CN219015080U - 一种翅片管式换热元件及其换热器 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于热交换设备技术领域，公开了一种翅片管式换热元件及其换热器，目的在于解决现有翅片管式换热元件结构不稳定，适用温度低的问题。该翅片管式换热元件包括基管和翅片；所述基管外壁上设有呈螺旋延伸的第一压纹；所述翅片包括根部和翅板部，所述翅片呈螺旋缠绕安装于所述基管外；其中，所述根部底部具有第二压纹，所述第二压纹与所述第一压纹适配镶嵌；呈螺旋缠绕的所述翅片两端处，多个相邻螺旋的翅板部经固定钉连接。该翅片管式换热元件及其换热器传热系数高且传热稳定，使用寿命长，适用温度高，结构更加稳定、合理。

Description

一种翅片管式换热元件及其换热器

技术领域

本实用新型属于热交换设备技术领域，具体涉及一种翅片管式换热元件及其换热器。

背景技术

换热元件是体现翅片管式换热器的基本特征和强化传热的关键元件，其性能直接影响着翅片管式换热器的传热性能。

现有翅片管式换热器的换热元件结构类型多样，有镶嵌式绕片管、L型绕片管、双金属扎片管等类型。其中，L型绕片管由金属片缠绕在基管的外表面上制成，借助缠绕的初始应力进行紧固，结构和制造工艺简单；但其金属片缠绕时的平均接触压力通常不超过1.7Mpa，因此该类型的换热元件使用温度较低，通常在130℃以下。实际使用过程中，当管壁温度超过170℃时，其翅片的张力会大大降低，翅片会开始松动，使得接触热阻增大，热工性能不理想；此外，还存在管外压降较大，适用温度范围小等问题。

实用新型内容

针对上述现有技术存在的不足，本实用新型的目的在于提供一种传热系数高且传热稳定，使用寿命长，适用温度更高的翅片管式换热元件及其换热器。

为实现上述目的，本实用新型采用了如下技术方案：

一种翅片管式换热元件，包括基管和翅片；

所述基管外壁上设有呈螺旋延伸的第一压纹；

所述翅片包括根部和翅板部，所述翅片呈螺旋缠绕安装于所述基管外；

其中，所述根部底部具有第二压纹，所述第二压纹与所述第一压纹适配镶嵌；呈螺旋缠绕的所述翅片两端处，多个相邻螺旋的翅板部经固定钉连接。

在本申请的一种实施例中，所述翅片在所述基管两端部的螺旋密度大于在所述基管中部的螺旋密度，所述螺旋密度指单位长度内的翅片螺旋圈数。

在本申请的一种实施例中，所述翅片的螺旋密度为200~433片/米。

在本申请的一种实施例中，所述翅片横截面剖视呈L型结构，所述根部为L型结构的横段，所述翅板部为L型结构的竖段。

在本申请的一种实施例中，所述基管上缠绕的翅片中，相邻螺旋的根部依次抵接或压接，所述根部完全覆盖所述基管的翅片安装段。

在本申请的一种实施例中，所述翅板部上设有若干贯穿的开孔。

在本申请的一种实施例中，所述开孔呈水滴形、月牙形、蝌蚪形、矩形或梯形；

和/或，所述翅片在每圈螺旋上设有20~60个所述开孔。

在本申请的一种实施例中，所述翅片的厚度为0.2~2mm，所述翅板部的宽度为9~20mm，所述根部的宽度为2~5mm。

在本申请的一种实施例中，还包括套管，所述基管两端设有光管段，所述套管套设于所述光管段外。

一种换热器，包括以上任一项所述的翅片管式换热元件。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果有：

1、本申请的翅片管式换热元件及其换热器，其翅片螺旋缠绕在基管上，翅片的根部经第二压纹与基管上的第一压纹镶嵌配合，翅片螺旋的两端经固定钉进行固定，使得该换热元件的的翅片与基管连接更加紧密牢固，间隙热阻小，传热稳定，适用温度高，适用温度范围大，可用于250℃甚至更高温度的工况，且使用过程中，翅片不易松散，结构更加稳定牢固；

2、翅片在基管中部设置成较低的螺旋密度，在基管端部设置成较高的螺旋密度，且端部经固定钉固定，可满足低压损运行，防止在高温工况时翅片受热由端部发生松散，结构简单、合理，制作方便，成本低；

3、翅片的根部依次抵接或压接，完全覆盖基管，并且在基管端部套设套管，使得基管不直接暴露在管外介质中，不易发生腐蚀，使用寿命更长；

4、翅片的翅板部设置开孔，可防止使用过程中翅片表面形成一层停滞的介质（如气体），从而可提高换热元件的传热效率，实现节能的目的。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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的附图。

