专利名称：一种分流竖置缝隙式冷凝换热器的制作方法
技术领域：
本发明属于换热器领域，具体涉及ー种应用于燃油或燃气热水器、壁挂锅炉上的分流竖置缝隙式冷凝换热器，该换热器用于烟气与水的换热，为供暖和(或)生活提供热水。
背景技术：
燃料的热值分为高热值和低热值，前者是燃料的燃烧热和水蒸气的冷凝热的总数，即燃料完全燃烧时所放出的总热量，后者仅是燃料的燃烧热，即由总热量减去冷凝热的差数。与非冷凝式换热器相比，冷凝式换热器既能吸收燃烧热，又能吸收冷凝热，使其热效率得到极大的提升。由于冷凝式换热器热效率高，近年来在燃气热水器和壁挂锅炉上得到广泛的应用。如何进ー步降低燃气热水器的排烟温度，提高换热平均温差，获得更高的换热效率，是 冷凝式换热器的发展趋势。
发明内容
本发明的目的在于提供ー种结构紧凑，换热效率高的分流竖置缝隙式冷凝换热器。为达到上述目的，本发明采用的技术方案是包括带有烟气出口、排水ロ及水出口连接孔的换热器壳体，安装在换热器壳体上端的用于安装燃烧器的前盖板，换热器壳体内安装有换热器芯体，换热器芯体由多个竖置扇形单元组成，且各竖置的扇形単元内部为分格结构，沿径向将扇形単元内部划分为多层通道，相邻两竖置扇形単元间留有烟气缝隙，换热器壳体下端设置有与水出ロ连接孔相连的出ロ水箱，换热器壳体与前盖板之间设置有带有水入口连接孔的入口水箱，所述的入口水箱、出口水箱分别与扇形单元相连通，出ロ水箱与扇形単元内侧包围的空间为燃烧室，扇形単元与换热器壳体之间的空间为集烟室，燃烧室与集烟室通过烟气缝隙相连通。所述的烟气缝隙的间隙为O. 5 1mm。所述的扇形単元内部为分格结构，沿径向将扇形単元内部划分为単元内外层水通道、単元内中层水通道和単元内内层水通道。所述的竖置扇形单元的数量为16 24。所述的水入口连接孔与水出ロ连接孔在垂直方向沿对角线布置。本发明采用分流竖置缝隙结构，实现了多层叉流换热，使换热效率得到进ー步提升。燃烧器燃烧后产生的烟气沿径向通过换热器扇形単元的竖置间隙，被加热エ质水由轴向从换热器扇形単元内部流过，且在每个扇形単元内为分层流动。烟气在缝隙内的流动为层流，由传热理论知，层流条件下Nu数为常数，缝隙尺寸越小，对流换热系数越高，这是因为随着缝隙尺寸的减小，即使为层流，边界层也会变得很薄，边界层内获得极大的温度梯度，从而使通过缝隙的烟气获得极大的换热系数。高温烟气径向通过换热器，温度逐渐降低，故扇形单元里内侧被加热エ质水温度最高，外侧被加热エ质水温度最低。由于烟气和エ质的最低温度均出现在换热器的最外层，从而有效的降低排烟温度，使烟气中的水蒸气尽可能多的发生冷凝，吸收利用更多的冷凝热，提高换热效率。
图I是本发明分流竖置缝隙式冷凝换热器主视图；图2是本发明分流竖置缝隙式冷凝换热器A-A剖视图；图3是本发明分流竖置缝隙式冷凝换热器C-C剖视图；图4是本发明分流竖置缝隙式冷凝换热器-换热器芯体主视图；图5是本发明分流竖置缝隙式冷凝换热器-换热器芯体E-E剖视图。图中标记ト烟气出口，2-集烟室，3-换热器芯体，4-入口水箱，5-前盖板，6-燃烧器连接螺纹孔，7-水入口连接孔，8-出ロ水箱，9-烟气缝隙，10-单元内外层水通道，11-单元内中层水通道，12-单元内内层水通道，13-水出ロ连接孔，14-换热器壳体，15-扇形单元，16-燃烧室，17-排水ロ。
