热交换器及燃气采暖热水器的制作方法

1.本实用新型实施例涉及热交换设备技术领域，特别涉及一种热交换器及燃气采暖热水器。


背景技术：

2.热交换器，亦称为换热器，使热量从高温流体传递到低温流体，以满足规定的工艺要求的装置，是热对流、热辐射及热传导的一种工业应用。燃气采暖热水器以天然气为燃料，天然气经燃烧器燃烧后产生高温烟气，高温烟气流过热交换器，通过热交换器把高温烟气的热能传递给低温的系统循环水，进行热量交换，然后风机把热交换后的低温烟气排出室外，并通过循环泵使系统水循环流动，把系统水从热交换器所吸收的热量及时带走。燃气采暖热水器中常用翅片式换热器作为热交换器，翅片式换热器是一种气体与液体之间进行热交换的热交换器，其通过在普通的基管上加装翅片来达到强化传热的目的，其换热过程主要为对流换热和辐射换热，以增加了高温烟气与主换热器的换热面积，增加换热效率,把热量传递给管道内的系统水。
3.现有热交换器使用的热交换管一般为单管串联结构，单管串联结构的热交换管需要在直管两端焊接u形管进行连接，该类结构工艺复杂且加工成本高，管路曲折系统阻力大，需要更大的循环泵动力来克服管路所产生的阻力，导致换热后的高温水易在其内产生较大节流效应，使热量产生损失，降低换热效率。另外，该类结构对u形管接口尺寸精度要求较高，所以对涨管工艺有较高要求，同时需要焊接的接口较多，导致在接口处漏水的风险越高，热交换器产品的不良率高。


技术实现要素：

4.本实用新型旨在提供一种热交换器，以减少热交换器的管路阻力，提高换热效率。
5.本实用新型还提供一种采用上述的热交换器的燃气采暖热水器。
6.本实用新型采用的一个技术方案是：提供一种热交换器，包括换热器主体、第一连接盒和第二连接盒。其中，所述换热器主体包括多个的换热管及翅片；各所述换热管为并排设置且形成第一流通方向的第一换热组、第二换热组以及第二流通方向的第三换热组，所述第三换热组设于所述第一换热组和第二换热组之间；各所述翅片沿所述换热管的长度方向间隔地套设在所述换热管上且将各所述换热管隔开。所述第一连接盒套设于所述换热器主体的一端；所述第一连接盒具有进水腔及第一连通腔，所述进水腔与所述第一换热组连通；所述第一连通腔与所述第二换热组、第三换热组连通。所述第二连接盒套设于所述换热器主体的另一端；所述第二连接盒具有出水腔及第二连通腔，所述出水腔与所述第二换热组连通；所述第二连通腔与所述第一换热组、第三换热组连通。
7.可选地，所述换热管为椭圆管、扁管、异形管中的至少一种。
8.可选地，所述第一连通腔的长度大于所述进水腔或出水腔的长度，所述第二连通腔的长度等于所述第一连通腔的长度。
9.可选地，所述翅片上设有第一凸包、翻边孔及安装孔，所述第一凸包、翻边孔翻边均向所述翅片同一侧凸起且设于相邻所述安装孔之间，所述翻边孔位于所述第一凸包的上方；所述安装孔用于供所述换热管穿设，所述安装孔具有与所述第一凸包或翻边孔翻边同侧的安装孔翻边，所述安装孔翻边与第一凸包、翻边孔翻边在相邻所述翅片之间形成扰流结构。
10.可选地，所述第一凸包为圆凸包结构，所述翻边孔为倒三角状结构且所述翻边孔顶端的高度高于所述安装孔顶端的高度。
11.可选地，所述翅片上还设有与所述安装孔连通的焊条孔，所述焊条孔为半圆状设置。
12.可选地，所述翅片上还设有相对设置的长腰孔翻边，所述长腰孔翻边靠近所述安装孔翻边的顶部且与所述翻边孔远离所述长腰孔翻边的一边为平行设置。
13.可选地，所述翅片上还设有弧状设置的第一缺口、第二缺口、第三缺口及第四缺口，所述第一缺口位于所述安装孔的上方，所述第二缺口位于所述第一凸包的下方，所述第三缺口位于所述翅片的下端部，所述第四缺口位于所述翅片的上端部。
14.可选地，所述翅片上还设有相对设置的密封翻边，所述密封翻边为条状设置且所述密封翻边的翻边宽度大于所述翻边孔或安装孔翻边的翻边宽度。
