CN106482564B - 一种带有凹陷的热交换管和热交换器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种带有凹陷的热交换管和热交换器，包括：在圆形、扁圆形或椭圆形热交换管上，按螺旋线和轴向距离布置多个凹陷，各所述凹陷中心在热交换管径向截面上所形成的曲线为：中间凹陷，两侧突起，两侧外边线自然向下延伸，与热交换管壁连接。本发明采用在热交换管上设置较深凹陷的方式进一步提高热交换管的换热效率。传统的热交换管上设置的凹槽或凹坑的最大深度一般不会大于热交换管直径的1/8‑1/10。本发明所述热交换管在热交换管外表面所设置的已经不是浅浅的凹坑，而较深的凹陷。这些凹陷的形体较大，深度达到热交换管直径的1/4‑3/4，使热交换管整体形状呈S形，是液体在管中流动路线更加复杂，湍流更多，有利的促进了换热过程，同时降低了结垢的风险。

Description

一种带有凹陷的热交换管和热交换器

技术领域

本发明涉及一种带有凹陷的热交换管和热交换器，是一种车用汽油发动机的附件，是一种汽车发动机的节能环保设施，是一种汽车发动机废气再循环冷却系统中的热交换器。

背景技术

传统的管板式换热器中的热交换管通常为外表平整的圆柱形，随着对换热器效率的要求不断提高，在热交换管平整的外圆柱面上设计了螺旋线的凹槽，或者均匀排布的凹坑，以提高换热效率，同时避免管内结垢。虽然这种带有螺旋线凹槽和凹坑的热交换管对提高换热效率有一定的帮助，但随着换热效率的要求越来越高，对这类热交换管的效率 要求进一步提高，但是，这类热交换管的换热效率已经达到了极限，如果进一步提高热交换管的换热效率是热交换管研究的一个重要课题。

发明内容

为了克服现有技术的问题，本发明提出了一种带有凹陷的热交换管和热交换器。所述的热交换管带有较深的凹陷，使整个管的形状类似于S形，使用这种管型的换热器换热效率更高。

本发明的目的是这样实现的：一种带有凹陷的热交换管，在圆形、扁圆形或椭圆形热交换管上，按螺旋线和轴向距离布置多个凹陷，各所述凹陷中心在热交换管径向截面上所形成的曲线为：中间凹陷，两侧突起，两侧外边线自然向下延伸，与热交换管壁连接。

进一步的，所述的凹陷的最大深度与热交换管的直径的比值为1/4-3/4。

进一步的，相邻的两个所述的凹陷之间的螺旋相位角相差60-180度，所述凹陷之间轴向距离大于凹陷的长度，小于凹陷长度的一半。

进一步的，所述的螺旋线为单头螺旋线或双头螺旋线。

进一步的，所述的螺旋线为单头螺旋线，两个相邻凹陷之间螺旋相位角为90度。

进一步的，所述的凹陷排列为：各所述凹陷两个为一组，一个组内的两个凹陷的螺旋相位角为180度，各组之间的螺旋相位角为90度。

一种使用上述热交换管的热交换器，包括：壳体、热交换管、管板、扩散器、水管和支架，所述的热交换管之间，管上的凹陷与相邻热交换管上高出部分对应。

进一步的，所述的热交换管上的相邻凹陷之间的螺旋相位角为180度，所述的热交换管的排列为矩阵排列。

进一步的，所述的热交换管上的相邻凹陷之间的螺旋相位角为60或120度，所述的热交换管的排列为交错排列。

本发明产生的有益效果是：本发明采用在热交换管上设置较深凹陷的方式进一步提高热交换管的换热效率。传统的热交换管上设置的凹槽或凹坑的最大深度一般不会大于热交换管直径的1/8-1/10。本发明所述热交换管在热交换管外表面所设置的已经不是浅浅的凹坑，而较深的凹陷。这些凹陷的形体较大，深度达到热交换管直径的1/4-3/4，使热交换管整体形状呈S形，是液体在管中流动路线更加复杂，湍流更多，有利的促进了换热过程，同时降低了结垢的风险。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1是本发明的实施例一所述热交换管的外形示意图；

