CN110595066B - 全预混冷凝式燃气换热设备及换热方法 - Google Patents

Abstract

公开了全预混冷凝式燃气换热设备及换热方法，冷凝式燃气换热设备中，燃烧室配置全预混燃烧器生成高温烟气，所述燃烧室布置在外壳内的中心位置，一次换热器包括布置于燃烧室周围的螺旋状盘管，二次换热器包括布置于一次换热器周围的螺旋状盘管，所述二次换热器连通所述一次换热器，相邻的螺旋状盘管形成的狭缝构造成烟道，所述高温烟气经由所述烟道横掠一次换热器和/或二次换热器以热交换。

Description

全预混冷凝式燃气换热设备及换热方法

技术领域

本发明涉及热力设备技术领域，特别是一种全预混冷凝式燃气换热设备及换热方法。

背景技术

能源是一个国家发展生产，实现社会进步的基本物质基础。目前，我国的能源结构仍以煤为主，煤炭的大量开采和使用对环境带来了极大的污染和破坏，调整能源结构的任务迫在眉睫。天然气是矿物燃料中最清洁的一次能源，其杂质含量极少，具有优秀的环保性，且由于近几年国家的政策支持，燃气具的需求量逐年增长。因此，提高燃气换热设备的热效率，促进燃气资源的高效利用，在如今节能降耗的大环境下，具有举足轻重的意义。

冷凝式燃气热水器的出现使得燃气热水器的换热效率得到了质的提高，相对比非冷凝式燃气热水器，换热效率能够提高10％以上，但冷凝式燃气热水器的技术瓶颈限制了其发展的脚步。冷凝式燃气热水器在开发中，产生冷凝水腐蚀燃烧器、一次换热器等设备，缩减换热设备寿命，冷凝水流动方向与烟气流动方向相反，造成烟气侧压力大是亟需解决的问题。

背景技术部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本发明背景的理解，因此可能包含不构成本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种全预混冷凝式燃气换热设备及换热方法，换热设备采用自中心向四周扩散的烟道形式，达到综合解决目前冷凝式燃气换热设备所存在的冷凝水腐蚀换热设备、冷凝水流动方向增大烟气侧流动阻力、结构复杂的问题。本发明的目的是通过以下技术方案予以实现。

一种冷凝式燃气换热设备包括，

外壳，

燃烧室，其配置全预混燃烧器生成高温烟气，所述燃烧室布置在所述外壳内的中心位置，

一次换热器，其包括布置于燃烧室周围的螺旋状盘管，

二次换热器，其包括布置于一次换热器周围的螺旋状盘管，所述二次换热器连通所述一次换热器，相邻的螺旋状盘管形成的狭缝构造成烟道，所述高温烟气经由所述烟道横掠一次换热器和/或二次换热器以热交换。

所述的全预混冷凝式燃气换热设备中，横向上相邻的螺旋状盘管以及环绕所述螺旋状盘管的翅片形成狭缝以构造成烟道。

所述的全预混冷凝式燃气换热设备中，所述一次换热器包括从中心朝周围依次布置的多层螺旋状盘管。

所述的全预混冷凝式燃气换热设备中，所述一次换热器包括围绕燃烧室的第一层一次换热器和围绕第一层一次换热器的第二层一次换热器，所述第二层一次换热器一端连通所述第一层一次换热器，另一端连通二次换热器。

