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CN105387736A - 一种加强型螺旋管高效换热器 - Google Patents

一种加强型螺旋管高效换热器 Download PDF

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CN105387736A
CN105387736A CN201510946249.6A CN201510946249A CN105387736A CN 105387736 A CN105387736 A CN 105387736A CN 201510946249 A CN201510946249 A CN 201510946249A CN 105387736 A CN105387736 A CN 105387736A
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金子洋
蒋志武
方真健
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Extek Energy Equipment Zhejiang Ltd
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Extek Energy Equipment Zhejiang Ltd
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Abstract

本发明涉及一种加强型螺旋管高效换热器。它包括外管和套设于外管内部的内管，内管包括两端部和设置在两端部之间的多头螺旋段管体，内管两端作为第一流体出入口，外管两端作为第二流体出入口，内管的内部形成第一流体通道，在外管和内管之间为具有多条波浪状环绕的凹凸相间的螺旋通道组成的第二流体通道，第二流体通道按螺旋形轨迹均匀环绕第一流体通道。本发明通过将内管的多头螺旋段管体加工成波浪状环绕的凹凸相间的条形曲面按同一螺旋形轨迹螺旋延伸形成的结构，并且多头螺旋段管体的外壁或内壁具有翅片结构，提高了传热效率，使多头螺旋管体的高效传热系数得以稳定和连续，从而有效且明显地增大了内管外表面的换热面积，有效地提高了换热器的换热能力。

Description

一种加强型螺旋管高效换热器
技术领域
本发明涉及一种热交换装置，尤其涉及水源/地源、热泵热水器用的一种加强型螺旋管高效换热器。
背景技术
一种加强型螺旋管高效换热器具有优良的换热性能，是制冷空调、化工、动力等领域广泛应用的通用设备。目前市场上采用的套管式换热器，结构简单，加工方便，但单位面积换热原材料耗量大，制造成本较高，换热不充分，效率不高，因此，有效降低单位面积原材料耗量、提高换热面积和效率，成为换热器制造的一个关键技术。
另外，换热器也是影响空调系统效率的主要部件。提高换热器的效率，将可以显著提高系统的能源效率。因此从节能的角度出发，为了进一步减小换热器的体积，减轻重量和金属消耗，减少换热器消耗的功率，并使换热器能够在较低温差下工作，必须用各种办法来增强换热器的传热效率。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中换热器的换热效果不好，成型工艺复杂、并且应用范围较窄的技术问题，从而提供一种加强型螺旋管高效换热器。
本发明解决上述问题的技术方案如下：
一种加强型螺旋管高效换热器，包括外管和套设于外管内部的内管，内管包括两端部和设置在两端部之间的多头螺旋段管体，内管两端作为第一流体出入口，外管两端作为第二流体出入口，内管的内部形成第一流体通道，在外管和内管之间为具有多条波浪状环绕的凹凸相间的螺旋通道组成的第二流体通道，第二流体通道按螺旋形轨迹均匀环绕第一流体通道。
作为优选，所述内管与外管同轴设置；内管还包括位于多头螺旋段管体两端的过渡段一、过渡段二，以及分别连接过渡段一、过渡段二的缩口管段一和缩口管段二；缩口管段一是第一流体出口，缩口管段二是第一流体入口。
