CN209877376U - 一种模块化烟道式挤压铝冷凝换热器结构 - Google Patents
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Abstract
一种模块化烟道式挤压铝冷凝换热器结构，包括多个挤压铝换热单元件，上端等压烟道，密封盖板，外壳，承露盘，软连接管和集箱；挤压铝换热单元件采用高效成熟的挤压铝工艺，优良的结构设计使其兼具稳定的连接、定位和密封结构和卓越的换热性能；采用轴对称梳齿状内翅结构与表面波纹优化温度场分布并扩大有效换热面积；独到的挤压铝型材阳极氧化工艺有效防止冷凝液的腐蚀；根据换热功率及场地要求可配置各种大小的换热器，灵活多样；采用双进双出冷工质流动方式使之全程均匀上升流动且有效防止流动短路及流动死区情况发生；采用全螺栓连接，密封可靠同时方便拆卸维护；模块化烟道式挤压铝换热器仅需一套低价的挤压模具和加工设备即可制作，性能优越的同时价格优势得天独厚。
Description
技术领域
本实用新型属于烟气余热深度利用、提高能量利用效率、节能环保的冷凝换热器领域，具体涉及一种模块化烟道式挤压铝冷凝换热器结构。
背景技术
近年来，全球能源问题日益突显，化石能源的不可再生性决定了节能环保是人类面临的重大课题，高效节能环保己成为全球能源利用的发展方向。我国是能源生产和消费的大国，节能减排、提高能源利用效率是我们面临的重要任务，同时我国环境治理还需严控，雾霾问题的持续、频发，北方供暖季间雾霾现象更为严重。为治理雾霾，供暖行业提出了《北方地区冬季清洁取暖规划2017-2021》，其中2019年清洁取暖率50％代替散烧煤0.74亿吨，新增气131亿m3；2021年清洁取暖率70％代替散烧煤1.5亿吨，新增气278亿m3；2021年供暖天然气需求达641亿m3以上等诸多要求。为达到规划要求，采用燃烧天然气的商用燃气采暖炉作为分布式供热方式必不可少，商用燃气采暖炉是将天然气的化学能转变成热能实现采暖的供应终端，是分布式供热的最好选择。目前市场上推出的新兴铸铝硅镁模块化商用燃气采暖炉虽然效率较高，结构紧凑但模具、材料价格昂贵，国内生产能力极其有限同时核心技术受国外掌控；铸铁、焊接不锈钢商用燃气采暖炉效率较低，体积较大且笨重，且不锈钢商用燃气采暖炉采用焊接工艺之后在冷凝水活性离子和焊接残余应力的双重作用会发生应力腐蚀开裂(SCC)；全铜材质商用燃气采暖炉虽导热性能优良但价格高昂且强度低，全铜管表面的耐蚀涂层易剥落导致冷凝液腐蚀问题严重，我国铜资源匮乏各种因素决定了全铜材质商用燃气采暖炉并不适合大力发展；我国早期的传统钢制大容积天然气热水锅炉成本低廉但其排烟温度均很高，具一般调查显示，户用热水供暖两用热水器/炉的排烟温度在120℃以上，燃气供暖锅炉的排烟温度一般在150～250℃以上，工业锅炉的排烟温度在200～260℃以上(如油田注汽锅炉)，燃气蒸汽联合循环的电锅炉的排烟温度仍在180℃以上，同时天然气锅炉产生的烟气中水蒸气体积分数为15～20％，较高的排烟温度会导致显热与潜热的共同流失，造成极大地能源浪费和环境污染。
