壳管联通储水即热式换热器的制作方法

本发明涉及暖通技术领域，利用暖气为热源换取热水的办公、家用暖气换热器，具体涉及一种不绣钢材质或紫铜材质壳管联通储水即热式换热器。本发明要求申请日为2016年07月11日，专利申请号为201610536246.X，发明名称为“壳管联通储水即热式换热器”的该专利申请的优先权。

背景技术：

专利检索申请日19997年06月27日申请的，发明名称为“家用暖气转换热水器”，授权公告号：CN2307276Y ，授权公告日：1999年02月10日，专利号：97218548.8。

上述现有技术家用暖气转换热水器储水式，储存在壳管管腔的冷水被加热用一轮等待加热一轮再用出现忽冷忽热间断现象、不能连续流出热水洗澡的技术问题或缺陷。还存在冷水被加热膨胀压力大于自来水管网的供水压力，造成水表时有倒转或正转，使得水表读数失真，有的用户发现实际用水量与水表读数存在偏差，与不安装暖气转换热器的家庭实际消耗用水量有出入多缴纳水费的缺陷。现有技术换热器冷流体通道流程短效果差，换热器流进的冷水停留时间短比热源流速快，热源出口温度比冷源出口温度高，通俗点说就是换热不彻底，经过对比试验储水式换热器依赖于储存在空腔的热水来延长交换时间换热效果不理想，换热器储存的有限热水洗澡时很快用完后续加热跟不上，换热器新流进的冷水吸收的热量和洗澡喷头流出带走的热量不能成正比，导致交换温度衔接不上中断无法进行完整的洗澡过程，需等待加热再用的缺陷或现象。目前储水式换热器解决能洗澡的问题必须加大产品壳体积，也就是说增加柱数或者加粗管径使储存水量增多方可满足要求，这样势必导致增加换热器的制造成本，导致用钢量增加造成资源浪费。目前供暖热源温度偏低对数温差比较小现有技术结构已不适用于，导致换热器冷源出口温度忽热忽冷、忽高忽低热水不能连续流出，效果差而被淘汰。

技术实现要素：

本发明的目的是解决上述技术缺陷，旨在提供一种壳管联通储水即热式换热器，部分壳管储存冷源水，改变冷热流体循环路线和管径使得冷热流体的流动状态发生变化增强传热，部分热流体壳管腔内设置的冷水细管增多回程并控制冷源出口流量，为充分交换赢得时间，换热效率提高，实现换热效果最大化的发明预期。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种壳管联通储水即热式换热器，包括：多支壳管、冷水吸热管、暖气管联接堵板、壳管封口板、暖气管以及进出口管接头；壳管管口设置有暖气管联接堵板或壳管封口板；暖气管联接堵板上设置有暖气管焊接孔和/或冷水弯管焊接孔；多支壳管的组合联通通过冷水联通直管或冷水联通弯管或者暖气管焊接联通；其特征是：换热器壳管部分管腔内设置有至少一支暖气管，部分壳管管腔内设置有至少一支冷水吸热管；插入壳管管腔的暖气管为握弯管弯管焊接联通或通过暖气联通管焊接联通，暖气管一端穿过壳管管腔与端口的暖气管联接堵板上的暖气管焊接孔密闭焊接固连，与壳管管腔相通循环，改变热流体通道增强湍流度；插入壳管热流体管腔的冷水吸热管一端管口与暖气管联接堵板上冷水弯管焊接孔焊接固连与管腔相通循环或与壳管上的冷水联通直管焊接孔密闭焊接与管腔相通循环，而另一端与管接头焊接固连，改变冷流体通道使得冷流体的流动状态发生改变；暖气管联接堵板上或壳管管壁上设置有管接头焊接孔；冷水进管接头、冷水出管接头、暖气进管接头和暖气出管接头与暖气管联接堵板上或者壳管上管接头焊接孔焊接联通，分别与冷、热两种流体管腔相通循环，构成部分壳管管腔为冷流体、部分壳管管腔为热流体，加长冷水管循环流程通道。

