CN110243205A - 一种换热器总成及壁挂炉 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及壁挂炉技术领域，公开了一种换热器总成及包括该换热器总成的壁挂炉，该换热器总成包括壳体及设于所述壳体内的换热单元；所述换热单元包括一个或者多个盘管，所述盘管具有进液端及出液端，当包括多个盘管时，各所述盘管同轴设置；所述盘管为扁管，且所述盘管为以其轨迹线为螺旋中心线的螺旋状；所述壳体包括第一端壁、第二端壁以及连接所述第一端壁与所述第二端壁的周壁，一燃烧器安装于所述第一端壁且伸入所述换热单元内，所述周壁上开设有排烟口、以及用于供所述盘管的进液端与所述出液端穿过的开口。本发明的有益效果为：能够强化内部换热及外部换热，进而提高传热系数，且能够大幅度增强抗结垢性能。
Description
技术领域
本发明涉及壁挂炉技术领域，特别是涉及一种换热器总成及包括其的壁挂炉。
背景技术
现阶段的壁挂炉较多采用扁形盘管换热器总成，盘管各圈管束之间的间距约为0.7㎜-0.9㎜，高温烟气在盘管各圈管束之间的流动方式为层流，由于盘管各圈管束之间的间距小，边界层受两侧壁的约束而减薄，此时黏性底层的剪切摩擦力构成该类型换热器的主要摩擦阻力来源，这种换热模式和入口效应使得该类型换热器具有较高的传热效率，但与此同时，由于流动阻力较大，使得不洁净的燃气和空气燃烧后，容易在盘管的侧壁发生结垢，甚至造成盘管各圈管束之间的流体通道堵塞。
由于中国天然气含杂质多且空气中存在大量微尘，且上述换热器总成具有易结构的缺陷，导致上述换热器总成在壁挂炉领域的应用受到极大的限制。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种壁挂炉及其换热器总成，能保证较高的换热效率及优良的抗结垢能力。
为了实现上述目的，本发明的第一方面提供一种换热器总成，其包括壳体及设于所述壳体内的换热单元；
所述换热单元包括一个或者多个盘管，所述盘管具有进液端及出液端，当包括多个盘管时，各所述盘管同轴设置；所述盘管为扁管，且所述盘管为以其轨迹线为螺旋中心线的螺旋状；
所述壳体包括第一端壁、第二端壁以及连接所述第一端壁与所述第二端壁的周壁，一燃烧器安装于所述第一端壁且伸入所述换热单元内，所述周壁上开设有排烟口、以及用于供所述盘管的进液端与所述出液端穿过的开口。
作为优选方案，所述盘管的横截面的长度与其宽度的比值范围为(1.5-2.2):1。
作为优选方案，所述盘管以其轨迹线为螺旋中心线的螺旋线的螺距为50㎜-120㎜。
作为优选方案，所述第一端壁上还安装有预混器，所述预混器的出气口与所述燃烧器的进气口相连通。
作为优选方案，所述换热器总成包括两个所述盘管，其分别为内层盘管及设于所述内层盘管外侧的外层盘管。
作为优选方案，所述盘管的进液端设置于靠近所述第一端壁的位置，所述出液端设于靠近所述第二端壁的位置。
作为优选方案，当包括多个盘管时，各所述盘管的进液端均设置于所述换热单元的同一端，各所述盘管的出液端均设置于所述换热单元的另一端。
作为优选方案，所述壳体包括筒体及盖板，所述筒体呈中空状且上部开口，所述盖板盖设于所述筒体的上方，所述筒体的外周侧壁构成所述周壁，所述筒体的底壁构成所述第二端壁，所述盖板构成所述第一端壁；所述燃烧器安装于所述盖板上。
作为优选方案，所述盘管采用一体成型。
作为优选方案，所述盘管采用不锈钢制成。
同样的目的，本发明的第二方面还提供一种壁挂炉，其包括如第一方面任一项所述的换热器总成。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明实施例的燃烧器总成，其包括至少一个盘管，该盘管为扁管且为以其轨迹线为螺旋中心线的螺旋状，由于将盘管设置成扁管且形成了周期性的螺旋状，使得该盘管各圈管束之间依靠螺旋线的外侧点相互接触，在各圈管束之间形成螺旋形的气流通道，高温烟气从外侧横向冲刷时在三维空间的改变产生对烟气的强扰动和螺旋二次流，能够强化外部换热，提高传热系数，且扁管外壁的曲率变化使得冷凝水及液态酸性物质难以在管壁表面停留，因此具有极强的抗结垢能力；另外，由于盘管内的水流通道同样为螺旋状，水流冲刷到壁面时会形成垂直于流动方向的二次流，能够强化内部换热，进一步提高传热系数。
附图说明
图1是本发明实施例中一种换热器总成的爆炸结构示意图；
图2是本发明实施例中一种换热器总成的纵向剖面示意图；
