CN107477871B - 换热器、全预混热水锅炉及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种换热器，包括前换热件、后换热件以及位于所述前换件和所述后换热件之间的至少一个中换热件，各所述换热件的上部均设有辐射腔，多个所述辐射腔贯通连接成所述换热器的燃烧室；各所述换热件上分别设有出水口、入水口、水道隔层，多个所述水道隔层错落设置以构成换热水道，其中，各所述换热件的所述换热水道包括连通所述出水口和所述入水口的第一换热水道及第二换热水道，所述第二换热水道完全环绕所述辐射腔设置。本发明实施例能有效提高换热效率且无需耐火材料隔热，延长使用寿命。本发明还提供了一种全预混热水锅炉及其控制方法。

Description

换热器、全预混热水锅炉及其控制方法

技术领域

本发明涉及热交换技术领域，尤其是一种换热器、全预混热水锅炉及其控制方法。

背景技术

现有技术中，燃气锅炉通过燃气燃烧加热的方式将热量传递到流经换热器的冷水以达到制备热水的目的。燃气锅炉主要由燃烧器和换热器两部分组成，燃烧器需要在换热器内的燃烧室进行燃气燃烧，从而加热换热器内的冷水，以获得热水。

换热器的温度可高达1200℃，而换热器因铸铝工艺在结构上存在一定的缺陷，换热器存在水流不通而无法换热的局部高温区，尤其是燃烧室周围的部分区域，不能实现全水冷换热，换热效果不理想，因而需使用耐火材料粘连到燃烧室上以防止换热器铸铝壳体局部高温融化；但由于燃气锅炉长期高温工作，耐火材料不能持续稳固粘连在换热器上而脱落，换热器失去耐火材料的保护而直接与高温烟气接触，因此换热器的铸铝壳体出现高温穿孔等现象，不利于换热器长期使用，甚至影响燃气锅炉的运转安全性。

此外，在使用过程中，燃气锅炉点火成功后一般立刻PID控制阶段以最大功率燃烧以使水温快速达到用户设置温度。然而，在点火燃烧前，换热器一般处于冷态阶段和低热应力阶段，如果在点火燃烧后立刻进入PID控制阶段(跟进目标出水温度与实际出水温度差进行调节)，燃烧器以大功率工作，炉膛温度会迅速升高，对换热器产生非常大的热应力冲击，甚至存在水流量无法同步跟上而导致干烧现象，不利于换热器长期使用和燃气锅炉的运转安全性。

发明内容

本发明所解决的第一个技术问题是要提供一种换热器，其能有效延长换热器的使用寿命，且成本较低。

本发明所解决的第二个技术问题是要提供一种全预混热水锅炉，其能有效延长换热器的使用寿命，且成本较低。

本发明所解决的第三个技术问题是要提供一种全预混热水锅炉的控制方法，其能有效延长换热器的使用寿命，且成本较低。

上述第一个技术问题通过以下技术方案进行解决：

一种换热器，包括前换热件、后换热件以及位于所述前换热件和所述后换热件之间的至少一个中换热件，所述换热器由所述前换热件、所述中换热件、所述后换热件通过紧固件连接而成，所述前换热件、所述中换热件、所述后换热件的上部均设有辐射腔，多个所述辐射腔贯通连接成所述换热器的燃烧室；所述前换热件、所述中换热件、所述后换热件的上部均设有出水口，所述前换热件、所述中换热件、所述后换热件的下部均设有入水口，所述前换热件、所述中换热件、所述后换热件的内腔均设有多个水道隔层，多个所述水道隔层错落设置以构成换热水道，所述换热水道的两端分别与所述出水口、所述入水口连通；其中，所述前换热件、至少一个所述中换热件或/和所述后换热件的所述换热水道包括连通所述出水口和所述入水口的第一换热水道及第二换热水道，所述第二换热水道完全环绕所述辐射腔设置。

本发明所述的换热器，与背景技术相比所产生的有益效果：

通过分布在所述前换热件、所述中换热件、所述后换热件内的第一换热水道及第二换热水道连通所述换热件的所述入水口和所述出水口，从而使得所述换热件内的水通过所述前换热件、所述中换热件、所述后换热件的内壁和所述水道隔板吸收所述燃烧器产生的热量，以达到换热目的；同时，所述第二换热水道完全环绕于所述辐射腔的外壁，从而有利于由所述第二换热水道的水吸收所述辐射腔的多余热量，消除过热区，且弥补所述燃烧室需要耐火材料隔热的缺陷，进而能有效地解决耐火材料脱落引起壳体穿孔的问题，进而进一步延长所述换热器的使用寿命和降低安全隐患。

在其中一个实施例中，所述第二换热水道与所述第一换热水道连通的一端构成第二换热水道入口，所述第二换热水道的另一端与所述出水口连通；所述第二换热水道包括均连通所述第二换热水道入口和所述出水口的第二左换热水道、第二右换热水道；藉由所述第二换热水道入口进入的液体分流通过所述第二左换热水道、第二右换热水道以环绕所述辐射腔流动，并最终在所述出水口汇聚以流出，从而有利于水吸收和带走多余的热量，进而避免所述换热器产生局部高温，延长所述换热器的使用寿命和降低安全隐患。

在其中一个实施例中，所述第二左换热水道与所述第二右换热水道的水阻相同，所述第二右换热水道中下游的截面为扁平结构且中下游的截面积小于上游的截面积，所述第二右换热水道最窄位置处的截面积大于所述第二左换热水道的最大截面积。所述第二左换热水道与所述第二右换热水道的水阻相同有助于保证两者的水流量相同，以均匀带走所述辐射腔的热量，所述第二右换热水道中下游的截面为扁平结构有助于减少所述换热器的高度，使所述换热器结构更紧凑。

