專利名稱：內(nèi)螺旋換熱管的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明屬于一種換熱設備，具體地說是一種內(nèi)部設置螺旋通道的換熱管。
背景技術(shù)：
在家用型換熱器中，常用的換熱設備有間壁掛式換熱器、混合式換熱器、
蓄熱式換熱器等3種類型。其中尤以間壁掛式換熱器最為常見， 一般這種換 熱器包括冷卻水箱與板式換熱器。
板式換熱器是20世紀70年代開發(fā)使用的高效換熱設備。是由一組金屬 薄板(通常為鈦板)之間襯以墊片并用框架夾緊組裝而成，冷、熱流體分別 在板片兩側(cè)流過，通過板片進行換熱。板片厚度為0.5 3mm。由于板片壓制 成各種波紋形狀，既增加了剛度，又使流體分布均勻，加強湍流，故而傳熱 系數(shù)較高。但是板式換熱器仍然存在以下問題①由于流體中夾帶大量的細 晶堿，導致板式換熱器結(jié)疤淤塞非常嚴重，致使系統(tǒng)阻力大，換熱效率低； ②板式換熱器酸洗、檢修、清理工作量大，且檢修費用高；③由于流體腐蝕 沖刷嚴重，導致板式換熱器壽命降低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種內(nèi)螺旋換熱管，以提高換熱器的換熱效率， 延長換熱器的使用壽命。
按照本發(fā)明提供的技術(shù)方案，在管體的內(nèi)部中央設置沿軸向的貫通孔， 在管體內(nèi)、貫通孔的周圍分布若干同樣沿軸向的螺旋通孔。
螺旋通孔以螺旋狀繞在貫通孔的周圍。在管體的端部沿管體的周向設置 環(huán)形凹槽，在環(huán)形凹槽內(nèi)設置若干環(huán)形的散熱片，在相鄰兩塊散熱片之間形 成環(huán)形的溝槽。
本發(fā)明的優(yōu)點是在內(nèi)螺旋換熱管上均勻地設置了若干螺旋通孔后，不 僅可防止流體短路、增加流體速度，而且還可以迫使流體按規(guī)定路徑流通， 使流體在換熱管中的路程增加。在截面積相同的狀況下，路程增加，就意味 著增加了散熱面積，散熱面積增加，那么交換的熱量也增多了。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)圖。
圖2為對流傳熱時沿熱流方向的溫度分布情況示意圖。
具體實施例方式
如圖1所示在管體6的內(nèi)部中央設置沿軸向的貫通孔2，在管體6內(nèi)、 貫通孔2的周圍分布若干同樣沿軸向的螺旋通孔1。螺旋通孔1以螺旋狀繞 在貫通孔2的周圍。在管體6的端部3沿管體6的周向設置環(huán)形凹槽，在環(huán) 形凹槽內(nèi)設置若干環(huán)形的散熱片5，在相鄰兩塊散熱片5之間形成環(huán)形的溝 槽4。圖1中的3為管體6的端部。
在換熱系統(tǒng)中采用1臺管體6的直徑與長度為小76mmx380mm，螺旋通 孔l的螺距為2.7 3.4轉(zhuǎn)/1000mm的內(nèi)螺旋換熱管換熱器(換熱面積為8.99m2) 來代替原設計的板式換熱器，經(jīng)過試驗，內(nèi)螺旋換熱管換熱器顯示出了其優(yōu) 越的節(jié)能性能。
1、 內(nèi)螺旋換熱管的結(jié)構(gòu)特點。
1) 熱效率高。由于換熱管的管體1采用內(nèi)螺旋結(jié)構(gòu)，螺旋通孔1內(nèi)的流 道截面是不變的，但其流通的路徑是彎曲螺旋型，造成流體在換熱管中的路 徑變長，根據(jù)螺距和螺旋通孔1的直徑便可知道流體在換熱管中所流過的距 離是普通直管式的2 3倍。同時，路徑為螺旋型，在流速很低的情況下也始 終處于輕微湍流狀態(tài)，難以形成層流，使對流傳熱的主要熱阻被有效地克服， 管內(nèi)外傳熱被同時強化，因而傳熱系數(shù)很高， 一般為直管式的2 3倍。
