换热管、换热器及燃气热水器的制作方法

1.本实用新型涉及加热技术领域，特别是涉及一种换热管、换热器及燃气热水器。


背景技术：

2.目前燃气热水器的换热器大部分采用传统翅片管结构换热器，翅片管式换热器的基本传热元件为翅片管，即由穿孔翅片与管组成的用于换热的单元，其工艺包括将管穿过翅片上的孔，再通过胀管工艺及焊接步骤，而穿孔翅片由铜片或不锈钢片冲裁加工而成(一般为在金属片上冲裁出多个供金属管穿过的孔)。也有部分燃气热水器的换热器采用螺旋翅片管形式，其翅片螺旋盘绕着换热管，靠管一边缘与管壁之间的进行焊接固定，翅片为铜带或不锈钢带制成。
3.由于传统翅片管式换热器和螺旋翅片管形式换热器的每个翅片是由片状金属加工制成，在工作中，部分高温烟气的热量由翅片传递到管，再由管传递给管内水，实现对水的加热。请参阅图1，图1为传统翅片管组件的局部剖面图，翅片管3’包括焊接在一起的翅片31’和管体32’，在翅片距离管壁过远的位置(如图1大于或等于l3’的距离)，由于传热不及时，易受高温烟气的长期加热而出现被损坏的情况，在设计应用中，会将距离管壁过远的翅片部分冲裁掉，以防止引起整体的损坏变形，而对于螺旋翅片而言则翅片末端边缘不能离管壁太远。在实际经验中，不锈钢材质的翅片跟管壁的最大距离一般不能超过2mm-3mm，如果过大，容易造成烧坏。因此不利于通过增加换热翅片换热面积来提高强化换热效果。也不利于二级换热冷凝效果，换热效率难有很大的提升。


技术实现要素：

4.本实用新型目的在于提供一种换热器，以解决现有技术中所存在的一个或多个技术问题，至少提供一种有益的选择或创造条件。
5.上述技术问题通过以下技术方案进行解决：
6.一种换热管，用于装设于换热器中，换热管之内形成有供第一换热介质通过的第一换热通道，换热管之外形成有供第二换热介质通过的第二换热通道，换热管包括沿第一换热通道轴向分布的凸起换热部，凸起换热部围绕第一换热通道圆柱螺旋布置，第一换热通道包括相互连通的换热腔和降温腔，凸起换热部相对于换热腔突起且凸起换热部内部形成降温腔，凸起换热部在背向降温腔的一侧形成第二换热通道。
7.本实用新型的换热管，与背景技术相比所产生的有益效果：由于凸起换热部内部形成有与换热腔相互连通的降温腔，降温腔将凸起换热部自第二换热介质(其中第二换热介质除了第二换热通道也可在第一换热通道以外的其他地方流动)吸收而来的热量及时传导至第一换热介质，并且降温腔的第一换热介质与换热腔的第一换热介质相互流动融合，因此降温腔的热量也被迅速传导到换热腔，使得凸起换热部降温更快且传热效果更好，避免了局部高温损坏现象，保证了换热管乃至产品的可靠性，同时提升了换热管乃至产品的换热性能。另外，由于凸起换热部围绕第一换热通道圆柱螺旋布置，则其形成的第二换热通
道与换热管所在圆柱正截面有一定倾角，基于换热管一般水平放置的特点，则第二换热通道相对于烟气上升方向有一定倾斜，利于增大换热管和烟气的接触面积，进一步用于提升换热效率。
8.在其中一个实施例中，凸起换热部围绕第一换热通道按距离均等的圆柱螺旋线形式布置。
9.在其中一个实施例中，圆柱螺旋线的升角范围为39.8度至73.3度。
10.在其中一个实施例中，在沿第一换热通道的长度方向上，第二换热通道的宽度范围为1.5mm至3mm。
11.在其中一个实施例中，换热管包括一个凸起换热部；或换热管包括数个凸起换热部，数个凸起换热部平行设置且在第一换热通道的周向上数个凸起换热部等角度排列。
12.在其中一个实施例中，沿凸起换热部的倾斜方向，凸起换热部的最外缘至换热腔的距离为2.5mm至5mm。
