CN109708301A - 高效换热器 - Google Patents

Abstract

一种高效换热器，包括外壳体（1）、内壳体（2）、设置在外壳体（1）上的且与内壳体（2）相连通的排烟口（13）、设置在外壳体（1）和内壳体（2）之间的水套（3），内体（2）内的一组以上的螺旋管组，其技术要点是：各螺旋管组包括若干螺旋半径逐渐增大的螺旋管，各螺旋管分别设有与水套（3）相连通的进水口和出水口。其具有结构简单紧凑、换热效率高、使用方便、加工难度低、利于市场推广等优点。

Description

高效换热器

技术领域

本发明涉及一种换热器，尤其涉及带有螺旋形或盘旋形换热水管组的流体换热器，该换热器采用一体或独立设置的明火热源，其主要适用于加热生活用水。其IPC分类号为F24H 1/16或F24H 1/43和B21D 53/02。

背景技术

直接换热器中，通常采用明火热源，如煤炭、木材、天然气等燃料燃烧产生的明火热源，对管组内的循环水直接加热，再将被加热的循环水导出。而采用以含碳燃料，必须在换热器上设置排气口，一方面保证热源持续稳定输出，另一方面避免二氧化碳的积聚，由此不可避免地导致较大的能效损失。本领域技术人员可知晓的，当管组材质固定（热传导率恒定）、循环水的流速固定时，上述方案中循环水的被加热效率主要取决于明火热源的能效比（热转化率）。

现有技术中，为提高直接换热器能效比，通常采用增大螺旋管组结构管程的方式提高能效比。根据傅立叶热传公式ΔQ/Δt=-K*A*ΔT/h可知，温差越大、物体越薄、传导总热能越小，热传导速度越快。因此，在循环水流速固定的情况下，管组内的循环水越接近管程末端，温度提高效果越不明显，即仅增加管程提高能效比的效果逐渐递减。但是，管程越长，制造成本越高，越不易加工。因此，综合考虑管程/成本曲线、管程/能效曲线、制造难度之间权衡，从而获得最佳的能效比。

如申请公布号为CN103517775A的发明专利申请公开的“换热器”，该方案的螺旋管组分别采用等径的螺旋内管和螺旋外管，并将分别作为进水口和出水口的端口32和34设置在同时设置在管组底部，内管和外管在顶部衔接。由于等径设置，且螺旋螺距较小，上层管路的下端几乎紧靠在下层管路的上端，下层管路会完全挡住上层管路的底部受热区域，由下自上阻挡效果递增，从而导致加热时，仅能利用热源火焰对管组的侧部加热。

如授权公告号为CN2207543Y的实用新型专利公开的“快速热水器”，该方案同样采用了内外双层等径螺旋管组的结构，区别仅在于将出水口设置在上部。

另外，授权公告号为CN2063207U的实用新型专利公开的“普通灶热水器”，虽然公开了多层螺旋管路的技术方案，但管路仍旧为单进水口和单出水口，其能效比提升效果有限。

为解决下层螺旋管阻挡上层螺旋管受热部位的问题，现有技术曾采用了将螺旋管制成截锥形的技术方案，如授权公告号为CN2212164Y的实用新型专利公开的“家用燃气灶快速林淋浴热水器”，如授权公告号为CN2352871Y的实用新型专利、授权公告为CN2277503Y的实用新型专利也公开了类似的技术方案。

发明内容

本发明的目的是提供一种高效换热器，从根本上解决了上述问题，其具有结构简单紧凑、换热效率高、使用方便、加工难度低、利于市场推广等优点。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：该高效换热器包括外壳体、内壳体、设置在外壳体上的且与内壳体相连通的排烟口、设置在外壳体和内壳体之间的水套，内体内的一组以上的螺旋管组，其技术要点是：各螺旋管组包括若干螺旋半径逐渐增大的螺旋管，各螺旋管分别设有与水套相连通的进水口和出水口。

