一種有冷凝式餘熱換熱器的換熱器組件的製作方法

2023-06-17 01:56:31 3

專利名稱：一種有冷凝式餘熱換熱器的換熱器組件的製作方法
技術領域：
本實用新型是一種有冷凝式餘熱換熱器的換熱器組件，屬於燃氣快速熱水器領域。
該項技術的現狀與該項技術有關的實用新型專利有CN2136418Y燃氣熱水器節能預熱裝置1993年6月16日公告CN2141878Y多次循環加熱的燃氣熱水器內膽 1993年9月8日公告CN2138766Y熱水器中連續加熱的結構1993年7月21日公告CN2147470Y熱水器之熱交換器 1993年11月24日公告CN2222879Y家用燃氣熱水器的預熱器1996年3月20日公告CN2251692Y冷凝式燃氣快速熱水器 1997年4月9日公告普通燃氣快速熱水器排放煙氣溫度高，國標GB6932-86規定不低於110℃，熱損失很大。為了提高普通燃氣快速熱水器的熱效率，實用新型CN2136418Y和CN2222879Y的做法是將一個相對獨立(即分體)的餘熱換熱器，置於現有普通燃氣快速熱水器換熱器(以下改稱一次換熱器)的正上方。餘熱換熱器與普通燃氣快速熱水器內的一次換熱器、燃燒室及盤管共同組成換熱器組件。其優點是現有普通燃氣快速熱水器不需改動，只要將餘熱換熱器串聯於熱水器進水口上遊即可，因而可以很方便地與用戶的直排式普通燃氣快速熱水器相配套。缺點是設計上未考慮冷凝水的排放，餘熱換熱器水平放置，翅片上的冷凝水會滴到燃燒室下面的燃燒器燒嘴上，影響燃氣的正常燃燒；其次，(冷水先上行進入餘熱換熱器然後向下返回至熱水器下方，進入熱水器內燃燒室外的盤管，和燃燒室上端的一次換熱器，最後再次向下返回至熱水器下端送出。)冷水有兩次上下往返，冷水無換熱管程較長，水壓的沿程損失較大；餘熱換熱器與直排式普通燃氣快速熱水器之間採用外部軟(硬)管連接，改變了原有熱水器簡潔的外觀，而且可拆式連接不如焊接密封可靠。此外，CN2222879Y的餘熱換熱器翅片換熱面積太小；而CN2136418Y的又過大，耗材多。
實用新型CN2141878Y其特徵是有若干根貫穿燃燒室的熱交換管。缺點是熱交換管離燃燒器太近，燃燒室內溫度分布不均，不利於燃氣的完全燃燒；熱交換管為光管，單位長度換熱面積小；設計上未考慮冷凝水的排放。
實用新型CN2138766Y其換熱方式為逆流換熱，思路很好；但換熱器體積大，單位體積換熱面積小，空間利用率低；水箱離燃燒器太近，不利於燃氣的完全燃燒；並且其結構上未考慮冷凝水的排放問題。
實用新型CN2147470Y的餘熱換熱器翅片換熱面積適中，且採用與一次換熱器完全相同的結構形式還可以降低生產成本。其缺點是設計上未考慮冷凝水的排放；此外，由於冷水與煙氣順流換熱(即冷水--盤管--一次換熱器--餘熱換熱器--熱水)所以換熱效率較低。
上面所列實用新型專利中，只有實用新型CN2251692Y在其餘熱換熱器部分考慮了冷凝水的排放，並有冷凝水排放裝置。但是將一排冷凝水槽置於煙室內餘熱換熱器翅片的正下方，此結構給製造及維護帶來許多不便；且冷凝水槽中的水會產生二次蒸發，降低餘熱換熱器的換熱效率；冷水經盤管預熱後再進入餘熱換熱器，降低了餘熱換熱器與煙氣的溫差，因而也降低了換熱效率。此外，由於冷凝水槽與翅片上下一一相對，煙氣的排放對流通截面又有一定的要求，因此各冷凝水槽必須保持一定的間距。由於翅片與冷凝水槽有同樣的間隔，所以翅片間距較大，餘熱換熱器單位體積的換熱面積較小，換熱效率較低。
本實用新型的目的是克服上述實用新型的缺點，設計出一種高效、簡潔、可靠實用的換熱器組件，提高現有燃氣快速熱水器的熱效率。