目前商用燃气采暖热水炉水道结构优化不足，存在着诸多问题，典型的一体式铸铝硅镁换热炉片通常具有下降水道结构，构成U型回路，如荷兰著名的铸铝硅镁冷凝换热器公司贝卡尔特的专利WO 2015/024712、WO 2016/055392A1等，该水道结构易出现过冷沸腾导致传热恶化并由于气泡挤压产生噪音甚至破坏换热器结构等不良现象，其次铸铝硅镁、铸铁材质商用燃气采暖炉都具有在非供暖期的干法保养时循环水难以排干的水道结构问题。
我国挤压铝工艺成熟，型材呈挤压截面一维方向上的延展，根据换热器的长度进行任意的裁剪，结构简单生产效率高，只需要成本低廉的挤压模具即可实现挤压铝换热单元件的生产，铝硅镁系挤压铝材料导热系数高，强度高，同时在进行阳极氧化处理工艺后耐酸蚀性能优越，是制造生产换热器的理想工艺。在新增天然气锅炉中可与锅炉主体进行耦合生产，同时也可以在在运锅炉尾部加装模块化烟道式挤压铝换热节能器降低排烟温度，提高锅炉效率，灵活布置、高效节能、成本低廉等卓效优势标示着挤压铝换热器蕴藏着极其巨大的市场需求与发展前景。
发明内容
为了解决上述传统大容积商用燃气采暖热水炉存高排烟温度，热效率低等问题并区别于其他各种商用燃气采暖热水炉，采用成熟高效的挤压铝工艺生产我国民族品牌，本实用新型提供一种模块化烟道式挤压铝冷凝换热器结构。
本实用新型通过以下技术方案予以实现：
一种模块化烟道式挤压铝冷凝换热器结构，包括外壳4，安装在外壳4内的多个挤压铝换热单元件1，安装在多个挤压铝换热单元件1和外壳4的上下端面处的密封盖板3，安装在上端面处的密封盖板3上方的上端等压烟道2，安装在下端面处的密封盖板3下方的承露盘5，安装在外壳4一对侧面上下的软连接管6和集箱7；
所述挤压铝换热单元件1其烟气侧包含翅片11，贯通连接前后壁面的筋板12，冷工质侧长壁面具有螺丝连接座13，挤压铝换热单元件1四周边角处还具有卡接肋14及位于其上的螺纹孔15；
所述外壳4内充满冷工质，其结构上包括通过软连接管6与集箱7连接的进出口冷工质接口41，位于冷工质接口41上方或下方防止软连接管6密封连接时发生碰撞难以上紧的断口43，设置在外壳4对侧面内与挤压铝换热单元件1的卡接肋14进行卡接固定的卡接槽42以及贯通至卡接槽42的沉头孔44；
所述软连接管6包括软质管62、套接在软质管62上与软质管62相互独立的能够单独旋动的连接头61和嵌入在软质管62顶端的密封圈63。
所述挤压铝换热单元件1整体外形呈长方形截面，外壁厚度为3～6mm，翅片11等间距的均匀分布在挤压铝换热单元件1烟气侧，翅片11厚度为1.5～3mm，贯通连接前后壁面的筋板12的厚度为2～4mm，挤压铝换热单元件1的冷工质侧长壁面上具有按规律排布的贯通挤压铝换热单元件1上下端面的螺丝连接座13，其截面呈与挤压铝换热单元件1的冷工质侧长壁面圆角过渡的类圆形，直径为4～12mm，挤压铝换热单元件1四角有方形截面的卡接肋14，卡接肋14厚3～6mm、长10～30mm，用以对接卡接槽42使挤压铝换热单元件1卡接并固定在外壳4中。
所述翅片11为轴对称梳齿状内翅片结构，同时在翅片11壁面上挤压成型波纹，波纹形式为锯齿形、矩形或正弦函数波形。
所述螺丝连接座13截面中心加工由直径为2～6mm的螺纹孔，将卡接肋14进行端部切削，切削高度为20～60mm，卡接肋14端面上需开具等间距均匀排列的螺纹孔15与贯通至卡接槽42的沉头孔44配合连接螺丝使挤压铝换热单元件1固定在外壳4中。
