燃气热水器及其热交换器的制作方法

本发明涉及热水器技术领域，特别是涉及一种热交换器，以及包括上述热交换器的燃气热水器。

背景技术：

燃气热水器又称燃气热水炉，是指以燃气作为燃料，通过燃烧加热方式，将热量传递到流经热交换器的冷水中，以达到制备热水目的的一种燃气用具。

燃气热水器中燃烧室壳体与热交换器壳体的结合面与燃烧器火孔水平面基本平齐。由于燃烧时大量放出的辐射热量会使壳体表面温度急剧升高，容易烧穿、烧变形或烧损坏。为了防止烧穿、烧变形或烧损坏情况的发生，现有技术中将热交换器壳体的高度做得很高，其高度包裹范围涵盖燃烧热辐射危险区域，并在整个壳体的外表面环绕多圈进水管，用进水管中待加热的水来冷却壳体表面。然而，由于热交换器壳体的高度过高，造成进水管的材料用量增加，从而导致成本较高；除此之外，现有的热交换器材料主要为无氧铜，然而在山西、西北等地区，其水质较差，对无氧铜热交换器腐蚀较严重。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

本发明的一个目的是提供一种结构简单且生产成本较低的热交换器。

本发明的另一个目的是提供一种结构简单且生产成本较低的燃气热水器。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种热交换器，其包括热交换器壳体以及位于所述热交换器壳体内的换热管组件，所述换热管组件包括至少两个上下设置且串联的换热管组，每个换热管组包括多个水平排列且串联的换热直管，相邻两个所述换热管组中位于下方的所述换热管组的顶部高于位于上方的所述换热管组的底部。

其中，所述换热管组件包括2m+1个上下分布的换热管组，从上到下的第奇数个换热管组包括n个换热直管，第偶数个换热管组包括n-1个换热直管，其中m为大于等于1的整数，n为大于等于3的整数。

其中，所述换热直管的横截面呈椭圆形，所述椭圆形的长轴方向与所述热交换器壳体的高度方向一致。

其中，所述换热管组件还包括换热翅片，所述换热直管穿设在所述换热翅片上。

所述换热翅片的数量为多个。

其中，位于最下方的所述换热管组与供水管连接，位于最上方的所述换热管组与出水管连接。

其中，所述热交换器壳体以及换热管组件均采用防腐蚀材料制成。

本发明还提供了一种燃气热水器，包括燃烧室和热交换器，所述热交换器设在所述燃烧室上方，所述燃烧室包括燃烧室壳体和位于所述燃烧室壳体内用于加热所述热交换器的燃烧器，所述热交换器采用如上所述的热交换器。

其中，所述燃烧室壳体和所述燃烧器之间设置有环形隔热板。

其中，所述燃烧室壳体包括顺次连接的前侧板、左侧板、后侧板和右侧板，所述环形隔热板包括与所述前侧板间隔设置的前隔热板、与所述左侧板间隔设置的左隔热板、与所述后侧板间隔设置的后隔热板以及与所述右侧板间隔设置的右隔热板。

其中，所述后隔热板和所述左隔热板、所述右隔热板为一体式结构。

(三)有益效果

本发明所提供的燃气热水器及其热交换器包括热交换器壳体以及位于热交换器壳体内的换热管组件，其中换热管组件包括至少两个上下设置且串联的换热管组，每个换热管组包括多个水平排列且串联的换热直管，通过将相邻两个换热管组中位于下方的换热管组的顶部高于位于上方的换热管组的底部，以减小热交换器的高度，降低生产成本。此外，该装置换热效率高，热损失少且结构简单。

进一步地，在保证热交换器的顶部与燃烧室的底部的距离不变的基础上，由于热交换器的高度的减少因而增加燃烧室的高度，并通过在燃烧室壳体内设置环形隔热板，以在环形隔热板与燃烧室壳体之间形成风道，进一步实现隔热效果，从而取消或大大较少盘绕在热交换器的进水盘管，以减少材料用量，进一步降低生产成本。

