CN109855286B - 一种多工艺复合成型的燃气采暖壁挂炉 - Google Patents

Abstract

一种多工艺复合成型的燃气采暖壁挂炉，包括内胆，外壳，前盖板，后盖板，过渡水道和呈露盘；壁挂炉换热主体采用高效成熟的挤压铝工艺，优良的结构设计使其兼具稳定的连接、定位和密封结构和卓越的换热性能；采用函数曲线高度的中间冷工质通道与具有表面波纹的翅片有效扩大传热面积强化换热；独到的挤压铝型材阳极氧化和电泳处理手段有效防止冷凝液的腐蚀；各部件的冷工质通道采用变截面设计使冷工质流速自适应匹配；采用全螺栓连接，密封可靠同时方便拆卸维护；整体挤压成型的燃气采暖壁挂炉换热器仅需价格低廉的挤压模具和加工设备即可制作，高效升级低耗研发并且性价兼具，多方优势使之得天独厚。

Description

一种多工艺复合成型的燃气采暖壁挂炉

技术领域

本发明属于提高能量利用效率、节能环保的家用供暖设备领域，具体涉及一种多工艺复合成型的燃气采暖壁挂炉。

背景技术

区别于集中供热，分布供热是将热源、环境和建筑进行系统智能调控动态供热，热源效率、热/回水温度随环境和建筑发生动态变化，实现系统节能。商用燃气采暖壁挂炉是将天然气的化学能转变成热能实现采暖的供应终端，配合地板采暖是目前使人体最具舒适感的分布式供热形式。其技术核心是通过热源、环境、建筑系统节能理念将天然气进行超低氧、超低氮、超高效率燃烧后的烟气进行超高效紧凑换热并将排烟温度降低到水露点温度以下，实现系统深度动态节能减排。

近年来，目前市场上推出的新兴铸铝硅镁商用燃气采暖壁挂炉虽然效率较高，结构紧凑但模具、材料价格昂贵，国内生产能力极其有限最为关键的是核心技术受国外掌控，国内壁挂炉市场被极度分润使销售价格进一步抬升；不锈钢盘管式商用燃气采暖壁挂炉价格低廉，设备投资成本低，市场占有量大，但换热效率较铸铝硅镁商用燃气采暖壁挂炉低，较薄的管壁也使其抗冷凝液腐蚀的综合性能降低，同时采用焊接工艺之后在冷凝水活性离子和焊接残余应力的双重作用会发生应力腐蚀开裂(SCC)，周向的烟气对流换热使冷凝换热效果差，顶部的冷凝液易受烟气冲刷影响再次蒸发，带走热量降低能效。

我国挤压铝工艺成熟，型材呈挤压截面一维方向上的延展，根据换热器的长度进行任意的裁剪，结构简单生产效率高，铝硅镁系挤压铝材料导热系数高，强度高，同时在进行阳极氧化处理工艺后耐酸蚀性能优越，是制造生产商用燃气采暖壁挂炉换热器的理想工艺。低廉的模具费用赋予挤压成型商用燃气采暖壁挂炉市场响应快，更新换代能力强等优点，紧凑的结构，低廉的成本与超高的能效标示着挤压成型商用燃气采暖壁挂炉极大的市场需求与发展前景。

发明内容

为了解决上述铸铝硅镁商用燃气采暖壁挂炉价格昂贵，国内生产能力有限，不锈钢盘管式商用燃气采暖壁挂炉换热效率较低，抗冷凝液腐蚀的综合性能较差，冷凝效果差等问题，本发明提供一种多工艺复合成型的燃气采暖壁挂炉。

本发明通过以下技术方案予以实现：

一种多工艺复合成型的燃气采暖壁挂炉，包括内胆1，外壳2，用于定位连接内胆1和外壳2的前盖板3及后盖板4，安装在前盖板3侧壁中部上的过渡水道5和安装在后盖板4侧壁尾部上的呈露盘6；

所述内胆1内部流通高温烟气，其烟气侧包含贯通前后端面的中间冷工质通道11，中间冷工质通道11表面延展出的翅片12和嵌入内胆1中的螺纹孔13，内胆1外侧壁面有冷工质流动冲刷，冷却高温烟气从而进行换热；