13.本实用新型还提供了一种换热器，包括壳体和两个以上上述的换热管，换热管装设于壳体内。由于换热器的换热管凸起换热部内部形成有与换热腔相互连通的降温腔，降温腔将凸起换热部自第二换热介质(其中第二换热介质除了第二换热通道也可在第一换热通道以外的其他地方流动)吸收而来的热量及时传导至第一换热介质，并且降温腔的第一换热介质与换热腔的第一换热介质相互流动融合，因此降温腔的热量也被迅速传导到换热腔，使得凸起换热部降温更快且传热效果更好，避免了局部高温损坏现象，保证了换热器的可靠性，同时提升了换热器的换热性能。
14.在其中一个实施例中，换热器还包括烟气挡板，烟气挡板位于第二换热通道中烟气的高速流通区域，第二换热通道包括烟气入口和烟气出口，烟气挡板靠近于烟气出口一侧设置。
15.在其中一个实施例中，烟气挡板的长度方向平行于换热管的长度方向，在烟气入口至烟气出口的方向上，烟气挡板从烟气的高速流通区域向低速流通区域倾斜；
16.烟气挡板包括顶部挡板，两个以上换热管并排设置，顶部挡板位于两个相邻设置的换热管之间，顶部挡板的两端与壳体固定连接，顶部挡板的横截面的中部朝向烟气入口方向凹陷；和/或，烟气挡板包括侧部挡板，侧部挡板固定于壳体的一侧。
17.本实用新型还提供了一种燃气热水器，包括上述的换热器。
附图说明
18.构成本技术的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。
19.为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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。
20.图1为传统翅片管组件的局部剖面图；
21.图2为一个实施例中的换热管结构示意图；
22.图3为图2所示出的换热管的轴向剖视图；
23.图4为图3的i部放大图；
24.图5为另一个实施例中的换热器的结构示意图；
25.图6为图5所示出的换热器的剖视图；
26.图7为图5所示出的换热器的爆炸图。
27.附图标记：
28.1、第一换热通道；11、换热腔；12、降温腔；2、第二换热通道；3、换热管；31、凸起换热部；32、围合部；33、连接部；4、连接弯头；5、水管接头；6、壳体；61、安装孔；7、顶部挡板；8、侧部挡板；
[0029]3’
、翅片管；31’、翅片；32’、管体。
具体实施方式
[0030]
为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型。但是本实用新型能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似改进，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。
[0031]
在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。
[0032]
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
[0033]
在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
[0034]
在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
[0035]
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平
的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
[0036]
