CN212567063U - 换热件及加热器具 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种换热件，包括供第一换热介质通过的第一换热通道和供第二换热介质通过的第二换热通道，换热件还包括管壁，管壁隔断第一换热通道和第二换热通道，第一换热通道由管壁的内表面合围形成，管壁包括凸起换热部，凸起换热部在第一换热通道的轴向上由两段管壁弯折形成，凸起换热部朝向第二换热通道的一侧凸起，第二换热通道形成于相邻的凸起换热部之间。如此，避免了换热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，且因不需换热片与管焊接，大大改善漏水问题，提高产品合格率。

Description

换热件及加热器具

技术领域

本实用新型涉及加热技术领域，特别是涉及换热件及加热器具。

背景技术

燃气热水器目前主要使用铜质材料制作换热器，由于部分地区的自来水含有电解质较高，电解质会对铜材质换热器产生电化学腐蚀，进而造成燃气热水器腐蚀漏水现象，某些严重地区铜质换热器仅使用3个月就被腐蚀穿，影响用水安全。为了提高燃气热水器使用寿命，防止换热器腐蚀漏水，目前市场上已有燃气热水器使用不锈钢换热器，与传统铜质换热器相比，不锈钢换热器具有更好的耐腐蚀性能。但市上不锈钢换热器大都沿用传统管翅片式结构，存在局部过热、工艺复杂(翅片与管之间需要采用胀管工艺及焊接)等问题。

另有部分燃气热水器的换热器采用螺旋翅片管形式，带状的翅片围绕着换热管进行螺旋式盘旋，翅片一边缘与管壁之间的进行焊接。由于螺旋翅片管的翅片与管之间需要焊接，焊接工艺复杂,对焊接要求更高,易产生晶格变化，热阻较大。另外，为了防止焊接对管壁损坏漏水，其管壁厚度需要较厚，并且由于不锈钢的换热系数小，螺旋翅片管的翅片换热效果不高，换热效果不理想，换热效率难有很大的提升。

实用新型内容

本实用新型所解决的技术问题是要提供一种换热件，在满足换热效率的同时，实现降低组装复杂度和提升产品可靠性。

上述技术问题通过以下技术方案进行解决：

一种换热件，换热件内形成有供第一换热介质通过的第一换热通道，换热件外形成有供第二换热介质通过的第二换热通道，换热件还包括管壁，管壁隔断第一换热通道和第二换热通道，第一换热通道由管壁的内表面合围形成，管壁包括多个沿第一换热通道的轴向间隔分布的凸起换热部，部分管壁弯曲形成凸起换热部，凸起换热部围绕第一换热通道布置，第二换热通道形成于相邻的凸起换热部之间。

本实用新型的换热件，与背景技术相比所产生的有益效果：由于凸起换热部由管壁弯曲形成，即实现了换热片与管体的一体化，避免了换热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，且因不需换热片与管焊接，大大改善漏水问题，提高产品合格率，同时避免了螺旋翅片管的焊接工艺复杂、对焊接要求更高、易产生晶格变化、热阻较大等问题(由于不锈钢换热系数决定了，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，效率提升难改善)。此外，凸起换热部由管壁弯折形成，工艺上更容易实现批量化和标准化，也由于标准化生产可以实现换热片与第一换热通道(即内管通道)距离较为均匀，避免了局部高温损坏现象，保证了换热件乃至产品的可靠性。

在其中一个实施例中，凸起换热部包括相互连接的第一弯折区和第二弯折区，第一弯折区平行于第二弯折区。由于凸起换热部的第一弯折区和第二弯折区相互平行，可以用于在单位距离内增加凸起换热部的数量，进而增大管壁和第二换热介质的接触面积。

在其中一个实施例中，第一弯折区和第二弯折区垂直于第一换热通道的轴向。将第一弯折区和第二弯折区设置为垂直于第一换热通道的轴向，一方面可以用于进一步增大管壁和第二换热介质的接触面积，另一方面还可用于减小多个换热件组装时的距离，增加组装稳定性和结构紧凑性。

