CN214666227U - 一种螺纹肋式换热器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种螺纹肋式换热器，包括上盖、底座，连接于上盖与底座之间的中间段，中间段包括内管和外套管，上盖、底座上设置开口于上盖板面、底座板面的弯通，在上盖板面、底座板面上环绕弯通的开口部设有环槽，弯通的两端开口连接相邻中间段的内管，外套管和内管与环槽之间形成夹层，在上盖和底座内设置连通腔使靠近弯通的相邻两夹层连通，上盖和底座由金属注射成型，内管内壁面上设置有第一螺纹肋。本实用新型换热器内形成迂回的、路线较长的热交换结构，能够实现制冷剂与载冷剂充分换热。

Description

一种螺纹肋式换热器

技术领域

本实用新型涉及换热设备技术领域，更具体地说，是涉及一种螺纹肋式换热器。

背景技术

现有的换热器是通过内管与主管形成的套管以盘绕的形式在空间布置，内管与主管之间的套管夹层空间中有制冷剂，内管内有载冷剂，实现制冷剂和载冷剂的热量交换，内管壁作为内管内层空间与套管夹层空间之间的隔离材料，一般采用铜等热传导较好的金属作为与热传导金属。内管在主管内与主管平行盘绕，而且必须保持内管外壁与主管内壁间即夹层空间的间隙均匀，甚至，为提高传热效率，还可适当地在内管空间中和套管夹层空间中加上紊流结构。套管的端部接出部分，内管与主管需要有不同的接出管路路线，内管外壁从拓扑意义上必须穿过主管内壁所延伸包围的空间。如果是直排的套管，套管在延伸一定长度后需要转向180°，发生转向时，在内管的内层空间与套管夹层空间的转向都需要各自有接头管路零件以实现对应的空间转向，接头管路零件的结构需要保证内管内空间与套管夹层空间的双路转向，这样的双路转向在空间拓扑结构上产生了管路接头零件制造的直接困难。接头管路零件因此在大型热交换器上相对容易实现，这时接头管路零件做成两部分，内管转向管路零件与主管转向管路零件，内管转路连接零件的形状可以是一段弯通，然后用焊接、法兰、密封等方式在内管端部连接两个内管；主管连接管路零件通过不同于内管端部连接的另外一路的一个管路转接接通转向了180°的两段外管。

另一方面，当流体在管道中流动时，在管壁上容易形成层流现象，即流体质点始终汕头与管平行的方向运动，质点之间互不混合，流体在管壁上甚至整管内就如一层层同心圆筒在平行地流动，显然，这样是不利于热量交换的。为了破坏流体的层流现象，提高换热器传热性能，CN200810231358.X 公开了一种螺旋肋片自支撑换热器，它在每根换热管上焊接有螺旋肋片，肋片既有支撑换热管的作用， 又可扰流，迫使流体沿管子表面做螺旋流动，增大了对流体的扰动，可提高传热系数，流体在换热器壳程总体呈纵向流动，但其肋片的螺距较大且肋片与管间距等高，肋片只可在管外壁上安装，使整体性能受到条件限制，其结构和性能有待进一步完善和提高。

实用新型内容

本实用新型的目的就是提供一种具有螺纹肋式换热器，换热器的两端部和中间段连接，使该换热器内形成迂回的、路线较长的热交换结构，能够实现制冷剂与载冷剂充分换热，以克服现有技术之不足。

本实用新型是采用如下技术解决方案来实现上述目的：

一种螺纹肋式换热器，包括上盖、底座，连接于上盖与底座之间的中间段，其特征在于，所述中间段包括内管和外套管，所述上盖、底座上设置开口于上盖板面、底座板面的弯通，在上盖板面、底座板面上环绕弯通的开口部设置有环槽，所述弯通的两端开口连接相邻中间段的内管，所述外套管和内管与环槽之间形成夹层，在上盖和底座内设置连通腔使得靠近弯通的相邻两夹层连通，所述上盖和底座由金属注射成型，所述内管的内壁面上设置有第一螺纹肋，所述第一螺纹肋的螺纹间距L1满足L1＜0.028Re×D1，其中雷诺数Re=