此外，热交换器壳体和换热管组件均采用防腐蚀材料制成，以提高热交换器的耐腐蚀性能。

附图说明

图1为本发明一种热交换器的一个优选实施例的结构示意图。

图2为图1中的热交换器的剖视示意图。

图3为图1中的热交换器的左视示意图。

图4为图1中的热交换器的后视示意图。

图5为图1中的热交换器的右视示意图。

图6为本发明一种燃气热水器的燃烧室的一个优选实施例的结构示意图。

图7为图6中的燃烧室的爆炸示意图。

图8为图6中的燃烧室壳体的前侧板的结构示意图。

图9为图6中的隔热装置的前隔热板的结构示意图。

图10为图6中的隔热装置的后隔热板、左隔热板和右隔热板的结构示意图。

图11为图10中的隔热装置的后隔热板、左隔热板和右隔热板的俯视示意图。

图12为图6中的燃烧室壳体的结构示意图。

图13为图12中的燃烧室壳体的俯视示意图。

图中，1：热交换器壳体；1-1：前安装板；1-2：右侧孔板；1-3：后安装板；1-4：左侧孔板；1-5：进水口；1-6：出水口；2：换热管组件；2-1：换热直管；2-2；散热翅片；3：燃烧室壳体；3-1：前侧板；3-2：左侧板；3-3：后侧板；3-4：右侧板；3-5：底板；3-6：上凸缘；3-7：第一观火孔；4：隔热装置；4-1：前隔热板；4-2：左隔热板；4-3：后隔热板；4-4：右隔热板；4-5：第二观火孔；5：前侧板螺钉孔；6：第一排螺钉定位法兰；7：第二排螺钉定位法兰；8：第一排螺钉孔；9：第二排螺钉孔；10：横向支撑爪。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“前”、“后”、“左”、“右”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发明和简化描述，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发明的限制。

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。在本发明的描述中，“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。

在本发明中，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发明中的具体含义。

图1至图5示出了根据本发明的一种热交换器的一个优选实施例。如图所示，该热交换器包括用于安装在燃烧室上方的热交换器壳体1以及位于热交换器壳体1内的换热管组件2。其中，热交换器壳体1包括顺次连接的前安装板1-1、左侧孔板1-4、后安装板1-3和右侧孔板1-2。换热管组件2包括三个上下设置且串联的换热管组，每个换热管组包括多个水平排列且串联的换热直管2-1，相邻两个换热管组中位于下方的换热管组的换热直管2-1的顶部高于位于上方的换热管组的换热直管2-1的底部。本发明所提供的热交换器通过将相邻两个换热管组中位于下方的换热管组的顶部高于位于上方的换热管组的底部(即下方的换热管组中的换热直管2-1和上方的换热管组的换热直管2-1交叉分布)，以减小热交换器的高度，降低生产成本。此外，该装置换热效率高，热损失少且结构简单。

具体地，位于最上方的换热管组包括3根换热直管2-1，位于中间的换热管组包括2根换热直管2-1，位于最下方的换热管组包括3根换热直管2-1。最下方的换热管组的进水口1-5位于左侧孔板1-4上，用于与进水管连接，位于最上方的换热管组的出水口1-6位于右侧孔板1-2上，用于与出水管连接，位于中间的换热管组的进水口和出水口分别与最下方的换热管组和最上方的换热管组通过连接弯管连接，从而构成整个水通路。

需要说明的是，虽然在该实施例中，示出了三个换热管组以及每个换热管组中所包含的换热直管2-1的具体数量，然而本领域的技术人员应当理解，在本发明的其它一些实施例中，换热管组也可以设置为2个或4个、5个等。另外，每个换热管组中换热直管2-1的数量也可以采用其它数值，例如位于最上方的换热管组包括根换热直管2-1，位于中间的换热管组包括3根或5根换热直管2-1，位于最下方的换热管组包括4根换热直管2-1。

为了进一步减低成本且保证换热效果，优选换热管组件包括2m+1个上下分布的换热管组，从上到下的第奇数个换热管组包括n个换热直管2-1，第偶数个换热管组包括n-1个换热直管2-1，其中m为大于等于1的整数，n为大于等于3的整数。

在该实施例中，换热直管2-1的横截面呈椭圆形，且椭圆形的长轴方向与热交换器的高度方向一致，以便于相邻两个换热管组中位于下方的换热管组中的换热直管2-1与位于上方的换热管组的换热直管2-1交叉，进而进一步缩短换热管组件的高度且能够保证换热效果。

