基本信息
- 项目名称：
- 交复式热水器--热交换厨卫供暖系统
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 该系统是一种利用交复板式换热器将生活中热水器排放的高温废气巧妙地利用起来，成功地将这部分废气含有的热量传递给浴室内的冷空气，对浴室供暖，而且又可以大大降低浴霸的使用频率，节约了大量电能。与同类产品相比，制作价格低廉，市场推广容易，并且改变废气能量的再利用形式，填补了热水器中废气与干净空气热交换领域的空白。
- 详细介绍：
- 1 主体构架 该系统在普通式燃气热水器的基础上增设了交复板式换热器、空气导管以及边长7.5公分的立方定速抽风机。全热板式换热器安装在热水器燃烧室上方10公分处，因为此位置的燃烧后废气温度正好在270摄氏度左右，最为适宜做热交换。在换热器两端了分别加装了空气导管，穿出热水器与浴室相连。其中一根导管的末端安装了小型抽风机，抽取浴室内干净空气，通入热交换器中。 1.1交复板式换热器构造 用铝制瓦楞片和铝制隔板交复排列形成十字型的双通道，使废气与干净空气交错穿过换热器，形成高效热交换。隔板与瓦楞片的空隙处用704硅橡胶进行密闭，使燃烧后的废气与干净空气不直接接触，而是经过隔板进行热传递的换热器。 1.2抽风机以及空气导管 本技术中抽风机采用的是7.5公分边长的立方抽风机，可外接插座进行开关控制。而空气导管是用现在热水器标准的塑料烟气管道，价格低廉、密闭性能好、导热效果弱、不易散热发热、可减少热交换后的干净空气中的热量散失。 2. 废气能源的再利用 天然气燃烧后的废气温度可以高达270摄氏度，每燃烧1Nm3的CH4可以得到2Nm3水蒸气，同时放出一定热量△H。2Nm3水蒸气凝结放出潜热3.96×103kJ/Nm CH4的高热值Hh=39842kJ/Nm3；低热值H1=35906kJ/Nm3。汽化潜热与低热值的百分比：(3.96x103/35906)×100%=11%-也就是说，当该燃气燃烧提供100KW的显热时，同时也提供了11KW的潜热。这部分气体虽是废气，但是它依然含有大量的热量。一般热水器内部在燃烧室和排烟口装有废气分流框架，以此来为热水器散热。而在这部分嵌入交复板式换热器取代废气分流框架，巧妙利用换热器交复式十字形通道进行废气和干净空气的热交换，将热能摄取并传递给其他可用空气。 3. 高效回收能量并进行热交换 通过交复板式换热器中的瓦楞铝片充分吸收废气的能量，因为瓦楞结构，热交换率可高达44.9%，然后再由交复重叠的铝制隔板将热能传递给室内干净空气，真正实现废能再利用。 4. 利用压强平衡形成环流供暖 因定速抽风机持续抽取干净空气，改变了空气管道中压强，使获取热量后的气体导入进浴室中，不至于滞留在热交换器中。并且将新的冷空气送入进行热交换，反复循环，形成环流，持续供暖。 5. 气体与气体的热交换及应用 众所周知，热水器的制热效果就是气体与水的热交换。本产品大胆构思，在普通基础上，利用交复板式换热器增设气与气热交换仓，将废气热能传给气体，因为气体供暖形式比起水更为简单，更易实现。 6. 交复式热水器热交换厨卫供暖系统具体工作原理： 打开热水器后，换热器接触到高温废气，传热给双金属片开关，是金属片形变自动打开定速抽风机，定速抽风机抽取浴室内湿冷空气通过导气管进入交复式换热器的换热仓，与燃烧后的高温废气进行全热交换，由于平衡压强，加热后的空气再次排放到浴室内，提升浴室内温度，达到人体的舒适温度。高温废气经过换热过后被排出换热器，由于温差产生的气体压强被自动排除导管。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 随着中国经济的快速蓬勃发展，对能源的消耗也越来越大，国家从整个能源战略的考虑出发，在2010年的十一届全国人大三次会议第四次全体会议中，提出“节约型社会”的理念和“节能减排”的号召。而热水器燃烧后废气的温度高达270℃，如果能将这部分能量回收并且加以利用，即可达到废能再利用的效果，又可节约其他能源。 该系统就是利用交复板式换热器将平时生活中热水器排放的高温废气巧妙地利用起来，成功地将这部分废气含有的热量回收并传递给浴室内的冷空气，对浴室供暖，这样浴室升温又可降低浴霸的使用频率，节约电能。 创新点： （1） 废气能源再利用: 巧妙利用换热器交复式十字形通道进行废气和干净空气的热交换，将热能摄取并传递给其他可用空气。 （2） 高效废能回收传递：通过交复板式换热器中的瓦楞铝片充分吸收废气能量，凭借十字交复型构造，热交换率可高达44.9%，然后再由交复重叠的铝制隔板将热能传递给室内干净空气。 （3） 环流供暖：因定速抽风机持续抽取干净空气，改变了空气管道中压强，使获取热量后的气体导入进浴室中，不至于滞留在热交换器中。并且将新的冷空气送入交复换热仓进行热交换，反复循环形成环流，持续供暖。 （4） 热水器中气与气热交换创新：众所周知，热水器的制热效果就是气体与水的热交换。本产品大胆构思，在普通基础上，利用交复板式换热器增设气与气热交换仓，将废气热能传给气体，因为气体供暖形式比起水更为简单，更易实现。此项技术在废气能源再利用上填补了热水器中废气与干净空气气热交换领域的空白。