进一步的，为进一步提高换热效率，螺旋管组包括交错设置的下层管组和上层管组。

进一步的，为保证水套内循环水流向稳定，外壳体与内壳体之间设有环形的隔板I和隔板II，将水套分隔成下部水套、中部水套、上部水套。

进一步的，为使各螺旋管组内的循环水与水套内的旋流相配合，各螺旋管的进水口或出水口沿内壳体的周向均布。

进一步的，为使水套中产生旋流，外壳体的截面为圆形，外壳体上设有与外壳体相切的与水套相连通的进水管和出水管。

本发明的有益效果：

当锅炉水套为环形时，将进水管和出水管分别切向设置在水套结构上，可在水套内形成涡流，一方面有利于水循环，另一方面增加水套内的循环水行程，从而提高能效比。

螺旋管组采用若干螺旋半径逐渐增加的管组配合，各螺旋管的进水口与螺旋的轴向垂直，各螺旋管的进水口沿周向均布。（本发明实施例中以三个进水口之间夹角120°的螺旋管为例）并且当各螺旋管的螺距相等时，螺旋半径相邻的两个螺旋管的垂直距离相等，并最终分布成若干截锥形螺旋结构，并且螺旋管之间不会发生干涉。

当管材用料相同时，将同一段管材分别制成单螺旋管结构和单套管组本发明的多螺旋管结构，则可显而易见地增加管路的截面积，进而在单位时间内成倍地增加管路内的循环水流通量，而多螺旋管各管程的外表面积总和与单螺旋管的外表面积相等，本发明则可明显提高热源向循环水的热转换效率，进而提高能效比。

进一步地，当管材用料相同时，还可将本发明制成具有两套管组以上的多螺旋管结构，并且上部管组的各螺旋管穿插在下部管组的螺旋管之间，并且不发生干涉，从而进一步提高了换热效果。而现有技术中虽然采用了多层螺旋管结构，但螺旋管上仅设置了单一的进口和出口，并不会产生增加管路内循环水流通量的效果，而仅仅是通过增加管程或循环水流速，以提高受热时间或热交换速度。显然地，现有技术中并未给出设置多层分别设有进水口和出水口的螺旋管以提高能效比的启示。

附图说明

图1为本发明的分解结构示意图。

图2为本发明其中一种螺旋管组的结构示意图。

图3为图2的俯视结构示意图。

图4为本发明其中一种实施方式的剖视结构示意图。

具体实施方式

以下结合图1~4，通过具体实施例详细说明本发明的内容。

实施例1

本实施例主要针对管组结构的改进。该高效换热器包括外壳体1、内壳体2、设置在外壳体1上的且与内壳体2相连通的排烟口13、设置在外壳体1和内壳体2之间的水套3、设置在外壳体1下部的热源进口15、设置在外壳体1底部的支脚14，内体2内的螺旋管组（以下层管组4为例）。热源优选天然气或燃油燃烧器，如市售的BCGL系列燃气燃烧器。其中，各螺旋管组包括若干螺旋半径逐渐增大的螺旋管，各螺旋管分别设有与水套3相连通的进水口和出水口。为将螺旋管与水套3相连，在内壳体2上设置相对应的进水孔21和出水孔22。下层管组4中，螺旋半径排列如下：螺旋管I-1 41>螺旋管I-2 42 >螺旋管I-3 43。各螺旋管进水口或出水口沿周向均布在内壳体2上，本实施例以三个进水口或出水口为例，因此各出水口或进水口之间的夹角为120°。显而易见的，沿周向均布仅仅是一种最佳实施方式，不采用均布的方式也可基本实现本发明的目的，但均布的方式能更好地配合水套内的旋流，从而达到较好的热交换效果，图略。

本实施例中，考虑内壳体内径、管组高度等因素综合考虑，仅以三层螺旋管为例。在其他衍生的技术方案中，如降低管组高度、增加内壳体内径（螺距不变），在同样用料的情况下，可进一步增加循环水的流通量，间接提高换热效率。

