CN111336842A - 一种不锈钢热交换器及应用其的换热设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及热交换器技术领域，公开了一种不锈钢热交换器及应用其的换热设备。该不锈钢热交换器包括至少一组换热组件和两个接水盒，两个接水盒分别装设在换热组件的两端以形成连通的水路，换热组件装设在梯形换热腔体内，且换热组件与换热腔体之间形成阶梯形风道供烟气流动。因为梯形换热腔体和阶梯形风道能够将热量尽量的向中间聚集，能够增加烟气在梯形换热腔内的流动路程，进而提高换热效率，即本发明的热交换器和换热设备均有效的解决了目前市场上不锈钢热交换器的换热效率较低的问题。
Description
技术领域
本发明涉及热交换器技术领域，具体涉及一种不锈钢热交换器及应用其的换热设备。
背景技术
传统的换热设备，例如燃气热水器和壁挂炉，都是采用热交换器实现将冷水换热成热水以供用户使用。而热交换器的材质通常采用导热系数较高的铜，但是由于受环境条件的影响，在水质较差的区域铜材质热交换器往往会被腐馈穿透，最终导致漏水，而目前性价比较高的替代方案为不锈钢材质热交换器。
但是因为不锈钢材质的导热系数较低，铜材质导热系数约为不锈钢材质的24倍，故如何提高不锈钢热交换器的换热效率为目前不锈钢热交换器开发的难点，受上述问题的影响，目前市场上推出各种机型的热交换器，但是这些不锈钢热交换器结构复杂，进而导致性价比较低。
另外，还由于不锈钢材质特性较硬，导致管材难以弯曲成形，故目前不锈钢钢热交换器的换热管之间连接采用整体水盒的结构，由于水流通道腔体由独立板材成形往往会出现不同流道间不能有效区隔，导致串水问题出现，最终影响换热器效率及出现水流异响的现象。
发明内容
有鉴于此，针对目前市场上不锈钢热交换器的换热效率较低的问题，本发明提供一种不锈钢热交换器。
本发明的另一目的是提供一种应用上述不锈钢热交换器的换热设备。
本发明采用如下方案实现：一种不锈钢热交换器，包括至少一组换热组件和两个接水盒，两个所述接水盒分别装设在所述换热组件的两端以形成连通的水路，所述换热组件装设在梯形换热腔体内，且所述换热组件与所述换热腔体之间形成阶梯形风道供烟气流动。
优选的，所述换热组件包括上层换热管组、下层换热管组和多个换热片；每个所述换热片均为梯形结构，所述换热片上平行开设有两排插孔，所述插孔内插设有换热管以构成所述上层换热管组和所述下层换热管组，多个所述换热片平行排列构成所述上层换热管组和下层换热管组的翅片，且所述上层换热管组中换热管的数量少于所述下层换热管组中换热管的数量。
优选的，所述换热片上还设置有两排凸起，所述凸起位于同排相邻的两个所述插孔之间上方的位置用于增加所述烟气在所述阶梯形风道内的流动时间。
优选的，上排的所述凸起凸出的高度小于下排的所述凸起凸出的高度。
优选的，所述不锈钢热交换器还包括壳体，所述壳体包括前侧板、后侧板左侧板和右侧板；所述前侧板、后侧板、左侧板和右侧板首尾连接形成梯形换热腔体；所述左侧板和所述右侧板均为梯形结构，且所述左侧板和所述右侧板上均开设有限定所述换热组件的限位孔。
优选的，所述前侧板和所述后侧板上均限定出导热管槽，所述导热管槽内限位装设有导热管，所述导热管的两端分别于所述接水盒连通形成连通的水路。
优选的，所述接水盒具有第一腔室、第二腔室、第三腔室、进水口和出水口，所述进水口与所述第一腔室连通，所述出水口与所述第二腔室连通，所述下层换热管组的两端与所述第一腔室连通形成第一水流通道，所述上层换热管组的两端与所述第二腔室连通形成第二水流通道，所述第一水流通道通过所述第三腔室与所述第二水流通道连通。
优选的，所述第一水流通道和所述第二水流通道均为S形。
优选的，所述接水盒包括接水板和挡板；所述接水板上限定出第一凹槽、第二凹槽和第三凹槽，所述接水板与所述挡板连接后，所述第一凹槽与所述挡板形成所述第一腔室，所述第二凹槽与所述挡板形成所述第二腔室，所述第三凹槽与所述挡板形成所述第三腔室，所述进水口与所述第一凹槽连通，所述出水口与所述第二凹槽连通。
本发明还提供一种换热设备，包括换热设备本体和上述的不锈钢热交换器。
与现有技术相比，采用上述方案本发明的有益效果为：
因为本发明的换热组件装设在梯形换热腔体内，所以在使用过程中，能够使火焰燃烧逐渐向中间靠拢，进而保证热量的聚集，降低换热腔表面的受热程度，提高换热效率；