所述的全预混冷凝式燃气换热设备中，所述螺旋状盘管设有翅片，螺旋状盘管基于圆形螺旋线作为脊线扫掠生成，螺旋状盘管的螺距大于翅片的外沿直径1mm以下。

所述的全预混冷凝式燃气换热设备中，一次换热器和二次换热器翅片最外沿的上下间距低于1mm。

所述的全预混冷凝式燃气换热设备中，所述外壳的底部自内向外倾斜，所述外壳设有冷凝水排出管。

所述的全预混冷凝式燃气换热设备中，所述外壳、燃烧室、一次换热器和/或二次换热器由不锈钢制成。

所述的全预混冷凝式燃气换热设备中，二次换热器设有进水口，来自进水口的水沿着二次换热器自下而上盘旋流动，然后进入一次换热器后经由其出水口排出。

根据本发明的另一方面，一种所述全预混冷凝式燃气换热设备的换热方法包括以下步骤，

燃烧室中配置全预混燃烧器生成高温烟气，所述高温烟气经由烟道横掠一次换热器和/或二次换热器，

换热流体沿着二次换热器自下而上盘旋流动，然后进入一次换热器以热交换后经由其出水口排出，

高温烟气与二次换热器进行热交换后，烟气温度降到露点以下以产生冷凝水，所述冷凝水沿二次换热器向下滴落以汇集在外壳底部的最外侧经由冷凝水排出管排出。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明通过从中心向四周依次布置三层换热盘管，里侧是两层一次换热盘管，最外侧为一层二次换热盘管。燃烧室充分燃烧产生的高温烟气呈放射状向四周扩散，与盘管内的水进行热交换，在二次换热盘管部分烟气温度降到露点以下产生冷凝水向下低落，其冷凝水低落方向与烟气扩散方向为90°左右，避免了冷凝水方向与烟气扩散方向相反而引起的烟气侧阻力大，且烟气向外扩散，利于冷凝水的滴落。烟气带有一定速度自内向外扩散，可以避免冷凝水向内侧飞溅，形成的冷凝水滴落到壳体底部，壳体底部为自内向外倾斜的底面，冷凝水会沿着倾斜面流动，最终通过冷凝水排出装置排出，由于倾斜面的存在，冷凝水不会产生倒流，可以避免飞溅的冷凝水以及收集的冷凝水倒流腐蚀燃烧器、一次换热器等设备。采用全预混燃烧器提高燃烧效率，燃烧器产生高温烟气向四周扩散经由向上的排烟孔排出，烟气流程总体上是自下而上流动的，避免了倒置式布置燃烧器造成的燃烧器寿命大幅度减短的问题，且使得该全预混冷凝式换热设备结构简单。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够使得本发明的技术手段更加清楚明白，达到本领域技术人员可依照说明书的内容予以实施的程度，并且为了能够让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，下面以本发明的具体实施方式进行举例说明。

附图说明

通过阅读下文优选的具体实施方式中的详细描述，本发明各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。说明书附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。而且在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。

在附图中：

图1是根据本发明一个实施例的全预混冷凝式燃气换热设备的结构示意图；

图2是根据本发明一个实施例的全预混冷凝式燃气换热设备的沿A-A剖切的结构示意图；

图3是根据本发明一个实施例换热方法的步骤示意图。

以下结合附图和实施例对本发明作进一步的解释。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本发明的具体实施例。虽然附图中显示了本发明的具体实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。

需要说明的是，在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可以理解，技术人员可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名词的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”或“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。说明书后续描述为实施本发明的较佳实施方式，然所述描述乃以说明书的一般原则为目的，并非用以限定本发明的范围。本发明的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。

为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个附图并不构成对本发明实施例的限定。

为了更好地理解，如图1所示，一种全预混冷凝式燃气换热设备包括，

外壳2，

燃烧室5，其配置全预混燃烧器生成高温烟气，所述燃烧室5布置在所述外壳2内的中心位置，

一次换热器1，其包括布置于燃烧室5周围的螺旋状盘管，

二次换热器12，其包括布置于一次换热器1周围的螺旋状盘管，所述二次换热器12连通所述一次换热器1，相邻的螺旋状盘管形成的狭缝构造成烟道13，所述高温烟气经由所述烟道13横掠一次换热器1和/或二次换热器12以热交换。

在一个实施例中，一种冷凝式燃气换热设备包括换热器外壳2，布置于壳体最中心的燃烧室5，自中心向四周依次布置的一次换热盘管二次换热盘管以及冷凝水排出装置。

所述冷凝式燃气换热设备均由不锈钢制成。

所述换热设备壳体底部自内向外倾斜，该布置便于产生冷凝水的收集与排出，且不会让冷凝水倒流腐蚀燃烧器、一次换热器1。

所述冷凝式燃气换热设备中心区域为燃烧室5，产生高温烟气横掠换热盘管与盘管内的水进行热交换。

所述一次换热器1分为两层，布置于燃烧室5四周，为螺旋状盘管，螺旋盘管直径决定于燃烧器直径，盘管围绕在燃烧器外侧，盘管外沿与燃烧器距离决定于燃烧器种类。盘管按圆形螺旋线作为脊线扫掠得到，盘管螺距比盘管翅片外沿直径大1mm以下以减小所述换热设备的高度。