此外，该换热管组件还包括设置在热交换器壳体1内的换热翅片2-2，其中，换热直管2-1分别穿设在换热翅片2-2上。例如，换热翅片2-2可以通过焊接的方式(例如钎焊)与换热直管2-1连接。优选换热翅片2-2的数量为多个。工作时，通过进水管向换热管组件通水，高温烟气进入热交换器之后通过与换热翅片2-2间的对流换热将热量传递到换热直管2-1中，最后换热直管再通过对流换热将热量传递给管中的冷水，加热后的水通过出水管排出。

在本发明的其它一些实施例中，热交换器壳体1和换热管组件2均采用防腐蚀材料制成。例如不锈钢，以避免水质较差时，对热交换器的腐蚀。

本发明还公开了一种燃气热水器，其包括燃烧室和如上所述的热交换器，该热交换器设在燃烧室上方，其中燃烧室包括燃烧室壳体3和位于燃烧室壳体3内用于加热热交换器的燃烧器。本发明所提供的燃气热水器所具有的技术效果与上述热交换器的技术效果相对应，为了避免不必要的重复，在此将不再赘述。

如图6和图7所示，燃烧室壳体3和燃烧器之间设置有环形隔热板4，以在环形隔热板4与燃烧室壳体3之间形成风道，用于流通空气，以进一步实现隔热效果，从而改善燃烧热辐射的危害。此外，该燃气热水器通过在燃烧室内增加环形隔热板4可以去除或大大减少传统用于给热交换器腔体降温的多圈缠绕在热交换器表面上的进水盘管，在不影响对进水预热的情况下减少进水管的材料用量，进一步降低生产成本。

具体地，环形隔热板4的前隔热板4-1与前侧板3-1平行设置、左隔热板4-2与左侧板3-2平行设置、后隔热板4-3与后侧板3-3平行设置，以及右隔热板4-4与右侧板3-4平行设置，其中前隔热板4-1、左隔热板4-2、后隔热板4-3和右隔热板4-4顺次连接构造成矩形的环形结构，以便于安装在燃烧室壳体3内时结构紧凑，且制作工艺简单，制作成本低。

在该实施例中，后隔热板4-3和左隔热板4-2、右隔热板4-4为一体式结构，例如通过冲压一次成型。该环形隔热板4通过采用一体式结构的后隔热板4-3、左隔热板4-2和右隔热板4-4，以使得制造工艺简便，有效提高后隔热板4-3、左隔热板4-2以及右隔热板4-4的生产效率和安装效率，同时，也利于环形隔热板4的整体结构稳定性，利于延长其使用寿命。

在该实施例中，前隔热板4-1上设置有多个螺钉孔，以通过螺钉穿过该螺钉孔与燃烧室内的燃烧器支架连接，并应保证前隔热板4-1所在的平面与前侧板3-1所在的平面之间的距离为1.5～5mm，以形成供冷空气在其内流动的通道，从而冷却燃烧室前壁面，使温度控制在合理范围内，且便于拆卸。

此外，后侧板3-3上设置有螺钉孔，后隔热板4-3设置有与该螺钉孔对应的螺钉定位法兰，以通过螺钉穿过后侧板3-3上的螺钉孔和螺钉定位法兰而将后隔热板4-3固定在后侧板3-3上，并应保证后隔热板4-3所在的平面与后侧板3-3所在的平面之间的距离为4-6mm，以形成供冷空气在其内流动的通道，从而冷却燃烧室后壁面，使温度控制在合理范围内。由于后隔热板4-3和左隔热板4-2、右隔热板4-4为一体式结构，因此，左隔热板4-2和右隔热板4-4通过后隔热板4-3和后侧板3-3的连接而与燃烧室壳体1连接在一起。在该实施例中，为了保证连接的可靠性，优选后隔热板4-3上设置有两排螺钉定位法兰：第一排螺钉定位法兰6和第二排螺钉定位法兰7(如图11所示)，后侧板3-3上设置有两排螺钉孔：第一排螺钉孔8和第二排螺钉孔9(如图12所示)，其中，第一排螺钉定位法兰6与后侧板3-3上的第一排螺钉孔8一一对应并通过螺钉紧固连接；第二排螺钉定位法兰6与后侧板3-3上的第二排螺钉孔9通过螺钉紧固连接，以便于拆卸，且安装方便。