所述密封盖板3与烟气接触的端面上开有沉头孔，通过内六角螺丝连接紧固密封盖板3、挤压铝换热单元件1和位于二者之间的密封垫片以确保密封冷工质，内六角螺丝顶部与密封盖板3烟气侧端面齐平。
所述外壳4具有外侧凸台式的进出口冷工质接口41，外壳4为塑料材质时需将螺丝接头在外壳4注塑阶段镶嵌入进出口冷工质接口41中以加强连接结构强度并提高密封性能，外壳4为不锈钢材质时则直接对进出口冷工质接口41外壁开螺纹；外壳4内侧开有与卡接肋14尺寸适配的卡接槽42用以外壳4与挤压铝换热单元件1装配固定，进出口冷工质接口41侧上下端板开有断口43以及防止软连接管6密封连接过程中与外壳4发生挤压碰撞难以上紧的现象，沉头孔44位于卡接槽42的中心轴线上并贯通至接槽42内端面，与螺纹孔15一一对应，沉头孔44内需安放密封垫片再上紧螺丝加以固定挤压铝换热单元件1并密封冷工质。
所述软连接管6的连接头61采用具有两条平行段的类圆形或是正六边形的截面形状，软质管62长度根据换热主体与集箱7固定位置距离确定，密封圈63嵌入在软质管62的顶端与螺丝接头配合密封冷工质。
所述集箱7与外壳4一样，为塑料材质时需采用螺丝接头加强连接结构强度并提高密封性能，为不锈钢材质时则直接对与进出口冷工质接口41对应的接口外壁开螺纹，集箱7固定在固定架上其接口与进出口冷工质接口41平行对应或进水的集箱7偏下，出水的集箱7偏上放置，集箱7的总体形状为方形或圆柱形冷工质流道截面积，根据冷工质流速确定。
所述挤压铝换热单元件1截面尺寸限制于挤压机的性能，高度方向上一维的无限挤压延展，但长、宽方向的大小存在极限，根据场地需求定制相应的外壳4卡接入挤压铝换热单元件1做到宽度方向一维堆叠的组合形式或长度、宽度方向的两维并行组合。
所述挤压铝换热单元件1采用铝硅镁系铝合金材质，上端等压烟道2、密封盖板3、外壳4、承露盘5和集箱7采用不锈钢或耐温抗老化的塑料、玻璃钢材质，不锈钢为429、430、444系列铁素体不锈钢，304、316(L)、317(L)系列奥氏体不锈钢，2205、2507、2707系列双相不锈钢材质。
与现有技术相比较，本实用新型具有如下优点：
1、本实用新型采用成熟的挤压铝工艺，是挤压截面一维方向上的延展，根据换热器的长度进行任意的裁剪，结构简单生产效率高，只需要一套挤压模具即可实现挤压铝换热单元件的生产成本极低，铝硅镁系挤压铝材料导热系数高，强度高，是制造生产换热器的理想工艺。
2、本实用新型采用模块化烟道式挤压铝换热器，转配装配简单，密封性能可靠，采用双进双出的连接口方式使冷工质全程上升流动且流动均匀，有效防止流动短路及流动死区情况发生，堆叠组合与并行组合方式可满足各种换热器功率使用及场地需求。
3、本实用新型中模块化烟道式挤压铝换热器内采用全模块化螺栓连接，无焊接工艺，连接密封可靠并方便拆卸维护，满足各种换热容量需求，市场适应能力强。
附图说明
图1为本实用新型模块化烟道式挤压铝换热器总示意图。
图2为挤压铝换热单元件示意图，其中图2a为挤压铝换热单元件立体示意图，图2b为挤压铝换热单元件顶部放大示意图。
图3为密封盖板示意图，其中图3a为密封盖板立体示意图，图3b为密封盖板与挤压铝换热单元件装配放大示意图。
图4为外壳结构示意图。
图5为螺丝接头结构示意图。
图6为软连接管结构示意图。
图7为翅片壁面上挤压成型的波纹示意图，其中图7a为正弦函数波形，图7b为锯齿形，图7c为矩形。
