CN101517344A - 螺旋管翅片换热器 - Google Patents
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Abstract
提供一种螺旋翅片管换热器，该换热器可以实现小型化，同时提高热交换效率，因而可实现高性能化。本发明的螺旋翅片管换热器具有多个传热管，该传热管的内部流动有被换热体，在外周面具有向径向延伸的管翅片，该多个传热管以分别朝向相同方向的方式配置，其特征在于，所述管翅片形成为螺旋状，并以使螺旋轴与所述传热管的中心轴相一致的方式设置，所述多个传热管以相邻的传热管的一侧的管翅片部的前端进入另一侧的管翅片部之间的方式配置。
Description
技术领域
本发明涉及在发电设备的中冷器等冷却系统中使用的翅片管型换热器，尤其涉及具有螺旋管翅片的翅片管型换热器(螺旋管翅片换热器)。
背景技术
以前，作为对热介质进行热交换的换热器已经提供了很多种。已知其中之一为图12(a)所示的、翅片管型换热器100。
该翅片管型换热器100通过平行地配置多个由中空圆筒管构成的翅片管(具有平行管翅片的翅片管(传热管))101而形成翅片管群(传热管群)101’，所述中空圆筒管在内部流动有由流体构成的被换热体W’，在外周面沿长尺寸方向具有平行且等间隔的多个传热用管翅片(传热片或传热板)102、102...，通过在与该翅片管群101’大致垂直相交的方向上流动有由流体构成的热介质M’，进行管外流体(热介质M’)和管内流体(被换热体W’)的热交换。
这样，具有平行管翅片102、102...的翅片管型换热器(以下有时简称为“平行管翅片换热器”)100被期望小型化(紧凑化)，以便节省设置场所的空间、节省成本，从而提高制品的价格竞争力。
因此，如图12(b)所示，提供了如下的翅片管型换热器110：具有多个平行管翅片的翅片管101、101...被配置为，将相邻翅片管101、101的一侧的管翅片102的前端插入另一侧的管翅片102、102之间，相邻翅片管101、101之间的距离(翅片管的节距：相邻翅片管101、101的中心轴C”、C”间的距离)P”比从翅片管101的中心轴C”到管翅片102的前端的长度L”的2倍更短(更小)(参照专利文献1)。
专利文献1：日本国特开2002-235991号公报
发明内容
发明要解决的问题
但是，近年来，对于翅片管型换热器110，由于使用目的和设置条件等，除了上述的为了节省空间以及节省成本的小型化(紧凑化)，对进一步提高换热效率从而提高性能也提出了要求。
因此，本发明考虑到上述问题，其课题是提供一种具有螺旋管翅片的翅片管型换热器(螺旋管翅片换热器)，它能够在实现小型化的同时提高热交换效率，从而提高性能。
解决问题的手段
因此，为了解决上述问题，本发明的螺旋管翅片换热器具有多个传热管，该传热管的内部流动有被换热体，并在外周面具有向径向延伸的管翅片，该多个传热管以分别朝向相同方向的方式配置，其特征在于，所述管翅片形成为螺旋状，并以使螺旋轴与所述传热管的中心轴相一致的方式设置，所述多个传热管以相邻的传热管的一侧的管翅片部的前端进入另一侧的管翅片部之间的方式配置。
通过这样的结构，可使传热管的节距(传热管中心轴间的距离)变小，而无需改变(减小)管翅片的高度。另外，本发明中，所谓的管翅片的高度是指在传热管径向上，从管部外周面到管翅片的前端的距离。
即，沿着具有螺旋状管翅片(螺旋管翅片)的传热管(翅片管)的中心轴方向对特定区域(管翅片部)进行观察时，可见沿着中心轴方向平行且等间隔地具有多个管翅片的传热管(具有平行管翅片的翅片管)。因此，即使是具有螺旋状翅片的传热管，也可采用相邻传热管的一侧的管翅片部的前端插入另一侧的管翅片部之间的结构，从而能够减小相邻传热管的节距。
