CN217155078U - 冷冻/冷藏车用螺旋强化传热管同轴套管热交换器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种冷冻/冷藏车用螺旋强化传热管同轴套管热交换器，包括有外壳管以及套设在外壳管内的螺旋强化传热管，螺旋强化传热管形成管程空间，且螺旋强化传热管具有多条向外凸伸并螺旋环绕在管壁外的螺旋凸叶以使得螺旋强化传热管为多叶螺旋管。本实用新型采用螺旋强化传热管和逆流传热方式，在制冷剂冷、热流道中产生的离心力有利于产生二次流，使得换热管壁内外侧的制冷剂热边界层变薄，增加流体湍流度，降低传热热阻，较之传统的同轴套管热交换器，其传热效率高。对于相同的换热量，可减少传热面积，从而减少材料的使用量，降低造价，节约成本，具有体积小、安装空间要求相对较小的优点。

Description

冷冻/冷藏车用螺旋强化传热管同轴套管热交换器

技术领域

本实用新型涉及制冷技术领域，尤其涉及一种冷冻/冷藏车用螺旋强化传热管同轴套管热交换器。

背景技术

在冷冻/冷藏车上，安装了满足冷冻和冷藏需求的制冷系统，为了提高冷冻/冷藏车的低温制冷效果和降低能耗，通常，在制冷系统循环中设计了制冷剂热回收环路，同轴套管热交换器是常用的热回收装置。

目前，常规的同轴套管热交换器由于体积大、换热效果不佳，正面临着被淘汰的危险，一些冷冻/冷藏车厂家正在尝试用板式换热器取代传统的同轴套管换热器。板式换热器具有体积小，单位面积换热量大的特点，但是，由于板式换热器的冷、热两侧流道的换热空间体积相等，不能很好地适应冷、热流道内气、液态制冷剂由于相变引起的体积流量大小变化的需求，因此，也不是冷冻/冷藏车制冷系统的理想热回收装置。

基于此，如何解决同轴套管热交换器的体积与换热效率的矛盾，在保证较小体积的前提下，提高同轴套管热交换器的换热效率，改善提高同轴套管热交换器的换热效果，成为了亟待解决的技术问题。

实用新型内容

针对以上不足，本实用新型提供一种冷冻/冷藏车用螺旋强化传热管同轴套管热交换器，能够解决现有的冷冻/冷藏车同轴套管热交换器效率低的问题。

为达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种冷冻/冷藏车用螺旋强化传热管同轴套管热交换器，包括有外壳管以及套设在所述外壳管内的螺旋强化传热管，所述螺旋强化传热管形成管程空间，且所述螺旋强化传热管具有多条向外凸伸并螺旋环绕在管壁外的螺旋凸叶以使得所述螺旋强化传热管为多叶螺旋管。

优选的，所述螺旋强化传热管的螺旋凸叶为2至5条，多条螺旋凸叶均匀环绕在所述螺旋强化传热管的管壁外。

优选的，所述外壳管和螺旋强化传热管同轴设置。

优选的，所述螺旋强化传热管为单管，包括依次连接的直管段一、螺旋管段和直管段二。

优选的，所述直管段一的端口为制冷剂一入口，所述直管段二的端口为制冷剂一出口。

优选的，所述外壳管在靠近制冷剂一入口的端口侧壁处设置有制冷剂二出口；所述外壳管在靠近制冷剂一出口的端口侧壁处设置有制冷剂二入口。

优选的，所述外壳管在靠近制冷剂一入口的端口通过渐扩段与直管段一的端口密封连接；所述外壳管在靠近制冷剂一出口的端口通过渐缩段与直管段二的端口密封连接。

优选的，所述制冷剂二出口、外壳管、螺旋强化传热管和制冷剂二入口均采用可焊接的铜材质制成。

优选的，所述制冷剂二出口、制冷剂二入口和外壳管构成壳程空间。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：通过设置螺旋强化传热管，采用螺旋强化传热管和逆流传热方式，在制冷剂冷、热流道中产生的离心力有利于产生二次流，使得换热管壁内外侧的制冷剂热边界层变薄，增加流体湍流度，降低传热热阻，较之传统的同轴套管热交换器，其传热效率高，对于相同的换热量，可减少传热面积，从而减少材料的使用量，降低造价，节约成本；采用螺旋强化传热管作为高效换热管，具有体积小、安装空间要求相对较小，有利于减少冷冻/冷藏车用制冷系统的体积，特别适合于安装空间紧张的冷冻/冷藏车用制冷系统。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，以下将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1是本实用新型装置的主视平面示意图；

