一种“篓”状三维变空间冷凝式燃气热水炉制造技术

本实用新型专利技术提供一种“篓”状三维变空间冷凝式燃气热水炉，主要由热水炉壳体、“篓”状三维变空间换热芯、导流筒、隔断层和燃烧机组成，其中换热芯由单层或多层的“篓”状盘管组成，并由进水集管与出水集管连接，“篓”状盘管由三维变空间管制作而成，燃烧机生成的高温烟气进入“篓”状三维变空间换热芯与管内介质进行高效热交换。采用这种三维变空间变截面的“篓”状换热芯，可以有效地提升燃气热水炉换热器的换热系数，从而提高热水炉的换热效率，有利于缩小热水炉的总体积，减轻重量，节省材料，降低成本。另外，便于清灰清垢，延长维护周期。

【技术实现步骤摘要】
一种“篓”状三维变空间冷凝式燃气热水炉
本技术涉及热水炉
，具体涉及一种“篓”状三维变空间冷凝式燃气热水炉。
技术介绍
在现有技术中，普通冷凝式燃气热水炉由燃烧器、盘管换热芯和壳体等部件组成。盘管换热芯采用圆形基管压制成扁管，然后绕成螺旋状的盘管。扁管状盘管水平布置，燃烧器水平布置于盘管形成的圆筒轴向，当经过预混的天然气通过进气管道进入燃烧器燃烧后产生的高温烟气沿着径向横向冲刷穿过盘管的方式对管内的介质进行加热，再通过盘管与壳体之间的流通通道进行汇集后从设置于顶部的烟气出口排出。该类型的热水炉存在的致命的技术问题：其一，高温烟气与介质水进行热量交换时，呈交叉流的方式，热交换温差小，无法最大限度发挥高温流体与低温流体的热交换的驱动力。其二，由于烟气沿着筒状盘管的径向流动，因此筒状侧面的缝隙就是其流动截面积。该面积对于对应的烟气量显得太大，造成了烟气流速过慢，换热效率过低，无法满足冷凝式炉子的技术要求。其三，扁管盘管是通过定距装置来保证盘管的扁管间距，该距离太小，并且间隙还十分不均匀，加上是简单的一维结构通道结构，使得烟气经过冷凝后析出的硫化物组织会造成管间隙通道的严重堵塞而失效，引起重大技术事故。其四，由于其不合理的结构造成烟气流场严重不均匀，偏流情况严重，水平布置的盘管下半部几乎无参与热交换，利用率很低，严重影响换热效果。其五，盘管是由普通扁管构成，没有经过深度强化手段，换热元件的换热系数过低。
技术实现思路
针对上述待解决的技术问题，本技术提供一种“篓”状三维变空间冷凝式燃气热水炉，采用“篓”状三维变空间变截面换热芯，改善烟气侧和水侧的流场，提高流场维度，烟气流道和水流道呈三维变空间变截面流动模式，提高换热元件的换热系数和热交换温差，并且使得流场均匀，不存在流动死角，不易结垢，容易清洗，提高维护周期。为实现上述目的，本技术的技术方案为：一种“篓”状三维变空间冷凝式燃气热水炉，包括热水炉壳体及设置在热水炉壳体内的“篓”状三维变空间换热芯、导流筒、隔断层和燃烧机；“篓”状三维变空间换热芯由单层或多层的“篓”状盘管组成，“篓”状盘管由三维变空间管绕制而成，两端分别与进水集管和出水集管连接；导流筒为圆锥管状结构，隔断层为圆台状结构，隔断层同轴设置导流筒中，构成沿轴向内径依次缩小的环形换热室，“篓”状三维变空间换热芯安装在环形换热室中，环形换热室内径较大的一端为进气端，内径较小的一端为排气端；燃烧机靠近环形换热室进气端布置，生成的高温烟气进入“篓”状三维变空间换热芯与管内介质进行热交换。本技术的燃气热水炉，采用三维变空间变截面的“篓”状换热芯，“篓”状换热芯采用高效换热异型管，可以大幅度提高换热芯的换热效率，进而提高热水炉的换热效率，有利于缩小热水炉的总体积，减轻重量，节省材料，降低成本。本技术的“篓”状换热芯，可以同时实现径向和轴向的变空间结构，均匀化烟气流场。本技术的“篓”状换热芯，将一维流动模式转化为三维流动模式，提高维度可以消除流动死区及涡流点，且增大换热元件之间的流道尺寸，杜绝结垢，便于清灰清垢，延长维护周期。本技术的“篓”状换热芯，可以实现流动横截面积由大逐渐变小的特点，满足烟气随着温度不断下降其体积流量也不断变小的特性，使得烟气速度流场尽可保持一致，减小流动能量损失。本技术的“篓”状换热芯，由单层或多层的“篓”状盘管组成，并由进水集管与出水集管连接而成，可根据热水炉的负荷大小灵活调整层数。本技术的“篓”状换热芯，两侧设置导流筒和隔断层，迫使烟气沿着“篓”状盘管的母线流动，提高烟气的流速从而进一步提高其换热系数，且满足自清垢的流速要求。作为本技术的一种改进，所述的三维变空间管由椭圆管经螺旋扭曲而成。介质侧的单根盘管流道外形近似麻花状，截面近椭圆状，水介质流形成螺旋流体，产生二次流旋流破坏热边界层，强化热交换，不仅换热系数得到强化，而且流速得到提高而满足自介质侧自清垢要求。作为本技术的一种改进，所述的“篓”状三维变空间换热芯内径较小的一端为进水端，内径较大的一端为出水端，管内外介质进行全逆流换热。