图2是本发明的实施例一所述热交换管的一个凹陷的多截面合成示意图，是图1中A点放大图；

图3是本发明的实施例三所述换热管的相位角示意图，具有相位角为120度的换热管截面；

图4是本发明的实施例五所述具有90度相位角的换热管示意图；

图5是本发明的实施例八所述的换热器的换热管在管板上的矩形排布示意图；

图6是本发明的实施例八所述的换热器的换热管横向排布示意图；

图7是本发明的实施例九所述的换热器的换热管在管板上的交错排布示意图。

具体实施方式

实施例一：

本实施例是一种带有凹陷的热交换管，如图1、2所示。在圆形、扁圆形或椭圆形热交换管1上，按螺旋线和轴向距离布置多个凹陷101，各所述凹陷中心在热交换管径向截面上所形成的曲线为：中间凹陷，两侧突起，两侧外边线自然向下延伸，与热交换管壁连接。

本实施例所述的圆形、扁圆形或椭圆形热交换管是指：在没有凹陷的位置上，热交换管的截面形状是圆形、扁圆形或椭圆形。这是三种常见的换热管截面形状，在实际中还可以使用其他截面形状的换热管，如：长方形、正方形，多边形等，使用本实施例所述的凹陷形状，即可以取得类似的效果。

本实施例所述的凹陷是与传统热交换管上设置的螺旋线形的沟槽，或者凹坑不同的凹陷。凹陷的深度较大，对热交换管表面的形状影响也较大，因此，对管内流体的流动影响也较大。

在凹陷中心，也就是凹陷的最深处，凹陷的曲线如上描述，呈中间有一个小凹陷，两侧凸起，再向下延伸与热交换管原截面曲线融合。

图2是热交换管带有凹陷部分的放大图，管的直径为φ，凹陷沿管轴向的长度为l，凹陷的最大深度为h。

图2中画出了一个凹陷的A、B、C、D、E、F、G、H八个截面，八个截面在管的轴向的距离相等，显示了凹陷从最浅点到最深点的截面形状变化。其中A截面理论上是凹陷深度为零的最浅点，其截面形状也就是热交换管的截面形状，在图2为一圆形，这个形状也可以是椭圆形，但曲线的连接原理相同。

H点为凹陷的最深点，其深度为h，图2中标出的是平均深度，即中间的小凹陷与两边的两个凸起的平均高度。从截面形状来看，管的截面形状由大逐渐变小，达到最深处时管的截面形状最小。当管内的流体经过凹陷时形成较大的冲击，破坏热边界层，使内外流体介质的热交换更充分。管体上反复出现的凹陷，使热交换管内外的流体的流动波浪形，增强了流体流动的湍流度，有效提高换热效率。凹陷的存在虽然会使管内的流体产生一定的压力损失，但这些压力损失可以通过合理的设计凹陷的位置而得到有效控制。

凹陷与热交换管之间的连接边界，在通常情况下，由于模具的关系会出现明显的边界，这些边界在使用中可能对管内外的流体产生一定的影响，但完全消除这些边界，在工艺上比较困难，成本较高。

本实施例所述的凹陷的深度较传统热交换管上的凹坑要大得多。传统热交换管上的凹坑一般只有1毫米左右，而本实施例所述的凹陷则可以达到整个热交换管直径的一半，甚至更深。这是本实施例所述的热交换管凹陷与传统热交换管的明显不同。

凹陷在热交换管上的排列方式有许多种，可以是交错排列、螺旋线排列等。通过不同的排列方式可以得到不同的换热效果。

实施例二：

本实施例是实施例一的改进，是实施例一关于凹陷的细化。本实施例所述的凹陷的最大深度与热交换管的直径的比值为1/4-3/4。

本实施例所述的凹陷的深度在热交换管直径的一半左右，即：h/φ的1/2左右。

实施例三：

本实施例是上述实施例的改进，是上述实施例关于凹陷在热交换管上位置的细化。相邻的两个所述的凹陷之间的螺旋相位角相差60-180度，所述凹陷之间轴向距离大于凹陷的长度，小于凹陷长度的一半。

所述的螺旋相位角是指：围绕柱形体（这里所述的柱形体是指圆柱体或椭圆柱体，或者其他截面具有中心对称轴的柱形体）外周面上的螺旋线上的两个点之间所相对的圆周夹角。对于两个相邻凹陷之间的相位角则是两个凹陷在热交换管端面平面上的投影所形成的圆周夹角，如图3所示。图3显示的是两个相差120度的相邻凹陷之间的相位角α。

