专利名称：一种套管式换热器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种换热器，进一步说，本实用新型是一种采用塑料管作为外管 的套管式换热器。
背景技术：
套管式换热器是一种常见的换热器，其基本构造是两个不同直径的管子，直径大 的(一般称为外管)套在直径小的(一般称为内管)外面，两种温度不同的流体(一般称 为冷流体和热流体)分别在内管里面以及内外管之间的夹缝中逆向流动，通过内管的管壁 进行热量的交换。目前常见的套管式换热器以金属套管为主，即内管和外管均为金属管，如紫铜管、 不锈钢管、钛管等。换热器的形状根据套管的不同，有很多种，其中以紫铜管为套管的多为 螺旋盘状为主，这是因为紫铜管比较软，容易加工成螺旋形盘状。以不锈钢管、钛管为套管 的换热器，一般都是采用直管加U形弯管通过法兰或焊接等方式组合而成。之所以采用金 属管比较普遍，主要是金属管便于焊接，内外管容易进行隔离，同时承压能力也比较大。但是，采用全金属套管，消耗的金属比较多，整套设备的质量也比较大，制造、安装 和运输成本都比较高。同时，由于金属套管式换热器多采用焊接进行连接，可拆卸性很差， 因此，管路里面不便于清洗。当换热的流体不纯，或者易产生污垢，容易发生管路堵塞的问 题。同时，由于全部采用金属管道，当外管不做保温处理的时候，热量容易通过外管对外散 失，如果增加外管的保温措施，又会增加一些成本，同时，维护保养也更加复杂。随着塑料管材的开发成功，塑料管材的一些优良特性，如重量轻、安装方便、不结 垢、水流阻力小、耐腐蚀、价格便宜等，在某些领域逐步取代了金属管材。但利用塑料管材 来做套管式换热器，目前仍然存在不少的问题，首先是塑料管材耐压能力不如金属管材；其 次，塑料管材韧性差，不能像金属管材那样可以弯折处理，一般也不能像金属管材那样做切 削、焊接等机械加工；再其次，塑料管材只能用于比较窄的温度范围，线性膨胀率也比金属 管材高；再其次，如果用塑料管材作外管，需要特定的管件支持，而目前市面上缺乏相关的 管件，需要开模定制，而注塑模具成本远高于金属的砂型铸造模具；最后，塑料管材的导热 能力很差，如PP-R管材的导热系数只有不锈钢钢管的1/200，紫铜管的1/1600，不能用作内 管。目前的金属套管式换热器之所以普遍，主要是因为它们多用于高温、高压、高腐蚀 等应用场合，而且所应用的流体一般比较纯净，换热器无需经常拆卸清洗。而事实上，如果 要对一些低压(不超过1.2MPa)、低温(5 90°C以内)、低腐蚀、存在一定杂质的流体进行 换热处理，特别是应用到日常生活中废热回收的场合，如洗浴后的废水热能回收等，则应用 全金属的套管式换热器存在很多缺点，如全金属的套管式换热器不仅笨重，体积也大，成本 高昂，维护的成本也很高。若在上述应用中使用塑料管材作为换热器外管，则能带来很多好 处，如大大降低设备的重量，降低制造成本，同时，塑料管材不结垢、水流阻力小、耐腐蚀等 优良特性能大大降低换热器的维护成本。但目前市面上仍然没有实用的以塑料作为外管的套管式换热器，主要是缺乏能实际生产制造及应用的方案，本实用新型的提出，解决了上述 的难题。
实用新型内容为实现上述目的，本实用新型的技术方案如下一种套管式换热器，由塑料外管、金属内管、含金属嵌件的塑料H形四通、含金属 嵌件的塑料T形三通、环状橡胶密封圈、带金属活动接头的金属U形管、金属直通接头组成。H形四通具有两个等长平行的直通，中间有一个侧通，以侧通为界，两侧的直通端 口平齐，一侧的两个直通端口均含有带内螺纹的金属嵌件，另一侧为塑料端口。T形三通具有一个直通，中间有一个侧通，侧通端口可以为塑料端口，也可以是带 有含螺纹的金属嵌件的端口，直通的一端含有带内螺纹的金属嵌件，另一个端口为塑料端H形四通和T形三通含金属嵌件端口的底部中心都有一个圆孔，其大小刚好容许 内管通过。U形管为一个金属管弯折180度而成，两端具有一段等长平行的直管段，内径稍大 于内管的外径，外面各套有一个管状活动接头。