一种冷凝式恒温燃气热水器

《一种冷凝式恒温燃气热水器》涉及一种燃气热水器，尤其是一种具有冷凝换热装置的冷凝式恒温燃气热水器。

通常，燃气热水器，例如申请号为200420094236.8的中国专利〖佛山市顺德区万和集团有限公司〗，公开的一种燃气热水器的结构包括有排烟风道、风机、热交换器、水气联动阀、燃烧器、水箱及壳体，其中水箱和燃烧器之间装有围板，围成一个半封闭的燃烧室，燃烧室下部设有若干排气通道进气，用以提高燃烧器的利用率。但在换热结构方面没有提出改进。

在恒温燃气热水器方面，也有一些专利申请，如，申请号为200420064995.X的中国专利〖广西杨世松〗，是在热水器的壳体内装有调温水箱。申请号为01206912.4的中国专利〖重庆市宗海燕〗，公开了一种燃气快速恒温热水器，是在热水器的一侧安装了一电热储水恒温器。申请号为98210867.2的中国专利〖浙江王松连〗，公开了一种恒温热水器，在热水器热水管道出口装有一只恒温阀。申请号为200420069403.3的中国专利〖湖南省李志勇〗，公开了一种前馈混水式恒温热水器，是一种带有前馈混水恒温装置的燃气热水器。以上2006年11月之前技术中同样没有在换热结构方面提出改进。

燃气在燃烧时会产生大量的水蒸气，据测算，1立方米的天然气其在完全燃烧时可产生1.6千克的水，普通的燃气热水器在排放的烟气中含有大量的水蒸气，若回收这部分水蒸气中的潜热，既提高了效率，又节约了能源，同时还保护了环境。为此，2006年11月前出现了两种冷凝式热水设备：其一，在普通强抽结构上采用增加冷凝式换热装置的方式，虽然达到了冷凝效果，但是由于所采用的强抽结构和原理限制了效果，风机设置在燃烧器的上方，热交换过程中伴有冷凝水下流，热效率提高并不明显；强抽热水器本身热效率较低，在此基础上达到较高热效率相当困难；其二，增加热交换器吸热片尺寸的冷凝式热水装置，或者增加热交换器吸热片数量及换热面积的冷凝式热水器，由于关键部件热交换器的体积较大，热交换过程伴有冷凝水下流，导致冷凝水对吸热片的腐蚀，工艺材料问题和制造成本较高，热交换器的使用寿命较短，对于维修和保养较困难，市场推广前景较差。

普通强鼓燃气热水器采用强鼓风机，额定功率燃烧时，烟气的温度一般在180℃左右，CO、NO_X的含量较高，高温烟气中的水蒸气中的还含有15％左右的热能被排放到室外，另外，冷凝水的腐蚀会影响产品的使用寿命，回收这部分潜能对提高效率、节约能源、排放环保非常有效，降低冷凝水的腐蚀对提高产品的性能有重要的意义。

冷凝式强抽燃气热水器可以提高部分热效率，但由于普通强排燃气热水器结构和原理限制，热效率提高不明显。

增加热交换器吸热片数量及换热面积的冷凝式热水器，为防止由于冷凝水与吸热片接触导致的腐蚀，材料成本增加和制造成本较高，效果并不理想，使用寿命较短，很难推广使用。

有鉴于此，特提出《一种冷凝式恒温燃气热水器》。

图1是《一种冷凝式恒温燃气热水器》一种冷凝式恒温燃气热水器的结构示意图；

图2是《一种冷凝式恒温燃气热水器》一种冷凝式恒温燃气热水器的工作流程图。

2018年12月20日，《一种冷凝式恒温燃气热水器》获得第二十届中国专利优秀奖。

如图1所示，《一种冷凝式恒温燃气热水器》一种冷凝式恒温燃气热水器的结构，包括燃气分配器14及其上部的燃烧器组6、火焰感应系统15，冷水进水管路9和与其相联接的水流量传感器11，燃气进气管路2，热水出水管路5。《一种冷凝式恒温燃气热水器》冷凝式恒温燃气热水器的主要特征在于它还包括设在该热水器上部的具有盘管17的冷凝器16，该冷凝器16通过其温水出水管20与主热交换器8相连通，该冷凝器16的下部还通过冷凝水排水管12连通有冷凝水处理器，以及调整温度、燃气量和风量的调控部分。该冷凝水处理器用以收集处理该冷凝式恒温燃气热水器在工作过程中所产生的冷凝水，使冷凝水与一次换热、二次换热装置完全分离，具有腐蚀性的酸性冷凝水不会流到主热交换器等关键件而引起腐蚀，造成其使用寿命的降低。

