CN103697739A - 刮片式换热管及其制造方法和刮片式冷凝式热交换器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种换热管及其制造方法，还公开了一种热交换器,旨在提供一种结构简单、生产成本低、热交换效率高的刮片式换热管及其制造方法，同时还提供一种结构紧凑、生产成本低、热交换效率高、使用安全稳定及使用寿命长的刮片式冷凝式热交换器。刮片式换热管包括横截面为扁平面的换热管主体，所述换热管主体的内部设有若干个水流通道，在所述换热管主体的外侧面上平行设置有多个刮片,所述刮片的长度方向与所述扁平面的长度方向相同。刮片式换热管的制造方法工艺简单、生产成本低、生产效率高。所述刮片式冷凝式热交换器包括所述刮片式换热管。本发明应用于暖通行业中制造冷凝式热交换器的技术领域。

Description

刮片式换热管及其制造方法和刮片式冷凝式热交换器

技术领域

本发明涉及一种刮片式换热管及其制造方法，还涉及一种包括刮片式换热管的刮片式冷凝式热交换器。

背景技术

壁挂炉是燃气壁挂炉的简称，燃气壁挂炉是以天然气、人工煤气或液化气作为燃料，燃料经燃烧器输出，在燃烧室内燃烧后，由热交换器将热量吸收，采暖系统中的循环水在途经热交换器时，经过往复加热，从而不断将热量输出给建筑物，为建筑物提供热源。

目前壁挂炉有两大类：大气式壁挂炉和冷凝式壁挂炉。大气式壁挂炉采用普通燃烧器和半开放的燃烧室燃烧天然气，在最优化的情况下满负荷工作可达到93%的热效率(不计水蒸气含有的潜热)，随着负荷减小热效率也逐渐降低，到30%负荷时热效率约为75%，而且它的排气中氮氧化合物和一氧化碳含量都较高，只能达到国家三级标准。天然气燃烧后的产物是二氧化碳和水，水是以蒸气的形式排放出去，水蒸气中含有大量潜热。冷凝水壁挂炉是采用预混式燃烧的方法，使烟气强制通过热交换器，极大地降低烟气温度，烟气中的水蒸气转化成冷凝水排放出去，这样能使热效率在满负荷时达到103%，30%负荷时达到108%(设天然气全部热值为113%)，而且冷凝炉的烟气排放低于国家一级标准的一半。

热交换器是冷凝式壁挂炉的核心部件。目前家用暖气壁挂炉常采用盘管式热交换器和浇铸铝热交换器。因为空间限制，一些厂家采用圆筒形燃烧器，使用了直立的圆筒形蛇形盘管式的热交换器，这种热交换器的功率越大，体积就越庞大，目前市场上还没有35kw及其以上的家用壁挂炉。目前全世界用量最大的是意大利Giannoni生产的不锈钢盘管卧式冷凝热交换器，它的优势是材料耐腐蚀性最强，成本低，但卧式盘管热交换器都有排气困难的特点，因为水流方向不是从低到高，而是绕着螺旋线由高到低再由低到高，每一圈都有最高点，气体会在最高点停留，而且由于不锈钢管内径小，水阻大，实际运用中采暖水流量都会小于设计值，造成温差大，工况非常不稳定。意大利Valmex的立式冷凝热交换器，采用类似大气式锅炉主热交换器的结构作为冷凝室的内部结构，用铝管焊接上外部翅片作为吸热部件，由于全铝结构在钎焊条件下焊接温度只能低于铝的熔化温度，焊接不牢靠，时间长后会松动导致热传导不良。

由此可见，寻求一种具有热交换效率更高、使用寿命长的、生产成本低等优点的冷凝式热交换器是企业长远发展的目标，更是众多消费者所期待的，还能一定程度减缓世界能源供需矛盾。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种结构简单、生产成本低、热交换效率高的刮片式换热管，还提供了一种工艺简单、生产成本低、生产效率高的刮片式换热管的制造方法，同时还提供了一种结构紧凑、生产成本低、热交换效率高、使用安全稳定及使用寿命长的刮片式冷凝式热交换器。

本发明所采用的技术方案是：所述刮片式换热管包括换热管主体，所述换热管主体的横截面为扁平面，所述换热管主体的内部设有若干个水流通道，在所述换热管主体的外侧面上平行设置有多个刮片,所述刮片的长度方向与所述扁平面的长度方向相同。

