CN210833201U - 内插螺旋片球面窝坑管换热器 - Google Patents

内插螺旋片球面窝坑管换热器 Download PDF

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张太信
杜亮
侯英麟
李显林
黄国光
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Abstract

本实用新型涉及一种内插螺旋片球面窝坑管换热器，属于换热器领域。包括换热器本体，换热器本体内设有换热管，所述换热管包括球面窝坑管，所述球面窝坑管包括中间管体，中间管体外表面设置径向凹陷的球面窝坑，中间管体两端设有光管段；球面窝坑管内设有加强轴，环绕加强轴设有螺旋折流片；螺旋折流片两端设有挡环，挡环连接光管段。本实用新型通过球面窝坑管增加换热面积，强化传热系数，同时通过螺旋片降低管内压降，减少结垢，提高传热效率。

Description

内插螺旋片球面窝坑管换热器
技术领域
本实用新型涉及一种内插螺旋片球面窝坑管换热器，属于换热器领域。
背景技术
换热器是一种在不同温度的两种或两种以上流体间实现物料之间热量传递的节能设备，是使热量由温度较高的流体传递给温度较低的流体，使流体温度达到流程规定的指标，以满足工艺条件的需要，同时也是提高能源利用率的主要设备之一。
换热管是组成管壳式换热器的核心元件，也是最基本的元件。现有换热管降低换热效率，易结垢。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种内插螺旋片球面窝坑管换热器，通过球面窝坑管增加换热面积，强化传热系数，同时通过螺旋片降低管内压降，减少结垢，提高传热效率。
本实用新型所述的内插螺旋片球面窝坑管换热器，包括换热器本体，换热器本体内设有换热管，所述换热管包括球面窝坑管，所述球面窝坑管包括中间管体，中间管体外表面设置径向凹陷的球面窝坑，中间管体两端设有光管段；球面窝坑管内设有加强轴，环绕加强轴设有螺旋折流片；螺旋折流片两端设有挡环，挡环连接光管段。
球面窝坑管是一种高效、低阻传热的强化换热管，是根据高尔夫球表面减阻机理，在管表面形成高密度规则排列的球面窝坑以达到强化对流传热、降低管外流动阻力，而且具有减少外管壁积灰的特性；同时高密度球面窝坑结构增大了管壁换热面积，提高换热效果。但管内壁的球面凸起会产生阻力，增加管内压力损失；管内球面凸起的底部之间会形成流动死区，易结垢，降低换热效率。
换热管内插入连续式螺旋折流片，使管内流体以螺旋流形式通过换热管，降低压降损失，同时高速旋转的螺旋流能够避免球面窝坑管内球面凸起底部之间的出现流动死区，有效冲刷管内球面凸起底部之间的污垢，减少结垢，提高管内传热效率。
工作过程或工作原理：
壳程介质流经换热管外壁时，球面窝坑管外壁上的球面窝坑能够破坏流体边界层，加强流体扰动，使其产生漩涡，这些漩涡的存在能使换热管壁面换热速度增加，由此提高了管壁的传热系数；同时球面窝坑结构能够有效的增加换热面积，增强换热效果。管程介质流经换热管内部时，因换热管内插入连续式螺旋折流片，使管内介质以螺旋流形式通过换热管，降低压降损失，同时高速旋转的螺旋流能够避免球面窝坑管内球面凸起底部之间的出现流动死区，有效冲刷管内球面凸起底部之间的污垢，减少结垢，提高管内传热效率。
优选地，所述螺旋折流片与球面窝坑管最小内经相适应设置。
优选地，所述光管段进行滚压成型，光管段内壁紧贴至螺旋折流片外边缘，对螺旋折流片进行压紧固定。
