热水器和形成热水器的方法
【专利摘要】本发明提供了一种热水器和形成热水器的方法，该热水器包括：壳体，所述壳体具有壁部并且限定容纳水的腔室，形成在壁部的表面上的沿着第一方向延伸的第一沟槽，以及换热管，该换热管的至少一部分设置在所述第一沟槽中，通过该换热管中的流体与腔室内的水的热交换，改变水的温度。本发明的热水器采用微通道换热器技术。本发明的热水器具有成本低，耐腐蚀能力强，冷媒充注量少，流路优化简单，换热面积利用充分，换热管不与水直接接触及其焊接工艺接单，结构新颖等优点。
【专利说明】热水器和形成热水器的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种热水器和形成热水器的方法。
【背景技术】
[0002]空气源热泵热水器普遍由铜管绕在金属水箱或绕制铜管内置于金属水箱的结构形式，前者采用D型铜管增加换热接触面积，后者增加铜管厚度或铜管表面涂防腐层解决通过腐蚀泄露问题。
[0003]目前市场上空气源热泵热水器由铜管绕在金属筒或绕制铜管内置于金属铜的结构形式，前者存在铜管换热面积没有全面利用，导致换热不充分从而间接导致加热热水慢的问题；后者由于铜管直接与水接触，会导致铜管直接腐蚀穿孔，直接导致系统进水，从而使整个系统损坏。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种热水器和形成热水器的方法，该热水器提高了换热管与容纳水的壳体的换热面积。
[0005]根据本发明的一方面，本发明提供了一种热水器，该热水器包括:壳体，所述壳体具有壁部并且限定容纳水的腔室，形成在壁部的表面上的沿着第一方向延伸的第一沟槽，以及换热管，该换热管的至少一部分设置在所述第一沟槽中，通过该换热管中的流体与腔室内的水的热交换，改变水的温度。
[0006]根据本发明的一方面，所述热水器还包括:形成在壁部的表面上的沿着第二方向延伸的第二沟槽，以及集流管，该集流管的至少一部分设置在所述第二沟槽中，并且换热管的端部与集流管连接。
[0007]根据本发明的一方面，所述第一沟槽的截面形状与所述换热管的设置在第一沟槽中的部分的截面形状相同。
[0008]根据本发明的一方面，所述换热管是扁管，该扁管具有四个侧面，所述四个侧面中的至少三个侧面与第一沟槽的内表面接触。
[0009]根据本发明的一方面，所述换热管是圆管，所述圆管的至少与大致半圆的周长对应的外表面与第一沟槽的内表面接触。
[0010]根据本发明的一方面，所述第一沟槽的宽度方向大致垂直于或平行于所述壁部的设置第一沟槽的部分的表面，或
[0011]所述第一沟槽的宽度方向相对于所述壁部的设置第一沟槽的部分的表面倾斜。
[0012]根据本发明的一方面，所述壳体由金属板通过冲压形成。
[0013]根据本发明的一方面，所述第二沟槽的截面形状与所述集流管的设置在第二沟槽中的部分的截面形状相同。
[0014]根据本发明的一方面，所述壳体是筒状壳体，所述换热管和所述集流管中的一个在筒状壳体的周向方向上围绕筒状壳体的至少一部分设置，以及所述换热管和所述集流管中的另一个在筒状壳体的轴向方向上设置。
[0015]根据本发明的一方面，第一方向大致垂直于第二方向。
[0016]根据本发明的另一方面，本发明提供了一种形成热水器的方法，该方法包括如下步骤:提供包括换热管的换热组件；提供壳体，所述壳体具有壁部并且限定容纳水的腔室，其中在壁部的表面上形成有沿着第一方向延伸的第一沟槽；以及将换热组件组装到壳体上。
[0017]根据本发明的一方面，将换热组件组装到壳体上的步骤包括:将换热组件折弯并围绕所述壳体的至少一部分使换热管的至少一部分进入第一沟槽。
[0018]根据本发明的一方面，在壁部的表面上还形成有沿着第二方向延伸的第二沟槽；以及提供换热组件的步骤包括:将换热管的端部与集流管连接形成换热组件，将换热组件组装到壳体上的步骤包括:将换热组件折弯并围绕所述壳体的至少一部分使换热管的至少一部分进入第一沟槽并且集流管的至少一部分进入第二沟槽。