所述外壳2内侧与内胆1外侧充满冷工质，包含过渡水道5构成冷工质通道，外壳2结构上包括了冷工质进口通道21与冷工质出口通道22；

所述前盖板3顶部中心具有冷工质出口接口33，位于前盖板3中心线上并位于过渡水道5上方开有用于安放紧固全预混燃烧器的燃烧器安装孔31，冷工质进口接口32位于前盖板3底部两侧或底部中心线上，对应过渡水道5的安装位置处开有中心对称的过渡通孔34；所述后盖板4在对应呈露盘6的安装位置处开有中心对称的排气通孔41。

所述内胆1壁厚均匀，为2～4mm，中间冷工质通道11数量为3～9个，其整体与垂直方向呈5～25°角度，加速上端冷工质流速防止过冷沸腾现象发生的同时保证烟气侧烟气流速一致，不因温度降低，烟气体积减小而导致烟气流速过低，中间冷工质通道11顶部与过渡水道5对应位置处为方形截面，确保足够的冷工质流通量同时方便内胆1与前盖板3及后盖板4之间的装配，各个中间冷工质通道11的长度呈二次函数或双曲线规律排布，保证中间冷工质通道11间分配的烟气量相等，并使所有中间冷工质通道11顶点温度相同，翅片12等间距的均匀分布在中间冷工质通道11左右侧壁面和内胆1的烟气侧对流换热集中的壁面上，其厚度为1～3mm，翅片12的具体截面形状由舌比强度计算、烟气流速、换热功率确定，内胆1的壁面间具有按规律排布的螺纹孔13，直径为1～2mm，保证内胆1结构强度的同时用螺丝连接的方式与前盖板3、后盖板4、过渡水道5和呈露盘6紧密连接以形成完整产品。

所述翅片12与水平方向平行，部分螺纹孔13位于翅片12根部确保密封连接和结构强度，中间冷工质通道11及内胆1越高的位置处翅片12长度越短，确保翅片12处于安全温度并且可最大程度的扰动烟气，有效地强化内胆1烟气侧换热效果，同时在翅片12壁面上挤压成型波纹，波纹形式为锯齿形、矩形、或正弦函数波形，增大翅片12有效换热面积且增强烟气扰动，进一步提高传热效果，根据挤压模具制作成本，换热效率和翅片12结构强度情况选择合适的波纹形状。

所述外壳2具有两个位于外壳2底部两侧或是一个位于外壳2底部中心线上的冷工质进口通道21，冷工质出口通道22位于外壳2顶部中心线上，外壳2底部与内胆1形成的冷工质流动通道呈中心对称并且具有能使冷工质进入中间冷工质通道11流量和流速相等的角度θ，对应过渡水道5安装位置的两侧，外壳2与内胆1间的冷工质通道渐扩保证冷工质流速均匀。

所述前盖板3壁厚为2～5mm，前盖板3上具有对应于冷工质进口通道21和冷工质出口通道22的冷工质进口接口32和冷工质出口接口33，对应中间冷工质通道11出口亦是过渡水道5的安装位置处开有中心对称的过渡通孔34，其中过渡通孔34具有对角加强肋结构提高过渡通孔34的结构强度，冷工质从中间冷工质通道11通过过渡通孔34进入内胆1和外壳2间的上层冷工质通道最后再依次经冷工质出口通道22和冷工质出口接口33流出。

所述后盖板4前盖板3整体形状一致，壁厚为2～5mm，呈露盘6和后盖板4采用整体铸造或压铸成型，或呈露盘6独立制作，此时排气通孔41四周开3～5个螺丝孔，用于连接安装内胆1和呈露盘6，紧密密封防止烟气泄露。

所述前盖板3和后盖板4对应中间冷工质通道11和外壳2与内胆1间的冷工质通道处都具有密封槽35，用以安放楔形、圆形、方形截面密封圈或涂封密封胶，再将前盖板3和后盖板4敲入内胆1和外壳2两端并上紧螺丝以密封烟气和冷工质，防止泄露。

所述过渡水道5采用和前盖板3一体的铸造或压铸成型方式生产，或单独制造，采用螺丝连接形式与前盖板3、内胆1和外壳2紧密连接，过渡水道5的冷工质通道截面宽度呈中间向两端渐扩形状，和冷工质流量变化相匹配，整体截面形状及冷工质通道厚度需根据冷工质流速，流量确定。

