CN111207608A - 一种全预混高效冷凝换热器 - Google Patents

一种全预混高效冷凝换热器 Download PDF

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CN111207608A CN202010129108.6A CN202010129108A CN111207608A CN 111207608 A CN111207608 A CN 111207608A CN 202010129108 A CN202010129108 A CN 202010129108A CN 111207608 A CN111207608 A CN 111207608A
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陈全兴
张锦梁
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Abstract

本发明公开了一种全预混高效冷凝换热器，包括外壳体，外壳体的顶面上设置有安装口，外壳体的一侧壁设置有烟气出口，外壳体的另一侧壁设置有冷凝水出口，换热腔体内设置有：烟气分配板，烟气分配板上设置有烟气分配孔；第二螺旋换热管，第二螺旋换热管的一端设置有进水接口，第二螺旋换热管的另一端设置有第二中转接口；第一螺旋换热管，管内设置有螺旋换热管，管外设置有翅片，第一螺旋换热管的一端设置有第一中转接口，第一螺旋换热管的另一端设置有出水接口；其中，第一中转接口与第二中转接口之间连接有连通水盒，本发明极大地提高了水溶液与烟气的换热效率，并且整体工艺结构简单、生产成本低，管组的有效换热面积大。

Description

一种全预混高效冷凝换热器
技术领域
本发明涉及一种热交换设备，特别涉及一种全预混高效冷凝换热器。
背景技术
在目前常见的全预混冷凝盘管换热器中，换热管多为圆的或扁的光管，主换热管上换热面积有限；冷凝管段也多为跟主换热管形式单一的光管，且只占整段换热管的极少部分，通常仅有几圈末端盘管，整体的冷凝换热效果达到一个瓶颈后，难以进一步增加换热效率；为了提高换热器效果，通常将盘管的管数设置较多，导致目前大多盘管换热器盘管间隙过小，难以适应国内复杂的水气环境，往往容易出现结垢、堵塞现象，无法很好地适应国内的使用环境。
发明内容
本发明目的在于提供一种全预混高效冷凝换热器，以解决现有技术中所存在的一个或多个技术问题，至少提供一种有益的选择或创造条件。
为解决上述技术问题所采用的技术方案：
一种全预混高效冷凝换热器，包括外壳体，所述外壳体的顶面上设置有安装口，所述外壳体的一侧壁设置有烟气出口，所述外壳体的另一侧壁设置有冷凝水出口，所述外壳体内设置有换热腔体，所述安装口、烟气出口、冷凝水出口分别与所述换热腔体相互连通，所述换热腔体内设置有：烟气分配板，为筒形结构，所述烟气分配板上设置有烟气分配孔；第二螺旋换热管，位于所述烟气分配板内侧，所述第二螺旋换热管的一端设置有进水接口，所述第二螺旋换热管的另一端设置有第二中转接口；第一螺旋换热管，位于所述第二螺旋换热管的内侧，所述第一螺旋换热管内设置有螺旋扰流片，所述第一螺旋换热管的外侧壁沿所述第一螺旋换热管的长度延伸方向设置有翅片，所述第一螺旋换热管的一端设置有第一中转接口，所述第一螺旋换热管的另一端设置有出水接口；其中，所述第一中转接口与所述第二中转接口之间连接有连通水盒。
该技术方案至少具有如下的有益效果：在外壳体的安装口内插入外设的燃烧器，由外设的燃烧器提供高温烟气，换热时，高温烟气在第一螺旋换热管的内侧向外扩散，先经过第一螺旋换热管，第一螺旋换热管上的翅片增强换热效果，烟气中的大部分热量与第一螺旋换热管换热后，再经过第二螺旋换热管，最后由烟气分配板上的烟气分配孔对烟气进行均匀分流后，烟气从烟气出口流出外壳体，而需要换热的介质，如水溶液，则从第二螺旋换热管上的进水接口流入，从第二中转接口处流入至连通水盒内，再从第一中转接口流入到第一螺旋换热管内，第一螺旋换热管内的螺旋扰流片会对水溶液产生扰流，温度更加均匀，最后从出水接口处流出水溶液，在此过程中水溶液先与经过第二螺旋换热管的烟气进行换热，对烟气中的热量充分吸收利用，第二螺旋换热管的外壁上会产生冷凝水，冷凝水从冷凝水出口流出外壳体，流过第二螺旋换热管后的水溶液再与经过第一螺旋换热管的烟气换热，极大地提高了水溶液与烟气的换热效率，并且整体工艺结构简单、生产成本低，管组的有效换热面积大，而管组间隙及翅片间距可比传统的设置更大，外圈换热管强化换热，表面紊流充分，烟气换热通道流畅，不容易结垢堵塞，能比较好适应国内复杂的水气环境，有效延长换热器整体的使用寿命，避免换热设备过于频繁的维护周期与部件损耗更换。
