CN104406299A - 热交换器和使用该热交换器的燃气热水设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种热交换器，其包括若干翅片和延伸穿过若干翅片的吸热水管；其中若干翅片至少包括第一翅片段和第二翅片段，且第二翅片段中翅片的平均密度大于第一翅片段中翅片的平均密度。由于第一翅片段中翅片的平均密度减小了，使得其换热面积也相应减小，从而可使设备的最小工作负荷降到更低而不会产生冷凝水；同时，通过增加第二翅片段中翅片的平均密度，可以控制总的换热面积仍与现有的热交换器保持一致，从而当设备在满负荷工作时，换热效率不会显著减小。

Description

热交换器和使用该热交换器的燃气热水设备

技术领域

本发明属于燃烧设备领域，具体涉及一种热交换器。

本发明还涉及一种使用上述热交换器的燃气热水设备。

背景技术

燃气热水设备通常包括燃气热水器和燃气锅炉。其中，燃气热水器内设置有燃烧器、热交换器、以及管路***。燃烧器往往包括有肩并肩并排设置的若干火排片，每一个火排片具有燃气-空气的混合通道，可在其内将燃气和空气混合并传递给位于火排片顶部的火孔以在燃烧室内燃烧并生成热量。热交换器安装在燃烧器的上部，通常为翅片管式热交换器，即热交换器壳体内设置有多个翅片，一吸热水管迂回地穿过这些翅片。燃烧器燃烧产生的热量被翅片所吸收，并进一步传递给流经吸热水管中的水，而后被加热的水可通过管路***输出，以用于饮用、洗浴等生活热水的供应需求。而燃气锅炉除了可用于提供生活热水外，还可与安装在室内的散热器连通来提供中央供暖的功能。

现有的燃烧器大多都可被控制地进行分段燃烧。图6和图7所示的是典型的分段燃烧器，其由若干火排81组成。如图7所示，当燃烧器工作于最小负荷时，如设备仅需供应少量热水，这时燃烧器就会被控制只有部分火排811被点燃，燃烧产生的高温烟气通过热交换器的位于该部分火排811上方的翅片段时，热量主要被这一段的翅片所吸收并传递给通过吸热水管91中的水。如图6所示，当燃烧器满负荷工作时，所有的火排，包括811所指示的部分和812所指示的部分均被点燃。通常，设计人员希望设备的最小工作负荷越低越好，这样就能具有更大的工作负荷调节范围，从而可进行更为精细的热量调节，不会在用户用水时造成忽冷忽热的感觉，进而提高用户体验。

然而，现有的热交换器中，在沿火排并排分布的方向上翅片92被均匀分布，这样会使得设备的最小工作负荷无法设置到很低。这是因为负荷越小，如果换热面积越大，换热效率当然越高，但产生冷凝水的概率也就越大。当负荷低于某一临界值时，烟气中的水汽就会冷凝而生成冷凝水，无疑，冷凝水的出现会腐蚀热交换器，也有可能会损害设备内的电子部件。当然，可通过减小翅片分布的密度，如减少单位长度内翅片的数量，来减小换热面积，从而可使最小工作负荷将至更低的同时不会产生冷凝水，然而，这样会导致热交换器的总的换热面积也随之变小，从而使得燃烧器在全负荷工作时，换热效率也相应降低，这显然是设计者们不愿意看到的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种热交换器，其可有助于降低采用该热交换器的燃气热水设备的最小工作负荷，同时不会降低设备在最大工作负荷时的换热效率。

本发明的目的还在于提供一种采用上述热交换器的燃气热水设备。

为实现上述发明目的之一，本发明提供一种热交换器，其包括若干翅片和延伸穿过若干翅片的吸热水管；其中若干翅片至少包括第一翅片段和第二翅片段，且第二翅片段中翅片的平均密度大于第一翅片段中翅片的平均密度。

作为本发明的进一步改进，第一翅片段和第二翅片段中的翅片都均匀分布。

作为本发明的进一步改进，第二翅片段中翅片的数量多于第一翅片段中翅片的数量。

作为本发明的进一步改进，在吸热水管的延伸方向上，第二翅片段的长度长于第一翅片段的长度。

为实现上述另一发明目的，本发明还提供一种燃气热水设备，其包括燃烧器和热交换器。燃烧器至少包括第一燃烧部分和第二燃烧部分，其中当燃烧器需要工作于最小负荷时，第一燃烧部分点火工作。热交换器包括若干翅片和延伸穿过若干翅片的吸热水管。其中若干翅片至少包括对应于第一燃烧部分的第一翅片段和对应于第二燃烧部分的第二翅片段，且第二翅片段中翅片的平均密度大于第一翅片段中翅片的平均密度。

