CN201149462Y - 冷凝式燃气热交换器的热交换器结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种热交换器，具体地说是一种冷凝式燃气热交换器的热交换器结构。按照本实用新型提供的技术方案，换热腔体由左侧边板、右侧边板、前端板与后端板形成，其特征是：在换热腔体底部的前端板与后端板上架设若干换热管，该换热管形成若干层堆积，位于底层的换热管嵌入左侧边板与右侧边板的下段相夹形成的槽体内，换热管内设有通道，并且换热管之间利用水流通道首尾相接，至少有1根换热管内的水流通道在沿着换热管的轴向上呈螺旋状。本实用新型有利于热交换时水流的扰动，提高水流与换热管的接触面积，增大换热管的传热面积。

Description

冷凝式燃气热交换器的热交换器结构

技术领域

本实用新型涉及一种热交换器，具体地说是一种冷凝式燃气热交换器的热交换器结构。

背景技术

在目前国内现有的热交换器中，主要有以下四种典型的燃气热交换器。

一、烟道式燃气热交换器

烟道式热交换器是直排式热交换器的改进，在原来直排式结构上部增加一个防倒风排气罩与排烟系统。其工作原理是：冷水进入热水器的冷水入口，经过滤器和水一气联动装置总成后进入热交换器，加热后的热水从热水出口输出。燃气进入热交换器的燃气入口，流经过滤器、燃气稳压器、电磁阀、气量调节阀、水-气联动装置总成中的燃气阀、集气管、燃气喷嘴进入燃烧器。在燃烧器中燃气-空气的混合物在火孔处被点燃形成稳定的本生火焰，在燃烧室内完全燃烧。高温烟气流经换热器换热后，进入防倒风排气罩与冷空气混合后从排烟口排向大气中。

烟道式热交换器的主要特点是燃烧烟气经烟道排向室外，在一定程度上解决了室内空气污染问题，与直排式热交换器的直接排烟相比较，这是燃气热交换器在安全技术上的进步。但由于此类热交换器所需的燃烧空气仍取自室内，燃烧强度低，热交换器体积大，还有安装和用户使用方面的问题导致热交换器仍然存在不少安全隐患。因此从保证用户安全和环保角度讲，烟道式热交换器今后会逐步退出市场。

二、强制排气式燃气热交换器

燃气热交换器出现安全事故的主要原因是室内的空气污染，要避免烟气中CO的中毒事故，根本措施是把烟气排到室外，保持室内空气的清洁卫生。强制排气式热交换器采用强制排风或者强制鼓风的方式将燃烧烟气排出室外。烟道式热交换器用自然排烟的方式把烟气排到室外，从使用安全上比较，它好于直排式热交换器。但是烟道式热交换器对烟道安装条件要求很高，一般城市的公寓式住宅难于满足。而强制式热交换器的安全性能更为完善，安装相对简便。强排式热交换器有两种典型结构：排风式与鼓风式。

1、排风式强排热交换器

排风式强排热交换器是把烟道式热交换器的防倒风排气罩更换为排风装置包括集烟罩、电机、排风机、风压开关等，同时适当改造原控制电路即可完成。其工作原理是：冷水进入冷水入口，流经过滤器、水·气联动阀、进入燃气喷嘴。燃烧空气靠排风机从室内吸入，燃气在燃烧室内燃尽，高温烟气被换热器冷却后进入排风机被强制排向室外。

2、鼓风式强排热交换器

鼓风式强排热交换器的结构与排风式强排热交换器有很大不同。热交换器进水经过滤器、水流开关、进入水箱换热器、水经加热后成为热水输出。燃气进入热交换器，经过滤器、双电磁阀、燃气调节阀后进入燃气喷嘴。燃烧空气被鼓风机直接从室内吸入，经鼓风机加压进入密封燃烧室，燃气在燃烧室内燃尽，高温烟气经换热器冷却后从排烟口被强制排向室外。

鼓风式强排热交换器的主要特点：烟气被强制全部排向室外，避免了室内空气的污染，保证了用户的安全；采用微正压密闭燃烧室，鼓风工燃烧方式，强化燃烧和强化传热，使燃烧室厚度比同容量的烟道式热水器减小约50％，实现了大容量热水器的小型化；使用水流开关电气控制方式取代了压差盘式水——气联动装置机械式，控制系统的完善使热交换器结构更为简化，体积缩小。

