CN2869738Y

CN2869738Y - 铝内翅片管换热器

Info

Publication number: CN2869738Y
Application number: CN 200520140344
Authority: CN
Inventors: 李建明
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2005-12-21
Filing date: 2005-12-21
Publication date: 2007-02-14
Anticipated expiration: 2015-12-21

Abstract

一种铝内翅片管换热器，它主要由一密封壳体和多根翅片管构成，所述密封壳体的两端部上设置冷却液进口和出口、压缩气体进口和出口；其特征在于：所述翅片管为内翅片管，它由内管、外管及铝翅片构成，内管和外管同心穿套，在内、外两管间绕管心环绕嵌设铝翅片，该铝翅片的横截面呈锯齿状，其锯齿齿部的顶沿和底沿分别与翅片管的外管和内管的管壁固定连接，铝翅片将各个翅片管的内、外两管间的空腔分隔为多条气体通路；所述各翅片管的一端均并接至压缩气体进口上，另一端并接至压缩气体出口上，冷却液进口和冷却液出口直接接通壳体内腔，以此构成翅片管内气体通路中流经压缩气体，翅片管外密封壳体中流经冷却液的结构。本实用新型在提高传统换热器的换热能力的同时，还降低了换热器的整体制作成本和体积、重量。

Description

铝内翅片管换热器

技术领域

本实用新型涉及一种换热器，具体涉及一种翅片管换热器(又称气—液管壳式换热器)。

背景技术

换热器在石油、化工、医药、冶金、电力、动力、制冷、纺织、食品等行业中均占有举足轻重的地位。随着我国工业的不断发展，对能源的利用、开发和节约的要求不断提高，工业上的节能节水成为企业发展大计的一个重要组成部分，因此对高效换热器的需求也日益加强。如何设计出换热效率高、流动阻力小的高效换热器，是研究开发者们追求的主要目标。

现常用的换热器是一种叫做翅片管换热器(又称气—液管壳式换热器)，该种换热器以冷却液(一般为水)来冷却空气、天然气、或乙烷等压缩气体。传统的该种换热器的具体结构如下：它主要由一密封壳体和多根翅片管构成，所述密封壳体的两端部上设置冷却液进口、冷却液出口、压缩气体入口和压缩气体出口；所述多根翅片管并列穿设在密封壳体的内腔中，它们的一端均并接至冷却液进口上，另一端并接至冷却液的出口上；冷却液入口和冷却液出口直接接通壳体内腔；因气体的换热系数小，而液体的换热系数大，当压缩气体与冷却液换热时客观上存在着不平衡的问题，因此，传统翅片管换热器的翅片管管壁的外表面上还必须设置有大量翅片，以翅片增加压缩气体侧的传热面积，提高传热效率。总得来说，传统的翅片管换热器中的翅片管实际上是外翅片管，工作时是在翅片管内走冷却液，在翅片管外与壳体间走压缩气体的，因此它存在以下不足：1、走壳体的压缩气体压力较高，一般在7～8公斤，有的甚至高达30～40公斤，因此其密封壳体得承受高压，壁厚必须设计得较厚，必须按压力容器的标准来设计制作，从而导致壳体的整体重量、体积和制造成本都过大；2、尽管在翅片管的管壁上设置了翅片，加大了气体侧的传热面积，但气体流速仍处于较低的水平，总的换热系数低，导致换热能力仍不高。

因此，从反向思维的角度，设计出新型的内翅片管换热器，将传统换热器中压缩气体和冷却液的流程对调，即让压缩气体走翅片管内，冷却液走翅片管外壳体中。因走壳体的冷却液压力不高，一般在3公斤左右，其壳体就无须按压力容器标准设计了，普通壁厚即可承受；而翅片管截面较小，承压性强，其中走压缩气体再合适不过了，即解决了或在一定程度上克服了传统外翅片换热器的缺陷。

但是，因制作工艺的限制，目前只有国外有内翅片管换热器，由于它们对技术的保密，国内厂家无法直接模仿生产，并且，从获得的有限的技术资料上看，他们的内翅片管换热器在结构设计及材质上也不甚理想，因此，设计开发一种高性能、低成本的内翅片换热器十分必要。

