一种冷凝换热器及使用该换热器的加热设备的制作方法

本实用新型涉及一种蒸汽炉、采暖炉、热水炉等加热设备，特别涉及在蒸汽炉、采暖炉、热水炉上使用的用于热交换的冷凝换热器。

背景技术：

为了减少对环境的污染，目前蒸汽炉、采暖炉、热水炉已普遍使用燃气，而且为了提高热效率，在蒸汽炉、采暖炉、热水炉中采用冷凝式换热器，利用高温燃气与低温水进行热交换，使水温上升形成热水或蒸汽，供采暖或烹调、消毒等使用。

现有的蒸汽炉、采暖炉、热水炉上使用的冷凝式换热器，多采用列管式换热器，列管式换热器采用s形管排列，在列管上安装散热翅片，水在管内流动，高温烟气在翅片中流动，流动过程中管内的水与管外的高温烟气进行热交换。由于加热设备的工作环境不同，供、回水的温度不同，使得冷凝的效果变化较大。现有的列管式换热器存在不能有效冷凝、换热效率低的问题，而且上述的列管式换热器在长期运行会导致设备被水垢堵塞，不但会使设备换热效率降低、能耗增加、寿命缩短，而且不易清理，同时现有的列管式换热器体积大，安装和制造工艺复杂。

技术实现要素：

本实用新型主要目的在于解决上述问题和不足，提供一种结构简单、易于拆装和日常维护，且换热效率高的冷凝换热器，同时提供一种使用该换热器的加热设备。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案是：

一种冷凝换热器，包括由下至上依次安装的冷凝水分离器、第一换热体和第二换热体，所述第一换热体由多层叠置的换热单元组成，每层换热单元由环形第一外壳及安装在第一外壳中间的多个换热管及若干翅片组成，所述换热单元叠置后形成多列自下而上串联起来的呈z字形的第一水流通道，各层换热单元的换热管之间通过形成于第一外壳上的换热管接口密封连接，最上层的换热单元的换热管接口与第二换热体的内腔连通，最底层换热单元具有进水口和与进水口连通的集水腔，在集水腔上设置多个分水口分别与各列换热管连接，在所述第二换热体上设置有燃烧器安装口及出水口，在所述冷凝水分离器上开设有排水口和排烟口。

进一步，所述第二换热体、各层换热单元及冷凝水分离器之间均以可拆卸的方式密封固定连接。

进一步，所述第一外壳由中间的环形壁及与环形壁垂直并向外伸出的上安装壁和下安装壁组成，在所述上安装壁和下安装壁上分别形成有多个用于与上层换热单元和下层换热单元连接的换热管接口，安装在所述第一外壳内的换热管的两端形成于环形壁上的出口分别通过连接管与对应的换热管接口连接。

进一步，每个所述换热单元中相邻的两个换热管之间水流方向相反。

进一步，每个所述换热单元中相邻的两个换热管呈x形交叉布置。

进一步，所述集水腔设置在最底层换热单元的中间，在集水腔的两侧分别开设有多个分水口，两侧的分水口交错布置，分别与水流方向相反的换热管连接。

进一步，所述第二换热体包括环形的第二外壳，所述第二外壳为中空结构，所述第二外壳的内腔中用一块或两块挡板隔成两个相对独立的第二水流通道，每个第二水流通道的顶部设置有所述出水口，两个第二水流通道分别与流向相反的换热管的出口连通。

进一步，所述挡板由位于内腔底部的起始点至位于内腔顶部的终点被配置成使所述第二水流通道内的水由底部换热管的出口至顶部的出水口环绕第二外壳呈螺旋方式流动。

进一步，在所述第二水流通道内安装有若干个换热柱，所述换热柱固定在第二外壳上。

本实用新型的另一个技术方案是：

一种加热设备，包括燃烧器、换热器及排烟道，所述换热器采用如上所述的冷凝换热器。

综上内容，本实用新型所述的一种冷凝换热器及使用该换热器的加热设备，通过结构优化设计，使整体结构新颖紧凑，体积小，可拆卸组装，且拆装方便，易于换热管、翅片等部件的日常清理维护，而且可以根据不同的使用需要及工作环境，任意组合第一换热体的层数，使热效率达到最优值，并可有效将排烟温度降到最低。