本发明部分壳管储存冷源水，改变冷热流体循环路线和管径使得冷热流体的流动状态发生变化增强传热，部分热流体壳管腔内设置的冷水细管增多回程并控制冷源出口流量，为充分交换赢得时间，换热效率提高，实现换热效果最大化的发明预期。

附图说明

图1为本发明中多支壳管之间通过冷水联通直管联通的结构示意图。

图2为本发明中多支壳管之间通过冷水联通弯管联通的一种实施例结构示意图，其中，暖气管为握弯管弯管焊接联通，冷水吸热管一端管口与暖气管联接堵板上冷水弯管焊接孔焊接固连与管腔相通循环。

图3为本发明中多支壳管之间通过冷水联通弯管联通的另一种实施例结构示意图，其中，暖气管握弯弯管焊接联通，冷水吸热管一端管口与冷水联通直管焊接孔密闭焊接与管腔相通循环。

图4为本发明中暖气管之间通过暖气联通弯管22焊接联通，壳管通过冷水联通弯管或冷水联通直管焊接联通的结构示意图。

图5为本发明中壳管之间的连接一端通过暖气管握成弯管另一端暖气联通弯管焊接联通或冷水联通弯管焊接联通，冷水吸热管3握成弯管插入冷水弯管焊接孔16内焊接联通，管接头设置在壳管封堵板上的剖视图。

图6为本发明中暖气联通管切割成45度角与暖气管切口对角焊接联通的结构示意图。

图7为本发明中暖气管开孔通过暖气联通管11插入孔内焊接联通，壳管开孔通过冷水联通直管插入焊接联通的剖视图。

图8为本发明中暖气管一端单壁开孔插入暖气联通管11的剖视图。

图9为本发明中暖气管开孔向内翻边，暖气管端头设置有暖气管堵板的剖视图。

附图中：1、壳管；2、冷水联通直管；3、冷水吸热管；4、暖气管联接堵板；5、冷水进管接头；6、冷水出管接头；7、暖气进管接头 ；8、暖气出管接头；9、管接头焊接孔；10、弯管对接口；11、暖气联通管；12、暖气管堵板；13、暖气管焊接孔；14、壳管封堵板；15、暖气管；16、冷水弯管焊接孔；17、防护罩；18、冷水管胀口；19、冷水联通弯管；20、冷水联通直管焊接孔；21、暖气联通管焊接孔；22、暖气联通弯管。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

1、本发明壳管联通储水即热式换热器，如图1～图9所示。包括：多支壳管1、冷水吸热管3、暖气管联接堵板4、壳管封口板14、暖气管15以及进出口管接头；壳管1管口设置有暖气管联接堵板4或壳管封口板14；暖气管联接堵板4上设置有暖气管焊接孔13和/或冷水弯管焊接孔16；多支壳管1的组合联通通过冷水联通直管2或冷水联通弯管19或者暖气管15焊接联通；换热器壳管1部分管腔内设置有至少一支暖气管15，部分壳管1管腔内设置有至少一支冷水吸热管3；插入壳管1管腔的暖气管15为握弯弯管暖气联通弯管22对口焊接联通或通过暖气联通管11焊接联通，暖气管15一端穿过壳管1管腔与端口的暖气管联接堵板4上的暖气管焊接孔13密闭焊接固连，与壳管1管腔相通循环，改变热流体通道增强湍流度提高传热系数；插入壳管热流体管腔的冷水吸热管3一端管口与暖气管联接堵板4上冷水弯管焊接孔16焊接固连与管腔相通循环或与壳管1上的冷水联通直管焊接孔20密闭焊接与管腔相通循环，而另一端与管接头焊接固连，改变冷流体通道使得冷流体的流动状态发生改变提高对流传热系数；暖气管联接堵板4上或壳管1管壁上设置有管接头焊接孔9；冷水进管接头5、冷水出管接头6、暖气进管接头7和暖气出管接头8与暖气管联接堵板4上或者壳管1上管接头焊接孔9焊接联通，分别与冷、热两种流体管腔相通循环，构成部分壳管1管腔为冷流体、部分壳管1管腔为热流体，加长冷水管循环流程通道加长，提高换热效果最大化的发明目的。