U形管两端端口处有喇叭状扩口，端口平齐，扩口的外径大于活动接头的内径。活动接头具有与H形四通嵌件端口内螺纹匹配的外螺纹，靠近U形管扩口处有与 之匹配的倒角，靠近U形管中心的一侧端口具有多角头。H形四通的两端端口的中心距与U形管两端端口的中心距相等。金属直通接头一头的内径稍大于内管的外径，且带有与T形三通嵌件端口内螺纹 匹配的外螺纹，直通接头的中间带有多角头，另一头带有外螺纹或内螺纹。其连接关系为，套管之间的拼接采用H形四通、环状橡胶密封圈、带活动接头的U 形管完成，形成阵列结构，换热器最终的两个端口采用T形三通、环状橡胶密封圈、金属直 通接头完成分离引出，外管同H形四通、T形三通的塑料端口连接，内管穿越H形四通、T形 三通嵌件端口的圆孔，然后两头都套上橡胶密封圈，插入U形管两端的直管段或金属直通 接头一定的深度，用U形管的活动接头或金属直通接头拧紧。外管、H形四通、T形三通的塑料材质为PP_R(无规共聚聚丙烯)或PE(聚乙烯)， 外管与H形四通、T形三通的塑料端口的连接方法为热熔连接。或者外管、H形四通、T形 三通的塑料材质为PVC (聚氯乙烯)或ABS (丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物)，外管与H形 四通、T形三通的塑料端口的连接方法为胶粘。H形四通可以是经注塑一次成型的，也可以是预先由两个T形三通对侧通进行拼 接而成。内管、U形管的材质为紫铜或不锈钢，H形四通和T形三通的嵌件、U形管的活动接 头、直通接头的材质为黄铜或不锈钢。内管为两头带有光滑段的金属波纹管，或者两头为光滑段，中间段的内外表面具 有螺线纹路。橡胶密封圈的材质为硅橡胶、三元乙丙橡胶或丁腈橡胶，其截面形状为圆形、梯形 或长方形。
4[0023]下面对本技术方案作进一步的说明。根据流体的压力和温度的不同，换热器的外管可以采用PP_R(无规共聚聚丙烯)、 ABS (丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物)、PE (聚乙烯)或PVC (聚氯乙烯)等成熟的水管。 其中，PP-R、ABS、PE类管材可以传输的流体温度可达到90°C，而PVC类管材可达到40°C，可 分别用于不同的场合。因为塑料管材的导热率低，恰好可以起到保温的作用，降低了外管的 散热损耗。内管作为换热管，则不能应用塑料管，根据流体的腐蚀性、压力的不同，可以采用 紫铜管、不锈钢管等。因换热器的套管段受到安装空间的限制，不可能无限长，为了提高换热面积，增强 换热效果，需要将多个套管段连接起来。因此，外管和内管都需要一些特别的部件来完成衔 接和隔离。本方案采用含金属嵌件的塑料H形四通结合环状橡胶密封圈、带金属活动接头 的金属U形管来完成。其中H形四通具有两个等长平行的直通，中间有一个侧通，以侧通为 界，两侧的直通端口平齐，一侧的两个直通端口均含有带内螺纹的金属嵌件，另一侧为塑料 端口。U形管为一个金属管弯折180度而成，两端具有一段等长平行的直管段，内径稍大于 内管的外径，外面各套有一个管状活动接头。U形管两端端口处有喇叭状扩口，端口平齐， 扩口的外径大于活动接头的内径。活动接头具有外螺纹，且与H形四通内螺纹匹配。靠近U 形管扩口处有与之匹配的倒角，以便与扩口接触，传递挤压力给橡胶圈，并减少对扩口的磨 损。靠近U形管中心的一侧端口具有多角头(如常见的六角头)，便于使用扳手等工具。H 形四通的两端端口的中心距与U形管两端端口的中心距相等，以便U形管两端直管段能套 在内管上。外管连接到H形四通的塑料端口，根据塑料的不同，采用胶粘(ABS、PVC等)或 热熔(PP-R、PE等)的方法。内管则穿越H形四通嵌件端口底部中心的圆孔，套上环状橡胶 密封圈，并插入U形管两端的直管段一定的深度，拧紧U形管的活动接头，使橡胶密封圈紧 密压紧内管和金属嵌件，形成密封。换热器两种流体的最终出入口，采用含金属嵌件的塑料T形三通、环状橡胶密封 圈、金属直通接头完成分离引出。