并且，通过这样的相邻传热管的一侧的管翅片部插入另一侧的管翅片部之间，管翅片部之间的间隔变得非常狭窄。因此，在换热器内的热介质流动而进行热交换时，由于在单位时间内整个换热器的热介质的处理量是一定的，所以在所述管翅片部之间的间隔变狭窄的部分的热介质的流速变快，提高了传热系数。从而，通过与在该传热管内部流动的被换热体进行热交换的热介质，提高了热交换效率。
进而，管翅片形成为螺旋状(螺旋管翅片)，所以在传热管群内沿着与传热管的中心轴垂直相交(或大致垂直相交)的方向流动的热介质与螺旋状的管翅片冲突，发生紊流，提高了该热介质的混合、扩散效果，提高了热交换效率。
即，若为与传热管的中心轴方向垂直相交的平板状的管翅片(平行管翅片)，则管翅片为沿着与传热管垂直相交的方向流动的热介质的流动的方向(平行)，因此，热介质的流动几乎不发生紊流，在传热管群内流动。与此相反，若为螺旋状的管翅片，所述热介质的流动与相对于该流动倾斜的螺旋状的管翅片的面部发生冲突，由于该冲突产生不规则的流动，有一部分流速加快，并且混合、扩散。
如上所述，热介质的流速加快时，传热系数提高，所以从热介质传向传热管表面的热量增加，随之，来自该热介质的热介由传热管的管壁传导(吸收)到被换热体的热量也增加，结果提高了热交换效率。另外，由于混合、扩散，各处的热介质的温度变均一，所以不会发生由于温度不均而导致的传热量降低等，从热介质介由传热管传导到被换热体的热量增加，提高了热交换效率。
另外，所谓本发明的螺旋管翅片换热器是指具有螺旋管翅片的翅片管型换热器。并且，所谓的管翅片部是设置在传热管上的管翅片的一部分，是指与相邻传热管相对置的部分。并且，所谓的被换热体是指通过在传热管内部流动并与该传热管的内周面接触，与在传热管的外侧(传热管群的内部)流动的热介质进行热交换的流体。
另外，也可以将前述的螺旋状管翅片设置成相邻的传热管中相对应的管翅片的旋转方向相反的结构。
通过这样的结构，相邻传热管所对应的螺旋状管翅片之间具有相反的旋转方向，所以在对应的管翅片部之间互相向同一方向倾斜(平行)，所以即使传热管的节距变小，对应的管翅片部之间也不发生接触。因此，与具有平行管翅片的传热管一样，传热管的节距可以是最小的节距(一侧的传热管的管翅片部的前端与另一侧的传热管的外周面相接触的节距)。
另外，由于所述对应的管翅片部之间是平行的，所以当多个传热管互相接近形成传热管群时，由于所述对应的管翅片部之间不发生接触，所以传热管群的组装操作很容易进行。
而且，由于将管翅片设置为螺旋状，所以如上所述，与由具有平行管翅片的传热管构成的传热管群相比，在传热管群内流动的热介质流的混合、扩散效果好，热交换效率高。因此，通过上述结构，可以实现翅片管型换热器的小型化，同时提高热交换效率，从而实现高性能化，同时还容易组装。
另外，还可以将所述的螺旋状管翅片设置成相邻的传热管中对应的管翅片的旋转方向为同一方向的结构。
通过这样的结构，相邻传热管对应的螺旋状管翅片之间为同一个旋转方向，因此对应的管翅片部之间互相以相反方向倾斜(相交的方向)，因此传热管的节距变小时，前端以外的部分互相接触。因此，在该接触部分附近流动的被换热体的流速以及混合、扩散效果提高，随之，热交换效率也提高。
即，由具有多个螺旋状管翅片的传热管构成的传热管群的相邻传热管的节距变小时，如上所述，对应的管翅片部之间在前端以外的部分发生接触，所述接触部分在传热管群内部构成夹流路部。该夹流路部是热介质的流动发生紊流的部分，热介质或者与该夹流路部冲突，或者流入该夹流路部，由此成为在传热管群内部的液流中生成湍流的部分。
