发明内容
为了克服现有热交换器的上述不足之处，本发明提出“大管套小管”、“金属膜板包裹热管”和“软管缠绕硬管”等多种新的双重热交换结构，它同时具有采暖、产热水、烘烤等多种功能。并设计制造了各种暖气热水器等多种热利用和节能减排新产品。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案，有如下3个新结构特征，现分别说明如下。
特征1：大管套小管双重热交换结构
如图1，小管(2)两端绞有螺纹(5)并从大管(1)两端穿过、穿出、套在大管(1)内，分别用水暖管件将小管(2)两端与室内现有的热管或暖气管(32)密封连通(暖气管也是一种热管，下同)，以供给暖气热水。大管(1)两端面(3)用盖片与小管(2)的外表面密封连接：即小管(2)内的水不会漏进大管(1)，大管(1)内的水不会漏出管外。在大管(1)上，一般在两端附近，密封连通绞有螺纹的(一个或两个以上)对丝(4)，使水可以流进、流出大管(1)。
与水箱和水源的连接结构及其工作原理：让热水，例如热管热水或暖气热水，从小管(2)流过，让自来水冷水从大管(1)流过，则小管(2)内的热水将由管壁传导加热大管(1)内的冷水(第一次热交换)、又不会与大管(1)内的水混合而使水变脏。
如果再将大管(1)上的对丝(4)分别用对流管(35)与上部的热水箱(30)连通(见图4)，则大管(1)内的热水又会与热水箱(30)内的冷水对流、将热水箱(30)内的冷水加热(第二次热交换)、成为有用热水。
再分别用管道(34)和水暖管件将大管(1)的对丝(4)与水源开关(15)密封连通，以供给自来水冷水，仍见图4。
于是图1所示大管套小管的结构就成为一种双重热交换结构，或称为“热水热管或热水暖气管”，其主要有益效果是：它是一种散热器或暖气管，可以用于采暖、烘烤等，又能通过双重热交换而产生热水，从而用于制造热水器，祥见下文实施例1、2。
特征2：大管套双管双重热交换结构
如图2，小管(2)两端绞有螺纹(5)并弯曲成倒U字形，将弯曲端伸进大管(1)、套在大管(1)内并接近其上端。大管(1)两端面(3)用盖片密封连接：倒U形小管(2)的另一端(下端)的两根绞有螺纹(5)的管头密封穿出大管(1)的下端盖片与室内现有的暖气管(32)密封连通，且盖片与小管(2)的外表面密封连接：使小管(2)内的水不会漏进大管(1)，大管(1)内的水不会漏出管外。大管(1)上，一般是两端附近，密封连通绞有螺纹的(一个或两个以上)对丝(4)，其上端的对丝(4)分别用对流管(35)与热水箱(30)密封连通。大管(1)下端的对丝(4)与水源开关(15)密封连通；
也可将小管(2)弯曲成多个U字形，并将多个弯曲端伸进宽度足够的大管(1)并接近其上端、套在大管(1)内。大管(1)两端面(3)仍用盖片密封连接：U形小管(2)的另一端的两根绞有螺纹的管头仍密封穿出大管(1)的下端盖片。大管(1)两端附近仍密封连通绞有螺纹的(一个或两个以上)对丝(4)。
这就是大管套双管或大管套多管双重热交换结构，或又一种“热水热管或热水暖气管”，其工作原理和主要有益效果与特征1所示结构相同，通过双重热交换而产生热水。新增有益效果是大管(1)内多个U形小管(2)的总长度更长、总表面积更大，管壁传导的热量更多，可以产生更多的热水。
特征3：螺线软管双重热交换结构
将各种粗细的较长的软管(10)，依次缠绕在暖气管或硬质热管(6)上：每匝软管互相紧挨着、但互相不重叠，多匝软管将热管(6)复盖住，外形呈长直状螺线管，见图3(a)。还可制作成矩形、三角形或圆形螺线管，见图3(b)、图3(c)、图3(d)。它的一端显露出进水管(13)，另一端显露出出水管(19)，这就构成软管缠绕热管热交换结构或螺线软管热交换结构，也是一种双重热交换结构。