2) 防垢能力強。由于螺旋通孔1內(nèi)的流體有湍流，使流體中的微粒難以 沉積結(jié)垢，即使有少量污垢生成，由于內(nèi)螺旋換熱管上存在管體內(nèi)外溫差應 力而產(chǎn)生的應變，使具有彈性特征的螺旋換熱管曲率發(fā)生微觀變化，從而使 內(nèi)螺旋換熱管有自然防垢和自然除垢的能力。介質(zhì)在內(nèi)螺旋換熱管內(nèi)外傘型 分流器的作用下，將輸送進來的高速流體均勻的分配到內(nèi)螺旋換熱管四周的 螺旋通孔1中，減少了水流的沖擊，保持了換熱器的平衡。
3) 內(nèi)螺旋換熱管的柔性加工，在溫差和壓差較大的場合下具有自我補償 能力，可大大降低側(cè)板和型材的應力，不易拉脫、泄漏。
4) 采用優(yōu)質(zhì)的鋁材料，設備抗腐蝕能力高，設備使用壽命長。體積小， 占地面積小，運行維護費用低。獨特的冷擠壓成形工藝，沒有強烈形變，無 晶間缺陷，應力分布均勻。
2、 內(nèi)螺旋換熱管的傳熱特點。 1)傳熱原理。
化工生產(chǎn)中的物質(zhì)間熱交換常遇到的是溫度不太高的流體間的熱交換， 熱量自熱流體傳到間壁表面的一側(cè)，自間壁另一側(cè)表面?zhèn)鹘o冷流體，以對流 傳熱為主。對流傳熱是在流體流動的過程中發(fā)生的熱量傳遞現(xiàn)象，所以和介
質(zhì)流動的情況密切相關(guān)。在湍流流動的情況下，流體主流中由于旋渦叢生， 流體各部分相互混合，所以熱阻很小，從而在流體流動方向垂直的截面上， 湍流中心區(qū)各點流體之間的溫度趨于一致。但在緊靠壁面處，總有一層流體 膜順著壁面作層流流動，稱為層流底層。由于通過這層流體膜的傳熱是以導 熱方式進行的，所以流體膜雖薄，卻是對流傳熱的主要熱阻，溫度降也主要 集中在層流底層中。
圖2中F1—Fl與F2 — F2為層流底層的界面，T，為熱流體中心溫度， 即最高溫度，t'為冷流體中心溫度，即最低溫度。在熱流體的湍流主體中， 由于流體質(zhì)點充分混合，溫度基本上是一致的，即圖2中T'。在層流底層 和湍流主體之間存在一個溫度逐漸變化的區(qū)域，稱為過渡區(qū)。溫度由T'下 降到Tb。在層流底層內(nèi)，由于熱阻較大，溫度急劇由Tb下降到Tw。再往 左通過管壁，因其材料通常為金屬，熱阻很小，因此，管壁兩側(cè)的溫度Tw 和tw相差很小。在冷流體內(nèi)，又順次通過層流底層、過渡區(qū)而到達湍流主體， 溫度由tw經(jīng)tb下降到t，。圖2中曲線twtbt，和曲線T， TbTw的意義相似。
2)提高換熱系數(shù)的途徑
傳熱學傳熱速率公式如下
Q=KA (T-t) (1)
式(1)中Q—換熱量；K一換熱系數(shù)；A—換熱面積；(T-t)—傳熱
溫度差。
從公式(1)可以看到，換熱量Q和換熱系數(shù)K成正比，要提高換熱器 的熱交換能力，就必須想辦法提高換熱系數(shù)K值。根據(jù)傳熱學原理對流傳熱
時圓筒型壁熱交換管的總熱阻公式為
l/k=l/al+b/)t (dl/dm) +l/a2 (dl/d2) +Rs (dl/d2) (2)
式(2)中k一總傳熱系數(shù)；(Xl、 (X2—換熱管對流傳熱系數(shù)；b—換熱管
壁厚；X—換熱管傳熱系數(shù)；Rs—污垢熱阻；dl、 d2、 dm—分別為換熱管內(nèi) 徑、外徑、中徑。由間壁兩側(cè)流體熱交換過程及公式(2)可以看出，要想提 高熱交換器的換熱性能，就要努力降低總熱阻，即提高總傳熱系數(shù)k值，從
