CN202109788U - 应用螺旋椭圆形换热管的热交换设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种应用螺旋椭圆形换热管的热交换设备，至少包括管束体，管束体上设置有管板，管板中穿设有多根螺旋椭圆形换热管；螺旋椭圆形换热管至少包括管体，管体合围形成一介质通道；管体具有椭圆形横截面并且管体的第二端围绕管体的轴线相对管体的第一端扭转一设定角度而形成螺旋形管壁。本实用新型的应用螺旋椭圆形换热管的热交换设备由于采用了螺旋椭圆形换热管，大大提高了换热效率，在热交换设备的整体换热效率上要大大高于现有的热交换设备，具有成本低，制造便利等有益效果，适用于石油、化工、化肥、锅炉、制药、食品、电力、核能、环保、供热等多种行业。

Description

应用螺旋椭圆形换热管的热交换设备

技术领域

本实用新型涉及机械设备技术领域，尤其涉及一种用于换热的热交换设备。 

背景技术

热交换设备是众多行业广泛使用的一种重要设备，也是节能降耗的关键设备之一。众所周知，热交换设备的效率和节能的核心在于换热管。 

目前，世界上使用量最多的是各种不同材料的无缝管，但是，它的效能已经发挥到极致，于是有了高效换热器用异型管的出现，大大提高了各类换热设备的效率，它的主要特点如下： 

按GB/T24590-2009《高效换热器用热交换设备》标准，我国现行的换热器用高效换热管共分为四大类型，分别为T形槽管、波纹管、内波外螺纹管、内槽管。它们最大的共同点在于：都是通过冷加工工艺在金属基管(直光管)上制造加工出来的换热管。 

如图1所示，现有技术中的T形槽管，在金属基管1的外壁上通过冷加工形成密集的螺旋状T形凹槽11。T形槽管按结构形式可分为：Ⅰ型，管外壁呈T形槽道，管内壁表面光滑；Ⅱ型，管外壁呈T形槽道，管内壁表面呈波纹状。 

如图2所示，现有技术中的波纹管，在金属基管1上通过冷加工形成管内、外表面均呈波纹状11的换热管。 

如图3所示，现有技术中的内波外螺纹管，在金属基管1上通过冷加工形成管外壁呈螺纹11、管内壁呈波纹状12的换热管。 

如图4所示，现有技术中的内槽管，在金属基管1的内壁通过冷加工形成凹槽11的换热管。内槽管按结构形式可分为：Ⅰ型，轴向凹槽；Ⅱ 型，螺旋状凹槽。 

上述四大类换热管与未经冷加工直接用作换热管的金属直光管相比，因为在金属基管上具有冷加工所形成的槽形、波形等，强化了传热效果，因此有效地提高了换热管的换热面积和换热效率，故被称为换热器用“高效”换热管。 

上述这四大类换热管都是以无缝金属直光管作为基管通过冷加工成型的，其冷加工工艺主要是对无缝金属直光管做形状的变化。进一步地，这四大类换热管都是在无缝金属直光管的内、外壁上进行冷加工，加工幅度受管壁厚度所限，因此难以再大幅度地提高换热面积。 

现有技术中的换热管在做热交换时，水、油、气等换热介质在换热管内流通，借助于换热管壁实现与换热管外的其他介质之间交换热量的技术目的。在热交换过程中，靠近换热管管壁区域的换热介质所进行的热交换比较充分，换热效率较高；而远离换热管管壁、位于换热管中心区域的换热介质的热交换并不充分，因此现有技术中的上述换热管虽经过一定改进，但整体换热效率仍较低。 

并且，现有技术中的换热管在生产、使用过程中还存在以下几点明显的不足： 

1、受制于冷加工设备的规格限制，换热管成品在规格、长度等方面均受到很大的局限； 

2、由于有冷加工步骤，原材料的损耗较大； 

3、由于冷加工过程复杂，导致产品的加工精度参差不齐； 

4、冷加工工艺的检验方法和检验手段难以保证成品质量； 

5、受加工工艺限制，制管效率不高； 

6、这四大类换热管大多具有特殊的外型，给换热器设备的制作诸如对波纹管、外槽管的折流板的处置带来许多不便； 

7、这四大类换热管都经过冷加工，管体上存有残余应力，在介质通过时会形成湍流，强化了换热管的局部腐蚀，因此对换热器设备的使用寿命造成了一定的负面影响。 

现有技术中的热交换设备由于上述原因，进入了一个技术瓶颈，换热面积、换热效率难以再大幅度提高，制约了热交换设备的发展，难以满足市场的需求。 

因此，本领域的技术人员一直致力于开发一种换热效率高的热交换设备。 

实用新型内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本实用新型所要解决的技术问题是提供一种换热效率高的应用螺旋椭圆形换热管的热交换设备。 