其工作原理：让热液体(例如暖气热水)或热气体从热管(6)中流过，让冷液体(如自来水冷水)或气体从软管(10)中流过，热量从硬热管(6)传给软管(第一次热交换)，软管再传给管内冷液体(第二次热交换)，即通过双重热交换，软管(10)会从热管(6)吸热而流出热液体或热气体，从而又可用于制造新的热管热水器，祥见下文实施例2。
其有益效果主要是：它完全不需改动原有热管(例如室内原有暖气管)的金属结构，就可使其增加产热水的功能。
具体实施方式
将以上3个新结构特征进行不同的有机组合，还会产生更多的新结构特征和更多的有益效果。经过仔细研究和实验，本发明共精选出5个具体实施例，现分别说明如下。
实施例1：热水热管热水器
图4的上部是热水箱(30)，下部是两个大管套小管双重热交换结构。该结构的两根小管(2)的上端因有螺纹，因此可用水暖管件(31)(此处用两个弯头和一个对丝即可)密封连接、不能漏水，使两根小管(2)形成一个倒U形管。两根小管(2)下端也有螺纹，因此也可用水暖管件与室内现有的热管或暖气管(32)连通，使热管或暖气管(32)内的热水从倒U形管内流过----从两根小管(2)的一个下端流进、从另一个下端流出。
图4下部两根大管(1)下端的两个对丝(4)(两根大管(1)下端各一个)，分别用管道(34)和水暖管件(此处可用三通(33))与水源开关(15)密封连通，以便给两根大管(1)供水并使两根大管(1)内的水互相连通，水源一般是室内自来水。
图4下部两根大管(1)上端的各一个对丝(4)(一般共有两个)，分别用对流管(35)与热水箱(30)密封连通，使热水箱(30)内的水能与两根大管(1)内的水互相对流。
以上结构就是一种新型热水热管或热水暖气管热水器，它的工作原理如下：自来水冷水从水源开关(15)和管道(34)流入两根大管(1)内，室内现有热管或暖气管(32)内的热水从两根小管(2)形成的倒U形管流过，由管壁传导将两根大管(1)内的冷水加热(暖气管(32)内的脏热水与大管(1)内的干净冷水分隔开，不会污染干净冷水)，该热水再由对流管(35)与热水箱(30)内的冷水对流并加热成有用的热水。
这种新型热水器的有益效果主要是：
1)它的热管或暖气管是一种既能采暖、又能产热水的热管或暖气管，而现有的热管或暖气管只能采暖，不能产热水。
2)在北方地区，特别在青海、新疆、内蒙、东北及其以北地区，冬季采暖长达半年以上，因此每年都可整整半年以上不用烧电或烧气而照样得到用不完的热水。而且完全不影响室内采暖温度(即并不增加烧暖气热水的燃料)就增加了产热水的功能：因大量的暖气热量总会散发到室外损失掉，此暖气热水器是利用了一部分这些损失掉的热量，这一点已在本人家庭的实际使用中得到了证实。因此，如果广泛推广，将有极大的经济效益和节能减排效果。
3)而且这种新型热水热管或热水暖气管热水器的成本非常低廉，即使用昂贵的不锈钢管制造，每台成本还不到100元。而市场上的暖气片每个都达几百元甚至几千元。
4)热水箱(30)可以是现有小厨宝或现有电热水器、燃气热水器的承压水箱，即可以把两根大管(1)上端的各一个对丝(4)(共两个)，分别用对流管(35)与现有小厨宝或现有电热水器、燃气热水器的承压水箱的进、出水口连通，则两根大管(1)内的热水与承压水箱内的冷水对流并将冷水加热----水源开关(15)可一直打开，承压水箱内的热水用掉后，可随时得到补充：由管道(34)流入两根大管(1)，再流入承压水箱，使承压水箱内总是充满热水，其效果与电或燃气加热完全一样。