这样的夹流路部在相邻传热管的管翅片部之间每个相接部分均形成，因此在传热管群内部形成有多个夹流路部。因此，在这样的具有多个夹流路部的传热管群内部流动的热介质在其液流中产生多个湍流，因此一部分的流速加快，另外，混合、扩散效果进一步提高。因此，如上所述，可实现翅片管型换热器的小型化，同时提高热交换效率，从而实现高性能化。
进而，通过这样的结构，相邻传热管的对应的管翅片部之间互相接触并支撑，因此包括有该接触的管翅片部的管翅片对于从外部施加的力的强度提高。另外，由于对应的管翅片部之间互相支撑，由于热介质的流动而产生的该管翅片的振动也能够被抑制。
另外，由于对应的管翅片之间互相支撑，所以即使是长尺寸的传热管，构成传热管群的多个传热管分别与相邻的传热管具有多个连接点，所以传热管群本身的刚性提高。
另外，也可以是所述相邻的传热管中对应的翅片管部之中，至少一侧的管翅片部形成有凸部，并介由该凸部互相接触的结构。
通过这样的结构，如上所述，能够力求提高包括有接触的管翅片部的管翅片的强度，力求抑制由热介质的流动而产生的振动，并也能够力求提高传热管群本身的刚性。
进而，通过使相邻传热管中对应的管翅片部之间的接触面积变小，能够力求抑制由于对应的管翅片部之间的接触而导致的热交换效率的降低。
即，管翅片之间接触的部分(面)不能与热介质相接触，所以不能与热介质发生热交换，因此可进行热交换的面积变小。但是，通过介由前述凸部互相接触，管翅片部之间的接触面积能够变小，传热管与热介质的接触面积变大(传热管与热介质的接触面积的减小程度能够变小)，所以可以抑制由于对应的管翅片部之间的接触而导致的热交换效率的降低。
发明效果
从以上可知，本发明提供了能够实现小型化，同时提高热交换效率，从而实现高性能化的螺旋管翅片换热器。
附图说明
图1是本实施方案的螺旋管翅片换热器的概略立体图。
图2是同一实施方案的传热管群的(a)主视图，(b)平面图。
图3是同一实施方案的传热管群的部分放大主视图。
图4是同一实施方案的传热管的(a)滚压成形过程的概略侧视图，(b)B-B线剖视图。
图5(a)是若将相邻列的相邻传热管中心轴分别连接则呈正方形的配置的同一实施方案的图3中的A-A截面图，(b)是若将相邻列的相邻传热管中心轴分别连接则呈菱形的配置的其他实施方案的图3中的A-A截面图。
图6是同一实施方案的相邻传热管的(a)部分放大截面立体图，(b)是(a)中C-C截面图。
图7是表示同一实施方案的螺旋管翅片换热器内的热介质以及被热介质的流动的平面图。
图8(a)表示由具有平行管翅片的传热管构成的传热管群及其流动分析结果，其中所述的平行管翅片沿着传热管的中心轴方向平行且等间隔地排列，(b)表示由具有逆螺旋管翅片的传热管构成的传热管群及其流动分析结果，其中所述的逆螺旋管翅片是相对于传热管的中心轴方向呈螺旋状的管翅片，相邻的传热管中对应的螺旋状管翅片之间为相反的旋转方向，(c)表示由具有同一螺旋管翅片的传热管构成的传热管群及其流动分析结果，其中所述的同一螺旋管翅片是相对于传热管的中心轴方向呈螺旋状的管翅片，相邻的传热管中对应的螺旋状管翅片之间为相同的旋转方向。
图9表示另一实施方案的传热管的(a)部分放大立体图，(b)传热管群的截面侧视图。
图10是其他实施方案的传热管的管翅片的放大图，(a)表示具有放射状凸条的管翅片的放大图，(b)表示具有沿着前端部的凸条的管翅片的放大图。
图11(a)表示其他实施方案中相邻传热管的部分放大截面立体图，(b)表示(a)中的D-D截面图。
图12是现有的独立翅片管型换热器的概略主视图，(a)表示相邻传热管中一侧的翅片不插入另一侧的翅片之间的配置的换热器的概略主视图，(b)表示相邻传热管中一侧的翅片插入另一侧的翅片之间的配置的换热器的概略主视图。
附图标记说明
1螺旋管翅片换热器(换热器)
2管翅片(螺旋管翅片)
2’管翅片部