附图说明

图1是本实用新型换热器结构示意图；

图2是本实用新型换热器结构横向剖视图；

图3是本实用新型换热器的结构纵向剖视图；

图4是本实用新型第一换热体换热单元的结构示意图；

图5是本实用新型第一换热体最底层换热单元的结构示意图。

如图1至图5所示，冷凝水分离器1，第一换热体2；

第二换热体3，第二外壳31，挡板32，第二水流通道33，换热柱34，吸热立片35；

换热单元4，环形第一外壳41，环形壁411，上安装壁412，下安装壁413，密封条414，安装孔415，换热管42，翅片43，第一水流通道44，换热管接口45，连接管46，螺栓47.密封槽48，密封圈49；

燃烧器安装口5，出水口6，排水口7，排烟口8，进水口9，集水腔10，分水口11。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本实用新型作进一步详细描述：

实施例一：

如图1至图3所示，本实施例中提供一种冷凝换热器，安装在蒸汽炉、采暖炉、热水炉等加热设备上，用于通过燃烧器产生的热量给水加热，满足蒸汽炉、采暖炉和热水炉等加热设备的使用需求。换热器可以根据安装和空间的需要，整体呈圆柱形或方形，冷凝器结构更加紧凑，有利于减少冷凝器的体积。本实施例中以方形结构为例作详细说明。

本实施例中，冷凝换热器包括由下至上依次安装的冷凝水分离器1、第一换热体2和第二换热体3，第一换热体2由多层叠置的换热单元4组成，主要用于高温烟气与水之间的热交换，第二换热体3上设置有燃烧器安装口5及出水口6，燃烧器倒置安装在第二换热体3上，加热后的水从出水口6排出，出水口6根据需要可以设置有多个，冷凝水分离器1用于收集烟气中的冷凝水，在冷凝水分离器1上开设有排水口7和排烟口8，冷凝水通过排水口7排出，降温后的烟气从排烟口8排出。冷凝水分离器1具有外延的部分，排水口7和排烟口8设置在外延的部分上。

如图1、图2和图4所示，多层换热单元4之间采用可拆卸的方式固定连接，方便拆装，用户可以根据换热量的需求灵活选择所需的换热单元4的层数，除最底层换热单元4，其它层的换热单元4的结构完成相同，方便组合安装。用户可以根据换如可以仅安装一层，也可以安装十层，以保证获得所需温度的热水，如蒸汽炉需要水在第二换热体3内蒸发后排出，排出的蒸汽温度在105-110℃，对于采暖炉，热水排出的温度仅需要55℃，同时保证换热器的换热效率达到最优值，热效率可以达到110％。不但安装拆卸非常方便，而且提高了换热器的通用性，使其可以适用于各种工作环境的需求。当其中一层换热单元4损坏时，也可以只更换一层。

换热单元4由环形第一外壳41及安装在第一外壳41中间的多个换热管42及若干翅片43组成，环形第一外壳41整体呈长方形，翅片43沿长方形的短边方向层层排列布置，若干翅片43之间平行排列布置，多个换热管42穿过翅片43安装，换热管42的两端固定在第一外壳41的两个长边上。各换热单元4中的换热管42均为等直径管且直径均相同，翅片43的尺寸和间隙也相同，方便换热单元4的组装。翅片43及换热管42之间的间隙形成烟气流动的气流通道，水在换热管42内自下而上流动，烟气在翅片43及换热管42之间的间隙内自上而下流动，烟气的流动方向与水的流动方向相反，有利于烟气与水进行充分地热交换得到所需温度的水，而且可以降低排烟的温度。当然，翅片43也可以沿长方形的长边方向层层排列布置，换热管42的两端固定在短边上。

如图2和图3所示，多层换热单元4叠置后，各层换热单元4中对应的换热管42串联形成多列自下而上的呈z字形的第一水流通道44，z字形的第一水流通道44有利于加长换热管42的长度，使热交换更加充分，热效率更高。

