專利名稱：一種煙氣余熱回收換熱器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及余熱回收換熱設(shè)備與技術(shù)領(lǐng)域，具體是指一種煙氣余熱回收換熱器。
背景技術(shù)：
節(jié)能減排是我國國民經(jīng)濟發(fā)展的一項重要決策，國家制定的能源中長期發(fā)展規(guī)劃綱要中也將節(jié)能減排作為我國能源戰(zhàn)略發(fā)展的重點之一。我國能源的利用效率與國際先進水平差距很大，造成能源利用效率低的原因主要包括熱能轉(zhuǎn)換裝備技術(shù)落后、廢熱和余熱利用效率低等。絕大部分工業(yè)過程以及民用的燃氣器具等都是以熱量的形式消耗著大量能源，以余熱形式散失到環(huán)境的能量占工業(yè)總能耗的50%以上。據(jù)統(tǒng)計我國每年約有相當于5000萬噸標準煤以上的工業(yè)余熱待回收利用。此外，這些余熱直接地排放到環(huán)境中，不僅白白地浪費了可貴的能源資源，而且余熱載體及其相關(guān)污染物的排放還帶來嚴重的環(huán)境影響。然而由于煙氣成分的復雜以及氣體換熱效率的低下，這部分余熱的回收利用難度也相對較大。目前，工業(yè)中一般采用普通翅片管換熱器和熱管換熱器來回收這一部分余熱。普通翅片管換熱器是將一定形狀的金屬片嵌套在普通金屬管上，或者采用高頻焊和浸焊的方式使其與金屬管連接更緊固。這種方式的缺點是翅片與換熱管之間存在一定的接觸熱阻，影響換熱效率，同時使用大量金屬片，增加了材料的消耗，也使得換熱設(shè)備的壓降增大，設(shè)備的抗腐蝕性能降低。熱管換熱器雖然有很好的抗腐蝕性能，但是總換熱系數(shù)低，設(shè)備體積龐大，制造成本較高。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是提供一種煙氣余熱回收換熱器，以克服現(xiàn)有煙氣余熱回收常用的熱管或翅片管換熱器效率低、體積龐大等缺陷。本實用新型利用橢圓狀或扁平狀多通道結(jié)構(gòu)換熱管不但提高了單位體積內(nèi)煙氣與換熱管表面的接觸面積，而且擠壓了管內(nèi)流體的熱邊界層，使管內(nèi)被加熱流體溫度梯度集中在近壁面分布更加均勻，使得換熱器變得更為緊湊。同時，煙氣在橫掠過其具有波紋的表面時產(chǎn)生一定的壓力梯度，提高了煙氣的湍流程度，增強了傳熱，從而提高了煙氣余熱回收的效率。本實用新型目的通過如下技術(shù)方案實現(xiàn):一種煙氣余熱回收換熱器，包括煙氣進口、煙氣出口、余熱回收流體進口、余熱回收流體出口、換熱管、管板、封箱和外壁；分別與兩塊管板連接，兩塊管板位于兩塊封箱內(nèi)側(cè)；多根換熱管左右兩端分別經(jīng)過兩塊管板與封箱連通，兩封箱為空腔結(jié)構(gòu)，在封箱內(nèi)設(shè)置有隔板，隔板將封箱間隔成多個封閉的腔體，封箱頂部和底部分別設(shè)有余熱回收流體進口和余熱回收流體出口 ；所述換熱管為紫銅管或不銹鋼管，經(jīng)過機械加工形成具有2-4個橢圓狀或扁平狀流通通道的多通道結(jié)構(gòu)，同一換熱管內(nèi)的橢圓狀或扁平狀流通通道被換熱管擠壓凹陷形成的管內(nèi)凸肋分隔成單獨的通道；所述換熱管在水平和垂直方向上間隔排列，相鄰兩換熱管外壁在水平方向上的間距離為1-10毫米，在垂直方向上的間距為3-10毫米。