为实现上述目的，本实用新型提供了一种应用螺旋椭圆形换热管的热交换设备，至少包括管束体，所述管束体上设置有管板，所述管板中穿设有多根螺旋椭圆形换热管；所述螺旋椭圆形换热管至少包括管体，所述管体合围形成一介质通道；所述管体具有椭圆形横截面并且所述管体的第二端围绕所述管体的轴线相对所述管体的第一端扭转一设定角度而形成螺旋形管壁。 

较佳地，所述椭圆形横截面将所述介质通道划分为两个侧边换热区及一中间换热区。 

较佳地，两个所述侧边换热区的横截面积分别与所述中间换热区的横截面积大致相同。 

较佳地，所述螺旋椭圆形换热管的两端为直管段。 

较佳地，所述应用螺旋椭圆形换热管的热交换设备为浮头式换热器。 

较佳地，所述应用螺旋椭圆形换热管的热交换设备为立式管板式换热器或卧式管板式换热器。 

较佳地，所述应用螺旋椭圆形换热管的热交换设备为U形管式换热器。 

较佳地，所述应用螺旋椭圆形换热管的热交换设备为填料函双壳程换热器。 

较佳地，所述应用螺旋椭圆形换热管的热交换设备为釜式重沸器。 

较佳地，所述应用螺旋椭圆形换热管的热交换设备为填料函分流式换热器。 

本实用新型的应用螺旋椭圆形换热管的热交换设备由于采用了螺旋椭圆形换热管，大大提高了中间换热区的换热效率，在热交换设备的整体换热效率上要大大高于现有的热交换设备。 

尤其是，本实用新型采用的螺旋椭圆形换热管，还通过将管体的第二端围绕管体的轴线相对管体的第一端扭转一设定角度而形成螺旋形管壁。由于椭圆形的长轴区域和短轴区域具有不同的换热效率，当换热介质在本实用新型采用的换热管的管体内部流动时，由于管体的上述特殊形状，换热介质在管体内会有一个前行的同时翻滚的流动轨迹，将位于长轴区域和短轴区域的换热介质不断交换，大大提高了换热管的换热效率。 

本实用新型还首次采用焊管做为核心部件----换热管的原材料，而焊管的成本比现有技术中用作换热管原材料的无缝管的成本至少低20％左右，因而本实用新型大幅度地降低了热交换设备的制造成本。 

并且，本实用新型的应用螺旋椭圆形换热管的热交换设备由于换热管还可以具有直管段，在制造热交换设备时，换热管的直管段与管板的密封效果好，更适于现有热交换设备的制作技术，其设计寿命和使用寿命大大高于现有的热交换设备。 

本实用新型使用的螺旋椭圆形换热管，更适合传统热交换设备制造工艺，其与管板的连接既可胀贴，也可焊接，同时也可胀焊结合使用。 

本实用新型的应用螺旋椭圆形换热管的热交换设备，具有结构简单，成本低，制造便利等有益效果，适用于石油、化工、化肥、锅炉、制药、食品、电力、核能、环保、供热等多种行业中。 

附图说明

图1是现有技术中一种T形槽管的结构示意图； 

图2是现有技术中一种波纹管的结构示意图； 

图3是现有技术中一种内波外螺纹管的结构示意图； 

图4是现有技术中一种内槽管的结构示意图； 

图5是本实用新型的热交换设备的实施例1的局部剖视结构示意图； 

图6是图5所示实施例中一种螺旋椭圆形换热管的横截面结构示意图； 

图7是图5所示实施例的左视结构示意图； 

图8是本实用新型的热交换设备的实施例2的局部剖视结构示意图； 

图9是本实用新型的热交换设备的实施例3的局部剖视结构示意图； 

图10是本实用新型的热交换设备的实施例4的局部剖视结构示意图； 

图11是本实用新型的热交换设备的实施例5的局部剖视结构示意图； 

图12是本实用新型的热交换设备的实施例6的局部剖视结构示意图。 

具体实施方式

以下将结合附图对本实用新型的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本实用新型的目的、特征和效果。 