本实施例中，图中各螺旋管的进水管或出水管与该螺旋管垂直的设置方式，仅为其中一种便于制造的技术方案。为提高螺旋管内循环水的流通性，还可直接将螺旋管末端通过弯曲后直接装配在内壳体上，图略。

实施例2

本实施例主要针对实施例1的管组结构与水套3的组合结构的改进。外壳体1的截面为圆形，外壳体上设有与外壳体1相切的与水套3相连通的进水管11和出水管12。

实施例3

本实施例在实施例2的基础上额外增加与实施例1相似的上层管组5。本实施例中，下层管组4和上层管组5各螺旋管的螺旋半径按大小顺序排列如下：螺旋管I-1 41>螺旋管II-151>螺旋管I-2 42>螺旋管II-2 52>螺旋管I-3 43>螺旋管II-3 53。上述方案仅为其中一种设置方式，在本发明的发明构思下，只要将上层管组5的各螺旋管设置在下层管组4的相邻各螺旋管之间即可，并无特定的设置顺序。

螺旋管组包括交错设置的下层管组4和上层管组5。优选的，当各螺旋管外径和内径相等时，各螺旋管组中，相邻螺旋管之间的半径之差大于等于螺旋管外径的两倍，从而避免下螺旋管组遮挡上螺旋管组的受热区域。

本实施例中，考虑到热源火焰的高度、内壳体内径、管组高度、制造难度等因素综合考虑，仅以两套管组为例。在其他衍生的技术方案中，如提高火焰高度、增大内壳体内径、通过增加螺旋半径的方式降低管组高度（螺距不变），则可进一步增加管组的数量至两套以上。

实施例4

本实施例在实施例2和实施例3的基础上针对水套3的内部结构进行了改进。具体而言，通过环形的隔板I 61和环形的隔板II 62将水套3分隔成上中下三部分，隔板分别设置在各层管组的中部，从而将进水口和出水口隔开。其中，下部水套31与进水管11相连通，且下部水套31分别与各下层螺旋管的进水口相连通，上部水套33与出水管12相连，且上部水套33分别与各上层螺旋管的出水口相连通，各下层螺旋管的出水口与各上层水管的进水口通过中部水套32相连通。其他衍生实施例中，各管组之间的衔接与本实施例相似。

权利要求书中虽未记载排烟口13、支脚14、热源进口15等现有换热器常见的技术特征，但本领域技术人员应当可以理解的，上述技术特征实际上已经隐含在前序部分中，由于未对上述结构进行实质性改进，为节约篇幅，未进行描述。

附图标记说明：

1外壳体

11进水管

12出水管

13排烟口

14支脚

15热源进口

2内壳体

21进水孔

22出水孔

3水套

31下部水套

32中部水套

33上部水套

4下层管组

41螺旋管I-1

42螺旋管I-2

43螺旋管I-3

5上层管组

51螺旋管II-1

52螺旋管II-2

53螺旋管II-3

61隔板I

62隔板II。

Claims (5)

1.一种高效换热器，包括外壳体（1）、内壳体（2）、设置在外壳体（1）上的且与内壳体（2）相连通的排烟口（13）、设置在外壳体（1）和内壳体（2）之间的水套（3），内体（2）内的一组以上的螺旋管组，其特征在于：各螺旋管组包括若干螺旋半径逐渐增大的螺旋管，各螺旋管分别设有与水套（3）相连通的进水口和出水口。

2.根据权利要求1所述的高效换热器，其特征在于：螺旋管组包括交错设置的下层管组（4）和上层管组（5）。

3.根据权利要求2所述的高效换热器，其特征在于：外壳体（1）与内壳体（2）之间设有环形的隔板I（61）和隔板II（62），将水套（3）分隔成下部水套（31）、中部水套（32）、上部水套（33）。

4.根据权利要求1所述的高效换热器，其特征在于：各螺旋管的进水口或出水口沿内壳体（2）的周向均布。

5.根据权利要求1所述的高效换热器，其特征在于：外壳体（1）的截面为圆形，外壳体（1）上设有与外壳体（1）相切的与水套（3）相连通的进水管（11）和出水管（12）。