專利名稱：熱交換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于鍋爐的熱交換器，具體而言，涉及一種允許在燃燒氣體和流經(jīng)熱交換管的加熱水之間有效傳熱的熱交換器。
背景技術(shù)：
在本領(lǐng)域中已知的是，燃燒裝置的例子可以包括鍋爐和熱水器等，這些燃燒裝置通過使用燃燒器在燃燒室中對流經(jīng)熱交換管內(nèi)部的加熱水進行加熱。也就是說，用在普通家庭、公共建筑物等中的鍋爐被用于加熱房間并供應(yīng)熱水，熱水器在短時間內(nèi)將冷水加熱到預(yù)定的溫度，從而允許使用者方便地使用熱水。諸如鍋爐和熱水器等大多數(shù)燃燒裝置由以下系統(tǒng)構(gòu)成該系統(tǒng)使用油或氣體作為燃料并借助燃燒器燃燒油或氣體，通過使用在燃燒過程中產(chǎn)生的燃燒熱對水進行加熱，并向使用者供應(yīng)被加熱的水(熱水)。燃燒裝置配備有吸收從燃燒器產(chǎn)生的燃燒熱的熱交換器，并且已經(jīng)提出用于改善熱交換器的傳熱效率的各種方法。在相關(guān)領(lǐng)域中，一般使用的方法是通過在熱交換管的外表面上形成多個翅片來增大熱交換管的傳熱面積。然而，這種熱交換管的制造方法復(fù)雜并且制造成本增加，同時翅片對傳熱面積的影響基本沒有增大。圖1是示出制造方法比相關(guān)領(lǐng)域中的翅片式熱交換器更為簡單的矩形熱交換器的示圖。這種熱交換器的結(jié)構(gòu)是具有寬度大于高度的矩形截面的熱交換管1的兩端被裝配在固定板2和3中，端板4和5例如通過銅焊(即，硬釬焊)固定到固定板上。在端板4 和5上分別形成有加熱水進口 6和加熱水出口 7。各熱交換管1通過管連接器8彼此連接， 使得流經(jīng)加熱水進口 6的加熱水在經(jīng)過熱交換管1和管連接器8之后通過加熱水出口 7排出。這種熱交換器的優(yōu)點在于，其制造方法比翅片式熱交換器的制造方法更為簡單，并且可以充分地確保傳熱面積。然而，由于在熱交換器的燃燒器中的燃燒，燃燒氣體沿箭頭方向流經(jīng)各熱交換管1 之間的空間，但是燃燒氣體的流路相對較短，使得燃燒氣體的熱量不能充分地傳遞到各熱交換管1。此外，由于在家用鍋爐中各熱交換管1之間的間隙通常是1 2mm，因而隨著鍋爐的運行以及加熱水流入各熱交換管1中，各熱交換管1在加熱水的壓力下膨脹并阻斷燃燒氣體的流路，從而降低了熱交換效率。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明致力于提供一種熱交換器，其可以通過增大燃燒氣體流經(jīng)熱交換管的路徑的長度并允許燃燒氣體產(chǎn)生湍流來提高傳熱效率。此外，本發(fā)明還致力于提供一種熱交換器，其可以防止熱交換管由于流經(jīng)熱交換管的加熱水的壓力造成的膨脹而阻斷燃燒氣體的路徑。此外，本發(fā)明還致力于提供一種熱交換器，其可以保持燃燒氣體所經(jīng)過的各熱交換管之間的間隙均勻。技術(shù)方案根據(jù)本發(fā)明例示性實施例的熱交換器包括多個熱交換管，每個熱交換管具有截面呈扁管形的敞開端部，并且加熱水流經(jīng)每個熱交換管的內(nèi)部；第一固定板和第二固定板， 每個固定板具有沿著板的縱向以預(yù)定間隔形成的管插入孔，并且所述的多個熱交換管的兩端插在對應(yīng)的管插入孔中；第一平行流道蓋和第二平行流道蓋，第一平行流道蓋和第二平行流道蓋分別固定在第一固定板和第二固定板上，并且用于封閉各熱交換管的兩端，從而形成平行流道；加熱水進口，所述加熱水進口與第一平行流道蓋連接；和加熱水出口，所述加熱水出口與第一平行流道蓋連接或與第二平行流道蓋連接，其中每個熱交換管的截面具有沿著所述熱交換管的寬度方向交替設(shè)置的突出部和凹陷部，從而延長燃燒氣體流經(jīng)各熱交換管之間的流路。