《一种冷凝式恒温燃气热水器》一种冷凝式恒温燃气热水器中，所述冷凝器16的盘管17的上部呈倾斜状，图1中所示是由左向右下方倾斜，该盘管17的下方设有与该盘管17的结构形状相匹配的导流板18，该导流板18可使冷凝器的冷凝水顺其向下流至冷凝水排水管12以及冷凝水处理器中，导流板18与主热交换器8的上水平面之间具有一夹角（a）。所述冷凝器16的温水出水管20与主换热器8相连通，其进水端与水流量传感器11及其冷水进水管路9相连通，冷水通过冷水进水管路9及水流量传感器11进入冷凝器的盘管17中第一次吸收热量后变成温水，再通过温水出水管20进入主热交换器8中进行二次换热而变成高温水流出。

《一种冷凝式恒温燃气热水器》一种冷凝式恒温燃气热水器中，所述冷凝水处理器10为一空心容器，其形状可以是圆形，也可以制成方形，该冷凝水处理器10的下端设有可与污水管相连接的管接头19，冷凝器16中的冷凝水可以顺着冷凝水排水管12流至冷凝水处理器10中，经过处理的冷凝水再通过与其管接头19相连接的排污管排入下水管道。

《一种冷凝式恒温燃气热水器》一种冷凝式恒温燃气热水器中，所述的调整温度、燃气量和风量的调控部分包括电脑板13及与其相电连接（图中未示出）的热水温度传感器1、超温温控器7、变频风机4、燃气比例阀3。电脑板13固定在该热水器的壳体上，通过电脑板13对燃气量和风量的调节，调定所需要的温度，达到正常燃烧。

上面所述热水温度传感器1和超温温控器7分别设在主热交换器的热水出水管路5的下部和上部，其作用是将检测到的实际温度值传送到电脑板13，与用户的设定温度值进行比较分析，电脑板便可根据程序的设定，调节变频风机4的转速和燃气比例，从而保证燃气和空气达到一定的比例最佳燃烧工况，迅速稳定在设定温度。所述的变频风机4设置在燃烧器组6和燃气分配器14的下方，改变了2006年11月之前技术中将风机设置在燃烧器上方而伴有冷凝水下流、热效率提高不明显的状况，相比之下，这种设置有利于防止冷凝水下流到热交换器上，可明显提高热效率。所述燃气比例阀3，其一端部与燃气进气管路2相接通，燃气比例阀3的另一端部与燃气分配器14及燃烧器组相接通，其作用是调节控制燃气量，并与风机的风量调控相匹配，使燃气和空气按最佳比例混合送入燃气分配器14并进入燃烧器组6，达到正常燃烧。

为了提高冷凝器的耐腐蚀性能和散热性能，延长其使用寿命，《一种冷凝式恒温燃气热水器》冷凝式恒温燃气热水器中，所述冷凝器的盘管采用耐腐蚀的金属，如铜材或铝材构成，其表面具有经过防腐处理的防腐层。所述冷凝器的盘管可采用不锈钢波纹管构成，也可采用椭圆管和翅片或者片层结构或者盘管与换热片组合构成。《一种冷凝式恒温燃气热水器》优先采用不锈钢波纹管构成的盘管式冷凝器作为一次换热装置，在同等条件下，相对于2006年11月之前技术的冷凝器换热面积大，从而提高了换热效率，降低了排烟温度。

综上所述，《一种冷凝式恒温燃气热水器》一种冷凝式恒温燃气热水器的优点是，经检测热效率高，热效率可达96％以上，比普通强鼓热水器的热效率提高10～15％，排烟温度可降低为100℃左右，从而节约了能源，减少了CO、NO_X排放，保护了环境，并实现了一次换热与二次换热及冷凝水收集的完全分离，有效地减少了冷凝水对主热交换器等关键件的腐蚀影响，保证了整机的使用寿命。

为了进一步说明《一种冷凝式恒温燃气热水器》一种冷凝式恒温燃气热水器结构特征，将其工作原理说明如下。

工作原理如图1和图2所示。

当按下开关键（图中未示出）参阅图2，调定需求温度时，电脑板13接到需求信号，启动点火程序点火，正常燃烧，热水温度传感器1检测到实际温度值与用户的设定值进行比较分析，电脑板13根据程序的设定，达到要求即正常燃烧，未达到要求则调节燃气比例调电流和变频风机4的转速，从而保证燃气和空气达到一定的比例最佳燃烧工况，迅速稳定在设定温度而正常燃烧。