[0019]根据本发明的一方面，提供壳体的步骤包括冲压金属板，以在金属板上形成沿着第一方向延伸的第一沟槽，由此形成壳体壁构件，将换热组件组装到壳体上的步骤包括:将换热组件安装到壳体壁构件上使得换热组件的换热管的至少一部分嵌入第一沟槽中，由此形成换热壁组件；以及将换热壁组件折弯形成筒状件。
[0020]根据本发明的一方面，提供壳体的步骤包括冲压金属板，在金属板上形成沿着第一方向延伸的第一沟槽和沿着第二方向延伸的第二沟槽，由此形成壳体壁构件，并且提供换热组件的步骤包括:将换热管的端部与集流管连接形成换热组件，以及将换热组件组装到壳体上的步骤包括:将换热组件安装到壳体壁构件上使得换热组件的换热管的至少一部分嵌入第一沟槽中并且集流管的至少一部分嵌入第二沟槽中，由此形成换热壁组件；以及将换热壁组件折弯形成筒状件。
[0021]根据本发明的一方面，所述的形成热水器的方法还包括:在将换热组件安装到壳体壁构件上之后并在将换热壁组件折弯之前，将换热组件固定在壳体壁构件上。
[0022]根据本发明的一方面，换热组件设置在所述腔室外，所述方法还包括:在将换热组件组装到壳体上之后，通过流体使腔室内部增压，使壳体膨胀并发生塑性变形。
[0023]根据本发明的一方面，第一方向大致垂直于第二方向。
[0024]根据本发明的一方面，将换热组件固定在壳体壁构件上包括将换热组件焊接在壳体壁构件上或通过机械胀紧将换热组件紧固在壳体壁构件上。
[0025]根据本发明的一方面，所述换热管围绕所述壳体的至少一部分设置。
[0026]根据本发明的一方面，所述壳体由金属板形成，通过冲压在该金属板上形成所述
第一沟槽。
[0027]根据本发明的一方面，所述壳体由金属板形成，通过冲压在该金属板上形成所述
第一沟槽和第二沟槽。
[0028]根据本发明的一方面，第一沟槽设置在所述腔室内或所述腔室外。
[0029]本发明的热水器采用微通道换热器技术，微通道换热器可是一种全铝换热器，本发明的热水器具有成本低、耐腐蚀能力强、冷媒充注量少、流路优化简单、换热面积利用充分、换热管不与水直接接触、焊接工艺简单、结构新颖等优点。
[0030]此外，根据本发明的热水器实现了管与水箱最大限度的接触，换热效果好。由于换热效果好，可以有效减少换热管的数量。此外，采用本发明的热水器的系统运行更加平稳，延长了空气源热泵热水器的使用年限。再者，根据本发明的热水器，可以分段加热热水，按需求量生产热水，由此提高了能源利用率。
【专利附图】
【附图说明】
[0031]图1为根据本发明的第一实施例的热水器的壳体的示意图；
[0032]图2为根据本发明的第一实施例的热水器的换热组件的示意图；
[0033]图3为根据本发明的第一实施例的热水器的示意图，其中换热组件安装在壳体上；
[0034]图4为根据本发明的第一实施例的热水器的示意立体图；
[0035]图5为根据本发明的第二实施例的热水器的壳体的示意图；
[0036]图6为根据本发明的第二实施例的热水器的换热组件的示意图；
[0037]图7为根据本发明的第二实施例的热水器的示意图，其中换热组件安装在壳体上；
[0038]图8为根据本发明的第二实施例的热水器的示意立体图；
[0039]图9为根据本发明的第三实施例的热水器的壳体的示意图；
[0040]图10为根据本发明的第三实施例的热水器的换热组件的示意图；
[0041]图11为根据本发明的第三实施例的热水器的示意图，其中换热组件安装在壳体上；
[0042]图12为根据本发明的第三实施例的热水器的示意立体图；
[0043]图13为根据本发明的第四实施例的热水器的壳体的示意图；
[0044]图14为根据本发明的第四实施例的热水器的换热组件的示意图；
[0045]图15为根据本发明的第四实施例的热水器的示意图，其中换热组件安装在壳体上；
[0046]图16为根据本发明的第四实施例的热水器的示意立体图；