所述熱交換管具有多個伸出部，所述的各伸出部沿著所述熱交換管的長度方向間隔開且在所述熱交換管的寬度方向上伸出，并且相鄰的熱交換管的伸出部彼此接觸。所述熱交換管的上部和下部在厚度方向上的截面具有彼此匹配的形狀，并且由相鄰的熱交換管所形成的燃燒氣體的流路的截面形狀相似。通過壓制形成第一平行流道蓋和第二平行流道蓋，第一平行流道蓋和第二平行流道蓋具有用于封閉各熱交換管的端部的多個穹狀部和在所述的各穹狀部之間的連接部，并且在所述連接部處的所述熱交換管之間插入形狀與所述熱交換管的截面形狀相似的插入板，使得燃燒氣體的流路的形狀和間隙保持相似。通過壓制和彎折形成所述熱交換管，然后焊接連接部。有益效果根據(jù)本發(fā)明的熱交換器，可以通過延長燃燒氣體流經(jīng)熱交換管的流路來提高傳熱效率。此外，可以防止熱交換管由于流經(jīng)熱交換管的加熱水的壓力造成的膨脹而阻斷燃燒氣體的路徑。此外，可以保持燃燒氣體所經(jīng)過的各熱交換管之間的整個間隙均勻。


圖1是示出相關(guān)領(lǐng)域中的矩形熱交換器的示圖。圖2是根據(jù)本發(fā)明例示性實施例的熱交換器的立體圖。圖3是示出根據(jù)本發(fā)明例示性實施例的熱交換器的示意性截面的示圖。圖4是示出當(dāng)根據(jù)本發(fā)明例示性實施例的多個熱交換管堆疊時的截面的示圖。圖5是示出根據(jù)本發(fā)明例示性實施例的熱交換管的形狀的示圖。圖6是示出根據(jù)本發(fā)明例示性實施例的第一固定板的形狀的示圖。圖7是示出根據(jù)本發(fā)明例示性實施例的第一平行流道蓋的形狀的示圖。圖8是示出插在根據(jù)本發(fā)明例示性實施例的各熱交換管之間的插入板的形狀的示圖。主要附圖標(biāo)記和符號的說明10:熱交換管11:突出部12:凹陷部13:伸出部21 第一固定板21a 管插入孔
4
22 第二固定板32:第二平行流道蓋31b，32b:連接部42:加熱水出口
說明書
31 第一平行流道蓋 31a，32a 穹狀部 41 加熱水進口 50 插入板
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具體實施例方式下面，參照附圖，詳細說明本發(fā)明優(yōu)選實施例的結(jié)構(gòu)和操作。對于附圖中的各元件的附圖標(biāo)記，需要注意的是，相同的元件具有基本上相同的附圖標(biāo)記，即使這些元件出現(xiàn)在不同的附圖中。圖2是根據(jù)本發(fā)明例示性實施例的熱交換器100的立體圖，圖3是示出熱交換器的示意性截面的示圖。熱交換器100包括熱交換管10、第一固定板21、第二固定板22、第一平行流道蓋 31、第二平行流道蓋32、加熱水進口 41和加熱水出口 42。熱交換管10具有扁管形截面，端部敞開，加熱水流經(jīng)熱交換管10。各熱交換管10 縱向堆疊。第一固定板21和第二固定板22具有以規(guī)則間隔縱向設(shè)置的管插入孔21a，并且各熱交換管10的兩端插在管插入孔中(參見圖6)。第一平行流道蓋31和第二平行流道蓋32分別固定在第一固定板21和第二固定板22上，并且通過封閉熱交換管10的敞開兩端形成平行流道。