CN110513880A - 一种倒置式燃烧全预混冷凝换热器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种倒置式燃烧全预混冷凝换热器，跟据热烟气从上到下的流动方向依次包括便于燃料燃烧的燃烧单元、便于介质吸收能量的换热单元和用于收集冷凝水的冷凝单元。本发明的各项性能指标满足GB25034‑2010《燃气采暖热水炉》标准，换热效率按高热值计算达107%，烟气流道优化，难以产生堵塞，冷凝水排放流畅，避免了腐蚀换热器机体，多通道大流量走水，难以在水管内壁结垢，氮氧化物（低于30mg/M3）和CO排放量低于300ppm。
Description
技术领域
本发明涉及一种全预混冷凝换热器，具体涉及一种倒置式燃烧全预混冷凝换热器，属于燃气锅炉技术领域。
背景技术
我国是能源消耗大国，也是承受环境污染的大国，为了改善这种状况，节能减排是国民经济中长期的战略方针。根据《环境空气质量标准》GB3095-2012的规定，CO排放低于2000mg/L，NOX低于30mg/L，普通的大气式燃烧换热器很难达到这个标准，而全预混冷凝换热器能很好地达到一级能效，并能达到极低CO和NOX的排放标准（30mg/m3）。
然而在近年来已有全预混冷凝换热器使用过程中，发现有一个问题困扰着用户，这个问题就是：由于我国国情不同，国外进口的全预混冷凝换热器在使用过程中容易造成烟气间隙堵塞和水管结垢。而因为间隙堵塞，造成换热效率下降，烟气超标。由于水管结垢，也造成换热效率下降，并减少换热器的使用寿命。
这些全预混冷凝换热器面对这个问题时，清洗维护保养非常困难。所以极有必要研制一种新的换热器，这种换热器首先需要有一般冷凝换热器的优点：能效满足GB20665-2015《家用燃气快速热水器和燃气采暖热水炉能效限定值及能效等级》，烟气排放满足GB3095-2012《环境空气质量标准》的要求。然后还需要解决烟气堵塞及水管结垢的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的上述不足，提供一种倒置式燃烧全预混冷凝换热器，使能效满足GB20665-2015《家用燃气快速热水器和燃气采暖热水炉能效限定值及能效等级》，烟气排放满足GB3095-2012《环境空气质量标准》的要求，解决烟气堵塞及水管结垢的问题，保证达到并超过一级能效及烟气排放标准，能够适应国情，能够容易维护保养，使得换热器的实际使用寿命增长，从而使全预混壁挂炉能真正普及国内，满足国内需求。
为解决上述问题，本发明采用以下技术方案：一种倒置式燃烧全预混冷凝换热器，跟据热烟气从上到下的流动方向依次包括便于燃料燃烧的燃烧单元、便于介质吸收能量的换热单元和用于收集冷凝水的冷凝单元。
以下是本实用型对上述方案的进一步优化：所述换热单元包括呈矩形阵列的多个不锈钢换热管。
进一步优化：所述位于同一层的多个不锈钢换热管的两端分别与横向集水包和第一纵向集水包密封连接。
进一步优化：所述部分不锈钢换热管的一端与横向集水包和进水口接头密封连接。
进一步优化：所述部分不锈钢换热管的一端与横向集水包和第二纵向集水包密封连接。
进一步优化：所述第二纵向集水包上连接有呈中心对称设置的多个燃烧单元换热管。
进一步优化：所述燃烧单元换热管和不锈钢换热管的纵截面为椭圆形，该椭圆形的长轴线沿烟气的走向设置。
进一步优化：所述燃烧单元换热管的一端连接有出水口接头，出水口接头、第二纵向集水包、进水口接头、第一纵向集水包和横向集水包上分别设置有凸台。
进一步优化：所述出水口接头、第二纵向集水包、进水口接头、第一纵向集水包和横向集水包上与凸台对应的位置分别开设有第二通孔。
进一步优化：所述出水口接头、第二纵向集水包、进水口接头、第一纵向集水包和横向集水包内部均设置有空腔。
使用时，冷水经进水口接头进入不锈钢换热管，然后进入换热单元换热管吸收能量，最后经出水口接头变成热水流出。
本发明采用不锈钢扁管直排矩阵式结构，在燃烧器外周围采用冷却水道（燃烧单元换热管），在主换热管道（不锈钢换热管）上排布翅片，整体结构采用钎焊工艺，经过试验测试和使用，本发明的各项性能指标满足GB25034-2010《燃气采暖热水炉》标准，换热效率按高热值计算达107%，烟气流道优化，难以产生堵塞，冷凝水排放流畅，避免了腐蚀换热器机体，多通道大流量走水，难以在水管内壁结垢，氮氧化物（低于30mg/M3）和CO排放量低于300ppm，因难以堵塞，基本可以免清洗，方便售后维护保养，可对燃烧腔体进行有效降温，体积小，通用性高，兼容多功率机型，可作为燃气采暖热水炉的主换热器使用，也可作为商业锅炉的全预混冷凝换热器使用。