在其中一个实施例中，同一凸起换热部的第一弯折区和第二弯折区间形成尺寸为L1的间隙，L1的取值范围为0.8mm至2.5mm。为实现更好的换热效果，限定凸起换热部中两个弯折区之间形成间隙的尺寸为0.8-2.5mm。

在其中一个实施例中，同一凸起换热部的第一弯折区和第二弯折区完全叠合。将凸起换热部的两个弯折区设为完全叠合的结构，即将凸起换热部中两个弯折区拍平(L1趋近于零)，可用于最大化地增大管壁和第二换热介质的接触面积，即一定长度的换热件(如换热管)的管壁可以布置更多用于与第二换热介质进行热交换的凸起换热部。

在其中一个实施例中，相邻两个凸起换热部之间间距的尺寸为L2，L2的取值范围为1.5mm至3mm。将两个凸起换热部之间间距的尺寸限制在1.5-3mm的范围内，可以使经过第二换热通道的第二换热介质顺利流通且将流速控制在保证换热的合理范围内。

在其中一个实施例中，凸起换热部相对于第一换热通道凸起的高度为L3，L3的取值范围为2mm至5mm。将凸起换热部的高度范围取值2-5mm，进一步限定了第二换热通道的尺寸，用于提升换热效果。

在其中一个实施例中，管壁还包括围合部，围合部与凸起换热部相间设置，围合部朝向第一换热通道凸起，围合部的内表面呈圆滑状。设置向第一换热通道凸起的围合部，可在第一换热通道中实现扰流的效果，用于提升换热效果。

在其中一个实施例中，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。

本实用新型还提供了一种加热器具，包括上述的换热件。其中，加热器具可以是一种换热器，也可以是一种热水器产品，具体可以包括燃气热水器。加热器具的换热件实现了换热片与管体的一体化，避免了换热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，且因不需换热片与管焊接，大大改善漏水问题，提高产品合格率。

附图说明

构成本申请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。

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。

图1为一个实施例中的换热件结构示意图；

图2为图1所示出的换热件的轴向剖视图；

图3为图2的I部放大图；

图4为另一个实施例中的换热件的结构示意图；

图5为图4所示出的换热件的组装图；

图6为又一个实施例中的加热器具的结构示意图；

图7为传统换热片的热场分析图；

图8为对照组换热件的热场分析图；

图9为优选参数的换热件的热场分析图。

附图标记：

1、第一换热通道；2、第二换热通道；3、管壁；31、凸起换热部；311、第一弯折区；312、第二弯折区；32、围合部；33、连接部；4、连接弯头；5、水管接头；6、壳体。

具体实施方式

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。

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。

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。

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。

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。

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。

在一个实施例中，请参考图1至图3，一种换热件，换热件内形成有供第一换热介质通过的第一换热通道1，换热件外形成有供第二换热介质通过的第二换热通道2，还包括管壁3，管壁3隔断第一换热通道1和第二换热通道2，第一换热通道1由管壁3的内表面合围形成，管壁3包括多个沿第一换热通道1的轴向间隔分布的凸起换热部31，部分管壁3弯曲形成凸起换热部31，凸起换热部31围绕第一换热通道1布置，第二换热通道2形成于相邻的凸起换热部31之间。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。

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，即换热件可以是圆形或椭圆形的管件经加工形成一圈一圈朝外凸起的多个凸起换热部31，该凸起换热部31为管壁3的一部分，可以简单理解为换热件为一根或数根换热管，换热管的管壁3沿换热管的轴线旋转形成内管通道是为第一换热通道1，凸起换热部31在沿换热管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，多个换热片相连其横截面如“n”型与“U”型相连，具有凸凹波纹状相错排列。图中示出的换热件呈直管状仅为示例，另外换热件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3采用不锈钢材料一体加工制成。当然，换热件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，换热件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(例如换热件由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，连接部位于换热件两端，实现了换热片与管体的一体化，其中，换热件可以是有缝管(管壁具有沿轴向延伸的接缝)，也可以是无缝管。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3，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3弯曲形成，即实现了换热片与管体的一体化，避免了换热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，且因不需将换热片与管进行焊接，大大改善漏水问题，提高产品合格率。