所述刮片沿着宽度方向呈弧形状，而且所述换热管主体由铝金属制成。

多个所述刮片与所述换热管主体为一体成型。

多个所述刮片之间的间距相同。

所述刮片式换热管的制造方法包括以下步骤：

a、通过挤压成型或铸造的方式制成具有若干个所述水流通道的所述换热管主体；

b、将所述换热管主体安装在冲床上冲裁出多个所述刮片，使多个所述刮片与所述换热管主体成一体。

在步骤a和步骤b之间还包括以下步骤：将所述换热管主体分割成若干条所需长度的短管。

一种包括所述刮片式换热管的刮片式冷凝式热交换器还包括左侧采暖水路分配组件、右侧采暖水路分配组件、前侧板、后侧板、燃烧器组件及收集板，所述左侧采暖水路分配组件、所述右侧采暖水路分配组件、所述前侧板、所述后侧板、所述燃烧器组件及所述收集板共同包裹成一热交换空间，所述左侧采暖水路分配组件和所述右侧采暖水路分配组件位于所述热交换空间的左右两侧，所述前侧板和所述后侧板位于所述热交换空间的前后两侧，所述燃烧器组件位于所述热交换空间的上侧，所述收集板位于所述热交换空间的下侧，所述热交换空间内还设置有点火装置；所述左侧采暖水路分配组件和所述右侧采暖水路分配组件内均设有循环水路，所述左侧采暖水路分配组件上还设有与所述循环水路相连通的进水口和出水口，所述左侧采暖水路分配组件和所述右侧采暖水路分配组件内的所述循环水路通过所述刮片式换热管相连通；所述热交换空间的上部为燃烧空间，所述热交换空间的下部为热交换空间，所述点火装置位于所述燃烧空间内，所述热交换空间内设置有若干层热交换层，若干层所述热交换层由若干个所述刮片式换热管组成。

若干个所述刮片式换热管的截面的所述扁平面的长度方向位于竖直方向，且所述右侧采暖水路分配组件上还设有可视窗口。

所述热交换层由若干个平行且紧密排列的所述刮片式换热管组成。

组成每层所述热交换层的若干个所述刮片式换热管的数量由上至下逐渐递增，并且每层所述热交换层各自的若干个所述刮片式换热管的所述水流通道的数量由上至下逐渐递增。

本发明的有益效果是：由于所述刮片式换热管包括换热管主体，所述换热管主体的横截面为扁平面，所述换热管主体的内部设有若干个水流通道，在所述换热管主体的外侧面上平行设置有多个刮片,所述刮片的长度方向与所述扁平面的长度方向相同，水流进入若干个所述水流通道后，水流加快，而且所述刮片沿着宽度方向呈弧形状，有效加大了吸热面积，使所述刮片式换热管的换热效率得到了大大的提升，所以，所述刮片式换热管，结构简单、生产成本低、热交换效率高。

同时，由于多个所述刮片与所述换热管主体为一体成型，所以所述刮片式换热管能很好解决意大利Valmex的立式冷凝热交换器外部翅片焊接不牢靠及时间长后松动导致热传导不良的问题。

由于所述刮片式换热管的制造方法包括以下步骤：a、通过挤压成型或铸造的方式制成具有若干个所述水流通道的所述换热管主体；b、将所述换热管主体安装在冲床上冲裁出多个所述刮片，使多个所述刮片与所述换热管主体成一体。所以，制造所述刮片式换热管时，不需要经过复杂的铸造、焊接、打磨等复杂工艺，所述刮片式换热管的制造方法有效简化了生产工艺，可以节约生产成本低，而且还能大大提高生产效率，能很好地满足大批量生产刮片式换热管的要求。而且所述换热管主体通过热挤压成型后，采用机械加工方法刮片，所述换热管主体可以采用高纯度的铝来加工，耐腐蚀性比重力浇铸的铝质冷凝热交换器要高很多，铝管不需很厚，刮片可以加工成很薄，可以极大降低材料成本。