需要说明的是，本领域的技术人员应当理解，在本发明的其它一些实施例中，也可以通过其它的连接件将后隔热板4-3和后侧板3-3连接，例如双头螺杆等。同样地，也可以通过其它的连接件将前隔热板4-1和前侧板3-1连接，例如双头螺杆等。

进一步地，如图10和图11所示，左隔热板4-2上设置有位于左隔热板4-2和左侧板3-2之间的横向支撑爪10，以保证左隔热板4-2所在的平面和左侧板3-2所在的平面之间保持一定距离，优选该距离为4-6mm，从而使冷空气在左隔热板4-2和左侧板3-2之间的间隙内流通来冷却燃烧室左壁面，使温度控制在合理范围内。优选左隔热板4-2上设置多个横向支撑爪10，且这多个横向支撑爪10分别位于左隔热板4-2的四周和中央。类似地，右隔热板4-4上也设置有位于右隔热板4-4和右侧板3-4之间的横向支撑爪10，以保证右隔热板4-4所在的平面和右侧板3-4所在的平面之间保持一定距离，优选该距离为4-6mm，从而使冷空气在右隔热板4-4和右侧板3-4之间的间隙内流通来冷却燃烧室右壁面，使温度控制在合理范围内。虽然在该实施例中，优选右隔热板4-4上也可以设置多个横向支撑爪10，且这多个横向支撑爪10分别位于右隔热板4-4的四周和中央。此外，需要说明的是，横向支撑爪10也可以设置在左侧板3-2和右侧板3-4上。

优选前隔热板4-1、左隔热板4-2、后隔热板4-3和右隔热板4-4均采用具有反射功能的防燃烧材料制成，例如镜面不锈钢，该镜面不锈钢的反射面朝向燃烧室内部，这样就可以将燃烧中产生的大量辐射热量反射回燃烧室，减少壁面接受的辐射热量，以进一步降低燃烧室壁面的温度。

为了便于了解燃烧室内的火焰情况，在前侧板3-1上设置有第一观火孔3-7，前隔热板4-1上设置有与第一观火孔3-7相对应的第二观火孔4-5，以通过第一观火孔3-7和第二观火孔4-5观察燃烧室内的火焰情况，如图8和图9所示。在该实施例中，第一观火孔3-7和相对应的第二观火孔4-5的数量均为1个，需要说明的是，本领域的技术人员应当理解，在本发明的其它一些实施例中，第一观火孔3-7和相对应的第二观火孔4-5的数量也可以为2个或2个以上等，具体数量应根据燃烧室的大小等具体情况进行设置。

进一步地，如图7和图13所示，后侧板3-3和左侧板3-2、右侧板3-4为一体式结构，例如通过冲压一次成型。该燃烧室壳体3通过采用一体式结构的后侧板3-3、左侧板3-2和右侧板3-4，以使得制造工艺简便，有效提高后侧板3-3、左侧板3-2以及右侧板3-4的生产效率和安装效率，同时，也利于燃烧室壳体3的整体结构稳定性，利于延长燃烧室的使用寿命。

在该实施例中，底板3-5与侧板3-3通过焊接连接，上凸缘3-6与后侧板3-3组装后也通过焊接连接，以保证燃烧室壳体3的整体结构稳定性。此外，前侧板3-1具有前侧板螺钉孔5，以通过螺钉与后侧板3-3连接，以便于拆卸。

综上所述，本发明所提供的燃气热水器及其热交换器通过将相邻两个换热管组中位于下方的换热管组的顶部高于位于上方的换热管组的底部，以减小热交换器的高度，降低其生产造成本。此外，在保证热交换器的顶部与燃烧室的底部的距离不变的基础上，由于热交换器的高度的减少因而增加燃烧室的高度，并通过在燃烧室壳体内设置环形隔热板，以在环形隔热板4与燃烧室壳体3之间形成风道，进一步实现隔热效果，从而取消或大大较少盘绕在热交换器的进水盘管，以减少材料用量，降低生产成本。此外，热交换器壳体1和换热管组件2均采用防腐蚀材料制成，以提高热交换器的耐腐蚀性能。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。