CN106949758A - 套管式换热器及换热系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种套管式换热器及换热系统，属于热交换设备领域。换热器包括套管及至少一个套设于套管内的换热管，换热管和套管间有第一腔体，换热管有第二腔体。套管设有与第一腔体连通的第一进料口与第一出料口，换热管设有与第二腔体连通的第二进料口和第二出料口。换热管包括管体内壁及管体外壁。管体外壁具有沿换热管的轴向螺旋设置的多个第一螺旋槽以及多个第一螺旋凸起，多个第一螺旋槽和多个第一螺旋凸起的延伸方向相同。管体内壁具有与第一螺旋凸起位置对应的第二螺旋槽以及与第一螺旋槽位置对应的第二螺旋凸起。管体外壁并排设多个翅片。换热系统包括该换热器。结构简单、节省材料、加工方便、制造成本低、换热效率高、能耗低。

Description

套管式换热器及换热系统

技术领域

本发明涉及热交换设备领域，具体而言，涉及一种套管式换热器及换热系统。

背景技术

换热管是热交换装置的关键零部件，其换热能力的大小直接影响到热交换装置的性能。

目前市面上广泛应用的换热管普遍存在换热效率低、成型工艺复杂、生产成本高等缺点，导致换热器的工作效率低、能耗较高、成本高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种套管式换热器，其换热管的换热效率高、结构简单、成型方便。

本发明的另一目的在于提供一种换热系统，其热交换工作效率高、能耗低、制造成本低。

本发明的实施例是这样实现的：

一种套管式换热器，其包括套管及至少一个套设于套管内的换热管，换热管和套管之间具有第一腔体，换热管具有第二腔体，套管开设有与第一腔体连通的第一进料口与第一出料口，换热管开设有与第二腔体连通的第二进料口和第二出料口，换热管包括管体内壁及位于管体内壁的远离第二腔体的一侧的管体外壁，管体外壁具有沿换热管的轴向螺旋设置的多个第一螺旋槽以及多个第一螺旋凸起，多个第一螺旋槽和多个第一螺旋凸起的延伸方向相同，管体内壁具有与第一螺旋凸起位置对应的第二螺旋槽以及与第一螺旋槽位置对应的第二螺旋凸起，管体外壁还并排设置有多个翅片。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，每个翅片的至少一个侧壁设置有至少一个齿块。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，齿块沿远离管体外壁的方向厚度逐渐增大。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，每个翅片沿换热管的轴向螺旋设置。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，第一螺旋槽的切线和翅片在同一位置处的切线之间形成的夹角为60-120°。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，每个翅片包括沿翅片延伸方向并排设置的多个齿片，相邻两个齿片之间具有缺口。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，相邻两个翅片的缺口交错设置。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，第一螺旋槽与第一螺旋凸起相间设置，第二螺旋槽与第二螺旋凸起相间设置。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，第一进料口及第一出料口设置于套管的两端端部，第二进料口和第二出料口设置于换热管的两端端部。

一种换热系统，其包括上述的套管式换热器。

本发明实施例的有益效果是：

本发明实施例提供的套管式换热器，其换热管上第一螺旋槽、第二螺旋槽、第一螺旋凸起和第二螺旋凸起的设置，使得换热管的管体内壁和管体外壁形成了多个凹凸的曲面，从而明显地增大了换热管的换热面积，有效地提高了换热管的换热能力。当流体在第一腔体或第二腔体流动时，换热管的螺旋结构使得流体形成漩涡，流体在管体外壁或是管体内壁的表面产生紊流，使得边界层减薄，从而有效地提高了换热管的换热效果。第一螺旋槽和第二螺旋凸起的位置对应且第二螺旋槽和第一螺旋凸起的位置对应的目的在于，便于通过普通管体挤压、扭曲变形直接制得，其结构简单、节省材料、加工方便。翅片的设置进一步增大了换热管的换热面积，换热能力提高。

