CN206959685U - 热交换器 - Google Patents

Abstract

一种热交换器包括缠绕成相应的基本圆柱形螺旋(3)的第一管(2；20)和第二管(22；221)，相应的流体能够在所述第一管和第二管中循环。所述第二管(22；221)布置在所述第一管(2；20)内部。所述第一螺旋(3)的中值直径(D)比第二圆柱螺旋(33′)的中值直径(D′)大。根据另一方面，所述第一管(2；20)和所述第二管(22；221)具有基本上椭圆形的横截面。

Description

热交换器

技术领域

本发明涉及一种热交换器和一种用于制造热交换器的方法。本发明已经被研发以特别涉及用于燃气锅炉的热交换器，例如用于家用加热和/或生产家用热水的类型。热交换器是蛇形的，后一术语表示具有相对小横截面的一个或多个管以盘管的形式被缠绕成圆柱形螺旋，该盘管相对于管的横截面的尺寸而言具有较大的直径。热交换器特别适用于冷凝型燃气锅炉。

背景技术

热交换器包括一个或多个管道，流体例如水在其内循环。在燃气锅炉的情况下，交换器的管道允许使用由燃烧器中的燃烧产生的气体来加热水。在锅炉的操作期间，管道通过第二流体(例如空气和燃烧气体)而被暴露向加热。热量通过管道从一种流体传递到另一种流体。

已知蛇形热交换器，其中管以圆柱形螺旋缠绕。这种交换器例如从文献EP0678186已知，该交换器具有带有扁平椭圆形横截面的管。为了制造这种交换器，首先将具有圆形横截面的管子卷绕成螺旋形，然后将其放置在液压机中，以便产生扁平的椭圆形横截面。在产生椭圆形横截面的步骤期间，在管道的外壁上产生突起，所述突起以预定的距离来保持盘管。这些突起使得可以改善与在蛇形管外部循环的流体的热交换。为了保持交换器的紧凑形式，在圆柱形蛇形结构的最外部区域中产生定位点焊。

如下的蛇形热交换器也是已知的，其中第二管插入在以螺旋形缠绕的管内。这些交换器例如用于冷凝锅炉中，并且允许生产通常在内管中循环的家用热水和通常在外管中循环的用于加热系统的热水。文献EP 2199703示出了这种类型的交换器，其中交换器的外管具有两个相邻圆周 的组合限定的横截面，该两个相邻圆周以预定距离布置并彼此到连接。

这些已知的交换器具有某些缺点。

由两个管(一个在另一个内部)组成的交换器由两个直线管形成，这两个直线管一起弯曲以形成圆柱形蛇形管。当执行这种弯曲时，尽管恒定的控制，但是难以确保内管相对于外管的居中。这是因为内管在弯曲期间趋于变形，导致流体从外管的一部分到下一部分的通道的阻塞，或者相对于外管移出中心位置。这导致次优的热交换。

更一般地，由两个管(一个在另一个内部)构成的已知的交换器的生产是相当困难的，并且不能保证在热交换方面的最佳结果。如已经提及的，主要问题是内管在外管内沿其整个螺旋延伸部的正确和均匀的定位。两个管中的每一个的横截面及其相互定位是对热交换器的性能和寿命具有特定影响的方面。在这方面，应当注意，在外管内部运行的用于加热的水的生产和在最内侧管内部运行的生活用水的生产是彼此独立的，因为它们根据用户的需要进行。这意味着两个管中的一个可以包含保持静止的水，因为该静止的水是用户不需要的，而水在由燃气锅炉的燃烧器加热的另一个管内部运行。风险是静水可能达到沸点，这不仅产生噪音，而且产生蒸汽并升高管壁的温度。此外，两个管中的一个中的静止水产生热飞轮效应，从而减慢了在另一个管内部运行的用户所需的水的温度的升高。

必须确保内管在蛇形管的径向和轴向方向上都在外管内居中。在已知的技术中，不能确保两个管的居中，并且在两个管的金属壁之间可能出现不利的接触，结果形成对热交换器的效率有不利影响的热桥，并且可能导致局部过热，可能对管道造成损坏。

