板的中部设有烟气筒，该烟气筒的下端与烟气通道连通，在该烟气筒内设有用于控制烟气筒打开或关闭的启闭阀。
如图3和4所示，冷凝水换热结构包括若干横向穿设于烟气通道内且相互平行的换热管二5和套设于若干换热管二5上的吸热体二6，若干换热管二5的两端分别与壳体1的外壁平齐，如图1和图2所示，壳体1的外壁上设有若干用于将换热管二5串联在一起形成串联水路二的水盒盖二7，壳体1上设有与串联水路二的进口连通的进水接头8，串联水路二的出口与串联水路一的进口连通。
当壳体1的横截面呈矩形时，换热管二5可以平行于换热管一2设置，换热管二5还可以与换热管一2相垂直。吸热体一3和吸热体二6为整齐排列的吸热瓦，工作时吸热瓦吸收烟气的热量，将热量传递给换热管一2和换热管二5内的水。
如图5所示，冷凝水回收结构包括设于烟气通道内的固定在壳体1内壁上的集水板9，集水板9与壳体1之间形成有供烟气通过的过道，集水板9上设有用于防止集水板9上冷凝水掉入过道的阻流单元，阻流单元与壳体1之间形成有导流槽10，壳体1上具有与该导流槽10连通的冷凝水接头11，冷凝水回收结构还包括设于集水板9上方的用于将冷凝水引入到导流槽10内的引流单元。
如图3所示，集水板9沿水平方向倾斜设置，冷凝水接头11设于集水板9的最低处；本实施例中，集水板9呈环形且其外边缘与壳体1的内壁密封固连，过道位于集水板9的中部，引流单元设于该过道的上方。
如图5所示，阻流单元包括位于集水板9上部的导流斜面12，导流斜面12沿过道向下倾斜延伸至集水板9的外边缘，导流槽10位于导流斜面12与壳体1之间。
如图5所示，集水板9的下部具有与集水板9形状相同且相互平行设置的隔热板一13，隔热板一13与壳体1、集水板9之间形成导流腔，导流槽10的最低端通过设于集水板9上的通孔14与导流腔连通，冷凝水接头11的内端同时与导流腔和导流槽10连通，隔热板一13的内边缘具有环绕过道设置的阻流部15，阻流部15向上延伸。
如图5所示，引流单元包括设于过道上方的用于全覆盖过道的引流板16，引流板16与集水板9之间具有较大间隙，引流板16通过支脚一固定。
如图5所示，引流板16的下方设有与引流板16平行的隔热板二17，该隔热板二17与引流板16之间具有间隙，引流板16通过支脚一固定在隔热板二17上，隔热板二17通过支脚二固定在集水板9上。
壳体1包括侧板一、与侧板一平行的侧板二、垂直于侧板一设置的侧板三和与侧板三平行的侧板四，如图1和图2所示，侧板三与侧板四上分别设有若干相互平行的盘管18，盘管18的一端与侧板一平齐，盘管18的另一端与侧板二平齐，侧板一与侧板二上分别设有若干用于将若干盘管18串联在一起形成串联水路三的水盒盖三19，串联水路二的出口与串联水路三的进口连通，如图1所示，壳体1上设有用于与串联水路三的出口连通的出水接头20。
如图1和图2所示，侧板一的两侧分别设有延伸至侧板三与侧板四外侧的延伸部一21，侧板二的两侧分别设有延伸至侧板三与侧板四外侧的延伸部二22，盘管18的一端穿设在延伸部一21内，盘管18的另一端穿设在延伸部二22内，盘管18与壳体1贴靠设置。
工作时，带有热量与水汽的烟气从壳体1中烟气通道的下端进入，依次经过吸热体一3与吸热体二6后由设于壳体1上部的烟气筒排出；冷水从进水接头8进入串联水路二内，吸热体二6吸收烟气中的余热，水汽凝结释放热量，将热量传递给串联水路二中的冷水，随后进入到串联水路一内，通过吸热体一3与换热管一2进一步对水进行加热，随后进入到串联水路三中，最后由出水接头20流出供生活使用。
烟气中带有的水汽，在壳体1内会冷凝成水，一部分水向下直接滴落到集水板9上，另一部分水滴落到引流板16上，再由引流板16的边缘落入到集水板9上，最后由冷凝水接头11排出。隔热板一13可降低烟气直接将热量传递给集水板9，防止集水板9上的冷凝水再次蒸发变成水汽；隔热板二17起同样的目的，防止引流板16的温度急剧上升后造成冷凝水的蒸发。
实施例二
本实施例的结构原理同实施例一的结构原理基本相同，不同的地方在于，如图6和图7所示，环绕在壳体上的若干换热管采用并联设置，即从进水接头8进入，随后分两路在壳体表面环绕，最后并联到一起后由出水接头20排出。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (6)

