CN101968329A - 凸筋式热交换器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种凸筋式热交换器，主要用于燃气热水器、内燃机水箱、空调的蒸发器、冷凝器。所述凸筋式热交换器包括进口管子、出口管子，其特征是还包括长扁型管子、热交换凸筋、内壁支撑凸筋、进口扁圆过度接头、出口扁圆过度接头；热交换凸筋、内壁支撑凸筋直接在长扁型管子的内外壁上冲压成型；进、出口管子分别与长扁型管子的两端连接；将长扁型管子卷成椭圆或圆形柱状螺旋体与进口管子、出口管子形成热交换器整体。本发明由于采用了上述结构，具有热交换直接由热交换凸筋群、管子壁同时进行，热交换方式更直接、面积更大，管子参与的长度更长，效率更高；对水压的要求更低，不会在内壁产生水垢的优点；同时，加工工艺更简单，成本更低。

Description

凸筋式热交换器

技术领域

本发明涉及热交换器，特别是一种凸筋式热交换器。主要用于燃气热水器的热交换器、空调的冷凝器、空调的蒸发器、内燃机的水箱等，能提高热交换效率，节约能源。 

背景技术

燃气热水器的热交换器、空调的冷凝器、空调的蒸发器、内燃机的水箱等传统的热交换器是由热交换翅片换热，即由热交换翅片将温度传递给管子，管子再将热量传递给管内的热交换介质；或反过来由热交换介质将温度通过管子传递热交换翅片，再由热交换翅片散热。这种热交换器存在热交换效率非常低，浪费能源的问题。 

目前的热交换器在设计上都有如下缺陷： 

1.  对热交换介质的热交换面积（相对于加热面积与热交换介质体积而言）过小致使热交换效率非常低，浪费能源。

2.  由热交换翅片吸热后对管子加热，管子再将热量传递给热交换介质，或反过来由热交换介质将加热传递给管子，管子再将热量传递给热交换翅片，再由热交换翅片散热，其翅片与管子接触热阻大，效率低。 

3.  管子细流体阻力较大。 

4.  热交换器制作时，所有有效的热交换管子穿过所有的打好孔的热交换翅片，管子在两端需要支撑固定，管子在两头连通焊接。其工艺较复杂，生产成本高。 

5．翅片薄无刚性，搬运或清洗时翅片变形使通风不畅，降低效率。 

发明内容

本发明要解决的问题是提供一种凸筋式热交换器，它具有采用热交换凸筋直接在长扁型管子壁上一体化冲压成型的结构，由热交换凸筋替代热交换翅片，从而具有热交换凸筋与管壁直接参与热交换、管子内的介质热交换面积大、热交换效率高的特点，同时加工工艺简单、生产成本低。 

为解决上述技术问题，本发明包括进口接头、出口接头，其特征是还包括一个卷曲成椭圆、或圆形、或长方回形的多圈柱状紧密螺旋体的长扁型管子。 

上述方案中，所述长扁型管子包含热交换凸筋、内壁支撑凸筋、进口扁圆过度接头、出口扁圆过度接头，所述热交换凸筋、内壁支撑凸筋直接在长扁型管子的两壁上分别冲压成型并均匀分布，所述进口扁圆过度接头、出口扁圆过度接头分别直接在长扁型管子的两端冲压成型；所述进口接头、出口接头分别连接在进口扁圆过度接头、出口扁圆过度接头上。 

上述方案中，所述热交换凸筋的凸面朝外，热交换凸筋为条状或园坑状，所述热交换凸筋呈平行、或螺旋、或交错排列。 

优选的，所述内壁支撑凸筋的凸面朝向管子内，凸面紧贴着热交换凸筋一面的管壁，在有选择的多个或全部的紧贴面处加点焊使长扁型管子牢固成型。 

更为优选的，所述进口扁圆过度接头、出口扁圆过度接头分别由两半圆管子状构成，其中一个半圆凸面与热交换凸筋的凸面方向一致；另中一个半圆凸面与内壁支撑凸筋的凸面方向相反；所述进口扁圆过度接头、出口扁圆过度接头与长扁型管子过度的地方是冲压成型时自然形成的，另一边的接缝为铆接或焊接而成。 

所述凸筋式热交换器的加工方法，该方法包括： 

在长方形的金属薄片上，以长中轴线为分界，一边冲压成众多的分布均匀的设计好高度、形状、排列方式的热交换凸筋，其高度根据设定的热交换通道的宽度来确定；其形状根据设定的延长加热时间的需要来确定为条状或园坑状，其排列方式根据设定的热交换气流的导向、支撑并防止薄管壁变形的需要来确定呈平行、或螺旋、或交错排列；

另一边冲压成众多的分布均匀的有支撑并防止薄管壁变形作用的内壁支撑凸筋，内壁支撑凸筋的高度由热交换介质通道的宽度确定；

长扁型管子的凸筋一边是凹进的，另一边是凸出的，热交换凸筋与内壁支撑凸筋的加工位置和形状应避免沿长中轴线对折后重合在一起；

将长中轴线的两端冲压成两半圆管子状用于构成进口扁圆过度接头、出口扁圆过度接头，半圆的凸面与热交换凸筋的凸面方向一致；其各边缘留出铆接或焊接面，至少有一长边和一个短边的边缘折一个朝向管子内壁的90°，留出与内壁支撑凸筋高度一致的距离后再反向折一个90°的边；