各层换热单元4的换热管42之间通过形成于第一外壳41上的换热管接口45密封连接，最上层的换热单元4的换热管接口45与第二换热体3的内腔连通。具体地，如图4所示，第一外壳41由中间的环形壁411及与环形壁垂直并向外伸出的上安装壁412和下安装壁413组成，在上安装壁412和下安装壁413上分别形成有多个用于与上层换热单元和下层换热单元连接的换热管接口45，安装在第一外壳41内的换热管42的两端形成于环形壁411上的出口分别通过连接管46与对应的换热管接口45连接。与换热管42两端连接的连接管46中一个朝上，一个朝下，朝上的连接管46与上安装壁412上的换热管接口45连接，用于与上层的换热单元4连接，朝下的连接管46与下安装壁413上的换热管接口45连接，用于与下层的换热单元4连接。在换热管接口45处设置有环形的密封槽48，在密封槽48内安装一圈密封圈49，保证换热管42串联连接时的密封性能。

如图4所示，在上安装壁412和下安装壁413上还分别沿周向设置有多个安装孔415，上下两个换热单元4对应的安装孔415之间通过螺栓47固定连接在一起，实现换热单元4的组装。在第二换热体3和冷凝水分离器1的外壳上也均对应设置有安装孔，利用螺栓与相邻的换热单元4固定连接在一起，形成完整的冷凝器。为了避免烟气泄露，在上安装壁412或下安装壁413上沿周向设置密封凹槽(图中未示出)，在密封凹槽内安装一圈密封条414，上下换热单元4叠置组装时依靠密封条414实现上下两层之间的密封。

每个换热单元4中相邻的两个换热管42之间水流方向相反，且优选，每个换热单元4中相邻的两个换热管42呈x形交叉布置，更优选交叉的角度为15°或30°或60°，有利于使换热更加充分，进一步提升烟气与水之间的热交换效率。由于重力比的关系，水在加热后会体积膨胀，膨胀后的水会往上流动，这样可以有效避免在换热管42的中间由于汽化而产生断水气堵的现象，进而可以保证换热器工作安全可靠。

如图5所示，最底层的换热单元4上设置进水口9和与进水口9连通的集水腔10，进水口9通过水管与水源连接。本实施例中，为了方便给流动方向相反的换热管42均匀供水，集水腔10设置在最底层换热单元4的中间，在集水腔10的两侧分别开设有多个分水口11，两侧的分水口11交错布置，两侧的分水口11分别与水流方向相反的换热管42连接。集水腔10采用在换热单元4内安装集水管的结构，集水管的内腔形成集水腔10，集水管的一端与进水口9连接，分水口11均匀安装在集水管的两侧壁上。最底层的换热单元4的第一外壳41上只具有用于连接上层换热单元的换热管接口42。

第二换热体3包括环形的第二外壳31，环形的第二外壳31的内壁顶部为燃烧器安装口5，燃烧器安装口5呈台阶状的结构，燃烧器倒置固定在燃烧器安装口5处，燃烧器的安装简单方便，在燃烧器下的空间为燃烧腔。第二外壳31为中空结构，水在第二外壳31的内腔中流动。

如图2和图3所示，在第二外壳31的内壁的内表面上沿周向设置有若干个吸热立片35，每个吸热立片35都沿垂向竖直设置，若干个吸热立片35沿第二外壳31的内壁均匀设置。吸热立片35可以吸收部分高温烟气的热量，吸热立片35在保证燃烧器生的高温烟气顺利向下流动的前提下，可以大幅增加第二换热体3的吸热面积，使第二外壳31内腔中的水更加充份地吸收高温烟气的热量，在最后使水吸热，提高换热效率。吸热立片35可以进一步采用下窄上宽的锥形结构，利于高温烟气的流动，也更进一步增加了吸热立片35的吸热面积。