3传热管(翅片管)
4支撑体
5传热管群流入部(被换热体入口)
6传热管群流出部(被换热体出口)
7传热管群连接部
8壳体
9壳体流入口(热介质入口)
10壳体流出口(热介质出口)
11凸部
C传热管的中心轴
M热介质
W被换热体
P节距
Pmin最小节距
具体实施方式
以下，对本发明的螺旋管翅片换热器的一个实施方案，参照附图进行说明。
如图1至图3所示，具有本实施方案的螺旋管翅片2的翅片管型换热器(以下有时简称为“螺旋管翅片换热器”或者“换热器”)1是在发电设备的中冷器中使用的换热器，在内部流动有热介质M的外壳8的内部设置有：由中空圆筒管组成的传热管(翅片管)3，在其内部流动有由水等流体构成的被换热体W，在外周面具有在径向上延伸的管翅片(传热片)2；由多个传热管3、3...构成的、由被换热体W的流入侧传热管群30a和被换热体W的流出侧传热管群30b组成的传热管群30；用于在两端部支持该传热管群30的一对支撑体4，4；在一个支撑体4的外侧，使来自外部的被换热体W分别流入到流入侧传热管群30a的各传热管3、3...中的传热管群流入部5以及使分别来自流出侧传热管群30b的各传热管3、3...的被换热体W汇集并流出到外部的传热管群流出部6；在另一个支撑体4的外侧，用于连接流入侧传热管群30a和流出侧传热管群30b以使被换热体W从流入侧传热管群30a向流出侧传热管群30b流动的传热管群连接部7。
管翅片2是为了增加与在传热管3的外部流动的热介质M相接触的传热管3的表面积而在传热管3的径向延伸的板状体(板片)，由导热率高的金属(铝、铜等)制成。具体地说，管翅片2是设置在传热管3的外周面的螺旋状的板状体，该螺旋的螺旋轴与传热管3的中心轴C一致，螺旋节距为固定值。另外，管翅片2在传热管3的中心轴方向上，以周边缘呈圆形的方式形成。
传热管3是在外周面设置有前述管翅片2的管，以热传导性高的金属(碳钢、不锈钢等)为原料，形成为直径全部相同的笔直的管(直管)。具体而言，如图4所示，以如下方式形成：由碳钢形成的内管k被外管(在本实施方案中为铝管)g包覆(外嵌)，通过滚轧机以120°的间隔从三个方向用螺旋状的圆片刀b在旋转的同时挤压外管g的外周面，在管翅片2被沿外管g(传热管3)的径向压出的同时，将外管g紧贴在内管k上。
另外，在本实施方案中，传热管3以如下方式构成：在由碳钢形成的内管k的外侧包覆由铝形成的外管g，将其外周面向径向延伸而形成螺旋状管翅片2，由此，使碳钢不暴露于传热管3的外周面侧。因此，就传热管3而言，碳钢不会接触到在其外部流动的热介质M，因而不会被腐蚀，并且由于形成了热传导率高的铝与碳钢相贴紧的构造，因而换热传导率升高。但是，传热管3的构造不必局限于此。也就是说，传热管3还可以为将以其它方式形成的管翅片2通过焊接等连接在直管部分(筒部)上的构造。另外，管翅片2和直管部分还可以用其他材料(不同的材质)形成，只要是在直管外周面具有沿径向延伸的管翅片的翅片管就也可以。
另外，在本实施方案中，传热管3使用通用品。这样，通过使用作为通用品的传热管3，换热器1就能实现低成本，并缩短交货期限。但是，不必局限于此，传热管3也可以是专用品。
回到图1至图3中，在螺旋管翅片换热器1中，设置了设置有这样的螺旋状管翅片2的多根传热管3、3...，通过彼此平行地配置该传热管3、3...形成传热管群30。