沿长中轴线对折，对折后热交换凸筋的凸面朝外，内壁支撑凸筋的凸面紧贴着热交换凸筋面的管壁，反向折的边与另一边恰好贴在一起，两端的半园状管子也合拢成管子状的扁圆过度接头，然后将边缘的结合部铆接或焊接使其成长扁状管子，在有选择的多个或全部的紧贴面处加点焊使长扁型管子牢固成型；

最后再将长扁型管子与连体的进口扁圆过度接头、出口扁圆过度接头一起卷成椭圆、或圆形、或长方回形的多圈柱状紧密螺旋体；将进口接头、出口接头分别焊接在进口扁圆过度接头、出口扁圆过度接头上。

本发明的有益效果：以应用在燃气热水器对介质加热为例: 

1.  长扁型管子的有效截面积比常规的要大，使直接热交换面积更大，同时，长扁型管子的长度远大于常规的，管子在火焰中穿越的长度更长，长扁型管子与水表面的热交换温差更大，热交换凸筋呈螺旋状排列时，使火焰在的其中穿越的时间更长，因而具有热交换效率更高的特点，节约宝贵的能源。

2.  由热交换凸筋替代热交换翅片，采用热交换凸筋直接在长扁型管子壁上一体化冲压成型的结构，摒弃了常规热交换器热交换翅片由热交换翅片吸热后对管子加热，管子再将热量传递给水，其热交换翅片与管子间的接触热阻大，以及水管较细、水流阻力较大、效率低的缺陷；从而火焰直接对热交换凸筋群、与热交换凸筋群同体的管子壁同时加热；少了翅片与管子接触热阻，效率高。 

3.  出水量大，水压要求低。扁形水管的截面积比现有的热交换器的更大，出水量容易做得更大，水的流动阻力小，并由此带来直接低于60℃的足量的出水，不会在内壁产生水垢，始终保持高效率。同时，水压要求低。 

4.  摈弃了常规的热交换翅片与管子是不同的加工件、管子要穿繁多的热交换翅片、两端的多道封闭管路要支撑、要多次焊接等工艺、工序复杂、翅片薄易变形、耗材多、重量重的弊病，本节能型热交换器的加工制作工艺更简单、耗材少、重量轻，生产成本更低。 

5.   无翅片，热交换器的整体刚性好，搬运或清洗方便，使通风顺畅，效率高。 

同理，应用在空调的冷凝器、空调的蒸发器、内燃机的水箱等散热的场合，有些只是反过来由热交换介质将热量传递给管子，管子再将热量传递给热交换凸筋，由热交换凸筋散热。其热交换的效率等优点同前述一致。 

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案作进一步具体说明。 

图1是本发明的结构示意图，长扁状管子卷曲成了椭圆多圈柱状紧密螺旋体；图中未画进口接头、出口接头。 

图2：是图1的A-A局部剖面示意图，是进管子与邻近一根管子的局部剖面示意图，仅说明结构的相互作用关系，不是实际的比例。 

具体实施方式

以下就一个具体用于燃气热水器的实施例子进行量化说明： 

在4800×420×1mm的长方形金属薄片上，以长中轴线为分界，一边冲压成众多的分布均匀的热交换凸筋2，凸筋的高度1.5mm用于构成的螺旋层间的间隙，也就是热交换的通道的宽度1.5mm，凸筋其形状为条状，呈交错式螺旋排列；凸筋的凸面朝外。

另一边冲压成众多的分布均匀的有支撑并防止薄管壁变形作用的内壁支撑凸筋3，内壁支撑凸筋3的高度1mm这也就是水通道的宽度。 

长扁型管子1的凸筋一边是凹进的，另一边是凸出的，热交换凸筋2与内壁支撑凸筋3的加工位置和形状应避免沿长中轴线对折后重合在一起。 

将长中轴线的两端冲压成两半圆管子状用于构成进口扁圆过度接头4、出口扁圆过度接头5，冲压成型时自然形成进口扁圆过度接头4、出口扁圆过度接头5与长扁型管子1过度的地方是圆润的，半圆的凸面与热交换凸筋4的凸面方向一致；其各边缘留出铆接面，将一个长边的边缘折一个朝向管子内壁的90°，留出与内壁支撑凸筋3高度一致的距离后再反向折一个90°的边。 

沿长中轴线对折，对折后热交换凸筋2的凸面朝外，内壁支撑凸筋3的凸面紧贴着热交换凸筋2面的管壁，反向折的边与另一边恰好贴在一起，两端的半园状管子也合拢成管子状的扁圆过度接头，然后将边缘的结合部铆接使其成长扁型管子1。 

对折后内壁支撑凸筋3的凸面朝向管子内，凸面紧贴着热交换凸筋2一面的管壁，在有选择的多个或全部的紧贴面处加点焊使长扁型管子牢固成型。 

最后再将长扁型管子1与连体的进口扁圆过度接头4、出口扁圆过度接头5一起卷成椭圆形的8圈柱状紧密螺旋体，将进口接头、出口接头分别焊接在进口扁圆过度接头4、出口扁圆过度接头5 上。 