优选地，，螺旋折流片为连续式螺旋折流片。
优选地，所述的螺旋折流片螺距P为30-80mm，且为球面窝坑横向间距L的整数倍，螺旋折流片外圆直径与管内壁球面凸起间的直径相等。
优选地，所述的球面窝坑沿换热管外表面呈螺旋状布置。
优选地，所述的球面窝坑在相邻圆周上等角度交错布置。
优选地，所述的球面窝坑深度h为1.0-3.0mm，球面窝坑横向间距L为5-15mm。
优选地，所述的球面窝坑纵向夹角α为10-30°。
优选地，所述加强轴直径为4-6mm。
所述入口光管段连接入口端管板，入口光管段的长度比入口端管板的厚度增加30mm，入口光管段伸出入口端管板的长度为5mm；出口光管段连接出口端管板，出口光管段的长度比出口端管板的厚度增加30mm，出口光管段伸出出口端管板的长度为5mm。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
1、球面窝坑管外壁上的球面窝坑能够破坏流体边界层，加强流体扰动，使其产生漩涡，这些漩涡的存在能使换热管壁面换热速度增加，由此提高了管壁的传热系数；同时球面窝坑能够有效的增加换热面积，增强换热效果。
2、通过设置球面窝坑，提高了换热管的传热系数，球面窝坑管的平均传热系数可以达到同种工况下光管的1.7倍，管内换热最大能够增强1.6倍-2.7倍。
3、球面窝坑换热管在显著提高换热管的传热性能的同时，管外流动阻力却增加极少，其次，球面窝坑管外壁上的球面窝坑可通过在光管外壁上冲压成型而成，不需要增加额外的材料。
4、连续式螺旋折流片易加工，换热管内插入连续式螺旋折流片，使管内流体以螺旋流形式通过换热管，降低压降损失，同时高速旋转的螺旋流能够避免球面窝坑管内球面凸起底部之间的出现流动死区，有效冲刷管内球面凸起底部之间的污垢，减少结垢，提高管内传热效率。
附图说明
图1是本实用新型的整体结构示意图，
图2是换热管的整体剖面示意图，
图3是球面窝坑管的结构示意图，
图4是图3中A-A剖面结构示意图，
图中：1、换热器本体；2、换热管；3、入口端管板。
2.1、球面窝坑管；2.2螺旋折流片；2.3、加强轴；2.4、挡环。
2.1.1、入口光管段；2.1.2、中间管体；2.1.3、球面窝坑；2.1.4、出口光管段。
图1中箭头A1、箭头A2表示管程介质流向；
图1中箭头B1、箭头B2表示壳程介质流向。
图2中P表示螺旋折流片螺距；
图3中L表示球面窝坑横向间距；
图4中α表示球面窝坑纵向夹角，h表示球面窝坑深度。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案作进一步清楚、完整地描述：
实施例1
如图1～图4所示，本实用新型所述的内插螺旋片球面窝坑管换热器，包括换热器本体1，换热器本体1内设有换热管2，换热管2两端与管板连接，所述换热管2包括球面窝坑管2.1，所述球面窝坑管2.1包括中间管体2.1.2，中间管体2.1.2外表面设置径向凹陷的球面窝坑2.1.3，中间管体2.1.2两端设有光管段；光管段包括入口光管段2.1.1和出口光管段2.1.4，所述换热管2包括顺次连接的入口光管段2.1.1、中间管体2.1.2、出口光管段2.1.4。
环绕加强轴2.3焊接螺旋折流片2.2，螺旋折流片2.2插入球面窝坑管2.1内，对入口光管段2.1.1和出口光管段2.1.4进行滚压成型，使得光管段内壁紧贴至螺旋折流片2.2外边缘，对螺旋折流片2.2进行压紧固定。对入口光管段2.1.1和出口光管段2.1.4内分别焊接挡环2.4，挡环从螺旋折流片两端对其进行限位固定。挡环和螺旋折流片紧贴，挡环限制螺旋折流片沿轴向移动。