图1为本申请中翅片管式换热元件的正视结构示意图。

图2为本申请中翅片管式换热元件的立体结构示意图。

图3为翅片与基管连接结构的剖视示意图。

图4为图3中A部分的放大结构示意图。

图5为本申请中翅片管式换热元件与管板的连接结构剖视示意图。

图6本申请中翅片管式换热元件（水滴形开孔）的端视结构示意图。

图7为本申请中翅片管式换热元件（月牙形开孔）的端视结构示意图。

图8为本申请中翅片管式换热元件（蝌蚪形开孔）的端视结构示意图。

图9为本申请中翅片管式换热元件（矩形开孔）的端视结构示意图。

图10为本申请中翅片管式换热元件（梯形开孔）的端视结构示意图。

附图标记：

1、基管；11、第一压纹；12、光管段；

2、翅片；21、根部；211、第二压纹；22、翅板部；221、开孔；

3、固定钉；

4、套管；

5、管板。

具体实施方式

在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”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，或者是本实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，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。

术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本实用新型的不同结构。为了简化本实用新型的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本实用新型。

下面结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明。

本实用新型实施例提供了一种翅片管式换热元件，该换热元件主要用于换热器，包括基管1和设于基管1外的翅片2，基管1内通常是传热系数较高、压力高、温度高、介质污垢系数较大的热流体或冷流体（如冷却水、污水、甲醇等）；基管1外通常是传热系数较低、介质污垢系数较小的热流体或冷流体（如气体、尾气、烟气等）；翅片2的作用是增大换热面积、提高传热系数。

如图1至图4所示，基管1的外壁上设有呈螺纹延伸的第一压纹11；翅片2包括连接为一体的根部21和翅板部22，翅片2呈螺旋缠绕安装于基管1外壁上。

其中，翅片2的根部21底部设有第二压纹211，该第二压纹211与基管1上的第一压纹11相适配，翅片2缠绕安装于基管1上时，其根部21的第二压纹211与基管1上的第一压纹11镶嵌配合，使翅片2根部21与基管1连接更加稳固，接触面积更大。可选地，第一压纹11为凹纹，第二压纹211为凸纹，第二压纹211嵌合在第一压纹11内，使翅片2的根部21部分嵌入基管1管壁。

翅片2螺旋缠绕在基管1上后，位于螺旋两端处的翅片2的翅板部22分别经固定钉3进行连接固定，具体地，固定钉3穿过端部多个相邻螺旋的翅板部22，将位于端部的多个螺旋翅板部22进行连接固定，使翅片2不易由端部开始发生松散，翅片2与基管1的连接结构更加稳定，适用更高温度和更大温度范围的换热工况。该换热元件可用于250℃甚至更高温度的换热工况。

进一步地，翅片2呈螺旋缠绕在基管1上，在基管1两端部的螺旋密度大于在基管1中部区域的螺旋密度，该螺旋密度指单位长度内的翅片螺旋圈数。即翅片2螺旋在两端处的密度较大，翅板部22螺旋排列更紧密；在中部的密度较小，翅板部22螺旋排列更稀疏。翅片2的螺旋密度优选控制在200~433片/米范围内，可获得较优的传热效率。其中，翅片2端部的螺旋密度优选控制在200~230片/米，然后经固定钉3固定，可获得较优的固定效果。翅片2端部设置成高密度的螺旋，并经固定钉3固定，可避免在高温工作环境中运行时翅片2发生松散影响换热；翅片2中部设置成低密度的螺旋，这样布置可更好的满足低压损运行，结构更加合理。

在一种实施方式中，如图3所示，翅片2横截面剖视呈L型结构，其根部21为L型结构的横段，翅板部22为L型结构的竖段。第二压纹211位于横段上，由横段辊压而成。设置成L型结构，根部21可与基管1更好贴合，接触面积大，且可由金属带翻边折弯加工而成，制造加工更加简单，节约加工成本。当然，翅片2也可以是其他结构，如横截面剖视呈倒T型结构等。

翅片2选用厚度为0.2~2mm的金属片制成，翅片2呈L型结构时，可控制翅板部22的宽度为9~20mm，控制根部21的宽度为2~5mm。翅片2绕制于基管1上时，根部21沿第一压纹11进行绕制，同时辊压翅片2的根部21使根部21部分镶嵌入第一压纹11内，形成第二压纹211。

如图3和图4所示，翅片2螺旋缠绕于基管1外，相邻螺旋的翅片2根部21相互抵接，相互抵接的根部21完全覆盖基管1的翅片安装段，使得基管1外部不直接与外侧介质接触，可起到防腐蚀作用，基管1使用寿命更长。进一步地，翅片2绕制时，由基管1的一端向另一端依次绕制，翅片2的根部依次压接，使得翅片2的绕制结构更加稳定。

如图1、图2和图5所示，基管1两端设有光管段12；换热元件还包括套管4，该套管4套设于两端的光管段12外；安装时，基管1端部插接于换热器的管板5中，该套管4部分插入管板5内，采用胀接、焊接等方式进行连接固定。设置套管4覆盖光管段12，避免基管1与外侧介质直接接触，起到防腐蚀的作用。该套管4和翅片2选用铝、铜或其合金等材质制得。