為進一步實現(xiàn)本實用新型目的，所述換熱管優(yōu)選為不銹鋼管，經(jīng)過機械加工形成具有4個橢圓狀流通通道的多通道結(jié)構(gòu)。所述換熱管中相鄰兩換熱管外壁在水平方向上的間距離優(yōu)選為2毫米，在垂直方向上的間距優(yōu)選為5毫米。所述換熱管優(yōu)選為不銹鋼管，經(jīng)過機械加工形成具有2個扁平狀流通通道的多通道結(jié)構(gòu)。所述換熱管中相鄰兩換熱管外壁在水平方向上的間距離為2毫米，在垂直方向上的間距為5毫米。所述封箱與管板之間優(yōu)選采用螺栓和密封圈進行連接和密封。本實用新型所述的余熱回收流體可以是生活用熱水以及工業(yè)過程中需要加熱的各種液態(tài)物料等。本實用新型的工作原理是:廢熱煙氣由煙氣入口進入，流經(jīng)換熱管外壁、管板與換熱裝置壁面構(gòu)成的換熱通道，并與換熱管內(nèi)的余熱回收流體通過換熱管的壁面進行熱交換，煙氣溫度降低，由煙氣出口排出；余熱回收流體由其入口進入管箱，在兩個管箱內(nèi)隔板的作用下，蛇形通過各排換熱管的管內(nèi)通道，并與換熱管外的廢熱煙氣通過換熱管的壁面進行熱交換，余熱回收流體溫度升高，由其出口排出。本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點和效果:1.本實用新型采用工業(yè)普通圓形換熱金屬管經(jīng)過機械加工擠壓等工藝制造成多橢圓狀或扁平狀多通道結(jié)構(gòu)，可使管內(nèi)被加熱流體分布均勻，溫度梯度集中于換熱避免附近，煙氣氣體則在外側(cè)與橢圓或扁狀多通道的波紋表面垂直流動，產(chǎn)生一定的壓力梯度，增強煙氣氣體的湍流，提高換熱效率。同時與普通圓管、橢圓管和扁管等異型管換熱器相比，利用橢圓狀或扁平狀多通道結(jié)構(gòu)換熱管可使單位體積內(nèi)煙氣與換熱管表面的接觸面積提高I倍以上。使得本實用新型具有換熱系數(shù)高、結(jié)構(gòu)緊湊的特點。2.本實用新型的制造與工藝尤其適用耐腐蝕的不銹鋼、合金鋼、鈦鋼等金屬材質(zhì)，克服普通翅片管換熱器或熱管換熱器所存在的耐腐蝕性能差或總換熱系數(shù)低等缺陷。在保證其高效余熱回收效率的同時，也可以提高了換熱裝置的安全、環(huán)保性，降低生產(chǎn)成本。

圖1是本實用新型緊湊式余熱回收換熱裝置結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本實用新型兩種換熱管結(jié)構(gòu)示意視圖。圖3-1是本實用新型帶有橢圓狀孔的管板結(jié)構(gòu)示意圖。圖3-2是本實用新型帶有扁平狀孔的管板結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型作進一步的詳細說明。如圖1所示，一種煙氣余熱回收換熱器，包括煙氣進口 7、煙氣出口 1、余熱回收流體進口 2、余熱回收流體出口 6、換熱管3、管板4、封箱5和外壁8 ;兩封箱5分別與兩塊管4板連接，兩塊管4板位于兩塊封箱5內(nèi)側(cè)；多根換熱管3左右兩端分別經(jīng)過兩塊管板4與封箱5連通，各換熱管3在水平和垂直方向上均按一定間距整齊排列并且兩端分別焊接在兩塊管板4上，相鄰兩換熱管3外壁在水平方向上的間距離為1-10毫米，在垂直方向上的間距為3-10毫米。管板與換熱管的排列方式對應開有與換熱管截面形狀及大小相同的孔，換熱管兩端可以穿過這些孔并與管板進行焊接。