一種用于氣液熱交換的冷凝換熱器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于氣液熱交換的冷凝換熱器，該冷凝換包括殼體和由上到下依次設(shè)置在殼體內(nèi)部的燃燒室和煙氣流動通道，殼體內(nèi)壁設(shè)置有水流通道，殼體上下端依次設(shè)置燃氣進口和煙氣出口，殼體的一側(cè)面呈平面，另一側(cè)面在燃燒室對應(yīng)的部分在煙氣流動方向上由寬漸變窄；煙氣流動通道沿著煙氣流動方向的對應(yīng)兩側(cè)面的內(nèi)壁分別交錯相對固定呈圓臺體結(jié)構(gòu)的肋柱，肋柱設(shè)置在垂直于煙氣流動方向上并且其長度與煙氣流動通道的對應(yīng)兩側(cè)面的距離基本相等。按照本發(fā)明，能夠?qū)崿F(xiàn)燃氣的充分燃燒，在總體積不變時，交錯排列的圓臺形肋柱對沖刷煙氣具有比等截面圓柱更好的換熱效果。
【專利說明】一種用于氣液熱交換的冷凝換熱器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于氣液熱交換領(lǐng)域，更具體地，涉及一種用于氣液熱交換的冷凝換熱器。

【背景技術(shù)】
[0002]最近十幾年來，隨著天然氣行業(yè)的發(fā)展，國內(nèi)的燃氣壁掛爐產(chǎn)業(yè)已顯示其巨大的發(fā)展?jié)摿?。目前國?nèi)大量使用普通燃氣壁掛爐，滿負荷下熱效率在90%左右，小負荷下熱效率在85%左右，排煙溫度都在120°C以上，煙氣帶走大量熱量，效率較低，浪費大量的能源，若要進一步提高熱效率，節(jié)省能源，則需降低排煙溫度，即將煙氣中的余熱回收利用。
[0003]目前市場上的冷凝式壁掛爐，排煙溫度最低可降到40°C左右，煙氣中水蒸氣潛熱基本被充分吸收和利用，故此熱效率可大于100%，最高可達109%，使得能耗很低，發(fā)展前景樂觀。其中，帶有燃燒室的全預(yù)混燃氣換熱器，有良好的燃燒效果，并且很好的利用火焰和煙氣的能量，具有較高的效率。
[0004]但是，當燃氣在燃燒室中燃燒時，煙氣道中比較普遍的加強換熱的措施為布置圓柱形肋柱，由于圓柱陣列體積較大，換熱器多為金屬材質(zhì)，材料成本較高。而且尾部煙氣冷凝產(chǎn)生的冷凝水容易附著在在圓柱上，不易下落，不僅影響換熱效果，而且極易腐蝕，影響換熱器使用壽命。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種用于氣液熱交換的冷凝換熱器，解決現(xiàn)有冷凝換熱器煙氣污染物濃度高、換熱效率低、冷凝水易附著等問題；以提高換熱效率、減少能源消耗、節(jié)約生產(chǎn)成本，提高壁掛爐使用壽命，達到國家節(jié)能環(huán)保標準。
[0006]按照本發(fā)明的一個方面，一種用于氣液熱交換的冷凝換熱器，該換熱器包括殼體和依次設(shè)置在殼體內(nèi)部的燃燒室和煙氣流動通道，所述殼體兩側(cè)壁面腔設(shè)置水流通道，所述殼體上下端分別設(shè)置燃氣進口和煙氣出口，其特征在于:
[0007]所述煙氣流動通道沿著煙氣流動方向的一個側(cè)面的內(nèi)壁固定呈圓臺體結(jié)構(gòu)的肋柱陣列，所述肋柱陣列中的肋柱設(shè)置在垂直于煙氣流動方向上并且其長度與所述煙氣流動通道的所述側(cè)面與其對應(yīng)平行的側(cè)面的距離基本相等；
[0008]進一步地，所述殼體對應(yīng)于煙氣流動通道的區(qū)域大致呈長方體設(shè)計，而對應(yīng)于燃燒室區(qū)域的一側(cè)面整體呈平面，另一對應(yīng)的側(cè)面在燃燒室對應(yīng)的區(qū)域呈現(xiàn)以下形狀:即沿著所述煙氣流動的方向，所述兩側(cè)面的距離由窄變寬再由寬漸變窄，以此方式增大燃燒空間。
[0009]進一步地，所述燃燒室的兩側(cè)內(nèi)壁順排相對設(shè)置與所述肋柱大致平行的肋柱，其中垂直于煙氣流動方向上的肋柱行上的每個肋柱的高度相等，沿著煙氣流動方向上的肋柱列的高度由上到下呈幅度依次增加的波浪狀形式。