在其中一个实施例中，所述后换热件的上部还设有封闭体，所述封闭体用于封闭所述后换热件上的所述辐射腔的一端，所述封闭体的内腔与所述后换热件的内腔连通，从而使通过所述后换热件的第二换热水道入口进入的液体还能通过所述封闭体的内腔流动并最终在所述出水口汇聚以流出，从而有效增加所述后换热件的换热面积，进而有利于所述第二换热水道内的水充分吸收所述辐射腔的热量，避免所述换热器产生局部高温，延长所述换热器的使用寿命和降低安全隐患。

在其中一个实施例中，所述前换热件、所述中换热件、所述后换热件的一相对侧壁为窄侧壁、另一相对侧壁为宽侧壁；每一所述水道隔层与所述窄侧壁连接构成分布在同一所述水道隔层上下两侧的上换热水道拐角区和下换热水道拐角区，部分所述水道隔层设有连通所述上换热水道拐角区和下换热水道拐角区的导流孔；流经部分所述下换热水道拐角区的液体通过所述导流孔进入到对应的所述上换热水道拐角区，以吸收和带走所述上换热水道拐角区的多余热量并提高换热效率，从而有效的防止所述上换热水道拐角区的水流速度较低、吸收热量却过多而引起局部过热现象，进而防止不必要的高温氧化反应和变形，以利于所述上换热水道拐角区的温度降低，进一步增强所述换热件的单位热强度的均匀性和提高换热效率，同时增加所述换热件的使用寿命。

在其中一个实施例中，所述前换热件、所述中换热件、所述后换热件的一相对侧壁为窄侧壁、另一相对侧壁为宽侧壁，所述水道隔层包括多个第一水道隔层及第二水道隔层，所述前换热件、所述中换热件、所述后换热件的最下方的所述第一水道隔层分别与所述前换热件、所述中换热件、所述后换热件的底部内壁之间设置所述第二水道隔层，所述第二水道隔层对应的与所述入水口正对设置，从而构成所述换热水道的双层或多层入水通道，从而增加从所述入水口进入到最底层所述换热水道内的水的换热面积，有利于所述换热件的最底层所述换热水道内的水能够最大幅度地吸收由上至下流动的高温烟气的热量，提高热量利用率。

上述第二个技术问题通过以下技术方案进行解决：

一种全预混热水锅炉，包括上述的换热器，还包括燃烧系统，所述燃烧系统包括燃烧器、风机、混气装置和燃气调节阀，所述燃烧器设于所述换热器的所述燃烧室内；所述风机的进风口与所述混气装置的混合燃气出口连通，所述风机的出风口通过连接管与所述燃烧器的进气口连通，所述混气装置包括燃气连接管，所述混气装置通过所述燃气连接管与所述燃气调节阀连接。

本发明所述的全预混热水锅炉，与背景技术相比所产生的有益效果：

当所述热水锅炉应用所述换热器时，所述热水锅炉的燃烧器设于所述换热器的所述燃烧室内，所述风机、所述混气装置和所述燃气调节阀配合使用，以使所述燃气调节阀的燃气在进入到所述燃烧器内燃烧前能与空气混合，从而使得燃气在所述燃烧器上燃烧并提供热量，进而利于提高所述燃烧器的燃烧效率；通过分布在所述前换热件、所述中换热件、所述后换热件内的第一换热水道及第二换热水道连通所述换热件的所述入水口和所述出水口，从而使得所述换热件内的水通过所述前换热件、所述中换热件、所述后换热件的内壁和所述水道隔板吸收所述燃烧器产生的热量，以达到换热目的；同时，所述第二换热水道完全环绕于所述辐射腔的外壁，从而有利于由所述第二换热水道的水吸收所述辐射腔的多余热量，从而有利于提高换热效率，且弥补所述燃烧室需要耐火材料隔热的缺陷，进而能有效地解决耐火材料脱落引起壳体穿孔的问题，进而进一步延长使用寿命和降低安全隐患。

在其中一个实施例中，所述混气装置还包括进燃气腔、进空气腔和混合燃气腔，所述进燃气腔与所述燃气连接管连通，所述进空气腔和所述混合燃气腔共同容置于所述进燃气腔内，所述进空气腔和所述混合燃气腔连通；所述进空气腔与所述混合燃气腔相邻的端部之间构成所述进燃气腔的燃气出口，所述进燃气腔的燃气出口呈环形以使所述进燃气腔的燃气通过所述燃气出口呈环形喷射状进入到所述混合燃气腔，以利于增加燃气喷射面积，进而提高燃气与空气的混合程度。所述进空气腔背向所述混合燃气腔的一端端部与所述进燃气腔密封连接，所述进空气腔背向所述混合燃气腔的一端作为所述混气装置的空气入口；所述混合燃气腔背向所述进空气腔的一端端部及外周侧与所述进燃气腔密封连接，所述混合燃气腔背向所述进空气腔的一端作为所述混气装置的混合燃气出口。当所述空气入口进入的空气往所述混合燃气腔方向流动时，所述燃气出口处形成负压，以使所述燃气出口对所述进燃气腔内的燃气产生一定的吸力，从而使得所述进燃气腔内的燃气能通过所述燃气出口与空气混合并往所述混合燃气腔内流动，进而燃气与空气在从所述混合燃气腔内得以混合和扩散，能够有效提高燃气与空气的混合程度，减少燃烧污染物排放且结构简单。