本发明实施例提供的换热系统，采用上述的套管式换热器进行热交换操作，热交换工作效率高、能耗低、制造成本低。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例提供的套管式换热器的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的套管式换热器的局部剖视图；

图3为本发明实施例提供的换热管的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的换热管的剖视图；

图5为本发明实施例提供的翅片在第一视角的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的翅片在第二视角的结构示意图。

图标：10-套管式换热器；100-套管；101-第一腔体；102-第一进料口；103-第一出料口；200-换热管；210-第二腔体；211-第二进料口；212-第二出料口；220-管体内壁；221-第二螺旋槽；222-第二螺旋凸起；230-管体外壁；231-第一螺旋槽；232-第一螺旋凸起；240-翅片；241-第一侧壁；242-第二侧壁；243-齿片；244-缺口；245-齿块。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“内”、“外”、“轴向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“平行”等术语并不表示要求部件绝对平行，而是可以稍微倾斜。如“平行”仅仅是指其方向相对“垂直”而言，并不是表示结构之间一定要完全平行，而是可以稍微倾斜。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

请一并参阅图1及图2，本实施例提供一种套管式换热器10，包括套管100及一个套设于该套管100内的换热器，在本发明其他的实施例中换热管200的个数可根据套管100的大小及换热的需求进行改变。

请结合图3及图4，换热管200和套管100之间具有用于换热介质通过的第一腔体101，换热管200的远离第一腔体101的一侧具有用于换热介质通过的第二腔体210。

套管100的两端端部开设有与第一腔体101连通的第一进料口102和第二进料口211。

换热管200的两端端部开设有与第二腔体210连通的第二进料口211和第二出料口212。第二进料口211设置于换热管200的远离第一进料口102的一端，第二出料口212设置于换热管200的远离第一出料口103的一端。

在应用于蒸汽冷凝的热交换操作时，换热管200的两端部设置有分别与第一腔体101连通的集气分配装置(图未示)和集液装置(图未示)，该第一进料口102开设于集气分配装置，该第一出料口103开设于集液装置。由于蒸汽的密度较小，集气分配装置设置于换热管200的顶部，集液装置设置于换热管200的底部，使热交换能够更加充分。

换热管200包括管体内壁220和管体外壁230，管体外壁230设置于管体内壁220的远离第二腔体210的一侧。

热交换时，流经第二腔体210内的换热介质通过管体内壁220进行热交换，流经第二腔体210外的换热介质通过管体外壁230进行热交换。换热管200较佳地由铜管、镍白铜管、不锈钢管或是钛管加工制成，其热传导效果好、加工性能优良。

本实施例中将进料口和出料口设置分别设置在管体的两端部，能够提高管体的利用率，提高换热效率。将第二进料口211设置于换热管200的远离第一进料口102的一端，第二出料口212设置于换热管200的远离第一出料口103的一端，使第一腔体101内的流体和第二腔体210内的流体形成逆流，热交换效率更高。

在本实施例中，套管100和换热管200沿大致相同的路径螺旋设置，换热器的换热面积大。当然，在本发明其他的实施例中，套管100和换热管200也可以设置为直管、蛇形管等结构。

套管100的底部还设置有底座，便于套管式换热器10的稳定使用和安装。

请继续参阅图3及图4，管体外壁230具有四个第一螺旋槽231以及四个第一螺旋凸起232。管体内壁220具有四个分别与第一螺旋凸起232位置对应的第二螺旋槽221以及四个分别与第一螺旋槽231位置对应的第二螺旋凸起222。第一螺旋槽231、第一螺旋凸起232、第二螺旋槽221及第二螺旋凸起222的延伸方向相同，即第一螺旋槽231、第一螺旋凸起232、第二螺旋槽221以及第二螺旋凸起222之间大致地平行，其旋向相同且螺旋角大小大致地相等。