5)以下是一种具有承压和不承压双重功能的新型水箱，也可以与这种新型暖气热水器连接使用：如图4上部，热水箱(30)全密封，仅底面或侧面下端有两个对丝(4)与水箱密封连通，侧面上端还有一个对丝(4)与水箱密封连通。该对丝(4)与溢水管(9)密封连通，溢水管(9)下端依次密封连通泄压阀(40)和开关(36)。
热水箱(30)底面下端的两个对丝(4)各连接一个三通(33)，其下孔均分别与对流管(35)密封连通，对流管(35)又分别与双重热交换结构的大管(1)上端的两个对丝(4)密封连通。
图4上部一个三通(33)的侧孔与用水器(37)连通(例如淋浴器喷头)，另一个三通(33)的侧孔与水位计开关(38)连通，再连通水位计玻璃管(39)。
这样该水箱就具有承压和不承压双重功能，其原理和操作方法如下：
将水位计开关(38)和溢水管开关(36)同时关闭，则热水箱(30)全密封、成为承压水箱，其原理和操作方法与现有小厨宝或电、气热水器承压水箱完全相同：箱内总充满水、并有自来水水压；水源开关(15)一直打开，承压水箱内的热水用掉后，可随时得到补充；泄压阀(40)可泄水减压保证安全。
将水位计开关(38)和溢水管开关(36)同时打开，则热水箱(30)有水位计玻璃管(39)和溢水管(9)与箱外空气连通，成为不承压水箱：箱内水压与气压相同，箱内可以不充满水、由水位计玻璃管(39)内液面显示水位、水量，而且可以完全放空-----其优点是可以用多少水上多少水，不用水就将水箱放空。而承压水箱内总充满热水，长时间不用，水将变质，而且损失大量热量、浪费能源。
6)上述双重功能新型水箱可以不加保温层，它与图1、图2所示双重热交换结构(也不加保温层)和室内热管或暖气管连通而成为热水热管或热水暖气管热水器时，同时也在不断向室内空气散热。因此它也是一种暖气片或散热器，大幅度增大了室内原有散热器的散热面积。因此必要时(不降低室内原有采暖温度时)可减少室内原有暖气管的数量，以节省成本。
实施例2：螺线软管热水器
如图5，用单根软管(10)依次缠绕在热管(6)(例如室内暖气管)上，每匝软管互相紧挨着、但互相不重叠，形成如图3所示的螺线管。其进水端依次连接进水管(13)、水源开关(15)、电动开关(14)、流量计(25)。出水端与出水口(17)、出水管(19)、热水箱(30)或用水处连通。探头(18)密封穿进出水口(17)内，连接探头(18)的控制导线(21)与温控仪(16)和电动开关(14)连接。
以上结构就是全自动软管缠绕热管热水器或螺线软管热水器，其工作原理如下：从进水管(13)流入冷水、充满软管(10)缠绕成的螺线管。当冷水被热管(6)加热到温控仪(16)的设定温度时，测温探头(18)通过导线(21)将此信息传递给温控仪(16)，温控仪(16)又通过导线(21)使电动开关(14)自动打开，于是自来水冷水从进水管(13)流进软管(10)缠绕的螺线管，将热水从出水口(17)顶入出水管(19)并通到热水箱(30)或用水处。同时螺线管内的水温逐渐下降。当出水口(17)处水温低于温控仪(16)的设定温度时，探头(18)通过导线(21)将此信息传递给温控仪(16)，并使电动开关(14)自动关闭、不再进冷水。于是螺线管内水温又逐渐上升，又自动重复以上过程、不断自动产生热水或开水。流量计(20)可以控制单位时间冷水流入量，以保证按设定温度连续流出热水。
以上螺线软管热水器，也可只要一个流量计和温度计，不要其他仪表，手动控制，成本更低，也很方便。因一个家庭或单位，每天所需热水很有限，将每天所需热水量产够，储存在不承压水箱(30)内(由水位计玻璃管(39)内液面显示水量)，就用手关上水源开关(15)，于是就不再产生热水。