进一步地，请参阅图3，凸起换热部31包括相互连接的第一弯折区311和第二弯折区312，第一弯折区311平行于第二弯折区312。由于凸起换热部31的第一弯折区311和第二弯折区312相互平行，可以用于在单位距离内增加凸起换热部的数量，进而增大管壁3和第二换热介质的接触面积。优选地，第一弯折区311和第二弯折区312垂直于第一换热通道1的轴向。将第一弯折区311和第二弯折区312设置为垂直于第一换热通道1的轴向，一方面可以用于进一步增大管壁3和第二换热介质的接触面积，另一方面还可用于减小多个换热件组装时的距离，增加组装稳定性和结构紧凑性，如将凸起换热部31的厚度设置为与凸起换热部31之间的间隙适配，则一换热件的凸起换热部31可以根据需要嵌入相邻换热件的两凸起换热部31之间的间隙中。当然，凸起换热部31的两个弯折区也可以是不垂直于第一换热通道1的轴向，如凸起换热部31相对于第一换热通道1朝向同一方向倾斜，如此，相同的翅片高度可以具有接触第二换热介质更大的换热面积，使得在相同的换热水平上结构更为紧凑。

进一步地，请参阅图3，同一凸起换热部31的第一弯折区311和第二弯折区312间形成尺寸为L1的间隙，相邻两个凸起换热部31之间间距的尺寸为L2，凸起换热部31相对于第一换热通道1凸起的高度为L3，管壁3还包括围合部32和连接部33，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。设置向第一换热通道1凸起的围合部32，可在第一换热通道1中实现扰流的效果，提升换热效果。类似于在管壁3内表面形成有扰流凸环，扰流凸环为环形内凸起，与凸起换热部31相连部位的波谷相对应。相比于普通换热器的换热管采用光管(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则可用于换热件与其他部件的连接，如连接部33设为光管形状，用于在换热件的两端与弯管或连通凸包等形式的连通器进行连接。

具体地，L1的取值范围为0.8mm至2.5mm，或将同一凸起换热部31的第一弯折区311和第二弯折区312完全叠合，即L1趋近于零；L2的取值范围为1.5mm至3mm；L3的取值范围为2mm至5mm。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3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。请参阅图7至图9，图7示出的是传统换热片(一片式翅片)的热场分析图，图中可见翅片远离换热管的部分温度高达500-600℃，其左右两侧高温区达595℃，以及第二层换热管下侧高温区达到595℃，需对高温区进行较为精确的裁剪，以避免局部高温损坏现象，尤其是不锈钢材质换热系数较小，需要把换热片远离换热管壁的大量不锈钢材料冲裁掉，造成大量材料浪费，以及增加了工艺复杂性；图8示出的是对照组换热件的热场分析图，选取的换热件尺寸参数为L1＝0.4mm、L2＝1.0mm、L3＝5mm，仿真结果显示凸起换热部31末端受高温烟气加热温度高达500℃，由于L1槽过小，L1内部槽水不易流动，受热不易于往换热通道1传递，造成凸起换热部31末端温度过高；图9示出的是优选参数的换热件的热场分析图，选取的换热件尺寸参数为L1＝1.2mm、L2＝2mm、L3＝5mm，取L1＝0-3.5mm进行仿真，随着L1的增大，其单位换热面积的换热功率渐增大，接近3mm时其单位换热面积的换热功率开始变小。因此优选地L1＝0.8-2.5mm，或也可把L1间隙取L1＝0，即接近第一弯折区311和第二弯折区312拍平。其中，图7至图9中的模拟热源均位于换热件下方。此外，第二换热通道2的L2值过大，合围部32距离过宽，其凸起趋于平缓，不利于对第一换热通道1内的水进行扰流，不利于提升换热效果，且L2值过大使得第二换热通道2内的烟气与凸起换热部31的接触面积变小，不利于强化换热；同样L2过小，合围部32距离过窄，其凸起过小过密，也不利于提升换热效果。取L2＝0.5-4.0mm进行仿真研究，随着L2的增大，其单位换热面积的换热功率渐增大，接近4mm时其单位换热面积的换热功率变小，因此优选地L2＝1.5-3.0mm。而对翅片高度L3的研究也显示，当L3过高时，不利于凸起换热部31内部水流动换热，造成凸起换热部31末端外轮廓温度易过高，同样如果翅片高度L3过小，则不利于换热面积的增大，因此综合考虑优选地取L3＝2-5mm。