本发明上述技术方案相比于现有技术具有以下优点：

本发明换热器所述壳管包括多支圆管、椭圆管，壳管的组合联通通过管壁开孔或管口暖气管联接堵板上开孔部件组合将其焊接连接构成流体循环传热通道，暖气片形状即散热取暖又换取热水洗浴的暖气换热器。部分暖气管为内管一端握成弯管插入壳管的另一端采用暖气联通弯管焊接联通或暖气管管壁开孔采用暖气联通管插入孔内与其焊接联通或者暖气管、暖气联通管切割成45度角，切割角对口焊接联通；所述的壳管开孔为管一端右单壁开孔另一端左单壁开孔或管一端双壁开通孔另一端也双壁开通孔，采用冷水联通直管2插入式焊接联通，冷水联通直管2为直径10-12mm；所述壳管管口镶嵌暖气管联接堵板，在暖气管联接堵板上开孔采用冷水联通弯管19、暖气管15握成弯管与部件组合将其焊接联通；壳管管壁开孔由冷水联通直管2插入式焊接联通或冷水联通弯管19焊接联通所起的作用方便与单支管与相邻管的焊接连接构成整体换热器结构，主要解决由单支管焊接连接组合构成大体积换热器的技术问题。

换热器部件上设置的冷水进管接头5与冷水出管接头6中冷水的流进和流出或暖气进管接头7与暖气出管接头8中暖气的流进和流出方位设置壳管上或设置在壳管封堵板上可互换设置安装方便。逆流交换时所设置的暖气进管接头7管腔处必须安装冷源出管接头6二者管接头是相互匹配实现逆流交换；混流式管接头进出口位置和冷热源的流进和流出方向可互换灵活设置所起作用和效果相同，管接头灵活方便设置充分利用客户有限的房屋空间安装并与其管网连接方便，减少安装用料少走管路减少流体阻力，管接头以就近连接联通方便安装的原则并给人美感，达到节省安装材料的技术效果。

壳管联通和暖气管内管通道的联通必须是密闭承压结构，该暖气转换热水器属于低压流体容器，换热器的冷热两种流体通道通过各自内部结构之间的焊接连接构成其焊接接头是换热器部件耐久性的薄弱环节；因此，在换热器结构部件之间的组合开孔翻边组装焊接连接过程中，提高焊接接头的疲劳强度是一个十分重要的问题。本发明壳管管壁上开孔向内腔翻边或向外壁翻边或暖气管联接堵板4中间开孔翻有边均有利于好焊接，增加焊接接头的稳定性，并减少焊道内壁流体摩擦或氧腐蚀，插入翻边孔内实施焊接提高焊接接头的疲劳强度，壳管封堵板、暖气管联接堵板采用向外翻边密闭镶嵌在壳管管口内，壳管管口壁边、堵板外翻边的壁二壁边相吻合边口齐捏二壁边平面焊自熔合焊接封堵多个壳管端口部密而不易漏水，其开孔翻边焊接工艺对产品质量的提升起到巨大作用其带来良好的技术效果，解决的技术问题是提高焊接接头的疲劳强度焊接处不易漏水，并节省焊接能源材料，提高换热器的产品质量，延长了产品使用寿命的技术效果。所述换热器结构部件开孔不翻边也能实现焊接连接其焊接接头的强度差，流体通道易于漏水，产品寿命短，其方案也在保护范围内。

冷水吸热管3握成弯管或直管插进一支壳管、二支壳管1热流体管腔内，冷水吸热管3一端口穿过冷水联通直管通过弯管对口接10焊接联通或冷水吸热管3握弯管插入一支壳管管腔内冷水吸热管3中间不需要焊接口，减少焊接接头造成的漏水，冷水吸热管3的联通设计有焊接口或无焊接口两种技术方案；冷水吸热管3握弯管与暖气管联接堵板上的冷水弯管焊接孔16焊接联通或者直接地与壳管管壁上的冷水联通直管焊接孔焊接联通改变冷流体通道和管径改变冷流动状态产生湍流量增强传热提高换热效果；冷水吸热管3设置在几支壳管里可根据换热器规格大小灵活的选择设计，冷水吸热管3设置在壳管内的支数也要根据换热器的体积大小灵活选择设计，以实现增加换热面积提高换热效率为发明目的。