在此，为对传热管3、3...的配置作进一步说明，如图5(a)所示，在传热管3、3...的中心轴向上，以上下方向为一列，横向配置多列。各列以使各个传热管3、3...等间隔(在上下方向上相邻传热管3、3的中心轴C之间的距离为d)的方式配置，相邻列以在上下方向上仅偏离前述相等间隔d的一半(1/2d)的状态配置。即，以连接相邻列的相邻传热管3、3的中心轴C、C之间的线相对于上下(垂直)方向或左右(水平)方向为呈45°的方式配置。另外，以若将其他列的相邻传热管3、3...的中心轴C、C...彼此之间相连接则呈四角形的方式配置。本实施方案中，以前述四角形为正方形的方式配置，但是不必局限于此，如图5(b)所示，还可以以若将相邻列的相邻传热管3、3的中心轴C、C...彼此连接则呈菱形的方式配置，即，还可以以连接相邻列的相邻传热管3、3的中心轴C、C彼此之间的线相对于左右(水平)方向成60°的方式配置。
另外，如图6所示，相邻列的传热管3、3...以管翅片2彼此的旋转方向相反的方式形成(设定)。因此，相邻传热管3、3中对应的管翅片部2’、2’...之间彼此平行(或者基本平行)(参照图6(b))。为此，相应管翅片部2’、2’...之间可在彼此不接触的情况下使相邻的传热管3、3的节距(传热管3、3的中心轴C之间的距离)P成为最小节距(相邻传热管3、3的一侧(另一侧)的管翅片部2’、2’...的前端与另一侧(一侧)的传热管3的(筒部的)外周面的接触的节距)Pmin。另外，由于相邻传热管3、3中相应管翅片部2’、2’...之间彼此平行(或者大致平行)，在多个传热管3、3...彼此接近形成传热管群30时，由于上述相应管翅片部2’、2’...之间不接触，传热管群30的组装操作能够容易进行。
另外，在本发明实施方案中，管翅片部2’是传热管3的管翅片2中与相邻的传热管3相对置的部分。另外，在本实施方案中，以相邻传热管3、3的节距P为最小节距Pmin的方式配置传热管3、3...，但是不必局限于此，只要是能使相邻传热管3、3一侧(另一侧)的管翅片部2’、2’...的前端插入另一侧(一侧)的管翅片部2’、2’...之间的节距P就可以。也就是说，相邻传热管3、3只要是如下位置关系就可：使该传热管3、3的管翅片部2’、2’...彼此在传热管3、3的中心轴方向上相重合(重叠)。由此，通过相邻传热管3、3的管翅片部2’、2’...彼此重叠构成传热管群30，与翅片管部2’、2’...彼此不相重叠的传热管群30相比，能使传热管3、3...之间的节距P变小，可将整个传热管群30小型化。因此，能实现换热器1的小型化。
以以上方式配置传热管3、3...传热管群30可被分为：使从螺旋管翅片换热器1的外部流入的被换热体W分别流过传热管3、3...内部的流入侧传热管群30a；向螺旋管翅片换热器1的外部流出的被换热体W分别流过传热管3、3...内部的流出侧传热管群30b。
传热管群流入部5设置在流入侧传热管群30a的一侧端部，具有使从螺旋管翅片换热器1的外部流入的被换热体W分别流入构成流入侧传热管群30a的传热管3、3...的一侧端部的构造。
传热管群流出部6设置在流出侧传热管群30b的一侧端部，具有使从构成流出侧传热管群30b的传热管3、3...的一侧端部分别流出的被换热体W向螺旋管翅片换热器1的外部汇集流出的构造。
传热管群连接部7设置在传热管群30(流入侧传热管群30a和流出侧传热管群30b)的另一侧端部，为了将在构成流入侧传热管群30a的传热管3、3...的内部流动的被换热体W引入构成流出侧传热管群30b的传热管3、3...的内部，其将流出侧传热管群30a(构成它的传热管3、3...)的另一侧端部与流出侧传热管群30b(构成它的传热管3、3...)的另一侧端部连接起来。
即，从螺旋翅片管换热器1的外部经过传热管群流入部5流入的被换热体W在构成流入侧传热管群30a的传热管3、3...的内部从一侧端部流向另一侧端部，在传热管群连接部7处折回，在构成流出侧传热管群30b的传热管3、3...的内部从另一侧端部流向一侧端部，经由传热管群流出部6向螺旋翅片管换热器1的外部流出。