由图1所示，冷水从进水管路9通过水流量传感器11，电脑版13启动变频风机4工作，燃气比例阀3根据程序调整气体流量，风机匹配，空气和燃气混合后送入通过燃气分配器14进入燃烧器组6，由燃烧器组6燃烧产生高温烟气，经过主交换器8后高温烟气温度降低到中温烟气，在冷凝器16中进行一次换热后，中温烟气温度降低到低温烟气后排出（如图1右上端的箭头所示），冷水在冷凝器的盘管17中吸收热量后变成温水流入主热交换器8，在主热交换器8中进行二次换热，温水经过主热交换器8后变成高温水流出，高温烟气温度降低到中温烟气进入冷凝器16进行一次换热。冷水吸收一次换热的热量变成中温水送入主热交换器8前部进行二次换热，同时冷凝水出现。

在进行一次换热的过程中，由于烟气温度的下降，在换热管壁和内表面上产生冷凝水，冷凝水顺着冷凝水排水管12的出口流至冷凝水处理器10，处理之后通过连接管接头19的排污管（未示出）排出排入下水管道，由于冷凝水是具有腐蚀性的酸性液体，会对没有进行过防腐蚀的金属材料进行腐蚀，从而影响冷凝器的正常工作和寿命，故冷凝器与冷凝水接触的部分全部采用耐腐蚀的金属和非金属材料制作而成。

一种冷凝式恒温燃气热水器专利目的

《一种冷凝式恒温燃气热水器》要解决的技术问题在于克服2006年11月之前技术的不足，提供一种改进的冷凝式恒温燃气热水器，提高热效率，减少冷凝水对换热器和燃烧器等主要件腐蚀影响，保证整机的使用质量和使用寿命。

一种冷凝式恒温燃气热水器技术方案

《一种冷凝式恒温燃气热水器》采用技术方案的基本构思是：一种冷凝式恒温燃气热水器，包括燃气分配器及其上部的燃烧器组、火焰感应系统，冷水进水管路和与其相连接的水流量传感器，燃气进气管路，热水出水管路，其特征在于它还包括设在该热水器上部的具有盘管的冷凝器及与其温水出水管相连通的主热交换器，冷凝器的下部通过冷凝水排水管连通有冷凝水处理器，以及调整温度、燃气量和风量的调控部分。

所述冷凝器的盘管的上部呈倾斜状，其下方与盘管的结构形状相匹配的导流板与主热交换器的上水平面之间具有一夹角，该冷凝器的进水端与水流量传感器及其冷水进水管路相连通。

所述冷凝水处理器为一空心容器，其下端设有可与污水管相连接的管接头。

所述调整温度、燃气量和风量的调控部分包括电脑板及与其相电连接的热水温度传感器、超温温控器、变频风机、燃气比例阀。

所述冷凝器的盘管由不锈钢波纹管构成。

所述冷凝器的盘管由椭圆管和翅片或者片层结构或者盘管与换热片组合构成。

所述冷凝器的盘管采用耐腐蚀的金属，如铜材、铝材构成，其表面具有经防腐处理的防腐层。

所述热水温度传感器和超温温控器分别设在热水出水管路的下部和上部。

所述变频风机设置在燃烧器组和燃气分配器的下方。

所述燃气比例阀的一端部与燃气进气管路相连通，燃气比例阀的另一端部与燃气分配器及燃烧器组相接通。

采用上述技术方案后，《一种冷凝式恒温燃气热水器》与2006年11月之前技术相比具有以下有益效果。

一种冷凝式恒温燃气热水器改善效果

《一种冷凝式恒温燃气热水器》一种冷凝式恒温燃气热水器由于是一种改进的新型换热结构，采用了强鼓热水器结构为基础，配有独立的冷凝器，即独立的盘管式换热装置，特别是不锈钢波纹管构成的盘管式换热装置换热，其与主换热器之间通过导流板相隔开，并在冷凝器的下方设有冷凝水处理器，以及调整温度、燃气量、风量的调控部分，另外强鼓热水器结构的变频风机设在了燃烧器组的下方，迫使冷凝水不会往下流，而是顺导流板流入冷凝水处理器中，通过排污管排入下水道。这样，就实现了一次换热、二次换热与冷凝水收集的完全分离，冷水进入冷凝器进行一次换热后再进入主换热器进行二次换热，充分利用了热能，并降低了排烟温度，因此，也就提高了热效率，有效地减少了冷凝水对热交换器等关键件的腐蚀影响，保证了主机的使用寿命。

通过检测，《一种冷凝式恒温燃气热水器》一种冷凝式恒温燃气热水器的热效率可达96％以上，比普通强鼓热水器的热效率提高10～15％，排烟温度仅为100℃左右。同时减少了CO、NOX排放，保护了环境。

