CN201697503U - 一种套管式换热器 - Google Patents

Abstract

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。

Description

一种套管式换热器 

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℃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，***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。 

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℃，而PVC类管材可达到40℃，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***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***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***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，***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。 

附图说明

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； 

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形管内径均匀，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***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。 

Claims (8)

1.一种套管式换热器，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，***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。 

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