在制造椭圆形横截面的外管时，也产生了使蛇形盘管紧密堆叠的问题。在已知技术中，通过在盘管上产生定位电焊来解决这个问题，但是这引入了热交换器的热交换的改变的问题。

发明内容

本发明的目的是生产一种提供最佳热交换的蛇形热交换器。特别地，本发明的目的是降低蛇形管内的流体过热的风险。本发明的另一个目的 是简化热交换器的生产，并提供一种可靠，持久和经济地生产和维护的热交换器。

这些目的通过热交换器及其如下权利要求中限定的用于其生产的方法来实现。

根据第一方面，热交换器包括缠绕成基本圆柱形螺旋的第一管，第一流体能够在第一管中循环，以及布置在第一管道内部并且也缠绕成基本圆柱形螺旋的第二管，其中第二流体能够在第二管中循环。第一管具有基本上椭圆形，优选为扁平的横截面，而第二管具有基本上非扁平的椭圆形的横截面。已经发现管截面的这种组合对于获得最佳热交换以及良好的流体循环特别有利。具有椭圆形横截面的管道表面产生比具有圆形横截面的管道表面更好的热交换，并且还提供对围绕管道的流体通道的较小阻力。此外，在内管和外管之间意外接触的情况下，与两个具有彼此面对的扁平表面的管子相比，接触面积显著减小。

优选地，在弯曲步骤之前从直线圆柱形管获得基本上椭圆形的横截面。这使得更容易精确地控制螺旋的几何形状和公差。

根据有利的实施方式，在完成将第二管道插入到第一管道内之后，第二管道的端部形成直线构造。优选地，在插入步骤之后切割第一管的端部，并且例如通过钎焊将端子施加到第一管和/或第二管的端部。该解决方案使得可以简化生产由两个管道组成的完整蛇形管的方法。

优选地，第二内管缠绕成基本圆柱形的螺旋，该圆柱形螺旋的中值直径小于第一外管缠绕成的基本圆柱形螺旋的中值直径。因此，第二管相对于第一管的横截面的中心线向内偏移。该位置使得可以在第二管内的流体的加热速度方面获得良好的结果，因为第一管中的将第二管与热源的最热区域分开的流体的质量减少。此外，第一管中的进入热源的最冷区域的流体通道的较大表面积使得：在第二管中的流体静止的情况下，更快地从第二管提取热量，从而避免过热和沸腾的风险。

有利地，第一管弯曲，以便产生第一基本圆柱形螺旋；具有比所述第一管的横截面小的表面积的横截面的第二管也弯曲以产生第二基本圆柱形螺旋；然后通过在一个方向上执行所述第一螺旋的旋转和在相反方向上执行所述第二螺旋的旋转，将第二管插入到第一管内。

有利地，第一管的基本圆柱形螺旋的中值直径大于第二管的基本圆柱形螺旋的中值直径。以这种方式，第二管在非居中位置插入第一管内部，而是接近第一管的内壁。

有利地，热交换器包括用于使第一管的盘管彼此间隔开的装置。根据有利的实施形式，这些装置可以是梳形的。用于使盘管彼此间隔开的装置使得可以保持容纳在蛇形管内部的流体的通道的横截面恒定。

有利地，用于生产热交换器的方法包括弯曲第一管的步骤，以便产生具有紧密堆叠的盘管的第一基本圆柱形的螺旋，并且通过间隔装置将盘管彼此分开，所述间隔装置优选为梳状。这使得没有必提供改变热交换的定位焊缝。

有利地，第二管由具有成品交换器的蛇形管的标称节距的盘管形成，而第一管以紧密堆叠的盘管形成。在将第二管插入第一管内部之后，第一管的盘管通过间隔装置，优选地是梳状的，彼此分开，以便获得具有标称盘管节距的外部蛇形管。内蛇形件弹性地恢复盘管之间的标称节距，并且因此相对于容纳它的第一管的蛇形件轴向居中。