在其中一个实施例中，所述混合燃气腔包括倒锥形缩口段和锥形扩散段，所述倒锥形缩口段与锥形扩散段一体成型并构成所述倒锥形缩口段与锥形扩散段之间的收缩口，其中所述收缩口的面积小于所述燃气出口的面积，所述燃气出口的面积小于所述混合燃气出口的面积，所述燃气出口的面积小于所述空气入口的面积；以使得所述混气装置构成文丘里管结构，从而利于提高所述全预混燃烧器的燃烧效率和减少污染物排放。

在其中一个实施例中，所述混气装置上设有空气压力反馈口和燃气压力反馈口，所述空气压力反馈口与所述进空气腔连通，所述燃气压力反馈口与所述燃气连接管连通，所述空气压力反馈口通过导气管与所述燃气调节阀连接，所述燃气压力反馈口通过反馈通道与所述燃气调节阀连接，以使得燃气输入量随空气输入量的变化而相应的调节，以及所述燃气调节阀通过所述燃气压力反馈口获取燃气负压，进而进一步调节所述燃气调节阀的燃气输入量，以使得燃气输入量与空气输入量维持空燃比的恒定。

在其中一个实施例中，所述燃烧器包括圆筒基体和金属纤维网，所述金属纤维网覆盖于所述圆筒基体的外侧表面；所述圆筒基体的一端封闭，所述圆筒基体的另一端作为进气口，所述圆筒基体的外侧表面设有多个燃烧孔，多个所述燃烧孔均匀分布于所述圆筒基体的外侧表面，能够有效的扩大燃烧面积和有效的增加燃烧热量和减少污染物的排放，进而有效地提高燃烧效率，并且使用寿命长；所述圆筒基体的内腔沿所述圆筒基体轴向设有至少一块燃气分配板，至少一块所述燃气分配板用于均分从所述进气口进入所述圆筒基体的内腔的燃气，以保证分配到圆筒基体的外表侧面的所述燃烧孔的混合燃气量均匀，避免所述圆筒基体的内部气体压力不均导致所述圆筒基体外侧表面的局部高温，进而提高所述燃烧器的燃烧均匀性。

上述第三个技术问题通过以下技术方案进行解决：

一种全预混热水锅炉控制方法，包括上述全预混热水锅炉，其主要由预吹扫阶段a、点火阶段b、强制降速阶段c、强制最小功率阶段d和PID控制阶段e依次组成，在点火阶段b点火成功后，通过强制降速阶段c将风机的转速降至设定的最低值，再进入强制最小功率阶段d将燃烧功率降至设定的最低值并维持一段时间，然后进入PID控制阶段e。

本发明所述的全预混热水锅炉控制方法，与背景技术相比所产生的有益效果：

在点火成功后强制燃烧器处于最小功率一段时间使得换热器的温度逐渐上升，其热应力冲击会大幅度降低，同时有助于避免干烧现象，有利于换热器寿命的延长。

附图说明

图1是本发明实施例中的换热器的第一种实施方式的剖面图；

图2是本发明实施例中的换热器的第一种实施方式的结构示意图；

图3是本发明实施例中的换热器的后换热件的剖面图；

图4是本发明实施例中的换热器的后换热件的结构示意图；

图5是本发明实施例中的换热器的第二种实施方式的剖面图；

图6是图5的A处的局部放大图；

图7是图5的B处的局部放大图；

图8是本发明实施例中的换热器的第三种实施方式的剖面图；

图9是图8的局部放大图；

图10是本发明实施例中的全预混热水锅炉的结构示意图；

图11是本发明实施例中的混气装置的第一种实施方式的剖面图；

图12是本发明实施例中的混气装置的第二种实施方式的剖面图；

图13是本发明实施例中的混气装置的俯视图；

图14是本发明实施例中的燃烧系统的结构示意图；

图15是本发明实施例中的燃烧器的结构示意图；

图16是本发明实施例中的控制方法示意图；

其中，1、换热器；2、燃烧系统；3、风机；4、混气装置；5、燃气调节阀；6、燃烧室；7、连接管；11、第一换热水道；12、第二换热水道；13、出水口；14、入水口；15、水道隔层；16、封闭体；17、辐射腔；18、导流孔；111、工艺孔；121、第二换热水道入口；122、第二左换热水道；123、第二右换热水道；151、第一水道隔层；152、第二水道隔层；181、上换热水道拐角区；182、下换热水道拐角区；21、圆筒基体；22、金属纤维网；23、燃烧孔；24、燃气分配板；42、燃气连接管；43、进燃气腔；44、进空气腔；45、混合燃气腔；47、空气压力反馈口；48、燃气压力反馈口；441、空气入口；451、锥形缩口段；452、锥形扩散段；453、收缩口；454、混合燃气出口。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。此外，术语“左”、“右”、“上”、“下”、“内”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

参见图1～2，本发明实施例提供了一种换热器1，包括前换热件、后换热件以及位于所述前换热件和所述后换热件之间的至少一个中换热件，所述换热器1由所述前换热件、所述中换热件、所述后换热件通过紧固件连接而成，所述前换热件、所述中换热件、所述后换热件的上部均设有辐射腔17，多个所述辐射腔17贯通连接成所述换热器1的燃烧室6；所述前换热件、所述中换热件、所述后换热件的上部均设有出水口13，所述前换热件、所述中换热件、所述后换热件的下部均设有入水口14，所述前换热件、所述中换热件、所述后换热件的内腔均设有多个水道隔层15，多个所述水道隔层15错落设置以构成换热水道，所述换热水道的两端分别与所述出水口13、所述入水口14连通；其中，所述前换热件、至少一个所述中换热件或/和所述后换热件的所述换热水道包括连通所述出水口13和所述入水口14的第一换热水道11及第二换热水道12，所述第二换热水道12完全环绕所述辐射腔17设置。