作为优选，所述的外管的两端设置有接口管一和接口管二；接口管一是第二流体入口，接口管二是第二流体出口。
作为优选，所述多头螺旋段管体的外径小于外管的内径，多头螺旋段管体与外管之间的间隙为0.1~1mm。
作为优选，所述的多头螺旋段管体采用3~8头螺旋通道。
作为优选，所述多头螺旋段管体的内壁和/或外壁上具有翅片结构，所述翅片结构的样式为翅片与多头螺旋段管体的基体为一整体，所述翅片包含直列式、错列式或混合式的环形翅片。
作为优选，所述换热器还包含分别套设在外管两端的过渡接管一和过渡接管二，过渡接管一和过渡接管二的内侧与外管的外侧紧密配合；所述过渡接管一上设有所述的接口管一，所述过渡接管二上设有所述的接口管二。
作为优选，所述换热器为盘旋式总体结构，采用弹簧式、涡旋式、双螺旋式、跑道式、蛇形式或多联组合式结构。
作为优选，所述换热器还包含安装固定板，该安装固定板安装在换热器的底部。
作为优选，所述外管为钢管、铜管、铝管或工程塑料管；所述内管为铜管、钛管、不锈钢管或铜镍合金管。
本发明具有以下有益效果：
1、本发明提供的一种加强型螺旋管高效换热器，通过将内管的多头螺旋段管体加工成波浪状环绕的凹凸相间的条形曲面按同一螺旋形轨迹螺旋延伸形成的结构，使得多头螺旋管体的外表面形成了多条波浪状环绕的凹凸相间的螺旋通道，流体在管内或管外流动时，管子内外表面形成了周期性变化的螺旋形波峰波谷，使得流体形成一个又一个漩涡，由于流通截面和流速方向的不断变化，导致流体在波峰处产生附加扰动，改变了流体的滞留边界层的流动状况，增加了靠近管壁附近的湍流强度与湍流的给热能力，使层流和过渡流达到湍流传热。当湍流即将消失时，流体又流经下一个波峰，不断产生轴向扰动，保持稳定连续的强化作用，从而提高了传热效率，使多头螺旋管体的高效传热系数得以稳定和连续。从而有效且明显地增大了内管外表面的换热面积，有效地提高了换热器的换热能力。
2、本发明提供的一种加强型螺旋管高效换热器，外管和内管之间的间隙被凹凸相间的螺旋形条形曲面结构均匀分割，使流动介质均匀分布，有利于改善换热面积和作为蒸发器时保持良好的回油特性，内管上多条波浪状环绕的凹凸相间的螺旋通道，增大了流体间的热交换面积，提高了换热效率，同时减少了单位换热面积材料耗量，节约了生产成本，两种流体的逆流使两种流体之间产生最大的温差，增强了换热性能，以保证换热器进行充分的热交换。
3、所述内管多头螺旋段管体的内壁和/或外壁上具有翅片结构。所述翅片结构的样式为翅片与基体为一整体的新型高效管，与普通换热管不同的是它不仅仅是简单地增加换热面积。工艺制备此管具有直列式或错列式或混合式的环形翅片，冷凝流层经过时被分割成很薄的流层，传热性能优异，增大了强化传热面积，更优地提升换热效果。
4、本发明提供的一种加强型螺旋管高效换热器，当被用作冷凝器时，由于多头螺旋管体结构，多条波浪状环绕的凹凸相间的螺旋通道结构使得凝结的液体在表面张力的作用下易于从螺旋通道排出，通过增强流畅性从而强化换热效果，因此该一种加强型螺旋管高效换热器既能很好地用作蒸发器又能很好地用作冷凝器，应用场合更加广泛。
5、本发明提供的一种加强型螺旋管高效换热器，为具有多条波浪状环绕的凹凸相间的螺旋通道结构的多头螺旋管，采用3至8头螺旋通道，这样的结构设计可以使得换热表面流体均匀分布，换热充分。
6、本发明提供的一种加强型螺旋管高效换热器，通过将所述内管与所述外管一体弯曲成盘管结构，为盘旋式总体结构，采用弹簧式结构、或涡旋式结构、或双螺旋式结构、或跑道式结构、或蛇形式结构、或多联组合式结构。这样可以有效地节省空间，使得结构紧凑，在换热能力相同的情况下使得换热器的体积可以做得更小，并且一体成型加工起来方便、高效。
附图说明
图1是本发明提供的一种加强型螺旋管高效换热器的结构示意图；
图2是本发明提供的一种加强型螺旋管高效换热器的内管结构示意图；
图3是本发明提供的一种加强型螺旋管高效换热器的内管横截面示意图；
图4是本发明提供的一种加强型螺旋管高效换热器的内管外管装配后横截面示意图；