，ν为内管内壁流体平均流速，D1为内管内壁直径，μ为内管内壁流体当前的运动粘度系数。

所述内管的外壁面上设置有第二螺纹肋，所述第二螺纹肋的螺纹间距L2满足L2＜0.028Re’×D2，其中雷诺数Re’=

，ν’为所述夹层流体平均流速，D2为内管外壁直径，μ’为所述夹层流体当前的运动粘度系数。

所述外套管的内壁面上设置有第三螺纹肋，所述第三螺纹肋的螺纹间距L3满足L3＜0.028Re’’×D3，其中雷诺数Re’’=

，ν’为所述夹层的流体平均流速，D3为外套管内壁直径，μ’为所述夹层流体当前的运动粘度系数。

所述内管的两端延伸有导流部，所述内管的导流部伸入上盖、底座的弯通开口部并与弯通密封连接。

所述第二螺纹肋和第三螺纹肋的方向与第一螺纹肋的方向相反。

所述外套管与内管之间连接有若干个加强筋，所述外套管、内管和加强筋由金属注射整体成型，所述外套管的两端与上盖和底座焊接连接。

所述上盖上还设置有进管、出管、入口和出口，所述进管和出管与内管连通，所述入口和出口与夹层连通。

还包括若干个安装柱，所述安装柱紧固连接于上盖和底座之间。

本实用新型采用上述技术解决方案所能达到的有益效果是：

1）金属注射成型由塑料注射成型引伸而来，金属注射成型技术与塑料注射成型技术同样具备一次性成型复杂形状制品、产品尺寸精度高和无需机械加工或只需微量加工等优点，同时，金属注射成型技术还克服了传统塑料成型技术中制品强度不高的缺点。无疑，本实用新型在换热器上应用金属注射技术可以以简单有效的方式解决套管换热器换热行程短的难题，使套管换热具有足够长的流程，水与制冷剂充分换热，换热效率更高。

2）本实用新型的螺纹肋结构分布在内管的内壁和外壁上，两流体的通过内管壁传递热量，螺纹肋与内管、外套管整体注射成型。螺纹肋由形成于管壁面上的螺旋升程凹槽形成，螺纹间距和制冷剂的运动粘度保持一定关系，当螺纹间距小于0.028Re×D时，能够破坏制冷剂在换热器管壁形成的层流状态液膜。其次，内管壁的内外壁面螺纹肋结构异向，可以在局部空间造成异向流动换热，提高换热温差，提高换热效率。

3）换热管设置有若干个，并且换热管依次连通形成换热管路，其增大了换热管路的长度和面积。换热器的上盖与底座之间设置有安装柱，安装柱的两端与上盖和底座通过螺钉紧固，使得整个换热器更加牢固可靠。

附图说明

图1为本实用新型的螺纹肋式换热器的立体示意图。

图2为本实用新型的螺纹肋式换热器的中间段的立体示意图。

图3为本实用新型的螺纹肋式换热器的底座与中间段的剖示图。

附图标记说明：1、上盖，101、底座，11、环槽，12、弯通，13、连通腔，14、安装柱，15、进管，16、出管，17、入口，18、出口，2、内管，21、第一螺纹肋，22、第二螺纹肋，23、导流部，24、载冷剂流道，3、外套管，31、第三螺纹肋，32、制冷剂流道，4、加强筋。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本技术方案作详细的描述。

如图1-3所示，本实用新型公开一种螺纹肋式换热器，包括上盖1、底座101，连接在上盖1与底座101之间的中间段，其中中间段选取有16个，并呈4×4阵列垂直排布在上盖1和底座101之间，上盖1和底座2与中间段之间形成有两互相独立的换热流道，分别为制冷剂流道32和载冷剂流道24。

进一步地，中间段包括内管2和外套管3，上盖1、底座101上设置开口于上盖1板面、底座101板面的弯通12，在上盖1的板面、底座101的板面上环绕弯通12的开口部设置有环槽11，弯通13的两端开口连接相邻中间段的内管2，外套管3和内管2与环槽11之间形成夹层，在上盖1和底座101内设置连通腔13使得靠近弯通12的相邻两夹层连通，上盖1和底座101由金属注射成型，可以理解，弯通12的两端开口邻接相邻的两中间段的内管2，两相邻中间段的夹层通过连通腔13连通，使上盖1、底座101与中间段之间形成两互相独立的换热流道，两换热流道在中间段区域通过内管2的壁面传递热量，内管2与弯通12配合形成载冷剂流道24，夹层用于制冷剂流道32。

进一步地，我们知道，为了使流体换热更加充分，可以通过增加两流体的换热面积、延长两流体的热交换时长来实现。然而，传统的套筒式换热器由于局限于管体的长度而不能延长换热流道的长度，而外筒内设置螺纹缠绕管式换热器虽然螺纹水管的管路可以足够长，但浸润式的外筒流道则较短，而且，由于螺纹水管排列较紧密，使有效换热面积大打折扣，较为理想的换热方式是将套管以蛇形方式弯制成型，从而可兼顾换热面积和流道长度，然而，以传统的工艺无法实现对套管的两端弯位成型，但是，通过金属注射成型，可以将上盖1和底座101加工有两个流道，使之与中间段的两流道连接，以金属注射成型工艺制得的换热器结构具有高效的换热效果，同时具备更高的强度，提高了生产效率。

进一步地，内管2的内壁面上设置有第一螺纹肋21，螺纹间距和换热流体的运动粘度要保持一定关系，特别是当换热流体在换热器的管壁面上形成的液膜还非常薄，流动状态接近层流状态时，这种层流边界层会使得冷媒换热过程中产生额外热阻，螺纹肋的设置在增加换热面积的同时有助于破坏层流，使层流边界层无法得到充分发展，在流体边界层理论中，层流边界层的起始段长度即为0.028Re×D，为了破坏层流状态，根据边界层理论和实验测得，螺纹间距应小于0.028Re×D的值，即第一螺纹肋21的螺纹间距L1满足L1＜0.028Re×D1，其中雷诺数Re=