兩管板4外側(cè)的封箱5為空腔結(jié)構(gòu)，在封箱5內(nèi)設(shè)置有隔板9，隔板9將封箱5間隔成多個封閉的腔體，封箱5與管板4之間采用螺栓和密封圈進行連接和密封，封箱5頂部和底部分別設(shè)有余熱回收流體進口 2和余熱回收流體出口 6，隔板9將一排或多排傳熱管內(nèi)流體流向分隔為若干組，相鄰兩組傳熱管內(nèi)的流體流向相反。多根換熱管3的前后端以及上下端為外壁8，外壁8與管板4組成空腔結(jié)構(gòu)，換熱管3位于該空腔結(jié)構(gòu)中，空腔結(jié)構(gòu)的上下端分別設(shè)有煙氣出口 I和煙氣進口 7 ;換熱管3的外壁、管板4與換熱裝置外壁8組成煙氣的換熱通道；換熱管3內(nèi)壁、管板4與封箱5組成熱水的換熱通道。如圖2所示,換熱管為紫銅管或不銹鋼管,經(jīng)過機械加工形成具有2-4個橢圓狀或扁平狀流通通道的多通道結(jié)構(gòu)，同一換熱管內(nèi)的橢圓狀或扁平狀流通通道被換熱管因擠壓凹陷形成的管內(nèi)凸肋分隔成單獨的通道。這種經(jīng)機械加工成的具有2-4個橢圓狀或扁平狀流通通道的多通道結(jié)構(gòu)的換熱管，不僅克服了原換熱管管內(nèi)的流體流速過低的缺陷，又使得流體的滯留熱邊界層受到壓縮，滯留層的厚度變薄，提高了管內(nèi)流體的對流換熱系數(shù)；同時，相鄰兩換熱管3外壁之間的間距按照煙氣的可凝性物質(zhì)含量、密度、導熱系數(shù)等物性參數(shù)和流速的不同而設(shè)計為ι- ο毫米，有效地利用了各換熱管外壁間的波紋狀通道結(jié)構(gòu)，促進煙氣滯留層的擾動，提高煙氣的對流換熱系數(shù)。現(xiàn)普遍采用的管翅式煙氣余熱回收裝置，其翅片因接觸熱阻的存在而換熱效率低，金屬翅片消耗了更多材料，壓力損耗大，使得其制造和運行成本都比較高。采用多通道結(jié)構(gòu)換熱管的緊湊式煙氣余熱回收裝置其加工過程簡單，不需要消耗額外的金屬材料，既具有很高的換熱效率又能節(jié)省制造和運行成本。如圖3-1和3-2所示，兩塊管板開有與換熱管截面形狀及大小相同的橢圓狀或扁平狀孔，換熱管兩端可以穿過這些孔并與管板進行焊接。實施例1煙氣余熱回收換熱器用于燃氣熱水器中，回收燃氣熱水器煙氣余熱。其中，換熱管是采用機械擠壓成型的方法將12_直徑的光滑不銹鋼圓管加工成具有3個橢圓狀流通通道的多通道結(jié)構(gòu)，同一換熱管內(nèi)的橢圓狀流通通道被換熱管因擠壓凹陷形成的2組相對應的凸肋分隔成3個單獨的通道，加工后換熱管的長徑為16_，短徑為6_。相鄰兩換熱管外壁在水平方向上的間距離為2毫米，在垂直方向上的間距為5毫米。通過碰焊使換熱管因擠壓凹陷形成的管內(nèi)2組相對應的凸肋之間因瞬間強電流而產(chǎn)生高溫的作用而熔合，進一步提高換熱管的機械強度。燃氣熱水器中的煙氣經(jīng)燃氣燃燒，并與冷水換熱后，溫度降至160°C，由煙氣進口7進入煙氣余熱回收換熱裝置，流經(jīng)換熱管3外壁、管板4與換熱裝置壁面8構(gòu)成的換熱通道，并與換熱管3內(nèi)的水通過壁面進行熱交換，煙氣溫度由160°C降低至60-80°C，煙氣最終由煙氣出口 I排出；被燃氣加熱溫度升至38-42°C的熱水由余熱回收流體進口 2進入封箱5，在兩個封箱5內(nèi)隔板9的作用下，蛇形(折疊式)通過各排換熱管3的管內(nèi)通道，并與換熱管3外的煙氣通過換熱管壁面進行熱交換，水溫升高至42-48°C (該溫度范圍是有所變化，一般高于42°C，即使由余熱回收流體進口 2進入封箱5的水有42°C，要維持到由余熱回收流體出口 6流出的水還有42°C，也需要進行熱交換)，并由余熱回收流體出口 6流出供日常生活使用。本實施例的煙氣余熱回收換熱器替代現(xiàn)有廣東萬家樂燃氣具有限公司12U系列冷凝式燃氣熱水器的煙氣余熱換熱器效果如表I所示。表I