图2是本实用新型装置的剖面示意图。

其中，图中所示标记为：1-制冷剂一入口，2-制冷剂二出口，3-外壳管，301-壳程空间，4-螺旋强化传热管，401-直管段一，402-螺旋管段，403-直管段二，404-管程空间，5-制冷剂二入口，6-制冷剂一出口。

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进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中 ，需要说明的是，术语“内”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，或者是该实用新型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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，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实用新型中的具体含义。

现有技术的同轴套管热交换器，由于体积大、换热效果不佳，面临着被淘汰的危险。

申请人提供一种冷冻/冷藏车用螺旋强化传热管同轴套管热交换器，通过设置螺旋强化传热管，采用螺旋强化传热管替代传统的波纹换热管，能有效提高换热效率，降低流动阻力，从而达到体积小、重量轻、换热效果好的目的，是冷冻/冷藏车用传统同轴套管热交换器的更新换代产品，能避免传统同轴套管热交换器被板式换热器取代的危机。

如图1和图2所示，本实用新型提供一种冷冻/冷藏车用螺旋强化传热管同轴套管热交换器，主要包括有外壳管3以及套设在外壳管3内的螺旋强化传热管4，螺旋强化传热管4形成管程空间404，且螺旋强化传热管4具有多条向外凸伸并螺旋环绕在管壁外的螺旋凸叶以使得螺旋强化传热管4为多叶螺旋管。

实施时，采用螺旋强化传热管4和逆流传热方式，在制冷剂冷、热流道中产生的离心力有利于产生二次流，使得换热管壁内外侧的制冷剂热边界层变薄，增加流体湍流度，降低传热热阻，较之传统的同轴套管热交换器，其传热效率高。对于相同的换热量，可减少传热面积，从而减少材料的使用量，降低造价，节约成本。采用螺旋强化传热管4作为高效换热管，具有体积小、安装空间要求相对较小，有利于减少冷冻/冷藏车用制冷系统的体积，特别适合于安装空间紧张的冷冻/冷藏车用制冷系统。

螺旋强化传热管4管内的传热性能的变化主要是由于换热管的扭曲引起了换热管管内二次流，二次流的出现带来了合速度分布的变化，进而影响了流动截面的温度分布。螺旋强化传热管4相对于光管或螺纹管几何参数的变化引起了换热管内的二次流，二次流的出现改变了换热管横截面温度场以及速度场分布，同时也改变了换热管横截面Nu以及f的分布，从对场的影响上来讲，二次流的出现降低了管内速度场与温度梯度场之间的夹角，从而实现了换热管的强化传热。这也是螺旋强化传热管4相对于光管或螺纹管横截面速度场、温度场的变化带来强化传热的理论机理。即螺旋强化传热管4的强传热机理为：螺旋强化传热管4沿换热管轴向的不间断扭曲引起了换热管管内二次流的出现，相对于光管或螺纹管，二次流的出现改变了换热管横截面速度场以及温度场分布，同时也改变了换热管横截面努赛尔数Nu以及摩擦系数f的分布，降低了速度场以及温度梯度场之间的夹角，实现强化传热。

本实用新型的冷冻/冷藏车用强化传热管同轴套管热交换器，通过在管程和壳程内的不同状态、温度、焓值的制冷剂之间的热交换，达到回收制冷剂的能量，改善制冷循环的工况，以提高冷冻/冷藏车用制冷系统的能效比，节约能源。

