一种冷凝式换热器的制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种冷凝式换热器，包括壳体和本体，本体内设有烟气通道，烟气通道由上往下依次设有进气口、燃烧区、换热区和排气口，且进气口、燃烧区、换热区和排气口彼此贯通；进气口和燃烧区之间设有燃烧器，换热区设有换热管；壳体和本体之间形成有水流通道，水流通道的出水口位于壳体的上部，水流通道的进水口位于壳体的下部。本发明结构合理，具有极高热效率，可以显著降低换热器工作温度，可以有效改善换热器工作环境，可以替代传统换热器使用的昂贵的紫铜材料，降低换热器的材料成本；还可以充分利用烟气中水蒸气的汽化潜热，有效解决传统换热器烟气中的水蒸气冷凝形成的冷凝水影响燃烧器正常工作的问题。
【专利说明】
一种冷凝式换热器
技术领域
[0001]本发明涉及一种换热器，尤其涉及一种冷凝式换热器。
【背景技术】
[0002]换热器目前已经广泛应用于工业及民用领域，换热方式以传统的列管翅片模式为主。这种传统的列管翅片式换热器不仅结构与工艺复杂，制造及材料成本较高(必须使用昂贵的紫铜材料)，而且还需要将燃烧器安装在换热器下方。燃烧器燃烧产生的烟气由下向上经过换热器，水流经列管并通过翅片吸收烟气中的热量而升温，而烟气温度在换热过程下降，换热器的热效率只有85%左右。
[0003]对于燃气锅炉来说，由于气体燃料燃烧过程不存在固体、液体燃料不完全燃烧的现象，灰分和化学未完全燃烧的热损失几乎为零，其热损失主要是排烟的热损失，约占全部热损失的80 %左右。要想进一步提高燃气锅炉的热效率，就需要降低排烟的温度。
[0004]再有，对于燃气锅炉来说，由于燃气锅炉的燃气大部分为烃，即含有大量的氢元素，燃烧过程形成的水蒸气随烟气排出。当排烟温度低于烟气露点温度时，烟气中的水蒸气会冷凝成冷凝水并向下滴落，严重影响安装在换热器下方的燃烧器的正常工作。
[0005]正是由于传统换热器受其结构的限制，不仅导致燃气锅炉的排烟温度无法低于150°C，而且也导致水蒸气的汽化潜热无法充分利用，造成能源的白白浪费。
[0006]由此可见，有效降低排烟的温度和充分利用水蒸气汽化潜热是提高换热器热效率的两个关键点，同时也是行业亟待解决的技术难题。
【发明内容】
[0007]本发明的目的是针对以上所述现有技术存在的不足，提供一种结构合理，性能优良，可以充分利用烟气中水蒸气的汽化潜热的高效冷凝式换热器。
[0008]为解决上述的技术问题，本发明采用如下技术方案:一种冷凝式换热器，包括壳体和本体，所述本体内设有烟气通道，所述烟气通道由上往下依次设有进气口、燃烧区、换热区和排气口，且所述进气口、燃烧区、换热区和排气口彼此贯通;所述进气口和燃烧区之间设有燃烧器，所述换热区设有换热管;所述壳体和本体之间形成有水流通道，所述水流通道的出水口位于壳体的上部，所述水流通道的进水口位于壳体的下部。
[0009]所述换热管由若干层沿垂直方向交错排列的纵向换热管层和横向换热管层组成，所述纵向换热管层由水平排列的若干根纵向换热管组成，所述横向换热管层由水平排列的若干根横向换热管组成，且每一层纵向换热管层中的纵向换热管和每一层横向换热管层中的横向换热管相互垂直。
[0010]所述水流通道在位于换热区所在位置设有若干层沿垂直方向交错排列的横向管壳通道和纵向管壳通道，且相邻的横向管壳通道和纵向管壳通道之间设有连接口。
[0011]所述每层横向管壳通道分为设置在本体前侧的第一横向管壳通道和设置在本体后侧的第二横向管壳通道，所述第一横向管壳通道和第二横向管壳通道通过位于该层的纵向换热管层相连;所述每层纵向管壳通道分为设置在本体左侧的第一纵向管壳通道和设置在本体右侧的第二纵向管壳通道，所述第一纵向管壳通道和第二纵向管壳通道通过位于该层的横向换热管层相连。