卷成的椭圆形8圈柱状紧密螺旋体的高度200mm，宽度200mm，厚度100mm，长扁型管子1的壁厚1mm，其的水道截面积达200mm²，最小热交换面积：宽度200mm×2×长度4800=1920000 mm²，水体积  200mm²×4800mm=960000 

而常规热交换器管子内径小于12mm，水道截面积不超过113mm²，管子穿越火焰区域的有效长度不超过300mm，穿过次数不超过8次，总长度不超过2500mm；直接对水的热交换面积最大12×π×2500≈94248mm²，水体积  113mm²×2500mm=282500

而本发明的对水表面的热交换面积比常规的大1920000÷94248≈20.37倍，同时参与热交换的水体积是常规的960000mm²×282500mm≈3.4倍，水在热交换器中穿行的长度长一倍，水表面的热交换温差更大，热交换直接加热热交换凸筋2的表面，极大的提高了加热效率，节约了能源。其次，由于水道截面积更大，对水压要求更低，水流量更大。由于水流量大，不必像常规热交换器那样用小水流高水温输出后另加冷水调温的控制模式，采用大水流低水温不加水直接控温出水的模式，水温在60℃以下，不产生水垢。长期保持相同的热交换效率，节省能源。

 最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。 

Claims (5)

1.一种凸筋式热交换器，包括进口接头、出口接头，其特征是还包括一个卷曲成椭圆、或圆形、或长方回形的多圈柱状紧密螺旋体的长扁型管子。

2.如权利要求1所述的凸筋式热交换器，其特征在于，所述长扁型管子包含热交换凸筋、内壁支撑凸筋、进口扁圆过度接头、出口扁圆过度接头，所述热交换凸筋、内壁支撑凸筋直接在长扁型管子的两壁上分别冲压成型并均匀分布，所述进口扁圆过度接头、出口扁圆过度接头分别直接在长扁型管子的两端冲压成型；所述进口接头、出口接头分别连接在进口扁圆过度接头、出口扁圆过度接头上。

3.如权利要求1或2所述的凸筋式热交换器，其特征在于，所述热交换凸筋的凸面朝外，热交换凸筋为条状或园坑状，所述热交换凸筋呈平行、或螺旋、或交错排列。

4.如权利要求1或2或3所述的凸筋式热交换器，其特征在于，所述内壁支撑凸筋的凸面朝向管子内，凸面紧贴着热交换凸筋一面的管壁，在有选择的多个或全部的紧贴面处加点焊使长扁型管子牢固成型。

5.如权利要求1～4所述的凸筋式热交换器，其特征在于，所述进口扁圆过度接头、出口扁圆过度接头分别由两半圆管子状构成，其中一个半圆凸面与热交换凸筋的凸面方向一致；另中一个半圆凸面与内壁支撑凸筋的凸面方向相反；所述进口扁圆过度接头、出口扁圆过度接头与长扁型管子过度的地方是冲压成型时自然形成的，另一边的接缝为铆接或焊接而成；

6. 一种凸筋式热交换器的加工方法，该方法包括：

在长方形的金属薄片上，以长中轴线为分界，一边冲压成众多的分布均匀的设计好高度、形状、排列方式的热交换凸筋，其高度根据设定的热交换通道的宽度来确定；其形状根据设定的延长加热时间的需要来确定为条状或园坑状，其排列方式根据设定的热交换气流的导向、支撑并防止薄管壁变形的需要来确定呈平行、或螺旋、或交错排列；

另一边冲压成众多的分布均匀的有支撑并防止薄管壁变形作用的内壁支撑凸筋，内壁支撑凸筋的高度由热交换介质通道的宽度确定；

长扁型管子的凸筋一边是凹进的，另一边是凸出的，热交换凸筋与内壁支撑凸筋的加工位置和形状应避免沿长中轴线对折后重合在一起；

将长中轴线的两端冲压成两半圆管子状用于构成进口扁圆过度接头、出口扁圆过度接头，半圆的凸面与热交换凸筋的凸面方向一致；其各边缘留出铆接或焊接面，至少有一长边和一个短边的边缘折一个朝向管子内壁的90°，留出与内壁支撑凸筋高度一致的距离后再反向折一个90°的边；

沿长中轴线对折，对折后热交换凸筋的凸面朝外，内壁支撑凸筋的凸面紧贴着热交换凸筋面的管壁，反向折的边与另一边恰好贴在一起，两端的半园状管子也合拢成管子状的扁圆过度接头，然后将边缘的结合部铆接或焊接使其成长扁状管子，在有选择的多个或全部的紧贴面处加点焊使长扁型管子牢固成型；

最后再将长扁型管子与连体的进口扁圆过度接头、出口扁圆过度接头一起卷成椭圆、或圆形、或长方回形的多圈柱状紧密螺旋体；将进口接头、出口接头分别焊接在进口扁圆过度接头、出口扁圆过度接头上。

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