图8为挤压铝换热单元件两种组合布置示意图，其中图8a为宽度方向一维堆叠组合示意图，图8b为长度、宽度方向两维并行组合示意图。
具体实施方式
为使本实用新型技术方案及制造工艺体现的更加明了，以下结合附图及实施案例对本实用新型做进一步地详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施案例仅用以解释本实用新型而不用于限定本实用新型。
首先通过计算、模拟及分析确定挤压铝换热单元件1的最佳截面尺寸，其中所述挤压铝换热单元件1整体外形呈长方形截面，翅片11等间距的均匀分布在挤压铝换热单元件1烟气侧，为轴对称梳齿状内翅片结构，可有效地优化挤压铝换热单元件1水平截面内烟气的温度梯度从而减少筋板12间中心惰性换热区以强化换热效果，实现烟气侧水平截面温度场的均匀最大化，同时在翅片11壁面上具有如图7b所示的锯齿形波纹，也可以具有如图7a和图7b所示的正弦函数波形和矩形波纹，有效增大翅片11有效换热面积且增强烟气扰动，进一步提高传热效果。筋板12贯通连接前后壁面以保证挤压铝换热单元件1的整体结构强度，挤压铝换热单元件1的冷工质侧长壁面上具有按规律排布的贯通挤压铝换热单元件1上下端面的螺丝连接座13，其截面呈与挤压铝换热单元件1的冷工质侧长壁面圆角过渡的类圆形，挤压铝换热单元件1四角上具有方形截面的肋卡接肋14，用以对接卡接槽42使挤压铝换热单元件1卡接并固定在外壳4中，确定挤压铝换热单元件1的截面具体形状尺寸后定做相应的挤压模具，选取6063铝硅镁合金作为挤压材料进行挤压成型，成型阶段需切除首段的过渡变形段，当挤压形成稳定的型材后按计算结果等高的截取，并进行保温时效处理，之后可选择性的进行表面喷砂处理，并完成抗冷凝液腐蚀的阳极氧化处理工艺，在螺丝连接座13截面中心加工螺纹孔，同时还需将卡接肋14进端部切削以保证冷工质流动的均匀性，防止流动短路及流动死区情况发生，卡接肋14端面上开具等间距均匀排列的贯通至卡接槽42的螺纹孔15，就此，如图2中图2a、图2b所示挤压铝换热单元件1制作完成。
所述外壳4需根据换热功率大小及场地限制具体制作，采用耐温抗老化的塑料材质，具有外侧凸台式的进出口冷工质接口41，将如图5所示的铜制螺丝接头在外壳4注塑阶段镶嵌入进出口冷工质接口41中以加强连接结构强度并提高密封性能，外壳4内侧切削加工出与卡接肋14尺寸适配的卡接槽42用以外壳4与挤压铝换热单元件1装配固定，进出口冷工质接口41侧上下端板开有断口43以及防止软连接管6密封连接过程中与外壳4发生挤压碰撞难以上紧的现象，卡接槽42的中心轴线钻有贯通至接槽42内端面的沉头孔44，与螺纹孔15一一对应，就此如图4所示外壳4制作完成。
将挤压铝换热单元件1通过卡接肋14与卡接槽42卡接入外壳4中，并按照如图8a所示的宽度方向一维堆叠形式进行组合，也可以按照如图8b所示的长度、宽度方向两维并行组合，沉头孔44内安放密封垫圈再上紧螺丝加以固定挤压铝换热单元件1密封冷工质的同时完全将挤压铝换热单元件1固定在外壳4中，至此换热主体装配完成。
密封盖板3采用316L不锈钢材质，如图3中图3a所示，采用整体冲压成型，密封盖板3与烟气接触的端面上开有沉头孔，密封盖板3整体截面为方形，边线与装配后的换热主体重合，在密封盖板3与换热主体间放置和密封盖板3截面形状一致的密封垫片并盖上密封盖板3，将密封垫圈置入沉头孔，如图3b所示，通过内六角螺丝连接紧固确保密封冷工质，装配完成后的内六角螺丝顶部与密封盖板3烟气侧端面齐平，有效防止高温烟气使内六角螺丝过热变形。