本實用新型的目的可由多種技術方案來實現，詳見如下技術方案一如實用新型CN2136418Y和CN2222879Y所述餘熱換熱器與普通燃氣快速熱水器分別為兩個獨立體。餘熱換熱器位於熱水器上方，其水路串聯於熱水器進水口上遊，兩者之間採用可拆式軟(或硬)管聯接。餘熱換熱器與熱水器內部的一次換熱部件(包括一次換熱器、燃燒室和盤管)共同組成換熱器組件。餘熱換熱器為垂直翅片管結構形式，翅片平面與煙氣流動方向相順。冷水先進入餘熱換熱器，然後向下返回至熱水器下方，再向上進入熱水器內燃燒室外的盤管，和燃燒室上端的一次換熱器，最後再次向下返回至熱水器下端送出。
此方案改進的地方是餘熱換熱器採用與一次換熱器相同的垂直翅片蛇形彎管結構，其翅片與水平面保持一定的夾角，翅片下邊連續下降。餘熱換熱器和一次換熱器之間有一過渡煙室；煙室一側開有一個和煙室等長的側開口。一個冷凝水接排水槽置於翅片斜面最低邊沿下方、貼靠煙室壁外側，並朝一端傾斜。冷凝水槽靠煙室一側的槽幫有一折向煙室的斜面。此斜面穿過過渡煙室側開口，一直延伸至翅片斜面最低邊沿的下方。餘熱換熱器上產生的冷凝水可順著翅片流向其低端，滴入冷凝水接排水槽。此水槽有一定的斜度，以使冷凝水隨時排出。
與實用新型CN2251692Y相比，此方案的優點是除掉了餘熱換熱器下方的一排冷凝水槽，避免了冷凝水的二次蒸發，簡化了餘熱換熱器結構；並且可進一步減小翅片間距，提高單位體積換熱面積，因而提高換熱效率。
此方案的缺點是餘熱換熱器翅片高端產生的冷凝水需流向翅片的低端排出，即冷凝水流程長。此外，翅片兩端高度差較大，翅片受熱不均，翅片高端一側煙室散熱面大，向外輻射熱量多。這些缺點均降低煙氣餘熱的換熱效率。
技術方案二如方案一所述的換熱器組件，其改進的地方是餘熱換熱器採用雙斜面結構。即翅片的下邊為中間高兩邊低，由最高點向最低點連續下降；全部翅片的下邊形成一個有尖頂的雙斜面。其兩低端的下方有一對傾斜的冷凝水接排水槽；此水槽貼靠煙室前後兩外側固定。
此方案的優點繼承了方案一的優點，並且又有改進冷凝水流程短；煙室前後兩端總散熱面減小，向外輻射熱量減少；此外，由於翅片及煙室前後對稱，因而一定程度上改善了煙氣換熱條件。上述優點均對提高餘熱換熱器的換熱效率有利。
此方案的缺點蛇型彎管等間距分布，與煙室內煙氣的流動速度分布曲線不一致，翅片與煙氣換熱不均。
技術方案三如方案二所述的換熱器組件，其改進的地方是壓縮餘熱換熱器中部蛇形管間距(蛇形彎管在水平面上的投影間距不變)，使蛇形管間距與過渡煙室內煙氣的流動速度分布曲線一致——即中間密兩邊疏，逐漸過渡。翅片中部的形狀隨之變得圓滑，形成拱形曲線——即翅片的下邊為對稱的向上凸起的拱形曲線；全部翅片的下邊形成一個圓滑的拱形曲面。
此方案的優點繼承了方案二的優點，並且又有改進蛇形彎管的疏密與煙室內煙氣流動速度分布曲線近似吻合，翅片換熱較均勻。對提高餘熱換熱器的換熱效率有利。
技術方案一、二、三繼承了實用新型CN2136418Y和CN2222879Y中餘熱換熱器與一次換熱部件分為兩體所帶來的優、缺點優點上述方案不用改動現有的普通燃氣快速熱水器，只要將餘熱換熱器串聯於熱水器進水口上遊即可，因而可以很方便地與用戶的熱水器相配套，有利於此項節能技術的推廣使用。
缺點(冷水先進入餘熱換熱器然後返回至熱水器下方，進入其燃燒室外的盤管，通過燃燒室上端的一次換熱器，最後再次返回熱水器下端送出。)水路上下往返兩次，冷水無換熱流程較長，水壓的沿程損失較多。餘熱換熱器與熱水器之間採用外部軟(硬)管連接，改變了原有熱水器簡潔的的外觀，而且可拆式連接不如焊接密封可靠。
技術方案四、五、六如方案一、二、三所述的換熱器組件，其改進的地方是餘熱換熱器與一次換熱部件做成一個整體。冷水先進入餘熱換熱器，然後進入一次換熱器，最後進入其燃燒室外的盤管，並從熱水器下端送出。