通过分布在所述前换热件、所述中换热件、所述后换热件内的第一换热水道11及第二换热水道12连通所述换热件的所述入水口14和所述出水口13，从而使得所述换热件内的水通过所述前换热件、所述中换热件、所述后换热件的内壁和所述水道隔板吸收所述燃烧器产生的热量，以达到换热目的；同时，所述第二换热水道12完全环绕于所述辐射腔17的外壁，从而有利于由所述第二换热水道12的水吸收所述辐射腔17的多余热量，消除过热区，且弥补所述燃烧室6需要耐火材料隔热的缺陷，进而能有效地解决耐火材料脱落引起壳体穿孔的问题，进而进一步延长所述换热器1的使用寿命和降低安全隐患。

参见图1～3，在其中一个实施例中，所述第二换热水道12与所述第一换热水道11连通的一端构成第二换热水道入口121，所述第二换热水道12的另一端与所述出水口13连通；所述第二换热水道12包括均连通所述第二换热水道入口121和所述出水口13的第二左换热水道122、第二右换热水道123；藉由所述第二换热水道12入口进入的液体分流通过所述第二左换热水道122、第二右换热水道123以环绕所述辐射腔17流动，并最终在所述出水口13汇聚以流出，所述第二换热水道12内的水分道流动，从而增加换热面积，有利于水吸收和带走多余的热量，进而避免所述换热器1产生局部高温，进一步延长所述换热器1的使用寿命和降低安全隐患。

参见图1，在其中一个实施例中，所述第二左换热水道122与所述第二右换热水道123的水阻相同，所述第二右换热水道123中下游的截面为扁平结构且中下游的截面积小于上游的截面积，所述第二右换热水道123最窄位置处的截面积大于所述第二左换热水道122的最大截面积。所述第二左换热水道122与所述第二右换热水道123的水阻相同有助于保证两者的水流量相同，以均匀带走所述辐射腔17的热量，所述第二右换热水道123中下游的截面为扁平结构有助于减少所述换热器1的高度，使所述换热器1结构更紧凑。

可以理解的，所述换热器1内的液体优选地采用常温水或冷凝水，所述出水口13与所述第二换热水道12之间存在过热区，局部高温区域由于水流速度相对较慢，热量聚集在过热区，出现局部过热现象，对所述换热件造成安全隐患，并且无法有效利用多余的热能。

参见图1，所述第一换热水道11呈上下分层迂回设置，每一层的两端设有与所述第一换热水道11连通的工艺孔111以及封闭所述工艺孔111的堵头，所述第一换热水道11上下分层能增加水在所述换热件内的换热面积和流动时间，从而利于水通过所述换热件与高温烟气进行热交换，进而大幅度提高换热效率。

参见图3～4，在其中一个实施例中，所述后换热件的上部还设有封闭体16，所述封闭体16用于封闭所述后换热件上的所述辐射腔17的一端，所述封闭体16的内腔与所述后换热件的内腔连通，从而使通过所述后换热件的第二换热水道12入口进入的液体还能通过所述封闭体16的内腔流动并最终在所述出水口13汇聚以流出，从而有效增加所述后换热件的换热面积，进而有利于所述第二换热水道12内的水充分吸收所述辐射腔17的热量，避免所述换热器1产生局部高温，延长所述换热器1的使用寿命和降低安全隐患。

参见图5～7，在其中一个实施例中，所述前换热件、所述中换热件、所述后换热件的一相对侧壁为窄侧壁、另一相对侧壁为宽侧壁；每一所述水道隔层15与所述窄侧壁连接构成分布在同一所述水道隔层15上下两侧的上换热水道拐角区181和下换热水道拐角区182，部分所述水道隔层15设有连通所述上换热水道拐角区181和下换热水道拐角区182的导流孔18；流经部分所述下换热水道拐角区182的液体通过所述导流孔18进入到对应的所述上换热水道拐角区181，当部分所述上换热水道拐角区181的水流速度较低、换热速率慢引起局部过热现象时，通过所述导流孔18连通部分所述上换热水道拐角区181和对应的所述下换热水道拐角区182，使得所述下换热水道拐角区182的水能够通过所述导流孔18进入到所述上换热水道拐角区181内，以吸收和带走所述上换热水道拐角区181的多余热量并提高换热效率，从而有效的防止所述上换热水道拐角区181的水流速度较低、吸收热量却过多而引起局部过热现象，进而防止不必要的高温氧化反应和变形，以利于所述上换热水道拐角区181的温度降低，进一步增强所述换热件的单位热强度的均匀性和提高换热效率，同时增加所述换热件的使用寿命。

需要说明的是，在本发明实施例中，由于水流由下往上流动，所述上换热水道拐角区181易成为过热区，所述导流孔18的孔径大小取决于所述上换热水道拐角区181所在的所述换热水道内的流量和所述下换热水道拐角区182所在的所述换热水道内的流量以及所述上换热水道拐角区181内的水的换热面积，需要根据所述换热件运行时的需求及水流速度，以计算导流孔18的孔径，在此不再赘述。