15.本实用新型实施例的热交换器与现有技术相比，具有以下有益效果：
16.本实用新型的热交换器改变传统上的单管串联结构，采用多管并联组成换热组，第一换热组、第三换热组和第二换热组串联形成管路的结构，有助于减小管路的阻力，提高热交换器的换热效率。
17.本实用新型的热交换器的多管并联结构有利于增强产品的可靠性。当某根或多根换热管出现堵塞现象时，只要该换热组有一根换热管处于流通状态，则整组换热管仍能继续工作，热交换器整体依然可以工作。
18.本实用新型的热交换器，在第一换热组与第三换热组、第二换热组与第三换热组之间采用连接盒结构连通，连接盒相较于传统的u形管，省去了管与管中心对齐的涨管工艺步骤，改管与管之间的焊接方式为管与平面、水盒与平面的焊接方式，降低了焊接难度，有效地降低了产品的不良率。同时，可以减少管道弯曲从而减少热交换器的管路阻力，解决现有热交换器系统阻力大，容易结垢甚至塞导致系统循环不好及热交换器噪音的问题。
19.本实用新型的热交换器优化翅片结构，提高热交换效率，在保障性能的和使用寿命的前提下，不减少翅片厚度，通过优化翅片结构的方式，提高热交换器的热换效率。
附图说明
20.为了更清楚地说明本实用新型具体实施例或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施例作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
21.图1是本实用新型实施例热交换器的立体示意图。
22.图2是热交换器的分解示意图。
23.图3是热交换器的平面示意图。
24.图4是水流在热交换器内的流动示意图。
25.图5是翅片的立体示意图。
26.图6是气流在翅片表面的流动示意图。
27.图7是图6中a-a的剖视图。
28.图8是图6中b-b的剖视图。
29.图中：10、换热器主体；11、换热管；12、翅片；12a、第一凸包；12b、翻边孔；12c、安装孔；12d、长腰孔翻边；12e、密封翻边；12f、焊条孔；12g、第一缺口；12h、第二缺口；12i、第三缺口；12j、第四缺口；13、第一换热组；14、第二换热组；15、第三换热组；
30.20、第一连接盒；20a、进水腔；20b、第一连通腔；21、水盒顶盖；21a、大凸包；21b、小凸包；22、水盒底板；22a、换热管插孔；
31.30、第二连接盒；30a、出水腔；30b、第二连通腔。
具体实施方式
32.为了便于理解本实用新型，下面结合附图和具体实施例，对本实用新型进行更详细的说明。需要说明的是，当元件被表述“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。当一个元件被表述“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。本说明书所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”、“内”、“外”以及类似的表述只是为了说明的目的。
33.除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本实用新型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，不是用于限制本实用新型。本说明书所使用的术语“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。
34.此外，下面所描述的本实用新型不同实施例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。