还因为换热组件与换热腔体之间形成阶梯形风道供烟气流动，相较于直线型的风道而言，本发明的阶梯形风道一方面能够将热量尽量的向中间聚集，另一方面能够增加烟气在梯形换热腔内的流动路程，进而增加烟气的停留时间，进而提高换热效率。即本发明的不锈钢热交换器有效的解决了目前市场上不锈钢热交换器的换热效率较低的问题。
此外，本发明的换热设备，因为其采用的是上述的热交换器，所以本发明的换热设备具有较好的换热效率，有效的解决了目前市场上不锈钢热交换器的换热效率较低的问题。
附图说明
图1是本发明实施例1提供的一种不锈钢热交换器的装配结构示意图；
图2是本发明实施例1提供的一种不锈钢热交换器的部分爆炸结构示意图；
图3是图2中A-A截面的结构示意图；图中箭头代表烟气方向；
图4是本发明实施例1提供的一种不锈钢热交换器的换热组件的结构示意图；
图5是图4的主视结构示意图；图中横向箭头代表水流方向，竖向箭头代表烟气方向；
图6是图5中B处的放大示意图；
图7是本发明实施例1提供的一种不锈钢热交换器的换热片的结构示意图；
图8是烟气在换热片之间的流动路径示意图；图中箭头代表烟气流动方向；
图9是本发明实施例1提供的一种不锈钢热交换器的壳体的爆炸结构示意图；
图10是本发明实施例1提供的一种不锈钢热交换器的一个接水盒的结构示意图，图中箭头代表水流方向；
图11是本发明实施例1提供的一种不锈钢热交换器的另一个接水盒的结构示意图，图中箭头代表水流方向；
图12是图10的爆炸结构示意图；
图13是图11的爆炸结构示意图；
图14是在下层换热管组两端装配接水盒后的结构示意图，图中箭头代表水流方向；
图15是在上层换热管组两端装配接水盒后的结构示意图，图中箭头代表水流方向；
图16的(a)为图12中的挡板的主视示意图；(b)为与此挡板相配合的裙边凸筋的结构示意图；
图17的(a)图13中的挡板的主视示意图；(b)为与此挡板相配合的裙边凸筋的结构示意图；
图中：1、壳体；2、换热组件；3、接水盒；4、阶梯形风道；11、梯形热腔体；12、前侧板；13、后侧板；14、左侧板；15、右侧板；16、限位；17、导热管槽；18、导热管；21、上层换热管组；22、下层换热管组；23、换热片；231、插孔；232、凸起；31、第一腔室；32、第二腔室；33、第三腔室；34、进水口；35、出水口；36、接水板；37、挡板；361、第一凹槽；362、第二凹槽；363、第三凹槽。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
本实施例提供一种不锈钢热交换器，如图1-图3所示，包括至少一组换热组件2和两个接水盒3，两个接水盒3分别装设在换热组件2的两端以形成连通的水路，换热组件2装设在梯形换热腔体11内，且换热组件2与换热腔体11之间形成阶梯形风道4供烟气流动。
本实施例中换热组件2和接水盒3均采用整体钎焊的加工方法连接。
因为本实施例的换热组件2装设在梯形换热腔体11内，所以在使用过程中，能够使火焰燃烧逐渐向中间靠拢，进而保证热量的聚集，降低换热腔表面的受热程度，提高换热效率；
还因为换热组件2与换热腔体11之间形成阶梯形风道4供烟气流动，相较于直线型的风道而言，本实施例的阶梯形风道4一方面能够将热量尽量的向中间聚集，另一方面能够增加烟气在梯形换热腔11内的流动路程，进而增加烟气的停留时间，进而提高换热效率。即本实施例的不锈钢热交换器有效的解决了目前市场上不锈钢热交换器的换热效率较低的问题。
在具体使用过程中，换热组件2的数量根据实际情况确定，可以是两组，三组，四组等；另外，每组换热组件2可以上下排列，也可以是左右排列。
作为一个实施例，如图4-图7所示，换热组件2包括上层换热管组21、下层换热管组22和多个换热片23；每个换热片23为梯形结构，换热片23上平行开设有两排插孔231，插孔231内插设有换热管以构成上层换热管组21和下层换热管组22，多个换热片23平行排列构成上层换热管组21和下层换热管组22的翅片，且上层换热管组21中换热管的数量少于下层换热管组件22中换热管的数量。
优选的，通过胀管工艺实现换热片23与换热管的配合，确保换热片23与换热管配合牢固。