图3是本发明实施例中一种换热器总成的换热单元的结构示意图；
图4是本发明实施例中一种换热器总成的换热单元的局部示意图。
图中，1、壳体；11、第一端壁；12、第二端壁；13、周壁；14、排烟口；15、开口；16、筒体；17、盖板；171、安装孔；2、换热单元；21、盘管；211、内层盘管；212、外层盘管；213、进液端；214、出液端；3、燃烧器；4、预混器。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。应当理解的是，本发明中采用术语“第一”、“第二”等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语，这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本发明范围的情况下，“第一”信息也可以被称为“第二”信息，类似的，“第二”信息也可以被称为“第一”信息。
如图1-图4所示，本发明优选实施例的第一方面提供一种换热器总成，其包括壳体1及设于所述壳体1内的换热单元2；
所述换热单元2包括一个或者多个盘管21，即盘管21整体上呈螺旋状，所述盘管21具有进液端213及出液端214，当包括多个盘管21时，各所述盘管21同轴设置；所述盘管21为扁管，也即将圆管压扁后形成，且所述盘管21为以其轨迹线为螺旋中心线的螺旋状，盘管21除了整体呈螺旋状盘旋外，还沿其盘旋轨迹扭转螺旋；
所述壳体1包括第一端壁11、第二端壁12以及连接所述第一端壁11与所述第二端壁12的周壁13，一燃烧器3安装于所述第一端壁11且伸入所述换热单元2内，所述周壁13上开设有排烟口14、以及用于供所述盘管21的进液端213与所述出液端214穿过的开口15。
本发明的换热器总成的工作原理为：燃烧器3表面燃烧所产生的高温烟气从盘管21各相邻两圈管束之间形成的气流通道向外流出，流至换热单元2与壳体1的周壁13之间的间隙内，最终从排烟口14排出；与此同时，低温工质从盘管21的进液端213进入后从出液端214流出；在此过程中，高温烟气的热量通过对流换热以及辐射换热的方式传递到盘管21的表面，进而被盘管21内流动的工质吸收，从而将盘管21内的工质加热，而最终冷却的烟气从排烟口14排出。示例性地，该换热工质为水。
本发明实施例中的换热器总成，盘管21为扁管且沿其轨迹为螺旋中心进行旋转，盘管21各相邻两圈管束之间依靠螺旋线的外侧点相互接触，在各相邻两圈管束之间形成螺旋形的气流通道，高温烟气从外侧横向冲刷时在三维空间的改变产生对烟气的强扰动和螺旋二次流，能够强化外部换热，提高传热系数，且盘管21外壁的曲率变化使得冷凝水及液态酸性物质难以在管壁表面停留，因此具有极强的抗结垢能力；另外，由于盘管21内的水流通道同样为螺旋状，水流冲刷到壁面时会形成垂直于流动方向的二次流，能够强化内部换热，可进一步提高传热系数。
本实施例中，盘管21可根据换热性能的要求调整各圈管束上下之间的间距。
基于上述技术方案，本实施例中提供一种换热器总成，参照附图4所示，将盘管21的横截面的长度定义为a，盘管21的横截面的宽度定义为b，a:b＝(1.5-2.2):1，能够保证换热强度，且使得抗结垢能力得到最优化。示例性地，该盘管21的横截面类似于椭圆形。
同样地，为了优化换热强度及抗结垢能力，所述盘管21以其轨迹线为螺旋中心线的螺旋线的螺距s为50㎜-120㎜，具体如图4所示。
本发明实施例中的换热器总成主要应用于全预混壁挂炉，因此，所述第一端壁11上还安装有预混器4，所述预混器4的出气口与所述燃烧器3的进气口相连通；工作时，燃气和一定比例的空气在预混器4中先充分混合，然后再喷入燃烧器3内进行燃烧。
具体地，可根据换热功率的大小来增加盘管21的数量；本实施例中示出了该换热器包括两个盘管21的技术方案，该两个盘管21分别为内层盘管211及设于所述内层盘管211外侧的外层盘管212，工作时，高温烟气依次流过内层盘管211相邻两圈管束之间的气流通道及外层盘管212相邻两圈管束之间的气流通道进行换热。
本实施例中，为了提高换热效率，且减少盘管21外壁冷凝水的形成，所述盘管21的进液端213设置于靠近所述第一端壁11的位置，所述出液端214设于靠近所述第二端壁12的位置。
同样的目的，本发明实施例中，当该换热器总成包括多个盘管21时，各所述盘管21的进液端213均设置于所述换热单元2的同一端，各所述盘管21的出液端214均设置于所述换热单元2的另一端。