35.请一并参考图1、图2、图3和图4，其分别给出了本实用新型实施例热交换器的立体示意图、分解示意图、平面示意图和第一换热组13、第二换热组14、第三换热组15与第一连接盒20和第二连接盒30的连接方式示意图。该热交换器包括换热器主体10、第一连接盒20和第二连接盒30。以下将对换热器各个部件分别阐述。
36.该换热器主体10包括多个的换热管11及翅片12。热量传导到换热管11，再传递到换热管11中的水，以此实现换热过程。翅片12增大了换热面积，同时也利用其结构，增大高温气流与翅片12和换热管11的碰撞机会，进一步地提高换热效率。在本实施例中，各翅片12沿换热管11的长度方向间隔地套设在换热管11上且将各换热管11隔开，使气流能够沿着翅片12与换热管11、连接盒之间所形成的间隙中流出，增大对流换热和辐射换热的换热效率。
37.请参考图3和图4，多个换热管11并排设置，分成第一换热组13、第二换热组14和第三换热组15，其中，第三换热组15设于第一换热组13与第二换热组14之间。分组的依据在于各个换热组的组成换热管11的流体流向一致，其中，第一换热组13和第二换热组14的管内液体流向相同，定义为第一流通方向；定义第三换热组15的管内液体流向为第二流通方向。第一流通方向和第二流通方向完成地构成了水流在管内蜿蜒流动的方向。在本具体实施例中，第一流通方向和第二流通方向是相反的，在其他实施例中，第一流通方向和第二流通方向还可是其他弯曲状，本具体实施例不在此做出限制。值得一提的是，换热管11可以是椭圆
管或扁管，又或者是异形管，以上几种管型相较于圆管而言，在同样的流量情况下，在热气流向上流动的过程中，以上几种管型与热气流的接触面积更大。以椭圆管为例，其长轴为竖直方向设置，可以实现管表面与气流更充分的接触。即是，同等面积下的管截面，椭圆管比圆形管具有更高的热效率。在这几种管型中，综合考虑水流阻力及气流换热效率，最优实施例是，换热管11为椭圆管。
38.请参考图2，第一连接盒20套设于换热器主体10的一端。第一连接盒20由水盒顶盖21和水盒底板22两部分组成。水盒底板22上设有若干个换热管插孔22a，其与换热管11过盈配合安装，实现换热管11内水流快速混合，过盈部分能够刺破在换热管11管壁形成少许气泡，从而达到减少气泡的产生，再通过焊接固定和密封，水盒底板22上四周设有水盒翻边，其作用是为了与水盒顶盖21四边压合形成密封腔体。水盒顶盖21上设有两个凸包，分别是大凸包21a和小凸包21b，大凸包21a围合形成第一连通腔20b，小凸包21b围合形成进水腔20a。小凸包21b上还设有一个翻边圆孔，其与进水接头过盈配合安装，再通过焊接固定密封。在另一实施例中，水盒顶盖21上还设有第一缓冲腔和第二缓冲腔，该第一缓冲腔设于小凸包21b的相对两侧且与进水腔20a连通，第二缓冲腔设于大凸包21a的相对两侧且与第一连通腔20b连通，如此，便于换热管11的焊接以及进一步地降低水流在连接盒内的阻力。在其中一实施例中，水盒顶盖21和水盒底板22的连接是通过在水盒底板22的四周涂上焊膏，再将水盒顶盖21通过压接密封固定，形成大凸包21a和小凸包21b的两个通道的结构。
39.进水腔20a与第一换热组13连通，且进水腔20a还设有用于进水的进水口。第一连通腔20b分别与第二换热组14、第三换热组15连通。值得一提的是，进水腔20a和第一连通腔20b的腔体大小应匹配连通换热管11的数量。
