CN110118435B - 一种壁挂炉热交换器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及壁挂炉技术领域。目的在于提供一种具有高热能效的壁挂炉热交换器。本发明所采用的技术方案是：一种壁挂炉热交换器，包括两个水室和并排设置在水室之间的多根换热管，所述换热管的两端分别与两个水室连通，所述水室上设置有进水管和出水管，所述换热管上设置有换热翅片；所述换热管的中心内设置有沿换热管长度方向延伸的芯管，所述芯管的两端穿出水室外，并与水室之间构成密封；所述芯管位于换热管内一段的底部沿芯管的长度方向均匀设置有多根竖向的集热短管，所述集热短管的上端与芯管连通，集热短管的下端穿出换热管外，并与换热管构成密封。本发明能够极大的提高热交换器的热能效，节能环保，升温迅速。

Description

一种壁挂炉热交换器
技术领域
本发明涉及壁挂炉技术领域，具体涉及一种高效能壁挂炉热交换器。
背景技术
燃气壁挂式采暖炉是风行欧洲几十年的成熟产品。"壁挂炉"一词属于外来语，全称是："燃气壁挂式采暖炉"，我们国家的标准叫法为：" 燃气壁挂式快速采暖热水器"。是以天然气、人工煤气或液化气作为燃料，燃料经燃烧器输出，在燃烧室内燃烧后，由热交换器将热量吸收，采暖系统中的循环水在途经热交换器时，经过往复加热、从而不断将热量输出给建筑物，为建筑物提供热源。
热交换器是壁挂炉众多部件中的核心部件，其位于燃烧室内的燃烧器上方，用于与燃烧产生的高温气体进行热交换。因此，可以说一个挂壁炉的热效能高低从某种程度上讲是由热交换器决定的。目前，传统的热交换器包括两个水室以及设置在水室之间的若干根相互平行的换热管，换热管的两端伸入水室内并与水室连通，水室上设置进水管和出水管，换热管的上设置若干翅片。工作时水流从进水管进入水室和换热管，翅片充分吸收热量并与水进行热交换，加热后的水最终从出水管排出，经分水器分流至地暖系统、生活热水系统等。
但现有的热交换器在使用的过程中还存在重大的缺陷，为了确保热水出水量，通常换热管的管径不宜设置过小。在这种情况下，位于换热管中心远离管壁的水流，由于其热量的积累主要通过周边水体进行热交换，而不直接通过管壁传递热量，导致中心水流的温度上升慢，对热的吸收效果差，要达到同样的出水温度，其消耗的能源与小管径换热管相比将大大的增加。但若采用小管径的换热管，单位时间段内的出水量又无法保证，进而导致输出的总热量也较低，尽管可以通过提升水流速度来提高出水量，但这势必又会导致水泵的能耗加大，因此，传统的壁挂炉用热交换器的热能效一直不够理想。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有高热能效的壁挂炉热交换器。
为实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案是：一种壁挂炉热交换器，包括两个水室和并排设置在水室之间的多根换热管，所述换热管的两端分别与两个水室连通，所述水室上设置有进水管和出水管，所述换热管上设置有换热翅片；
所述换热管的中心内设置有沿换热管长度方向延伸的芯管，所述芯管的两端穿出水室外，并与水室之间构成密封；所述芯管位于换热管内一段的底部沿芯管的长度方向均匀设置有多根竖向的集热短管，所述集热短管的上端与芯管连通，集热短管的下端穿出换热管外，并与换热管构成密封。
优选的，所述芯管的两端各设置有一根朝上的排气短管，所述芯管与排气短管之间通过弯头连通。
优选的，所述排气短管上段的管径大于下段的管径。