三、强制给排气式燃气热交换器

鼓风式强排热交换器在安全性能上比排风式强排热交换器有了很大提高。但还是有一些弱点，一是燃烧所需的空气仍然取于室内，二是热交换器的风量不能随热负荷的变化调节，使低负荷下的风量偏大，热效率偏低，设计的最低负荷也明显偏高。强制给排气燃气热交换器也称强排平衡式热水器克服了上述弱点，是一种安全性好、功能完善、使用方便的高性能热交换器。这种鼓风式强排热交换器在发达国家得到普遍认可、效果满意。

强制给排气热交换器其供水与加热系统与鼓风式强排热交换器相同，但排烟燃烧系统有明显差异。由自来水管引入的冷水流经过滤器，水流感应阀进入水箱换热器，经换热器加热后成为热水。燃气进入强制给排气热交换器后经双电磁阀，流量调节阀后进入燃烧器。燃烧所需空气由鼓风机强制从室外吸入。燃气-空气混合物在燃烧器火孔处被点燃，形成稳定的火焰。高温烟气经换热器冷却后从排烟管被制排向室外。与鼓风式强排热交换器比较，其结构上的显著特点有两个：一是密闭的燃烧系统，二是使用套筒式给排气管。强制给排气热交换器的外壳是密闭的，燃烧所需空气从室外的吸风口进入，经吸风管进入密闭的强制给排气热交换器的壳体内，再由鼓风机送入密闭的燃烧室，烟气经排烟管强制排向室外。

由于强制给排气热交换器的壳体是密闭的，燃烧系统包括供风、燃烧、换热、排烟实现了强制给排气热交换器运行与室内空气完全隔离，强制给排气热交换器烟气中的有害气体不会污染室内空气。保证了强制给排气热交换器运行的安全可靠。

但是以上三种热交换器都存在很大的弊病，如：热水温度不稳定。热水器不点火，强制排气式燃气热交换器燃烧室内冷凝水严重，水系统漏水严重，烟道式热水器倒风时，无法使用。

发明内容

本实用新型的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种有利于热交换时水流的扰动、提高水流与换热管的接触面积、增大换热管传热面积的冷凝式燃气热交换器的热交换器结构。

按照本实用新型提供的技术方案，换热腔体由左侧边板、右侧边板、前端板与后端板形成，其特征是：在换热腔体底部的前端板与后端板上架设若干换热管，该换热管形成若干层堆积，位于底层的换热管嵌入左侧边板与右侧边板的下段相夹形成的槽体内，换热管内设有通道，并且换热管之间利用水流通道首尾相接，至少有1根换热管内的水流通道在沿着换热管的轴向上呈螺旋状。

换热管内的水流通道的横断面呈花瓣状。换热管的外表面设置若干沿换热管周向凸起的环状翅片。一根换热管内的水流通道与另一根换热管内的水流通道通过设置在前端板、后端板上的连通器首尾相接。换热管的两端设有凸起状的连接部。

换热管中部设有贯通直孔，贯通直孔外侧的管壁上设有若干在管体轴向方向上呈螺旋状的螺旋通孔，螺旋通孔亦穿透管体首尾两端面并呈包围状设置在贯通直孔外侧管壁上，由贯通直孔与螺旋通孔组合形成水流通道。

贯通直孔为圆柱状通孔，其孔径大于螺旋通孔的孔径，且贯通直孔的中心与管体的轴线重合。贯通直孔外侧的管壁上均匀设置形状、大小一致的螺旋通孔，螺旋通孔的间距一致。所述左侧边板与右侧边板形成在横断面上的“Y”形，即左侧边板与右侧边板的下段向内侧收缩，形成槽体，左侧边板与右侧边板的上段形成外展状腔体，外展状腔体的横断面大于槽体的横断面，槽体与外展状腔体构成换热腔体。位于同一层的换热管利用其通道首尾相接，使水流先流经同一层换热管内的水流通道后向下一层的换热管流动。

本实用新型有着更好的热转换率和安全性能，将气体燃烧产生的热量传递给通过换热管的水流，换热管内部结构采用了带螺旋的水流通道，螺距比较大，有利于水的流动，并极大的提高了水流与换热管的接触面积，提高了热量的转换效率。外部设计成环状翅片结构，增大了换热管传热面积，换热管的表面进行等离子体涂层技术处理，长时间避免水垢的积聚，而且呈堆积状设置的换热管，可以减小冷凝式燃气热交换器的整体外形尺寸。