[0047]图17为根据本发明的第五实施例的用于加工热水器的、形成有沟槽的作为壳体壁构件的成型板的示意立体图；
[0048]图18为根据本发明的第五实施例的用于加工热水器的、形成有沟槽的另一个作为壳体壁构件的成型板的示意立体图；
[0049]图19为根据本发明的第五实施例的热水器的换热组件的示意图；
[0050]图20为根据本发明的第五实施例的用于加工热水器的、形成有沟槽的作为壳体壁构件的成型板的示意立体图，其中换热组件安装在成型板上；
[0051]图21为根据本发明的第五实施例的热水器的带有换热组件的成型板在折弯后形成筒体的示意立体图；
[0052]图22为根据本发明的第六实施例的热水器的换热组件的示意立体图；
[0053]图23为根据本发明的第六实施例的用于加工热水器的、形成有沟槽的作为壳体壁构件的成型板的示意图；
[0054]图24为根据本发明的第六实施例的用于加工热水器的、形成有沟槽的作为壳体壁构件的成型板的示意图，其中换热组件安装在成型板上；以及[0055]图25为根据本发明的第六实施例的热水器的带有换热组件的成型板在折弯后形成筒体的示意立体图。
【具体实施方式】
[0056]下面结合附图及【具体实施方式】对本发明做进一步说明。
[0057]图1至16示出了根据本发明的第一实施例至第四实施例的热水器的示意图。根据本发明的热水器10可以是空气源热泵热水器，或利用其它热源加热热水的热水器。
[0058]如图1至16所示，热水器10包括:壳体11，所述壳体11具有壁部111并且限定容纳水的腔室112。热水器10还包括形成在壁部111的表面上的沿着第一方向Dl延伸的第一沟槽115，以及换热管121，该换热管121的至少一部分设置在所述第一沟槽115中，通过该换热管121中的流体与腔室112内的水的热交换，改变水的温度。所述第一沟槽115的截面形状可以与所述换热管121的设置在第一沟槽115中的部分的截面形状相同。所述壳体11可由金属板通过冲压形成。所述壳体11可以是筒状壳体11，所述换热管121和所述集流管122中的一个可在筒状壳体11的周向方向上围绕筒状壳体11的至少一部分设置，以及所述换热管121和所述集流管122中的另一个可在筒状壳体11的轴向方向上设置。
[0059]如图1至16所示，热水器10还可以包括:形成在壁部111的表面上的沿着第二方向D2延伸的第二沟槽116，以及集流管122，该集流管122的至少一部分设置在所述第二沟槽116中，并且换热管121的端部与集流管122连接。所述第二沟槽116的截面形状与所述集流管122的设置在第二沟槽116中的部分的截面形状相同。第一方向Dl可以大致垂直于第二方向D2。或第一方向Dl与第二方向D2成任何合适的角度。
[0060]根据本发明的一些实施例，一个或多个换热管121与热源直接连接，而不使用集流管122，或者以其它方式与热源连接，而不使用集流管122。根据本发明的一些实施方式，虽然有集流管122，但是可以不设置第二沟槽116。
[0061]如图1至12所示，根据本发明的第一实施例至第三实施例，所述换热管121可以是扁管，即一种微通道型材管，该扁管具有四个侧面，所述四个侧面中的至少三个侧面与第一沟槽115的内表面1151接触。根据该实施例，采用换热管121和集流管122构成的换热组件12直接环绕在带第一沟槽115或第一沟槽115和第二沟槽116的壳体11的外表面进行管与壳体11的换热。首先加工外表面带第一沟槽115的壳体11，或加工外表面带第一沟槽115和第二沟槽116的壳体11，壳体11可采用圆筒状结构或其他结构。第一沟槽115的形状根据扁管的形状调整，第一沟槽115包覆扁管的三面，尺寸A的范围可以为0.l-50mm,尺寸B的范围可以为0.1-50_。第一沟槽115内部可预先涂有利于导热的材料。