作为上述技术方案的进一步改进，所述第二螺旋换热管为波纹管。波纹管冷凝强化换热效果好，能有效提升冷凝换热效果，进一步提高管组整体换热效率。
作为上述技术方案的进一步改进，所述第二螺旋换热管上设置有限位卡簧，所述限位卡簧包括连接片、设置于所述连接片上的弧形限位片，所述弧形限位片沿所述连接片的长度方向排列设置有若干个，所述弧形限位片的弧形开口朝向远离所述连接片的一侧，所述第二螺旋换热管的螺距与任意相邻的两个所述弧形限位片的间距相等，使得任一个所述弧形限位片包裹在所述第二螺旋换热管的任一圈上。利用限位卡簧对第二螺旋换热管的每一圈进行限位固定，可减少第二螺旋换热管的回弹应力，避免第二螺旋换热管收缩回弹，并限定螺距在均匀的范围内。
作为上述技术方案的进一步改进，所述烟气分配孔正对于所述第二螺旋换热管的螺旋线设置有多个。由于烟气分配孔正对第二螺旋换热管的螺旋线设置，经过第二螺旋换热管的烟气后如需要从烟气分配孔流出，需要沿着第二螺旋换热管的外壁继续流动至正对烟气分配孔的位置，再从烟气分配孔流出，如此可进一步提高烟气与第二螺旋换热管之间的换热时间，对烟气的回收利用更加充分。
作为上述技术方案的进一步改进，所述烟气分配孔的孔径沿所述冷凝水出口至所述烟气出口的方向逐渐减小。结合烟气流道的变化规律，对烟气分配板的孔径作了规律性的平衡再分配，保证烟气在分配板孔各处的烟气流量相对均衡，同时保证换热充分、减少排烟热损失。
作为上述技术方案的进一步改进，所述连通水盒上设置有开口，所述开口内设置有密封端盖。连通水盒将第一螺旋换热管与第二螺旋换热管相互连通，通过开口可对连通水盒清洗，密封端盖则用于对开口进行密封。
作为上述技术方案的进一步改进，所述进水接口密封连接有进水接头。便将外设的管路连接至进水接头。
作为上述技术方案的进一步改进，所述出水接口密封连接有出水接头。方便将外设的管路连接至出水接头。
作为上述技术方案的进一步改进，所述外壳体的顶面设置有安装孔。外设的燃烧器从安装口插入到换热腔体后，可在安装孔内打入连接件，将燃烧器固定在外壳体上。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为本发明的整体剖视图；
图2为本发明的第一螺旋换热管、第二螺旋换热管、限位卡簧的装配示意图。
图3为本发明的烟气分配板结构示意图；
图4为本发明的限位卡簧结构示意图；
图5为本发明的整体结构爆炸示意图；
图6为本发明的烟气经过第一螺旋换热管、第二螺旋换热管时示意图。
附图中：100-外壳体、110-安装口、120-烟气出口、200-第一螺旋换热管、210-第一中转接口、220-出水接口、230-出水接头、240-连通水盒、300-第二螺旋换热管、310-第二中转接口、320-进水接口、330-进水接头、400-烟气分配板、410-烟气分配孔、500-限位卡簧、510-连接片、520-弧形限位片、610-固定脚、620-顶盖、630-槽密封圈、640-底座、650-底座隔热板、650-顶盖隔热板、660-固定片、670-管接口密封圈。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右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。
在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
参照图1、图2、图3、图6，一种全预混高效冷凝换热器，包括外壳体100，在外壳体100的顶面上设置有用于插入外设燃烧器的安装口110，在外壳体100的一侧壁设置有用于排出换热腔体内烟气的烟气出口120，在外壳体100的另一侧壁设置有用于排出冷凝水的冷凝水出口，将外设的燃烧器插入到安装口110内，由外设的燃烧器提供高温烟气，换热时，高温烟气在第一螺旋换热管200的内侧向外扩散，先经过第一螺旋换热管200，第一螺旋换热管200上的翅片增强换热效果，烟气中的大部分热量与第一螺旋换热管200换热后，再经过第二螺旋换热管300，最后由烟气分配板400上的烟气分配孔410对烟气进行