附图说明

图1是本实用新型的整体结构示意图。

图2是去除前端板后本实用新型的整体结构示意图。

图3是本实用新型中位于表层的另一种换热管结构示意图。

具体实施方式

如图所示：换热腔体由左侧边板3、右侧边板4、前端板1与后端板2形成，在换热腔体底部的前端板1与后端板2上架设若干换热管5，该换热管5形成若干层堆积，位于底层的换热管5嵌入左侧边板3与右侧边板4的下段相夹形成的槽体内，换热管5内设有通道6，相邻的换热管5内的水流通道6首尾相接，使水流先流经同一层换热管5内的水流通道6后向下一层的换热管5流动，在流通时可以在不同层中流动，至少有1根换热管5内的水流通道6在沿着换热管5的轴向上呈螺旋状。

换热管5的外表面设置若干沿换热管5周向凸起的环状翅片7。1根换热管5内的水流通道6与另一根换热管5内的水流通道6通过设置在前端板1、后端板2上的连通器8首尾相接。换热管5的两端设有凸起状的连接部9。

换热管5内的水流通道6的横断面呈花瓣状。或者，换热管5中部设有贯通直孔10，贯通直孔10外侧的管壁上设有若干在管体轴向方向上呈螺旋状的螺旋通孔11，螺旋通孔11亦穿透管体首尾两端面并呈包围状设置在贯通直孔10外侧管壁上，由贯通直孔10与螺旋通孔11组合形成水流通道6。

贯通直孔10为圆柱状通孔，其孔径大于螺旋通孔11的孔径，且贯通直孔10的中心与管体的轴线重合。贯通直孔10外侧的管壁上均匀设置形状、大小一致的螺旋通孔11，螺旋通孔11的间距一致。

所述左侧边板3与右侧边板4形成在横断面上的“Y”形，即左侧边板3与右侧边板4的下段向内侧收缩，形成槽体，左侧边板3与右侧边板4的上段形成外展状腔体，外展状腔体的横断面大于槽体的横断面，槽体与外展状腔体构成换热腔体。

本实用新型的冷凝式燃气热交换器的热交换器结构，在外形及内部结构上有很多不同于同类热交换器之处。首先在外形上采用了创新的Y型结构，使得产品有着更好的热转换率和安全性能。在内部结构中，还可增加减震消音机构及冷凝水收集装置，提高了产品的实用性。内部安装的数个换热管，靠近喷火口燃烧室的几根管壁较厚，提高了换热管的使用寿命，并且水循环路径较同类产品长，减少热量损失的同时提高了热转换率。在换热管中间还可装一分配器，有利于热量更好的传递转换。燃烧室开口朝上，使用过程中火源的喷火口向下，火焰方向从上而下，这也有别于同类热交换器，有助于能量的转换，提高了产品的经济性和实用性。产品的安装过程中，冷凝水收集装置与前端板1、后端板2之间使用了异型多重密封圈，左侧边板3与右侧边板4、换热管5与前端板1、后端板2安装时均装有密封圈，涂有硅脂及密封胶，并用装配机压紧，用几根螺栓紧固，安装过程无焊接，拆装方便。整个零件的内部结构新颖、简洁、实用，便于维修更换，并能很好的满足产品气密性，水密性，热转换率等方面的要求。

本实用新型的工作原理是：工作时，通过内部的换热管5进行热量交换，将气体燃烧产生的热量传递给通过换热管5的水流，换热管5内部结构采用了全新的螺旋内孔，螺距比较大，有利于水的流动，并极大的提高了水流与换热管5的接触面积，提高了热量的转换效率。外部设计成环状翅片7的结构，增大了换热管5传热面积，换热管5的表面进行等离子体涂层技术处理，长时间避免水垢的积聚。

本实用新型的装配过程如下：

检查各零件，检查前端板1与后端板2是否有杂物损伤，前端板1与后端板2的孔装入O型圈，并均匀涂硅脂，左侧边板3、右侧边板4的孔内均匀涂硅脂，塞子装上O型圈并装入大小型材板孔内，前端板1与后端板2槽内均匀上胶，不得遗漏，将位于表层的换热管5及其下层的换热管5两端上密封胶，有黄色标记的数支，另一种规格的数支，将换热管5装入前端板1与后端板2的孔内，注意换热管5的位置，将左侧边板3、右侧边板4装入后端板2相应槽中，用螺母螺栓将换热管5、左侧边板3、右侧边板4和右侧板2联接，然后把前端板1对准相应位置盖上，启动装配机压紧前端板1与后端板2，位置要准确并保证错边量为±0.5，装上垫片，用螺母螺栓将前端板1与后端板2，换热管5及左侧边板3、右侧边板4拧紧，拧紧螺栓时要注意对角拧，去除多余的密封胶，用专用检具检查燃烧口及冷凝器口，转入气压测漏，即可安装完毕。