烟气在“篓”状盘管间的流动方向与“篓”状盘管内的介质的流动方向相反，几乎满足全逆流结构特点，提高了热交换的温差，减小换热面积，实现减材。作为本技术的一种改进，所述的多层的“篓”状盘管采用顺列或错列布置。可以根据燃气燃烧后产生的烟气物理特性来灵活采用顺利或错列布置盘管，满足不同地区的燃气特点，使得主次矛盾灵活转化，并降低制造成本及材料消耗。作为本技术的一种改进，所述的“篓”状三维变空间换热芯内径较大的一端还连接有辐射盘管，燃烧机安装在辐射盘管中心轴线。在“篓”状换热芯前端设置辐射盘管，将燃烧机完全包裹，不仅充分利用空间来布置换热面积以满足换热需要，并且可以以水道来阻断高温烟气对壳体外表温度的影响，减少热损失，提高安全性。作为本技术的一种改进，所述的隔断层靠近燃烧机的一端为内凹的弧形面。可以优化烟气流场，使得燃烧机产生的高温烟气顺利进入“篓”状换热芯。与现有技术相比，本技术的有益效果是：本技术采用三维变空间变截面盘管，提高换热模块的换热效率，优化烟气和水侧的流场，减少局部死角，使得两侧流场更加均匀，不易结垢，延长换热器的维护周期，降低维护难度。另外，减少两侧流体的运行阻力，降低泵与鼓风机的运行功率，减少运行费用，降低运行成本，达到节能减排的目的。再者，提高换热效率，可降低换热面积，减少换热器的耗材和体积，减少制造和运输费用。最后，降低热水炉的占有空间，提高安装的灵活度和适应性。附图说明图1为本技术的结构示意图。图2为图1的A-A截面剖面示意图。图3为图1构件2结构类型之一的3D示意图(单层“篓”状盘管”)。图4为图1构件2结构类型之一的3D示意图(3层“篓”状盘管”)。附图标记说明：1-辐射盘管；2-“篓”状三维变空间换热芯；3-导流筒；4-烟气出口法兰；5-烟箱；6-弧形隔断层；7-燃气进气口；8-燃烧机；9-进水集管；10-出水集管。具体实施方式为使本技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本技术作进一步详细的说明。如图1和图2所示，一种“篓”状三维变空间冷凝式燃气热水炉，包括热水炉壳体及设置在热水炉壳体内的辐射盘管1、“篓”状三维变空间换热芯2、导流筒3、烟箱5、弧形隔断层6和燃烧机8。“篓”状三维变空间换热芯2的外形似编织的日用品“竹篓”，水平布置在热水炉壳体中部，本实施例中，“篓”状三维变空间换热芯2采用3层“篓”状盘管顺列排布而成。“篓”状盘管由三维变空间管绕制而成，三维变空间管由椭圆管经螺旋扭曲而成，形成三维变空间变截面盘管，如图3或图4所示。“篓”状三维变空间换热芯2内径较小的一端为进水端，与进水集管9相连，内径较大的一端为出水端，与出水集管10相连。导流本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种“篓”状三维变空间冷凝式燃气热水炉，其特征在于：包括热水炉壳体及设置在热水炉壳体内的“篓”状三维变空间换热芯、导流筒、隔断层和燃烧机；/n“篓”状三维变空间换热芯由单层或多层的“篓”状盘管组成，“篓”状盘管由三维变空间管绕制而成，两端分别与进水集管和出水集管连接；/n导流筒为圆锥管状结构，隔断层为圆台状结构，隔断层同轴设置在导流筒中，构成沿轴向内径依次缩小的环形换热室，“篓”状三维变空间换热芯安装在环形换热室中，环形换热室内径较大的一端为进气端，内径较小的一端为排气端；/n燃烧机靠近环形换热室进气端布置，生成的高温烟气进入“篓”状三维变空间换热芯与管内介质进行热交换。/n

【技术特征摘要】
1.一种“篓”状三维变空间冷凝式燃气热水炉，其特征在于：包括热水炉壳体及设置在热水炉壳体内的“篓”状三维变空间换热芯、导流筒、隔断层和燃烧机；
“篓”状三维变空间换热芯由单层或多层的“篓”状盘管组成，“篓”状盘管由三维变空间管绕制而成，两端分别与进水集管和出水集管连接；
导流筒为圆锥管状结构，隔断层为圆台状结构，隔断层同轴设置在导流筒中，构成沿轴向内径依次缩小的环形换热室，“篓”状三维变空间换热芯安装在环形换热室中，环形换热室内径较大的一端为进气端，内径较小的一端为排气端；
燃烧机靠近环形换热室进气端布置，生成的高温烟气进入“篓”状三维变空间换热芯与管内介质进行热交换。


2.根据权利要求1所述的一种“篓”状三维变空间冷凝式燃气热水炉，其特征在于：所述的三维变空间...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱冬生，莫逊，王飞扬，
申请(专利权)人：中国科学院广州能源研究所，
类型：新型
国别省市：广东;44