上述设置使得换热管200的管体内壁220和管体外壁230形成了多个凹凸的曲面，从而明显地增大了换热管200的换热面积，有效地提高了换热管200的换热能力。

同时，当换热介质在换热管200的内部即第二腔体210或外部及第一腔体101内流动时，换热管200的螺旋结构使得换热介质流体形成漩涡，流体在管体外壁230或是管体内壁220的表面产生紊流，使得边界层减薄，从而有效地提高了换热管200的换热效率，降低了热交换工艺过程中的能耗。

在本实施例中，第一螺旋槽231和第一螺旋凸起232相间设置，相邻两个第一螺旋槽231之间设置有一个第一螺旋凸起232，相邻两个第一螺旋凸起232之间设置有一个第一螺旋槽231。

由于第二螺旋槽221和第一螺旋凸起232的位置对应，且第二螺旋凸起222与第一螺旋槽231的位置对应，故同样地，第二螺旋槽221和第二螺旋凸起222相间设置，相邻两个第二螺旋槽221之间设置有一个第二螺旋凸起222，相邻两个第二螺旋凸起222之间设置有一个第二螺旋槽221。

换热管200采用上述的设置方式，使换热管200可通过对普通管体挤压、扭曲变形直接制得，节省材料、加工方便、生产成本低。

在本发明较佳的实施例中，第一螺旋槽231、第一螺旋凸起232、第二螺旋槽221、第二螺旋凸起222的个数优选为4-6个，其垂直于延伸方向的截面的形状可以是梯形、三角形、圆弧形、矩形等形状中的任一种或多种组合。较佳地，第一螺旋槽231、第一螺旋凸起232、第二螺旋槽221、第二螺旋凸起222沿换热管200的轴线均匀分布。

上述的设置方式使管体内壁220和管体外壁230的换热表面间隔均匀地分布，从而使得管体外壁230、管体内壁220表面的流体沿着该螺旋曲面均匀地进行热交换，同时有利于减小换热死区面积，提升换热效果。

在本实施例中，管体外壁230并排设置有多个翅片240，多个翅片240之间大致地平行。多个翅片240的设置能够进一步地提高换热管200的换热面积及流体在管体外壁230的湍流作用，从而使换热管200的换热性能进一步提高，热交换能耗进一步有效降低。

由于管体外壁230呈大致的螺旋状结构，在对管体进行加工变形之前，先将翅片240设置于管体外壁230，便于翅片240的设置，使换热管200的加工工艺简便。

具体地，每个翅片240沿换热管200的轴向螺旋设置，使每个翅片240具有较大的表面积。

第一螺旋槽231的切线与翅片240在同一位置处的切线之间形成的夹角为60-120°。该设置方式对流经管体外壁230的热交换介质具有扰动效果，能够有效提高热交换介质和翅片240的热交换效率。

请一并参阅图5及图6，每个翅片240包括沿翅片240延伸方向并排设置的多个齿片243，多个齿片243沿翅片的延伸方向均匀分布。

相邻两个齿片243之间具有缺口244，缺口244开设于翅片240的远离管体外壁230的一侧。相邻两个翅片240的缺口244交错设置。

该设置方式能够增大翅片240的换热面积，从而提高换热管200换热效果。同时，上述的设置方式使热交换介质在管体外壁230流动时呈扰动状态，使换热管200的换热效率得到进一步的提高。

进一步地，在本实施例中，每个齿片243包括相对的第一侧壁241以及第二侧壁242，该第一侧壁241和第二侧壁242均大致地沿翅片240的延伸方向进行延伸。

每个齿片243第一侧壁241和第二侧壁242大致对称地设置有齿块245。

齿块245的设置增加了第二腔体210外热交换介质和翅片240的接触面积，从而提高了翅片240的换热面积。同时，齿块245能增加管体外壁230的活性气化核心密度以及液膜的湍流度，增强了气液两相的混合，提高了管体外壁230的换热系数。