优选的，所述换热管的数量为4根，位于左侧的水室内设置有一张第一隔板，所述第一隔板将左侧的水室分隔为两个相互独立的腔室，第一隔板的位置与第二和第三两根换热管之间的位置相对；位于右侧的水室内设置有两张第二隔板，所述第二隔板将右侧的水室分隔为三个相互独立的腔室，所述第二隔板分别与第一和第二根换热管之间的位置、第三和第四根换热管之间的位置相对；位于右侧的水室上设置进水管和出水管，所述进水管与出水管分别与右侧水室位于前后两端的两个腔室连通。
优选的，所述进水管和出水管的端部朝下弯折并设置有连接头。
优选的，还包括两张结构侧板，所述结构侧板位于两个水室的前后两端之间，且结构侧板的两端分别通过螺栓与水室前后两端的连接耳板固接。
优选的，所述换热翅片呈沿前后方向延伸的长方形，且换热翅片的中部设置有四个与换热管相配合的安装孔，并通过安装孔套装在换热管外。
优选的，所述换热翅片通过如下方法套装在安装孔外：a、首先在散热翅片上定位好安装孔的位置，然后在安装孔对应的位置冲压出十字形的割口；b、然后用一根与散热管外径相当的成形棒穿过割口，使换热翅片位于割口边沿的部分朝换热翅片的一面弯折，同时成型出安装孔和接触部，相邻两个安装孔出的接触部弯折方向相反；c、将换热管依次穿设在安装孔内；d、在换热管内插入胀芯扩张换热管，使换热管与安装孔形成过盈配合。
优选的，所述换热管的内壁上设置有沿换热管长度方向延伸的螺旋齿。
本发明的有益效果集中体现在：能够极大的提高热交换器的热能效，节能环保，升温迅速。具体来说，本发明是安装在壁挂炉的燃烧室内进行使用的，具体安装在燃烧器的上方，并将进水管和出水管分别与供水端和用水端连通。燃烧器在工作的过程中对本发明的换热管、换热翅片进行整体加热，本发明通过换热翅片和换热管快速的吸收热量并与换热管内的水进行热交换。与传统的方式相比，本发明最大的不同之处在于，高温空气还可以通过集热短管进入换热管内部，从而对换热管中心的水进行快速加热，本发明加快了换热速度，提高了整体的热能效，且无需使用小尺寸的换热管，保证了出水量。
附图说明
图1为本发明的俯视图；
图2为图1中所示结构的A-A向视图；
图3为换热翅片的结构示意图。
具体实施方式
结合图1-3所示的一种壁挂炉热交换器，与传统的热交换器相同，本发明也包括两个水室1和并排设置在水室1之间的多根换热管2，所述换热管2的两端分别与两个水室1连通，通常是换热管2与水室1无缝焊接，稳定性好；当然，也可以采用接头连接的方式，但需要注意密封性。所述水室1上设置有进水管9和出水管10，进水管9用于与供水端连通，如：自来水管、水箱、地暖系统循环水回路等，所述出水管10 用于与用水端连通，如：生活热水储水罐、地暖系统循环水出路等，所述换热管2上设置有换热翅片3。
本发明最大的不同之处在于，如图2所示，所述换热管2的中心内设置有沿换热管2长度方向延伸的芯管4，所述芯管4采用具有高导热性能的材料制成，例如：铜、铜合金、铝、铝合金等，所述芯管4的两端穿出水室1外，并与水室1之间构成密封，也就是说芯管4的两端在穿出换热管2后，继续延伸穿出水室1位于外侧的侧壁外。同理，所述芯管4与水室1的结合部位也可以通过无缝焊接的方式进行固定，确保密封。当然，采用接头连接的方式并配备耐高温密封垫也是可行的。
本发明所述芯管4位于换热管2内一段的底部沿芯管4的长度方向均匀设置有多根竖向的集热短管5，集热短管5通常也是直接与芯管4 焊接，当然采用三通件连接也是可行的，其中优选采用焊接的方式。所述集热短管5的上端与芯管4连通，集热短管5的下端穿出换热管2外，并与换热管2构成密封。加工时，先将集热短管5和芯管4焊接成整体，并在换热管2上对应集热短管5的位置安装孔，接着将集热短管5和芯管4整体插入换热管2内并下穿，使集热短管5穿过安装孔。然后将集热短管5与换热管2的结合部位无缝焊接，形成良好的密封。