[0012]所述每层横向管壳通道在第一横向管壳通道或第二横向管壳通道中设置隔板;所述每层纵向管壳通道在第一纵向管壳通道或第二纵向管壳通道中设置隔板。
[0013]所述隔板位于管壳通道长度方向的中点。
[0014]所述水流通道在位于燃烧区所在位置设有回水腔，所述回水腔与出水口和连接口相通。
[0015]所述纵向换热器管和横向换热管的外壁均设有翅片。
[0016]所述进气口和燃烧区之间设有混气区。
[0017]所述燃烧器是燃烧网。
[0018]与现有技术相比，本发明相对于现有技术具有如下的有益效果:
[0019](I)传统换热器的传热模式是烟气由下向上经过换热器，本发明将燃烧器的燃烧方向设置成由上向下，使得燃烧产生的烟气由上向下经过换热器，因此烟气中的水蒸气冷凝成冷凝水后与烟气一同从排烟口排出，不会影响燃烧器的正常工作。
[0020](2)本发明采用烟气由上向下经过换热器的传热模式，使得排烟的温度可以低于60°C，(60°C不一定是水蒸气的露点温度，即便是水蒸气的露点温度，由于水蒸气与冷壁面间的阻力较大，也不能保证烟气中的水蒸气都会冷凝)，由此充分利用水蒸气的汽化潜热。换热器的热效率能够提高15%，基于理论状态的热效率可达到111%。
[0021](3)本发明将相邻两层换热管的排列方式由传统的平行布局改为垂直布局，采用这种结构，高温烟气通过第三层纵向分布的换热管时，换热管会将烟气分割成纵向平行的气流层。纵向平行的气流层想要通过第二层横向分布的换热管时，必将转换成横向平行的气流层。在这一转换的过程中，高温烟气被迫沿第二层横向分布的换热管的表面作圆周运动并产生强烈的强制换热。
[0022]同理，横向平行的气流层要通过第一层纵向分布的换热管时，必将转换成纵向平行的气流层，强制换热又会再一次出现。
[0023]由于相邻两层换热管的排列方式均为垂直布局，高温烟气通过每一层换热管都会重现强制换热的过程，而且强制换热的效果优于传统的对流换热的效果，因此可以进一步提高换热器的热效率。
[0024](4)本发明在换热器本体的前、后、左和右侧均设有管壳通道，使得管壳通道中的水可以将换热器高温区完整包围，这种管壳结构不仅可以显著减少热量散失，而且还可以显著降低换热器的工作温度，有效改善换热器的工作环境。采用这种结构的换热器的正常工作温度一般不高于出水温度。
[0025](5)本发明的换热器具有极高的热效率，即使是利用导热率较差的铝合金材料，也能达到非常满意的导热效果，可以替代传统换热器使用的昂贵的紫铜材料，不仅有利于降低换热器的材料成本，而且也有利于换热器的推广和普及。
【附图说明】
[0026]图1是本发明一种冷凝式换热器主视图的内部示意图；
[0027]图2是本发明一种冷凝式换热器图1各剖视位点示意图；
[0028]图3是本发明一种冷凝式换热器图2沿A-A方向剖视示意图；
[0029]图4是本发明一种冷凝式换热器图2沿B-B方向剖视示意图；
[0030]图5是本发明一种冷凝式换热器图2沿C-C方向剖视示意图；
[0031]图6是本发明一种冷凝式换热器图2沿D-D方向剖视示意图；
[0032]图7是本发明一种冷凝式换热器图2沿E-E方向剖视示意图；
[0033]图8是本发明一种冷凝式换热器图2沿H-H方向剖视示意图。
【具体实施方式】
[0034]为了使本发明的目的、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明一种冷凝式换热器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。