所述二次换热器12为一层，布置于一次换热器1四周，即最外侧，同上为螺旋状盘管。

所述一次换热器1、二次换热器12管外侧安装环形翅片，增大换热面积，增强换热。所述两层一次换热盘管翅片最外沿之间及所述二次换热盘管与一次换热盘管翅片最外沿之间距离为1mm以下，尽量缩小其间距以减小整个换热设备的直径。

所述一次换热盘管、二次换热盘管翅片最外沿的上下间距低于1mm以下，以减小整个换热设备的高度，同时减小烟道13横截面积，增强换热。

所述两层一次换热盘管、一层二次换热盘管之间依次直接连通。

所述三层换热器盘管形成自中心向四周扩散的烟道13形式，烟道13是由盘管相邻两管以及环绕盘管的环形翅片形成的狭缝，高温烟气横掠通过第一层一次换热盘管，与盘管内的水进行热交换，再继续横掠通过第二层一次换热盘管与管内的水进行热交换，再继续横掠通过最外层的二次换热器12与管内的水进行热交换，通过最外层的二次换热器12后烟气温度降到60℃以下并低于露点温度，此时在二次换热器12部分产生冷凝水。

所述的全预混冷凝式燃气换热设备的优选实施例中，横向上相邻的螺旋状盘管以及环绕所述螺旋状盘管的翅片形成狭缝以构造成烟道13。

所述的全预混冷凝式燃气换热设备的优选实施例中，所述一次换热器1包括从中心朝周围依次布置的多层螺旋状盘管。

所述的全预混冷凝式燃气换热设备的优选实施例中，所述一次换热器1包括围绕燃烧室5的第一层一次换热器和围绕第一层一次换热器的第二层一次换热器，所述第二层一次换热器一端连通所述第一层一次换热器，另一端连通二次换热器12。

参见图1-图2，一种全预混冷凝式燃气换热设备包括换热器外壳2，布置于壳体最中心的燃烧室5，自中心向四周依次布置的第一层一次换热盘管6，第二层一次换热盘管7，二次换热盘管8。

水从二次换热器进水口4进入，沿着二次换热盘管8自下而上盘旋流动，通过一次换热器进水口3进入一次换热器盘管，先进入第二层一次换热盘管7，再进入第一层一次换热盘管6，完成热交换形成的热水由出水口10排出。

在位于全预混冷凝式换热设备1中心的燃烧室5中配置全预混燃烧器经过充分燃烧产生高温烟气，自中心向四周在三层换热盘管所形成的烟道中扩散，依次与第二层一次换热盘管7、第一层一次换热盘管6、二次换热盘管8进行热交换，完成热交换的低温烟气通过排烟口11排出。

烟气与二次换热盘管8进行热交换后，烟气温度降到露点以下，此时产生冷凝水沿二次换热盘管8向下滴落，滴落的冷凝水汇集在外壳底部，换热器外壳底部为自内向外倾斜的布置形式，汇集的冷凝水流动到外壳底部的最外侧，通过冷凝水排出管9排出。

所述的全预混冷凝式燃气换热设备的优选实施例中，所述螺旋状盘管设有翅片，沿顺时针旋转螺旋状盘管基于圆形螺旋线作为脊线扫掠生成，螺旋状盘管的螺距大于翅片的外沿直径1mm以下。

所述的全预混冷凝式燃气换热设备的优选实施例中，一次换热器1和二次换热器12翅片最外沿的上下间距低于1mm。

所述的全预混冷凝式燃气换热设备的优选实施例中，所述外壳2的底部自内向外倾斜，所述外壳2设有冷凝水排出管。

所述的全预混冷凝式燃气换热设备的优选实施例中，所述外壳2、燃烧室5、一次换热器1和/或二次换热器12由不锈钢制成。

所述的全预混冷凝式燃气换热设备的优选实施例中，二次换热器12设有进水口，来自进水口的水沿着二次换热器12自下而上盘旋流动，然后进入一次换热器1后经由其出水口排出。