1.《一种冷凝式恒温燃气热水器》包括燃气分配器（14）及其上部的燃烧器组（6）、火焰感应系统（15），冷水进水管路（9）和与其相连接的水流量传感器（11），燃气进气管路（2），热水出水管路（5），其特征在于它还包括设在该热水器上部的具有盘管（17）的冷凝器（16）及与其温水出水管（20）相连通的主热交换器（8），冷凝器（16）的下部通过冷凝水排水管（12）连通有冷凝水处理器（10），以及调整温度、燃气量和风量的调控部分。

2.根据权利要求1所述一种冷凝式恒温燃气热水器，其特征在于：所述冷凝器（16）的盘管（17）的上部呈倾斜状，其下方与盘管（17）的结构形状相匹配的导流板（18）与主热交换器（8）的上水平面之间具有一夹角（a），该冷凝器（16）的进水端与水流量传感器（11）及其冷水进水管路（9）相连通。

3.根据权利要求1所述一种冷凝式恒温燃气热水器，其特征在于：所述冷凝水处理器（10）为一空心容器，其下端设有可与污水管相连接的管接头（19）。

4.根据权利要求1所述一种冷凝式恒温燃气热水器，其特征在于：所述调整温度、燃气量和风量的调控部分包括电脑板（13）及与其相电连接的热水温度传感器（1）、超温温控器（7）、变频风机（4）、燃气比例阀（3）。

5.根据权利要求1所述一种冷凝式恒温燃气热水器，其特征在于：所述冷凝器的盘管由不锈钢波纹管构成。

6.根据权利要求1所述一种冷凝式恒温燃气热水器，其特征在于：所述冷凝器的盘管由椭圆管和翅片或者片层结构或者盘管与换热片组合构成。

7.根据权利要求1所述一种冷凝式恒温燃气热水器，其特征在于：所述冷凝器的盘管采用耐腐蚀的金属，如铜材、铝材构成，其表面具有经防腐处理的防腐层。

8.根据权利要求4所述一种冷凝式恒温燃气热水器，其特征在于：所述热水温度传感器（1）和超温温控器（7）分别设在热水出水管路（5）的下部和上部。

9.根据权利要求4所述一种冷凝式恒温燃气热水器，其特征在于：所述变频风机（4）设置在燃烧器组（6）和燃气分配器（14）的下方。

10.根据权利要求4所述一种冷凝式恒温燃气热水器，其特征在于：所述燃气比例阀（3）的一端部与燃气进气管路（2）相接通，燃气比例阀（3）的另一端部与燃气分配器（14）及燃烧器组相接通。

这种冷凝器直立安装，只用于中型及大型的氨制冷装置中。其结构如图2(1— 出液管接头 2—压力表接头 3—进气管接头 4—配水箱 5—安全阀接头6—均压管接头 7—放空气管接头 8—放油管接头)所示，其中a）冷凝器外形 b）导流管嘴。同卧式壳管式冷凝器相比，立式壳管式冷凝器不但是直立装置，而且两端没有端盖，水及制冷剂的流动方式也有所不同。冷却水从上部进入冷凝器管内，但水并不充满整个钢管断面，而是呈膜状沿管内壁自上流下，排入水池中，一般再用水泵压送入冷却塔中循环使用。气态制冷剂从冷凝器外壳的中部偏上处进入筒壳的管外空间中，凝结的液体沿管外壁从上流下，积在冷凝器底部，从出液管流出。此外，冷凝器的外壳上还设有放油阀、放空气阀和安全阀等管接头。

壳管式冷凝器分为立式和卧式两类。卧式或立式管式冷凝器都是由一筒体、管板和管束等组成的。筒体是用钢板组成的圆筒管束（无缝管）。管筒内的两端用管板封住，在管板上胀接或焊接许多管子组成管束。壳管式冷凝器外管上除设有蒸汽进口，液体出口接口外，还设有一系列的接口：压力表接口、安全节流阀、平衡关接头、放油管道口、放空接口等。根据系统情况和制冷剂，有些接口可不设或用。壳管式冷凝器的热导率高，因而被普遍利用。

优点：是结构简单，便于制造，且因系单管冷凝，介质流动方向相反，故传热效果好，当水流速为1～2m/s时传热系数可达800kcal/(m²·h·℃)。

缺点：金属消耗量大，而且当纵向管数较多时，下部的管子充有较多的液体，使传热面积不能充分利用。另外紧凑性差，清洗困难，并需大量连接弯头。因此，这种冷凝器在氨制冷装置中已很少应用。