在一个实施例中，请参考图2至图4，一种换热管3，用于装设于换热器中，换热管3之内形成有供第一换热介质通过的第一换热通道1，换热管3之外形成有供第二换热介质通过的第二换热通道2，换热管3包括沿第一换热通道1轴向分布的凸起换热部31，凸起换热部31围绕第一换热通道1圆柱螺旋布置，第一换热通道1包括相互连通的换热腔11和降温腔12，凸起换热部31相对于换热腔11突起且凸起换热部31内部形成降温腔12，凸起换热部31在背向降温腔12的一侧形成第二换热通道2。需要说明的是，第二换热介质可以在第二换热通道2以外的地方通过，例如在凸起换热部31的顶部位置等；第一换热介质可以是水，第二换热介质可以是高温烟气。当然，第一换热通道1也可以用于供烟气通过，即第一换热介质为高温烟气，而第二换热通道2相应地设为水路，即第二换热介质为水。
[0037]
进一步地，换热管3包括管壁，管壁包括凸起换热部31、围合部32和连接部33，管壁为一体加工制成，管壁可采用不锈钢材料制成。当然，换热管3所采用的管材可以是无缝管或有缝管，管材经加工后形成凸起换热部31和围合部32；另外，换热管3也可以由轴向上的若干段首尾相接焊接形成，或由周向上的若干段焊接形成(例如换热管3由2个半圆焊接而成)。在一体加工制成的实施例中，凸起换热部31和围合部32由管壁弯曲形成，连接部33位于换热管3两端，实现了翅片与管体的一体化，其中，换热管3可以是有缝管(管壁具有沿轴向延伸的接缝)，也可以是无缝管。围合部32与凸起换热部31相间设置，围合部32朝向第一换热通道1凸起，围合部32的内表面呈圆滑状。当第一换热介质通过时，呈凸状的围合部32可以改变第一换热介质的流态，具有扰流作用，破坏其边界层，使第一换热介质径向温度更均匀，有效强化换热效果。类似于在管壁内表面形成有螺旋状的扰流凸环。相比于普通换热器的换热管3采用光管(管内未采用加工变形以实现扰流)和翅片的管翅片式，本实施例的扰流凸环可以实现当水流过时，可对水流状态进行改变、进行扰流，破坏边界层，提高换热效率。连接部33则可用于换热管3与其他部件的连接，如连接部33可设为光管形状，用于在换热管3的两端与弯管或连通凸包等形式的连通器进行连接。
[0038]
其中，第一换热通道1的径向截面呈圆形、椭圆形或其他形状，即换热管3可以是圆形或椭圆形的管件经加工形成圆柱螺旋状朝外凸起的多个凸起换热部31，该凸起换热部31为管壁的一部分，可以简单理解为换热管3为一根或数根换热管3，换热管3的管壁沿换热管3的轴线旋转形成内管通道是为第一换热通道1，请参阅图4，从剖面图看来，凸起换热部31在沿换热管3的轴向上的横截面呈“n”型，为波峰，其相邻部位呈“u”型，为波谷，多个凸起换热部31与其相邻部位相连其横截面如“n”型与“u”型相连，具有凸凹波纹状相错排列。图中示出的换热管3呈直管状仅为示例，另外换热管3也可以根据使用情况设置为弯曲形状，如螺旋型盘管等。进一步地，管壁采用不锈钢材料一体加工制成。不锈钢的防腐蚀更强，且延展性和换热性能俱佳，采用其加工制成凸起换热部31和管体一体化的管壁，在保证了换热性能的基础上，易于实现工艺的标准化，既可用于避免局部过热的情况，也易于批量化生产，降低加工成本。由于凸起换热部31由管壁弯曲形成，即实现了翅片与管体的一体化，避免了翅片与管接触不良等问题，其传热效果更好，且不需要胀管、焊接等，工艺简单、成本低，且因不需将翅片与管进行焊接，大大改善漏水问题，提高产品合格率。
[0039]
进一步地，请参阅图3和图4，凸起换热部31围绕第一换热通道1按距离均等的圆柱
螺旋线形式布置，圆柱螺旋线的升角范围c为39.8度至73.3度，在沿第一换热通道1的长度方向上，第二换热通道2的宽度范围a为1.5mm至3mm。已知地，螺旋线上每一点的切线，对圆柱正截面的倾角都相等，这一角度称为圆柱螺旋线的升角。第二换热介质可以是高温烟气，高温烟气与凸起换热部31换热，热量由凸起换热部31所在的管壁传至第一换热通道1，使第一换热通道1里的水温度升高，达到换热效果。由于第二换热通道2相对于烟气上升方向的倾斜角度，以及第二换热通道2的宽度会影响烟气排放的流畅度和烟气换热效率，经实验验证，当第二换热通道2相对于烟气上升方向的倾斜角度c范围为39.8度至73.3度、宽度a的范围为1.5mm至3mm时，可以同时兼顾烟气排放的流畅度和和换热效率。其中，宽度a可以是凸起换热部31侧壁间的最短距离。