作为本发明的进一步改进，第一翅片段和第二翅片段中的翅片都均匀分布。

作为本发明的进一步改进，第一翅片段位于第一燃烧部分的上方并正对于第一燃烧部分；第二翅片段位于第二燃烧部分的上方并正对于第二燃烧部分。

作为本发明的进一步改进，第二翅片段中翅片的数量多于第一翅片段中翅片的数量。

作为本发明的进一步改进，燃烧器包括肩并肩并排布置的若干火排，且在平行于若干火排并排布置的方向上，第二翅片段的长度长于第一翅片段的长度。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：第一翅片段中翅片的平均密度减小了，使得其换热面积也相应减小，从而可使设备的最小工作负荷降到更低而不会产生冷凝水；同时，通过增加第二翅片段中翅片的平均密度，可以控制总的换热面积仍与现有的热交换器保持一致，从而当设备在满负荷工作时，换热效率不会显著减小。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的有关本发明的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的热交换器在一实施方式中的平面示意图；

图2是图1所示的热交换器与燃烧器组合后的工作示意图，其中燃烧器处于全负荷的工作状态；

图3与图2类似，其中燃烧器处于最小负荷的工作状态；

图4是采用如图1所示热交换器的燃气热水设备在一具体实施方式中的平面示意图，其中前盖被移除以清楚显示设备内各部件；

图5是本发明的热交换器的另一实施方式在与燃烧器组合后的工作示意图，其中燃烧器处于最小负荷的工作状态；

图6是现有技术中的热交换器与燃烧器组合后的工作示意图，其中燃烧器处于全负荷的工作状态；

图7与图6类似，其中燃烧器处于最小负荷的工作状态。

具体实施方式

以下将结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细描述。但这些实施方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。

接下来以燃气热水器为例对本发明的燃气热水设备进行说明。燃气热水器是以可燃气体为燃料，如天燃气、城市煤气、液化气、沼气等，通过燃烧可燃气体来加热热水以满足用户生活用水的需求。在图4所示的实施方式中，燃气热水器1包括外壳50，收容在外壳50中的燃烧器10、热交换器20、排烟装置30、以及风机40。

外壳50可由若干面板拼接而成，如前面板、背板、顶板、底板、以及一对侧板。外壳可被安装到墙体上，其背板面向墙体。

燃烧器10包括燃烧器壳体(未标示)，其内设置有燃烧器单元，如肩并肩并排设置的若干火排片11。每一火排片上会设置有燃气-空气的混合通道，通过燃气输送管路53输送的燃气和一次空气在该混合通道内混合、并传递给位于火排片顶部的火孔以燃烧并生成热量。由于火排片的构造及布置为本领域技术人员所熟知，所以申请人在此不再予以赘述。本实施方式中，燃烧器10可进行分段燃烧。

配合参照图3所示，燃烧器10包括第一燃烧部分111和第二燃烧部分112。其中第一燃烧部分111由少量的火排11组成，用于在设备仅需要最小工作负荷时点火燃烧。当设备需要全负荷工作时，第一燃烧部分111和第二燃烧部分112均点火燃烧。燃烧器10的分段燃烧控制可通过燃气比例阀13和分气杆组件121、122来实现。燃气比例阀13和燃气输送管路53连通，用于控制供给燃烧器10所需的燃气量。分气杆组件包括可给第一燃烧部分111供应燃气的第一分气杆121和可给第二燃烧部分112供应燃气的第二分气杆122。燃气经燃气比例阀13的线性比例调节后，根据设备所需要的工作负荷进入第一分气杆121和/或第二分气杆122，而后与一次空气一起被引射入燃烧器10的相应燃烧部分后混合，并在燃烧室内燃烧。

热交换器20安装在燃烧器10的上部。配合参照图1、图2和图3所示，本实施方式中，热交换器20采用翅片管式热交换器，即热交换器的壳体(未标示)内设置有多个翅片22，一吸热水管21迂回地穿过这些翅片。一进水管51和一出水管52分别设置在热交换器20的上游和下游，并与吸热水管21连通，分别用于引入冷水和输出热水。燃气-空气混合物在燃烧器壳体和热交换器壳体拼接后形成的燃烧室内燃烧，产生的热量被翅片22所吸收，并进一步传递给流经吸热水管21中的水，加热后的水通过出水管52传递给生活用水的水管，从而为用户提供饮用、洗浴等生活用水。