具体实施例方式下面结合附图对本发明作进ー步详细说明。參见图1-5，本发明包括带有烟气出口 I、排水ロ 17及水出口连接孔13的换热器壳体14，安装在换热器壳体14上端的用于安装燃烧器的前盖板5，换热器壳体14内安装有换热器芯体3，换热器芯体3由数量为16 24个竖置扇形単元15组成，且各竖置的扇形単元15内部为分格结构，沿径向将扇形単元内部划分为単元内外层水通道10、単元内中层水通道11和単元内内层水通道12，相邻两竖置扇形単元15间留有间隙为O. 5^1mm的烟气缝隙9，换热器壳体14下端设置有与水出ロ连接孔13相连的出ロ水箱8，换热器壳体14与前盖板之间设置有带有水入口连接孔7的入口水箱4，所述的入口水箱4、出ロ水箱8分别与扇形単元5相连通，出ロ水箱8与扇形単元12内侧包围的空间为燃烧室16，扇形単元15与换热器壳体14之间的空间为集烟室2，燃烧室16与集烟室2通过烟气缝隙9相连通。本发明的换热器分为多个竖置扇形单元15，被加热エ质水从扇形单元15内轴向流过，燃料燃烧后产生的高温烟气沿径向通过竖置扇形单元间的烟气缝隙9。烟气在烟气缝隙9内的流动为层流，由传热理论知，层流条件下Nu数为常数，缝隙的间隙越小，对流换热系数越高，这是因为随着缝隙尺寸的减小，即使为层流，边界层也会变得很薄，边界层内获得极大的温度梯度，从而使通过缝隙的烟气获得极大的换热系数。考虑到烟气流动阻力因素，烟气缝隙9的间隙控制在O. 5 1_之间。注Nu=hd/A，其中h为对流换热系数，d为烟气缝隙间隙，λ为烟气导热系数。换热器设置入口水箱4和出ロ水箱8，分别设置在换热的顶部和底部，被加热エ质水首先进入入口水箱4，然后被分配至各扇形単位，沿轴向通过各扇形単元的分层通道，再汇集于出口水箱8。高温烟气沿径向通过扇形単元间的竖置烟气缝隙9，温度逐渐降低，故扇形単元内径向分格通道中，最内层エ质被加热温度最高，然后逐渐降低，最外层エ质被加热温度最低。由于烟气和エ质的最低温度均出现在换热器的最外层，从而有效的降低排烟温度，使烟气中的水蒸气尽可能多的发生冷凝，吸收利用更多的冷凝热，提高换热效率。换热器扇形単元越多，换热面积越大，但制造エ艺越复杂，因此扇形単元的数量一般控制在16 24个之间。换热器设置集烟室2，烟气通过扇形単元的缝隙通道后进入集烟室，然后进入排烟通道，烟气中被冷凝的水，汇集与集烟室的底部然后排出。为保证被加热エ质水在各扇形通道内分配的均匀性，水入口连接孔7与水出ロ连接孔13在垂直方向沿对角线布置。本发明出口水箱、扇形単元内侧包围的空间为燃烧室16，由于出口水箱布置在换热器的底面，一方面不用再在换热器底面设置耐火绝热材料，另ー方面可以利用高温烟气的换热能力，继续加热エ质。 本发明分流竖置缝隙式冷凝换热器，具有结构紧凑，排烟温度低，热效率高的特点。本发明符合燃气热水器和壁挂锅炉冷凝式换热器的发展趋势，符合节能减排的要求。本发明的推广，将为我国燃气热水器和壁挂锅炉行业节能减排做出巨大贡献。本发明的前盖板5、换热器壳体14与换热器芯体3之间为可拆卸连接。本发明的工作过程如下将燃烧器通过燃烧器连接螺纹孔6固定于前盖板5上，燃烧器在燃烧室16内燃烧，生成大量的高温烟气，这些高温烟气沿径向通过扇形単元15之间竖置的烟气缝隙9，然后进入集烟室2，再由烟气出口 I排出，烟气中被冷凝的水，汇集与集烟室的底部，由排水ロ17排出。