[0040]
进一步地，换热管3包括一个凸起换热部31；或换热管3包括数个凸起换热部31，数个凸起换热部31平行设置且在第一换热通道1的周向上数个凸起换热部31等角度排列。当换热管3表面只包括一个凸起换热部31时，此时该凸起换热部31所在圆柱螺旋线的升角取值更小，以保证第二换热通道2的宽度范围在合适区间；当换热管3表面包括数个凸起换热部31时，数个凸起换热部31沿换热管3表面交替延伸，它们所在圆柱螺旋线的升角相比单个凸起换热部31可以取值更大。
[0041]
在其中一个实施例中，沿凸起换热部31的倾斜方向，凸起换热部31的最外缘至换热腔11的距离b为2.5mm至5mm。第一换热介质为水，第二换热介质为高温烟气时，将b的取值范围设为约2.5mm-5mm，凸起换热部31末端温度适宜且换热效果佳。具体地，高温烟气与凸起换热部31换热，热量由凸起换热部31所在的管壁传至第一换热通道1的降温腔12，使降温腔12里的水温度升高并与换热腔11流通，达到换热效果，同时降温腔12也可以及时为凸起换热部31，尤其是凸起换热部31末端降温。
[0042]
在另一个实施例中，请参阅图5-图7，换热器包括壳体6、连接弯头4和水管接头5等，换热管3设置在壳体6中，换热管3于安装孔61固定于壳体6，换热管3内部的水路通过连通弯头连接并流通(此处也可以通过凸起来形式的连通器，如在壳体6设置连通凸包等结构，进行连通)，换热管3与其他管路的水路通过水管接头5进行连通。换热管3可以由多根管体组合形成，可以包括单排或双排管体，即可由不少于一层的多根换热管3排列组成，也可两层或多层交叉错位排列，具有进水端、出水端，换热管3首尾相连形成完整水路，烟气从翅片之间流过与水换热。其中管壁合围形成的管体内部形成第一换热通道1以供水通过，而管体外部的凸起换热部31之间则形成第二换热通道2以供烟气通过，其中第二换热通道2的流通示例如图6。其中在换热管3可以与水管接头5连接以连通其他管路。本实用新型的管体在水结冰膨胀以后，具有一定的膨胀系数，可轴向膨胀，能够在冰溶化后回弹，降低了冻裂风险。在实际应用中可以根据不同需要将换热管3做成不同造型，由于其表面由螺旋波纹状组成，具有一定的弯曲能力，因此管体可以做成直的，也可以做成盘旋状或其它形状。
[0043]
进一步地，换热器还包括烟气挡板，烟气挡板位于第二换热通道2中烟气的高速流通区域，第二换热通道2包括烟气入口和烟气出口，烟气挡板靠近于烟气出口一侧设置。由于两个换热管3之间的凸起换热部31相互分离，即采用非一片式的翅片设计，可以用于减少模具费用(换热管3更容易实现标准化)和避免材料浪费(不必为了避免翅片因局部高温损坏而冲裁掉一些部分)，同时换热器用于实现第一换热介质和第二换热介质的热交换，第二换热通道2中不同位置的烟气流通速度不均匀，有高速流通区域和低速流通区域，在第二换
热通道2中烟气的高速流通区域设置烟气挡板，可以用来改变高温烟气流动方向，迫使烟气在高速流通区域的速度减缓，并靠近低速流通区域(如换热管3)流动，来增大烟气与换热管3的接触面积，增大有效换热面积，使高温烟气与换热管3内部的水进行换热，提高换热效率。而由于烟气挡板靠近烟气出口一侧设置，可以增加烟气在第二换热通道2的滞留时间，进一步提升换热效率。
[0044]