此方案的優點是分別繼承了方案一、二、三的優點，並且又有改進換熱器組件為一個整體，冷水與煙氣很容易實現逆流換熱，冷水自上而下，餘熱換熱器與煙氣換熱溫差最大，整個換熱器組件換熱效率最高。且由於水路簡潔流暢，無換熱流程最短，所以水壓的沿程損失也最少。此外，換熱器組件為一個整體，各部分水路採用氣焊連接，接口嚴密結實，因而整個換熱器組件可靠耐用。
本實用新型與現有技術相比所具有的優點因為餘熱換熱器翅片下沿連續並且與水平面保持一定的夾角，其翅片不僅能換熱，而且還可導流冷凝水，所以結構特別簡潔、自然；同時由於取消了餘熱換熱器翅片下方的一排冷凝水槽，這樣一方面可以大大減少冷凝水的二次蒸發，減小餘熱換熱器翅片間距，增加單位體積的換熱面積，因而進一步提高了餘熱換熱效率；另一方面整個換熱器組件的可靠性和耐用性也得到了顯著的提高。當餘熱換熱器與一次換熱部件做成一個整體時，很容易實現逆流換熱，因而又能進一步提高換熱組件的熱效率。此外，由於換熱效率很高，耗氣量相對較少，因而還可以適當縮小燃燒室的尺寸，減少燃燒室向外的熱輻射，提高熱效率。


圖1分體式拱形曲面冷凝餘熱換熱器組件圖2分體式雙斜面冷凝餘熱換熱器組件圖3分體式單斜面冷凝餘熱換熱器組件圖4一體式拱形曲面冷凝餘熱換熱器組件圖5一體式雙斜面冷凝餘熱換熱器組件圖6一體式單斜面冷凝餘熱換熱器組件圖中1。餘熱換熱器7。單斜面換熱器翅片13。一次換熱器2。管接頭8。雙斜面換熱器翅片14。燃燒室3。過渡煙室 9。拱形曲面換熱器翅片 15。盤管4。冷凝水接排水槽10。連接軟(或硬)管 16。水氣聯動接口5。蛇形彎管 11。普通燃氣快速熱水器 17。熱水器原進水口6。過渡煙室側開口 12。一次換熱器部件 18。熱水出口本實用新型最好的實施方式是分體式或一體式拱形曲面冷凝餘熱換熱器組件(見圖1、圖4)，但是為了敘述簡潔、方便，
以下結合附圖按先分體後一體，先易後難循序漸進地詳細敘述本實用新型的幾種實施方式實施方式一見圖3分體式單斜面冷凝餘熱換熱器組件(參見圖1)餘熱換熱器(1)與普通燃氣快速熱水器(11)分別為兩個獨立體。餘熱換熱器(1)位於普通燃氣快速熱水器(11)上方，兩者之間採用可拆式連接軟(或硬)管(10)與管接頭(2)連接。餘熱換熱器(1)與普通燃氣快速熱水器(11)內部的一次換熱部件(12)(包括一次換熱器(13)、燃燒室(14)和盤管(15))共同組成換熱器組件。餘熱換熱器(1)為垂直翅片蛇形彎管結構，翅片平面與煙氣流動方向相順；冷水通過連接軟(或硬)管(10)與管接頭(2)後，先通過餘熱換熱器(1)上的蛇形彎管(5)，然後向下通過連接軟(或硬)管(10)與管接頭(2)，返回至普通燃氣快速熱水器(11)下方，通過熱水器原進水口(17)、水氣聯動接口(16)，再向上進入熱水器(11)內燃燒室(14)外的盤管(15)，和燃燒室(14)上端的一次換熱器(13)，最後再次向下返回至普通燃氣快速熱水器(11)下端熱水出口(18)送出。
餘熱換熱器(1)採用與一次換熱器(13)相同的垂直翅片蛇形彎管結構形式，其單斜面換熱器翅片(7)與水平面保持一定的夾角，翅片下邊連續下降。餘熱換熱器(1)和一次換熱器(13)之間有一過渡煙室(3)；煙室(3)一側開有一個和煙室(3)等長的過渡煙室側開口(6)。一個冷凝水接排水槽(4)置於翅片斜面最低邊沿下方、貼靠煙室(3)壁外側，並朝一端傾斜。冷凝水接排水槽(4)靠煙室(3)一側的槽幫有一折向煙室(3)的斜面。此斜面穿過煙室側開口(6)，一直延伸至翅片斜面最低邊沿的下方。餘熱換熱器(1)上產生的冷凝水可順著翅片流向其低端，滴入冷凝水接排水槽(4)。此水槽有一定的斜度，以使冷凝水隨時排出。
實施方式二見圖2分體式雙斜面冷凝餘熱換熱器組件(參見圖1)如方式一所述的換熱器組件，其改進的地方是餘熱換熱器(1)採用雙斜面換熱器翅片(8)，翅片(8)的下邊為中間高兩邊低，由最高點向最低點連續下降；全部翅片(8)的下邊形成一個有尖頂的雙斜面。其兩低端的下方有一對傾斜的冷凝水接排水槽(4)；此水槽貼靠過渡煙室(3)前後兩外側固定。