发明内容

本实用新型提供一种内翅片换热器，目的是提高传统换热器的换热能力，并尽可能地降低换热器的整体制作成本和体积、重量。

为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种铝内翅片管换热器，它主要由一密封壳体和多根翅片管构成，所述密封壳体的两端部上设置冷却液进口、冷却液出口、压缩气体进口和压缩气体出口；所述多根翅片管并列穿设在密封壳体的内腔中，其创新点在于：所述翅片管为内翅片管，它由内管、外管及由铝板冲压成型的铝翅片构成，内管和外管内外同心穿套，在内管和外管间绕管心环绕嵌设铝翅片，该铝翅片在平铺状态下的横截面呈锯齿状，其锯齿齿部的顶沿与翅片管的外管管壁固定连接，其锯齿齿部的底沿与翅片管的内管管壁固定连接，铝翅片将各个翅片管内管和外管间的空腔分隔为多条气体通路；所述各翅片管的一端均并接至压缩气体进口上，另一端并接至压缩气体出口上，冷却液进口和冷却液出口直接接通壳体内腔，以此构成翅片管内气体通路中流经压缩气体，翅片管外密封壳体中流经冷却液的结构。

上述技术方案中的有关内容解释如下：

1、上述方案中，可将各翅片管的内管的两端均封口，以此只在翅片管内管和外管间的空腔中流经压缩气体；当然，也可不封口，在内管中通入冷却液，不过这样制造起来较复杂，成本较高，；因此不常采用，在某些不计制造成本只要求换热性能的情况下也可采用。

2、上述方案中，所述铝翅片的结构具体包括以下方案：a、所述铝翅片为平直形翅片，在长度方向上其表面呈平直槽状，以此构成直线型的气体通路；b、所述铝翅片为锯齿形翅片，在长度方向上其表面呈锯齿形弯曲槽状，以此构成锯齿状弯曲的气体通路；c、所述铝翅片为多孔形翅片，在长度方向上其表面呈平直槽状，并在其上密布有扰流孔，以此构成平直多孔形气体通路；d、所述铝翅片为波纹形翅片，在长度方向上其表面呈波纹形弯曲槽状，以此构成波纹状弯曲的气体通路。上述四种翅片形式也是现有板片式换热器中常采用的翅片形式，本申请人经工艺改进将其运用到本方案中：在板片式换热器中这些翅片只是平铺固定使用，而在本方案中，它们是被绕管心环绕弯曲嵌入的翅片管的内管和外管间的，然后是再以真空钎焊一体焊接固定的。上述四种翅片形式可按使用场合要求，参照各自的给热系数和阻力特点选择：平直形翅片形成直线型气体通路，其给热系数及阻力较小；锯齿形翅片形成锯齿状的气体通路，它会促进流体的湍动，破坏热阻边界，其给热系数较大，但其阻力也较大；多孔形翅片形成直线多孔形气体通路，其翅片上散布的扰流孔，可使热阻边界层不断破裂，以提高传热效率和使流体在翅片中分布更为均匀，其给热系数比平直形翅片大；波纹形翅片形成波纹状弯曲的气体通路，其给热系数及阻力介于平直形翅片和锯齿形翅片之间。

3、上述方案中，所述密封壳体的一端部上设置冷却液进口和压缩空气出口，另一端部上设置冷却液出口和压缩空气进口，冷却液与压缩空气流向相反，构成逆流型换热结构；以此达到较佳的换热效果。

4、上述方案中，所述壳体内还设置有多块上挡板和下挡板，这些上挡板和下挡板均一一交替平行间隔挡设于壳体中，它们的面积均大于壳体内腔的横截面面积的一半，以此构成冷却液S型流经壳体的结构；如附图1中冷却液流向示意箭头(实心箭头)所示，冷却液呈S型流经壳体，这样最大程度地延长了冷却液的流程，使之与各翅片管均匀的接触，充分的换热，有效提高了传热效率。

5、上述方案中，所述锯齿齿部的顶沿与翅片管的外管管壁以钎焊焊接固定，其锯齿齿部的底沿与翅片管的内管管壁以钎焊焊接固定，以此降低其连接处的热阻。

6、上述方案中，所述铝翅片是以铝板冲压成型的，以铝为材质，传热性好又价格便宜，其翅片管中内管和外管可采用铜制、或铝制、或铜铝合金制成；并且，其翅片与翅片管管壁的连接处是以真空钎焊连接，连接可靠、热阻性小。铝翅片的高度、厚度、节距等参数按要求设计，一般节距在1～3mm左右，厚度在0.2～0.4mm左右，高度在4～17mm左右。