实施例1： 

如图5所示，本实施例的应用螺旋椭圆形换热管的热交换设备为浮头式换热器，主要包括管束体3，管束体3上设置有管板2，管板2中穿设有多根螺旋椭圆形换热管1。 

如图6、图7所示，本实用新型的螺旋椭圆形换热管1为一具有一定长度的金属焊管，如奥氏体不锈钢焊管、碳素钢焊管、钛及钛合金焊管、镍及镍合金焊管，或奥氏体—铁素体双相钢焊管等。 

管体2的内表面为椭圆形光滑表面，外表面为螺旋形。 

管体2的内部形成换热介质流通的介质通道。 

管体2的第二端22围绕管体2的轴线相对管体2的第一端21扭转一设定角度，而形成螺旋形管壁。 

具体地，例如对一米长的换热管，管体扭转的设定角度可以是30°至180°；对六米长的换热管，该设定角度可以是360°至1080°。上述数据并不是对本实用新型的限定。该设定角度的大小还可与换热介质的流 动性有关。 

管体2具有椭圆形横截面，将介质通道划分为两个侧边换热区31及一中间换热区32。两个侧边换热区31的横截面积分别与中间换热区32的横截面积大致相同。 

本文中，所述的“大致相同”并不要求严格的相同。只要使中间换热区32的横截面积不大于侧边换热区31的横截面积的3倍，或不小于侧边换热区31的横截面积的1/3即可。 

具体地，本实施例中的管体2是由一圆形的金属焊管采用压制加工工艺形成的连续的冷轧加工面，内部为椭圆形。 

圆弧的转角要有一定弧度，根据管体2直径的不同，优选地采用转角半径为2-10毫米。这样避免了尖锐角的存在。 

从横截面形状上看，本实施例中管体2在做热交换时，两个侧边换热区31和一个中间换热区32的换热效率都比较高，特别是中间换热区32内的换热介质也充分地参与到换热过程里，大大地提高了螺旋椭圆形换热管1的换热效率。 

如本实施例中的管体2，采用椭圆形横截面的有益效果在于，不仅可以大幅度地提高螺旋椭圆形换热管1的换热面积，提高了螺旋椭圆形换热管1的换热效率；还可以加大中间换热区32内换热介质的流量和流速，也提高了螺旋椭圆形换热管1的换热效率。进一步地，还改善了螺旋椭圆形换热管1在换热介质作用下的受力状态，加强了管体2的刚性。 

尤其是，本实用新型采用的螺旋椭圆形换热管，还通过将管体2的第二端22围绕管体2的轴线相对管体2的第一端21扭转一设定角度而形成螺旋形管壁。由于椭圆形的长轴区域和短轴区域具有不同的换热效率，当换热介质在本实用新型采用的换热管的管体2内部流动时，由于管体2的上述特殊形状，换热介质在管体2内会有一个前行的同时翻滚的流动轨迹，将位于长轴区域和短轴区域的换热介质不断交换，大大提高了换热管的换热效率。 

本实用新型中的螺旋椭圆形换热管还由于制管成型后没有冷加工，因 此内部结构应力基本消除，抗结垢性、耐蚀性更好。 

本实用新型还具有结构简单，成本低，制造更便利等有益效果。 

现有技术中的换热管大多具有特定的外表面形状(譬如螺旋、T槽、波纹)，在制作换热器设备时，现有技术中的换热管与管板的连接须增加连接段；换热管与折流板之间间隙较大，固定性比较差。而本实用新型中的螺旋椭圆形换热管具有光滑的外表面，更适于传统换热器的制作技术，其设计寿命和使用寿命大大高于现有的四大类换热管。 

根据客户需要，本实用新型中的螺旋椭圆形换热管的整体长度可以在0米至数十米之间选取。当然，如果合理配置热处理炉，本实用新型中的螺旋椭圆形换热管的整体长度还可以在任意长度，而不受限于冷加工设备的规格。 

本实用新型的热交换设备还可以采用带有直管段的螺旋椭圆形换热管，具有相应的有益效果。 

实施例2： 

如图8所示，本实施例的应用螺旋椭圆形换热管的热交换设备为立式管板式换热器，主要包括管束体3，管板2，并采用本实用新型中的螺旋椭圆形换热管1。本实用新型的热交换设备在其他实施例中也可以是卧式管板式换热器。 