所述螺旋折流片2.2与球面窝坑管2.1最小内径相适应设置。
球面窝坑管外壁上的球面窝坑可通过在光管外壁上冲压成型而成，不需要增加额外的材料。球面窝坑管的平均传热系数可以达到同种工况下光管的1.7倍，管内换热最大能够增强1.6倍-2.7倍。
螺旋折流片2.2为连续式螺旋折流片，连续式螺旋折流片易加工。换热管内插入连续式螺旋折流片，使管内流体以螺旋流形式通过换热管，降低压降损失，同时高速旋转的螺旋流能够避免球面窝坑管内球面凸起底部之间的出现流动死区，有效冲刷管内球面凸起底部之间的污垢，减少结垢，提高管内传热效率。
所述的螺旋折流片2.2螺距P为30-80mm，且为球面窝坑2.1.3横向间距L的整数倍，螺旋折流片2.2外圆直径与管内壁球面凸起间的直径相等。
所述的球面窝坑2.1.3沿换热管2外表面呈螺旋状布置。螺旋折流片2.2可以与球面窝坑2.1.3相对应布置。
所述的球面窝坑2.1.3深度h可以为1.0-3.0mm，球面窝坑2.1.3深度h可以为1.0mm、 1.5mm、2.0mm、2.5mm或3.0mm。
球面窝坑2.1.3横向间距L可以为5-15mm。球面窝坑2.1.3横向间距L可以为5mm、6mm、7mm、8mm、9mm、10mm、11mm、12mm、13mm、14mm或15mm。
所述的球面窝坑2.1.3纵向夹角α可以为10-30°。球面窝坑2.1.3纵向夹角α可以为10°、15°、20°、25°或30°。
所述加强轴2.3直径为可以4-6mm。加强轴2.3直径可以与螺旋折流片直径相适应布置，通常地，加强轴2.3直径可以为4mm、5mm或6mm。
管板包括入口端管板3和出口端管板，所述入口光管段2.1.1连接入口端管板3，入口光管段2.1.1的长度可以比入口端管板3的厚度增加30mm，入口光管段2.1.1伸出入口端管板的长度路为5mm；出口光管段2.1.4连接出口端管板，出口端管板结构与入口端管板结构相同。出口光管段2.1.4的长度可以比出口端管板的厚度增加30mm，出口光管段 2.1.4伸出出口端管板的长度可以为5mm。
实施例2
所述的球面窝坑2.1.3在相邻圆周上等角度交错布置。相邻圆周面上的球面窝坑2.1.3 沿径向交错的角度相等。优选地，相邻圆周面上的球面窝坑2.1.3沿径向交错的角度为所述的球面窝坑2.1.3纵向夹角α的一半。其余同实施例1。
工作过程或工作原理：
如图1所示，管程介质从管程入口进入，经换热管换热后，经管程出口流出；壳程介质从壳程入口进入，经与管程介质换热后，经壳程出口流出。图1中箭头A1、箭头A2表示管程介质流向；图1中箭头B1、箭头B2表示壳程介质流向。
壳程介质流经换热管外壁时，球面窝坑管外壁上的球面窝坑能够破坏流体边界层，加强流体扰动，使其产生漩涡，这些漩涡的存在能使换热管壁面换热速度增加，由此提高了管壁的传热系数；同时球面窝坑结构能够有效的增加换热面积，增强换热效果。管程介质流经换热管内部时，因换热管内插入连续式螺旋折流片，使管内介质以螺旋流形式通过换热管，降低压降损失，同时高速旋转的螺旋流能够避免球面窝坑管内球面凸起底部之间的出现流动死区，有效冲刷管内球面凸起底部之间的污垢，减少结垢，提高管内传热效率。
本实用新型中对结构的方向以及相对位置关系的描述，如前后左右上下的描述，不构成对本实用新型的限制，仅为描述方便。