T形三通具有一个直通，中间有一个侧通。侧通端口可以 为塑料端口，也可以是带有含螺纹的金属嵌件的端口，根据具体应用而定。T形三通直通的 一端含有带内螺纹的金属嵌件，另一个端口为塑料端口。金属直通接头一头带有与T形三 通嵌件端口内螺纹匹配的外螺纹，且这一头的内径稍大于内管的外径，以便与内管插入一 定的深度。直通接头的中间带有多角头(如常见的六角头)，便于使用扳手等工具。直通接 头的另一头根据情况带有外螺纹或内螺纹，供外部连接。其连接方法类似于套管段与H形 四通的连接，即外管与T形三通的塑料端口连接，根据塑料的不同，采用胶粘(ABS、PVC等) 或热熔(PP_R、PE等)的方法。内管则穿越T形三通嵌件端口底部中心的圆孔，套上环状橡 胶密封圈，并插入金属直通接头一定的深度，拧紧金属直通接头，使橡胶密封圈紧密压紧内 管和金属嵌件，形成密封。上述H形四通和T形三通的材质应当同外管的材质一致，并采用注塑成型的方法 制成。H形四通若采用一次成型的模具，则可以有效的缩小两端端口的中心距，提高套管的 安装密度。但H形四通中间的侧通脱模有一定的难度，模具比较复杂，成本比较高，因此可 以使用两个T形三通来合成，如将两个侧通不等径的T形三通对侧通进行拼接而成，也可以 采用侧通带含螺纹金属嵌件的两个T形三通拼合而成。H形四通和T形三通的金属嵌件一 般采用黄铜或不锈钢制成。在塑料管件中嵌入金属管件是一种成熟的工艺，之所以应用金
5属嵌件，主要是因为塑料上直接制成的螺纹接口强度很差，容易损坏，而嵌入含螺纹的金属 嵌件则能解决这个问题。金属嵌件的设计和制造也是目前成熟的工艺，属于公知技术。上述U形管可以采用以紫铜管或者不锈钢管作为原料管弯制而成，若原料管原本 的内径就稍大于换热器内管，则U形管两端的直管段就只需要套上活动接头后做扩口处理 即可，一般扩口的角度为45度。若原料管的内径同换热器内管一样或者接近，则可以先对 直管段进行挤压处理，形成一段内径稍大于换热器内管的承口，然后套上活动接头后再做 扩口处理。上述承口和扩口工艺都是金属管材加工的常用工艺，属于行业内的公知技术。U 形管上的活动接头一般采用黄铜或不锈钢制成。上述金属直通接头一般采用黄铜或不锈钢制成。上述环状橡胶密封圈，一般采用硅橡胶、三元乙丙橡胶或丁腈橡胶等材料制成，根 据流体的温度、压力而定。其截面可以是形状为圆形、梯形或长方形，一般只要保证一定的 截面积，基本上都能满足要求。为了增强单个套管的换热效果，金属内管可以采用波纹管或者带有螺旋纹路的螺 纹管，其两头具有光滑段，以便于密封。合理的利用H形四通，可以实现套管的多层次安装，如将H形四通垂直安装，就可 以实现套管的跨层连接，这样可以有效的增加套管的安装密度。本实用新型相对于现有的金属套管式换热器方案，具有如下的优点1，塑料外管的保温效果远胜于金属外管，如PP-R管的导热系数约只有不锈钢的 1/200，所以外管几乎不需要进行保温处理，能有效减少外管散热带来的热量损失，提高了 换热效果。2，相对于金属管材和管件来说，塑料管材和管件的质量很轻，整个设备的质量减 轻很多，降低了制造、安装和运输成本。3，相对于金属外管和管件来说，塑料外管和管件更为便宜，整个设备的材料成本 能有效降低。4，塑料外管及管件耐腐蚀性很强，不会生锈，寿命很长，维护成本较低。5，塑料外管及管件不结垢，内壁光滑，水流阻力小，降低了换热器配套流体驱动设 备的功耗。6，由于采用了可拆卸式设计，内管可以拆卸出来，所以无论是内管和外管，都可以 进行有效的清洗，可以有效防止换热器出现堵塞的情况发生。7，由于采用了可拆卸式设计，金属内管发生腐蚀损坏后，可以进行局部更换，系统 总体寿命能得到有效的增加。下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。