壳体8为可在其内部布置传热管群30的圆柱形机箱，在其另一侧端部设置有作为在其内部流动的热介质M的流入口的壳体流入口9和作为流出口的壳体流出口10。具体而言，如图7所示，壳体8被配置为：在其内部的平面图中央部沿着长度方向，并且在正面侧(壳体流入口9和壳体流出口10开口方向侧)设置流入侧传热管群30a，在背面侧设置流出侧传热管群30b，传热管群30在其一侧端部(传热管群流入部5和传热管群流出部6)突出。
本实施方案涉及的螺旋翅片管换热器1具有以上构成，以下对其操作进行说明。
使被换热体W从自壳体8的一侧端部突出的传热管群流入部5流入，在构成流入侧传热管群30a的各传热管3、3...的内部从其一侧流向另一侧，在传热管群连接部7处折回，在构成流出侧传热管群30b的各传热管3、3...的内部从另一侧流向一侧，经由从壳体8的一侧端部突出的传热管群流出部6流出螺旋管翅片换热器1。
与此相对，热介质M从在壳体8上另一侧端部的外侧设置的流入口9流入，从配置在内部的传热管群30的流出侧传热管群30b侧至流入侧传热管群30a侧以与传热管群30的长度方向垂直相交或者大致垂直相交的方向在传热管群30内流动，流过该传热管群30的热介质M从在壳体8上的另一侧端部的内侧设置的流出口10流出。
热介质M在传热管群30内这样流过时，在传热管3的外侧流动的热介质M具有的热转移到在构成传热管群30的传热管3、3...内部流动的被换热体W中，其结果是，流过传热管群30的热介质M的温度降低(下降)到规定温度。具体而言，通过与管翅片2以及传热管3的筒部外周面相接触，上述热转移到管翅片2和传热管3的筒部外周面，转移的热经由管翅片2和传热管的管壁传热至传热管3的内周面，热量向与该内周面相接触同时流动的被换热体W连续转移(被夺取)。这样，即进行了热介质M与被换热体W的换热。即，在传热管3的外侧流动的热介质M所具有的热通过管翅片2和传热管3的筒部与在传热管3内部流动的被换热体W进行换热。
对流过传热管群30内时热介质M的流动进行进一步说明，传热管群30被设置为在传热管3、3...紧邻的传热管3、3的一侧上的管翅片部2’、2’...插入另一侧的管翅片部2’、2’...之间。因此，传热管群30内的翅片管部2’、2’...之间的间隔变得非常狭窄。这里，本实施方案中的螺旋翅片管换热器1的热介质M处理量设定为与如下换热器相同：该换热器没有以管翅片部2’、2’...彼此在传热管3的中心轴C方向上相重叠的方式配置。因此，流过上述变得狭窄的管翅片部2’、2’...之间的热介质M的流速变得非常快(流速提高)。从而，传热系数提高，其结果是从热介质上夺取(转移到传热管3)的热量增加，螺旋翅片管换热器1的换热效率提高。
另外，管翅片2由于形成为螺旋状(成为螺旋管翅片)，因此相对于与传热管3的中心轴C垂直相交的面成一定角度。因此，在传热管群30内在与传热管3的中心轴C垂直相交(或大致垂直相交)的方向上流动的热介质M与螺旋状的管翅片2相撞。这种冲突导致热介质M的流动发生紊流。这样，通过流体(热介质M)发生紊流，热介质M的混合、扩散效果改善。
因此，传热系数提高，从热介质M向传热管3表面转移的热量增加，与此伴随的是来自该热介质M的热通过传热管3的管壁向被换热体W转移(被夺取)的量也增加。其结果是，螺旋管翅片换热器1的换热效率提高。此外，通过发生所述流体紊流导致的流体混合、扩散，热介质M的温度变得均匀，因此消除了由温度不均导致的传热量低等问题，增加了从热介质M通过传热管3向被换热体W转移的热量，提高了换热效率。