[0010]本發(fā)明通過對燃燒室的優(yōu)化設(shè)計，使其一側(cè)為平面便于懸掛，節(jié)省安裝空間。換熱器下部內(nèi)壁面煙氣流動通道采用的圓臺體肋柱強化了煙氣流動特性，節(jié)約生產(chǎn)成本，并且有利于冷凝水排出。燃燒室優(yōu)化布置順排導(dǎo)流肋柱，在加強換熱同時提供足夠燃燒空間，降低了 CO和NOX排放。
[0011]按照本發(fā)明，能夠提高換熱效率，減少能源消耗，節(jié)約生產(chǎn)成本。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1為按照本發(fā)明的冷凝換熱器的整體外形結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013]圖2為本發(fā)明中的泠凝換熱器沿示意圖1的需要截面視圖；
[0014]圖3為按照本發(fā)明實施例1所示的換熱器煙氣流動通道內(nèi)壁的圓臺體肋柱在XY截面方向的布置方式的示意圖；
[0015]圖4為按照本發(fā)明實施例1所示的圓臺體肋柱布置方式在YZ截面示意圖；
[0016]圖5為按照本發(fā)明實施例2所示的換熱器煙氣流動通道內(nèi)壁的圓臺體肋柱XY截面方向的布置方式的示意圖；
[0017]圖6為按照本發(fā)明實施例2所示的圓臺肋柱布置方式在圖3中沿YZ的截面示意圖；
[0018]在所有附圖中，相同的附圖標記用于表示相同的元件或結(jié)構(gòu)，其中:
[0019]10-冷凝換熱器11-燃氣進氣口 12-燃燒室13-圓柱體肋柱14-內(nèi)壁面水道15-圓臺體肋柱16-換熱器壁面17-尾氣出口 18-煙氣流動通道

【具體實施方式】
[0020]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應(yīng)當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0021]圖1為換熱器10殼體的外觀整體視圖，圖2為按照本發(fā)明的換熱器的XY截面結(jié)構(gòu)示意圖，換熱器10殼體內(nèi)部上下兩端分別具有燃氣進口 11和煙氣出口 17，其中上部是燃燒室12，中下部是煙氣流動通道18，兩側(cè)殼體壁面腔都分布著水流通道14。
[0022]換熱器10殼體內(nèi)部上部的燃燒室12內(nèi)壁設(shè)置有圓柱形肋柱13，殼體內(nèi)部中下部煙氣流通區(qū)18域分布著圓臺體肋柱15 ；
[0023]換熱器整體外形一側(cè)面呈平面，另外一側(cè)面在燃燒室12對應(yīng)的部分在換熱器高度方向上的寬度由寬漸變窄，如換熱器外形圖1和XY剖面?zhèn)纫晥D2所示；
[0024]燃燒室12內(nèi)壁順排加裝圓柱形肋柱13，兩側(cè)圓柱體肋柱13高度均由低到高再由低到高的排列方式，使燃燒室11的中空燃燒區(qū)域輪廓寬度，沿著換熱器兩邊的外殼排布的高低不一的圓柱體端部先減縮再漸闊再減縮，后逐漸變窄至煙氣道寬度，即呈幅度逐漸增大的波浪式形式，最終使燃燒室中心空間截面類似由寬到窄的倒水滴形狀，見換熱器沿線XY截面圖2 ；
[0025]煙氣道18內(nèi)壁布置圓臺體的肋柱15，相鄰肋柱15反向排列，整體成正三角形錯排布置。
[0026]工作時，待加熱的水由進水口進入，流過換熱器兩側(cè)盤繞的水流通道，從出水口流出，進水口的水溫為常溫。燃燒器從燃氣進口 11處與換熱器10上部連接，燃氣由燃燒器進入換熱器10殼體上側(cè)的燃氣進口 11，在上部燃燒室12燃燒，產(chǎn)生的煙氣通過換熱器10內(nèi)側(cè)上端壁面布置的圓柱形肋柱13后均勻流通過下端布置的圓臺形肋柱15，從封閉殼體下側(cè)的煙氣出口 17排出。
[0027]對于燃燒室12，若要加強煙氣側(cè)換熱效果，需增大肋柱表面積增強換熱，但這又極易導(dǎo)致燃燒空間不足，而產(chǎn)生大量CO和Ν0Χ。在煙氣道，若要增強換熱效果，同樣要增加煙氣側(cè)換熱面積并且加強氣體湍流強度。但是，換熱面積的增加會導(dǎo)致流動阻力過大，并且提高制造成本。水蒸汽冷凝成液態(tài)水后容易附著在肋柱上，影響換熱。