在一些实施例中，螺旋强化传热管4的螺旋凸叶为2至5条，多条螺旋凸叶均匀环绕在螺旋强化传热管4的管壁外。螺旋强化传热管4的螺旋凸叶应设计合理，一方面以保证螺旋强化传热管4和逆流传热方式，在制冷剂冷、热流道中产生的离心力有利于产生二次流，使得换热管壁内外侧的制冷剂热边界层变薄，加流体湍流度，降低传热热阻为前提，另一方面也要考虑加工难度。数量过多的螺旋凸叶不利于加工，也不利于后期的旋扭以形成螺旋强化传热管4。本优选的实施例中，螺旋强化传热管4的螺旋凸叶为3条。

在一些实施例中，外壳管3和螺旋强化传热管4同轴设置。

在一些实施例中，螺旋强化传热管4为单管，包括依次连接的直管段一401、螺旋管段402和直管段二403，螺旋强化传热管4的直管段一401、螺旋管段402和直管段二403一体成型，也即通过一根圆管加工而成。且螺旋强化传热管4为金属材质制成，也即直管段一401、螺旋管段402和直管段二403由金属材质制成。

在一些实施例中，直管段一401的端口为制冷剂一入口1，直管段二403的端口为制冷剂一出口6，实施时，制冷剂从制冷剂一入口1进入并经过螺旋管段402从制冷剂一出口6出去。

进一步地，外壳管3在靠近制冷剂一入口1的端口侧壁处设置有制冷剂二出口2；外壳管3在靠近制冷剂一出口6的端口侧壁处设置有制冷剂二入口5，实施时，制冷剂从制冷剂二入口5进入并经过外壳管3从制冷剂二出口2出去。

制冷剂一入口1、螺旋管强化传热管4和制冷剂一出口6构成制冷剂一流动的管程空间404，制冷剂二出口2、制冷剂二入口5和外壳管3构成制冷剂二流动的壳程空间 301，如图2所示。

示例性地，制冷剂一入口1、制冷剂二出口2、外壳管3、制冷剂二入口5、制冷剂一出口6均为圆管。制冷剂二出口2和制冷剂二入口5通过焊接的方式与外壳管3相连并分别设置在外壳管的左右两端。

在一些实施例中，外壳管3在靠近制冷剂一入口1的端口通过渐扩段与直管段一401的端口密封连接；外壳管3在靠近制冷剂一出口6的端口通过渐缩段与直管段二403的端口密封连接。具体地，在一种示例性的实施例中，外壳管3在靠近制冷剂一入口1的端口通过渐扩段与直管段一401的端口，以及外壳管3在靠近制冷剂一出口6的端口通过渐缩段与直管段二403的端口均通过焊接的方式密封连接。

在一些实施例中，制冷剂二出口2、外壳管3、制冷剂二入口5采用金属材质制成。

本优选的实施例中，制冷剂二出口2、外壳管3、螺旋强化传热管4和制冷剂二入口5均采用可焊接的铜材质制成，铜质材料保证了传热性能，且可焊接的铜材质有助于焊接成型，且有利于与冷冻/冷藏车用制冷系统的制冷剂铜质管道之间的焊接。

下面对本实用新型的冷冻/冷藏车用强化传热管同轴套管热交换器的运行过程进行一个示例性的说明：

从冷冻/冷藏车用制冷系统的冷凝器流出的一路高温、高压的制冷剂一（主路）经过制冷剂一入口1流入螺旋强化传热管4，流过管程空间404，与壳程空间 301的中温、中压制冷剂进行换热后，从制冷剂一出口6进入连接蒸发器的制冷剂管道；

从冷冻/冷藏车用制冷系统的冷凝器流出的另一路高温、高压的制冷剂二（辅路）经电子膨胀阀节流后，变成中温、中压的制冷剂气液混合物，经制冷剂二入口5进入外壳管3，流过壳程空间301后，经制冷剂二出口2流出，进入连接压缩机二次吸气口的制冷剂管道；