如图2、图6至图10所示，进一步地实施方式中，翅片2的翅板部22上沿螺旋方向均匀设置有若干贯穿的开孔221。该开孔221外观可呈水滴形、月牙形、蝌蚪形、矩形、梯形等形状。优选翅片2在每一圈螺旋上设开孔221的数量为20~60个，且每圈翅片螺旋上开孔221的中心线与螺旋的直径及螺旋的轴线重合。翅片2的翅板部22设置开孔221，可防止翅片2表面形成一层停滞的介质（比如气体），起到提高换热元件传热效率的效果。在翅板部22上开设开孔221，相较于传统的平板型翅片，其管外传热系数可提高约25%左右，能实现节能的目的，且相同换热需求下，其换热器的体积及占地面积减小，能节约设备成本及空间；可根据不同的使用环境及操作工况进行选择，使用更加灵活。

可选地，固定钉3采用不锈钢材质制成，其结构可采用类似于订书钉的结构。翅板部22开设有开孔221时，在翅片2螺旋的端部设置的固定钉3可穿过开孔221对螺旋端部的多个翅板部22进行连接固定，安装连接更加方便。

换热元件的制作工艺：采用厚度适宜（如0.2~2mm），宽度（如300~1660mm）和长度较大的金属片进行分割，分割成宽度适宜（等于翅板部22和根部21的宽度之和，如11~25mm）的金属带，将金属带底部翻边折弯形成根部21(宽度如2~5mm)，即形成横截面呈L型的翅片前体；在基管1外辊压处第一压纹11，将翅片前体沿第一压纹11缠绕于基管1上，并辊压根部21使其形成第二压纹211，且与第一压纹11镶嵌；通过控制辊压、绕制的旋转速度控制翅片2缠绕于基管1上的密度，使得两端部螺旋密度更大，中部螺旋密度更小。

基于相同的目的，本申请还提供了一种换热器，该换热器使用以上所述的翅片管式换热元件制成。

综上，本申请的翅片管式换热元件及其换热器，其翅片2的根部21部分镶嵌于基管1的第一压纹11中，翅片2的螺旋端部经固定钉3进行连接固定，使得翅片2与基管1的连接更加牢固，接触面积更大，翅片2的绕制结构更加稳定不易松散，使用温度更高，适用温度范围大，可用于250℃甚至更高的工况，且间隙热阻更小，传热系数更高；翅片2在基管1中部设置成较低的螺旋密度，在端部设置成较高的螺旋密度，并经固定钉3固定，可防止在高温工况时翅片2受热由端部发生松散，满足低压损运行，结构更加合理，制作方便、成本低；翅片2的根部21依次抵接或压接，并完全覆盖基管1，并且基管1端部套设套管4，使得基管1不直接暴露在管外介质中，不易发生腐蚀，使用寿命更长；翅片2的翅板部22设置开孔221，可防止使用过程中翅片2表面形成一层停滞的介质（如气体）提高换热元件的传热效率，实现节能的效果。

Claims (10)

1.一种翅片管式换热元件，其特征在于，包括基管（1）和翅片（2）；

所述基管（1）外壁上设有呈螺旋延伸的第一压纹（11）；

所述翅片（2）包括根部（21）和翅板部（22），所述翅片（2）呈螺旋缠绕安装于所述基管（1）外；

其中，所述根部（21）底部具有第二压纹（211），所述第二压纹（211）与所述第一压纹（11）适配镶嵌；呈螺旋缠绕的所述翅片（2）两端处，多个相邻螺旋的翅板部（22）经固定钉（3）连接。

2.根据权利要求1所述的翅片管式换热元件，其特征在于，所述翅片（2）在所述基管（1）两端部的螺旋密度大于在所述基管（1）中部的螺旋密度，所述螺旋密度指单位长度内的翅片螺旋圈数。

3.根据权利要求2所述的翅片管式换热元件，其特征在于，所述翅片（2）的螺旋密度为200~433片/米。

4.根据权利要求1所述的翅片管式换热元件，其特征在于，所述翅片（2）横截面剖视呈L型结构，所述根部（21）为L型结构的横段，所述翅板部（22）为L型结构的竖段。

5.根据权利要求1至4任一项所述的翅片管式换热元件，其特征在于，所述基管（1）上缠绕的翅片（2）中，相邻螺旋的根部（21）依次抵接或压接，所述根部（21）完全覆盖所述基管（1）的翅片安装段。

6.根据权利要求1所述的翅片管式换热元件，其特征在于，所述翅板部（22）上设有若干贯穿的开孔（221）。

7.根据权利要求6所述的翅片管式换热元件，其特征在于，所述开孔（221）呈水滴形、月牙形、蝌蚪形、矩形或梯形；

和/或，所述翅片（2）在每圈螺旋上设有20~60个所述开孔（221）。

8.根据权利要求1所述的翅片管式换热元件，其特征在于，所述翅片（2）的厚度为0.2~2mm，所述翅板部（22）的宽度为9~20mm，所述根部（21）的宽度为2~5mm。

9.根据权利要求1所述的翅片管式换热元件，其特征在于，还包括套管（4），所述基管（1）两端设有光管段（12），所述套管（4）套设于所述光管段（12）外。

10.一种换热器，其特征在于，包括如权利要求1至9任一项所述的翅片管式换热元件。

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