均匀分流后，烟气从烟气出口120流出外壳体100，而需要换热的介质，如水溶液，则从第二螺旋换热管300上的进水接口320流入，从第二中转接口310处流入至连通水盒240内，再从第一中转接口210流入到第一螺旋换热管200内，第一螺旋换热管内200的螺旋扰流片会对水溶液产生扰流，温度更加均匀，最后从出水接口220处流出水溶液，在此过程中水溶液先与经过第二螺旋换热管300的烟气进行换热，对烟气中的热量充分吸收利用，第二螺旋换热管300的外壁上会产生冷凝水，冷凝水从冷凝水出口流出外壳体100，流过第二螺旋换热管300后的水溶液再与经过第一螺旋换热管200的烟气换热，极大地提高了水溶液与烟气的换热效率，并且整体工艺结构简单、生产成本低，管组的有效换热面积大。
本实施例中，第二螺旋换热管300为波纹管。波纹管冷凝强化换热效果好，能有效提升冷凝换热效果，进一步提高管组整体换热效率。
如图4所示，本实施例中，第二螺旋换热管300上设置有限位卡簧500，限位卡簧500包括连接片510、设置于连接片510上的弧形限位片520，弧形限位片520沿连接片510的长度方向排列设置有若干个，弧形限位片520的弧形开口朝向远离连接片510的一侧，第二螺旋换热管300的螺距与任意相邻的两个弧形限位片520的间距相等，使得任一个弧形限位片520包裹在第二螺旋换热管300的任一圈上。利用限位卡簧500对第二螺旋换热管300的每一圈进行限位固定，可减少第二螺旋换热管300的回弹应力，避免第二螺旋换热管300收缩回弹，并限定螺距在均匀的范围内，如第二螺旋换热管300采用波纹管，利用限位卡簧500可套住每一圈的波纹管，还可避免相邻的两圈波纹管间发生相互咬合的现象。
本实施例中，烟气分配孔410正对于第二螺旋换热管300的螺旋线设置有多个。由于烟气分配孔410正对第二螺旋换热管300的螺旋线设置，经过第二螺旋换热管300的烟气后如需要从烟气分配孔410流出，需要沿着第二螺旋换热管300的外壁继续流动至正对烟气分配孔410的位置，再从烟气分配孔410流出，如此可进一步提高烟气与第二螺旋换热管300之间的换热时间，对烟气的回收利用更加充分。
本实施例中，烟气分配孔410的孔径沿冷凝水出口至烟气出口120的方向逐渐减小。烟气流道的变化遵循如下规律：流速大的区域孔径小，流速小的区域孔径大。因此对烟气分配板400的孔径作了规律性的平衡再分配，具体如下：烟气分配板400与换热腔体之间的排烟道存在宽流道区、窄流道区，高温烟气换热后从四周环形流到上部的烟气出口120排出外壳体100，在此过程中烟气先是在宽流道区，经过烟气分配板400两板两侧的窄流道区后进入宽流道区，由于烟气需要从下部四周向上排烟，需要一定动力驱动流体，故而在下部宽流道区需要较大静压力驱动烟气由四周流道向上流动；烟气经过左右两侧窄流道区时，由于流道变窄，烟气流速变快；烟气经过窄流道区后来到换热腔体上部的宽流道区，由于此处靠近烟气出口120，烟气流道大，烟气流速在此降低。为了保证烟气在烟气分配板400孔各处的烟气流量相对均衡，同时保证换热充分、减少排烟热损失，结合烟气流道的变化规律，对烟气分配孔410的孔径作了规律性的平衡再分配，具体做法是：在换热腔体下部的宽流道区，烟气分配孔410的孔径最大，孔径变化由φ4.5至φ3.8有规律进行递减；在左、右窄流道区附近，孔径变化由φ3.5至φ3.2有规律进行变化；在换热腔体上部的宽流道区，烟气分配孔410的孔径最小，避免烟气未经充分换热便流出烟气出口120而引起额外排烟损失，此处孔径变化由φ3.1至φ3.0有规律进行变化。保证烟气在烟气分配板400上各处的烟气流量相对均衡，同时保证换热充分、减少排烟热损失。
在一些实施例中，连通水盒240上设置有开口，开口内设置有密封端盖。连通水盒240将第一螺旋换热管200与第二螺旋换热管300相互连通，通过开口可对连通水盒240清洗，密封端盖则用于对开口进行密封，在一些实施例中，利用六角堵头作为密封端盖。
在一些实施例中，进水接口320密封连接有进水接头330。便将外设的管路连接至进水接头330。
在一些实施例中，出水接口220密封连接有出水接头230。方便将外设的管路连接至出水接头230。
在一些实施例中，外壳体100的顶面设置有安装孔。外设的燃烧器从安装口110插入到换热腔体后，可在安装孔内打入连接件，如螺钉，将燃烧器固定在外壳体100上。