图5是本发明提供的一种加强型螺旋管高效换热器的内部结构原理图；
图6是本发明提供的一种加强型螺旋管高效换热器的内管外管装配后纵向剖面图；
图7是本发明提供的一种加强型螺旋管高效换热器的内管外管装配后结构示意图；
图8是本发明提供的一种加强型螺旋管高效换热器的弹簧式外形结构示意图；
图9是本发明提供的一种加强型螺旋管高效换热器的涡旋式外形结构示意图；
图10是本发明提供的一种加强型螺旋管高效换热器的双螺旋式外形结构示意图；
图11是本发明提供的一种加强型螺旋管高效换热器的跑道式外形结构示意图；
图12是本发明提供的一种加强型螺旋管高效换热器的蛇形式外形结构示意图；
图13是本发明提供的一种加强型螺旋管高效换热器的多联组合式外形结构示意图。
图中，1-外管，2-内管；3-缩口管段一，4-接口管一，5-接口管二，6-缩口管段二，7-安装固定板；10a-过渡接管一，10b-过渡接管二，17a-过渡段一，17b-过渡段二。
具体实施方式
以下根据图1～图13，具体说明本发明的较佳实施示例：
如图1所示，为一种加强型螺旋管高效换热器，其包含外管1和内管2。
外管1；在所述的外管1的两端设置有接口管一4和接口管二5，接口管一4是第二流体入口，接口管二5是第二流体出口。
内管2；套设在外管1内部，该内管2与外管1同轴设置。
如图2所示，所述的内管2包含多头螺旋段管体18、分别位于多头螺旋段管体18两端的过渡段一17a和过渡段二17b、分别连接过渡段一17a和过渡段二17b的缩口管段一3和缩口管段二6。该多头螺旋段管体18的外径小于外管1的内径，该多头螺旋段管体18与外管1紧密配合，配合间隙为0.1~1mm。缩口管段一3是第一流体出口，缩口管段二6是第一流体入口。
如图3所示，所述内管2中间的多头螺旋段管体18为具有多条波浪状环绕的凹凸相间的螺旋通道结构的多头螺旋管，采用3至8头螺旋通道。
如图4所示，本发明提供的一种加强型螺旋管高效换热器，外管1和内管2之间的间隙被凹凸相间的螺旋形条形曲面结构均匀分割，使流动介质均匀分布，有利于改善换热面积和作为蒸发器时保持良好的回油特性，内管上多条波浪状环绕的凹凸相间的螺旋通道，增大了流体间的热交换面积，提高了换热效率，同时减少了单位换热面积材料耗量，节约了生产成本，两种流体的逆流使两种流体之间产生最大的温差，增强了换热性能，以保证换热器进行充分的热交换。
如图5所示，所述的一种加强型螺旋管高效换热器，还包含套设在外管1两端的过渡接管一10a和过渡接管二10b。过渡接管一10a和过渡接管二10b的内侧与外管1的外侧紧密配合。所述过渡接管一10a上设有所述的接口管一4，所述过渡接管二10b上设有所述的接口管二5。接口管一4是第二流体入口，接口管二5是第二流体出口。
如图4和图6所示，所述内管的多头螺旋段管体18的内壁和/或外壁上具有翅片结构。所述翅片结构的样式为翅片与基体为一整体的新型高效管，与普通换热管不同的是它不仅仅是简单地增加换热面积。工艺制备此管具有直列式或错列式或混合式的环形翅片，冷凝流层经过时被分割成很薄的流层，传热性能优异，增大了强化传热面积，更优地提升换热效果。
如图1所示，该加强型螺旋管高效换热器还包含安装固定板7，该安装固定板7安装在换热器的底部。
如图1和图5所示，第一流体从缩口管段二6流入，经过第一流体通道，从缩口管段一3流出；第二流体从接口管一4流入，经过第二流体通道，从接口管二5流出。两种流体逆向流动，通过内管2的管壁进行热交换，逆流使两种流体之间产生最大的温差，增强了换热能力，以保证换热器进行充分的热交换。
如图4和图5所示，所述的内管2是一根选定长度和壁厚的缩口成型的翅片高效管，两端经过缩口形成过渡段一17a、过渡段二17b和分别连接过渡段一17a、过渡段二17b的缩口管段一3、缩口管段二6。内管2的尺寸能够合适地穿入外管1内，内管2的多头螺旋段管体18在螺旋成型设备上加工，形成具有多条波浪状环绕的凹凸相间的螺旋通道的加强型螺旋管，增大了流体间的热交换面积，提高了换热效率，同时减少了单位换热面积材料耗量，节约了生产成本。