7、上述方案中，所述压缩气体包括压缩空气、压缩天然气、或压缩乙烷等等，冷却液包括冷却水、冷却油等等。

本实用新型工作原理是：在翅片管管内设置上铝翅片构成铝内翅片管，以此构成一铝内翅片管换热器，将传统的换统的气、液流程调换，在翅片管内走压缩气体，翅片管外壳体中走冷却液。其翅片的结构有四种可供选择：平直形翅片、锯齿形翅片、多孔形翅片和波纹形翅片；并且，本实用新型还采用了以下两措施：压缩气体和冷却液的流向设计得相反形成逆流，以逆流达到最佳的换热性能；在壳体中交替间隔设置上挡板和下挡板，以此使冷却液呈S型流动，均匀地与各翅片管管壁接触换热。

由于上述技术方案运用，本实用新型与现有技术相比具有下列优点：

1、由于本实用新型的特殊结构，在翅处管内走压缩气体，翅片管外壳体中走冷却液，使壳体无需承受高压，只要能承受冷却液的压力(一般为3公斤)即可，无需按高压容器设计制造，制造成本、使用安全性等有效地提高；并且因其壳体壁厚不用很厚，其整体重量比传统翅片管换热器大幅下降。

2、由于本实用新型的特殊结构，能使气体和液体间的换热达到最佳效果，与传统翅片管换热器相比，换热效率大大提高，因此在相同换热效果下，换热器整体可制作地较小较轻。

3、由于本实用新型使用时，是在翅片管外壳体中走冷却液，壳体中空腔大不会堵塞，因此对冷却液的洁净度要求不高，这也从另一方面降低了使用成本。

4、由于本实用新型使用时，是在翅片管中走压缩气体的，当压缩气体为微腐蚀性气体时，可采用较厚的铝管或浸铝钢管，这样可有效地延长使用寿命。

附图说明

附图1为本实用新型结构主视示意图；

附图2为附图1的A-A横截面示意图；

附图3为翅片管的横截面示意图；

附图4为平直形翅片在平铺状态下的示意图；

附图5为锯齿形翅片在平铺状态下的示意图；

附图6为多孔形翅片在平铺状态下的示意图；

附图7为波纹形翅片在平铺状态下的示意图。

以上附图中：1、密封壳体；2、翅片管；3、冷却液进口；4、冷却液出口；5、压缩气体进口；6、压缩气体出口；7、内管；8、外管；9、铝翅片；10、扰流孔；11、上挡板；12、下挡板。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述：

实施例：参见附图1～7所示，一种铝内翅片管换热器，它主要由一密封壳体1和多根翅片管2构成，所述密封壳体1的左端部上设置冷却液进口3和压缩气体出口6，而右端部上设置冷却液出口4和压缩气体进口5；参见附图3所示，所述翅片管2为内翅片管，它由内管7、外管8及铝板冲压成的铝翅片构成，内管7和外管8同心穿套，在内、外两管7、8间绕管心环绕嵌设铝翅片9，该铝翅片9在平铺状态下的横截面呈锯齿状，其锯齿齿部的顶沿与翅片管2的外管8管壁真空钎焊连接，其锯齿齿部的底沿与翅片管2的内管7管壁真空钎焊连接，铝翅片9将各个翅片管2的内、外两管7、8间的空腔分隔为多条气体通路，并且，各翅片管2中的内管7的两端均焊接封口；上述多根翅片管2均并列穿设在密封壳体1的内腔中，其一端均并接至压缩气体进口5上，另一端并接至压缩气体出口6上，冷却液进口3和冷却液出口4直接接通壳体1内腔，以此构成翅片管2内气体通路中流经压缩气体，翅片管2外密封壳体1中流经冷却液的结构，并且冷却液与压缩空气流向相反，构成了逆流。具体参见附图1所示，压缩气体流向如开口箭头所示，冷却液的流向如实心箭头所示。

参见附图1，上述密封壳体1内还设置有两块上挡板11和两块下挡板12，这些上挡板11和下挡板12均一一交替平行间隔挡设于密封壳体1中，它们的面积均大于密封壳体1内腔的横截面面积的一半，以此使冷却液的流程呈S型，流程长度加长，与各翅片管9均匀地接触，充分的换热，最大程度地提高了换热效率。

上述的铝翅片9有具体可按使用场合，对给热系数及阻力的要求在以下几种结构方案中选择其一：1、参见附图4所示，它为铝板在冲压床上冲压成的平直形翅片，该翅片在长度方向上其表面呈平直槽状，以此构成直线形的气体通路；2、参见附图5所示，它为铝板在冲压床上冲压成的锯齿形翅片，在长度方向上其表面呈锯齿形弯曲槽状，以此构成锯齿状弯曲的气体通路；3、参见附图6所示，它为铝板在冲压床上冲压成的多孔形翅片，在长度方向上其表面呈平直槽状，并在其上密布有扰流孔10，以此构成平线多孔形气体通路；4、参见附图7所示，它为铝板在冲压床上冲压成的波纹形翅片，在长度方向上其表面呈波纹形弯曲槽状，以此构成波纹状弯曲的气体通路。