1.一种冷凝式二次热交换器，包括呈筒状的壳体(1)，所述壳体(1)的内部具有竖直设置的烟气通道，所述烟气通道的中部横向穿设有若干相互平行的换热管一(2)和套设于若干换热管一(2)上的吸热体一(3)，若干换热管一(2)的两端分别与壳体(1)的外壁平齐，所述壳体(1)的外壁上具有若干用于将若干换热管一(2)串联在一起形成串联水路一的水盒盖一(4)，其特征在于，所述烟气通道的上部设有冷凝水换热结构，所述冷凝水结构的出口与串联水路一的进口连通，所述的烟气通道内还设有用于防止冷凝水换热结构上的冷凝水掉入至吸热体一(3)上的冷凝水回收结构；所述的冷凝水回收结构包括设于烟气通道内的固定在壳体(1)内壁上的集水板(9)，所述的集水板(9)与壳体(1)之间形成有供烟气通过的过道，所述的集水板(9)上设有用于防止集水板(9)上冷凝水掉入过道的阻流单元，所述的阻流单元与壳体(1)之间形成有导流槽(10)，所述的壳体(1)上具有与该导流槽(10)连通的冷凝水接头(11)，所述的冷凝水回收结构还包括设于集水板(9)上方的用于将冷凝水引入到导流槽(10)内的引流单元；所述集水板(9)的下部具有与集水板(9)形状相同且相互平行设置的隔热板一(13)，所述的隔热板一(13)与壳体(1)、集水板(9)之间形成导流腔，上述导流槽(10)的最低端通过设于集水板(9)上的通孔(14)与导流腔连通，上述冷凝水接头(11)的内端同时与导流腔和导流槽(10)连通，所述隔热板一(13)的内边缘具有环绕过道设置的阻流部(15)，所述的阻流部(15)向上延伸；所述的冷凝水换热结构包括若干横向穿设于烟气通道内且相互平行的换热管二(5)和套设于若干换热管二(5)上的吸热体二(6)，若干换热管二(5)的两端分别与壳体(1)的外壁平齐，所述壳体(1)的外壁上设有若干用于将换热管二(5)串联在一起形成串联水路二的水盒盖二(7)，壳体(1)上设有与串联水路二的进口连通的进水接头(8)，所述串联水路二的出口与串联水路一的进口连通。
2.根据权利要求1所述的冷凝式二次热交换器，其特征在于，所述的集水板(9)沿水平方向倾斜设置，上述的冷凝水接头(11)设于集水板(9)的最低处；所述的集水板(9)呈环形且其外边缘与壳体(1)的内壁密封固连，所述的过道位于集水板(9)的中部，上述的引流单元设于该过道的上方。
3.根据权利要求1所述的冷凝式二次热交换器，其特征在于，所述的引流单元包括设于过道上方的用于全覆盖过道的引流板(16)，所述的引流板(16)与集水板(9)之间具有较大间隙，所述的引流板(16)通过支脚一固定。
4.根据权利要求3所述的冷凝式二次热交换器，其特征在于，所述引流板(16)的下方设有与引流板(16)平行的隔热板二(17)，该隔热板二(17)与引流板(16)之间具有间隙，所述的引流板(16)通过支脚一固定在隔热板二(17)上，所述的隔热板二(17)通过支脚二固定在集水板(9)上。
5.根据权利要求1所述的冷凝式二次热交换器，其特征在于，所述的壳体(1)包括侧板一、与侧板一平行的侧板二、垂直于侧板一设置的侧板三和与侧板三平行的侧板四，所述的侧板三与侧板四上分别设有若干相互平行的盘管(18)，所述盘管(18)的一端与侧板一平齐，盘管(18)的另一端与侧板二平齐，所述的侧板一与侧板二上分别设有若干用于将若干盘管(18)串联在一起形成串联水路三的水盒盖三(19)，上述串联水路二的出口与串联水路三的进口连通，所述的壳体(1)上设有用于与串联水路三的出口连通的出水接头(20)。
6.根据权利要求5所述的冷凝式二次热交换器，其特征在于，所述侧板一的两侧分别设有延伸至侧板三与侧板四外侧的延伸部一(21)，所述侧板二的两侧分别设有延伸至侧板三与侧板四外侧的延伸部二(22)，上述盘管(18)的一端穿设在延伸部一(21)内，盘管(18)的另一端穿设在延伸部二(22)内，所述的盘管(18)与壳体(1)贴靠设置。
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