参见图8～9，在其中一个实施例中，所述前换热件、所述中换热件、所述后换热件的一相对侧壁为窄侧壁、另一相对侧壁为宽侧壁，所述水道隔层15包括多个第一水道隔层151及第二水道隔层152，所述前换热件、所述中换热件、所述后换热件的最下方的所述第一水道隔层151分别与所述前换热件、所述中换热件、所述后换热件的底部内壁之间设置所述第二水道隔层152，所述第二水道隔层152对应的与所述入水口14正对设置，从而构成所述换热水道的双层或多层入水通道，通过所述第二水道隔层152构成双层或多层入水通道，由于所述水道隔层15与所述换热器铸铝时一体成型，所述水道隔层15具有导热功能，从而增加从所述入水口14进入到最底层所述换热水道内的水的换热面积，有利于所述换热件的最底层所述换热水道内的水能够最大幅度地吸收由上至下流动的高温烟气的热量，提高热量利用率，同时有利于缩小所最底层所述换热水道的截面积，从而增加入水压力和降低水泵功率，进而有利于提高所述换热件的换热效率，进而有利于提高所述换热件的换热效率，节约成本。

参见图10，本发明实施例提供了一种全预混热水锅炉，包括上述的换热器1，还包括燃烧系统，所述燃烧系统包括燃烧器2、风机3、混气装置4和燃气调节阀5，所述燃烧器2设于所述换热器1的所述燃烧室6内，所述风机3的进风口与所述混气装置4的混合燃气出口454连通，所述风机3的出风口通过连接管7与所述燃烧器2的进气口连通，所述混气装置4包括燃气连接管42，所述混气装置4通过所述燃气连接管42与所述燃气调节阀5连接。

当所述热水锅炉应用所述换热器1时，所述热水锅炉的燃烧器设于所述换热器1的所述燃烧室内，所述风机3、所述混气装置4和所述燃气调节阀5配合使用，以使所述燃气调节阀5的燃气在进入到所述燃烧器2内燃烧前能与空气混合，从而使得燃气在所述燃烧器2上燃烧并提供热量，进而利于提高所述燃烧器2的燃烧效率；通过分布在所述前换热件、所述中换热件、所述后换热件内的第一换热水道11及第二换热水道12连通所述换热件的所述入水口14和所述出水口13，从而使得所述换热件内的水通过所述前换热件、所述中换热件、所述后换热件的内壁和所述水道隔板15吸收所述燃烧器2产生的热量，以达到换热目的；同时，所述第二换热水道12完全环绕于所述辐射腔17的外壁，从而有利于由所述第二换热水道12的水吸收所述辐射腔17的多余热量，从而有利于提高换热效率，且弥补所述燃烧室6需要耐火材料隔热的缺陷，进而能有效地解决耐火材料脱落引起壳体穿孔的问题，进而进一步延长使用寿命和降低安全隐患。

参见图11～13，在其中一个实施例中，所述混气装置4还包括进燃气腔43、进空气腔44和混合燃气腔45，所述进燃气腔43与所述燃气连接管42连通，所述进空气腔44和所述混合燃气腔45共同容置于所述进燃气腔43内，所述进空气腔44和所述混合燃气腔45连通；所述进空气腔44与所述混合燃气腔45相邻的端部之间构成所述进燃气腔43的燃气出口46，所述进空气腔44背向所述混合燃气腔45的一端端部与所述进燃气腔43密封连接，所述进空气腔44背向所述混合燃气腔45的一端作为所述混气装置4的空气入口441；所述混合燃气腔45背向所述进空气腔44的一端端部及外周侧与所述进燃气腔43密封连接，所述混合燃气腔45背向所述进空气腔44的一端作为所述混气装置4的混合燃气出口454。所述燃烧系统2由所述风机3提供燃烧所需空气，所述风机3调节所述混气装置4的空气输入量，所述燃气调节阀5提供燃烧所需燃气，燃气进入所述混气装置4并与空气充分混合，混合燃气被所述风机3从所述风机3的出风口进入到所述燃烧器，从而使得燃气在进入所述燃烧器2前混合完全，进而利于提高所述燃烧器2的燃烧效率，同时减少污染物排放。

参见图11～12，所述进燃气腔43的燃气出口46呈环形以使所述进燃气腔43的燃气通过所述燃气出口46呈环形喷射状进入到所述混合燃气腔45，以利于增加燃气喷射面积，进而提高燃气与空气的混合程度。

参见图11～12，在其中一个实施例中，所述混合燃气腔45包括倒锥形缩口段451和锥形扩散段452，所述倒锥形缩口段451与锥形扩散段452一体成型并构成所述倒锥形缩口段451与锥形扩散段452之间的收缩口453，其中所述收缩口453的面积小于所述燃气出口46的面积，所述燃气出口46的面积小于所述混合燃气出口42的面积；从而使得所述混合燃气腔45构成文丘里管结构，以通过改变混合气体在所述混合燃气腔45内体积的变化而改变混合气体的速度，进而实现所述混气装置4内的燃气和空气的充分混合，进而进一步有利于提高所述燃烧器2的燃烧效率和减少污染物排放。

需要说明的是，由伯努利原理，在所述倒锥形缩口段451，所述燃气出口大于所述收缩口453的面积，燃气与空气在所述倒锥形缩口段451内由于压强变大，流速变小，燃气与空气在所述倒锥形缩口段451内初步混合；在所述锥形扩散段452，所述收缩口453小于所述混合燃气出口454的面积，燃气与空气在所述倒锥形缩口段451内由于压强变小，流速变大，燃气与空气在所述锥形扩散段452内得以进一步混合，由此燃气与空气通过所述混合燃气出口454时已充分混合。