因此，这些解决方案使得可以获得内管相对于外管的最佳居中，保持流体在一个管和另一个管之间的通道的横截面恒定，并且因此优化热交换。

附图说明

参考附图，通过仅作为非限制性示例给出的本发明的一些示例的以下详细描述，本发明的其它特征和优点将变得清楚，其中：

-图1示出了根据本发明的热交换器的实施方式的透视图；

-图2示出了图1的交换器的分解透视图；

-图3示出了图1的交换器的前视图；

-图4示出了沿着图3的线IV-IV的横截面；

-图5示出了图4的交换器的管的横截面的细节；

-图6示出了根据第二实施方式的交换器的管的横截面；

-图7示出了利用图6的管生产的交换器的俯视图；

-图8示出了根据变型的交换器的内管的局部横截面视图；

-图9示出了热交换器的另一实施方式的俯视图；

-图10示出了沿着图9的箭头X的线的前视图；

-图11示出沿图10的线XI-XI的横截面；和

-图12示出了图9至图11的交换器的管的放大横截面。

具体实施方式

图1示出了热交换器1。热交换器1包括以这样的方式缠绕的第一管2，以便产生具有轴线XX′的第一圆柱形螺旋3。第一管2具有基本上椭圆形的横截面，优选是扁平的(图5)。有利地，第一管2的第二横截面的主轴线基本上垂直于圆柱形螺旋3的轴线XX′。在呈螺旋缠绕的第一管2的端部4、5处，优选地通过感应钎焊焊接，连接第一和第二端子9、10。如图2所示，每个端子9、10具有第一部分9A、10A，该第一部分具有与第一管2相同的横截面并且连接到具有圆形横截面的第二部分9B、10B。

如图4和5所示，第二管22插入第一管2内部。根据第一实施方式，第二管22具有非扁平的基本上椭圆形的横截面，并且其表面积小于第一管2的表面积。第二管22以这样的方式缠绕，以便产生第二圆柱形螺旋33。第二管22基本上在第一管2内居中，使得不妨碍第一管2内部的流体循环。在该变型中，第二管22在第一管2内部在水平和垂直方向上，即相对于第一管2的基本上椭圆形横截面的两个轴线，居中。

如图2所示，第二管22的端部24、25各自具有直线部分241、251，相应的端子29、30附接到直线部分241、251。

有利地，第一管2的盘管21通过优选地梳状间隔装置11以预定距离保持分离。梳状件11具有细长板12，该细长板12具有基本上等于圆柱形螺旋3的高度的延伸长度。更具体地，细长板12可以具有等于圆柱形螺旋3的高度减去两个端部盘管的高度的延伸长度。齿13从板12垂直于所述板12延伸，以交错的高度布置，以便插入一个螺旋21和另一个螺旋之间并将它们保持就位。优选地，梳状物11以规则的方式有角度地间隔开。优选地，梳齿11的数量为八个。这确保了位于蛇形管外部的流体的流道的恒定横截面。

图6和7示出了上述热交换器的变型。具体地，根据第二优选实施方 式，交换器由第一外管20和第二内管220组成，两者以这样的方式缠绕以产生基本圆柱形的螺旋。第一外管20具有基本上椭圆形的横截面，优选是扁平的。第一管20的壁6具有凹部7，该凹部7使得可以在弯曲步骤期间限制内管220的移动，并且因此提供对热交换的更好的控制。根据该实施方式，第二内管220具有基本上圆形的横截面。然而，内管220可以形成为具有扁平的或非扁平的基本上椭圆形的横截面。特别地，内管220可以生产为具有参考图5中的第二内管22示出的非扁平的椭圆形横截面。从图6中可以看出，第二内管220布置成使得其横截面的中心不与第一外管22的横截面的中心对应，而是朝向由第一外管形成的第一螺旋的内侧偏移。该特征使得可以使第二内管220靠近热源的最热的区域，并且还改善内管220和外管22之间的热交换，以避免在两个管的一个中的任何静止流体在加热另一个管中的流体期间的过热和沸腾。