所述呈露盘6采用整体铸造或压铸成型与后盖板4合为一体，或独立制作，采用螺丝连接形式与后盖板4、内胆1和外壳2紧密连接，呈露盘6整体截面形状及厚度需根据烟气流速，流量具体确定，呈露盘6顶部具有烟囱61其形状截面为圆形或椭圆形、腰圆形以减少占用空间，呈露盘6底部具有U形排液管62其形状截面为圆形用以排出冷凝液并密封烟气。

所述内胆1采用铝硅镁系铝合金材质，具有足够高的导热系数和抗拉升强度，同时由于挤压铝材料的含硅量远比铸铝硅镁合金低容易被冷凝液腐蚀，所以在挤压、加工成型后还需进行阳极氧化处理工艺过程，外壳2与独立制作时的过渡水道5和呈露盘6采用304或316(L)或317(L)奥氏体不锈钢、2205或2507或2707双相不锈钢材质或耐温抗老化的塑料材质，前盖板3和后盖板4以及采用铸造或压铸一体成型的过渡水道5和呈露盘6采用铝硅镁系压铸铝材料或铸铁以及304或316(L)或317(L)奥氏体不锈钢、2205或2507或2707双相不锈钢材质，各部件材料的选用需根据各部件的结构强度、使用年限、制造成本具体确定。

与现有技术相比较，本发明具有如下优点：

1、本发明采用成熟的挤压铝工艺，是挤压截面一维方向上的延展，根据换热器的长度进行任意的裁剪，结构简单生产效率高，只需要成本低廉的挤压模具即可实现较高精度的燃气采暖壁挂炉主体换热器的生产，铝硅镁系挤压铝材料导热系数高，强度高，是制造生产燃气采暖壁挂炉换热器的理想工艺。

2、本发明采用全螺丝连接装配，装配简单，连接密封可靠并方便拆卸维护，有效防止采用焊接工艺带来的冷凝水活性离子和焊接残余应力的双重作用引发的应力腐蚀开裂(SCC)。

3、本发明中燃气采暖壁挂炉挤压成型换热器采用挤压铝型材制造，导热性能和抗拉强度较铸铝硅材料更强，并且通过阳极氧化和电泳等多种抗腐蚀处理手段提高换热器抗冷凝水腐蚀性能，有效提高燃气采暖壁挂炉使用寿命。

附图说明

图1为本发明燃气采暖壁挂炉总示意图，其中图1a为正面立体示意图，图1b为背面立体示意图。

图2为内胆示意图，其中图2a为内胆立体示意图，图2b为主视图。

图3为内胆和外壳定位示意图，其中图3a为内胆和外壳定位立体示意图，图3b为内胆和外壳定位剖视图。

图4为前盖板立体示意图。

图5为后盖板立体示意图。

图6为密封结构示意图。其中图6a为前盖板局部放大立体示意图，图6b为密封圈安放示意图。

图7为过渡水道立体示意图。

图8为呈露盘立体示意图。

具体实施方式

为使本发明技术方案及制造工艺体现的更加明了，以下结合附图及实施案例对本发明做进一步地详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施案例仅用以解释本发明而不用于限定本发明。

首先根据燃气采暖壁挂炉功率的大小，计算、模拟并分析确定整体内胆1烟气侧的换热面积，结合工艺得出壁挂炉整体最佳壁厚，如图2中图2a、图2b所示，设计燃烧室辐射区面积和中间冷工质通道11数量，高度，倾斜角度和顶点排布函数，之后结合舌比强度计算、烟气流速、换热功率确定翅片12分布间距和截面形状，并根据挤压模具制作成本，换热效率和翅片12结构强度情况选择合适的挤压波纹形状，内胆1的最佳截面形状确定后，如图3中图3a、图3b所示，设计冷工质侧水流流速，流量配合内胆1得出最佳的外壳2整体尺寸，和冷工质进口通道21，冷工质出口通道22尺寸，最终通过结构强度计算设计螺丝开孔位置，制作相应的挤压模具并挤压制作内胆1和外壳2使之成型，对预设螺丝开孔位置处钻上螺纹孔，内胆1采用整体阳极氧化和冷凝段电泳处理后待用。

如图4、图5所示，根据内胆1和外壳2的定位尺寸确定前盖板3和后盖板4外形尺寸，由燃气采暖壁挂炉确定燃烧器尺寸和燃烧器安装孔31尺寸，冷工质进口接口32、冷工质出口接口33尺寸和冷工质进口通道21，冷工质出口通道22对应，如图6中图6a所示，根据冷工质流量设计过渡通孔34尺寸，计算结构强度确定过渡通孔34的对角加强肋结构厚度，之后设计密封槽35尺寸，后盖板4设计流程与前盖板3类似。