由于所述刮片式冷凝式热交换器包括所述刮片式换热管，还包括左侧采暖水路分配组件、右侧采暖水路分配组件、前侧板、后侧板、燃烧器组件及收集板，所述左侧采暖水路分配组件、所述右侧采暖水路分配组件、所述前侧板、所述后侧板、所述燃烧器组件及所述收集板共同包裹成一热交换空间，所述左侧采暖水路分配组件和所述右侧采暖水路分配组件位于所述热交换空间的左右两侧，所述前侧板和所述后侧板位于所述热交换空间的前后两侧，所述燃烧器组件位于所述热交换空间的上侧，所述收集板位于所述热交换空间的下侧，所述热交换空间内还设置有点火装置；所述左侧采暖水路分配组件和所述右侧采暖水路分配组件内均设有循环水路，所述左侧采暖水路分配组件上还设有与所述循环水路相连通的进水口和出水口，所述左侧采暖水路分配组件和所述右侧采暖水路分配组件内的所述循环水路通过所述刮片式换热管相连通；所述热交换空间的上部为燃烧空间，所述热交换空间的下部为热交换空间，所述点火装置位于所述燃烧空间内，所述热交换空间内设置有若干层热交换层，若干层所述热交换层由若干个所述刮片式换热管组成，所以，在同等功率的热交换器下，所述刮片式冷凝式热交换器的热效率要明显高于其他结构的热交换器，而且所述刮片式换热管结构简单、生产成本低、热交换效率高，能使所述刮片式冷凝式热交换器的整体结构紧凑，降低了整体的生产成本低，还具有使用安全稳定及使用寿命长的特点。

另外，由于在所述刮片式冷凝式热交换器中组成每层所述热交换层的若干个所述刮片式换热管的数量由上至下逐渐递增，并且每层所述热交换层各自的若干个所述刮片式换热管的所述水流通道的数量由上至下逐渐递增，在燃烧室产生的烟气温度高，高温烟气经过冷凝后到达所述刮片式冷凝式热交换器的末端，如果保持每层所述热交换层的若干个所述刮片式换热管的数量一致，那么将会出现在所述刮片式冷凝式热交换器的始端热交换效果好，末端热交换效果差的现象。每层所述热交换层的若干个所述刮片式换热管的数量由上至下逐渐递增，必然需要要求每层所述热交换层的若干个所述刮片式换热管的截面面积逐渐递减，这样可以使所述刮片式冷凝式热交换器尽可能地摄取烟气中的热量，大大提高了所述刮片式冷凝式热交换器的热效率，与Giannoni相比，工况好且成本更低，与Bekaert相比，在其他都不逊色的条件下成本降低数倍。

附图说明

图1是刮片式冷凝式热交换器的分解结构示意图；

图2是刮片式冷凝式热交换器的整体结构示意图；

图3是刮片式冷凝式热交换器的另一状态的结构示意图；

图4是刮片式冷凝式热交换器的剖面结构示意图；

图5是所述刮片式换热管的结构示意图；

图6是图5的A处的放大结构示意图；

图7是所述刮片式换热管的侧视图；

图8是另一刮片式换热管的侧视图。

具体实施方式

如图5所示，在本实施例中，所述刮片式换热管包括换热管主体1，所述换热管主体1的横截面为扁平面，所述换热管主体1的内部设有若干个水流通道2，在所述换热管主体1的外侧面上平行设置有多个刮片3,所述刮片3的长度方向与所述扁平面的长度方向相同。在本实施例中，如图7所示，所述换热管主体1的内部可以设有两条所述水流通道2；如图8所示，所述换热管主体1的内部可以设有三条所述水流通道2；所述水流通道2的数量根据实际需要而定。

在本实施例中，如图6所示，所述刮片3沿着宽度方向呈弧形状，这样可以加大所述刮片3的吸热面积。

在本实施例中，多个所述刮片3与所述换热管主体1为一体成型，这样能很好地解决目前吸热片焊接不牢靠及时间长后松动导致热传导不良的难题。

在本实施例中，多个所述刮片3之间的间距相同，这样可以使多个所述刮片3吸热更加均匀，能最大程度地摄取烟气的温度。

在本实施例中，所述刮片式换热管的制造方法包括以下步骤：

b、通过挤压成型或铸造的方式制成具有若干个所述水流通道2的所述换热管主体1；

b、将所述换热管主体1安装在冲床上冲裁出多个所述刮片3，使多个所述刮片3与所述换热管主体1成一体。

在步骤a和步骤b之间还包括以下步骤：将所述换热管主体1分割成若干条所需长度的短管。

所述制造方法与现有的铸造、焊接、打磨等复杂工艺相比，所述制造方法不单工艺简单，易于实现，可以有效降低生产成本，还能大大提高所述刮片式换热管的生产效率。

由于所述换热管主体1通过热挤压成型后，采用机械加工方法刮出所述刮片3，所述换热管主体1可以采用高纯度的铝来加工，耐腐蚀性比重力浇铸的铝质冷凝热交换器要高很多，铝管不需很厚，所述刮片3可以加工成很薄，可以极大降低材料成本。

