專利名稱：一種分流豎置縫隙式冷凝換熱器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于換熱器領(lǐng)域，具體涉及ー種應(yīng)用于燃油或燃氣熱水器、壁掛鍋爐上的分流豎置縫隙式冷凝換熱器，該換熱器用于煙氣與水的換熱，為供暖和(或)生活提供熱水。
背景技術(shù)：
燃料的熱值分為高熱值和低熱值，前者是燃料的燃燒熱和水蒸氣的冷凝熱的總數(shù)，即燃料完全燃燒時所放出的總熱量，后者僅是燃料的燃燒熱，即由總熱量減去冷凝熱的差數(shù)。與非冷凝式換熱器相比，冷凝式換熱器既能吸收燃燒熱，又能吸收冷凝熱，使其熱效率得到極大的提升。由于冷凝式換熱器熱效率高，近年來在燃氣熱水器和壁掛鍋爐上得到廣泛的應(yīng)用。如何進ー步降低燃氣熱水器的排煙溫度，提高換熱平均溫差，獲得更高的換熱效率，是 冷凝式換熱器的發(fā)展趨勢。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供ー種結(jié)構(gòu)緊湊，換熱效率高的分流豎置縫隙式冷凝換熱器。為達到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是包括帶有煙氣出口、排水ロ及水出口連接孔的換熱器殼體，安裝在換熱器殼體上端的用于安裝燃燒器的前蓋板，換熱器殼體內(nèi)安裝有換熱器芯體，換熱器芯體由多個豎置扇形單元組成，且各豎置的扇形単元內(nèi)部為分格結(jié)構(gòu)，沿徑向?qū)⑸刃螀g元內(nèi)部劃分為多層通道，相鄰兩豎置扇形単元間留有煙氣縫隙，換熱器殼體下端設(shè)置有與水出ロ連接孔相連的出ロ水箱，換熱器殼體與前蓋板之間設(shè)置有帶有水入口連接孔的入口水箱，所述的入口水箱、出口水箱分別與扇形單元相連通，出ロ水箱與扇形単元內(nèi)側(cè)包圍的空間為燃燒室，扇形単元與換熱器殼體之間的空間為集煙室，燃燒室與集煙室通過煙氣縫隙相連通。所述的煙氣縫隙的間隙為O. 5 1mm。所述的扇形単元內(nèi)部為分格結(jié)構(gòu)，沿徑向?qū)⑸刃螀g元內(nèi)部劃分為単元內(nèi)外層水通道、単元內(nèi)中層水通道和単元內(nèi)內(nèi)層水通道。所述的豎置扇形單元的數(shù)量為16 24。所述的水入口連接孔與水出ロ連接孔在垂直方向沿對角線布置。本發(fā)明采用分流豎置縫隙結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了多層叉流換熱，使換熱效率得到進ー步提升。燃燒器燃燒后產(chǎn)生的煙氣沿徑向通過換熱器扇形単元的豎置間隙，被加熱エ質(zhì)水由軸向從換熱器扇形単元內(nèi)部流過，且在每個扇形単元內(nèi)為分層流動。煙氣在縫隙內(nèi)的流動為層流，由傳熱理論知，層流條件下Nu數(shù)為常數(shù)，縫隙尺寸越小，對流換熱系數(shù)越高，這是因為隨著縫隙尺寸的減小，即使為層流，邊界層也會變得很薄，邊界層內(nèi)獲得極大的溫度梯度，從而使通過縫隙的煙氣獲得極大的換熱系數(shù)。高溫煙氣徑向通過換熱器，溫度逐漸降低，故扇形單元里內(nèi)側(cè)被加熱エ質(zhì)水溫度最高，外側(cè)被加熱エ質(zhì)水溫度最低。由于煙氣和エ質(zhì)的最低溫度均出現(xiàn)在換熱器的最外層，從而有效的降低排煙溫度，使煙氣中的水蒸氣盡可能多的發(fā)生冷凝，吸收利用更多的冷凝熱，提高換熱效率。


圖I是本發(fā)明分流豎置縫隙式冷凝換熱器主視圖；圖2是本發(fā)明分流豎置縫隙式冷凝換熱器A-A剖視圖；圖3是本發(fā)明分流豎置縫隙式冷凝換熱器C-C剖視圖；圖4是本發(fā)明分流豎置縫隙式冷凝換熱器-換熱器芯體主視圖；圖5是本發(fā)明分流豎置縫隙式冷凝換熱器-換熱器芯體E-E剖視圖。圖中標記ト煙氣出口，2-集煙室，3-換熱器芯體，4-入口水箱，5-前蓋板，6-燃燒器連接螺紋孔，7-水入口連接孔，8-出ロ水箱，9-煙氣縫隙，10-單元內(nèi)外層水通道，11-單元內(nèi)中層水通道，12-單元內(nèi)內(nèi)層水通道，13-水出ロ連接孔，14-換熱器殼體，15-扇形單元，16-燃燒室，17-排水ロ。