本实用新型的冷凝式燃气热交换器与普通型燃气热交换器结构上的主要区别在于换热器的不同。为充分吸收高温烟气的热量，同时便于收集凝结水，冷凝式燃气热交换器一般采用二次换热方式。根据整机的结构特点，可在其上方设置冷凝换热器，下方安装显热换热器，两者之间安置冷凝水收集器。高温烟气由下至上依次进入显热换热器和冷凝换热器，换热器吸收显热和潜热后烟气温度降至常温，由上部烟道排出。为安全可靠的排出低温烟气，冷凝式燃气热交换器采用强制排烟方式排除烟气。普通型热交换器未考虑烟气潜热的利用问题，排烟温度必须高于烟气的弱点，以避免烟气中水蒸汽的凝结，因此普通型燃气热交换器无法利用水蒸汽的潜热。相反，冷凝式燃气放大器希望烟气中的水蒸汽尽量多凝结，以得到更多的凝结热。排烟温度越低，烟气的凝水量就越多，被加热水吸收的潜热量和显热量就越大，节能效果就越好。冷凝式燃气热交换器之所以能够省气节能，完全是因为利用了普通型热交换器作为排烟损失掉的热量，把排烟热损失变成了有用热，这部分热量被有效利用的程度决定了冷凝式热交换器的节能效果。冷凝式燃气热交换器可比普通燃气热交换器节能10％以上。

冷凝式燃气热交换器是一种高效节能的燃气热交换器具，目前国内尚无此类产品面市，其原因主要是受制造成本和市场推广等因素制约。随着燃气热交换器生产技术的不断进步、生产规模的扩大、生产成本的下降和人民生活水平的提高，这种节能效果显著的新型产品必将进入燃气热交换器的消费市场。

Claims (10)

1、一种冷凝式燃气热交换器的热交换器结构，包括由左侧边板(3)、右侧边板(4)、前端板(1)与后端板(2)形成的换热腔体，其特征是：在换热腔体底部的前端板(1)与后端板(2)上架设若干换热管(5)，该换热管(5)形成若干层堆积，位于底层的换热管(5)嵌入左侧边板(3)与右侧边板(4)的下段形成的槽体内，换热管(5)内设有通道(6)，并且换热管(5)之间利用水流通道(6)首尾相接，至少有1根换热管(5)内的水流通道(6)在沿着换热管(5)的轴向上呈螺旋状。

2、如权利要求1所述的冷凝式燃气热交换器的热交换器结构，其特征是：换热管(5)内的水流通道(6)的横断面呈花瓣状。

3、如权利要求1或2所述的冷凝式燃气热交换器的热交换器结构，其特征是：换热管(5)的外表面设置若干沿换热管(5)周向凸起的环状翅片(7)。

4、如权利要求1所述的冷凝式燃气热交换器的热交换器结构，其特征是：1根换热管(5)内的水流通道(6)与另一根换热管(5)内的水流通道(6)通过设置在前端板(1)、后端板(2)上的连通器(8)首尾相接。

5、如权利要求1所述的冷凝式燃气热交换器的热交换器结构，其特征是：换热管(5)的两端设有凸起状的连接部(9)。

6、如权利要求1所述的冷凝式燃气热交换器的热交换器结构，其特征是：换热管(5)中部设有贯通直孔(10)，贯通直孔(10)外侧的管壁上设有若干在管体轴向方向上呈螺旋状的螺旋通孔(11)，螺旋通孔(11)亦穿透管体首尾两端面并呈包围状设置在贯通直孔(10)外侧管壁上，由贯通直孔(10)与螺旋通孔(11)组合形成水流通道(6)。

7、如权利要求6所述的冷凝式燃气热交换器的热交换器结构，其特征是：贯通直孔(10)为圆柱状通孔，其孔径大于螺旋通孔(11)的孔径，且贯通直孔(10)的中心与管体的轴线重合。

8、如权利要求6或7所述的冷凝式燃气热交换器的热交换器结构，其特征是：贯通直孔(10)外侧的管壁上均匀设置形状、大小一致的螺旋通孔(11)，螺旋通孔(11)的间距一致。

9、如权利要求1所述的冷凝式燃气热交换器的热交换器结构，其特征是：左侧边板(3)与右侧边板(4)的下段向内侧收缩，形成槽体，左侧边板(3)与右侧边板(4)的上段形成外展状腔体，外展状腔体的横断面大于槽体的横断面，槽体与外展状腔体构成换热腔体。

10、如权利要求1所述的冷凝式燃气热交换器的热交换器结构，其特征是：位于同一层的换热管(5)利用其通道(6)首尾相接，使水流先流经同一层换热管(5)内的水流通道(6)后向下一层的换热管(5)流动。

Images