本发明是安装在壁挂炉的燃烧室内进行使用的，具体安装在燃烧器的上方，并将进水管9和出水管10分别与供水端和用水端连通。燃烧器在工作的过程中对本发明的换热管2、换热翅片3进行整体加热，本发明通过换热翅片3和换热管2快速的吸收热量并与换热管2内的水进行热交换。与传统的方式相比，本发明最大的不同之处在于，高温空气还可以通过集热短管5进入换热管2内部，从而对换热管2中心的水进行快速加热，本发明加快了换热速度，提高了整体的热能效，且无需使用小尺寸的换热管2，保证了出水量。
另外，为了使得高温空气更加稳定、快速的进入集热短管5内，如图2所示，本发明所述芯管4的两端各设置有一根朝上的排气短管6，所述芯管4与排气短管6之间通过弯头连通。这样以来，排气短管6内就可以形成烟囱效应，增强对流，使高温气体稳定的经集热短管5进入换热管2内。在此基础上，为了进一步提高排气短管6内的烟囱效应，所述排气短管6上段的管径大于下段的管径，当然排气短管6上端的管径也大于芯管4的管径。
所述换热管2的数量可以是4/5/6根等，此处以4根为例，进行详细介绍，所述换热管2的数量为4根，在图1中，4根换热管2由上至下依次为第一至第四，位于左侧的水室1内设置有一张第一隔板7，所述第一隔板7将左侧的水室1分隔为两个相互独立的腔室，第一隔板7 的位置与第二和第三两根换热管2之间的位置相对。位于右侧的水室1 内设置有两张第二隔板8，所述第二隔板8将右侧的水室1分隔为三个相互独立的腔室，所述第二隔板8分别与第一和第二根换热管2之间的位置、第三和第四根换热管2之间的位置相对。位于右侧的水室1上设置进水管9和出水管10，所述进水管9与出水管10分别与右侧水室1 位于前后两端的两个腔室连通。这样一来，水从进水管9进入后，就可以沿着迂回的流道流动，在流动的过程中反复的进行热交换。当然，除此之外，采用其他类似形状的迂回流道也是可行的。
为了便于进水管9、出水管10与进水端和出水端的连接，所述进水管9和出水管10的端部朝下弯折并设置有连接头11，所述连接头11可采用螺纹式接头、卡箍式接头等。除此之外，为了提高本发明整体的稳定性，如图1所示，本发明还可以包括两张结构侧板12，所述结构侧板12位于两个水室1的前后两端之间，且结构侧板12的两端分别通过螺栓与水室1前后两端的连接耳板13固接，从而形成板框式结构，稳定性更好。
本发明所述的换热翅片3的具体结构和安装方式也较多，既可以采用传统方式所述的，每 根换热管2上设置若干小换热翅片3，也可以如图1和3所示，所述换热翅片3呈沿前后方向延伸的长方形，且换热翅片3的中部设置有四个与换热管2相配合的安装孔，并通过安装孔套装在换热管2外。这样以来，换热翅片3也能够起到对本发明整体结构的加强作用，防止在工作的过程中由于冷热收缩膨胀应力造成的变形。
另外，在传统的换热翅片3安装过程中，通常是直接在换热翅片3 开设安装孔，由于常规的安装孔与换热管2的接触面积有限，因此换热翅片3上的高温实质上并不能有效的转移至换热管2。为此，本发明更好的做法还可以是，所述换热翅片3通过如下方法套装在安装孔外：
a、首先在散热翅片上定位好安装孔的位置，然后在安装孔对应的位置冲压出十字形的割口14。如图3中第一个安装孔所在的位置，虚线部分表示割口14。
b、然后用一根与散热管外径相当的成形棒穿过割口14，使换热翅片3位于割口14边沿的部分朝换热翅片3的一面弯折，同时成型出安装孔和4个扇形的接触部15，相邻两个安装孔出的接触部15弯折方向相反。例如，散热翅片3上有4个安装孔，则四个安装孔的接触部15 弯折方向依次是左右左右，或右左右左。这样的方式提高了换热翅片3 安装的稳定性。