本实施例中，优选，在第二外壳31的内腔中用一块或两块挡板32隔成两个第二水流通道33，每个第二水流通道33的顶部设置有出水口6，两个第二水流通道33分别与流向相反的换热管42的出口连通。在第二水流通道33内安装有若干个换热柱34，换热柱34的两端焊接固定在第二外壳31的内外壁上，水在流过第二水流通道33时与换热柱34进行最后的热交换，水在排出前充分吸收换热柱34的热量使水的温度进一步升高。

如图1所示，本实施例中，优选在第二外壳31内安装两块挡板32，每块挡板32由位于内腔底部的起始点至位于内腔顶部的终点被配置成使第二水流通道33内的水由底部换热管42的出口至顶部的出水口6环绕第二外壳31呈螺旋方式流动。

具体地，流向相反的两组换热管42的出口分别开设在第二外壳31的两个长边上，在第二外壳31的两个短边上分别设置出水口6，每块挡板32的起始点位于长边上，终点位于短边上，大约呈s形，每块挡板32将所在边底部的换热管42的出口与出水口6隔开，从换热管42出口流出的水需要绕过第二外壳31一圈从距离最远的顶部的出水口6排出，水在第二水流通道33内呈螺旋的方式流动，使水更充分地与换热柱34进行热交换，提高热交换效率，进一步提高出水温度。在出水温度一定时，可适当减少换热单元4的层数，降低成本，减少冷凝器的体积。

本实施例中，第一换热体2、第二换热体3及冷凝水分离器1均优选采用一体的铸件结构，如采用一体的铸铝或铸铁结构，实现换热器无焊接连接，全部采用螺钉固定连接，不但可以保证换热器的结构强度，还使换热器的安装更加方便灵活，减少制造和安装工艺，也利于在保证换热效率的前提下，减小换热器的体积。

在安装时，只需要将冷凝水分离器1、第一换热体2的各层换热单元4及第二换热体3之间通过螺栓固定连接在一起，即可完成整个换热器的组装。

在加热设备工作时，风机启动，风机产生向下的较强的压力，使燃烧器产生的高温烟气从上往下流动。同时水从进水口9进入，一直加至设定的水位。对于蒸汽炉，水加至最顶层的第二换热体3的内腔大约一半的位置即可，留出用于水蒸发的空间。

高温烟气从上往下流动时，穿过第二换热体3的燃烧腔，再依次穿过各层换热单元4的换热管42及换热翅片43，进入最底部的冷凝水分离器1，最后从排烟口8排出。水在水压的作用下，从进水口9流入至集水腔10内，再从各分水口11流出，进入两侧的换热管42内，水从换热管42的低位入口进入换热管42，从高位出口流出，经过连接管46及换热管接口45进入更上一层的换热单元4内。最后，从最上层的换热单元4上表面上的换热管接口45流出进入第二换热体3内的第二水流通道33内。

在高温烟气向下流动及水向上流动的过程中，高温烟气与各层换热管42内的水进行热交换，换热后，水温逐渐升高，最后在第二换热体3内达到所需温度，而高温烟气在换热后温度逐渐降低，从排烟口8排出的烟气温度可以低至20℃，在热交换的过程中，烟气内的水蒸汽遇冷冷凝，冷凝水从冷凝水分离器1上的排水口7中流出。

通过任意组合换热单元4的层数，合理控制水流的行程，使水和高温烟气可以充份地进行热交换，使换热器的热效率达到110％的最优值，同时使排烟温度降到最低。

实施例二：

本实施例中提供一种加热设备，该加热设备可以是蒸汽炉、采暖炉或热水炉等，加热设备包括外壳、燃烧器、换热器、排烟道、风机、控制器等，换热器采用如实施例一中所提供的换热器，燃烧器优选采用红外燃烧板，风机采用高压风机，燃烧器安装在换热器的顶部，呈倒置的状态，燃烧器通过气管与气源连接，风机安装在燃烧器的上方，排烟道安装在换热器的一侧并垂直向上，排烟道的底部安装在排烟口8处，换热器固定在外壳的底板上，控制器安装在外壳的内部，控制器用于控制燃烧器的火力大小等。

如上所述，结合附图所给出的方案内容，可以衍生出类似的技术方案。但凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。