翅片管2制作的方式是：先制作出由同心的内外管7、8构成翅片管2的空管，再将内管7的两端封口；选择一种形式的铝翅片9，铝翅片9呈片状，先将一片铝翅片9环绕成一段管状，将其卡入内外管7、8间的空腔中，然后再绕第二片也将其卡入，以此一段段嵌放入翅片管2中，直至充满空腔，最后再将翅片管2放置入真空钎焊炉中将其铝翅片9与内外管的接触面焊牢。当翅片管2的内管7和外管8是以铝制成时，在将铝翅片卡入翅片管2中前，要先在其内外表面即其锯齿的齿部顶沿和底沿上包上一层钎料，作为焊接的焊料。

上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1、一种铝内翅片管换热器，它主要由一密封壳体[1]和多根翅片管[2]构成，所述密封壳体[1]的两端部上设置冷却液进口[3]、冷却液出口[4]、压缩气体进口[5]和压缩气体出口[6]；所述多根翅片管[2]并列穿设在密封壳体[1]的内腔中，其特征在于：所述翅片管[2]为内翅片管，它由内管[7]、外管[8]及由铝板冲压成型的铝翅片[9]构成，内管[7]和外管[8]内外同心穿套，在内管[7]和外管[8]间绕管心环绕嵌设铝翅片[9]，该铝翅片[9]在平铺状态下的横截面呈锯齿状，其锯齿齿部的顶沿与翅片管[2]的外管[8]管壁固定连接，其锯齿齿部的底沿与翅片管[2]的内管[7]管壁固定连接，铝翅片[9]将各个翅片管[2]内管[7]和外管[8]间的空腔分隔为多条气体通路；所述各翅片管[2]的一端均并接至压缩气体进口[5]上，另一端并接至压缩气体出口[6]上，冷却液进口[3]和冷却液出口[4]直接接通壳体[1]内腔，以此构成翅片管[2]内气体通路中流经压缩气体，翅片管[2]外密封壳体[1]中流经冷却液的结构。

2、根据权利要求1所述的铝内翅片管换热器，其特征在于：所述各翅片管[2]的内管[7]的两端均封口，以此只在翅片管[2]内管[7]和外管[8]间的空腔中流经压缩气体。

3、根据权利要求1所述的铝内翅片管换热器，其特征在于：所述铝翅片[9]为平直形翅片，在长度方向上其表面呈平直槽状，以此构成直线形的气体通路。

4、根据权利要求1所述的铝内翅片管换热器，其特征在于：所述铝翅片[9]为锯齿形翅片，在长度方向上其表面呈锯齿形弯曲槽状，以此构成锯齿状弯曲的气体通路。

5、根据权利要求1所述的铝内翅片管换热器，其特征在于：所述铝翅片[9]为多孔形翅片，在长度方向上其表面呈平直槽状，并在其上密布有扰流孔[10]，以此构成直线多孔形气体通路。

6、根据权利要求1所述的铝内翅片管换热器，其特征在于：所述铝翅片[9]为波纹形翅片，在长度方向上其表面呈波纹形弯曲槽状，以此构成波纹状弯曲的气体通路。

7、根据权利要求1所述的铝内翅片管换热器，其特征在于：所述密封壳体[1]的一端部上设置冷却液进口[3]和压缩空气出口[6]，另一端部上设置冷却液出口[4]和压缩空气进口[5]，冷却液与压缩空气流向相反，构成逆流型换热结构。

8、根据权利要求1所述的铝内翅片管换热器，其特征在于：所述密封壳体[1]内还设置有多块上挡板[11]和下挡板[12]，这些上挡板[11]和下挡板[12]均一一交替平行间隔挡设于密封壳体[1]中，它们的面积均大于密封壳体[1]内腔的横截面面积的一半，以此构成冷却液S型流经密封壳体[1]的结构。

9、根据权利要求1所述的铝内翅片管换热器，其特征在于：所述锯齿齿部的顶沿与翅片管[2]的外管[8]管壁以钎焊焊接，其锯齿齿部的底沿与翅片管[2]的内管[7]管壁以钎焊焊接。