为了便于各部件的安装及拆卸，所述壳体1包括筒体16及盖板17，所述筒体16呈中空状且上部开口，所述盖板17盖设于所述筒体16的上方，所述筒体16的外周侧壁构成所述周壁13，所述筒体16的底壁构成所述第二端壁12，所述盖板17构成所述第一端壁11；主要利用该筒体16的底壁支撑固定换热单元2，所述燃烧器3安装于所述盖板17上。示例性地，该盖板17上开设有用于安装燃烧器3的安装孔171。
本实施例中，所述盘管21采用一体成型。具体成型过程为，先将圆管压扁成扁管，然后进行扭转螺旋，最后盘旋形成所需形状的盘管21。
本实施例中，该盘管21的材质优选为不锈钢；另外，也可以是铜铁铝或者非金属材料制成。
示例性地，盘管21的外表面可以设置成光滑的，也可根据不同的需求设置成外表面粗糙的盘管21，便于冷凝强化。
同样的目的，本发明实施例的第二方面还提供一种壁挂炉，其包括如第一方面任一项所述的换热器总成。
由于该壁挂炉包括如第一方面所述的换热器总成，因此具有第一方面所述的换热器总成的全部有益效果，在此不作一一陈述。
综上，本发明实施例提供一种换热器总成，其包括至少一个盘管，该盘管为扁管且为以其轨迹线为螺旋中心线的螺旋状，由于将盘管设置成扁管且形成了周期性的螺旋状，使得该盘管各圈管束之间依靠螺旋线的外侧点相互接触，在各圈管束之间形成螺旋形的气流通道，高温烟气从外侧横向冲刷时在三维空间的改变产生对烟气的强扰动和螺旋二次流，能够强化外部换热，提高传热系数，且扁管外壁的曲率变化使得冷凝水及液态酸性物质难以在管壁表面停留，因此具有极强的抗结垢能力；另外，由于盘管内的水流通道同样为螺旋状，水流冲刷到壁面时会形成垂直于流动方向的二次流，能够强化内部换热，进一步提高传热系数。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种换热器总成，其特征在于，包括壳体(1)及设于所述壳体(1)内的换热单元(2)；
所述换热单元(2)包括一个或者多个盘管(21)，所述盘管(21)具有进液端(213)及出液端(214)，当包括多个盘管(21)时，各所述盘管(21)同轴设置；所述盘管(21)为扁管，且所述盘管(21)为以其轨迹线为螺旋中心线的螺旋状；
所述壳体(1)包括第一端壁(11)、第二端壁(12)以及连接所述第一端壁(11)与所述第二端壁(12)的周壁(13)，一燃烧器(3)安装于所述第一端壁(11)且伸入所述换热单元(2)内，所述周壁(13)上开设有排烟口(14)、以及用于供所述盘管(21)的进液端(213)与所述出液端(214)穿过的开口(15)。
2.如权利要求1所述的换热器总成，其特征在于，所述盘管(21)的横截面的长度与其宽度的比值范围为(1.5-2.2):1。
3.如权利要求1所述的换热器总成，其特征在于，所述盘管(21)以其轨迹线为螺旋中心线的螺旋线的螺距为50㎜-120㎜。
4.如权利要求1所述的换热器总成，其特征在于，所述第一端壁(11)上还安装有预混器(4)，所述预混器(4)的出气口与所述燃烧器(3)的进气口相连通。
5.如权利要求1所述的换热器总成，其特征在于，包括两个所述盘管(21)，其分别为内层盘管(211)及设于所述内层盘管(211)外侧的外层盘管(212)。
6.如权利要求1所述的换热器总成，其特征在于，所述盘管(21)的进液端(213)设置于靠近所述第一端壁(11)的位置，所述出液端(214)设于靠近所述第二端壁(12)的位置。
7.如权利要求1所述的换热器总成，其特征在于，当包括多个盘管(21)时，各所述盘管(21)的进液端(213)均设置于所述换热单元(2)的同一端，各所述盘管(21)的出液端(214)均设置于所述换热单元(2)的另一端。
8.如权利要求1所述的换热器总成，其特征在于，所述壳体(1)包括筒体(16)及盖板(17)，所述筒体(16)呈中空状且上部开口，所述盖板(17)盖设于所述筒体(16)的上方，所述筒体(16)的外周侧壁构成所述周壁(13)，所述筒体(16)的底壁构成所述第二端壁(12)，所述盖板(17)构成所述第一端壁(11)；所述燃烧器(3)安装于所述盖板(17)上。
9.如权利要求1所述的换热器总成，其特征在于，所述盘管(21)采用一体成型。
10.一种壁挂炉，其特征在于，包括如权利要求1-9中任一项所述的换热器总成。
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