實施方式三見圖1分體式拱形曲面冷凝餘熱換熱器組件如方式二所述的換熱器組件，其改進的地方是壓縮餘熱換熱器(1)中部蛇形彎管(5)的間距(蛇形彎管在水平面上的投影間距不變)，使蛇形彎管(5)間距與過渡煙室(3)內煙氣的流動速度分布曲線一致------即中間密兩邊疏，逐漸過渡。拱形曲面換熱器翅片(9)中部的形狀隨之變得圓滑，形成拱形曲線------即翅片的下邊為對稱的向上凸起的拱形曲線全部拱形曲面換熱器翅片(9)的下邊形成一個圓滑的拱形曲面。
實施方式四、五、六見圖4、圖5、圖6(參見圖1)圖4一體式拱形曲面冷凝餘熱換熱器組件圖5一體式雙斜面冷凝餘熱換熱器組件圖6一體式單斜面冷凝餘熱換熱器組件如方式一、二、三所述的換熱器組件，其改進的地方是冷水與煙氣逆流換熱——即冷水經水氣聯動接口(16)後，先進入餘熱換熱器(1)上的蛇形彎管(5)，然後進入一次換熱器(13)，最後進入其燃燒室(14)外的盤管(15)，並從熱水器下端熱水出口(18)送出。換熱器組件為一個整體，各部分水路採用氣焊連接。
權利要求1.一種有冷凝式餘熱換熱器的換熱器組件，由余熱換熱器與普通燃氣快速熱水器內部的一次換熱部件——其中包括一次換熱器、燃燒室和盤管，共同組成換熱器組件，餘熱換熱器與普通燃氣快速熱水器分別為兩個獨立體，餘熱換熱器位於熱水器上方，其水路串聯於熱水器進水口上遊，兩者之間採用可拆式軟或硬管聯接，餘熱換熱器為垂直翅片管結構形式，翅片平面與煙氣流動方向相順，冷水先進入餘熱換熱器，然後向下返回至熱水器下方，再向上進入熱水器內燃燒室外的盤管，和燃燒室上端的一次換熱器，最後再次向下返回至熱水器下端送出，其特徵是餘熱換熱器(1)採用與一次換熱器(13)相同的垂直翅片蛇形彎管結構，其翅片與水平面保持一定的夾角，翅片下邊連續下降。
2.根據權利要求1所述的換熱器組件，其特徵是餘熱換熱器(1)和一次換熱器(13)之間有一過渡煙室(3)，煙室一側開有一個和煙室等長的過渡煙室側開口(6)，一個冷凝水接排水槽(4)置於翅片斜面最低邊沿下方、貼靠煙室壁外側，並朝一端傾斜，冷凝水槽靠煙室一側的槽幫有一折向煙室的斜面，此斜面穿過過渡煙室側開門，一直延伸至翅片斜面最低邊沿的下方。
3.根據權利要求2所述的換熱器組件，其特徵是餘熱換熱器採用雙斜面結構，即翅片的下邊為中間高兩邊低，由最高點向最低點連續下降，全部翅片的下邊形成一個有尖頂的雙斜面，其兩低端的下方有一對傾斜的冷凝水接排水槽，此水槽貼靠煙室前後兩外側固定。
4.根據權利要求3所述的換熱器組件，其特徵是壓縮餘熱換熱器中部蛇形彎管(5)間距，蛇形彎管在水平面上的投影間距不變，使蛇形管間距與過渡煙室內煙氣的流動速度分布曲線一致——即中間密、兩邊疏逐漸過渡，翅片中部的形狀隨之變得圓滑，形成拱形曲線——即翅片的下邊為對稱的向上凸起的拱形曲線，全部翅片的下邊形成一個圓滑的拱形曲面。
5.根據權利要求1、2、3、4所述的換熱器組件，其特徵是餘熱換熱器與一次換熱部件做成一個整體。
專利摘要一種有冷凝式餘熱換熱器的換熱器組件,屬於燃氣快速熱水器領域。本實用新型主要從冷水與煙氣的換熱順序,和餘熱換熱器中冷凝水的排放兩方面對現有技術進行了改進,目的是要設計出一種結構簡潔、換熱效率高的燃氣快速熱水器。本實用新型是這樣實施的:餘熱換熱器翅片與水平面形成一定夾角,以使冷凝水可順著翅片的斜邊,自動流向靠邊放置的冷凝水接排水槽,隨其傾斜趨勢從低端排出。改進後的水路簡潔流暢,符合逆流換熱原理,可提高熱水器的換熱效率。
文檔編號F24H1/12GK2377477SQ9820495
公開日2000年5月10日 申請日期1998年6月12日 優先權日1998年6月12日
發明者胡斌 申請人:胡斌