第一平行流道蓋31的下部與加熱水進口 41連接，并且上部與加熱水出口 42連接。不同的是，加熱水進口 41可以與第一平行流道蓋31的下部連接，并且加熱水出口 42 可以與第二平行流道蓋32的上部連接。下面，參照圖3，對流經(jīng)熱交換器100的加熱水的流路進行說明。加熱水經(jīng)過在熱交換器100下部的加熱水進口 41流入內(nèi)部，并在流經(jīng)兩個熱交換管10之后流到右側(cè)。流經(jīng)熱交換管10的右端的加熱水經(jīng)過堆疊在上述兩個熱交換管10 之上的另兩個熱交換管10的右端而向左側(cè)流動。這四個熱交換管10的右端被第二平行流道蓋32的穹狀部3 封閉。流到左側(cè)的加熱水在流經(jīng)第一平行流道蓋31的穹狀部31a之后沿著另兩個熱交換管10流向右側(cè)。加熱水在按此方式以之字形改變流路的同時流經(jīng)熱交換管10，然后，經(jīng)過與第一平行流道蓋31的上部連接的加熱水出口 42排出。加熱水在流經(jīng)熱交換管10的同時與通過在燃燒器中燃燒而產(chǎn)生的燃燒氣體進行熱交換。在附圖中，燃燒氣體在沿著垂直面對圖紙的方向或相反方向流經(jīng)各熱交換管10之間的同時將熱量傳遞到加熱水。圖4是示出當(dāng)各熱交換管10堆疊時的截面的示圖，圖5是示出一個熱交換管10 的形狀的示圖。在例示性實施例中，熱交換管10的寬度方向w是燃燒氣體流經(jīng)各熱交換管之間的方向，厚度方向t是示出具有扁管形截面的熱交換管10的厚度的方向，縱向1是示出熱交換管10的整個長度的方向(參見圖5)。熱交換管10的截面呈具有沿著熱交換管10的寬度方向w交替設(shè)置的突出部11 和凹陷部12的形狀，從而延長燃燒氣體流經(jīng)各熱交換管之間的流路。此外，熱交換管10的截面呈具有在厚度方向t上彼此匹配的上部和下部的形狀。也就是說，在熱交換管10中， 當(dāng)上部沿厚度方向t突出時，下部是凹陷的。因此，由兩個相鄰的熱交換管10所形成的燃燒氣體的流路的截面形狀呈多個S形，并且這些形狀在整個熱交換管10中大致相同。根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，燃燒氣體的流路延長，并且熱交換管10的傳熱面積增大，使得燃燒氣體的熱量可以充分地傳遞到熱交換管10中的加熱水。此外，由于燃燒氣體的流路形成 S形，所以燃燒氣體會產(chǎn)生湍流。因此，燃燒氣體停留在流路中的時間更長，相應(yīng)地，燃燒氣體的熱量可以通過各熱交換管10充分地傳遞到加熱水，從而可以提高熱交換效率。優(yōu)選的是，通過以下方式來制造熱交換管10 對金屬板壓制以形成在厚度方向t 上具有上部和下部的形狀，彎折中間部，然后焊接連接部。通過簡化制造工藝可以降低熱交換管10的制造成本。另外，隨著鍋爐的運行以及加熱水流入熱交換管10中，由于加熱水的壓力，熱交換管10可以沿厚度方向膨脹。一般而言，設(shè)置在家用鍋爐中的熱交換器的尺寸較小并且各熱交換管10之間的間隙大約是1 2mm。也就是說，燃燒氣體流經(jīng)大約1 2mm 的間隙，使得當(dāng)熱交換管10膨脹時會阻斷燃燒氣體的路徑，從而熱交換效率降低。由于熱交換管10具有交替設(shè)置的突出部11和凹陷部12并且通過壓制制造，因此熱交換管10具有足夠的剛性并且由于加熱水的壓力造成的膨脹非常小。