（1）本发明部分壳管进口端暖气通道内设置有直径8～10mm细冷水吸热管长度为5～15m，冷水吸热管在热流体管腔内握弯盘绕增多回程延长交换时间，部分壳管冷水通道内设置有暖气管把冷水加热储存为储水式，冷水吸热管3可直接地与冷水联通直管2焊接连接改变壳管流体路线和冷热流体通道的管径和流体的流动状态也发生变化增强传热提高换热效果；由壳管管接头处冷水流进壳管空腔直径76mm大粗管内由单支暖气管加热储存，储存在壳管的冷源热水由小细管多回程流出，使得冷源出口的流量得以控制，导致新流进换热器壳管的冷水推动并替换壳管储存的冷源热水由小细管流出，而新流进壳管的冷水获得了交换延时而停留吸热时间延长传热系数相对提高，因此，换热效率提高，实现冷源热水连续不断地流出的发明预期。但由于壳管管腔流体通道的流动路线和管径发生变化，使得冷流体流速减缓或降低而延长加热时间，冷流体侧相对停留时间以及吸热时间延长，管壁温度沿流体流动的方向逐渐升高,从流进至流出每单位得到的热量增加，其实现目的是冷源出口温度与热源进口温度同温度，更为科学合理的经济性设计，其技术效果达到预期。侧流体流量改变，则改侧的雷诺数也会发生变化，那么对流换热系数h1也会发生变化，即总传热系数会发生变化,实现换热效果最大化发的明目地。

（2）本发明把现有技术储水式和即热式两种换热器部件结构科学合理的结合为一体，优化组合设计壳管直径为76～89mm为壳管，在暖气出管接头8处相邻管壳管部分腔内设置有暖气管加热使新流进的冷水在预加热区滞留时间延长为储水式，暖气管焊接联通的其中一管段切割断与暖气管联接堵板焊接连接暖气管内的热流体射放到暖气管进口壳体大粗管通道内产生湍流量及流动状态的改变有利于提高传热系数。暖气进管接头7处壳管热流体通道内设置的冷水吸热管3直径为8～10mm细铜管或不锈钢管长5～15m与流进的热源平行逆向流动为快速加热区，冷水吸热管3的设置改变流体通道的管径和流体的流动状态发生变化产生湍流量增强传热以及流动路线延长提高换热效果，紫铜细管吸热速率加快为即热式。

（3）现有技术储水式换热器内管是暖气管通道，存在壳管内腔的冷水被加热膨胀压力大漏水率高并难以预测且焊接难易程度大，还存在膨胀压力大于自来水管网的供水压力，造成水表倒转或正转，使得水表读数失真，有的用户出现实际用水量与水表读数存在偏差，与不安装暖气换热器的家庭实际消耗用水有出入多缴纳水费的缺陷。本发明部分壳管内设置直径为8～10mm细管长为5至15m冷流体通道，细水管内腔小储水少加热膨胀压力小于自来水管网压力，由此，相对降低壳管的膨胀压力，实现了换热器膨胀力低于自来水管网供给的压力，解决了储水式换热器造成用户不用水时段水表出现倒转或正转、水表失真或出现多跑水表的技术问题。

2、本发明壳管联通储水即热式换热器，部分壳管1管壁上开有冷水联通直管焊接孔20，冷水联通直管2与其壳管开孔焊接联通与管腔相通循环；冷水联通弯管19与相邻管口内的暖气管联接堵板4上的冷水弯管焊接孔16焊接连接与管腔相通循环。