欧美规定，生活用水不可直接与铝质加热器接触，若将本发明用于热水器时，可以采用电泳的方法使接触生活用水的铝管内表面镀上一层涂层。

如图1至图4所示，在本实施例中，所述刮片式冷凝式热交换器包括所述刮片式换热管，还包括左侧采暖水路分配组件4、右侧采暖水路分配组件5、前侧板6、后侧板7、燃烧器组件8及收集板9，所述左侧采暖水路分配组件4、所述右侧采暖水路分配组件5、所述前侧板6、所述后侧板7、所述燃烧器组件8及所述收集板9共同包裹成一热交换空间10，所述左侧采暖水路分配组件4和所述右侧采暖水路分配组件5位于所述热交换空间10的左右两侧，所述前侧板6和所述后侧板7位于所述热交换空间10的前后两侧，所述燃烧器组件8位于所述热交换空间10的上侧，所述收集板9位于所述热交换空间10的下侧，所述热交换空间10内还设置有点火装置11；所述左侧采暖水路分配组件4和所述右侧采暖水路分配组件5内均设有循环水路，所述左侧采暖水路分配组件4上还设有与所述循环水路相连通的进水口12和出水口13，所述左侧采暖水路分配组件4和所述右侧采暖水路分配组件5内的所述循环水路通过所述刮片式换热管相连通；所述热交换空间10的上部为燃烧空间，所述热交换空间10的下部为热交换空间，所述点火装置11位于所述燃烧空间内，所述热交换空间内设置有若干层热交换层14，若干层所述热交换层14由若干个所述刮片式换热管组成，在本实施例中，所述燃烧器组件8上设有与所述燃烧空间相连通的进气口15，所述收集板9上还设有与所述燃烧空间相连通的出气口16，所述左侧采暖水路分配组件4上设置有左侧水路分配板17，所述右侧采暖水路分配组件5上设置有右侧水路分配板18，水从所述进水口12进入，经过所述左侧水路分配板17后将水分配到所述刮片式换热管中，在所述刮片式换热管中经过一系列的吸热后由所述出水口13流出。

若干个所述刮片式换热管的截面的所述扁平面的长度方向位于竖直方向，这样可以保证烟气能最充分地与所述刮片3相接触，而且所述右侧采暖水路分配组件5上还设有可视窗口19，通过所述可视窗口19可以清楚地看到燃气燃烧的情况。

所述热交换层14由若干个平行且紧密排列的所述刮片式换热管组成。

组成每层所述热交换层14的若干个所述刮片式换热管的数量由上至下逐渐递增，并且每层所述热交换层14各自的若干个所述刮片式换热管的所述水流通道2的数量由上至下逐渐递增，在本实施例中，每层所述热交换层14各自的若干个所述刮片式换热管的所述水流通道2的长度不变，而且所述扁平面的长度由上至下变大及所述水流通道2由上至下递增。

在所述刮片式冷凝式热交换器中，由于烟气在燃烧初始，温度达1200度以上，到了交换器的末端，温度将下降到接近50度，空气体积骤然降低，同时烟气与采暖水的温度差ΔT在初始端达到1200多度，到了末端ΔT就只有30度左右了，如果所述刮片式换热管的截面不变，就会产生初始换热效果好，越到末端越差的情况。在本实施例中，所述刮片式冷凝式热交换器有两层所述热交换层14，上层所述热交换层14由五根所述刮片式换热管组成，下层所述热交换层14由八根所述刮片式换热管组成，而且上层的所述刮片式换热管宽度较大，而且所述换热管主体1的内部设有两条所述水流通道2；下层的所述刮片式换热管宽度较大，而且所述换热管主体1的内部设有三条所述水流通道2。这样在最上端烟气温度最高处，ΔT最大，所述刮片3高度大，与烟气的接触面积最大，而采暖水与之接触面积最小，下层随着ΔT降低，所述刮片3高度也相应降低，而采暖水与之接触面积相应增大，尽可能地摄取烟气中的热量，使水蒸气变成冷凝水。