Claims (10)

1.一种内插螺旋片球面窝坑管换热器，其特征在于，包括换热器本体(1)，换热器本体(1)内设有换热管(2)，所述换热管(2)包括球面窝坑管(2.1)，所述球面窝坑管(2.1)包括中间管体(2.1.2)，中间管体(2.1.2)外表面设置径向凹陷的球面窝坑(2.1.3)，中间管体(2.1.2)两端设有光管段；
球面窝坑管(2.1)内设有加强轴(2.3)，环绕加强轴设有螺旋折流片(2.2)；螺旋折流片(2.2)两端设有挡环(2.4)，挡环(2.4)连接光管段。
2.根据权利要求1所述的内插螺旋片球面窝坑管换热器，其特征在于，所述螺旋折流片(2.2)与球面窝坑管(2.1)最小内径相适应设置。
3.根据权利要求1所述的内插螺旋片球面窝坑管换热器，其特征在于，所述光管段进行滚压成型，光管段内壁紧贴至螺旋折流片(2.2)外边缘，对螺旋折流片(2.2)进行压紧固定。
4.根据权利要求1所述的内插螺旋片球面窝坑管换热器，其特征在于，螺旋折流片(2.2)为连续式螺旋折流片。
5.根据权利要求1所述的内插螺旋片球面窝坑管换热器，其特征在于，所述的螺旋折流片(2.2)螺距P为30-80mm，且为球面窝坑(2.1.3)横向间距L的整数倍，螺旋折流片(2.2)外圆直径与管内壁球面凸起间的直径相等。
6.根据权利要求1所述的内插螺旋片球面窝坑管换热器，其特征在于，所述的球面窝坑(2.1.3)沿换热管(2)外表面呈螺旋状布置。
7.根据权利要求1所述的内插螺旋片球面窝坑管换热器，其特征在于，所述的球面窝坑(2.1.3)在相邻圆周上等角度交错布置。
8.根据权利要求1-7任一项所述的内插螺旋片球面窝坑管换热器，其特征在于，所述的球面窝坑(2.1.3)深度h为1.0-3.0mm，球面窝坑(2.1.3)横向间距L为5-15mm。
9.根据权利要求1-7任一项所述的内插螺旋片球面窝坑管换热器，其特征在于，所述的球面窝坑(2.1.3)纵向夹角α为10-30°。
10.根据权利要求1-7任一项所述的内插螺旋片球面窝坑管换热器，其特征在于，所述加强轴(2.3)直径为4-6mm。
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CN112944728A (zh) * 2021-02-19 2021-06-11 山东佐耀智能装备股份有限公司 一种空气源热泵凹坑凸包强化换热冷凝器
WO2023203500A1 (en) * 2022-04-19 2023-10-26 Bosch Management Services (Pty) Ltd Heat exchanger tube

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Denomination of utility model: Internal spiral fin spherical pit tube heat exchanger

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Granted publication date: 20200623

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Pledgor: SHANDONG MEILING CHEMICAL EQUIPMENT Co.,Ltd.

Registration number: Y2022980013135

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Date of cancellation: 20230615

Granted publication date: 20200623

Pledgee: Agricultural Bank of China Limited Zibo Linzi Branch

Pledgor: SHANDONG MEILING CHEMICAL EQUIPMENT Co.,Ltd.

Registration number: Y2022980013135

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Denomination of utility model: Insert Spiral Plate Spherical Pit Tube Heat Exchanger

Effective date of registration: 20230615

Granted publication date: 20200623

Pledgee: Agricultural Bank of China Limited Zibo Linzi Branch

Pledgor: SHANDONG MEILING CHEMICAL EQUIPMENT Co.,Ltd.

Registration number: Y2023980044356

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Date of cancellation: 20230824

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Pledgee: Agricultural Bank of China Limited Zibo Linzi Branch

Pledgor: SHANDONG MEILING CHEMICAL EQUIPMENT Co.,Ltd.

Registration number: Y2023980044356

PE01 Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right
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Denomination of utility model: Insert Spiral Plate Spherical Pit Tube Heat Exchanger

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Registration number: Y2023980058989