科学性、先进性
- 交复式热水器和现在市面上的冷凝式热水器均是对燃烧废气能源进行再利用，但是冷凝式热水器内部结构复杂，工艺要求高，材料成本偏高，在我国仅有万家乐等少数企业掌握了这一先进技术，能研发生产拥有自主知识产权的冷凝式热水器。本产品大胆构思，在普通基础上，利用交复板式换热器增设气与气热交换仓，将废气热能传给气体，与冷凝式热水器将热能传给水完全不同。冷凝式将热能采用的是对水预热，而这种将能量又对水加热的方法，难于说服消费者。如果改变这份能量的使用方式，将其传给气体，在对浴室供热，此方法立竿见影，更能博得消费者的青睐，选择气体供暖是因为气体供暖形式比起水更为简单，更易实现。
获奖情况及鉴定结果
- 本作品于2011年4月在四川成都知识产权局，申请了国家专利。 申请号：2001110083277.1 第三届“挑战杯”大学生课外学术科技竞赛校赛一等奖
作品所处阶段
- 样机已经完成
技术转让方式
- 专利转让
作品可展示的形式
- 实物，图片，样品，模型
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 打开热水器后，换热器接触到高温废气，传热给双金属片开关，使金属片形变自动打开定速抽风机，定速抽风机抽取浴室内湿冷空气通过导气管进入交复式换热器的换热仓，与燃烧后的高温废气进行全热交换，由于平衡压强，加热后的空气再次排放到浴室内，提升浴室内温度。 利用交复板式换热器将平时生活中热水器排放的高温废气巧妙地利用起来，成功地将这部分热量传递给浴室内的冷空气，对浴室供暖，而且又可以大大降低浴霸的使用频率，节约电能。 一个普通的燃气热水器均价是800元左右，而嵌入该系统的热水器经计算也只要920元，比起现在同样利用废气能量对水预热的冷凝式热水器（均价1300左右）也要节省380元左右。当今大部分家庭的浴室采用的是四个暖灯的浴霸。整个冬季每户使用浴霸耗电396w，费用花费为277.2元，并且连续使用会降低暖灯寿命。该系统可将普通燃气热水器中燃烧后的废气残留的大部分潜热回收利用，并且利用热交换器将热能传给室内干净空气，在向浴室供暖降低浴霸使用频率，双重节能，响应国家环保政策。
同类课题研究水平概述
- 冷凝式燃气热水器技术 1 冷凝式热水器的发展情况 冷凝式热水器是在20世纪70年代末出现的新一代高效节能热水器。需要说明的是，欧洲国家的冷凝式热水器，一般是指既提供卫生热水又供暖的冷凝式燃气壁挂炉。荷兰是最早研究这种热水器的国家，1979年第一台冷凝式热水器样机研制成功，1980年得到批准使用。其后英国、法国、德国、美国等国家也开始了相应的研究。目前，国外冷凝式燃气热水器产品已占热水器总量的10%～15%。欧洲的热水器市场已经相对成熟，对冷凝式产品已经建立了相应的标准，并采用标签等级的制度，根据不同的能效范围而划分不同产品等级，各个国家对可在市场上出售的产品等级的要求也越来越高。日本企业多年来一直致力于冷凝式热水器研制，2002年已有69种产品开发成功。日本政府也出台相应的推广政策，希望到2010年实现生产的热水器全部是冷凝式热水器。 在产品市场上，广东万和、万家乐等公司相继于2005年8月在市场上推出冷凝式燃气热水器产品，其中一款冷凝式热水器的热效率可达107%。 2. 冷凝式热水器换热方式分析 一般采用两个换热器，一个为显热换热器，保持较高的烟气温度，烟气不产生冷凝水，仅释放烟气的显热。另一个换热器为潜热换热器，烟气流过时，水蒸气发生冷凝，同时释放显热和潜热。烟气中的酸性气体会溶于冷凝水从而生成腐蚀性液体。图1结构布置是诸多采用间壁式冷凝换热形式中的一种，采用“倒烧”(即燃烧器头部向下，燃烧室在上侧，换热器在下侧)形式主要是便于冷凝水的排放，利于增大烟气侧换热系数。 参考文献： [1] 夏昭知，赵恒谊.冷凝式燃气热水器前景广阔[J].电器，2008，(3)：50-51. [2] 刘彤，何贵龙，时淑玉.燃气快速热水器能效测试分析及节能潜力的研究[J].城市燃气，2005，(8)：3-9. [3] 潘新新，魏敦崧.冷凝式燃气热水器的腐蚀防护[J].煤气与热力，2005，25(8)：11-15. [4] 艾效逸，王义，傅忠诚，等.高效燃气热水器的实验研究和节能分析[J].工业加热，2002，31(5)：50-52. [5] 杨冬梅.不同防腐镀层肋片冷凝换热器传热传质研究(硕士学位论文)[D].北京：北京建筑工程学院，1999.
