摘 要：本文介绍了圆盘热交换器的结构与制造方法，并更深入地介绍了其在冷凝式燃气壁挂炉上的应用，通过实施例，阐述了其工作原理；通过多项检验，印证了本设计方案的先进性、可靠性和结构的合理性。

    关键词：圆盘热交换器；主热交换器；冷凝热交换器；换热翅片；燃烧器；过水腔；变速风机；水泵；进风管；端盖；显热；潜热

    引言

    节约能源、绿色经济是全世界范围的一个永恒话题，我国《冷凝式燃气暖浴两用炉》行业标准已经宣贯执行，同时从政府层面也陆续出台了相关政策来鼓励和推广高效、节能、绿色环保的产品，这极大的加快了冷凝式燃气壁挂炉的发展步伐，也增加了消费者的信心。

    冷凝式燃气壁挂炉以其方便、快捷、高效、节能的优势备受消费者欢迎。在欧洲，冷凝式燃气壁挂炉已经有几十年的生产历史，技术比较成熟，其核心技术是冷凝热交换器。目前，其主流设计有侧向全预混燃烧的吉洛尼（Gianoni）热交换器和倒置全预混燃烧的贝卡尔特(Bekaert)铸铝热交换器，这两项关键技术在欧洲已被全方位进行了专利保护，所以中国企业要想开发冷凝式燃气壁挂炉，就必须解决好冷凝热交换器的问题。

    贝卡尔特(Bekaert)铸铝热交换器工作时火焰向下燃烧，优点是导热性能好、换热表面大、热效率高、厚实坚固，但不足之处是体积大、瞬时热效率低、不易加工、制造成本高。

    吉洛尼（Gianoni）不锈钢热交换器采用不锈钢扁管卷曲制成，工作时火焰侧向燃烧，优点是抗腐蚀性强、加热时间快、瞬时热效率高，但不足之处是加工难度大、使用条件要求高，由于热交换器的管路直接和火焰接触，在水质硬的地区容易烧漏热交换器。同时吉洛尼（Gianoni）不锈钢热交换器的显热换热和潜热换热是分开的，结构显得复杂。

    1 圆盘热交换器的结构特征

    热交换器是燃气壁挂炉的核心部件，它关系到产品的使用寿命，能源消耗量和制造成本；圆盘热交换器是一种制作方法简单、整体结构小、换热面积大、热效率高的产品。

    圆盘热交换器主要有燃烧腔、换热翅片和端盖等组成；换热翅片外径260mm，以70～120片叠加形成，高度为145mm，中心部为直径140mm圆孔，形成燃烧腔。

    附图1为圆盘热交换器实物图。

    2 圆盘热交换器的分解结构

    圆盘热交换器分成主换热器和冷凝换热器，每个热交换器的换热翅片中心四周设计有18个台阶孔，径向分布；台阶孔中贯穿主换热管和冷凝换热管，两换热管通过过水腔首尾串联，形成密闭的水路通道；换热翅片之间通过台阶孔叠加，形成0.5mm～1.2mm的间隙；主热交换器放置在冷凝热交换器中部，主热交换器的换热翅片外径与冷凝热交换器的换热翅片内径之间有0.5mm～2.0mm间隙；并通过一次钎焊制作成功，使得显热换热和潜热换热融为一个整体结构。

    附图2为圆盘热交换器的分解结构图。

    3 圆盘热交换器的燃烧状态

    火焰在燃烧器上燃烧，高热烟气从换热翅片之间的间隙经过，将热量首先传导给主热交换器，完成一次热交换，再经过冷凝热交换器，完成二次冷凝热交换，两种热交换过程在一个圆盘热交换器中进行。附图3为圆盘热交换器的燃烧状态。

    4 圆盘热交换器的组合结构

    为了满足防腐性能的要求，圆盘热交换器材料的选择比较重要，换热翅片采有430不锈钢片，主换热管和冷凝换热管采用304不锈钢管，可以大大降低制造成本，也能做到防腐性能的要求。附图4为圆盘热交换器组合结构示意图。

    5 圆盘热交换器在冷凝式燃气壁挂炉应用中的实施例

    本实施例主要包括主热交换器、冷凝热交换器、外壳、燃烧器、变速风机、水阀体、燃气阀体、水泵和冷凝水盒。

    在外壳内安置有冷凝热交换器，在冷凝热交换器内安置有主热交换器，其中部为燃烧腔，冷凝热交换器的出端通过过水腔与主热交换器的进端相通。

    使用时，将进水管、出水管和燃气管分别连接在水阀体和燃气阀体上，启动控制部分，水泵、变速风机工作，燃气通过燃气阀体和进入变速风机中预混合，经进风管进入燃烧器，在燃烧腔中点火燃烧；冷水通过水阀体、水泵从进水管进入冷凝热交换器的冷凝换热管中，再经过过水腔进入主热交换器的主换热管，从出水管流出；这时燃烧产生的高温烟气，经过主热交换器的换热翅片，进行第一次高温度热交换，再进入冷凝热交换器进行第二次冷凝热交换，由于主热交换器和冷凝热交换器之间设有间隙，形成一条温差带，大部分热量在主热交换器中已被吸收，因此，进入冷凝热交换器的烟气温度会下降的很快，达到露点温度，形成的冷凝水经过冷凝水盒流出；已经被充分利用的烟气从外壳上的出烟口排出。附图5为冷凝式燃气壁挂炉整机结构示意图。