如图7所示，根据冷工质流速，流量确定过渡水道5的冷工质通道中间向两端渐阔截面形状和冷工质通道厚度，使冷工质流量相匹配；如图8所示，根据烟气流速，流量具体确定呈露盘6烟气通道整体截面形状及通道厚度和顶部腰圆形截面烟囱61尺寸，过渡水道5和前盖板3，呈露盘6和后盖板4采用铸造或压铸工艺时可一体成型待用，过渡水道5与呈露盘6也可以独立制造，需要设计螺丝孔来紧密连接密封各部件。

如图6中图6b所示，前盖板3和后盖板4的密封槽35内，以安放楔形、圆形、方形截面密封圈或涂封密封胶，再将前盖板3和后盖板4敲入内胆1和外壳2两端并上紧螺丝以密封烟气和冷工质，防止泄露，至此整体挤压成型的燃气采暖壁挂炉制造装配完成，如图1中图1a和图1b以及图2所示。

Claims (8)

1.一种多工艺复合成型的燃气采暖壁挂炉，包括内胆(1)，外壳(2)，用于定位连接内胆(1)和外壳(2)的前盖板(3)及后盖板(4)，安装在前盖板(3)侧壁中部上的过渡水道(5)和安装在后盖板(4)侧壁尾部上的呈露盘(6)；

所述内胆(1)内部流通高温烟气，其烟气侧包含贯通前后端面的中间冷工质通道(11)，中间冷工质通道(11)表面延展出的翅片(12)和嵌入内胆(1)中的螺纹孔(13)，内胆(1)外侧壁面有冷工质流动冲刷，冷却高温烟气从而进行换热；

所述外壳(2)内侧与内胆(1)外侧充满冷工质，包含过渡水道(5)构成冷工质通道，外壳(2)结构上包括了冷工质进口通道(21)与冷工质出口通道(22)；

所述前盖板(3)顶部中心具有冷工质出口接口(33)，位于前盖板(3)中心线上并位于过渡水道(5)上方开有用于安放紧固全预混燃烧器的燃烧器安装孔(31)，冷工质进口接口(32)位于前盖板(3)底部两侧或底部中心线上，对应过渡水道(5)的安装位置处开有中心对称的过渡通孔(34)；所述后盖板(4)在对应呈露盘(6)的安装位置处开有中心对称的排气通孔(41)；

所述内胆(1)壁厚均匀，为2～4mm，中间冷工质通道(11)数量为3～9个，其整体与垂直方向呈5～25°角度，加速上端冷工质流速防止过冷沸腾现象发生的同时保证烟气侧烟气流速一致，不因温度降低，烟气体积减小而导致烟气流速过低，中间冷工质通道(11)顶部与过渡水道(5)对应位置处为方形截面，确保足够的冷工质流通量同时方便内胆(1)与前盖板(3)及后盖板(4)之间的装配，各个中间冷工质通道(11)的长度呈二次函数或双曲线规律排布，保证中间冷工质通道(11)间分配的烟气量相等，并使所有中间冷工质通道(11)顶点温度相同，翅片(12)等间距的均匀分布在中间冷工质通道(11)左右侧壁面和内胆(1)的烟气侧对流换热集中的壁面上，其厚度为1～3mm，翅片(12)的具体截面形状由舌比强度计算、烟气流速、换热功率确定，内胆(1)的壁面间具有按规律排布的螺纹孔(13)，直径为1～2mm，保证内胆(1)结构强度的同时用螺丝连接的方式与前盖板(3)、后盖板(4)、过渡水道(5)和呈露盘(6)紧密连接以形成完整产品；

所述翅片(12)与水平方向平行，部分螺纹孔(13)位于翅片(12)根部确保密封连接和结构强度，中间冷工质通道(11)及内胆(1)越高的位置处翅片(12)长度越短，确保翅片(12)处于安全温度并且可最大程度的扰动烟气，有效地强化内胆(1)烟气侧换热效果，同时在翅片(12)壁面上挤压成型波纹，波纹形式为锯齿形、矩形、或正弦函数波形，增大翅片(12)有效换热面积且增强烟气扰动，进一步提高传热效果，根据挤压模具制作成本，换热效率和翅片(12)结构强度情况选择合适的波纹形状。