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
附图说明
图1为本发明在实施例中的结构示意图；
图2为本发明在实施例中横向集水包的结构示意图；
图3为本发明在实施例中进水口接头的结构示意图；
图4为本发明在实施例中不锈钢换热管的结构示意图；
图5为本发明在实施例中出水口接头的结构示意图；
图6为本发明在实施例中换热器壳体的结构示意图；
图7为本发明在实施例中第一纵向集水包的结构示意图；
图8为本发明在实施例中换热器支撑板的结构示意图；
图9为本发明在实施例中的爆炸图。
图中：1-进水口接头；2-出水口接头；3-第一纵向集水包；4-换热器壳体；5-不锈钢换热管；6-横向集水包；7-外围换热管；8-冷凝水收集器；9-燃烧单元；10-换热单元；11-冷凝单元；12-第二纵向集水包；14-换热器支撑板；15-第一通孔；16-第二通孔；17-凸台；18-燃烧单元换热管。
具体实施方式
实施例，如图1-9所示，一种倒置式燃烧全预混冷凝换热器，跟据热烟气从上到下的流动方向依次包括便于燃料燃烧的燃烧单元9、便于介质吸收能量的换热单元10和用于收集冷凝水的冷凝单元11。
所述换热单元10包括呈矩形阵列的多个不锈钢换热管5，多个不锈钢换热管5横向设置有多个，上下设置为多层，这样设计便于介质的流动。
所述不锈钢换热管5的纵截面为椭圆形，该椭圆形的长轴线沿竖向设置，这样设计便于能量的吸收，以及烟气的流动。
所述多个不锈钢换热管5的两端分别设置有换热器支撑板14，换热器支撑板14的纵截面为“]”形。
所述换热器支撑板14上开设有容纳多个不锈钢换热管5一端的第一通孔15，这样设计便于不锈钢换热管5的一端插入第一通孔15内，这样设计便于对多个不锈钢换热管5进行支撑。
所述相邻的两层中部分不锈钢换热管5的一端通过第一纵向集水包3连通，该部分不锈钢换热管5的另一端分别通过横向集水包6与同一层的其他不锈钢换热管5的一端连通。
所述位于同一层的多个不锈钢换热管5的两端分别与横向集水包6和第一纵向集水包3密封连接。
所述位于最下层的多个不锈钢换热管5的一端分别与横向集水包6和第一纵向集水包3密封连接，该层中的不锈钢换热管5的另一端与横向集水包6和进水口接头1密封连接。
所述位于最上层的多个不锈钢换热管5的一端分别与横向集水包6和第一纵向集水包3密封连接，该层中的不锈钢换热管5的另一端与横向集水包6和第二纵向集水包12密封连接。
所述第二纵向集水包12上靠近上端的位置分别连接有呈中心对称设置的多个燃烧单元换热管18。
所述燃烧单元换热管18为L形结构，且燃烧单元换热管18的纵截面也为椭圆形，该椭圆形的长轴线竖向设置，这样设计便于吸收能量。
所述多个燃烧单元换热管18的另一端连接有出水口接头2，这样设计便于介质的输出。
所述出水口接头2上与燃烧单元换热管18连接的位置、第二纵向集水包12上与燃烧单元换热管18和不锈钢换热管5连接的位置、进水口接头1、第一纵向集水包3和横向集水包6上与不锈钢换热管5连接的位置分别一体连接有与燃烧单元换热管18和不锈钢换热管5端部配合的凸台17，这样设计便于两部件的插接。
所述出水口接头2、第二纵向集水包12、进水口接头1、第一纵向集水包3和横向集水包6上与凸台17对应的位置分别开设有第二通孔16，这样设计便于介质的流动。
所述出水口接头2、第二纵向集水包12、进水口接头1、第一纵向集水包3和横向集水包6内部均设置有空腔。
所述第二纵向集水包12和第一纵向集水包3的纵截面和横向集水包6的横截面均为D形。
所述呈矩形阵列的多个不锈钢换热管5的两侧对称设置有换热器壳体4，且两换热器壳体4均位于换热器支撑板14之间靠近两侧的位置，这样设计便于为烟气的流动进行导向。
所述两换热器支撑板14和两换热器壳体4之间靠近最上层多个不锈钢换热管5上的区域形成燃烧单元9。
所述多个燃烧单元换热管18环绕在两换热器支撑板14和两换热器壳体4外部与燃烧单元9相对应的位置，这样设计便于提高能量的利用率。
所述两换热器支撑板14和两换热器壳体4的上端固定安装有燃烧器，燃烧器喷出火焰至燃烧单元9内。
所述两换热器壳体4的两侧与每层不锈钢换热管5相对应的位置分别设置有外围换热管7，外围换热管7与不锈钢换热管5结构相同，用于提高能量的利用率。
所述每个外围换热管7的两端分别与相应的第二纵向集水包12、进水口接头1、第一纵向集水包3和横向集水包6连通。