在另一个实施例中，请参阅图4、图5，换热件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，换热管首尾相连形成完整水路，烟气从换热片之间流过与水换热。其中管壁3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4。其中在换热件可以与水管接头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件做成不同造型，由于其表面由波纹状组成，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。

在又一个实施例中，请参阅图6，一种加热器具可以是换热器，其包括上述实施例中的换热件。加热器具包括壳体6、连接弯头4和水管接头5等，换热件设置在壳体6中，换热件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)，换热件与其他管路的水路通过水管接头5进行连通。

另外，加热器具也可以是一种热水器产品，具体可以包括燃气热水器，其中第一换热介质为水，第二换热介质为烟气，烟气为换热件的管壁3内腔流过的水加热。

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。

在本实施例中，加热器具的换热件的凸起换热部31与管材一体成型，即完全避免了换热片与管体间接的间隙问题，杜绝了换热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，且因不需换热片与管焊接，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。

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。

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。

Claims (10)

1.一种换热件，所述换热件内形成有供第一换热介质通过的第一换热通道(1)，所述换热件外形成有供第二换热介质通过的第二换热通道(2)，其特征在于，所述换热件还包括管壁(3)，所述管壁(3)隔断所述第一换热通道(1)和所述第二换热通道(2)，所述第一换热通道(1)由所述管壁(3)的内表面合围形成，所述管壁(3)包括沿所述第一换热通道(1)的轴向间隔分布的凸起换热部(31)，部分所述管壁(3)弯曲形成所述凸起换热部(31)，所述凸起换热部(31)围绕所述第一换热通道(1)布置，所述第二换热通道(2)形成于相邻的所述凸起换热部(31)之间。

2.根据权利要求1所述的换热件，其特征在于，所述凸起换热部(31)包括相互连接的第一弯折区(311)和第二弯折区(312)，所述第一弯折区(311)平行于所述第二弯折区(312)。

3.根据权利要求2所述的换热件，其特征在于，所述第一弯折区(311)和所述第二弯折区(312)垂直于所述第一换热通道(1)的轴向。

4.根据权利要求2所述的换热件，其特征在于，同一所述凸起换热部(31)的所述第一弯折区(311)和所述第二弯折区(312)间形成尺寸为L1的间隙，L1的取值范围为0.8mm至2.5mm。

5.根据权利要求2所述的换热件，其特征在于，同一所述凸起换热部(31)的所述第一弯折区(311)和所述第二弯折区(312)完全叠合。

6.根据权利要求1所述的换热件，其特征在于，相邻两个所述凸起换热部(31)之间间距的尺寸为L2，L2的取值范围为1.5mm至3mm。

7.根据权利要求1所述的换热件，其特征在于，所述凸起换热部(31)相对于所述第一换热通道(1)凸起的高度为L3，L3的取值范围为2mm至5mm。

8.根据权利要求1所述的换热件，其特征在于，所述管壁(3)还包括围合部(32)，所述围合部(32)与所述凸起换热部(31)相间设置，所述围合部(32)朝向所述第一换热通道(1)凸起，所述围合部(32)的内表面呈圆滑状。

9.根据权利要求1-8任一项所述的换热件，其特征在于，所述管壁(3)采用不锈钢材料一体加工制成。

10.一种加热器具，其特征在于，包括权利要求1-9任一项所述的换热件。

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