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進ー步詳細說明。參見圖1-5，本發(fā)明包括帶有煙氣出口 I、排水ロ 17及水出口連接孔13的換熱器殼體14，安裝在換熱器殼體14上端的用于安裝燃燒器的前蓋板5，換熱器殼體14內(nèi)安裝有換熱器芯體3，換熱器芯體3由數(shù)量為16 24個豎置扇形単元15組成，且各豎置的扇形単元15內(nèi)部為分格結(jié)構(gòu)，沿徑向?qū)⑸刃螀g元內(nèi)部劃分為単元內(nèi)外層水通道10、単元內(nèi)中層水通道11和単元內(nèi)內(nèi)層水通道12，相鄰兩豎置扇形単元15間留有間隙為O. 5^1mm的煙氣縫隙9，換熱器殼體14下端設(shè)置有與水出ロ連接孔13相連的出ロ水箱8，換熱器殼體14與前蓋板之間設(shè)置有帶有水入口連接孔7的入口水箱4，所述的入口水箱4、出ロ水箱8分別與扇形単元5相連通，出ロ水箱8與扇形単元12內(nèi)側(cè)包圍的空間為燃燒室16，扇形単元15與換熱器殼體14之間的空間為集煙室2，燃燒室16與集煙室2通過煙氣縫隙9相連通。本發(fā)明的換熱器分為多個豎置扇形單元15，被加熱エ質(zhì)水從扇形單元15內(nèi)軸向流過，燃料燃燒后產(chǎn)生的高溫煙氣沿徑向通過豎置扇形單元間的煙氣縫隙9。煙氣在煙氣縫隙9內(nèi)的流動為層流，由傳熱理論知，層流條件下Nu數(shù)為常數(shù)，縫隙的間隙越小，對流換熱系數(shù)越高，這是因為隨著縫隙尺寸的減小，即使為層流，邊界層也會變得很薄，邊界層內(nèi)獲得極大的溫度梯度，從而使通過縫隙的煙氣獲得極大的換熱系數(shù)?？紤]到煙氣流動阻力因素，煙氣縫隙9的間隙控制在O. 5 1_之間。注Nu=hd/A，其中h為對流換熱系數(shù)，d為煙氣縫隙間隙，λ為煙氣導(dǎo)熱系數(shù)。換熱器設(shè)置入口水箱4和出ロ水箱8，分別設(shè)置在換熱的頂部和底部，被加熱エ質(zhì)水首先進入入口水箱4，然后被分配至各扇形単位，沿軸向通過各扇形単元的分層通道，再匯集于出口水箱8。高溫煙氣沿徑向通過扇形単元間的豎置煙氣縫隙9，溫度逐漸降低，故扇形単元內(nèi)徑向分格通道中，最內(nèi)層エ質(zhì)被加熱溫度最高，然后逐漸降低，最外層エ質(zhì)被加熱溫度最低。由于煙氣和エ質(zhì)的最低溫度均出現(xiàn)在換熱器的最外層，從而有效的降低排煙溫度，使煙氣中的水蒸氣盡可能多的發(fā)生冷凝，吸收利用更多的冷凝熱，提高換熱效率。換熱器扇形単元越多，換熱面積越大，但制造エ藝越復(fù)雜，因此扇形単元的數(shù)量一般控制在16 24個之間。換熱器設(shè)置集煙室2，煙氣通過扇形単元的縫隙通道后進入集煙室，然后進入排煙通道，煙氣中被冷凝的水，匯集與集煙室的底部然后排出。為保證被加熱エ質(zhì)水在各扇形通道內(nèi)分配的均勻性，水入口連接孔7與水出ロ連接孔13在垂直方向沿對角線布置。本發(fā)明出口水箱、扇形単元內(nèi)側(cè)包圍的空間為燃燒室16，由于出口水箱布置在換熱器的底面，一方面不用再在換熱器底面設(shè)置耐火絕熱材料，另ー方面可以利用高溫煙氣的換熱能力，繼續(xù)加熱エ質(zhì)。 本發(fā)明分流豎置縫隙式冷凝換熱器，具有結(jié)構(gòu)緊湊，排煙溫度低，熱效率高的特點。本發(fā)明符合燃氣熱水器和壁掛鍋爐冷凝式換熱器的發(fā)展趨勢，符合節(jié)能減排的要求。本發(fā)明的推廣，將為我國燃氣熱水器和壁掛鍋爐行業(yè)節(jié)能減排做出巨大貢獻。本發(fā)明的前蓋板5、換熱器殼體14與換熱器芯體3之間為可拆卸連接。本發(fā)明的工作過程如下將燃燒器通過燃燒器連接螺紋孔6固定于前蓋板5上，燃燒器在燃燒室16內(nèi)燃燒，生成大量的高溫煙氣，這些高溫煙氣沿徑向通過扇形単元15之間豎置的煙氣縫隙9，然后進入集煙室2，再由煙氣出口 I排出，煙氣中被冷凝的水，匯集與集煙室的底部，由排水ロ17排出。被加熱エ質(zhì)水由前蓋板5上設(shè)置的水入口連接孔7進入入口水箱4，然后均勻分配至各扇形単元15，沿軸向流過扇形単元15內(nèi)的外層、中層和內(nèi)層水通道10、11、12，再匯總于出ロ水箱8，最后由出口水箱8的底板上設(shè)置的水出ロ連接孔13進入用戶供暖或熱水系統(tǒng)中。