[0035]参照图1所示，本发明一种冷凝式换热器，包括壳体和本体，本体内设有烟气通道，烟气通道由上往下依次设有进气口 3、混气区4、燃烧区6、换热区7和排气口 8，进气口 3、混气区4、燃烧区6、换热区7和排气口 8彼此贯通;进气口 3和燃烧区6之间设有燃烧网5;换热区7设有换热管;换热管由若干层沿垂直方向交错排列的纵向换热管层10和横向换热管层9组成，纵向换热管层10由水平排列的若干根纵向换热管组成，横向换热管层9由水平排列的若干根横向换热管组成，且每一层纵向换热管层中的纵向换热管和每一层横向换热管层中的横向换热管相互垂直排布;纵向换热器管和横向换热管的外壁均设有用于提高换热效果的翅片11。所述纵向换热管层10和横向换热管层9之间可以设置l-3cm的间距，可以进行充分的换热。
[0036]本发明的壳体和本体之间形成有水流通道，水流通道的出水口2位于壳体的上部，水流通道的进水口 I位于壳体的下部;水流通道在位于燃烧区6所在位置设有回水腔12;水流通道在位于换热区7所在位置设有四层沿垂直方向交错排列的第一层纵向管壳通道、第二层横向管壳通道、第三层纵向管壳通道和第四层横向管壳通道;第一层纵向管壳通道分为设置在本体左侧的左一纵向管壳通道71b和设置在本体右侧的右一纵向管壳通道71a，其中右一纵向管壳通道71a被隔板等分为右一后纵向管壳通道71c和右一前纵向管壳通道71d;第二层横向管壳通道分为设置在本体前侧的前二横向管壳通道72a和设置在本体后侧的后二横向管壳通道72b，前二横向管壳通道72a被隔板等分为前二左横向管壳通道72c和前二右横向管壳通道72d;第三层纵向管壳通道分为设置在本体左侧的左三纵向管壳通道73b和设置在本体右侧的右三纵向管壳通道73a，左三纵向管壳通道73b被隔板等分为左三后纵向管壳通道73d和左三前纵向管壳通道73c;第四层横向管壳通道分为设置在本体前侧的前四横向管壳通道74a和设置在本体后侧的后四横向管壳通道74b，后四横向管壳通道74b被隔板等分为后四右横向管壳通道74c和后四左横向管壳通道74d。
[0037]所述71a和71b、73a和73b通过各自所在层的横向换热管层9连接;所述72a和72b、74a和74b通过各自所在层的纵向换热管层10连接;所述右一前纵向管壳通道71d和前二右横向管壳通道72d之间设有第一连接口 13，所述前二左横向管壳通道72c和左三前纵向管壳通道73c之间设有第二连接口 14，所述左三后纵向管壳通道73d和后四左横向管壳通道74d之间设有第三连接口 15，所述后四右横向管壳通道74c和回水腔12之间设有第四连接口 16，所述回水腔12与出水口 2、第一连接口 13、第二连接口 14、第三连接口 15和第四连接口 16相通。各管壳通道可以通过回水腔连接相通。
[0038]燃气从位于换热器上方的进气口3进入混气区4，经燃烧网5点燃，在燃烧区6燃烧，燃烧产生的高温烟气由上向下通过换热区7，当高温烟气通过纵向换热管层10时，纵向换热管层10将烟气分割成纵向平行的气流层，纵向平行气流层通过横向换热管层9，转换成横向平行的气流层，在这一转换的过程中，高温烟气被迫沿横向换热管的表面作圆周运动并产生强烈的强制换热;横向平行气流层通过纵向换热管层10时，转换成纵向平行的气流层，又再次出现强制换热的现象;烟气的温度在换热过程逐渐下降；烟气中的水蒸气冷凝成冷凝水后，和烟气一同从位于换热器下方的排气口 8排出。
[0039]水流从进水口I进入右一后纵向管壳通道71c，首先经一部分横向换热管流向左一纵向管壳通道71b，然后从左一纵向管壳通道71b经剩余的横向换热管流向右一前纵向管壳通道71d;直至第一层纵向管壳通道充满水，水流再经第一连接口 13进入前二右横向管壳通道72d，然后经一部分纵向换热管流向后二横向管壳通道72b，再从后二横向管壳通道72b经剩余的纵向换热管流向前二左横向管壳通道72c;直至第二层横向管壳通道充满水，水流再经第二连接口 14进入左三前纵向管壳通道73c，然后经一部分横向换热管流向右三纵向管壳通道73a，再从右三纵向管壳通道73a经剩余的横向换热管流向左三后纵向管壳通道73d;直至第三层纵向管壳通道充满水，水流再经第三连接口 15进入后四左横向管壳通道74d，然后经一部分纵向换热管流向前四横向管壳通道74a，再从前四横向管壳通道74a经剩余的纵向换热管流向后四右横向管壳通道74c;直至第四层横向管壳通道充满水，水流再经第四连接口 16进入回水腔12，在此过程，水流的温度在换热过程逐渐上升，最终从出水口 2流出。