所述的一种加强型螺旋管高效换热器为盘旋式总体结构，可以缩小换热器体积，使结构紧凑合理，安装方便简单。
如图8所示，为弹簧式结构；
如图9所示，为涡旋式结构；
如图10所示，为双螺旋式结构；
如图11所示，为跑道式结构；
如图12所示，为蛇形式结构；
如图13所示，为多联组合式结构。
所述的第一流体和第二流体介质可以是水，或者是其他冷媒。
所述的外管1为钢管、铜管、铝管或工程塑料管等。
所述的内管2为铜管、钛管、不锈钢管或铜镍合金管等。
当内管2材质采用钛、白铜、不锈钢或镀镍合金时，本发明提供的一种加强型螺旋管高效换热器可使用在海洋船舶、军舰、海洋钻井平台和泳池等空调系统中，也可用于医药、食品和其他一些特殊行业。
本发明提供的一种加强型螺旋管高效换热器同时也可以作为热回收器，在系统工作的同时产生生活用热水，提高了系统的能效比和经济性。本发明独特的传热性能保证了其应用于冷凝器、蒸发器、制冷机组、气体冷却装置、加热/制冷装置以及其他热交换装置时的高效率。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施示例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种加强型螺旋管高效换热器，包括外管（1）和套设于外管内部的内管（2），其特征在于：内管（2）包括两端部和设置在两端部之间的多头螺旋段管体（18），内管（2）两端作为第一流体出入口，外管（1）两端作为第二流体出入口，内管（2）的内部形成第一流体通道，在外管（1）和内管（2）之间为具有多条波浪状环绕的凹凸相间的螺旋通道组成的第二流体通道，第二流体通道按螺旋形轨迹均匀环绕第一流体通道。
2.根据权利要求1所述的一种加强型螺旋管高效换热器，其特征在于：所述内管（2）与外管（1）同轴设置；内管（2）还包括位于多头螺旋段管体（18）两端的过渡段一（17a）、过渡段二（17b），以及分别连接过渡段一（17a）、过渡段二（17b）的缩口管段一（3）和缩口管段二（6）；缩口管段一（3）是第一流体出口，缩口管段二（6）是第一流体入口。
3.根据权利要求2所述的一种加强型螺旋管高效换热器，其特征在于：所述的外管（1）的两端设置有接口管一（4）和接口管二（5）；接口管一（4）是第二流体入口，接口管二（5）是第二流体出口。
4.根据权利要求1所述的一种加强型螺旋管高效换热器，其特征在于：所述多头螺旋段管体（18）的外径小于外管（1）的内径，多头螺旋段管体（18）与外管（1）之间的间隙为0.1～1mm。
5.根据权利要求1所述的一种加强型螺旋管高效换热器，其特征在于：所述的多头螺旋段管体（18）采用3～8头螺旋通道。
6.根据权利要求1所述的一种加强型螺旋管高效换热器，其特征在于：所述多头螺旋段管体（18）的内壁和/或外壁上具有翅片结构，所述翅片结构的样式为翅片与多头螺旋段管体（18）的基体为一整体，所述翅片包含直列式、错列式或混合式的环形翅片。
7.根据权利要求1所述的一种加强型螺旋管高效换热器，其特征在于：所述换热器还包含分别套设在外管（1）两端的过渡接管一（10a）和过渡接管二（10b），过渡接管一（10a）和过渡接管二（10b）的内侧与外管（1）的外侧紧密配合；所述过渡接管一（10a）上设有所述的接口管一（4），所述过渡接管二（10b）上设有所述的接口管二（5）。
8.根据权利要求1所述的一种加强型螺旋管高效换热器，其特征在于：所述换热器为盘旋式总体结构，采用弹簧式、涡旋式、双螺旋式、跑道式、蛇形式或多联组合式结构。
9.根据权利要求1所述的一种加强型螺旋管高效换热器，其特征在于：所述换热器还包含安装固定板（7），该安装固定板（7）安装在换热器的底部。
10.根据权利要求1所述的一种加强型螺旋管高效换热器，其特征在于：所述外管（1）为钢管、铜管、铝管或工程塑料管；所述内管（2）为铜管、钛管、不锈钢管或铜镍合金管。
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