40.请继续参考图2，第二连接盒30与第一连接盒20的结构类似。具体的，第二连接盒30套设于换热器主体10的另一端。第二连接盒30具有出水腔30a及第二连通腔30b。出水腔30a与第二换热组14连通，且设有用于出水的出水口。第二连通腔分别与第一换热组13、第三换热组15连通。同理，进水腔20a和第二连通腔30b的腔体大小应匹配连通换热管11的数量。进一步地，为了减小水流阻力，进水腔20a、第一连通腔20b、出水腔30a、第二连通腔30b的内壁均为圆滑状设置。更进一步地，第一连通腔20b的长度大于进水腔20a，特别地，出水腔30a的长度等于进水腔20a的长度，第二连通腔30b的长度等于第一连通腔20b的长度。如此，可以让水在流动过程中不出现瓶颈效应。请参考图4，水流从进水口进入进水腔20a，沿第一流通方向流经第一换热组13；接着水流流入第二连通腔30b，沿第二流通方向流经第三换热组15；紧接着，水流流入第一连通腔20b，沿第一流通方向流经第二换热组14；最后流入出水腔30a，流出出水口，完成全部换热过程。
41.在其中一实施例中，第一换热组13、第二换热组14、第三换热组15为两根或者两根以上的换热管11并联而成，各换热组可以相同或者不相同的管组数量并联而成。
42.在本实施例中，第一换热组13、第二换热组14和第三换热组15分别设有两根换热管11，以下将以该种情况(即双通道)举例说明，多根换热管11构成的换热组将有助于减小管路阻力。双通道中某一通道流体正常流动，而另一通道流体流动受阻，或有障碍物或流体混入杂质等情况时，表现为两通道的流速不同。根据伯努利原理，流速快的通道表现为压强较小，流速慢的通道表现为压强较大。在两通道交汇处，即第一连通腔20b或第二连通腔30b或进水腔20a或出水腔30a，压强大的流体会涌向压强小的流体，而后，流速快的通道口压强
和流速慢的通道口压强会趋于平衡，表现为，流速慢的通道内流体会呈现出流速加快的现象。即是，流速快的通道内流体可以带动流速慢的通道内流体克服其阻力流动。因此，双通道的流体换热技术降低流体通路的侧壁、杂质或其他障碍物对流体的阻力，增强了换热效率，节约了设备的能耗。同理，此原理也适用于三通道、四通道等类似的技术方案，本实施例不在此一一赘述。即是，多管并列的换热组结构有助于减小管路的阻力。
43.请参考图5、图6、图7和图8，其分别给出了翅片12的立体示意图、翅片12气流的示意图、a-a剖视图和b-b的剖视图，其次参考图2，翅片12上设有扰流结构，具体的，翅片12包括第一凸包12a、翻边孔12b及安装孔12c，第一凸包12a、翻边孔12b的翻边均向翅片12同一侧凸起且设于相邻安装孔12c之间。具体地，翻边孔12b位于第一凸包12a的上方，安装孔12c用于供换热管11穿设。为了让热气流能够在翅片12上发生更多的碰撞，安装孔12c具有与第一凸包12a或翻边孔12b翻边同侧的安装孔翻边，安装孔翻边与第一凸包12a、翻边孔12b翻边在相邻所述翅片12之间形成扰流结构。同时，安装孔翻边简化了翅片12和换热管11之间的焊接工艺，使得翅片12能够沿换热管11的长度方向平稳地安装。
44.优选地，第一凸包12a为圆凸包结构。为了增强扰流效果，翻边孔12b为倒三角状结构且翻边孔12b顶端的高度可以高于或者等于安装孔12c顶端的高度。进一步地，翅片12上还设有相对设置的长腰孔翻边12d，长腰孔翻边12d靠近安装孔12c翻边的顶部且与所述翻边孔12b远离所述长腰孔翻边12d的一边为平行设置。更进一步地，翅片12上还设有相对设置的密封翻边12e，密封翻边12e为条状设置且所述密封翻边12e的翻边宽度大于所述翻边孔12b或安装孔翻边的翻边宽度，密封翻边12e用于使气流沿着换热器主体10的相邻翅片12间流动，形成较好的辐射传热效果。在其中一实施例中，第一凸包12a的凸出部分高度低于所述翻边孔12b或安装孔翻边的翻边宽度，使得部分气流碰撞第一凸包12a后折翻至安装孔翻边换热，再折翻至翻边孔12b上，然后又折翻至安装孔翻边换热，来回折翻，增大了换热效率；部分气流直接击打翻边孔12b上，然后折翻至安装孔翻边，形成不同的扰流路线效果，使高温气流充分地将热传递到翅片12和换热管11上。优选地，第一凸包12a的凸出部分高度为所述翻边孔12b或安装孔翻边的翻边宽度的1/2-3/4，扰流效果更佳。翻边孔12b的翻边宽度与安装孔翻边、长腰孔翻边12d的翻边宽度相同。