实施例3： 

如图9所示，本实施例的应用螺旋椭圆形换热管的热交换设备为U形管式换热器，主要包括管束体3，管板2，采用本实用新型中的螺旋椭圆形换热管1。 

实施例4： 

如图10所示，本实施例的应用螺旋椭圆形换热管的热交换设备为填料函双壳程换热器，主要包括管束体3，管板2，采用本实用新型中的螺旋椭圆形换热管1。 

实施例5： 

如图11所示，本实施例的应用螺旋椭圆形换热管的热交换设备为釜 式重沸器，主要包括管束体3，管板2，采用本实用新型中的螺旋椭圆形换热管1。 

实施例6： 

如图12所示，本实施例的应用螺旋椭圆形换热管的热交换设备为填料函分流式换热器，主要包括管束体3，管板2，采用本实用新型中的螺旋椭圆形换热管1。 

本实用新型的上述各种应用螺旋椭圆形换热管的热交换设备内只流通一种换热介质，以与热交换设备外的其他介质交换热量。 

本实用新型使用的螺旋椭圆形换热管与现有技术中同等直径的其他结构换热管相比，虽然横截面积相同，但其换热面积增加数倍，大大提高了换热区域内的换热效率，进一步降低了热交换设备的能耗。 

本实用新型的应用螺旋椭圆形换热管的热交换设备由于采用了螺旋椭圆形换热管，与原机械部和中国石化总公司推荐的螺纹管(整体低翅片管等特型管)构成的热交换设备相比，具有如下几点优势： 

本实用新型使用的螺旋椭圆形换热管的内表面积比螺纹管大数倍以上，总传热系数可达到倍数级提高。因此，在热交换设备的结构设计时，可减少传热面积，达到减少用管数量，降低热交换设备成本的效果。 

本实用新型使用的螺旋椭圆形换热管与现有技术中的螺纹管相比，无需增加连接段，换热管的刚性好、穿管容易、制造方便，这些因素优化了本实用新型的热交换设备的性能。 

本实用新型使用的螺旋椭圆形换热管与现有技术中的螺纹管相比，与折流板的适宜性更好，其管壁厚度均匀，外径尺寸标准，与折流板、管板的间隙控制效果好，可使本实用新型的热交换设备长期运行不受振动的困扰。 

本实用新型使用的螺旋椭圆形换热管，其表面光滑，不易结垢，抗垢性能好，因此本实用新型的热交换设备也具有不易结垢，抗垢性能好的特点。 

本实用新型使用的螺旋椭圆形换热管，因无冷加工后的残余应力，其 耐腐蚀能力大大强于现有技术中的螺纹管，因此本实用新型的热交换设备的耐腐蚀能力大为改善。特别是在有应力腐蚀的应用场合，因存在轧制应力是不能用现有的螺纹管的。 

本实用新型使用的螺旋椭圆形换热管，可广泛使用于各种类型、各种形式的热交换设备，而现有技术中的螺纹管在某些场合，其应用受到了限制，如强化管外冷凝传热的场合，螺纹管就不能用于立式冷凝器，否则，就不会有强化冷凝的效果。又如设备振动较大的场合等等。因此本实用新型的热交换设备具有应用广泛的有益效果。 

综上所述，本说明书中所述的只是本实用新型的几种较佳具体实施例，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制。凡本技术领域中技术人员依本实用新型的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在本实用新型的权利要求保护范围之内。 

Claims (10)

1.一种应用螺旋椭圆形换热管的热交换设备，至少包括管束体，所述管束体上设置有管板，其特征在于：所述管板中穿设有多根螺旋椭圆形换热管；所述螺旋椭圆形换热管至少包括管体，所述管体合围形成一介质通道；所述管体具有椭圆形横截面并且所述管体的第二端围绕所述管体的轴线相对所述管体的第一端扭转一设定角度而形成螺旋形管壁。

2.如权利要求1所述的热交换设备，其特征在于：所述椭圆形横截面将所述介质通道划分为两个侧边换热区及一中间换热区。

3.如权利要求2所述的热交换设备，其特征在于：两个所述侧边换热区的横截面积分别与所述中间换热区的横截面积大致相同。

4.如权利要求1至3任一所述的热交换设备，其特征在于：所述螺旋椭圆形换热管的两端为直管段。

5.如权利要求1所述的热交换设备，其特征在于：所述热交换设备为浮头式换热器。

6.如权利要求1所述的热交换设备，其特征在于：所述热交换设备为立式管板式换热器或卧式管板式换热器。

7.如权利要求1所述的热交换设备，其特征在于：所述热交换设备为U形管式换热器。

8.如权利要求1所述的热交换设备，其特征在于：所述热交换设备为填料函双壳程换热器。

9.如权利要求1所述的热交换设备，其特征在于：所述热交换设备为釜式重沸器。

10.如权利要求1所述的热交换设备，其特征在于：所述热交换设备为填料函分流式换热器。 

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