制冷剂一和制冷剂二在冷冻/冷藏车用强化传热管同轴套管热交换器中，由于温差的驱动，通过螺旋强化传热管4的管壁进行间接换热，从而达到气化制冷剂二的目的，以减少制冷剂对压缩机的液击现象，保护压缩机；由于两路制冷剂流体之间的换热采用了强化传热以及逆流传热的方法，从而使得制冷剂二完全气化，较之传统的同轴套管热热交换器，其汽化程度更彻底，能防止压缩机的“液击”现象，更好地保护压缩机，延长压缩机的使用寿命；同时，采用螺旋强化传热管和逆流传热方式，在制冷剂冷、热流道中产生的离心力有利于产生二次流，使得换热管壁内外侧的制冷剂热边界层变薄，增加流体湍流度， 降低传热热阻，较之传统的同轴套管热交换器，其传热效率高，对于相同的换热量，可减少传热面积，从而减少材料的使用量，降低造价，节约成本。

本实用新型通过在管程和壳程内的不同状态、温度、焓值的制冷剂之间的热交换，达到将其中一路制冷剂彻底汽化的目的，以满足冷冻/冷藏车制冷系统压缩机的二次吸气制冷剂必须为气态制冷剂的要求，从而能防止压缩机的“液击”现象，更好地保护压缩机，并实现提高制冷效率，达到节约能源的目的。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种冷冻/冷藏车用螺旋强化传热管同轴套管热交换器，其特征在于：包括有外壳管（3）以及套设在所述外壳管（3）内的螺旋强化传热管（4），所述螺旋强化传热管（4）形成管程空间（404），且所述螺旋强化传热管（4）具有多条向外凸伸并螺旋环绕在管壁外的螺旋凸叶以使得所述螺旋强化传热管（4）为多叶螺旋管。

2.根据权利要求1所述的冷冻/冷藏车用螺旋强化传热管同轴套管热交换器，其特征在于：所述螺旋强化传热管（4）的螺旋凸叶为2至5条，多条螺旋凸叶均匀环绕在所述螺旋强化传热管（4）的管壁外。

3.根据权利要求1所述的冷冻/冷藏车用螺旋强化传热管同轴套管热交换器，其特征在于：所述外壳管（3）和螺旋强化传热管（4）同轴设置。

4.根据权利要求1所述的冷冻/冷藏车用螺旋强化传热管同轴套管热交换器，其特征在于：所述螺旋强化传热管（4）为单管，包括依次连接的直管段一（401）、螺旋管段（402）和直管段二（403）。

5.根据权利要求4所述的冷冻/冷藏车用螺旋强化传热管同轴套管热交换器，其特征在于：所述直管段一（401）的端口为制冷剂一入口（1），所述直管段二（403）的端口为制冷剂一出口（6）。

6.根据权利要求5所述的冷冻/冷藏车用螺旋强化传热管同轴套管热交换器，其特征在于：所述外壳管（3）在靠近制冷剂一入口（1）的端口侧壁处设置有制冷剂二出口（2）；所述外壳管（3）在靠近制冷剂一出口（6）的端口侧壁处设置有制冷剂二入口（5）。

7.根据权利要求5所述的冷冻/冷藏车用螺旋强化传热管同轴套管热交换器，其特征在于：所述外壳管（3）在靠近制冷剂一入口（1）的端口通过渐扩段与直管段一（401）的端口密封连接；所述外壳管（3）在靠近制冷剂一出口（6）的端口通过渐缩段与直管段二（403）的端口密封连接。

8.根据权利要求6所述的冷冻/冷藏车用螺旋强化传热管同轴套管热交换器，其特征在于：所述制冷剂二出口（2）、外壳管（3）、螺旋强化传热管（4）和制冷剂二入口（5）均采用可焊接的铜材质制成。

9.根据权利要求6所述的冷冻/冷藏车用螺旋强化传热管同轴套管热交换器，其特征在于：所述制冷剂二出口（2）、制冷剂二入口（5）和外壳管（3）构成壳程空间（301）。

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