45.另外，翅片12与换热管11除了紧密连接外，还可以选用焊接的方式固定。具体地，翅片12上设有与安装孔12c连通的焊条孔12f，焊条孔12f为半圆状设置，其用于穿设焊条，通过焊条将翅片12固定在换热管11上。
46.值得一提的是，翅片12上还设有弧状设置的第一缺口12g和第二缺口12h。第一缺口12g位于安装孔12c的上方，第二缺口12h位于第一凸包12a的下方。优选地，翅片12选用导热性较好的铜或不锈钢作为材料。另外，翅片12上还设有弧状设置的第三缺口12i和第四缺口12j。第三缺口12i位于翅片12的下端部，第四缺口12j位于翅片12的上端部。如图6所示，经过上述的第一凸包12a、翻边孔12b、长腰孔翻边12d、密封翻边12e、安装孔翻边等结构的设置，使高温气流在翅片12的表面流动时，能够增大气流在翅片12、换热管11中的碰撞机会，增大换热效率，同时，第二缺口12h的设置，可以降低气流在翅片12下端的阻力，使气流在扰流结构中具有更大的动力，碰撞次数进一步地增多，第三缺口12i的设置，由于其与密封翻边12e的底部相连且位于安装孔翻边的中下部，可以增加气流的导向，使高温气流能够更好的流入换热器主体10内。第一缺口12g、第四缺口12j的设置，可将低温的气流迅速地流
出换热器主体10，避免降低换热器主体10上部的温度，使得整体换热效率降低。另外，基于节省材料的角度考虑，与第二缺口12h相间排布的凸起与第一缺口12g可以互补，即是，第一缺口12g和第二缺口12h的设计可以节省材料使用。第三缺口12i和第四缺口12j的设计是翅片12上的尖角倒钝，防止翅片12的尖角划伤操作人员。
47.本实用新型实施例的热交换器与现有技术相比，具有以下有益效果：
48.该热交换器包括换热器主体、第一连接盒和第二连接盒。换热器主体改变传统上的单管串联结构，采用多管并联组成换热组，第一换热组、第三换热组和第二换热组串联形成管路的结构，有助于减小管路的阻力，提高热交换器的换热效率。
49.其次，多管并联的结构有利于增强产品的可靠性。即是，当某根或多根换热管出现堵塞现象时，只要该换热组有一根换热管处于流通状态，则整组换热管仍能继续工作，热交换器整体依然可以工作。
50.再次，在第一换热组与第三换热组、第二换热组与第三换热组之间采用连接盒结构连通，连接盒相较于传统的u形管，省去了管与管中心对齐的涨管工艺步骤，改管与管之间的焊接方式为管与平面、水盒与平面的焊接方式，降低了焊接难度，有效地降低了产品的不良率。同时，可以减少管道弯曲从而减少热交换器的管路阻力，解决现有热交换器系统阻力大，容易结垢甚至塞导致系统循环不好及热交换器噪音的问题。
51.最后，本实用新型的热交换器优化翅片结构，提高热交换效率，在保障性能的和使用寿命的前提下，不减少翅片厚度，通过优化翅片结构的方式，提高热交换器热换效率。
52.本实用新型还提供一种具体实施例燃气采暖热水器，其包括以上任一项具体实施例的热交换器。因热交换器具有减少管路阻力、提高换热效率、提高可靠性、降低产品不良率和降低管路堵塞的概率等技术效果，本燃气采暖热水器亦能实现以上技术效果。
53.需要说明的是，本实用新型的说明书及其附图中给出了本实用新型的较佳的实施例，但是，本实用新型可以通过许多不同的形式来实现，并不限于本说明书所描述的实施例，这些实施例不作为对本实用新型内容的额外限制，提供这些实施例的目的是使对本实用新型的公开内容的理解更加透彻全面。并且，上述各技术特征继续相互组合，形成未在上面列举的各种实施例，均视为本实用新型说明书记载的范围；进一步地，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。