如图5所示，在外壳体100上还设有四只固定脚610，便于对外壳体100进行固定，在外壳体100的底部设置有底座总成，在外壳体100的顶部设置有顶盖620、密封槽及紧固螺柱孔，密封槽内设置有槽密封圈630，对外壳体100与顶盖的接合处进行密封，底座总成包括底座640及底座隔热板650，通过外壳体100上设置的限位槽，将底座640安装于外壳体100内，在底座640上设置有底座隔热板650定位柱，底座隔热板650通过底隔热板定位柱进行定位装配，底座隔热板上设有螺旋的结构造型，第一螺旋换热管200的底部可套在旋转的结构造型上，烟气分配板400的底部设有装配限位口与外壳体100进行装配定位，而顶盖620则通过螺柱与外壳体100进行固定装配，顶盖620上还设有换热管出口孔、燃烧系统固定螺钉孔、顶盖固定螺钉孔、隔热板固定片螺钉孔、燃烧系统环形密封凸台、顶隔热板定位柱，顶盖620的底侧设置有顶盖隔热板650，顶盖隔热板650上设置有定位孔，通过定位孔与顶隔热板定位柱进行装配，并通过固定片660用螺钉将顶盖隔热板650与顶盖620进行固定。
在第一螺旋换热管200与第二螺旋换热管300的进出水接口处分别有管接口密封圈670进行密封连接。
上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所述技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (9)

1.一种全预混高效冷凝换热器，其特征在于：包括外壳体(100)，所述外壳体(100)的顶面上设置有安装口(110)，所述外壳体(100)的一侧壁设置有烟气出口(120)，所述外壳体(100)的另一侧壁设置有冷凝水出口，所述外壳体(100)内设置有换热腔体，所述安装口(110)、烟气出口(120)、冷凝水出口分别与所述换热腔体相互连通，所述换热腔体内设置有：
烟气分配板(400)，为筒形结构，所述烟气分配板(400)上设置有烟气分配孔(410)；
第二螺旋换热管(300)，位于所述烟气分配板(400)内侧，所述第二螺旋换热管(300)的一端设置有进水接口(320)，所述第二螺旋换热管(300)的另一端设置有第二中转接口(310)；
第一螺旋换热管(200)，位于所述第二螺旋换热管(300)的内侧，所述第一螺旋换热管(200)内设置有螺旋扰流片，所述第一螺旋换热管(200)的外侧壁沿所述第一螺旋换热管(200)的长度延伸方向设置有翅片，所述第一螺旋换热管(200)的一端设置有第一中转接口(210)，所述第一螺旋换热管(200)的另一端设置有出水接口(220)；
其中，所述第一中转接口(210)与所述第二中转接口(310)之间连接有连通水盒(240)。
2.根据权利要求1所述的一种全预混高效冷凝换热器，其特征在于：所述第二螺旋换热管(300)为波纹管。
3.根据权利要求1所述的一种全预混高效冷凝换热器，其特征在于：所述第二螺旋换热管(300)上设置有限位卡簧(500)，所述限位卡簧(500)包括连接片(510)、设置于所述连接片(510)上的弧形限位片(520)，所述弧形限位片(520)沿所述连接片(510)的长度方向排列设置有若干个，所述弧形限位片(520)的弧形开口朝向远离所述连接片(510)的一侧，所述第二螺旋换热管(300)的螺距与任意相邻的两个所述弧形限位片(520)的间距相等，使得任一个所述弧形限位片(520)包裹在所述第二螺旋换热管(300)的任一圈上。
4.根据权利要求1所述的一种全预混高效冷凝换热器，其特征在于：所述烟气分配孔(410)正对于所述第二螺旋换热管(300)的螺旋线设置有多个。
5.根据权利要求4所述的一种全预混高效冷凝换热器，其特征在于：所述烟气分配孔(410)的孔径沿所述冷凝水出口至所述烟气出口(120)的方向逐渐减小。
6.根据权利要求1所述的一种全预混高效冷凝换热器，其特征在于：所述连通水盒(240)上设置有开口，所述开口内设置有密封端盖。
7.根据权利要求1所述的一种全预混高效冷凝换热器，其特征在于：所述进水接口(320)密封连接有进水接头(330)。
8.根据权利要求1所述的一种全预混高效冷凝换热器，其特征在于：所述出水接口(220)密封连接有出水接头(230)。
9.根据权利要求1所述的一种全预混高效冷凝换热器，其特征在于：所述外壳体(100)的顶面设置有安装孔。
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