图8示出了一变型，根据该变型，第二内管221具有波纹状外表面26。有利地，在第二管221的外表面26上形成螺旋切口28，螺旋切口28具有根据第二管221的尺寸预先确定的总长度L1、节距P和深度Dpt。优选地，管22在每个端部241、251处具有长度L3的光滑部分。优选地，第二管221具有基本上圆形的横截面。然而，第二管221可以具有扁平的或非扁平的椭圆形横截面，如先前参照图5的变型所描述和示出的。第一外管(未示出)可以具有圆形或椭圆形横截面，优选是扁平的。

波纹表面使得可以限制管在弯曲期间变形并且因此阻碍流体的流通的趋势。

图9至12示出了热交换器的另一变型。如在图11和12中可以清楚地看到的，第二管22插入第一管2内部。第二管22具有基本上椭圆形的横截面，该横截面不是扁平的并且表面积比第一管的表面积小。第二管22以生产第二圆柱螺旋33′的方式缠绕。第二管22基本上在第一管2内部垂直地(即沿着轴线XX′)居中。然而，第二管22在第一管2内不是径向居中，而是朝向圆柱形螺旋3的内部移位。我们将穿过第一管2的横截面的中心的几何圆柱的直径定义圆柱螺旋3的中值直径。类似地，我们将穿过第二管22的横截面的中心的几何圆柱的直径定义为圆柱螺旋33′的中值直径。在图11和12的示例中，第一圆柱螺旋3的中值直径D大于第二圆柱螺旋33′的中 值直径D′。优选地，第二管22完全位于第一管2的最内半截面中。第二管22构造和布置在第一外管2内部，使得其不与中心线HH相交。

根据本发明，用于生产圆柱形螺旋3的方法提供了直线管的弯曲步骤，以便产生具有紧密堆叠的盘管21的圆柱形螺旋3，然后借助于梳状物11将盘管21保持在适当位置而将所述盘管21保持为彼此间隔一定距离。

为了生产所描述的交换器，根据本发明的第一制造方法使得第一管2被弯曲以产生基本圆柱形的第一螺旋3，并且使得第二管22弯曲以产生基本圆柱形的第二螺旋33、33′，该第二管22具有横截面，该横截面具有比第一管2的横截面小的表面积。然后通过在一个方向上执行第一螺旋3的旋转和在相反方向上执行第二螺旋33、33′的旋转，将第二管22插入第一管2内部。

为了沿着轴线XX′在圆柱形螺旋3内部获得圆柱形螺旋33、33′的正确间距，可以产生圆柱形螺旋33、33′，其中圆柱形螺旋33、33′的盘管以标称设计节距(即在热交换器的完成构造中产生的盘管间节距)正确间隔开。由于圆柱形螺旋33、33′沿着轴线XX′具有一定的弹性柔性，可以通过如上所述地在相反的方向上执行第一螺旋3的旋转和第二螺旋33、33′的旋转将第二管22插入第一管2内部。在该操作期间，第二管22的盘管被压缩以呈现以紧密堆叠形式形成的第一管2的盘管21的节距。当第二管22完全插入第一管2中时，第二管22的盘管通过梳形件11隔开以获得圆柱形螺旋3的标称设计节距。内圆柱形螺旋33、33′因此恢复其原始形式的名义设计节距。通过在第一管2的端子9、10和第二管22的相应端子29、30之间进行居中，因此可以使整个第二管22沿着轴线XX′在第一管2内部居中。

有利地，第一管2和第二管22具有基本上椭圆形的横截面。第一管2的基本上椭圆形的横截面优选是扁平的，而第二管22的横截面不是扁平的。第一管2和第二管22的横截面优选地由彼此具有不同直径的相应直线形圆柱形管形成，该圆柱形管被制成椭圆形，然后弯曲成螺旋形。

由于蛇形管必须具有两个基本上直线的端部，所以根据该方法的有利实施方式，在弯曲完成之后切割第一外管2的端部。第二内管22的端部24、25的部分241、251成为直线构造。然后，优选地通过感应钎焊将第 一和第二端子9、10连接到第一外管2的端部4、5。

为了生产图5和6中所示的交换器，根据本发明的替代方法提供了在第一管20内插入第二管220，该第二管220的横截面的表面积小于第一管20的横截面。在第一管20的壁6上产生凹部7。第一管20弯曲成产生由第一管2构成的基本圆柱形的第一螺旋30和由第二管220构成的基本圆柱形的第二螺旋。