[0062]在图1至4所示的第一实施例中，第一沟槽115的宽度方向大致垂直于壁部111的设置第一沟槽115的部分的表面；在图5至8所示的第二实施例中，第一沟槽115的宽度方向大致平行于壁部111的设置第一沟槽115的部分的表面；而在图9至12所示的第三实施例中，第一沟槽115的宽度方向相对于壁部111的设置第一沟槽115的部分的表面倾斜，其中倾斜角度C可以在例如10到80度之间。
[0063]由换热管121和集流管122构成的换热组件12的整体结构环绕在壳体11的外表面上，并采用外力或焊接使换热组件12紧紧贴附在壳体11的外表面上，如图3、4、7、8、11、12所示。[0064]如图13至16所示，根据本发明的第四实施例，所述换热管121是圆管，即一种微通道型材管，所述圆管的至少与大致半圆的周长对应的外表面与第一沟槽115的内表面接触1151。根据该实施例，采用换热管121和集流管122构成的换热组件12直接环绕在带第一沟槽115或第一沟槽115和第二沟槽116的壳体11的外表面进行管与壳体11的换热。首先，加工外表面带第一沟槽115或第一沟槽115和第二沟槽116的壳体11，壳体11可采用圆筒状结构或其它结构。第一沟槽115的形状与换热管121的形状对应，使第一沟槽115包覆换热管121 (铜管或铝管)尽量多的表面面积，半径R的范围可以为0.1-25.4mm。第一沟槽115内部可预先涂有利于导热的材料，如图13所示。由换热管121 (铜管或铝管)和集流管122构成的换热组件12的整体结构环绕在壳体11的外表面上，并采用外力或焊接使换热组件12紧紧贴附在壳体11的外表面上，如图15、16所示。
[0065]在上述实施例中，换热管121围绕筒状壳体11弯曲而集流管122沿筒状壳体11轴向设置，作为选择，也可以是集流管122围绕筒状壳体11弯曲而换热管121沿筒状壳体11轴向设置。
[0066]下面描述根据本发明的形成热水器10的方法。
[0067]参见图17至15，根据本发明的方法包括如下步骤:提供包括换热管121的换热组件10 ;提供壳体11 (参见图1至16)，所述壳体11具有壁部111并且限定容纳水的腔室112，在壁部111的表面上形成有沿着第一方向Dl延伸的第一沟槽115 ;以及将换热组件10组装到壳体11上。
[0068]参见图1至16，将换热组件10组装到壳体11上的步骤包括:将换热组件10折弯并围绕所述壳体11的至少一部分使换热管121的至少一部分进入第一沟槽115。
[0069]参见图1至16，根据本发明的一些实施方式，在壁部111的表面上还形成有沿着第二方向D2延伸的第二沟槽116。提供换热组件10的步骤包括:将换热管121的端部与集流管122连接形成换热组件10,将换热组件10组装到壳体11上的步骤包括:将换热组件10折弯并围绕所述壳体11的至少一部分使换热管121的至少一部分进入第一沟槽115并且集流管122的至少一部分进入第二沟槽116。
[0070]参见图17至25，提供壳体11的步骤包括冲压金属板，以在金属板上形成沿着第一方向Dl延伸的第一沟槽115，由此形成壳体壁构件1111 ;将换热组件10组装到壳体11上的步骤包括:将换热组件10安装到壳体壁构件1111上使得换热组件10的换热管121的至少一部分嵌入第一沟槽115中，由此形成换热壁组件1012 ;以及将换热壁组件1012折弯形成筒状件。
[0071]在设有集流管122的情况下，参见图17至15，提供壳体11的步骤包括冲压金属板，在金属板上形成沿着第一方向Dl延伸的第一沟槽115和沿着第二方向D2延伸的第二沟槽116，由此形成壳体壁构件1111，并且提供换热组件10的步骤包括:将换热管121的端部与集流管122连接形成换热组件10。将换热组件10组装到壳体11上的步骤包括:将换热组件10安装到壳体壁构件1111上使得换热组件10的换热管121的至少一部分嵌入第一沟槽115中并且集流管122的至少一部分嵌入第二沟槽116中，由此形成换热壁组件1012 ;以及将换热壁组件1012折弯形成筒状件，如图21和25所示。通过对筒状件焊接，形成热水器。