所述冷凝单元11包括冷凝水收集器8，冷凝水收集器8包括两换热器支撑板14和两换热器壳体4之间靠近最下层不锈钢换热管5底部位置围成的区域，两换热器支撑板14和两换热器壳体4的下端通过底板封装。
所述冷凝水收集器8的一侧设置有阀门，这样设计便于烟气的排出，冷凝水收集器8底部设置有排水口，这样设计便于冷凝水排出。
使用时，冷凝水经进水口接头1进入不锈钢换热管5，然后进入燃烧单元换热管18，最后经出水口接头2流出；
烟气流道原理：燃烧器燃烧时产生的高温烟气，在倒置式燃烧器燃气压力的作用下，将沿下方不锈钢换热管之间的间隙向下流动，依次从燃烧单元9，流经换热单元10，最后到达冷凝单元11；
高温烟气流经换热单元10的换热管间隙时，热量被管内的冷水带走，烟气温度下降，继续向下流动时，高温水蒸气热量被带走，转化为冷凝水，冷凝水沿管壁向下流动，集中汇流到冷凝单元11的冷凝水收集处，从排水口流走，烟气则从冷凝水收集器侧边的烟气门（阀门）排走（使用时须另装排烟管连接烟气门）；
高温烟气能够被不锈钢管高效换热的原因，是因为不锈钢管被有序排列，其中的间隙取值合理，烟气从间隙中流动时能沿最大换热路径前进，经过最大换热面积区域的热交换，从而烟气中的热量能够被流经管道中的水充分吸收，因此达到了高效换热的目的。
本发明采用不锈钢扁管直排矩阵式结构，在燃烧器外周围采用冷却水道（燃烧单元换热管），在主换热管道（不锈钢换热管）上排布翅片，整体结构采用钎焊工艺，经过试验测试和使用，本发明的各项性能指标满足GB25034-2010《燃气采暖热水炉》标准，换热效率按高热值计算达107%，烟气流道优化，难以产生堵塞，冷凝水排放流畅，避免了腐蚀换热器机体，多通道大流量走水，难以在水管内壁结垢，氮氧化物（低于30mg/M3）和CO排放量极低，因难以堵塞，基本可以免清洗，方便售后维护保养，可对燃烧腔体进行有效降温，体积小，通用性高，兼容多功率机型，可作为燃气采暖热水炉的主换热器使用，也可作为商业锅炉的全预混冷凝换热器使用。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明，因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
Claims (10)
1.一种倒置式燃烧全预混冷凝换热器，其特征在于：跟据热烟气从上到下的流动方向依次包括便于燃料燃烧的燃烧单元（9）、便于介质吸收能量的换热单元（10）和用于收集冷凝水的冷凝单元（11）。
2.根据权利要求1所述的一种倒置式燃烧全预混冷凝换热器，其特征在于：所述换热单元（10）包括呈矩形阵列的多个不锈钢换热管（5）。
3.根据权利要求2所述的一种倒置式燃烧全预混冷凝换热器，其特征在于：所述位于同一层的多个不锈钢换热管（5）的两端分别与横向集水包（6）和第一纵向集水包（3）密封连接。
4.根据权利要求3所述的一种倒置式燃烧全预混冷凝换热器，其特征在于：所述部分不锈钢换热管（5）的一端与横向集水包（6）和进水口接头（1）密封连接。
5.根据权利要求4所述的一种倒置式燃烧全预混冷凝换热器，其特征在于：所述部分不锈钢换热管（5）的一端与横向集水包（6）和第二纵向集水包（12）密封连接。
6.根据权利要求5所述的一种倒置式燃烧全预混冷凝换热器，其特征在于：所述第二纵向集水包（12）上连接有呈中心对称设置的多个燃烧单元换热管（18）。
7.根据权利要求6所述的一种倒置式燃烧全预混冷凝换热器，其特征在于：所述燃烧单元换热管（18）和不锈钢换热管（5）的纵截面为椭圆形，该椭圆形的长轴线沿烟气的走向设置。
8.根据权利要求7所述的一种倒置式燃烧全预混冷凝换热器，其特征在于：所述燃烧单元换热管（18）的一端连接有出水口接头（2），出水口接头（2）、第二纵向集水包（12）、进水口接头（1）、第一纵向集水包（3）和横向集水包（6）上分别设置有凸台（17）。
9.根据权利要求8所述的一种倒置式燃烧全预混冷凝换热器，其特征在于：所述出水口接头（2）、第二纵向集水包（12）、进水口接头（1）、第一纵向集水包（3）和横向集水包（6）上与凸台（17）对应的位置分别开设有第二通孔（6）。
10.根据权利要求9所述的一种倒置式燃烧全预混冷凝换热器，其特征在于：所述出水口接头（2）、第二纵向集水包（12）、进水口接头（1）、第一纵向集水包（3）和横向集水包（6）内部均设置有空腔。
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