然而，優(yōu)選的是， 熱交換管具有多個伸出部13，該伸出部沿著熱交換管的縱向以預(yù)定距離在熱交換管的寬度方向上朝向兩側(cè)伸出，從而更為可靠地防止熱交換管10由于加熱水的壓力而發(fā)生膨脹。當(dāng)沿著縱向設(shè)置各熱交換管10時，相鄰的熱交換管的伸出部13彼此接觸。因此，利用伸出部 13，可以防止燃燒氣體的流路被膨脹的熱交換管10阻斷。另一方面，各伸出部13沿著熱交換管10的縱向隔開。也就是說，各伸出部13與燃燒氣體的流路平行地隔開，使得燃燒氣體的流路基本不被伸出部13阻斷，同時燃燒氣體的流路被分成幾段，使得燃燒氣體的熱量可以被充分地傳遞到各熱交換管10。此外，流經(jīng)熱交換管10的加熱水在經(jīng)過伸出部13的同時產(chǎn)生湍流，使得加熱水可以進一步接收燃燒氣體的熱量，并且提高了整個熱交換效率。圖6是示出根據(jù)本發(fā)明例示性實施例的第一固定板21的形狀的示圖。第二固定板22的形狀與第一固定板21的形狀相同。在第一固定板21上以規(guī)則間隔形成有插入熱交換管10的端部的管插入孔21a。 例如通過銅焊將，第一平行流道蓋31固定在第一固定板21上，形成平行流道。圖7是示出根據(jù)本發(fā)明例示性實施例的第一平行流道蓋31的形狀的示圖，圖8是示出插在根據(jù)本發(fā)明例示性實施例的各熱交換管10之間的插入板50的示圖。除了第一平行流道蓋31具有用于連接加熱水進口 41和加熱水出口 42的開口之外，第二平行流道蓋32 的形狀也與第一平行流道蓋31的形狀大致相同。第一平行流道蓋31具有用于封閉各熱交換管10的端部的多個穹狀部31a和在各穹狀部之間的連接部31b。一般而言，通過壓制制造具有這種形狀的平行流道蓋。如上所述，雖然鍋爐中各熱交換管10之間的間隙只有大約1 2mm，但是通過壓制極難形成具有 1 2mm間隙的穹狀部(也就是說，通過壓制極難制造出使連接部31b為1 2mm長的第一平行流道蓋31)。一般而言，通過壓制所形成的連接部32b的最小長度為大約4 5mm。當(dāng)通過平行流道蓋形成熱交換路徑時，靠近平行流道蓋的連接部的各熱交換管10之間的間隙應(yīng)該為4 5mm，其他各熱交換管10之間的間隙為1 2mm，使得各熱交換管10之間的間隙不均勻。也就是說，設(shè)置在穹狀部31周圍的各熱交換管10之間的距離為1 2mm，而鄰近連接部的各熱交換管10之間的距離為4 5mm。在這種情況下，大部分燃燒氣體在彼此間隔為4 5mm的各熱交換管10之間流過，而不是均勻地流過各熱交換管10之間，從而熱交換效率降低。為了解決該問題，在第一平行流道蓋的連接部31b處的熱交換管10之間插入截面形狀與熱交換管10的截面形狀相似的插入板50 (參見圖4)。在與第一平行流道蓋31交替設(shè)置的第二平行流道蓋32的連接部32b處也插入插入板50。結(jié)果，每隔兩個熱交換管插入插入板50 (參見圖幻。因此，可以將各熱交換管10之間的間隙保持在大約1 2mm，而不必考慮連接部31b，并且燃燒氣體可以在整個熱交換管10之間均勻地流過，從而改善了熱交換效率。如上所述，由于根據(jù)本發(fā)明例示性實施例的熱交換管10呈具有沿著熱交換管的寬度方向交替設(shè)置的突出部11和凹陷部12的截面形狀，因而可以允許燃燒氣體沿著流經(jīng)熱交換管的更長流路產(chǎn)生湍流，這樣提高了傳熱效率。此外，每個熱交換管10具有在縱向 1上間隔的伸出部13，并且相鄰熱交換管的伸出部13彼此接觸，使得可以有效地防止熱交換管由于流經(jīng)熱交換管的加熱水的壓力造成的膨脹而阻斷燃燒氣體的流路。此外，由于將形狀與熱交換管10的截面相似的插入板50插在對應(yīng)于平行流道蓋的連接部31b的位置， 因而可以使各熱交換管10之間的整個間隙保持均勻并且提高了熱交換效率。本發(fā)明不限于例示性實施例，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的是，可以在不背離本發(fā)明的范圍和精神內(nèi)作出各種修改和變化。