，ν为内管内壁流体平均流速，D1为内管内壁直径，μ为内管内壁流体当前的运动粘度系数，从而使层流边界层无法发展，以下同理，内管2的外壁面上设置有第二螺纹肋22，第二螺纹肋22的螺纹间距L2满足L2＜0.028Re’×D2，其中雷诺数Re’=

，ν’为所述夹层流体平均流速，D2为内管外壁直径，μ’为所述夹层流体当前的运动粘度系数，同理，在外套管3的内壁面上设置有第三螺纹肋31，第三螺纹肋31的螺纹间距L3满足L3＜0.028Re’’×D3，其中雷诺数Re’’=

，ν’为所述夹层的流体平均流速，D3为外套管内壁直径，μ’为所述夹层流体当前的运动粘度系数。

进一步地，外套管3与内管2之间连接有若干个加强筋4，相邻的加强筋4之间留有流道间隙，加强肋4用于加固外套管3与内管2之间的连接强度，外套管3、内管2和加强筋4由金属注射整体成型，使得中间段的强度更高，并且由金属注射成型制得的流道结构具有更高的换热效率，中间段的外套管3的两端外壁通过焊接连接与上盖1和底座101密封固定，以此将铜制的内管2和不锈钢外套管3与不锈钢上盖1和底座101形成紧密的焊接连接结构。

进一步地，上盖1上还设置有进管15、出管16、入口17和出口18，进管15和出管16与内管2连通，入口17和出口18与夹层连通，载冷剂和制冷剂分别从上盖1的进管15、入口17进入中间段的内管2和内管2与外套管3之间的夹层，即分别进入两换热流道，两流体在中间段的部分通过铜制的内管2交换热量，两流体经过中间段来到的底座101上的弯通12，载冷剂经底座101的弯通12进入相邻内管2，制冷剂经底座101上的连通腔13进入相邻中间段的夹层，随中间段内区域流向上盖1，如此流动，两流体在流动的过程中交换热量，最后，载冷剂从出管16离开换热器，制冷剂从出口18离开换热器。

进一步地，还包括若干个安装柱14，安装柱14紧固连接于上盖1和底座101之间，上盖1和底座101上对应安装柱14设置有安装孔，安装柱14通过螺钉与上盖1和底座101紧固，从而使得中间段与上盖1和底座101的装配更加牢固。

以上所述的仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种螺纹肋式换热器，包括上盖、底座，连接于上盖与底座之间的中间段，其特征在于，所述中间段包括内管和外套管，所述上盖、底座上设置开口于上盖板面、底座板面的弯通，在上盖板面、底座板面上环绕弯通的开口部设置有环槽，所述弯通的两端开口连接相邻中间段的内管，所述外套管和内管与环槽之间形成夹层，在上盖和底座内设置连通腔使得靠近弯通的相邻两夹层连通，所述上盖和底座由金属注射成型，所述内管的内壁面上设置有第一螺纹肋，所述第一螺纹肋的螺纹间距L1满足L1＜0.028Re×D1，其中雷诺数

ν为内管内壁流体平均流速，D1为内管内壁直径，μ为内管内壁流体当前的运动粘度系数。

2.根据权利要求1所述螺纹肋式换热器，其特征在于，所述内管的外壁面上设置有第二螺纹肋，所述第二螺纹肋的螺纹间距L2满足L2＜0.028Re’×D2，其中雷诺数

ν’为夹层流体平均流速，D2为内管外壁直径，μ’为所述夹层流体当前的运动粘度系数。

3.根据权利要求2所述螺纹肋式换热器，其特征在于，所述外套管的内壁面上设置有第三螺纹肋，所述第三螺纹肋的螺纹间距L3满足L3＜0.028Re”×D3，其中雷诺数

ν’为所述夹层的流体平均流速，D3为外套管内壁直径，μ’为所述夹层流体当前的运动粘度系数。

4.根据权利要求1-3任一所述螺纹肋式换热器，其特征在于，所述内管的两端延伸有导流部，所述内管的导流部伸入上盖、底座的弯通开口部并与弯通密封连接。

5.根据权利要求3所述螺纹肋式换热器，其特征在于，所述第二螺纹肋和第三螺纹肋的方向与第一螺纹肋的方向相反。

6.根据权利要求5所述螺纹肋式换热器，其特征在于，所述外套管与内管之间连接有若干个加强筋，所述外套管、内管和加强筋由金属注射整体成型，所述外套管的两端与上盖和底座焊接连接。

7.根据权利要求6所述螺纹肋式换热器，其特征在于，所述上盖上还设置有进管、出管、入口和出口，所述进管和出管与内管连通，所述入口和出口与夹层连通。

8.根据权利要求7所述螺纹肋式换热器，其特征在于，还包括若干个安装柱，所述安装柱紧固连接于上盖和底座之间。

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