参见图11～13，所述混气装置4上设有空气压力反馈口47和燃气压力反馈口48，所述空气压力反馈口47与所述进空气腔44连通，所述燃气压力反馈口48与所述燃气连接管41连通，所述空气压力反馈口47通过导气管471与所述燃气调节阀5连接，所述燃气压力反馈口48通过反馈通道与所述燃气调节阀5连接在其中一个实施例中，所述混气装置4上设有空气压力反馈口47和燃气压力反馈口48，所述空气压力反馈口47与所述进空气腔44连通，所述燃气压力反馈口48与所述燃气连接管42连通，所述空气压力反馈口47通过导气管471与所述燃气调节阀5连接，所述燃气压力反馈口47通过反馈通道与所述燃气调节阀5连接，当所述风机3改变所述混气装置4的空气输入量时，所述燃气调节阀5通过所述空气压力反馈口47获取所述混气装置4的空气负压，进而调节所述燃气调节阀5的燃气输入量，以使得燃气输入量随空气输入量的变化而相应的调节，同时所述燃气调节阀5通过所述燃气压力反馈口48获取燃气负压，进而进一步调节所述燃气调节阀5的燃气输入量，以使得燃气输入量与空气输入量维持空燃比的恒定，以使得燃气在所述燃烧器2的外侧表面充分燃烧，进而提高所述燃烧器2的燃烧效率和减少污染物排放。

参见图14～15，在其中一个实施例中，所述燃烧器2包括圆筒基体21和金属纤维网22，所述金属纤维网22覆盖于所述圆筒基体21的外侧表面；所述圆筒基体21的一端封闭，所述圆筒基体21的另一端作为进气口，所述圆筒基体21的外侧表面设有多个燃烧孔23；由于所述燃烧器2的圆筒结构和所述金属纤维网22覆盖于所述圆筒基体21的外侧表面作为燃烧表面，无需如平板燃烧器需使用保温棉进行局部降温且有效的扩大燃烧面积；当所述进气口通入混合燃气以及所述圆筒基体21的外侧表面的多个所述燃烧孔23被点燃后，火焰以微焰形式在所述金属纤维网22上燃烧，热量以对流方式释放，同时所述金属纤维网22加热到白炽状态产生热量以红外辐射方式释放，从而能够有效的增加燃烧热量和减少污染物的排放，进而有效地提高燃烧效率，并且使用寿命长。

另外，多个所述燃烧孔23均匀分布于所述圆筒基体21的外侧表面，当所述圆筒基体21内通入混合燃气，多个所述燃烧孔23均匀分布于所述圆筒基体21的外侧表面以使得所述圆筒基体21的外侧表面的燃气出气量平均，同时利于所述金属纤维网22燃烧均匀，进而提高所述燃烧器2的燃烧均匀性。

参见图15，在其中一个实施例中，所述燃烧孔23为条形燃烧孔，以提高所述燃烧孔23的喷射速度和增加所述燃烧孔23在所述圆筒基体11的外侧表面的数量，进而有利于燃气的充分燃烧和提高燃气燃烧效率。在本实施例中，优选采用所述条形燃烧孔，以使得混合燃气呈条形喷射状燃烧，同时，在相同混合燃气出气量的情况下，所述条形燃烧孔相对圆形的燃烧孔用于布置在所述圆筒基体11的外侧表面的数量更多且所述条形燃烧孔的混合燃气喷射压力更大，以利于混合燃气在所述圆筒基体11的外侧表面充分燃烧，且能使得所述金属纤维网12加热均匀，进而提高所述燃烧器2的燃烧效率。

参见图15，具体地，在发明本实施例中，所述圆筒基体21采用耐高温的不锈钢材料，所述金属纤维网22采用耐高温的铁铬合金金属纤维编织制成，通过将所述金属纤维网22焊接固定于所述圆筒基体21的外侧表面，当所述圆筒基体21内通入充分混合后的燃气以及所述圆筒基体21上的多个所述燃烧孔23被点燃后，燃气从多个所述燃烧孔23喷射出后立即完全燃烧，并且火焰以微焰或者无焰形式燃烧，同时所述金属纤维网22被火焰加热到白炽状态，这样，能够提高燃气利用率，进而减少NOx等污染物的排放，进而提高所述燃烧器的燃烧效率。

参见图15，所述圆筒基体21的内腔沿所述圆筒基体21轴向设有至少一块燃气分配板24，至少一块所述燃气分配板24用于均分从所述进气口进入所述圆筒基体21的内腔的燃气，以保证分配到圆筒基体21的外表侧面的所述燃烧孔23的混合燃气量均匀，避免所述圆筒基体21的内部气体压力不均导致所述圆筒基体21外侧表面的局部高温，进而提高所述燃烧器2的燃烧均匀性。

参见图15，需要说明的是，所述燃烧器2的所述进气口的端部设有进气口法兰，所述连接管7优选为连接弯管，所述连接弯管与所述风机3的出风口连接的一端设有方形法兰，所述连接弯管与所述燃烧器的进气口连接的一端设有圆形法兰，所述燃烧器2通过进气口法兰固定连接所述圆形法兰上，且所述圆形法兰上安装有点火针，所述点火针与靠近所述进气口的所述燃烧孔23相对设置以点燃所述燃烧器2，所述连接弯管与所述风机3的出风口连接的一端的面积大于所述连接弯管与所述燃烧器2的进气口连接的一端的面积，由伯努利原理可知，混合燃气由所述风机3的出风口经所述连接弯管的压缩作用进入到所述燃烧器2内时气体流速变大，以提高进入所述燃烧器2内的混合燃气流速。

参见图14，在本发明实施例中，具体地，所述燃气调节阀5上设有燃气阀零点，所述燃气阀零点通过所述导气管471与所述空气压力反馈口47连通；在所述燃烧系统工作前，首先将单位时间内燃气输入量和空气输入量的比值设定于1:7，以实现燃气的完全燃烧。