以上螺线软管所用软管，以硅胶或硅橡胶软管性能最好：它耐300摄氏度高温，广泛用于食品行业，符合食品和饮用水卫生标准，而且成本低廉。
此螺线软管热水器新增加的有益效果主要是：
1)完全不需改动原有金属热管或暖气管的金属结构-----任何这种改动都是很难、很费功夫的-----就可以很容易的安装此螺线软管热水器；完全不影响室内采暖温度(即并不增加烧暖气热水的燃料)就增加了产热水的功能，这一点已在实际使用中得到了证实，因大量的暖气热量总会散发到室外损失掉，此螺线软管热水器是利用了一部分这些损失掉的热量；
2)而且成本非常低廉，一个家庭所需软管-----最好的硅胶或硅橡胶软管，才二、三十元，所产热水就已足够使用，包括用水量最大的洗澡洗衣。
3)还便于利用工厂的散热管道的余热，例如发电厂的冷凝器、石油化工企业的大量热管道等，都可缠绕这种螺线软管而成为热交换结构。将矩形、三角形或圆形螺线管置于废热液体中，就可产生干净热水。
由于有大量散热管道的工厂很多、热管的数量特别巨大，包括各种烟囱也是热管，因而这种全自动软管缠绕热管热水系统利用散热管道的余热所产热水量和节能减排的效果也特别巨大。由于很容易加工、成本非常低廉，因此经济价值也特别巨大。
实施例3：金属膜板包裹热管热水器
本实施例中金属膜板的含义：
金属膜-----是指半软质金属箔，厚0.1mm左右，用手就可很容易的弯曲、但也有一定硬度，可以承受几十厘米深的水的重量和低压。金属板-----是指较硬、也不很硬的金属薄板，厚0.3～1mm左右，能承受几米深的水压，但也比较容易加工。金属膜板，就是指这种金属箔或不很硬的金属板。
用这种金属膜板包裹热管，很容易加工，完全不需改动原有热管的金属结构，就很容易与热管按如下两种方式连接：
1)金属膜板包裹水平热管热水器：如图6，用金属膜板(7)将一种水平放置的热管(6)包裹住，在接缝(8)处重叠成双层、并密封或不密封。在接缝(8)处下面附近，连通溢水管(9)。于是水就会从溢水管(9)溢出而不会从接缝(8)处溢出。金属膜板(7)左右两端与热管(6)密封连结。在左右两端之间，金属膜板(7)与热管(6)间连接有多个垫片(10)而形成间隙、使水可以在此间隙中流动。在金属膜板(7)内部，有多个叉状支杆(11)，其下端叉开连接在(架在)水平放置的热管(6)上，其上端支撑连接在接缝(8)处，将金属膜板(7)支撑住，见图6(a)，其横截面见图6(b)。
金属膜板(7)一端(左端或右端)的进水口(12)与进水管(13)连通并依次连接水源开关(15)、流量计(20)、电动开关(14)。其另一端(右端或左端)的出水口(17)与出水管(19)、热水箱(30)或用水处连通。
探头(18)密封穿进出水口(17)内，连接探头(18)的控制导线(21)与温控仪(16)和电动开关(14)连接。
2)金属膜板包裹竖直热管热水器：如图7，用金属膜板(7)将竖直放置的热管(6)包裹住，在接缝(8)处重叠成双层并密封连结(焊接或粘结)，其上下两端也与热管(6)密封连结。但在上下两端之间，双层金属膜板(7)与竖直热管(6)间连接有多个垫片(10)而形成间隙、使水可以在此间隙中流动，见图7(a)，其横截面见图7(b)。
金属膜板(7)一端(下端或上端)的进水口(12)依次与进水管(13)、水源开关(15)、流量计(20)、电动开关(14)连通，其另一端(上端或下端)的出水口(17)与出水管(19)、热水箱(30)或用水处连通。
探头(18)密封穿进出水口(17)内，连接探头(18)的控制导线(21)与温控仪(16)和电动开关(14)连接。