[0028]本發(fā)明工作時，燃燒器安裝在燃氣進口 11部位，燃氣通過燃燒器從換熱器燃氣進口 11進入后，在燃燒室12中燃燒，由于圓柱肋柱13的優(yōu)化設(shè)計，燃燒室先變寬，后逐漸變窄，在保證燃燒空間的情況下最大地增大了換熱面積。肋柱13為順排布置，可以起到導(dǎo)流作用，使煙氣在進入煙道時分布均勻，保證了換熱的穩(wěn)定性。
[0029]煙氣由燃燒室12進入下部煙氣流動通道18，依次流通過上部內(nèi)壁面的肋柱和下部圓臺體肋柱，肋柱中心線截面處空氣流動間隙為平行四邊形，并且相鄰間隙方向相反，增強了煙氣的湍流強度，增加了擾動性，從而提高了對流換熱系數(shù)，進而提高了換熱效果。在冷凝部分，由于圓臺的下邊界是傾斜的，當水蒸汽在肋柱凝結(jié)時，由于重力作用可以迅速沿著邊界流至大截面端，然后順水冷壁流下。相比等截面圓柱，變截面圓臺體肋柱設(shè)計能快速排出冷凝水，進而強化換熱。實驗結(jié)果顯示，在總體積不變時，交錯排列的圓臺形肋柱具有比等截面圓柱更好的換熱效果。
[0030]圖3、4為煙道圓臺肋柱15的第一種布置方式，圖3為水平布置圖，圖4為豎直布置圖。豎直方向呈正三角形排列。水平方向，同一排相鄰肋柱方向相反，例如，若一個圓臺肋柱小直徑一端垂直紙面向外，則與其同排相鄰的肋柱小直徑端垂直紙面向外。
[0031]附圖5、6為煙道圓臺肋柱15的第二種布置方式，附圖5為水平布置圖，附圖6為豎直布置圖。豎直方向與方案I相同，呈正三角形排列。水平方向，同一排肋柱方向相同，臨排肋柱方向相反。
[0032]本發(fā)明便于懸掛，安裝方便。煙氣道結(jié)構(gòu)不僅能夠強化換熱，而且便于冷凝水排出，燃燒室加強換熱同時提供足夠燃燒空間，降低了 CO和NOX排放。本設(shè)計提高了換熱效率，節(jié)約了生產(chǎn)成本，減少了能源消耗，符合節(jié)能低碳的理念。
[0033]本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于氣液熱交換的冷凝換熱器，該換熱器包括殼體和依次設(shè)置在殼體內(nèi)部的燃燒室(12)和煙氣流動通道(18)，所述殼體兩側(cè)壁面腔設(shè)置水流通道(14)，所述殼體上下端分別設(shè)置燃氣進口(11)和煙氣出口(17)，其特征在于: 所述煙氣流動通道(18)沿著煙氣流動方向的一個側(cè)面的內(nèi)壁固定呈圓臺體結(jié)構(gòu)的肋柱陣列(15)，所述肋柱陣列(15)中的肋柱設(shè)置在垂直于煙氣流動方向上并且其長度與所述煙氣流動通道(18)的所述側(cè)面與其對應(yīng)平行的側(cè)面的距離基本相等。
2.如權(quán)利要求1所述的用于氣液熱交換的冷凝換熱器，其特征在于，所述殼體對應(yīng)于煙氣流動通道(18)的區(qū)域大致呈長方體設(shè)計，而對應(yīng)于燃燒室(12)區(qū)域的一側(cè)面整體呈平面，另一對應(yīng)的側(cè)面在燃燒室(12)對應(yīng)的區(qū)域呈現(xiàn)以下形狀:即沿著所述煙氣流動的方向，所述兩側(cè)面的距離由窄變寬再由寬漸變窄，以此方式增大燃燒空間。
3.如權(quán)利要求2所述的用于氣液熱交換的冷凝換熱器，其特征在于，所述燃燒室(12)的兩側(cè)內(nèi)壁順排相對設(shè)置與所述肋柱(15)大致平行的肋柱(13)，其中垂直于煙氣流動方向上的肋柱行上的每個肋柱(13)的高度相等，沿著煙氣流動方向上的肋柱列的高度由上到下呈幅度依次增加的波浪狀形式。
【文檔編號】F24H9/00GK104048413SQ201410255111
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年6月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月10日
【發(fā)明者】鄒春, 郭飛, 韓慶松, 何一卓, 操時英, 張亮, 謝泓, 周凱 申請人:華中科技大學(xué)