排烟装置30安装在热交换器20上，其包括烟罩和设置在烟罩顶部的排烟管。烟罩具有扣在热交换器壳体顶部的烟罩壳体，燃烧室内产生的烟气(包含一氧化碳、氮氧化物等的废气)会被烟罩收集，并通过排烟管排放到外部。风机40设置在燃烧器10下方，用于促进气体对流，以提供燃烧所需的空气，并促使烟气排入烟罩壳体内。

如图1至图3所示，热交换器20包括与燃烧器10的第一燃烧部分111和第二燃烧部分112分别对应的第一翅片段221和第二翅片段222。其中第一翅片段221位于第一燃烧部分111的上方并正对于第一燃烧部分111，第二翅片段222位于第二燃烧部分112的上方并正对于第二燃烧部分112。需要着重指出的是，第二翅片段222中翅片的平均密度大于第一翅片段221中翅片的平均密度。也就是说，在第二翅片段222中翅片的分布要密于第一翅片段221中翅片的分布。相比于现有技术中的热交换器，就等同于把现有热交换器中与第一翅片段相应部分的翅片抽出一片或若干片，然后塞入与第二翅片段对应的部分中，从而使得第一翅片段221中的翅片密集度变稀疏了，而第二翅片段222中的翅片密集度变密集了，但总的翅片数并没发生变化。由于第一翅片段中翅片的平均密度减小了，使得其换热面积也相应减小，从而可使设备的最小工作负荷降到更低而不会产生冷凝水；同时，通过增加第二翅片段中翅片的平均密度，可以控制总的换热面积仍与现有的热交换器保持一致，从而当设备在满负荷工作时，换热效率不会显著减小。

在图1至图3所示的优选实施方式中，每一翅片段221、222中的翅片都是均匀分布的，这样有利于实现最佳的换热效率。当然，在如图5所示的另一实施方式中，第一翅片段223和第二翅片段224中的翅片也可以是不均匀分布的，这种结构同样可达到本发明良好的技术效果。此外，在优选的实施方式中，第二翅片段222中翅片的数量多于第一翅片段221中翅片的数量；在吸热水管21的延伸方向上，或者说平行于若干火排11并排布置的方向上，第二翅片段222的长度长于第一翅片段221的长度。

需要说明的是，在其它实施方式中，当分段燃烧器的燃烧部分多于两个时，热交换器的翅片也可相应设置成更多段；另外，虽然以上是以燃气热水器为例进行说明，但如果燃气锅炉的燃烧器也采用的是分段燃烧器的话，则本发明的热交换器可同样应用于燃气锅炉。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (9)

1.一种热交换器(20)，包括：

若干翅片(22)；

吸热水管(21)，延伸穿过所述若干翅片；其特征在于，

所述若干翅片至少包括第一翅片段(221)和第二翅片段(222)，其中第二翅片段中翅片的平均密度大于第一翅片段中翅片的平均密度。

2.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于：所述第一翅片段和第二翅片段中的翅片都均匀分布。

3.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于：所述第二翅片段中翅片的数量多于第一翅片段中翅片的数量。

4.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于：在所述吸热水管的延伸方向上，第二翅片段的长度长于第一翅片段的长度。

5.一种燃气热水设备(1)，包括：

燃烧器(10)，其至少包括第一燃烧部分(111)和第二燃烧部分(112)，其中当燃烧器需要工作于最小负荷时，第一燃烧部分点火工作；以及

热交换器(20)，包括若干翅片(22)和延伸穿过所述若干翅片的吸热水管(21)；其特征在于，

所述若干翅片至少包括对应于第一燃烧部分(111)的第一翅片段(221)和对应于第二燃烧部分(112)的第二翅片段(222)，其中第二翅片段中翅片的平均密度大于第一翅片段中翅片的平均密度。

6.根据权利要求5所述的燃气热水设备，其特征在于：所述第一翅片段和第二翅片段中的翅片都均匀分布。

7.根据权利要求5所述的燃气热水设备，其特征在于：所述第一翅片段位于第一燃烧部分的上方并正对于第一燃烧部分；所述第二翅片段位于第二燃烧部分的上方并正对于第二燃烧部分。

8.根据权利要求5所述的燃气热水设备，其特征在于：所述第二翅片段中翅片的数量多于第一翅片段中翅片的数量。

9.根据权利要求5所述的燃气热水设备，其特征在于：所述燃烧器包括肩并肩并排布置的若干火排(11)，且在平行于所述若干火排并排布置的方向上，第二翅片段的长度长于第一翅片段的长度。