以上图6和图7所示两种结构的工作原理如下：
从进水口(12)流入冷水、充满金属膜板(7)和水平或竖直热管(6)间的间隙。当冷水被热管(6)加热到温控仪(16)的设定温度时，测温探头(18)通过导线(21)将此信息传递给温控仪(16)，温控仪(16)又通过导线(21)使电动开关(14)自动打开，于是自来水冷水从进水管(13)流进金属膜板(7)和热管(6)间的间隙，将热水从出水口(17)顶入出水管(19)并通到热水箱(30)或用水处、同时金属膜板(7)和热管(6)间间隙内的水温逐渐下降。当出水口(17)处水温低于温控仪(16)的设定温度时，探头(18)通过导线(21)将此信息传递给温控仪(16)，并使电动开关(14)自动关闭、不再进冷水。于是金属膜板(7)和热管(6)之间间隙内水温又逐渐上升，又自动重复以上过程、不断自动产生热水或开水。流量计(20)可控制单位时间冷水流入量，以保证按设定温度连续流出热水。
以上两种结构新增加的有益效果主要是：金属膜板(7)包裹的水直接与热管(6)接触，更容易吸收热管(6)的热量，产生热水更快、更多；而且成本比螺线软管热管热水器更低；它很容易加工、仍然完全不需改动原有热管的金属结构；仍然完全不影响室内采暖温度就增加了产热水的功能，这一点已在实际使用中得到了证实。
以上两种结构适用的热管，除了水平和竖直暖气管，还有大量工厂的大量热管系统(包括水平与竖直热管)，如发电厂的大量热管冷凝器、化工厂的大量热管，也包括大量烟筒、甚至排污水的热管，等等。由于热管的数量特别巨大，因而利用其余热所产热水量和节能减排的效果也特别巨大。由于很容易加工、成本非常低廉，因此经济价值也特别巨大。
实施例4：组合式热水热管或热水暖气管热水器
可将图1所示的大管套单管双重热交换结构---也是一种热管或暖气管---与现有的暖气管进行如下组合，形成新的组合式热水热管或热水暖气管热水器，以满足不同环境和用户的采暖、产热水的需求：
1、双管式组合热水热管或热水暖气管(一)：图8(a)是一根大管套单管与一根现有暖气管(即小管(2))组合，两小管(2)上端绞有螺纹(5)，用水暖管件(31)(此处用两个弯头和一个对丝即可)密封连接。两小管(2)下端也绞有螺纹(5)，也用水暖管件与室内现有的热管或暖气管连通，以供给暖气热水。大管(1)上端的两个对丝(4)，分别用对流管(35)与热水箱(30)密封连通(象图4那样，图8(a)未画出)，使热水箱(30)内的水能与大管(1)内的水互相对流而产热水。用管道(34)将大管(1)与水源开关(15)连通，以便给大管(1)供应自来水。
2、双管式组合热水热管或热水暖气管(二)：也可象图8(b)那样组合：双管式组合热水热管或热水暖气管是两根大管套单管，两小管(2)上端绞有螺纹(5)，用水暖管件(31)或较短的小管(2)密封连接，形成矩形状；两小管(2)下端也绞有螺纹(5)，也用水暖管件与室内现有的热管或暖气管连通，以供给暖气热水；大管(1)上端、下端均密封连通绞有螺纹的对丝(4)，分别用对流管(35)互相连通并与热水箱(30)密封连通，使热水箱(30)内的水与大管(1)内的水互相对流而产热水。并分别用管道(34)和水暖管件与水源开关(15)密封连通，以便给大管(1)供应自来水。
以上两种组合式热水热管或热水暖气管的有益效果主要是满足较小用户的采暖、产热水的需求，因热水暖气管与现有的暖气管都只有一、两根管。