2.根据权利要求1所述的一种多工艺复合成型的燃气采暖壁挂炉，其特征在于：所述外壳(2)具有两个位于外壳(2)底部两侧或是一个位于外壳(2)底部中心线上的冷工质进口通道(21)，冷工质出口通道(22)位于外壳(2)顶部中心线上，外壳(2)底部与内胆(1)形成的冷工质流动通道呈中心对称并且具有能使冷工质进入中间冷工质通道(11)流量和流速相等的角度θ，对应过渡水道(5)安装位置的两侧，外壳(2)与内胆(1)间的冷工质通道渐扩保证冷工质流速均匀。

3.根据权利要求1所述的一种多工艺复合成型的燃气采暖壁挂炉，其特征在于：所述前盖板(3)壁厚为2～5mm，前盖板(3)上具有对应于冷工质进口通道(21)和冷工质出口通道(22)的冷工质进口接口(32)和冷工质出口接口(33)，对应中间冷工质通道(11)出口亦是过渡水道(5)的安装位置处开有中心对称的过渡通孔(34)，其中过渡通孔(34)具有对角加强肋结构提高过渡通孔(34)的结构强度，冷工质从中间冷工质通道(11)通过过渡通孔(34)进入内胆(1)和外壳(2)间的上层冷工质通道最后再依次经冷工质出口通道(22)和冷工质出口接口(33)流出。

4.根据权利要求1所述的一种多工艺复合成型的燃气采暖壁挂炉，其特征在于：所述后盖板(4)前盖板(3)整体形状一致，壁厚为2～5mm，呈露盘(6)和后盖板(4)采用整体铸造或压铸成型，或呈露盘(6)独立制作，此时排气通孔(41)四周开3～5个螺丝孔，用于连接安装内胆(1)和呈露盘(6)，紧密密封防止烟气泄露。

5.根据权利要求4所述的一种多工艺复合成型的燃气采暖壁挂炉，其特征在于：所述前盖板(3)和后盖板(4)对应中间冷工质通道(11)和外壳(2)与内胆(1)间的冷工质通道处都具有密封槽(35)，用以安放楔形、圆形、方形截面密封圈或涂封密封胶，再将前盖板(3)和后盖板(4)敲入内胆(1)和外壳(2)两端并上紧螺丝以密封烟气和冷工质，防止泄露。

6.根据权利要求1所述的一种多工艺复合成型的燃气采暖壁挂炉，其特征在于：所述过渡水道(5)采用和前盖板(3)一体的铸造或压铸成型方式生产，或单独制造，采用螺丝连接形式与前盖板(3)、内胆(1)和外壳(2)紧密连接，过渡水道(5)的冷工质通道截面宽度呈中间向两端渐扩形状，和冷工质流量变化相匹配，整体截面形状及冷工质通道厚度需根据冷工质流速，流量确定。

7.根据权利要求1所述的一种多工艺复合成型的燃气采暖壁挂炉，其特征在于：所述呈露盘(6)采用整体铸造或压铸成型与后盖板(4)合为一体，或独立制作，采用螺丝连接形式与后盖板(4)、内胆(1)和外壳(2)紧密连接，呈露盘(6)整体截面形状及厚度需根据烟气流速，流量具体确定，呈露盘(6)顶部具有烟囱(61)其形状截面为圆形或椭圆形、腰圆形以减少占用空间，呈露盘(6)底部具有U形排液管(62)其形状截面为圆形用以排出冷凝液并密封烟气。

8.根据权利要求1所述的一种多工艺复合成型的燃气采暖壁挂炉，其特征在于：所述内胆(1)采用铝硅镁系铝合金材质，具有足够高的导热系数和抗拉升强度，同时由于挤压铝材料的含硅量远比铸铝硅镁合金低容易被冷凝液腐蚀，所以在挤压、加工成型后还需进行阳极氧化处理工艺过程，外壳(2)与独立制作时的过渡水道(5)和呈露盘(6)采用304或316(L)或317(L)奥氏体不锈钢、2205或2507或2707双相不锈钢材质或耐温抗老化的塑料材质，前盖板(3)和后盖板(4)以及采用铸造或压铸一体成型的过渡水道(5)和呈露盘(6)采用铝硅镁系压铸铝材料或铸铁以及304或316(L)或317(L)奥氏体不锈钢、2205或2507或2707双相不锈钢材质，各部件材料的选用需根据各部件的结构强度、使用年限、制造成本具体确定。

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