有利地，管最初具有基本上圆形的横截面。在这种情况下，一旦已经执行弯曲以产生圆柱形蛇形结构30，则根据已知方法通过压力机将外管20制成椭圆形。

在弯曲之前或弯曲期间，可以在插入第二管220之前或在插入第二管220之后在第一管20的壁6上产生凹部7。这些凹部7使得可以在弯曲步骤期间保持内管220相对于外管20基本居中。

根据本发明的用于制造热交换器的替代方法提供了在第一管2内插入具有波纹状外表面26的第二管221，并且随后弯曲第一管2，以形成由第一管2构成的第一基本圆柱形螺旋3和由第二管221构成的第二基本圆柱形螺旋。第一管2可具有基本上圆形或椭圆形的横截面。

根据该方法，外管2也可以具有基本上圆形的初始部分，并且在插入第二管221之前或者在弯曲之后根据已知的方法通过压力机被制成椭圆形。

因此，根据本发明的方法允许产生提供最佳热交换的蛇形交换器。内管的位置相对于外管沿蛇形管的轴线XX′居中。内管相对于轴线X′X的径向或直径位置可以相对于外管的横截面居中或不居中。在后一种情况下，为了更有效的热交换，内管的位置相对于外管的横截面的中心线被偏移为更接近轴线XX′。此外，随后由梳状物分离的蛇形的紧密堆叠形式使得可以保持盘管之间的恒定距离，从而改善热交换。

Claims (9)

1.一种热交换器，包括缠绕成第一基本圆柱形螺旋(3)的第一管(2；20)，第一流体能够在所述第一管中循环，以及缠绕成第二基本圆柱形螺旋(33、33’)的第二管(22；221)，第二流体能够在所述第二管中循环，所述第二管(22；221)布置在所述第一管(2；20)内部，其中所述第一基本圆柱形螺旋(3)的中值直径(D)比第二基本圆柱形螺旋(33′)的中值直径(D′)大。

2.根据权利要求1所述的热交换器，其中所述第二管(22；221)以不与中心线(H-H)相交的方式定位在所述第一管(2；20)内部。

3.一种热交换器，包括缠绕成基本圆柱形螺旋(3)的第一管(2；20)，第一流体能够在所述第一管中循环，以及缠绕成基本圆柱形螺旋(33、33’)的第二管(22；221)，第二流体能够在所述第二管中循环，所述第二管(22；221)布置在所述第一管(2；20)内部，所述第一管(2；20)和所述第二管(22；221)具有基本上椭圆形的横截面。

4.根据权利要求3所述的热交换器，其中所述第一管具有扁平的基本上椭圆形的横截面，并且其中所述第二管(22；221)具有非扁平的横截面。

5.一种热交换器，包括缠绕成基本圆柱形螺旋(3)的第一管(2；20)，第一流体能够在所述第一管中循环，其特征在于，所述热交换器包括用于使所述第一管(2；20)的盘管(21)彼此间隔开的装置(11)。

6.根据权利要求5所述的热交换器，其特征在于，用于使所述盘管(21)间隔开的所述装置(11)是梳形的。

7.一种热交换器，包括缠绕成第一基本圆柱形螺旋(3)的第一管(2；20)，所述第一基本圆柱形螺旋(3)具有紧密堆叠的盘管(21)，以及缠绕成第二基本圆柱形螺旋(33、33’)的第二管(22；221)，所述第二基本圆柱形螺旋(33、33’)具有不紧密堆叠的盘管，所述第二管(22；221)布置在所述第一管(2；20)内部，热交换器还包括分开和隔开第一基本圆柱形螺旋(3)的盘管(21)的间隔装置(11)。

8.根据权利要求7所述的热交换器，其中，所述第二管(22)的端部(241、251)在完成将所述第二管(22)设置在所述第一管(2)内之后形成直线构造。

9.根据权利要求8所述的热交换器，其中所述第二管(22)的端部(241、251)与所述第一管(2)的端部通过端部端子而同轴地对齐。