参见图14，在本发明实施例中，当所述风机3的风速变大进而提高空气负压时，空气压力变化信号通过所述导气管471反馈到所述燃气阀零点，所述燃气阀零点将接收到的反馈信息传递到所述燃气调节阀5的主阀门皮膜上，通过所述主阀门皮膜的开度变大以对应地增加进入所述混气装置4内的燃气输入量；相同地，当所述风机3的风速变小进而减小空气负压时，空气压力变化信号通过所述导气管反馈到所述燃气阀零点，所述燃气阀零点将接收到的反馈信息传递到所述燃气调节阀5的主阀门皮膜上，所述主阀门皮膜能够调节燃气输入量，通过所述主阀门皮膜的开度变小以对应地减少进入所述混气装置4内的燃气输入量，通过燃气调节阀5的反馈调节，燃气输入量随着空气输入量的变化而变化，以避免空气输入量过多，带走所述燃烧器所产生的热量。

参见图14，在本发明实施例中，所述燃气压力反馈口47与所述燃气连接管42连通，燃气压力反馈口48能够获取所述燃气连接管42与所述进燃气腔43内由于空气负压改变而带来的燃气负压，所述反馈管道为精加工的毛细管，所述反馈管道连通所述燃气压力反馈口48和所述燃气调节阀5，所述燃气负压通过所述反馈管道反馈到所述燃气调节阀5内部并最终作用于所述主阀门皮膜上，以使所述燃气调节阀5能够自适应调节燃气输入量，以保证所述混气装置4内的燃气与空气能够对应比例的变化，最终实现空燃比恒定。

参见图14，在本发明实施例中，所述风机3具体为直流变频风机，直流变频风机能够实现变频调速且易于操控，进而利于变频调节所述燃烧器的热功率，以满足不同需求。具体的，在本实施例中，采用直流变频风机，当所述燃烧系统的热需求发生改变，所述直流变频风机接收风速调节指令并改变风速，所述混气装置4内的空气负压发生改变，空气负压改变的同时，燃气负压也相继改变，通过所述燃气调节阀5的调节作用，使得所述混气装置4内的燃气与空气继续维持相同的空燃比，实现所述燃烧系统的完全燃烧和低污染排放，并提高所述燃烧系统的性能。

参见图16，本发明实施例提供了一种全预混热水锅炉的控制方法，包括上述的全预混热水锅炉，该控制方法在点火燃烧过程中，分为5个阶段，具体是主要由预吹扫阶段a、点火阶段b、强制降速阶段c、强制最小功率阶段d和PID控制阶段e依次组成。在点火阶段b点火成功后，通过强制降速阶段c将风机3的转速降至设定的最低值，再进入强制最小功率阶段d将燃烧功率降至设定的最低值并维持一段时间，然后进入PID控制阶段e。

在点火燃烧后增加了c、d阶段，即强制降速阶段和强制最小功率阶段，这两个阶段的主要目的是在点火成功后立即把整个燃烧功率降低到最低，并维持一段时间，增加这种强制最小功率阶段的主要作用：第一，一般在点火燃烧前，整个炉膛，所述换热器1温度低，处于冷态阶段和低热应力阶段，如果在点火燃烧后立刻进入PID控制阶段(跟进目标出水温度与实际出水温度差进行调节)，功率一般地会立刻增大，整个所述燃烧器2处于大功率状态，炉膛温度会迅速升高，对所述换热器产生非常大的热应力冲击。在点火成功后强制所述燃烧器2处于最小功率一段时间使得所述换热器1的温度逐渐上升，其热应力冲击会大幅度降低，将有利于所述换热器2寿命的延长；第二，在系统运行过程中，由于各种原因，其系统流量可能会出现偏小的情况，如果在点火燃烧后立刻进入PID控制阶段，功率一般地会立刻增大，流量过小，则会导致水温迅速上升，形成干烧，对所述换热器1的寿命有损害。而在点火成功后强制所述燃烧器2处于最小功率一段时间，即使换热流量过小，在强制最小功率阶段，锅炉控制器会对温度异常做出反应，进而发出故障警报，提示用户，有利于保证所述换热器1寿命。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种换热器，其特征在于，包括前换热件、后换热件以及位于所述前换热件和所述后换热件之间的至少一个中换热件，所述换热器(1)由所述前换热件、所述中换热件、所述后换热件通过紧固件连接而成，所述前换热件、所述中换热件、所述后换热件的上部均设有辐射腔(17)，多个所述辐射腔(17)贯通连接成所述换热器(1)的燃烧室(6)；

所述前换热件、所述中换热件、所述后换热件的上部均设有出水口(13)，所述前换热件、所述中换热件、所述后换热件的下部均设有入水口(14)，所述前换热件、所述中换热件、所述后换热件的内腔均设有多个水道隔层(15)，多个所述水道隔层(15)错落设置以构成换热水道，所述换热水道的两端分别与所述出水口(13)、所述入水口(14)连通；

其中，所述前换热件、至少一个所述中换热件或/和所述后换热件的所述换热水道包括连通所述出水口(13)和所述入水口(14)的第一换热水道(11)及第二换热水道(12)，所述第二换热水道(12)完全环绕所述辐射腔(17)设置；

所述前换热件、所述中换热件、所述后换热件的一相对侧壁为窄侧壁、另一相对侧壁为宽侧壁；每一所述水道隔层(15)与所述窄侧壁连接构成分布在同一所述水道隔层(15)上下两侧的上换热水道拐角区(181)和下换热水道拐角区(182)，部分所述水道隔层(15)设有连通所述上换热水道拐角区(181)和下换热水道拐角区(182)的导流孔(18)；流经部分所述下换热水道拐角区(182)的液体通过所述导流孔(18)进入到对应的所述上换热水道拐角区(181)。

