CN103453793A - 管翅一体式热传输单元及其热交换器 - Google Patents

Abstract

一种管翅一体式热传输单元及其热交换器，热传输单元具有一片状翅片，在该翅片上设有至少一个翻边孔，其特征在于：翻边孔的孔内或/和孔口处设有至少一条加强筋，加强筋横跨翻边孔并且连接在翻边孔的孔壁或/和孔口上；翻边孔在孔轴方向上由第一段和第二段组成；第一段与第二段的横截面形状相同，第一段的翻边孔内径等于或大于第二段的的翻边孔外径，并且第一段的翻边孔内径与第二段的的翻边孔外径在尺寸关系上存在匹配的内外套接关系；第一段与第二段的连接处围绕翻边孔外围周向设有台阶。所述热交换器由上述热传输单元和连接管构成；本发明的热传输单元及其热交换器传热效率更高、管路内部承受高压能力强、结构密封性和可靠性好。

Description

管翅一体式热传输单元及其热交换器

 

技术领域

本发明涉及热交换器领域，具体涉及一种管翅一体式热传输单元及由该管翅一体式热传输单元拼接构成的热交换器。

背景技术

热交换器是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，又称换热器。热交换器是化工、石油、动力、食品及其它许多工业部门的通用设备，在生产中占有重要地位。在现有技术中，制冷系统一般采用翅片管式热交换器进行传热，其中所使用的铝翅片具有若干带翻边的孔，将若干个具有翻边的孔的铝翅片成组地套在圆铜管上，利用机械胀管工艺可将铝翅片固定在铜管上并组成翅片管式热交换器以用于系统传热。这种结构具有很明显的缺点：由于铝翅片很薄而且其与铜管的接触面积很小，导致热阻很大，因而传热效率不高；不适用于传热效率较高的翅片扁管式热交换器。

为了解决上述问题，中国专利CN101949654A公开了一种翅片管一体式热交换器，该热交换器包括翅片和内部管路一体形成的翅片组、分别安装在翅片组的两侧端的端板、分别于两侧的端板相装配固定的两个端盖、用于连接外部管路的两个接口。其中，翅片组包括多个翅片，各翅片上开设形成多个具有翻边的翅片翻边孔，多个翅片通过翅片翻边孔依次套接在一起并固定为一体，在翅片组上形成多个由对应的翅片翻边孔连通构成的内部管路。尽管中国专利CN101949654A的这种结构在一定程度上提高了传热效率，但在实际应用中仍然存在一些问题。例如，由于翅片上的每个翅片翻边孔的翻边围成的面为锥面，从热交换器的制造工艺上来看，当很多个翅片相互套接时，翅片翻边孔的翻边与翻边之间无法精确定位，即翅片与翅片之间的节距不均匀，导致热交换器的密封性不强，容易发生流体泄露；尽管翅片与翅片的相互套接部分相当于加强了内部管路的厚度，即该结构在有高压流体经过时具有一定的抗压能力，但当超过一定压力时翅片翻边孔会有失稳趋势，翅片翻边孔连通形成的管体容易发生变形，甚至管体被高压流体破坏而发生流体泄露；此外，该结构的传热效率也有待提高。为此，如何提供一种传热效率更高、管路内部承受高压能力强、结构密封性和可靠性好的管翅一体式热传输单元及其热交换器成为本发明研究的课题。

发明内容

本发明提供一种管翅一体式热传输单元及其热交换器，其目的在于解决现有技术存在的管路内部承受高压能力较差、结构密封性和可靠性较差以及传热效率欠佳的问题。

为达到上述目的，本发明采用的管翅一体式热传输单元的技术方案是：该热传输单元具有一能够导热的片状翅片，在该翅片上设有至少一个翻边孔，所述翻边孔是由翅片本体以翻边孔中心为中心，朝翅片一面凸出的裙状翻边形成；