權(quán)利要求1.一種煙氣余熱回收換熱器，包括煙氣進口、煙氣出口、余熱回收流體進口、余熱回收流體出口、換熱管、管板、封箱和外壁；兩封箱分別與兩塊管板連接，兩塊管板位于兩塊封箱內(nèi)側(cè)；多根換熱管左右兩端分別經(jīng)過兩塊管板與封箱連通，兩封箱為空腔結(jié)構(gòu)，在封箱內(nèi)設(shè)置有隔板，隔板將封箱間隔成多個封閉的腔體，封箱頂部和底部分別設(shè)有余熱回收流體進口和余熱回收流體出口 ；其特征在于:所述換熱管為紫銅管或不銹鋼管，經(jīng)過機械加工形成具有2-4個橢圓狀或扁平狀流通通道的多通道結(jié)構(gòu)，同一換熱管內(nèi)的橢圓狀或扁平狀流通通道被換熱管擠壓凹陷形成的管內(nèi)凸肋分隔成單獨的通道；所述換熱管在水平和垂直方向上間隔排列，相鄰兩換熱管外壁在水平方向上的間距離為ι- ο毫米，在垂直方向上的間距為3-10毫米。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煙氣余熱回收換熱器，其特征在于:所述換熱管為不銹鋼管，經(jīng)過機械加工形成具有4個橢圓狀流通通道的多通道結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的煙氣余熱回收換熱器，其特征在于:所述換熱管中相鄰兩換熱管外壁在水平方向上的間距離為2毫米，在垂直方向上的間距為5毫米。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煙氣余熱回收換熱器，其特征在于:所述換熱管為不銹鋼管，經(jīng)過機械加工形成具有2個扁平狀流通通道的多通道結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煙氣余熱回收換熱器，其特征在于:所述封箱5與管板4之間采用螺栓和密封圈進 行連接和密封。
專利摘要本實用新型公開了一種煙氣余熱回收換熱器，包括煙氣進口、煙氣出口、余熱回收流體進口、余熱回收流體出口、換熱管、管板、封箱和外壁；換熱管為經(jīng)過機械加工形成具有2-4個橢圓狀或扁平狀流通通道的多通道結(jié)構(gòu)，同一換熱管內(nèi)的橢圓狀或扁平狀流通通道被換熱管擠壓凹陷形成的管內(nèi)凸肋分隔成單獨的通道；換熱管在水平和垂直方向上間隔排列，相鄰兩換熱管外壁在水平方向上的間距離為1-10毫米，在垂直方向上的間距為3-10毫米。本實用新型多通道換熱管結(jié)構(gòu)增強了煙氣和管內(nèi)熱回收流體的傳熱，從而提高了煙氣余熱回收的效率，減少余熱回收裝置的體積，節(jié)省制造成本，克服煙氣余熱回收熱管或翅片管換熱效率低、體積龐大的缺陷。
文檔編號F28F21/08GK203083404SQ201220187929
公開日2013年7月24日 申請日期2012年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月27日
發(fā)明者高學農(nóng), 陸應生, 張正國, 方玉堂 申請人:華南理工大學