由上所述，本实施方案中的螺旋翅片管换热器1具有这样的构造，即构成传热管群30的多个传热管3、3...紧邻的传热管3、3...中一侧(另一侧)的管翅片部2’、2’...伸入另一侧(一侧)的管翅片部2’、2’...之间，由此可以减小传热管3、3...相互之间的节距P(在本实施方案的情况下，可具有最小节距Pmin)，因此可实现所述换热器1的小型化，同时，通过所述的换热效率提高，可实现换热器1的高性能化。
图8显示在以下条件下，向具备本实施方案中的螺旋管翅片的传热管群、所有传热管的螺旋管翅片的旋转方向相同的传热管群及具备平行管翅片的传热管群内通入气体时，进行流动分析(CFD：ComputationalFluid Dynamics)的结果。
(分析条件)
·传热管尺寸(全部的传热管群相同)
翅片外径：58.4mm
根径(传热管间隔部外径)：27.18mm
翅片顶部厚度：0.2mm
翅片底部(与传热管的管部的连接部)的厚度：1.5mm
翅片间(或者螺旋)的节距(翅片的中心与中心之间的尺寸)：5.08mm
·传热管的配置(全部的传热管群相同)
图5(a)中传热管的配置
管之间的距离(中心轴间的距离)：d＝62.2mm/P＝44mm(参考图5)
·使用的气体(全部的传热管群相同)
种类：空气
压力：1atm
温度：25℃
流速：3m/s
气体的流动方向：在图5(a)中沿水平方向从左至右
在上述条件下，由进行CFD分析的结果可知，对于流过具备平行管翅片的传热管群内(图8(a)上段的图)的气体(图8(a)下段的线)来说，由于该气体的流向与翅片平行，因此在传热管群内的气体混合、扩散不充分(参考图8(a))。与此相对，可知：对于流入相邻传热管中的螺旋管翅片的旋转方向设定为相反方向的传热管群(本实施方案的传热管群：图8(b)的上段图)内的气体(图8(b)下段的线)来说，由于该气体的流向与翅片不平行(相交叉)，因此，在传热管群内与翅片相冲突的气体发生紊流，气体的混合、扩散就进行得充分(参考图8(b))。而且，可知：对于流入全部传热管中的螺旋管翅片的旋转方向设定为同一方向的传热管群(图8(c)的上段图)内的气体(图8(c)下段的线)来说，该气体的流向与翅片不平行(相交叉)，加之相邻的传热管内对应的管翅片部的一部分相接触使得传热管群内形成多个夹流路部，因此，气体的混合、扩散就进行得更加充分(参考图8(c))。
根据以上所述，可以确认，与通过具备平行管翅片的传热管群内的气体(流体)相比，通过具备螺旋管翅片的传热管群的气体(流体)，在传热管内的混合、扩散更充分。
此外，本发明中的螺旋翅片管换热器1并不局限于上述实施方案，在不脱离本发明的宗旨的范围内，有可能进行各种变化。
例如，在本实施方案中，如上所述那样，相邻列的传热管3、3...是以没有凹凸的平滑的管翅片2的旋转方向互相相反的方式形成的。因此，相邻的传热管3、3内对应的管翅片部2’、2’...之间相互平行(或大致平行)，互不接触而相邻的传热管3、3中的一侧(另一侧)中的管翅片部2’、2’...的前端与另一侧(一侧)传热管3的外圆周面相接触。但是，不必局限于此，如图9所示，在管翅片部2’，2’...以相邻的传热管3，3中对应的管翅片部2’、2’...之间通过凸部相接触的方式形成凸部11、11...也可以。
由于这样的构成，相对的翅片部2’、2’...互相通过凸部11相接触，互相支撑(支持)，因此相对于从外部施加的传热管3中心轴C方向的力，翅片管2的刚性提高。并且，也能够控制由于流体(热介质M)在管翅片部2’、2’...之间的流动而产生的管翅片部2’、2’...(翅片管2)的振动。而且，由于相邻的传热管3、3中翅片部2’、2’...之间在多处相接触、相互支撑，因此由直径小的长尺寸传热管3、3...构成的传热管群30的刚性也得以提高。
另外，在图9中，凸部11只设置在相邻的传热管3，3中互相接触的管翅片部2’、2’中的一侧上，但也可以在互相接触的管翅片部2’、2’相对置的位置上，凸部11，11以其前端(顶部)之间相接触的方式分别形成。