[0072]根据本发明的一些实施方式，为了使换热组件10更牢固地固定在壳体壁构件1111上，可以在将换热组件10安装到壳体壁构件1111上之后并在将换热壁组件1012折弯之前，换热组件10固定在壳体壁构件1111上，例如将换热组件10焊接在壳体壁构件1111上或通过机械胀紧将换热组件10紧固在壳体壁构件1111上。
[0073]在换热组件10设置在所述腔室112外的情况下，所述方法还可以包括:在将换热组件10组装到壳体11上之后，通过流体使腔室112内部增压，使壳体11膨胀并发生塑性变形，由此使换热组件10与壳体11更紧密地接触。
[0074]为了减小诸如扁管或圆管的换热管121与第一沟槽115的表面的间隙，减小接触热阻，采用换热管121表面或第一沟槽115表面预涂导热材料，或直接采用惰性气体或液体对壳体内部充压的方式，实现换热管121与第一沟槽115的充分接触。
[0075]在图17至21所示的第五实施例中，换热管121采用一种微通道型材管，即扁管，由换热管121和集流管122构成的换热组件12直接与带第一沟槽115或带第一沟槽115和第二沟槽116的壳体壁构件1111贴合后(例如可焊接在一起或可通过机械胀紧连接在一起)形成换热壁组件1012，采用对换热壁组件1012整体折弯加工，形成筒状件。折弯方向优选沿着换热管121方向折弯，也可沿着集流管122方向折弯。
[0076]首先，利用平板(例如金属板)加工带第一沟槽115或带第一沟槽115和第二沟槽116的壳体壁构件111，第一沟槽115的形状与换热管121的形状对应，使第一沟槽115包覆换热管121的至少3个面并且使第二沟槽116包覆集流管90%以上的外表面积，尺寸A的范围可以为0.l-50mm，尺寸B的范围可以为0.l_50mm。在第一沟槽115和第二沟槽116内可以预先涂有利于焊接或利于导热的材料，与水直接接触的一面涂有防水腐蚀的涂层，如图17、18、19所示。
[0077]然后，将壳体壁构件111和换热组件12构成的换热壁组件1012的整体结构直接折弯加工成筒状结构，换热壁组件1012整体折弯后的外形优选为圆筒状结构，或其它结构，如图21所示。然后通过焊接，形成热水器。
[0078]在图22至25所示的第六实施例中，换热管121采用一种微通道型材管，即圆管(铜管或铝管)，由换热管121和集流管122构成的换热组件12直接与带第一沟槽115或带第一沟槽115和第二沟槽116 (参见图17)的壳体壁构件1111贴合后(例如可焊接在一起或可通过机械胀紧连接在一起)形成换热壁组件1012，采用对换热壁组件1012整体折弯加工，形成筒状件。折弯方向优选沿着换热管121方向折弯，也可沿着集流管122方向折弯。
[0079]首先，利用平板(例如金属板)加工带第一沟槽115或带第一沟槽115和第二沟槽116的壳体壁构件111，第一沟槽115的形状与换热管121的形状对应，使第一沟槽115包覆换热管121和集流管122的尽量多的外表面积。半径R的范围可以为0.1-25.4mm。在第一沟槽115和第二沟槽116内可以预先涂有利于焊接或利于导热的材料，与水直接接触的一面涂有防水腐蚀的涂层，如图22、23、24所示。
[0080]然后，将壳体壁构件111和换热组件12构成的换热壁组件1012的整体结构直接折弯加工成筒状结构，换热壁组件1012整体折弯后的外形优选为圆筒状结构，或其它结构，如图25所示。然后通过焊接，形成热水器。
【权利要求】
1.一种热水器，包括: 壳体，所述壳体具有壁部并且限定容纳水的腔室， 形成在壁部的表面上的沿着第一方向延伸的第一沟槽，以及 换热管，该换热管的至少一部分设置在所述第一沟槽中，通过该换热管中的流体与腔室内的水的热交换，改变水的温度。
2.根据权利要求1所述的热水器，还包括: 形成在壁部的表面上的沿着第二方向延伸的第二沟槽，以及 集流管，该集流管的至少一部分设置在所述第二沟槽中，并且换热管的端部与集流管连接。