将316L材质的不锈钢上端等压烟道2和塑料材质的承露盘5通过螺栓连接与装上密封盖板3后水侧密封住的换热主体连接，构成烟气侧通路。
所述集箱7与外壳4一样，为耐温抗老化塑料材质，将铜制螺丝接头镶嵌入接口中加强连接结构强度并提高密封性能，将集箱7与上述换热主体固定在商品箱内固定架上，其接口与进出口冷工质接口41平齐，集箱7的总体形状可为方形。
如图6所示，所述软连接管6具有两条平行段的类圆形连接头61，其与软质管62相互独立，可单独旋转而不带动软质管62，在软质管62的顶端嵌入密封圈63与螺丝接头配合密封冷工质，将软连接管6两头分别旋入进出口冷工质接口41与集箱7接口上镶嵌的铜制螺丝接头中完成模块化烟道式挤压铝换热器的装配，如图1所示。
Claims (10)
1.一种模块化烟道式挤压铝冷凝换热器结构，其特征在于：包括外壳(4)，安装在外壳(4)内的多个挤压铝换热单元件(1)，安装在多个挤压铝换热单元件(1)和外壳(4)的上下端面处的密封盖板(3)，安装在上端面处的密封盖板(3)上方的上端等压烟道(2)，安装在下端面处的密封盖板(3)下方的承露盘(5)，安装在外壳(4)一对侧面上下的软连接管(6)和集箱(7)；
所述挤压铝换热单元件(1)其烟气侧包含翅片(11)，贯通连接前后壁面的筋板(12)，冷工质侧长壁面具有螺丝连接座(13)，挤压铝换热单元件(1)四周边角处还具有卡接肋(14)及位于其上的螺纹孔(15)；
所述外壳(4)内充满冷工质，其结构上包括通过软连接管(6)与集箱(7)连接的进出口冷工质接口(41)，位于冷工质接口(41)上方或下方防止软连接管(6)密封连接时发生碰撞难以上紧的断口(43)，设置在外壳(4)对侧面内与挤压铝换热单元件(1)的卡接肋(14)进行卡接固定的卡接槽(42)以及贯通至卡接槽(42)的沉头孔(44)；
所述软连接管(6)包括软质管(62)、套接在软质管(62)上与软质管(62)相互独立的能够单独旋动的连接头(61)和嵌入在软质管(62)顶端的密封圈(63)。
2.根据权利要求1所述的一种模块化烟道式挤压铝冷凝换热器结构，其特征在于：所述挤压铝换热单元件(1)整体外形呈长方形截面，外壁厚度为3～6mm，翅片(11)等间距的均匀分布在挤压铝换热单元件(1)烟气侧，翅片(11)厚度为1.5～3mm，贯通连接前后壁面的筋板(12)的厚度为2～4mm，挤压铝换热单元件(1)的冷工质侧长壁面上具有按规律排布的贯通挤压铝换热单元件(1)上下端面的螺丝连接座(13)，其截面呈与挤压铝换热单元件(1)的冷工质侧长壁面圆角过渡的类圆形，直径为4～12mm，挤压铝换热单元件(1)四角有方形截面的卡接肋(14)，卡接肋(14)厚3～6mm、长10～30mm，用以对接卡接槽(42)使挤压铝换热单元件(1)卡接并固定在外壳(4)中。
3.根据权利要求1所述的一种模块化烟道式挤压铝冷凝换热器结构，其特征在于：所述翅片(11)为轴对称梳齿状内翅片结构，同时在翅片(11)壁面上挤压成型波纹，波纹形式为锯齿形、矩形或正弦函数波形。