并且，凸部11形成于管翅片部2’、2’...的周缘部(径向前端部)，并以管翅片部2’的周缘部的一部分向中心轴C方向突出的方式弯曲而形成，以管翅片部2’的前端与相对置管翅片部2’的面部相接触，但也不必局限于此。也就是说，如图10所示，也可以是沿传热管3径向的凸条11a(参考图10(a))或者沿螺旋状的翅片前端的凸条11b(参考图10(b))等，只要是相对置的管翅片部2、2之间互相不发生面接触的，也就是说，使得发生点接触或者线接触的形状即可。而且，形成的凸部的数目也不必局限于4个，可以是1个，也可以是2个以上的多个。另外，即使面接触的情况下，形成使得其面积变小的凸部(例如，使截面形状呈梯形的凸条)也可以。如果是这样的形状，与板状管翅片之间互相发生面接触的情况相比，能减小接触面积，从而能够通过抑制与热介质M的接触面积(管翅片部2’的露出部分的表面积)的减少来抑制换热效率的降低。并且，与点接触或者线接触相比管翅片部2’、2’之间的相互支撑力增大，管翅片2的刚性更强，变得更加能控制被换热体W流过管翅片2、2之间时的振动。
另外，在本实施方案中，传热管群30中的相邻列的传热管3、3...以管翅片2、2的旋转方向相互反向的方式形成，但如图11所示，也可以是全部是同一旋转方向的螺旋状的管翅片(螺旋翅片)52、52...。
由于这样的构成，相邻传热管53、53内相对应的管翅片部52’、52’之间向相互交叉方向倾斜(参考图11(b))，以其中一侧(另一侧)传热管53的管翅片部52’、52’...的前端部位于另一侧(一侧)的管翅片部52’、52’...之间的方式，减小传热管53、53的节距P’，管翅片部52’、52’...(管翅片52，52)的一部分就可以相互接触。
为此，如上所述，即使不在管翅片52上设置凸部，由于相邻传热管53、53相对应(接触)的管翅片部52’、52’...之间相互支撑，管翅片部52’、52’...(管翅片52)的强度及传热管53、53的强度提高的同时，也能够抑制在管翅片部52’、52’...产生的振动。
再者，由于管翅片部52’、52’...的一部分相互接触，在该部分平行配置的多个传热管53、53...(传热管群)内部形成多个夹流路部。因此，热介质流过传热管群内部时，在该液流的一部分由于所述夹流路部而产生不规则流动，更多的部分的被换热体流速提高。由于这样的紊流的产生，与上述的一样，热介质M所拥有的热量转移(被夺取)到传热管53表面的量进一步增加，从而换热效率得以提高。其结果是，传热管群30(螺旋翅片管换热器1’)的换热效率进一步提高。
Claims (4)
1.一种螺旋管翅片换热器，具有多个传热管，该传热管的内部流动有被换热体，在外周面具有向径向延伸的管翅片，该多个传热管以分别朝向相同方向的方式配置，其特征在于，
所述管翅片形成为螺旋状，并以使螺旋轴与所述传热管的中心轴相一致的方式设置，所述多个传热管以相邻的传热管的一侧的管翅片部的前端进入另一侧的管翅片部之间的方式配置。
2.如权利要求1所述的螺旋管翅片换热器，其特征在于，所述螺旋状的管翅片以其旋转方向与相邻的传热管中对应的管翅片的旋转方向相反的方式设置。
3.如权利要求1所述的螺旋管翅片换热器，其特征在于，所述螺旋状的管翅片以其旋转方向与相邻的传热管中对应的管翅片的旋转方向相同的方式设置。
4.如权利要求1至3中任一项所述的螺旋管翅片换热器，其特征在于，所述相邻的传热管中对应的管翅片部之中，至少一侧的管翅片部形成有凸部，并介由该凸部互相接触。
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