因为换热片23为梯形结构，还因为其上开设有两排用于插设换热管的插孔231，所以一个换热片23上集中有上层换热管组21和下层换热管组22，这样就增加了烟气与换热片的有效换热面积，及换热时长，从而实现效率的提升，保证整机能效输出。
此外，将换热片23设计成梯形结构也是要与梯形换热腔11相配合，且梯形结构的换热片23还能够与梯形换热腔腔体11之间形成阶梯形风道4，以增加烟气在换热片23内流动的时间，进一步提高换热效率保证整机能效输出。
需要说明的是，如图8所示的烟气在换热片23之间的流动路径，烟气在上升的过程中，温度会发生逐渐降低，所以换热片23分为两个区域，一个是下方的高温区，另一个是上方的低温区，此外，为了保证高温烟气能够充分的达到换热效果，优选的处于高温区的插孔231为椭圆形结构，即构成下层换热管组22的换热管的横截面为椭圆形结构；高温区的插孔231优选为12个。
为了使下方高温区换热后的烟气温度保持在露点温度以上同时保证换热效率，优选的处于低温区的插孔231为椭圆形结构，即构成上层换热管组21的换热管的横截面为椭圆形结构；低温区的插孔231优选为10个。
另外，本实施例中将插孔231设计成椭圆结构，也能够增加水路流道的换热面积，进而提高换热效率。
作为一个实施例，如图6和图7所示，换热片23上还设置有两排凸起232，凸起232位于同排相邻的两个插孔231之间上方位置用于增加烟气阶梯形风道4内的流动时间，烟气在阶梯形风道4内的流通路线如图8所示，这样通过增加烟气在阶梯形风道4内的流动路程，增加流动时间，进而提高换热效率。
优选的，凸起232的横截面为圆形，这是进一步的提高烟气与换热片23的接触面积，提高换热效率。
作为一个实施例，如图6所示，上排的凸起232凸出的高度小于下排的凸起232凸出的高度，这是为了保证烟气流经高温区时长比低温区时长相对较长。
作为一个实施例，如图9所示，不锈钢热交换器还包括壳体1，壳体1包括前侧板12、后侧板13、左侧板14和右侧板15；前侧板12、后侧板13、左侧板14和右侧板15首尾连接形成换热腔体11；左侧板14和右侧板15均为梯形结构，且左侧板14和右侧板15上均开设有限定换热组件2的限位孔16。
因为本实施例的左侧板14和右侧板15均为梯形结构，且前侧板12、后侧板13、左侧板14和右侧板15首尾连接形成梯形换热腔体11，优选为将前侧板12、后侧板13、左侧板14和右侧板15采用整体钎焊的加工方式连接以形成梯形换热腔体11，这样能够使火焰燃烧时逐渐向装设在梯形换热腔体11内的换热组件2的中间靠拢，保证热量的聚集，降低前侧板12、后侧板13、左侧板14和右侧板15表面的受热程度。
在本实施例中，限位孔16为椭圆形结构，且有两排。上层换热管组21的两端穿过上排的限位孔16与接水盒3连通形成连通的水路；下层换热管组22的两端穿过下排的限位孔16与接水盒3连通形成连通的水路。
作为一个实施例，前侧板12和后侧板13上均限定出导热管槽17，导热管槽17内限位装设有导热管18，导热管18的两端分别与接水盒3连通形成连通的水路。当水流经过导热管18时可吸收壳体1表面的热量，从而起到控制壳体1表面温升的作用，从而避免壳体1表面过热的问题出现。
优选的，导热管槽17与梯形换热腔体11连通，能够有效的降低壳体1表面的温度。
作为一个实施例，如图10和图11所示，图中箭头所示为水流在接水盒3内的流动方向。接水盒3具有第一腔室31、第二腔室32、第三腔室33、进水口34和出水口35，进水口34与第一腔室31连通，出水口35与第二腔室32连通，下层换热管组22的两端与第一腔室31连通形成第一水流通道(图中未示出)，上层换热管组21的两端与第二腔室32连通形成第二水流通道(图中未示出)，第一水流通道通过第三腔室33与第二水流通道连通。
需要说明的是，第一水流通道与第二水流通道通过第三腔室33连通，也就是第一水流通道和第二水流通道分别与第三腔室33连通。第一水流通道与第三腔室33的连通实际为下层换热管组22的部分管道的端口与第三腔室33连通；第二水流通道与第三腔室33的连通实际为上层换热管组21的部分管道的端口与第三腔室33连通。
优选的，第一水流通道和第二水流通道并列设置形成上下两层换热结构，通常第一水流通道与第二水流通道是相临近设计，相互临近的第一水流通道和第二水流通道之间在热量散发时，第一水流通道能够吸收更多的第二水流通道散发的热量，第二水流通道能够吸收更多第一水流通道散发的热量，从而使换热效率更高。