c、将换热管2依次穿设在安装孔内。
d、在换热管2内插入胀芯扩张换热管2，使换热管2与安装孔形成过盈配合。由于扇形的接触部15的存在，本发明的换热管2与换热翅片3之间，不仅安装更加的稳定，且热传递面积更大，进一步提高了换热效果度。
另外，本发明所述换热管2的内壁上还可以设置有沿换热管2长度方向延伸的螺旋齿。螺旋齿一方面可增大水与换热管2的接触面积，另一方面也可以增强水的紊流，提高换热效果。

Claims (7)

1.一种壁挂炉热交换器，包括两个水室(1)和并排设置在水室(1)之间的多根换热管(2)，所述换热管(2)的两端分别与两个水室(1)连通，所述水室(1)上设置有进水管(9)和出水管(10)，所述换热管(2)上设置有换热翅片(3)；
其特征在于：所述换热管(2)的中心内设置有沿换热管(2)长度方向延伸的芯管(4)，所述芯管(4)的两端穿出水室(1)外，并与水室(1)之间构成密封；所述芯管(4)位于换热管(2)内一段的底部沿芯管(4)的长度方向均匀设置有多根竖向的集热短管(5)，所述集热短管(5)的上端与芯管(4)连通，集热短管(5)的下端穿出换热管(2)外，并与换热管(2)构成密封；
所述芯管(4)的两端各设置有一根朝上的排气短管(6)，所述芯管(4)与排气短管(6)之间通过弯头连通；
所述排气短管(6)上段的管径大于下段的管径。
2.根据权利要求1所述的壁挂炉热交换器，其特征在于：所述换热管(2)的数量为4根，位于左侧的水室(1)内设置有一张第一隔板(7)，所述第一隔板(7)将左侧的水室(1)分隔为两个相互独立的腔室，第一隔板(7)的位置与第二和第三两根换热管(2)之间的位置相对；位于右侧的水室(1)内设置有两张第二隔板(8)，所述第二隔板(8)将右侧的水室(1)分隔为三个相互独立的腔室，所述第二隔板(8)分别与第一和第二根换热管(2)之间的位置、第三和第四根换热管(2)之间的位置相对；位于右侧的水室(1)上设置进水管(9)和出水管(10)，所述进水管(9)与出水管(10)分别与右侧水室(1)位于前后两端的两个腔室连通。
3.根据权利要求2所述的壁挂炉热交换器，其特征在于：所述进水管(9)和出水管(10)的端部朝下弯折并设置有连接头(11)。
4.根据权利要求3所述的壁挂炉热交换器，其特征在于：还包括两张结构侧板(12)，所述结构侧板(12)位于两个水室(1)的前后两端之间，且结构侧板(12)的两端分别通过螺栓与水室(1)前后两端的连接耳板(13)固接。
5.根据权利要求4所述的壁挂炉热交换器，其特征在于：所述换热翅片(3)呈沿前后方向延伸的长方形，且换热翅片(3)的中部设置有四个与换热管(2)相配合的安装孔，并通过安装孔套装在换热管(2)外。
6.根据权利要求5所述的壁挂炉热交换器，其特征在于：所述换热翅片(3)通过如下方法套装在安装孔外：a、首先在散热翅片上定位好安装孔的位置，然后在安装孔对应的位置冲压出十字形的割口(14)；b、然后用一根与散热管外径相当的成形棒穿过割口(14)，使换热翅片(3)位于割口(14)边沿的部分朝换热翅片(3)的一面弯折，同时成型出安装孔和接触部(15)，相邻两个安装孔出的接触部(15)弯折方向相反；c、将换热管(2)依次穿设在安装孔内；d、在换热管(2)内插入胀芯扩张换热管(2)，使换热管(2)与安装孔形成过盈配合。
7.根据权利要求6所述的壁挂炉热交换器，其特征在于：所述换热管(2)的内壁上设置有沿换热管(2)长度方向延伸的螺旋齿。
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