3、多管式组合热水热管或热水暖气管：用多管式组合热水热管或热水暖气管取代大管套小管双重热交换结构，该结构是两根或多根大管套单管与两根或多根小管(2)组合，相邻两小管(2)上端绞有螺纹(5)，都用水暖管件(31)(此处用两个弯头和一个对丝即可)密封连通；始、末两小管(2)下端绞有螺纹(5)并用水暖管件与室内现有的热管或暖气管连通，以供给暖气热水。各大管(1)上端的对丝(4)，分别用对流管(35)象图4那样互相连通并与热水箱(30)密封连通，使热水箱(30)内的水与大管(1)内的水互相对流而产热水。并分别用管道(34)和水暖管件与水源开关(15)密封连通，以便给大管(1)供应自来水。
这样，将以上三种组合式暖气管象图4那样连接，又使其成为了实施例1或图4所述的热水热管或热水暖气管热水器，其工作原理与实施例1或图4所述相同。其区别和有益效果主要是可以采用不同的组合式热水热管或热水暖气管，能满足不同大小用户的同时采暖、产热水的需求。
图9是另一种两根大管(1)套单管与2根(或多根)暖气管小管(2)组合，相邻两小管(2)上端绞有螺纹(5)，都用水暖管件(31)密封连通，始、末两小管(2)下端也绞有螺纹(5)，也用水暖管件与室内现有的热管或暖气管连通。但两根大管(1)仅上端各有一个密封连通的对丝(4)，都分别连通一个三通(33)的侧孔，两个三通(33)的上孔分别用对流管(35)象图4那样与热水箱(30)密封连通(图9中未画出热水箱(30))。其中个三通(33)的下孔又连通第三个三通(33)，其侧孔与进水管(13)连通，其下孔与另一大管(1)的对丝(4)上的三通(33)的下孔，用第三根对流管(35)互相连通。
这一结构的有益效果主要是：每根大管(1)仅上端有一个密封连通的对丝(4)，减少了一个以上的对丝，从而简化了结构和加工费。从进水管(13)流入的冷水可同时充满两根大管(1)和热水箱(30)，并可互相对流而产热水，因为它们都用三根对流管(35)互相连通的。其工作原理与实施例1或图4所述相同。
也可以在小管(2)上缠、包软管或金属膜板，并与热水箱(30)和自动控制部件像图5或图6、图7那样连接(图9中未画出)，使其成为实施例2、3所述的热水热管或热水暖气管热水器，其工作原理也与实施例2、3所述相同。
其有益效果主要是能满足不同大小用户的采暖、产热水的需求，因热水暖气片与现有的暖气片都可按不同用户的需求多连接任意根或少连接任意根。
实施例5：双排多管式组合热水热管或热水暖气管热水器
双排多管式组合热水热管或热水暖气管是将两排小管(2)上端与较长的宽管(41)密封连通，每排小管(2)下端分别与较长的窄管(42)密封连通，其侧视图如图10(a)，其正视图如图10(b)。将两根窄管(42)的一端密封，另一端用水暖管件与室内现有的热管或暖气管分别密封连通，使暖气管内热水沿图10(a)箭头所示方向流动：热管或暖气热水从室内现有热管或暖气管的进水管流进一根窄管(42)，再向上流过一排小管(2)，再从上端流过宽管(41)，再向下流过另一排小管(2)，再从另一根窄管(42)流出、即流进室内现有热管或暖气管的出水管。
这样，前后两排小管(2)都能流过热管或暖气热水、都成为散热管。
为了美观，只在后排小管(2)上像图5或图6、图7那样缠、包软管(10)或金属膜板(7)，见图10(c)，并像图5或图6、图7那样连接热水箱(30)和自动控制部件，即：软管(10)或金属膜板(7)一端的进水口(12)依次连接进水管(13)、水源开关(15)、流量计(20)、电动开关(14)，另一端的出水口(17)与出水管(19)、热水箱(30)或用水处连通；探头(18)密封穿进出水口(17)内，连接探头(18)的控制导线(21)与温控仪(16)和电动开关(14)连接。
这样，就使其成为实施例2、3所述的热水热管或热水暖气管热水器，其工作原理也与实施例2、3所述相同。