图1为本实用新型的单层装配实例的立体示意图；图2为本实用新型的单层装配实例的平面顶视示意图；图3为H形四通装配部分零件的立体示意图；图4为T形三通装配部分零件的立体示意图；图5为H形四通装配部分(图1中细节I)的平面剖视图；[0047]图6为U形管平面剖视图；图7为U形管的第二种形式；图8为T形三通装配部分(图1中细节II)的平面剖视图；图9为金属直通接头的第二种形式；图10为T形三通的第二种形式；图11为T形三通的第三种形式；图12为橡胶密封圈的几种形式；图13为本实用新型的双层装配实例的立体示意图；图14为本实用新型的双层装配实例的平面顶视示意图。图中的标注如下1、H形四通，2、橡胶密封圈，3、U形管，4、活动接头，5、T形三通，6、直通接头，7、金 属嵌件，8、外管，9、内管，10、六角头，11、倒角，12、扩口，13、承口段；I、II为细节区域；实心 箭头、空心箭头分别表示两种流体的流动方向。附图中，为了不影响观看，部分剖面线没有显示。
具体实施方式
图1为本实用新型的单层装配实例的立体示意图，图2为单层装配实例的平面顶 视示意图，两者可以形象的说明本实用新型的大致结构。图3、图4分别展示了 H形四通和 T形三通配套的零件的立体示意图，可以方便的理解H形四通和T形三通配套零件装配的原 理和过程。本例中，H形四通和T形三通的金属嵌件采用同一种内螺纹的嵌件，T形三通的侧 通也采用了相同的内螺纹金属嵌件，橡胶密封圈也采用同样的规格，这样能有效的减少物 料的种类，降低制造和管理成本。本例中，H形四通和T形三通采用PP-R注塑而成，外管采 用市面上常见的PP-R管，内管和U形管采用紫铜管制造而成，活动接头、直通接头、H形四 通和T形三通的金属嵌件采用黄铜制成。图5为本例中H形四通及其配套零件装配的平面剖视图，对应图2中的细节I。由 图5可知，H形四通1与外管8首先通过热熔连接成一体，然后套上内管9，穿过H形四通 金属嵌件7端口的底部圆孔，将橡胶密封圈2套在内管上，然后将U形管3的两端套在内管 上，旋入活动接头4。拧紧，直至橡胶密封圈受压变形，达到密封效果。图6展示了 U形管3 的细节，其中活动接头4带有一个六角头10，便于使用扳手等工具。活动接头靠近U形管 扩口 12的地方还有一个大的倒角11，与扩口 12的角度一致，这样挤压橡胶密封圈时，它们 能起到紧密的配合。图6中的U形管内径均勻，且都稍大于内管的外径，而图7展示了另 一种形式的U形管，即其管径与换热器内管接近，为了能使内管插入一定的深度，因此加工 时，需要将其挤压出一个承口段13，然后再做扩口。图8为本例中T形三通及其配套零件装配的平面剖视图，对应图2中的细节II。 由图8可知，T形三通5与外管8首先通过热熔连接成一体，然后套上内管9，穿过T形三通 金属嵌件7端口的底部圆孔，将橡胶密封圈2套在内管上，然后将金属直通接头6带有与T 形三通金属嵌件内螺纹匹配的一端套在内管上，拧紧，直至橡胶密封圈受压变形，达到密封 效果。直通接头6两端都有外螺纹，中间有六角头，便于使用扳手等工具。图9展示了另一种形式的直通接头，与图8中的直通接头相比，差别在于其左侧的螺纹接口为内螺纹，可应 用在一些需要内螺纹的场合。图8中的T形三通的侧通带有内螺纹嵌件，根据具体的应用 情况，也可以选择使用图10、图11的T形三通，后两者的变化在于，图10的侧通含有外螺纹 嵌件，图11的侧通则为塑料端口。本例中，橡胶密封圈2的形式并没有大的限制，材料可以选择常用的硅橡胶、三元 乙丙橡胶或丁腈橡胶等，其截面形状为圆形、梯形或长方形等，图12展示了几种常见的截 面形状。图13、图14展示了一种双层装配的实例，前者为立体示意图，后者为平面顶视示 意图。为了实现双层装配，靠边的一个H形四通需要垂直放置，相应的U形管也垂直装配， 这样，套管就可以实现上下层的连接。采用类似的手法，多层装配就可以轻松实现。以上实施例仅对技术要点部分进行了说明，至于一些涉及到的公知技术，上述描 述中若存在遗漏，不造成对本实用新型的实用性的损害。另外，上述实施例仅用于说明本实 用新型的技术方案，而非对其进行限制，依然可以根据本实用新型的基本原理对技术方案 进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本实用 新型技术方案的精神和范围。