權(quán)利要求
1.一種熱交換器，其包括多個熱交換管，每個熱交換管具有截面呈扁管形的敞開端部，并且加熱水流經(jīng)每個熱交換管的內(nèi)部；第一固定板和第二固定板，每個固定板具有沿著板的縱向以預(yù)定間隔形成的管插入孔，并且所述的多個熱交換管的兩端插在對應(yīng)的管插入孔中；第一平行流道蓋和第二平行流道蓋，第一平行流道蓋和第二平行流道蓋分別固定在第一固定板和第二固定板上，并且用于封閉各熱交換管的兩端，從而形成平行流道；加熱水進口，所述加熱水進口與第一平行流道蓋連接；和加熱水出口，所述加熱水出口與第一平行流道蓋連接或與第二平行流道蓋連接，其中每個熱交換管的截面具有沿著所述熱交換管的寬度方向交替設(shè)置的突出部和凹陷部，從而延長燃燒氣體流經(jīng)各熱交換管之間的流路。
2.如權(quán)利要求1所述的熱交換器，其中所述熱交換管具有多個伸出部，所述的各伸出部沿著所述熱交換管的長度方向間隔開且在所述熱交換管的寬度方向上伸出，并且相鄰的熱交換管的伸出部彼此接觸。
3.如權(quán)利要求1所述的熱交換器，其中所述熱交換管的上部和下部在厚度方向上的截面具有彼此匹配的形狀，并且由相鄰的熱交換管所形成的的截面形狀相似。
4.如權(quán)利要求3所述的熱交換器，其中通過壓制形成第一平行流道蓋和第二平行流道蓋，第一平行流道蓋和第二平行流道蓋具有用于封閉各熱交換管的端部的多個穹狀部和在所述的各穹狀部之間的連接部，并且在所述連接部處的所述各熱交換管之間插入形狀與所述熱交換管的截面形狀相似的插入板，使得燃燒氣體的流路的形狀和間隙保持相似。
5.如權(quán)利要求1至4中任一項所述的熱交換器，其中通過壓制和彎折形成所述熱交換管，然后焊接連接部。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種可以在流經(jīng)熱交換管內(nèi)部的加熱水和燃燒氣體之間有效進行傳熱的熱交換器。該熱交換器包括多個熱交換管，每個熱交換管具有截面呈扁管形的敞開端部，并且加熱水流經(jīng)每個熱交換管的內(nèi)部；第一固定板和第二固定板，每個固定板具有沿著板的縱向以預(yù)定間隔形成的管插入孔，并且多個熱交換管的兩端插在對應(yīng)的管插入孔中；第一平行流道蓋和第二平行流道蓋，分別固定在第一固定板和第二固定板上，并且用于封閉各熱交換管的兩端，從而形成平行流道；加熱水進口，與第一平行流道蓋連接；和加熱水出口，與第一平行流道蓋連接或與第二平行流道蓋連接。每個熱交換管的截面呈具有沿著熱交換管的寬度方向交替設(shè)置的突出部和凹陷部的形狀，從而延長燃燒氣體流經(jīng)各熱交換管之間的流路。
文檔編號F28F1/06GK102422116SQ201080020495
公開日2012年4月18日 申請日期2010年4月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月20日
發(fā)明者崔榮植, 金寧模 申請人:(株)慶東Navien公司