3.根据权利要求1所述的热水器，其中 所述第一沟槽的截面形状与所述换热管的设置在第一沟槽中的部分的截面形状相同。
4.根据权利要求1所述的热水器，其中 所述换热管是扁管，该扁管具有四个侧面，所述四个侧面中的至少三个侧面与第一沟槽的内表面接触。
5.根据权利要求1所述的热水器，其中 所述换热管是圆管，所述圆管的至少与大致半圆的周长对应的外表面与第一沟槽的内表面接触。
6.根据权利要求4所述的热水器，其中 所述第一沟槽的宽度方向大致垂直于或平行于所述壁部的设置第一沟槽的部分的表面，或 所述第一沟槽的宽度方向相对于所述壁部的设置第一沟槽的部分的表面倾斜。
7.根据权利要求1或2所述的热水器，其中 所述壳体由金属板通过冲压形成。
8.根据权利要求2所述的热水器，其中 所述第二沟槽的截面形状与所述集流管的设置在第二沟槽中的部分的截面形状相同。
9.根据权利要求2所述的热水器，其中 所述壳体是筒状壳体， 所述换热管和所述集流管中的一个在筒状壳体的周向方向上围绕筒状壳体的至少一部分设置，以及 所述换热管和所述集流管中的另一个在筒状壳体的轴向方向上设置。
10.根据权利要求2所述的热水器，其中 第一方向大致垂直于第二方向。
11.一种形成热水器的方法，包括如下步骤: 提供包括换热管的换热组件； 提供壳体，所述壳体具有壁部并且限定容纳水的腔室，其中在壁部的表面上形成有沿着第一方向延伸的第一沟槽；以及将换热组件组装到壳体上。
12.根据权利要求11所述的形成热水器的方法，其中 将换热组件组装到壳体上的步骤包括:将换热组件折弯并围绕所述壳体的至少一部分使换热管的至少一部分进入第一沟槽。
13.根据权利要求11所述的形成热水器的方法，其中 在壁部的表面上还形成有沿着第二方向延伸的第二沟槽；以及 提供换热组件的步骤包括:将换热管的端部与集流管连接形成换热组件， 将换热组件组装到壳体上的步骤包括:将换热组件折弯并围绕所述壳体的至少一部分使换热管的至少一部分进入第一沟槽并且集流管的至少一部分进入第二沟槽。
14.根据权利要求11所述的形成热水器的方法，其中 提供壳体的步骤包括冲压金属板，以在金属板上形成沿着第一方向延伸的第一沟槽，由此形成壳体壁构件， 将换热组件组装到壳体上的步骤包括:将换热组件安装到壳体壁构件上使得换热组件的换热管的至少一部分嵌入第一沟槽中，由此形成换热壁组件；以及将换热壁组件折弯形成筒状件。
15.根据权利要求11所述的形成热水器的方法，其中 提供壳体的步骤包括冲压金属板，在金属板上形成沿着第一方向延伸的第一沟槽和沿着第二方向延伸的第二沟槽，由此形成壳体壁构件，并且提供换热组件的步骤包括:将换热管的端部与集流管连接形成换热组件，以及 将换热组件组装到壳体上的步骤包括:将换热组件安装到壳体壁构件上使得换热组件的换热管的至少一部分嵌入第一沟槽中并且集流管的至少一部分嵌入第二沟槽中，由此形成换热壁组件；以及将换热壁组件折弯形成筒状件。
16.根据权利要求14或15所述的形成热水器的方法，还包括: 在将换热组件安装到壳体壁构件上之后并在将换热壁组件折弯之前，将换热组件固定在壳体壁构件上。
17.根据权利要求11所述的形成热水器的方法，其中 换热组件设置在所述腔室外， 所述方法还包括:在将换热组件组装到壳体上之后，通过流体使腔室内部增压，使壳体膨胀并发生塑性变形。
18.根据权利要求13或15所述的形成热水器的方法，其中 第一方向大致垂直于第二方向。
19.根据权利要求16所述的形成热水器的方法，其中 将换热组件固定在壳体壁构件上包括将换热组件焊接在壳体壁构件上或通过机械胀紧将换热组件紧固在壳体壁构件上。
【文档编号】F24H9/00GK103954038SQ201410183967
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2014年4月30日 优先权日:2014年4月30日
【发明者】金俊峰, 杰弗里·L·塔克 申请人:丹佛斯微通道换热器（嘉兴）有限公司