    6 检验报告

    本检验报告数据摘自本公司检验中心。

    以换热翅片外径260mm，75片叠加形成，高度为145mm，中圆孔直径140mm，燃烧器采用直径65mm，高度为130mm为例，以额定输入功率为8kW、24kW、26kW和28kW进行检测，检测依据：CJ/T395-2012《冷凝式燃气暖浴两用炉》及工厂技术要求；燃气种类：纯甲烷气（瓶装）；

    检验报告主要技术参数：检验时间：2013年7月26日；产品名称：全预混冷凝式燃气采暖热水炉；产品型号：LL1PBQ24-A；燃气种类：纯甲烷气（瓶装）；采暖额定热输入（kW）24；环境温度（℃）：26.5；燃气温度（℃）：27；大气压力（pa）：100.4；一氧化碳含量（CO∝=1）：0.010；二氧化碳含量（%）：9.35；回水温度（℃）：37.94；出水温（℃）：68.32；热水模式热效率（%）：105.64；采暖模式热效率（%）：105.95。

    检验报告主要技术参数：检验时间：2013年7月26日；产品名称：全预混冷凝式燃气采暖热水炉；产品型号：LL1PBQ28-A；采暖额定热输入（kW）28；环境温度（℃）：26.5；燃气温度（℃）：27；大气压力（pa）：101；一氧化碳含量（CO∝=1）：0.018；二氧化碳含量（%）：9.46；回水温度（℃）：39.9；出水温（℃）：73.47；热水模式热效率（%）：103.85； 采暖模式热效率（%）：104.25。

    检验报告主要技术参数：检验时间：2013年7月26日；产品名称：全预混冷凝式燃气采暖热水炉；产品型号：LL1PBQ8-A；燃气种类：纯甲烷气（瓶装）；采暖额定热输入（kW）8；环境温度（℃）：26.8；燃气温度（℃）：27.1；大气压力（pa）：100.4；一氧化碳含量（CO∝=1）：0.001；二氧化碳含量（%）：8.14；回水温度（℃）：33.69；出水温（℃）：56.09；热水模式热效率（%）：107.03；采暖模式热效率（%）：107.48。

    检验报告主要技术参数：检验时间：2013年8月8日；产品名称：全预混冷凝式燃气采暖热水炉；产品型号：LL1PBQ26-A；燃气种类：纯甲烷气（瓶装）；采暖额定热输入（kW）26；环境温度（℃）：31；燃气温度（℃）：30.2；大气压力（pa）：101；一氧化碳含量（CO∝=1）：0.018；二氧化碳含量（%）：9.37；回水温度（℃）：43.19；出水温（℃）：71.55；热水模式热效率（%）：103.9；采暖模式热效率（%）：104.18。

    CJ/T395-2012《冷凝式燃气暖浴两用炉》的3.6项下检验标准为“冷凝炉供、回水温度为50/30℃条件下运行”。

    本公司几次检验时的供/回水温度都高于标准所规定的温度范围，因此检测的结果偏低。

    7 结束语

    从上述的试验数据可以看出，圆盘热交换器在冷凝式燃气壁挂炉上的应用是非常成功的，结果也是令人满意的，其优点也很显著，热水模式热效率和采暖模式热效率均高达105%，达到和超过欧洲的同类产品，目前正在做量产前的寿命试验；圆盘热交换器不仅能在冷凝式燃气壁挂炉上得到应用，也能在冷凝式燃气热水器上得到应用；这项技术具有自主知识产权，并申请了多项中国发明专利和PCT国际专利，具有结构简单、节能效果显著、安全可靠、制造成本低的特点。

    主编点评：

    通过采用一种圆盘形冷凝热交换器来进行全预混冷凝换热，具有本土的设计专利，通过阐述工作原理和多项试验验证其实用性、可操作性、先进性和可靠性。给国内设计、生产、制造全预混冷凝燃气采暖热水炉提供全新的思路。冷凝热交换器是冷凝产品的核心部件，也是Gianoni、贝尔卡特等公司扼制中国冷凝产品推广的瓶颈，佛山市史麦斯卫厨电器有限公司做了很好的典范。本设计思路结构简单，安全可靠，制造成本低。希望通过在实验室和市场上小批量测试使用之后可以量产推广开来！