这样就将接水盒3内的各水流分隔开，形成独立的水流通道，各水流通道互不影响，从而有效的避免了不同水流通道间串水的问题。
此外，优选的第一水流通道和第二水流通道中的每一水流通道均采用双换热管并行流通。
作为一个实施例，如图14和图15所示，第一水流通道和第二水流通道均为S形。此处。第一通道和第二通道内部换热流道为S形。
此处的S形仅仅指示本实施例所提供的换热流道具有类似S形一样的流道回转方向，并不限制换热流道回转拐点的个数。将第一水流通道和第二水流通道设置为S形可以减小第一水流通道和第二水流通道所占用的空间。
如图14所示，第一水流通道具有5个回转拐点，水流在回转拐点处改变方向，图中箭头的方向表示水在下层换热管组22内的流动方向。第一水流通道所具有的回转拐点实际是由第一腔室31构成，经进水口34流入的水流在下层换热管组22内流动，在第一个回转拐点改变流向后继续流向第二个回转拐点，第二个回转拐点再次改变流向，第三个回转拐点类似。容易理解，如有多个回转拐点，水流方向改变与此类似。在经历最后一个回转拐点后水流进入第三腔室33，在第三腔室33内水流改变流向进入第二水流通道，最后从第二水流通道的出口处流出，第二水流通道设置方式与第一通道类似，此处不再赘述。
可以理解的是，进水口34和出水口35可以分别开设在两个接水盒3上；也可以同时开设在同一个接水盒3上。
作为一个实施例，如图12和图13所示，接水盒3包括接水板36和挡板37；接水板36上限定出第一凹槽361、第二凹槽362和第三凹槽363，接水板36与挡板37连接后，第一凹槽361与挡板37形成第一腔室31，所述第二凹槽362与所述挡板37形成所述第二腔室32，第三凹槽363与挡板137形成所述第三腔室33，进水口34与第一凹槽361连通，出水口35与第二凹槽362连通。
进水口34与第一凹槽361连通，即进水口34与第一腔室31连通，进而实现以第一水流通道连通；出水口35与第二凹槽362连通，即出水口35与第二腔室32连通，进而实现与第二水流通道连通。
挡板37上均开设有若干管路通道，且各管路通道上均设置有与上层换热管组21和下层换热管组22的换热管相配合的裙边凸筋(如图16和图17所示)，裙边凸筋能够有效的保证上层换热管组21和下层换热管组22与挡板37的配合面积，从而保证两者间焊接的牢固性。
工作过程：
如图14和图15所示，将自来水水流从进水口34输送到下层换热管组22内形成第一水流通道，水流顺着下层换热管组22的部分换热管流向另一端的接水盒3的第一腔室31内(第一个回转拐点)改变流向后继续通过下层换热管组22的部分换热管流向第二个回转拐点，第二个回转拐点再次改变流向，第三个回转拐点类似。容易理解，如有多个回转拐点，水流方向改变与此类似。
在经历最后一个回转拐点后水流进入第三腔室33，在第三腔室33内水流改变流向进入上层换热管组21的部分换热管内，随后进入第二腔室32形成第二水流通道，水流在第二腔室32内实现回转，即第二腔室32也为回转拐点，实现对水流方向的改变，最后水流从出水口35处流出；
因为换热组件2内部有烟气流动，能够实现对换热管内冷水的加热，即实现将冷水换热的目的，确保从出水口35流出的水为热水。
烟气在换热组件2内流动的过程中，因为梯形换热腔体11、梯形结构的换热片23、阶梯形风道4以及凸起232的设计，都能够增加烟气在换热组件2内的换热时长，进而提高换热效率，保证整机能效输出。
实施例2
本实施例提一种换热设备，包括换热设备本体和实施例1的不锈钢热交换器；不锈钢热交换器设置于换热设备本体内。
因为实施例1的不锈钢热交换器能够提高换热效率，且不串水，所以采用其的换热设备也具有较好的换热效率，解决了串水的问题。
在本实施例中，换热设备可以为燃气热水器，也可以是壁挂炉。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种不锈钢热交换器，其特征在于，包括至少一组换热组件(2)和两个接水盒(3)，两个所述接水盒(3)分别装设在所述换热组件(2)的两端以形成连通的水路，所述换热组件(2)装设在梯形换热腔体(11)内，且所述换热组件(2)与所述换梯形热腔体(11)之间形成阶梯形风道(4)供烟气流动。