当然，在本发明其他的实施例中，齿块245的设置可以是对称的或是非对称的，如还可以仅在齿块245的第一侧壁241设置齿块245或是仅在齿块245的第二侧壁242设置齿块245。另外，齿块245在翅片240上的设置可以是均匀的或非均匀的。

齿块245设置于翅片240的远离管体外壁230的一侧，齿块245的远离齿块245的一侧朝向相邻的翅片240延伸。齿块245、设置该齿块245的齿片243以及管体外壁230依次连接围成换热槽，换热效率得到有效提高。

本实施例中，齿块245的厚度沿远离管体外壁230的方向逐渐增大，即齿块245的远离齿片243的表面到设置该齿块245的侧壁的距离沿远离管体外壁230的方向逐渐增大，有利于增大流体在管体外壁230的湍流作用，换热性能增强。当然在本发明其他的实施例中齿块245也可以根据换热需求及换热介质的性能进行相应的调整。

经试验测定，本实施例提供的换热管200和相同规格的普通换热管200相比，热交换面积增加约5倍，热交换效率提高约50％-70％，节能约40％以上。和相同规格的螺纹管相比，换热面积增加约2倍，换热效率提高约50％，节能约30％以上。

综上所述，本发明提供的套管式换热器10，该换热管200结构简单、节省材料、加工方便。螺旋槽、螺旋凸起及翅片240的设置，增大了换热管200和换热介质的换热面积以及热交换介质在管体内壁220和管体外壁230的湍流作用，有效地提高了换热管200的换热效率。本发明提供的换热系统，采用该套管式换热器10进行热交换，制造成本低、换热效率高、能耗低。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种套管式换热器，其特征在于，包括套管及至少一个套设于所述套管内的换热管，所述换热管和所述套管之间具有第一腔体，所述换热管具有第二腔体，所述套管开设有与所述第一腔体连通的第一进料口与第一出料口，所述换热管开设有与所述第二腔体连通的第二进料口和第二出料口，所述换热管包括管体内壁及位于所述管体内壁的远离所述第二腔体的一侧的管体外壁，所述管体外壁具有沿所述换热管的轴向螺旋设置的多个第一螺旋槽以及多个第一螺旋凸起，多个所述第一螺旋槽和多个所述第一螺旋凸起的延伸方向相同，所述管体内壁具有与所述第一螺旋凸起位置对应的第二螺旋槽以及与所述第一螺旋槽位置对应的第二螺旋凸起，所述管体外壁还并排设置有多个翅片。

2.根据权利要求1所述的套管式换热器，其特征在于，每个所述翅片的至少一个侧壁设置有至少一个齿块。

3.根据权利要求2所述的套管式换热器，其特征在于，所述齿块沿远离所述管体外壁的方向厚度逐渐增大。

4.根据权利要求1所述的套管式换热器，其特征在于，每个所述翅片沿所述换热管的轴向螺旋设置。

5.根据权利要求4所述的套管式换热器，其特征在于，所述第一螺旋槽的切线和所述翅片在同一位置处的切线之间形成的夹角为60-120°。

6.根据权利要求1所述的套管式换热器，其特征在于，每个所述翅片包括沿所述翅片延伸方向并排设置的多个齿片，相邻两个所述齿片之间具有缺口。

7.根据权利要求6所述的套管式换热器，其特征在于，相邻两个所述翅片的所述缺口交错设置。

8.根据权利要求1所述的套管式换热器，其特征在于，所述第一螺旋槽与所述第一螺旋凸起相间设置，所述第二螺旋槽与所述第二螺旋凸起相间设置。

9.根据权利要求1所述的套管式换热器，其特征在于，所述第一进料口及所述第一出料口设置于所述套管的两端端部，所述第二进料口和所述第二出料口设置于所述换热管的两端端部。

10.一种换热系统，其特征在于，包括权利要求1-9任一项所述的套管式换热器。