CN101101187A - 内螺旋换热管 - Google Patents

Abstract

本发明属于一种换热设备，具体地说是一种内部设置螺旋通道的换热管。按照本发明提供的技术方案，在管体的内部中央设置沿轴向的贯通孔，在管体内、贯通孔的周围分布若干同样沿轴向的螺旋通孔。利用本发明后可以有效提高换热器的换热效率，延长换热器的使用寿命。

Description

内螺旋换热管

技术领域

本发明属于一种换热设备，具体地说是一种内部设置螺旋通道的换热管。

背景技术

在家用型换热器中，常用的换热设备有间壁挂式换热器、混合式换热器、蓄热式换热器等3种类型。其中尤以间壁挂式换热器最为常见，一般这种换热器包括冷却水箱与板式换热器。

板式换热器是20世纪70年代开发使用的高效换热设备。是由一组金属薄板(通常为钛板)之间衬以垫片并用框架夹紧组装而成，冷、热流体分别在板片两侧流过，通过板片进行换热。板片厚度为0.5～3mm。由于板片压制成各种波纹形状，既增加了刚度，又使流体分布均匀，加强湍流，故而传热系数较高。但是板式换热器仍然存在以下问题：①由于流体中夹带大量的细晶碱，导致板式换热器结疤淤塞非常严重，致使系统阻力大，换热效率低；②板式换热器酸洗、检修、清理工作量大，且检修费用高；③由于流体腐蚀冲刷严重，导致板式换热器寿命降低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种内螺旋换热管，以提高换热器的换热效率，延长换热器的使用寿命。

按照本发明提供的技术方案，在管体的内部中央设置沿轴向的贯通孔，在管体内、贯通孔的周围分布若干同样沿轴向的螺旋通孔。

螺旋通孔以螺旋状绕在贯通孔的周围。在管体的端部沿管体的周向设置环形凹槽，在环形凹槽内设置若干环形的散热片，在相邻两块散热片之间形成环形的沟槽。

本发明的优点是：在内螺旋换热管上均匀地设置了若干螺旋通孔后，不仅可防止流体短路、增加流体速度，而且还可以迫使流体按规定路径流通，使流体在换热管中的路程增加。在截面积相同的状况下，路程增加，就意味着增加了散热面积，散热面积增加，那么交换的热量也增多了。

附图说明

图1为本发明的结构图。

图2为对流传热时沿热流方向的温度分布情况示意图。

具体实施方式

如图1所示：在管体6的内部中央设置沿轴向的贯通孔2，在管体6内、贯通孔2的周围分布若干同样沿轴向的螺旋通孔1。螺旋通孔1以螺旋状绕在贯通孔2的周围。在管体6的端部3沿管体6的周向设置环形凹槽，在环形凹槽内设置若干环形的散热片5，在相邻两块散热片5之间形成环形的沟槽4。图1中的3为管体6的端部。

在换热系统中采用1台管体6的直径与长度为φ76mm×380mm，螺旋通孔1的螺距为2.7～3.4转/1000mm的内螺旋换热管换热器(换热面积为8.99m²)来代替原设计的板式换热器，经过试验，内螺旋换热管换热器显示出了其优越的节能性能。

1、内螺旋换热管的结构特点。

1)热效率高。由于换热管的管体1采用内螺旋结构，螺旋通孔1内的流道截面是不变的，但其流通的路径是弯曲螺旋型，造成流体在换热管中的路径变长，根据螺距和螺旋通孔1的直径便可知道流体在换热管中所流过的距离是普通直管式的2～3倍。同时，路径为螺旋型，在流速很低的情况下也始终处于轻微湍流状态，难以形成层流，使对流传热的主要热阻被有效地克服，管内外传热被同时强化，因而传热系数很高，一般为直管式的2～3倍。

2)防垢能力强。由于螺旋通孔1内的流体有湍流，使流体中的微粒难以沉积结垢，即使有少量污垢生成，由于内螺旋换热管上存在管体内外温差应力而产生的应变，使具有弹性特征的螺旋换热管曲率发生微观变化，从而使内螺旋换热管有自然防垢和自然除垢的能力。介质在内螺旋换热管内外伞型分流器的作用下，将输送进来的高速流体均匀的分配到内螺旋换热管四周的螺旋通孔1中，减少了水流的冲击，保持了换热器的平衡。

3)内螺旋换热管的柔性加工，在温差和压差较大的场合下具有自我补偿能力，可大大降低侧板和型材的应力，不易拉脱、泄漏。

4)采用优质的铝材料，设备抗腐蚀能力高，设备使用寿命长。体积小，占地面积小，运行维护费用低。独特的冷挤压成形工艺，没有强烈形变，无晶间缺陷，应力分布均匀。

2、内螺旋换热管的传热特点。

1)传热原理。

化工生产中的物质间热交换常遇到的是温度不太高的流体间的热交换，热量自热流体传到间壁表面的一侧，自间壁另一侧表面传给冷流体，以对流传热为主。对流传热是在流体流动的过程中发生的热量传递现象，所以和介质流动的情况密切相关。在湍流流动的情况下，流体主流中由于旋涡丛生，流体各部分相互混合，所以热阻很小，从而在流体流动方向垂直的截面上，湍流中心区各点流体之间的温度趋于一致。但在紧靠壁面处，总有一层流体膜顺着壁面作层流流动，称为层流底层。由于通过这层流体膜的传热是以导热方式进行的，所以流体膜虽薄，却是对流传热的主要热阻，温度降也主要集中在层流底层中。