[0040]本发明对相邻的横向管壳通道和纵向管壳通道之间设置的连接口，采用以螺旋运动方向从下往上在四个拐角处分别设置第一连接口 13、第二连接口 14、第三连接口 15和第四连接口 16，同时在每层横向管壳通道在第一横向管壳通道或第二横向管壳通道的长度方向的中点设置隔板以及在每层纵向管壳通道在第一纵向管壳通道或第二纵向管壳通道的长度方向的中点设置隔板，可显著减慢水流速度，减少热量散失，降低换热器的工作温度和改善换热器的工作环境。
[0041]以上所述仅为本发明的优选实施例，但本发明专利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所公开的范围内，根据本发明的技术方案以及其发明专利构思加以等同替换或改变，都属于本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种冷凝式换热器，包括壳体和本体，其特征在于:所述本体内设有烟气通道，所述烟气通道由上往下依次设有进气口、燃烧区、换热区和排气口，且所述进气口、燃烧区、换热区和排气口彼此贯通;所述进气口和燃烧区之间设有燃烧器，所述换热区设有换热管;所述壳体和本体之间形成有水流通道，所述水流通道的出水口位于壳体的上部，所述水流通道的进水口位于壳体的下部。2.根据权利要求1所述的一种冷凝式换热器，其特征在于:所述换热管由若干层沿垂直方向交错排列的纵向换热管层和横向换热管层组成，所述纵向换热管层由水平排列的若干根纵向换热管组成，所述横向换热管层由水平排列的若干根横向换热管组成，且每一层纵向换热管层中的纵向换热管和每一层横向换热管层中的横向换热管相互垂直。3.根据权利要求2所述的一种冷凝式换热器，其特征在于:所述水流通道在位于换热区所在位置设有若干层沿垂直方向交错排列的横向管壳通道和纵向管壳通道，且相邻的横向管壳通道和纵向管壳通道之间设有连接口。4.根据权利要求3所述的一种冷凝式换热器，其特征在于:所述每层横向管壳通道分为设置在本体前侧的第一横向管壳通道和设置在本体后侧的第二横向管壳通道，所述第一横向管壳通道和第二横向管壳通道通过位于该层的纵向换热管层相连;所述每层纵向管壳通道分为设置在本体左侧的第一纵向管壳通道和设置在本体右侧的第二纵向管壳通道，所述第一纵向管壳通道和第二纵向管壳通道通过位于该层的横向换热管层相连。5.根据权利要求4所述的一种冷凝式换热器，其特征在于:所述每层横向管壳通道在第一横向管壳通道或第二横向管壳通道中设置隔板;所述每层纵向管壳通道在第一纵向管壳通道或第二纵向管壳通道中设置隔板。6.根据权利要求5所述的一种冷凝式换热器，其特征在于:所述隔板位于管壳通道长度方向的中点。7.根据权利要求3所述的一种冷凝式换热器，其特征在于:所述水流通道在位于燃烧区所在位置设有回水腔，所述回水腔与出水口和连接口相通。8.根据权利要求1至7任一项所述的一种冷凝式换热器，其特征在于:所述纵向换热器管和横向换热管的外壁均设有翅片。9.根据权利要求1所述的一种冷凝式换热器，其特征在于:所述进气口和燃烧区之间设有混气区。10.根据权利要求1所述的一种冷凝式换热器，其特征在于:所述燃烧器是燃烧网。
【文档编号】F24H9/00GK105841351SQ201610340272
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年5月19日
【发明人】张禄勤
【申请人】佛山市晟恺热能设备有限公司