2.如权利要求1所述的换热器，其特征在于，所述第二换热水道(12)与所述第一换热水道(11)连通的一端构成第二换热水道入口(121)，所述第二换热水道(12)的另一端与所述出水口(13)连通；所述第二换热水道(12)包括均连通所述第二换热水道入口(121)和所述出水口(13)的第二左换热水道(122)、第二右换热水道(123)；藉由所述第二换热水道入口(121)进入的液体分流通过所述第二左换热水道(122)、第二右换热水道(123)以环绕所述辐射腔(17)流动，并最终在所述出水口(13)汇聚以流出。

3.如权利要求2所述的换热器，其特征在于，所述后换热件的上部还设有封闭体(16)，所述封闭体(16)用于封闭所述后换热件上的所述辐射腔(17)的一端，所述封闭体(16)的内腔与所述后换热件的内腔连通，从而使通过所述后换热件的第二换热水道入口(121)进入的液体还能通过所述封闭体(16)的内腔流动并最终在所述出水口(13)汇聚以流出。

4.如权利要求1所述的换热器，其特征在于，所述前换热件、所述中换热件、所述后换热件的一相对侧壁为窄侧壁、另一相对侧壁为宽侧壁，所述水道隔层(15)包括多个第一水道隔层(151)及第二水道隔层(152)，所述前换热件、所述中换热件、所述后换热件的最下方的所述第一水道隔层(151)分别与所述前换热件、所述中换热件、所述后换热件的底部内壁之间设置所述第二水道隔层(152)，所述第二水道隔层(152)对应的与所述入水口(14)正对设置，从而构成所述换热水道的双层或多层入水通道。

5.一种全预混热水锅炉，其特征在于，包括如权利要求1～4任一项所述的换热器(1)，还包括燃烧系统，所述燃烧系统包括燃烧器(2)、风机(3)、混气装置(4)和燃气调节阀(5)，所述燃烧器(2)设于所述换热器(1)的所述燃烧室(6)内；

所述风机(3)的进风口与所述混气装置(4)的混合燃气出口(454)连通，所述风机(3)的出风口通过连接管(7)与所述燃烧器(2)的进气口连通，所述混气装置(4)包括燃气连接管(42)，所述混气装置(4)通过所述燃气连接管(42)与所述燃气调节阀(5)连接。

6.如权利要求5所述的全预混热水锅炉，其特征在于，所述混气装置(4)还包括进燃气腔(43)、进空气腔(44)和混合燃气腔(45)，所述进燃气腔(43)与所述燃气连接管(42)连通，所述进空气腔(44)和所述混合燃气腔(45)共同容置于所述进燃气腔(43)内，所述进空气腔(44)和所述混合燃气腔(45)连通；

所述进空气腔(44)与所述混合燃气腔(45)相邻的端部之间构成所述进燃气腔(43)的燃气出口(46)，所述进燃气腔(43)的燃气出口(46)呈环形以使所述进燃气腔(43)的燃气通过所述燃气出口(46)呈环形喷射状进入到所述混合燃气腔(45)；

所述进空气腔(44)背向所述混合燃气腔(45)的一端端部与所述进燃气腔(43)密封连接，所述进空气腔(44)背向所述混合燃气腔(45)的一端作为所述混气装置(4)的空气入口(441)；

所述混合燃气腔(45)背向所述进空气腔(44)的一端端部及外周侧与所述进燃气腔(43)密封连接，所述混合燃气腔(45)背向所述进空气腔(44)的一端作为所述混气装置(4)的混合燃气出口(454)。

7.如权利要求6所述的全预混热水锅炉，其特征在于，所述混合燃气腔(45)包括倒锥形缩口段(451)和锥形扩散段(452)，所述倒锥形缩口段(451)与锥形扩散段(452)一体成型并构成所述倒锥形缩口段(451)与锥形扩散段(452)之间的收缩口(453)，其中所述收缩口(453)的面积小于所述燃气出口(46)的面积，所述燃气出口(46)的面积小于所述混合燃气出口(454)的面积，所述燃气出口(46)的面积小于所述空气入口(441)的面积；

所述混气装置(4)上设有空气压力反馈口(47)和燃气压力反馈口(48)，所述空气压力反馈口(46)与所述进空气腔(44)连通，所述燃气压力反馈口(47)与所述燃气连接管(41)连通，所述空气压力反馈口(47)通过导气管(471)与所述燃气调节阀(5)连接，所述燃气压力反馈口(48)通过反馈通道与所述燃气调节阀(5)连接。

8.如权利要求5所述的全预混热水锅炉，其特征在于，所述燃烧器(2)包括圆筒基体(21)和金属纤维网(22)，所述金属纤维网(22)覆盖于所述圆筒基体(21)的外侧表面；所述圆筒基体(21)的一端封闭，所述圆筒基体(21)的另一端作为进气口，所述圆筒基体(21)的外侧表面设有多个燃烧孔(23)，多个所述燃烧孔(23)均匀分布于所述圆筒基体(21)的外侧表面；

所述圆筒基体(21)的内腔沿所述圆筒基体(21)轴向设有至少一块燃气分配板(24)，至少一块所述燃气分配板(24)用于均分从所述进气口进入所述圆筒基体(21)的内腔的燃气。

9.一种全预混热水锅炉控制方法，包括如权利要求5～8任一项所述的全预混热水锅炉，其特征在于，主要由预吹扫阶段a、点火阶段b、强制降速阶段c、强制最小功率阶段d和PID控制阶段e依次组成，在点火阶段b点火成功后，通过强制降速阶段c将风机(3)的转速降至设定的最低值，再进入强制最小功率阶段d将燃烧功率降至设定的最低值并维持一段时间，然后进入PID控制阶段e。

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