图2中F1-F1与F2-F2为层流底层的界面，T’为热流体中心温度，即最高温度，t’为冷流体中心温度，即最低温度。在热流体的湍流主体中，由于流体质点充分混合，温度基本上是一致的，即图2中T’。在层流底层和湍流主体之间存在一个温度逐渐变化的区域，称为过渡区。温度由T’下降到Tb。在层流底层内，由于热阻较大，温度急剧由Tb下降到Tw。再往左通过管壁，因其材料通常为金属，热阻很小，因此，管壁两侧的温度Tw和tw相差很小。在冷流体内，又顺次通过层流底层、过渡区而到达湍流主体，温度由tw经tb下降到t’。图2中曲线twtbt’和曲线T’TbTw的意义相似。

2)提高换热系数的途径

传热学传热速率公式如下：

Q＝KA(T-t)    (1)

式(1)中：Q-换热量；K-换热系数；A-换热面积；(T-t)-传热温度差。

从公式(1)可以看到，换热量Q和换热系数K成正比，要提高换热器的热交换能力，就必须想办法提高换热系数K值。根据传热学原理对流传热时圆筒型壁热交换管的总热阻公式为：

1/k＝1/α1+b/λ(d1/dm)+1/α2(d1/d2)+Rs(d1/d2)    (2)

式(2)中：k-总传热系数；α1、α2-换热管对流传热系数；b-换热管壁厚；λ-换热管传热系数；Rs-污垢热阻；d1、d2、dm-分别为换热管内径、外径、中径。由间壁两侧流体热交换过程及公式(2)可以看出，要想提高热交换器的换热性能，就要努力降低总热阻，即提高总传热系数k值，从中不难看出提高总传热系数k值有如下途径：

①减少层流层，增加湍流层，从而提高对流传热系数α1、α2。由传热学得知，k值主要取决于对流传热系数，因此，必须设法同时提高流体两侧的对流传热系数α1、α2。②减少传热距离，即减少换热管壁厚b。③提高传热系数λ，此问题可以通过选用导热性能好的换热管材料实现。④降低污垢热阻Rs，当污垢热阻起很大作用时，必须设法减慢污垢生成速率或清洗。

3、与传统板式换热器的运行情况对比

1)内螺旋换热管将液体流动全部改为湍流状态，使冷热流体的给热系数提高，从而提高了总的换热系数。

2)板式换热器要受到污垢热阻的影响，而内螺旋换热器将污垢热阻消除为零，从而使波纹管换热器的总换热系数有很大的提高。

3)内螺旋换热管和板式换热器的材质相同，冷热流体的介质也均相同，因此，传热系数的高低只取决于给热系数和热阻问题，提高给热系数和降低热阻是提高换热系数的最有效途径。

4、与传统换热器的经济效益对比

1)节约循环水

根据查定数据，内螺旋换热管循环水消耗为40m³/h，传统的板式换热器的循环水消耗为90m³/h，每天节省循环水量1200m³，全年节省循环水量为291600m³，全年节省费用23328元。

2)节省检修费用

传统的板式换热器由于其结构的特殊性，在正常生产运行中，常常会有板片间细碱淤垢和结疤等现象发生，从而影响换热效果和使系统阻力增大，必须定期进行酸洗和清理，才能达到正常使用要求。每年需要酸洗散热板4次，酸洗费用为7320元。散热板换热器每2年必须进行拆解清理，每年检修费用为31710元(每次拆解散热板须重新更换密封胶垫，每副胶垫185元)。而内螺旋换热管由于其内表面进行了等离子表面涂层处理，不需要酸洗，也不需要拆解，因此，每年可以节约检修费用39030元。

3)节省投资

板式换热器的使用寿命为5年左右，因流体中夹带细晶，在换热过程中，流体对散热板冲刷腐蚀严重，从而导致散热板寿命缩短，一次性投资为？元。而内螺旋换热管的使用寿命为15年左右，一次性投资为685万元，节省投资费用为480元，即每年可以节省投资费用35元。

4)社会效益

①换热系统阻力减少，优化了热交换的操作，同时我们的流体介质也防止了室内干燥(空调干燥)，采暖均匀。给人舒适感。②减少了因长期酸洗散热板对整个换热系统设备的腐蚀，也减轻了检修工的劳动工作量。③设备占地面积小，安装检修方便。

Claims (4)

1、内螺旋换热管，其特征是：在管体(6)的内部中央设置沿轴向的贯通孔(2)，在管体(6)内、贯通孔(2)的周围分布若干同样沿轴向的螺旋通孔(1)。

2、如权利要求1所述的内螺旋换热管，其特征是：螺旋通孔(1)以螺旋状绕在贯通孔(2)的周围。

3、如权利要求1所述的内螺旋换热管，其特征是：在管体(6)的端部沿管体(6)的周向设置环形凹槽，在环形凹槽内设置若干环形的散热片(5)，在相邻两块散热片(5)之间形成环形的沟槽(4)。

4、如权利要求1所述的内螺旋换热管，其特征是：螺旋通孔(1)的螺距为2.7～3.4转/1000毫米。

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