在其中一个实施例中，烟气挡板的长度方向平行于换热管3的长度方向，在烟气入口至烟气出口的方向上，烟气挡板从烟气的高速流通区域向低速流通区域倾斜。烟气挡板可以包括顶部挡板7和侧部挡板8。具体地，两个以上换热管3并排设置，顶部挡板7位于两个相邻设置的换热管3之间，顶部挡板7的两端与壳体6固定连接，顶部挡板7的横截面的中部朝向烟气入口方向凹陷。而侧部挡板8固定于壳体6的一侧。由于高速流通区域形成于两换热管3之间，将顶部挡板7设置在两换热管3之间，用以改变高温烟气流动方向，使高温烟气靠近管壁流动，来增大烟气与管壁接触面积，提高换热效率。具体地，顶部挡板7的长度方向平行于换热管3的长度方向，顶部挡板7的两端与壳体6固定连接，顶部挡板7的横截面的中部朝向烟气入口方向凹陷，在烟气入口至烟气出口的方向上，顶部挡板7从烟气的高速流通区域向低速流通区域倾斜。将顶部挡板7设置为在烟气入口至烟气出口的方向上从烟气的高速流通区域向低速流通区域倾斜，使得烟气进一步流向低速流通区域，可以进一步提高换热效率。而侧部挡板8的长度方向平行于换热管3的长度方向，侧部挡板8固定于壳体6的一侧，在烟气入口至烟气出口的方向上，侧部挡板8从烟气的高速流通区域向低速流通区域倾斜。将侧板挡板固定在壳体6的侧面，并在烟气入口至烟气出口的方向上从烟气的高速流通区域向低速流通区域倾斜，促使烟气从空旷的高速流通区域向设有换热管3的低速流通区域流动，利于换热效率的提升。其中，侧部挡板8可通过焊接等与壳体6两内侧固定。
[0045]
本实用新型还提供了一种燃气热水器，包括上述的换热器。由于换热器的换热管3凸起换热部31内部形成有与换热腔11相互连通的降温腔12，降温腔12将凸起换热部31自第二换热介质(其中第二换热介质除了第二换热通道2也可在第一换热通道1以外的其他地方流动)吸收而来的热量及时传导至第一换热介质，并且降温腔12的第一换热介质与换热腔11的第一换热介质相互流动融合，因此降温腔12的热量也被迅速传导到换热腔11，使得凸起换热部31降温更快且传热效果更好，避免了局部高温损坏现象，保证了换热器的可靠性，同时提升了换热器的换热性能。
[0046]
在又一个实施例中，公开了一种燃气热水器，其中第一换热介质为水，第二换热介质为烟气，烟气为换热管3的管壁内腔流过的水加热。
[0047]
传统管翅片式结构换热器，每个一体式翅片上冲裁多个孔，换热管3穿过翅片上的孔再通过胀管工艺使管与孔壁相贴，最后放焊料进炉焊接，会存在管壁与孔接触不良等现象。而在热水器使用中，是通过其翅片与高温烟气接触换热，把热量传递给换热管3再传给管内的水。当高温烟气达1200℃时，如果部分翅片与换热管3壁距离过大，会造成局部高温甚至损坏的问题。特别是使用不锈钢制造的传统管翅片式结构的换热器，其往往存在制造工艺复杂、焊接成本高、不合格率高等问题。而新型的螺旋翅片管，其焊接工艺更为复杂，对焊接要求更高，易产生晶格变化，并存在热阻较大等问题。由于不锈钢换热系数的局限，螺旋翅片管的翅片离管壁高度不能太高，太高容易被高温烟气烧坏，所以其与烟气接触面积增加有一定难度，换热效率难以提升。
[0048]
在本实施例中，加热器具的换热管3的凸起换热部31与管材一体成型，凸起换热部31内形成有与换热腔11相互连通的降温腔12，降温腔12将凸起换热部31自第二换热介质(其中第二换热介质除了第二换热通道2也可在第一换热通道1以外的其他地方流动)吸收而来的热量及时传导至第一换热介质，并且降温腔12的第一换热介质与换热腔11的第一换热介质相互流动融合，因此降温腔12的热量也被迅速传导到换热腔11，使得凸起换热部31降温更快且传热效果更好，避免了局部高温损坏现象，保证了换热器具的可靠性，同时提升了换热器具的换热性能。另外，由于翅片完全避免了翅片与管体间焊接的间隙问题，杜绝了翅片与管接触不良等问题，其传热效果更好，且不需要胀管、焊接等，工艺简单、成本低，且因不需翅片与管焊接，大大改善漏水问题，提高产品合格率。此外，由于换热部与第一换热通道1距离较为均匀，避免了局部高温损坏现象。
[0049]
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
[0050]
以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。