3、本发明壳管联通储水即热式换热器，其特征是：换热器暖气进管接头7直接地与暖气管联接堵板4上管接头焊接口9处焊接固连与壳管1管腔相通循环，暖气出管接头8与暖气管15焊接连接再与暖气管联接堵板4上的暖气管焊接孔13焊接固连；冷水进管接头5直接地与暖气管联接堵板4或壳管1上管接头焊接口9焊接连接与壳管1管腔相通循环；冷水出管接头6与冷水吸热管3一端口焊接再与暖气管联接堵板4或壳管1上管接头焊接口9处焊接固连与暖气进管接头7处连接，构成部分壳管热流体通道和部分壳管冷流体通道平行逆流式交换结构。

本发明合理的设置壳管与内管并有效的交换通道充分利用流体热量传递，从暖气进管接7端壳管内设置冷水吸热管3的端部焊接冷水出管接头6，在使用换热器时第一时间从下部冷水进管接头5 处流进壳管1管腔的冷流体与热流体流动方向相反温度差值大，热能梯度越大，交换容易实现，这时热量传递快，导热速率也进行加快，冷水出管接头6与暖气进管接头 7设置在换热器同一端的一个边管封头堵板14上和壳管管壁上焊接连接，构成壳管暖气热源水流进、冷源热水流出一出一进的逆流式换热结构，解决的技术问题冷热两种流体平行逆向流动冷源出水口温度与热源进水口温度同温度实现换热效果最大化的发明预期。

4、本发明壳管联通储水即热式换热器，如图1～图7所示部分壳管1为冷流体通道，冷流体通道内设置有暖气管15，暖气管15一端握成弯管另一端采用暖气联通弯管22口对口焊接联通，暖气管15两端管口插入暖气管联接堵板4孔内与其焊接连接与管腔相通循环；暖气管15两端头对应端开有暖气联通管焊接孔21，暖气联通管11一端口插入暖气管15上暖气联通管焊接孔21内将其焊接联通，暖气管15端口设置有暖气管堵板12密闭封堵暖气管端口部，或暖气管15两端头切割成45度角通过斜角对口焊接联通，暖气联通管11管两端也切割的45度角与暖气管15切割的45度角斜角口对口焊接联通；；所述的暖气管15二端口与管接头焊接连接而构成流体通道，其中管段切断插入暖气管联接堵板4孔内焊接连接与壳管1管腔相通改变热流体通道及热流体的流动状态发生变化，提高传热系数；暖气进管接头 7与暖气管焊接再与暖气管联接堵板4上管接头焊接孔9焊接连接与壳管1管腔相通，暖气出管接头8与暖气管15焊接连接再与暖气管联接堵板4上暖气管焊接孔13焊接连接构成密闭流体通道；插入壳管1管腔内的冷水吸热管3壳管端口设置有壳管封堵板14；冷水吸热管3一端管口与管接头焊接连接而另一端管口与壳管1上的开孔焊接联通或与暖气管联接堵板4上的冷水弯管焊接孔16焊接连接与管腔相通循环，改变冷流体流经路径长；

本发明壳管管腔的冷热流体通道改变导致流体的流速或者流动状态及流量发生变化是影响对流传热的主要因素，冷流体从大管层流、转为冷水吸热管细管联通构成湍流，湍流范围内传热效果最好且与传热效率流速成正比换热器传热量变大。本发明的暖气管连接采取三种技术方案。暖气管握弯管、暖气联通弯管口对口焊接联通、暖气管切割45度角，切角口对口焊接连接、暖气管开孔暖气联通管插入孔内焊接联通三种连接方式。冷水吸热管一端管口与冷水联通直管2焊接或与冷水联通直管焊接孔20焊接联通而另一端与管接头焊接连接，由此，大粗管通道改变为直径8～10mm小细管为冷流体通道导热速率加快，在部分壳管热流体腔内细管可握成弯管多圈增多回程，多回程吸收热量热从冷源出口流出的路径延长或流出的热水受管径制约得以限制，为更好充分的热交换赢得了时间。使得冷、热流体的流动路径及流量发生变化以及流体的湍流程度增加，增强传热。直径8～10mm细铜管或不锈钢管流出的冷源热水达到限制流量的目的，通过量调节赢得了交换空间或时间使得热交换更加充分，使冷源出口温度发生变化，实现冷源出口温度达到或接近热源进口温度的发明预期，暖气管联接堵板4和壳管封堵板14采用向外翻边密闭镶嵌在壳管端口内二部件接口缝相吻合捏两壁边平面焊自熔合焊接封闭多个壳管端口部。所述部件外翻边或开孔翻边插入式焊接其焊接接头疲劳强度也相应增大，捏边焊接焊缝内壁不产生渗透肌瘤达到冲氩气保护背面焊道技术效果。