4.根据权利要求1所述的一种模块化烟道式挤压铝冷凝换热器结构，其特征在于：所述螺丝连接座(13)截面中心加工由直径为2～6mm的螺纹孔，将卡接肋(14)进行端部切削，切削高度为20～60mm，卡接肋(14)端面上需开具等间距均匀排列的螺纹孔(15)与贯通至卡接槽(42)的沉头孔(44)配合连接螺丝使挤压铝换热单元件(1)固定在外壳(4)中。
5.根据权利要求1所述的一种模块化烟道式挤压铝冷凝换热器结构，其特征在于：所述密封盖板(3)与烟气接触的端面上开有沉头孔，通过内六角螺丝连接紧固密封盖板(3)、挤压铝换热单元件(1)和位于二者之间的密封垫片以确保密封冷工质，内六角螺丝顶部与密封盖板(3)烟气侧端面齐平。
6.根据权利要求1所述的一种模块化烟道式挤压铝冷凝换热器结构，其特征在于：所述外壳(4)具有外侧凸台式的进出口冷工质接口(41)，外壳(4)为塑料材质时需将螺丝接头在外壳(4)注塑阶段镶嵌入进出口冷工质接口(41)中以加强连接结构强度并提高密封性能，外壳(4)为不锈钢材质时则直接对进出口冷工质接口(41)外壁开螺纹；外壳(4)内侧开有与卡接肋(14)尺寸适配的卡接槽(42)用以外壳(4)与挤压铝换热单元件(1)装配固定，进出口冷工质接口(41)侧上下端板开有断口(43)以及防止软连接管(6)密封连接过程中与外壳(4)发生挤压碰撞难以上紧的现象，沉头孔(44)位于卡接槽(42)的中心轴线上并贯通至接槽(42)内端面，与螺纹孔(15)一一对应，沉头孔(44)内需安放密封垫片再上紧螺丝加以固定挤压铝换热单元件(1)并密封冷工质。
7.根据权利要求1所述的一种模块化烟道式挤压铝冷凝换热器结构，其特征在于：所述软连接管(6)的连接头(61)采用具有两条平行段的类圆形或是正六边形的截面形状，软质管(62)长度根据换热主体与集箱(7)固定位置距离确定，密封圈(63)嵌入在软质管(62)的顶端与螺丝接头配合密封冷工质。
8.根据权利要求1所述的一种模块化烟道式挤压铝冷凝换热器结构，其特征在于：所述集箱(7)与外壳(4)一样，为塑料材质时需采用螺丝接头加强连接结构强度并提高密封性能，为不锈钢材质时则直接对与进出口冷工质接口(41)对应的接口外壁开螺纹，集箱(7)固定在固定架上其接口与进出口冷工质接口(41)平行对应或进水的集箱(7)偏下，出水的集箱(7)偏上放置，集箱(7)的总体形状为方形或圆柱形冷工质流道截面积，根据冷工质流速确定。
9.根据权利要求1所述的一种模块化烟道式挤压铝冷凝换热器结构，其特征在于：所述挤压铝换热单元件(1)截面尺寸限制于挤压机的性能，高度方向上一维的无限挤压延展，但长、宽方向的大小存在极限，根据场地需求定制相应的外壳(4)卡接入挤压铝换热单元件(1)做到宽度方向一维堆叠的组合形式或长度、宽度方向的两维并行组合。
10.根据权利要求1所述的一种模块化烟道式挤压铝冷凝换热器结构，其特征在于：所述挤压铝换热单元件(1)采用铝硅镁系铝合金材质，上端等压烟道(2)、密封盖板(3)、外壳(4)、承露盘(5)和集箱(7)采用不锈钢或耐温抗老化的塑料、玻璃钢材质，不锈钢为429、430、444系列铁素体不锈钢，304、316(L)、317(L)系列奥氏体不锈钢，2205、2507、2707系列双相不锈钢材质。
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