由于高溫煙氣沿徑向通過扇形単元15之間的煙氣縫隙9，溫度逐漸降低，故扇形單元15內(nèi)徑向分格外層、中層和內(nèi)層水通道10、11、12中，最內(nèi)層水通道12エ質(zhì)被加熱溫度最高，然后逐漸降低，最外層水通道10エ質(zhì)被加熱溫度最低。由于煙氣和エ質(zhì)的最低溫度均出現(xiàn)在換熱器的最外層，從而有效的降低排煙溫度，使煙氣中的水蒸氣盡可能多的發(fā)生冷凝，吸收利用更多的冷凝熱，提高換熱效率。由于出ロ水箱8的ー側(cè)與高溫煙氣直接接觸，エ質(zhì)水進入出ロ水箱8后，能夠繼續(xù)利用高溫煙氣加熱エ質(zhì)，提高工質(zhì)的出ロ溫度。
權(quán)利要求
1.一種分流豎置縫隙式冷凝換熱器，其特征在于包括帶有煙氣出口(I)、排水口(17)及水出口連接孔(13)的換熱器殼體(14)，安裝在換熱器殼體(14)上端的用于安裝燃燒器的前蓋板(5),換熱器殼體(14)內(nèi)安裝有換熱器芯體(3),換熱器芯體(3)由多個豎置扇形單元(15)組成，且各豎置的扇形單元(15)內(nèi)部為分格結(jié)構(gòu)，沿徑向?qū)⑸刃螁卧?15)內(nèi)部劃分為多層通道，相鄰兩豎置扇形單元(15)間留有煙氣縫隙(9)，換熱器殼體(14)下端設(shè)置有與水出口連接孔(13 )相連的出口水箱(8 )，換熱器殼體(14 )與前蓋板之間設(shè)置有帶有水入口連接孔(7)的入口水箱(4)，所述的入口水箱(4)、出口水箱(8)分別與扇形單元(5)相連通，出口水箱(8)與扇形單元(12)內(nèi)側(cè)包圍的空間為燃燒室(16)，扇形單元(15)與換熱器殼體(14)之間的空間為集煙室(2)，燃燒室(16)與集煙室(2)通過煙氣縫隙(9)相連通。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的分流豎置縫隙式冷凝換熱器，其特征在于所述的煙氣縫隙(9)的間隙為O. 5 1_。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的分流豎置縫隙式冷凝換熱器，其特征在于所述的扇形單元(15)內(nèi)部為分格結(jié)構(gòu)，沿徑向?qū)⑸刃螁卧獌?nèi)部劃分為單元內(nèi)外層水通道(10)、單元內(nèi)中層水通道(11)和單元內(nèi)內(nèi)層水通道(12)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的分流豎置縫隙式冷凝換熱器，其特征在于所述的豎置扇形單元(15)的數(shù)量為16 24。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的分流豎置縫隙式冷凝換熱器，其特征在于所述的水入口連接孔(7)與水出口連接孔(13)在垂直方向沿對角線布置。、全文摘要
一種分流豎置縫隙式冷凝換熱器，換熱器沿徑向分為多個扇形單元，扇形單元內(nèi)部為分格結(jié)構(gòu)，沿徑向?qū)⑸刃螁卧獌?nèi)部劃分為多層通道。被加熱工質(zhì)水沿軸向流過扇形單元內(nèi)的多層通道，燃燒器燃燒后產(chǎn)生的煙氣沿徑向通過扇形單元間的縫隙。煙氣在縫隙內(nèi)的流動為層流，使邊界層厚度很薄，溫度梯度極大，因此通過縫隙的煙氣會獲得極大的換熱系數(shù)。由于高溫煙氣沿徑向通過扇形單元間的豎置縫隙，溫度逐漸降低，故扇形單元內(nèi)徑向分格通道中，最內(nèi)層工質(zhì)被加熱溫度最高，然后逐漸降低，最外層工質(zhì)被加熱溫度最低。由于煙氣和工質(zhì)的最低溫度均出現(xiàn)在換熱器的最外層，從而有效的降低排煙溫度，使煙氣中的水蒸氣盡可能多的發(fā)生冷凝，吸收利用更多的冷凝熱，提高換熱效率。
文檔編號F24H8/00GK102679551SQ201210173800
公開日2012年9月19日 申請日期2012年5月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月30日
發(fā)明者劉長春, 周屈蘭, 惠世恩, 李娜, 梁凌, 譚厚章, 趙帥, 趙欽新, 高振強 申請人:西安交通大學(xué)