本发明应用于暖通行业中制造冷凝式热交换器的技术领域。

虽然本发明的实施例是以实际方案来描述的，但是并不构成对本发明含义的限制，对于本领域的技术人员，根据本说明书对其实施方案的修改及与其他方案的组合都是显而易见的。

Claims (10)

1.一种刮片式换热管，包括换热管主体（1），其特征在于：所述换热管主体（1）的横截面为扁平面，所述换热管主体（1）的内部设有若干个水流通道（2），在所述换热管主体（1）的外侧面上平行设置有多个刮片（3）,所述刮片（3）的长度方向与所述扁平面的长度方向相同。

2.根据权利要求1所述的刮片式换热管，其特征在于：所述刮片（3）沿着宽度方向呈弧形状，而且所述换热管主体（1）由铝金属制成。

3.根据权利要求1或2所述的刮片式换热管，其特征在于：多个所述刮片（3）与所述换热管主体（1）为一体成型。

4.根据权利要求3所述的刮片式换热管，其特征在于：多个所述刮片（3）之间的间距相同。

5.一种制造如权利要求1所述的刮片式换热管的制造方法，其特征在于：所述制造方法包括以下步骤：

a、通过挤压成型或铸造的方式制成具有若干个所述水流通道（2）的所述换热管主体（1）；

b、将所述换热管主体（1）安装在冲床上冲裁出多个所述刮片（3），使多个所述刮片（3）与所述换热管主体（1）成一体。

6.根据权利要求5所述的刮片式换热管的制造方法，其特征在于：在步骤a和步骤b之间还包括以下步骤：将所述换热管主体（1）分割成若干条所需长度的短管。

7.一种包括如权利要求1所述的刮片式换热管的刮片式冷凝式热交换器，其特征在于：所述刮片式冷凝式热交换器还包括左侧采暖水路分配组件（4）、右侧采暖水路分配组件（5）、前侧板（6）、后侧板（7）、燃烧器组件（8）及收集板（9），所述左侧采暖水路分配组件（4）、所述右侧采暖水路分配组件（5）、所述前侧板（6）、所述后侧板（7）、所述燃烧器组件（8）及所述收集板（9）共同包裹成一热交换空间（10），所述左侧采暖水路分配组件（4）和所述右侧采暖水路分配组件（5）位于所述热交换空间（10）的左右两侧，所述前侧板（6）和所述后侧板（7）位于所述热交换空间（10）的前后两侧，所述燃烧器组件（8）位于所述热交换空间（10）的上侧，所述收集板（9）位于所述热交换空间（10）的下侧，所述热交换空间（10）内还设置有点火装置（11）；所述左侧采暖水路分配组件（4）和所述右侧采暖水路分配组件（5）内均设有循环水路，所述左侧采暖水路分配组件（4）上还设有与所述循环水路相连通的进水口（12）和出水口（13），所述左侧采暖水路分配组件（4）和所述右侧采暖水路分配组件（5）内的所述循环水路通过所述刮片式换热管相连通；所述热交换空间（10）的上部为燃烧空间，所述热交换空间（10）的下部为热交换空间，所述点火装置（11）位于所述燃烧空间内，所述热交换空间内设置有若干层热交换层（14），若干层所述热交换层（14）由若干个所述刮片式换热管组成。

8.根据权利要求7所述的刮片式冷凝式热交换器，其特征在于：若干个所述刮片式换热管的截面的所述扁平面的长度方向位于竖直方向，且所述右侧采暖水路分配组件（5）上还设有可视窗口（19）。

9.根据权利要求7或8所述的刮片式冷凝式热交换器，其特征在于：所述热交换层（14）由若干个平行且紧密排列的所述刮片式换热管组成。

10.根据权利要求9所述的刮片式冷凝式热交换器，其特征在于：组成每层所述热交换层（14）的若干个所述刮片式换热管的数量由上至下逐渐递增，并且每层所述热交换层（14）各自的若干个所述刮片式换热管的所述水流通道（2）的数量由上至下逐渐递增。

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