5、本发明壳管联通储水即热式换热器，壳管1热流体通道内设置有至少一支冷水吸热管3，冷水吸热管3握成多圈弯管插入壳管1管腔内或盘绕式插入壳管1流体通道内，增加换热面积强化传热，构成部分壳管内的冷水吸热管流经路径延长。

6、本发明壳管联通储水即热式换热器，暖气进管接头7部分壳管1热流体管腔内设置有冷水吸热管3为弯管，冷水吸热管3弯管的握弯管圈数的数量相同或不相同或部分壳管1管腔内设置有冷水吸热管3为一支管、二支管或者多支管路径循环吸热通道；冷水吸热管3一端口与冷水联通直管2或冷水联通弯管19焊接联通与冷流体管腔相通循环，而另一端与管接头焊接连接再与管接头焊接孔9处焊接固连构成循环通道。

本发明设置的壳管通道与内管通道合理交换联通，有效的利用热源温度达到充分交换吸收热量的目的，并从暖气进管接7端壳管内设置冷水吸热管3多支增加换热面积，在静态下内外管腔温度相同也就是说同温度，在使用换热器时第一时间从冷水进管接头5处流进壳管1管腔的冷流体与热流体温度差值大，热能梯度越大，交换容易实现，这时热量传递快，导热速率也进行加快，热流体释放出热量瞬间传递于冷流体，释放热量就应吸收热量相等；暖气进管接头7端壳管内设置的冷水吸热管3握弯管的握弯圈数为多圈弯管增多回程延长流体停留的时间并控制了流量，量调节赢得了交换时间，导致换热性能上升，温度梯度迅速变化向换热器冷源出口方向传递，热传递的结果是温差消失。即发生热传递的物体间或物体的不同部分达到相同的温度，换热器交换的冷源出口热水与喷头流量带走的热量成正比，使得换热器连续流出热水不间断的优点效果。

7、本发明壳管联通储水即热式换热器，暖气进管接头7端部分壳管1端口内设置有暖气管联接堵板4，暖气管联接堵板4为圆形翻有边开有堵板暖气管焊接孔13或冷水弯管焊接孔16或管接头焊接口9，暖气管联接堵板4嵌入在部分壳管1管口内密闭焊接封闭壳管端口内密闭焊接封闭壳管端口和密闭焊接连接暖气管14，壳管1两端头暖气管处设置有金属制品或塑料制品防护罩17装饰两端部（参见图3和图7）。

本发明壳管腔内部分设置有暖气管直管、暖气握弯弯管，暖气联通部分裸露在壳管两端外部不协调、不美观，采用金属制品或塑料制品制作的防护罩17卡在壳管两端头构成外观整体美，也有利于市场促销，裸露在外部的暖气管道如发现漏水取下防护罩可以维护修理方便等优点。

8、本发明壳管联通储水即热式换热器，冷水吸热管3握成多圈弯管或螺旋盘管分别插入部分壳管1热流体管腔内，冷水吸热管3一端管口冷水管胀口18与相邻管腔内插入的冷水吸热管3不胀口管顺次穿入冷水联通直管2内弯管对接口10焊接连接构成流体通道。

本发明冷水吸热管3选择紫铜管易于胀口，胀口弯管与不胀口的弯管口对口插入式焊接一不缩小焊接管径保留管口径不变形流体通畅，二易于好焊接不漏水，二管胀口弯管对口焊接减少弯头管焊接用料及焊接接口降低50％，节约焊接能源等优点效果。