如图3所示，一种所述全预混冷凝式燃气换热设备的换热方法包括以下步骤，

燃烧室5生成高温烟气，所述高温烟气经由烟道13横掠一次换热器1和/或二次换热器12，

换热流体沿着二次换热器12自下而上盘旋流动，然后进入一次换热器1以热交换后经由其出水口排出，

高温烟气与二次换热器12进行热交换后，烟气温度降到露点以下以产生冷凝水，所述冷凝水沿二次换热器12向下滴落以汇集在外壳2底部的最外侧经由冷凝水排出管排出。

工业实用性

本发明所述的冷凝式燃气换热设备及换热方法可以在热力设备领域制造并使用。

以上结合具体实施例描述了本申请的基本原理，但是，需要指出的是，在本申请中提及的优点、优势、效果等仅是示例而非限制，不能认为这些优点、优势、效果等是本申请的各个实施例必须具备的。另外，上述公开的具体细节仅是为了示例的作用和便于理解的作用，而非限制，上述细节并不限制本申请为必须采用上述具体的细节来实现。

为了例示和描述的目的已经给出了以上描述。此外，此描述不意图将本申请的实施例限制到在此公开的形式。尽管以上已经讨论了多个示例方面和实施例，但是本领域技术人员将认识到其某些变型、修改、改变、添加和子组合。

Claims (6)

1.一种全预混冷凝式燃气换热设备，其包括，

外壳，所述外壳的底部自内向外倾斜，所述外壳设有冷凝水排出管,

燃烧室，其配置全预混燃烧器生成高温烟气，所述燃烧室布置在所述外壳内的中心位置，

一次换热器，其包括布置于燃烧室周围的螺旋状盘管，

二次换热器，其包括布置于一次换热器周围的螺旋状盘管，所述二次换热器连通所述一次换热器，相邻的螺旋状盘管形成的狭缝构造成烟道，所述高温烟气经由所述烟道横掠一次换热器和/或二次换热器以热交换, 在二次换热器的烟气温度降到露点以下产生冷凝水向下滴落，其冷凝水滴落方向与烟气扩散方向为90°，所述一次换热器包括围绕燃烧室的第一层一次换热器和围绕第一层一次换热器的第二层一次换热器，所述第二层一次换热器一端连通所述第一层一次换热器，另一端连通二次换热器, 二次换热器设有进水口，来自进水口的水沿着二次换热器自下而上盘旋流动，然后进入一次换热器后经由其出水口排出；

其中，横向上相邻的螺旋状盘管以及环绕所述螺旋状盘管的翅片形成狭缝以构造成烟道，烟道与冷凝水滴落方向呈90°。

2.如权利要求1所述的全预混冷凝式燃气换热设备，其中，所述一次换热器包括从中心朝周围依次布置的多层螺旋状盘管。

3.如权利要求1所述的全预混冷凝式燃气换热设备，其中，所述螺旋状盘管设有翅片，沿顺时针旋转螺旋状盘管基于圆形螺旋线作为脊线扫掠生成，螺旋状盘管的螺距大于翅片的外沿直径1mm以下。

4.如权利要求3所述的全预混冷凝式燃气换热设备，其中，一次换热器和二次换热器翅片最外沿的上下间距低于1mm。

5.如权利要求1所述的全预混冷凝式燃气换热设备，其中，所述外壳、燃烧室、一次换热器和/或二次换热器由不锈钢制成。

6.一种权利要求1-5中任一项所述全预混冷凝式燃气换热设备的换热方法，其包括以下步骤，

燃烧室生成高温烟气，所述高温烟气经由烟道横掠一次换热器和/或二次换热器，

换热流体沿着二次换热器自下而上盘旋流动，然后进入一次换热器以热交换后经由其出水口排出，

高温烟气与二次换热器进行热交换后，烟气温度降到露点以下以产生冷凝水，所述冷凝水沿二次换热器向下滴落以汇集在外壳底部的最外侧经由冷凝水排出管排出。

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