权利要求一种套管式换热器，其特征是该换热器由塑料外管、金属内管、含金属嵌件的塑料H形四通、含金属嵌件的塑料T形三通、环状橡胶密封圈、带金属活动接头的金属U形管、金属直通接头组成；H形四通具有两个等长平行的直通，中间有一个侧通，以侧通为界，两侧的直通端口平齐，一侧的两个直通端口均含有带内螺纹的金属嵌件，另一侧为塑料端口；T形三通具有一个直通，中间有一个侧通，侧通端口可以为塑料端口，也可以是带有含螺纹的金属嵌件的端口，直通的一端含有带内螺纹的金属嵌件，另一个端口为塑料端口；H形四通和T形三通含金属嵌件端口的底部中心都有一个圆孔，其大小刚好容许内管通过；U形管为一个金属管弯折180度而成，两端具有一段等长平行的直管段，内径稍大于内管的外径，外面各套有一个管状活动接头；U形管两端端口处有喇叭状扩口，端口平齐，扩口的外径大于活动接头的内径；活动接头具有与H形四通嵌件端口内螺纹匹配的外螺纹，靠近U形管扩口处有与之匹配的倒角，靠近U形管中心的一侧端口具有多角头；H形四通的两端端口的中心距与U形管两端端口的中心距相等；金属直通接头一头的内径稍大于内管的外径，且带有与T形三通嵌件端口内螺纹匹配的外螺纹，直通接头的中间带有多角头，另一头带有外螺纹或内螺纹；其连接关系为，套管之间的拼接采用H形四通、环状橡胶密封圈、带活动接头的U形管完成，形成阵列结构，换热器最终的两个端口采用T形三通、环状橡胶密封圈、金属直通接头完成分离引出，外管同H形四通、T形三通的塑料 端口连接，内管穿越H形四通、T形三通嵌件端口的圆孔，然后两头都套上橡胶密封圈，插入U形管两端的直管段或金属直通接头一定的深度，用U形管的活动接头或金属直通接头拧紧。
2.根据权利要求1所述的套管式换热器，其特征是所述及的外管、H形四通、T形三通 的塑料材质为PP-R (无规共聚聚丙烯)或PE (聚乙烯)，外管与H形四通、T形三通的塑料 端口的连接方法为热熔连接。
3.根据权利要求1所述的套管式换热器，其特征是所述及的外管、H形四通、T形三通 的塑料材质为PVC(聚氯乙烯)或ABS (丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物)，外管与H形四 通、T形三通的塑料端口的连接方法为胶粘。
4.根据权利要求1所述的套管式换热器，其特征是所述及的H形四通可以是经注塑 一次成型的，也可以是预先由两个T形三通对侧通进行拼接而成。
5.根据权利要求1所述的套管式换热器，其特征是所述及的内管、U形管的材质为紫 铜或不锈钢，H形四通和T形三通的嵌件、U形管的活动接头、直通接头的材质为黄铜或不锈 钢。
6.根据权利要求1所述的套管式换热器，其特征是所述及的内管为两头带有光滑段 的金属波纹管。
7.根据权利要求1所述的套管式换热器，其特征是所述及的内管的两头为光滑段，中 间段的内外表面具有螺线纹路。
8.根据权利要求1所述的套管式换热器，其特征是所述及的橡胶密封圈的材质为硅 橡胶、三元乙丙橡胶或丁腈橡胶，其截面形状为圆形、梯形或长方形。
专利摘要本实用新型公开了一种新型的套管式换热器，其外管采用的是塑料管，内管采用的是金属管，套管之间的拼接采用带活动接头的U形管、橡胶密封圈、塑料H形四通完成，换热器最终的两个端口采用塑料T形三通、环状橡胶密封圈、金属直通接头完成分离引出。塑料T形三通和塑料H形四通都带有含金属嵌件的端口，嵌件底部具有刚好供内管穿过的圆孔。U形管两端具有一段等长平行的直管段，外面各套有一个管状带外螺纹的活动接头，两端端口处有喇叭状扩口。该换热器具有安装方便、可拆卸清洗、成本低廉的优点。
文档编号F28F21/08GK201697503SQ201020105300
公开日2011年1月5日 申请日期2010年2月1日 优先权日2010年2月1日
发明者石卫华 申请人:上海醇华电子有限公司