所述翻边孔的孔内或/和孔口处设有至少一条加强筋，加强筋由翅片本体塑性变形形成，加强筋横跨翻边孔并且连接在翻边孔的孔壁或/和孔口上；

所述翻边孔在孔轴方向上由第一段和第二段组成，第一段的一端与翅片连接，第一段的另一端与第二段的一端连接，第二段的另一端悬空；第一段与第二段的横截面形状相同，第一段的翻边孔内径等于或大于第二段的的翻边孔外径，并且第一段的翻边孔内径与第二段的的翻边孔外径在尺寸关系上存在匹配的内外套接关系；第一段与第二段的连接处围绕翻边孔外围周向设有台阶。 

上述技术方案中的有关内容解释如下：

1、上述方案中，所述翻边孔的截面形状为椭圆形、圆形、方形、菱形、三角形或异形。所述翻边孔的种类属于通孔。

2、上述方案中，所述翅片与翅片上的翻边孔是一体加工而成的。

3、上述方案中，所述管翅一体式热传输单元用于拼接组合成热交换器。

为达到上述目的，本发明采用的一种热交换器的技术方案是：所述热交换器由若干个上述技术方案所述的管翅一体式热传输单元和连接管组成；在装配状态下，前一个所述管翅一体式热传输单元上的第一段的翻边孔内径套接在后一个管翅一体式热传输单元上的第二段的翻边孔外径上，以此类推，多个管翅一体式热传输单元在翻边孔的孔轴方向上前后依次套接形成管翅一体式热传输单元组，每个管翅一体式热传输单元组具有至少一条由各个翻边孔串联连通的管道；多个所述管翅一体式热传输单元组在所述管道的横向或/和纵向上并列或叠加形成管道组；所述连接管位于管道组的端部，用于连接所述管道，以此形成热交换器的流体通道。

上述技术方案中的有关内容解释如下：

1、上述方案中，所述热交换器（亦称为换热器或热交换设备）是用来使热量从热流体传递到冷流体，以满足规定的工艺要求的装置，是对流传热及热传导的一种工业应用。在热交换器中，不同介质之间进行热交换，比如气-气之间、气-液之间或液-液之间。在不同工业生产中，热交换器的应用十分广泛，热交换器可作为冷却器、冷凝器或蒸发器等。

本发明的设计原理以及特点是：本发明提供了一种管翅一体式热传输单元及其热交换器。第一，由于所述管翅一体式热传输单元的翅片与翻边孔是一体式加工而成的，多个管翅一体式热传输单元通过翻边孔套接形成管道后，管道与翅片间的热阻很小，传热效率高。

第二，根据热交换器的尺寸大小和换热效果的需要，所述管翅一体式热传输单元可任意拼合构成热交换器，即这种传热元件的单元化设计在结构上具有灵活性和通用性。

第三，由于翻边孔具有台阶式结构，因此当多个管翅一体式热传输单元前后依次套接时，前一个热传输单元上的第一段的翻边孔内径套接在后一个管翅一体式热传输单元上的第二段的翻边孔外径上，在翻边孔的孔轴方向上精确定位，也即保持了翅片与翅片之间节距的一致性和均匀性，进而增强了热交换器的密封效果。

第四，每个翻边孔内部还布设有至少一条加强筋，因此当多个管翅一体式热传输单元拼合构成热交换器后，加强筋的存在相当于增强了管道内结构的稳定性，使翻边孔连通形成的管道的承压能力大大提高，克服了传统结构扁平管内空腔不能承受高压的问题。

第五，本发明翻边孔的台阶式结构以及翻边孔内的加强筋这样的设计也进一步提高了传热效率，原因在于当翻边孔与翻边孔相套接时，管翅一体式热传输单元的内腔壁面为非平滑表面，流体在管道内流动过程中发生扰流，加强筋的存在又强化了扰流作用，流体在管道内的温度梯度小，进而进一步提高了热交换器的传热效率。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：

1、与现有技术相比，本发明的管翅一体式热传输单元及其热交换器的传热效率更高，传热效率比现有技术提高了至少30%。

2、在有高压流体经过管道时，现有技术最多能承受约3.95MPa的压力，而本发明的管翅一体式热传输单元及其热交换器承受高压的能力大大提高，与现有技术相比，承压能力提高了1~3倍。