2.如权利要求1所述的不锈钢热交换器，其特征在于，所述换热组件(2)包括上层换热管组(21)、下层换热管组(22)和多个换热片(23)；每个所述换热片(23)均为梯形结构，所述换热片(23)上平行开设有两排插孔(231)，所述插孔(231)内插设有换热管以构成所述上层换热管组(21)和所述下层换热管组(22)，多个所述换热片(23)平行排列构成所述上层换热管组(21)和下层换热管组(22)的翅片，且所述上层换热管组(21)中换热管的数量少于所述下层换热管组(22)中换热管的数量。
3.如权利要求2所述的不锈钢热交换器，其特征在于，所述换热片(23)上还设置有两排凸起(232)，所述凸起(232)位于同排相邻的两个所述插孔(231)之间上方的位置用于增加所述烟气在所述阶梯形风道(4)内的流动时间。
4.如权利要求3所述的不锈钢热交换器，其特征在于，上排的所述凸起(232)凸出的高度小于下排的所述凸起(232)凸出的高度。
5.如权利要求1所述的不锈钢热交换器，其特征在于，所述不锈钢热交换器还包括壳体(1)，所述壳体(1)包括前侧板(12)、后侧板(13)、左侧板(14)和右侧板(15)；所述前侧板(12)、后侧板(13)、左侧板(14)和右侧板(15)首尾连接形成梯形换热腔体(11)；所述左侧板(14)和所述右侧板(15)均为梯形结构，且所述左侧板(14)和所述右侧板(15)上均开设有限定所述换热组件(2)的限位孔(16)。
6.如权利要求5所述的不锈钢热交换器，其特征在于，所述前侧板(12)和所述后侧板(13)上均限定出导热管槽(17)，所述导热管槽(17)内限位装设有导热管(18)，所述导热管(18)的两端分别与所述接水盒(3)连通形成连通的水路。
7.如权利要求2所述的不锈钢热交换器，其特征在于，所述接水盒(3)具有第一腔室(31)、第二腔室(32)、第三腔室(33)、进水口(34)和出水口(35)，所述进水口(34)与所述第一腔室(31)连通，所述出水口(35)与所述第二腔室(32)连通，所述下层换热管组(22)的两端与所述第一腔室(31)连通形成第一水流通道，所述上层换热管组(21)的两端与所述第二腔室(32)连通形成第二水流通道，所述第一水流通道通过所述第三腔室(33)与所述第二水流通道连通。
8.如权利要求7所述的不锈钢热交换器，其特征在于，所述第一水流通道和所述第二水流通道均为S形。
9.如权利要求7所述的不锈钢热交换器，其特征在于，所述接水盒(3)包括接水板(36)和挡板(37)；所述接水板(36)上限定出第一凹槽(361)、第二凹槽(362)和第三凹槽(363)，所述接水板(36)与所述挡板(37)连接后，所述第一凹槽(361)与所述挡板(37)形成所述第一腔室(31)，所述第二凹槽(362)与所述挡板(37)形成所述第二腔室(32)，所述第三凹槽(363)与所述挡板(37)形成所述第三腔室(33)，所述进水口(34)与所述第一凹槽(361)连通，所述出水口(35)与所述第二凹槽(362)连通。
10.一种换热设备，其特征在于，包括换热设备本体和权利要求1-9任一项所述的不锈钢热交换器。
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| CN202010167915.7A CN111336842A (zh) | 2020-03-11 | 2020-03-11 | 一种不锈钢热交换器及应用其的换热设备 |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113532148A (zh) * | 2021-07-29 | 2021-10-22 | 山东烯泰天工节能科技有限公司 | 不锈钢小管径热交换设备 |
| CN114393969A (zh) * | 2021-12-14 | 2022-04-26 | 浙江银轮新能源热管理系统有限公司 | 一种热交换设备及机动车空调系统 |
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2020
- 2020-03-11 CN CN202010167915.7A patent/CN111336842A/zh active Pending
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