热交换管上两个相邻凹陷之间的轴向距离大于凹陷的长度l，小于凹陷沿热交换管轴向的长度的一半。

实施例四：

本实施例是上述实施例的改进，是上述实施例关于螺旋线的细化。本实施例所述的螺旋线为单头螺旋线或双头螺旋线。

本实施例是一种凹陷排列的方式。凹陷可以排列为螺旋线，并且可以是双头的螺旋线。选择螺旋线的形式，可以减少压力损失。

实施例五：

本实施例上述实施例的改进，是上述实施例关于相邻凹陷之间位置关系的细化。本实施例所述的螺旋线为单头螺旋线，两个相邻凹陷之间螺旋相位角为90度，如图4所示。

本实施例所述两个相邻凹陷之间的相位角相差90度，即：相位角每90度布置一个凹陷。

实施例六：

本实施例是上述实施例的改进，是上述实施例关于凹陷排列的细化。本实施例所述的凹陷排列为：各所述凹陷两个为一组，一个组内的两个凹陷的螺旋相位角为180度，各组之间的螺旋相位角为90度。

实施例七：

本实施例是一种使用上述实施例所述热交换管的热交换器，包括：管壳、热交换管、管板、扩散器、水管和支架，所述的热交换管之间，管上的凹陷与相邻热交换管上高出部分对应。

本实施例使用的是上述实施例所述的带有凹陷的热交换管，利用这种热交换管的不同排列，可以将由于凹陷所产生压力损失降到最低。

实施例八：

本实施例是实施例七的改进，是实施例七关于换热管排列的细化。本实施例所述的热交换管上的相邻凹陷之间的螺旋相位角为180度，所述的热交换管的排列为矩阵排列，如图5、6所示，其中，图5是换热管在管板上排布的示意图，图6是换热管横向排布的示意图。

本实施例采用两个相邻凹陷的螺旋相位角相差180度的热交换管，这种热交换管外观上看起来犹如S波浪的形管，换热管矩形排列使S波浪的波峰对波峰，波谷对波谷，最大限度的拉开管与管之间的距离，使流体流动的路线畅通，如图6所示。

实施例九：

本实施例是实施例七的改进，是实施例七关于换热管排列的细化。本实施例所述的热交换管上的相邻凹陷之间的螺旋相位角为60或120度，所述的热交换管的排列为交错排列，如图7所示。

本实施例所述的换热管的相邻凹陷的螺旋相位角相差60或120度，在管板上的排列想错排列，上下两排换热管交错后，形成60度的等腰三角形，实际形成波峰和波谷相对的效果。

最后应说明的是，以上仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳布置方案对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案（比如凹陷的形状、凹陷在换热管上的排布、换热管在管板上的排布、换热器的形式等）进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种带有凹陷的热交换管，其特征在于，在圆形、扁圆形或椭圆形热交换管上，按螺旋线和轴向距离布置多个凹陷，各所述凹陷中心在热交换管径向截面上所形成的曲线为：中间凹陷，两侧突起，两侧外边线自然向下延伸，与热交换管壁连接，所述的凹陷的最大深度与热交换管的直径的比值为1/2-3/4，相邻的两个所述的凹陷之间的螺旋相位角相差60-180度，所述凹陷之间轴向距离小于凹陷的长度，大于凹陷长度的一半。

2.根据权利要求1所述的热交换管，其特征在于，所述的螺旋线为单头螺旋线或双头螺旋线。

3.根据权利要求2所述的热交换管，其特征在于，所述的螺旋线为单头螺旋线，两个相邻凹陷之间螺旋相位角为90度。

4.根据权利要求3所述的热交换管，其特征在于，所述的凹陷排列为：各所述凹陷两个为一组，一个组内的两个凹陷的螺旋相位角为180度，各组之间的螺旋相位角为90度。

5.一种使用权利要求1所述热交换管的热交换器，包括：壳体、热交换管、管板、扩散器、水管和支架，其特征在于，所述的热交换管之间，管上的凹陷与相邻热交换管上高出部分对应。

6.根据权利要求5所说的热交换器，其特征在于，所述的热交换管上的相邻凹陷之间的螺旋相位角为180度，所述的热交换管的排列为矩阵排列。

7.根据权利要求5所述的热交换器，其特征在于，所述的热交换管上的相邻凹陷之间的螺旋相位角为60或120度，所述的热交换管的排列为交错排列。