3、与现有技术相比，本发明的管翅一体式热传输单元及其热交换器密封性和可靠性更好。

4、本发明的热传输单元的这种单元化设计在结构上具有灵活性和通用性。

附图说明

附图1为本发明实施例一的管翅一体式热传输单元的主视图；

附图2为附图1的仰视图；

附图3为附图1的左视图；

附图4为本发明实施例一的管翅一体式热传输单元的立体图；

附图5为本发明实施例一的管翅一体式热传输单元组的立体图；

附图6为本发明热交换器的结构示意图；

附图7为本发明实施例二的管翅一体式热传输单元的主视图；

附图8为本发明实施例二的管翅一体式热传输单元的立体图；

附图9为本发明实施例三的管翅一体式热传输单元的主视图；

附图10为本发明实施例三的管翅一体式热传输单元的立体图；

附图11为本发明实施例四的管翅一体式热传输单元的主视图；

附图12为附图11的仰视图；

附图13为本发明实施例四的管翅一体式热传输单元的立体图；

附图14为本发明实施例五的管翅一体式热传输单元的主视图；

附图15为附图14的仰视图；

附图16为附图14的左视图；

附图17为本发明实施例五的管翅一体式热传输单元组的结构示意图。

以上附图中：1、翅片；2、翻边孔；21、第一段；22、翻边；23、第二段；3、加强筋；4、管翅一体式热传输单元组；5、连接管。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

实施例一：一种管翅一体式热传输单元及其热交换器 

该热传输单元具有一能够导热的片状翅片1，在该翅片1上设有一个翻边孔2，所述翻边孔2是由翅片1本体以翻边孔2中心为中心，朝翅片1一面凸出的裙状翻边22形成，翻边孔2的截面形状为椭圆形，参见附图1至附图4所示。

所述翻边孔2的孔口处设有一条加强筋3，加强筋3由翅片1本体塑性变形形成，加强筋3横跨翻边孔2并且连接在翻边孔2的孔口上；

所述翻边孔2在孔轴方向上由第一段21和第二段23组成，第一段21的一端与翅片1连接，第一段21的另一端与第二段23的一端连接，第二段23的另一端悬空；第一段21与第二段23的横截面形状相同，第一段21的翻边孔2内径等于或大于第二段23的的翻边孔2外径，并且第一段21的翻边孔2内径与第二段23的的翻边孔2外径在尺寸关系上存在匹配的内外套接关系；第一段21与第二段23的连接处围绕翻边孔2外围周向设有台阶。

参见附图5和附图6所示，所述热交换器由若干个本实施例所述的管翅一体式热传输单元和连接管5组成；在装配状态下，前一个所述管翅一体式热传输单元上的第一段21的翻边孔2内径套接在后一个管翅一体式热传输单元上的第二段23的翻边孔2外径上，以此类推，多个管翅一体式热传输单元在翻边孔2的孔轴方向上前后依次套接形成管翅一体式热传输单元组4，每个管翅一体式热传输单元组4具有至少一条由各个翻边孔2串联连通的管道；多个所述管翅一体式热传输单元组4在所述管道的横向和纵向上叠加形成管道组；所述连接管5位于管道组的端部，用于连接所述管道，以此形成热交换器的流体通道。

实施例二：一种管翅一体式热传输单元及其热交换器

在实施例一方案的基础上，每个翻边孔2的孔口处设有两条加强筋3，其他技术特征均与实施例一相同，参见附图7和附图8所示。

实施例三：一种管翅一体式热传输单元及其热交换器

在实施例一方案的基础上，每个翻边孔2的孔口处设有三条加强筋3，其他技术特征均与实施例一相同，参见附图9和附图10所示。

实施例四：一种管翅一体式热传输单元及其热交换器

所述加强筋3在翻边孔2内部的布设方式与实施例一不同，所述翻边孔2的孔内设有一条加强筋3，加强筋3横跨翻边孔2并且连接在翻边孔2的孔壁和孔口上，即加强筋3从所述第一段21至所述第二段23贯通于翻边孔2内，其他技术特征均与实施例一相同，参见附图11至附图13所示。