被加热エ质水由前盖板5上设置的水入口连接孔7进入入口水箱4，然后均匀分配至各扇形単元15，沿轴向流过扇形単元15内的外层、中层和内层水通道10、11、12，再汇总于出ロ水箱8，最后由出口水箱8的底板上设置的水出ロ连接孔13进入用户供暖或热水系统中。由于高温烟气沿径向通过扇形単元15之间的烟气缝隙9，温度逐渐降低，故扇形单元15内径向分格外层、中层和内层水通道10、11、12中，最内层水通道12エ质被加热温度最高，然后逐渐降低，最外层水通道10エ质被加热温度最低。由于烟气和エ质的最低温度均出现在换热器的最外层，从而有效的降低排烟温度，使烟气中的水蒸气尽可能多的发生冷凝，吸收利用更多的冷凝热，提高换热效率。由于出ロ水箱8的ー侧与高温烟气直接接触，エ质水进入出ロ水箱8后，能够继续利用高温烟气加热エ质，提高工质的出ロ温度。
权利要求
1.一种分流竖置缝隙式冷凝换热器，其特征在于包括带有烟气出口(I)、排水口(17)及水出口连接孔(13)的换热器壳体(14)，安装在换热器壳体(14)上端的用于安装燃烧器的前盖板(5),换热器壳体(14)内安装有换热器芯体(3),换热器芯体(3)由多个竖置扇形单元(15)组成，且各竖置的扇形单元(15)内部为分格结构，沿径向将扇形单元(15)内部划分为多层通道，相邻两竖置扇形单元(15)间留有烟气缝隙(9)，换热器壳体(14)下端设置有与水出口连接孔(13 )相连的出口水箱(8 )，换热器壳体(14 )与前盖板之间设置有带有水入口连接孔(7)的入口水箱(4)，所述的入口水箱(4)、出口水箱(8)分别与扇形单元(5)相连通，出口水箱(8)与扇形单元(12)内侧包围的空间为燃烧室(16)，扇形单元(15)与换热器壳体(14)之间的空间为集烟室(2)，燃烧室(16)与集烟室(2)通过烟气缝隙(9)相连通。
2.根据权利要求I所述的分流竖置缝隙式冷凝换热器，其特征在于所述的烟气缝隙(9)的间隙为O. 5 1_。
3.根据权利要求I所述的分流竖置缝隙式冷凝换热器，其特征在于所述的扇形单元(15)内部为分格结构，沿径向将扇形单元内部划分为单元内外层水通道(10)、单元内中层水通道(11)和单元内内层水通道(12)。
4.根据权利要求I所述的分流竖置缝隙式冷凝换热器，其特征在于所述的竖置扇形单元(15)的数量为16 24。
5.根据权利要求I所述的分流竖置缝隙式冷凝换热器，其特征在于所述的水入口连接孔(7)与水出口连接孔(13)在垂直方向沿对角线布置。、全文摘要
一种分流竖置缝隙式冷凝换热器，换热器沿径向分为多个扇形单元，扇形单元内部为分格结构，沿径向将扇形单元内部划分为多层通道。被加热工质水沿轴向流过扇形单元内的多层通道，燃烧器燃烧后产生的烟气沿径向通过扇形单元间的缝隙。烟气在缝隙内的流动为层流，使边界层厚度很薄，温度梯度极大，因此通过缝隙的烟气会获得极大的换热系数。由于高温烟气沿径向通过扇形单元间的竖置缝隙，温度逐渐降低，故扇形单元内径向分格通道中，最内层工质被加热温度最高，然后逐渐降低，最外层工质被加热温度最低。由于烟气和工质的最低温度均出现在换热器的最外层，从而有效的降低排烟温度，使烟气中的水蒸气尽可能多的发生冷凝，吸收利用更多的冷凝热，提高换热效率。
文档编号F24H8/00GK102679551SQ201210173800
公开日2012年9月19日 申请日期2012年5月30日 优先权日2012年5月30日
发明者刘长春, 周屈兰, 惠世恩, 李娜, 梁凌, 谭厚章, 赵帅, 赵钦新, 高振强 申请人:西安交通大学