实施例五：一种管翅一体式热传输单元及其热交换器

该热传输单元具有一能够导热的片状翅片1，在该翅片1上设有三个翻边孔2，所述翻边孔2是由翅片1本体以翻边孔2中心为中心，朝翅片1一面凸出的裙状翻边22形成，翻边孔2的截面形状为椭圆形，参见附图14至附图16所示；

所述翻边孔2的孔口处设有一条加强筋3，加强筋3由翅片1本体塑性变形形成，加强筋3横跨翻边孔2并且连接在翻边孔2的孔口上；

所述翻边孔2在孔轴方向上由第一段21和第二段23组成，第一段21的一端与翅片1连接，第一段21的另一端与第二段23的一端连接，第二段23的另一端悬空；第一段21与第二段23的横截面形状相同，第一段21的翻边孔2内径等于或大于第二段23的的翻边孔2外径，并且第一段21的翻边孔2内径与第二段23的的翻边孔2外径在尺寸关系上存在匹配的内外套接关系；第一段21与第二段23的连接处围绕翻边孔2外围周向设有台阶。

所述热交换器由本实施例五的管翅一体式热传输单元和连接管5组成；管翅一体式热传输单元拼合成所述热交换器的方式与实施例一相同。参见附图17所示。

有关上述实施例一至实施例五的部分内容的解释：由于采用前一个管翅一体式热传输单元上的第一段21的翻边孔2内径套接在后一个管翅一体式热传输单元上的第二段23的翻边孔2外径上的方式来形成热交换器的流体通道，翻边孔2的截面形状就决定了流体通道的截面形状，为此，上述实施例的翻边孔2的截面形状还可以为圆形、方形、菱形、三角形或异形。本领域技术人员在本发明实质性特点的基础上具体采用何种翻边孔2的截面形状不能限制本发明的保护范围。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种管翅一体式热传输单元，该热传输单元具有一能够导热的片状翅片（1），在该翅片（1）上设有至少一个翻边孔（2），所述翻边孔（2）是由翅片（1）本体以翻边孔（2）中心为中心，朝翅片（1）一面凸出的裙状翻边（22）形成，其特征在于：

所述翻边孔（2）的孔内或/和孔口处设有至少一条加强筋（3），加强筋（3）由翅片（1）本体塑性变形形成，加强筋（3）横跨翻边孔（2）并且连接在翻边孔（2）的孔壁或/和孔口上；

所述翻边孔（2）在孔轴方向上由第一段（21）和第二段（23）组成，第一段（21）的一端与翅片（1）连接，第一段（21）的另一端与第二段（23）的一端连接，第二段（23）的另一端悬空；第一段（21）与第二段（23）的横截面形状相同，第一段（21）的翻边孔（2）内径等于或大于第二段（23）的的翻边孔（2）外径，并且第一段（21）的翻边孔（2）内径与第二段（23）的的翻边孔（2）外径在尺寸关系上存在匹配的内外套接关系；第一段（21）与第二段（23）的连接处围绕翻边孔（2）外围周向设有台阶。

2.根据权利要求1所述的管翅一体式热传输单元，其特征在于：所述翻边孔（2）的截面形状为椭圆形、圆形、方形、菱形、三角形或异形。

3.一种热交换器，其特征在于：所述热交换器由若干个权利要求1所述的管翅一体式热传输单元和连接管（5）组成；在装配状态下，前一个所述管翅一体式热传输单元上的第一段（21）的翻边孔（2）内径套接在后一个管翅一体式热传输单元上的第二段（23）的翻边孔（2）外径上，以此类推，多个管翅一体式热传输单元在翻边孔（2）的孔轴方向上前后依次套接形成管翅一体式热传输单元组（4），每个管翅一体式热传输单元组（4）具有至少一条由各个翻边孔（2）串联连通的管道；多个所述管翅一体式热传输单元组（4）在所述管道的横向或/和纵向上并列或叠加形成管道组；所述连接管（5）位于管道组的端部，用于连接所述管道，以此形成热交换器的流体通道。

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