中不難看出提高總傳熱系數(shù)k值有如下途徑
①減少層流層，增加湍流層，從而提高對流傳熱系數(shù)al、 a2。由傳熱學 得知，k值主要取決于對流傳熱系數(shù)，因此，必須設法同時提高流體兩側(cè)的 對流傳熱系數(shù)al、 a2。②減少傳熱距離，即減少換熱管壁厚b。③提高傳熱 系數(shù)X，此問題可以通過選用導熱性能好的換熱管材料實現(xiàn)。④降低污垢熱 阻Rs，當污垢熱阻起很大作用時，必須設法減慢污垢生成速率或清洗。
3、 與傳統(tǒng)板式換熱器的運行情況對比
1) 內(nèi)螺旋換熱管將液體流動全部改為湍流狀態(tài)，使冷熱流體的給熱系數(shù) 提高，從而提高了總的換熱系數(shù)。
2) 板式換熱器要受到污垢熱阻的影響，而內(nèi)螺旋換熱器將污垢熱阻消除 為零，從而使波紋管換熱器的總換熱系數(shù)有很大的提高。
3) 內(nèi)螺旋換熱管和板式換熱器的材質(zhì)相同，冷熱流體的介質(zhì)也均相同，
因此，傳熱系數(shù)的高低只取決于給熱系數(shù)和熱阻問題，提高給熱系數(shù)和降低 熱阻是提高換熱系數(shù)的最有效途徑。
4、 與傳統(tǒng)換熱器的經(jīng)濟效益對比
1) 節(jié)約循環(huán)水
根據(jù)查定數(shù)據(jù)，內(nèi)螺旋換熱管循環(huán)水消耗為40m3/h，傳統(tǒng)的板式換熱器 的循環(huán)水消耗為90mVh，每天節(jié)省循環(huán)水量1200m3，全年節(jié)省循環(huán)水量為 291600m3，全年節(jié)省費用23328元。
2) 節(jié)省檢修費用
傳統(tǒng)的板式換熱器由于其結(jié)構(gòu)的特殊性，在正常生產(chǎn)運行中，常常會有 板片間細堿淤垢和結(jié)疤等現(xiàn)象發(fā)生，從而影響換熱效果和使系統(tǒng)阻力增大， 必須定期進行酸洗和清理，才能達到正常使用要求。每年需要酸洗散熱板4 次，酸洗費用為7320元。散熱板換熱器每2年必須進行拆解清理，每年檢修 費用為31710元(每次拆解散熱板須重新更換密封膠墊，每副膠墊185元)。 而內(nèi)螺旋換熱管由于其內(nèi)表面進行了等離子表面涂層處理，不需要酸洗，也 不需要拆解，因此，每年可以節(jié)約檢修費用39030元。
3) 節(jié)省投資
板式換熱器的使用壽命為5年左右，因流體中夾帶細晶，在換熱過程中， 流體對散熱板沖刷腐蝕嚴重，從而導致散熱板壽命縮短， 一次性投資為？元。 而內(nèi)螺旋換熱管的使用壽命為15年左右， 一次性投資為685萬元，節(jié)省投資 費用為480元，即每年可以節(jié)省投資費用35元。
4) 社會效益
①換熱系統(tǒng)阻力減少，優(yōu)化了熱交換的操作，同時我們的流體介質(zhì)也防 止了室內(nèi)干燥(空調(diào)干燥)，采暖均勻。給人舒適感。②減少了因長期酸洗 散熱板對整個換熱系統(tǒng)設備的腐蝕，也減輕了檢修工的勞動工作量。③設備 占地面積小，安裝檢修方便。
權(quán)利要求
1、內(nèi)螺旋換熱管，其特征是在管體(6)的內(nèi)部中央設置沿軸向的貫通孔(2)，在管體(6)內(nèi)、貫通孔(2)的周圍分布若干同樣沿軸向的螺旋通孔(1)。
2、 如權(quán)利要求1所述的內(nèi)螺旋換熱管，其特征是螺旋通孔(1)以螺 旋狀繞在貫通孔(2)的周圍。
3、 如權(quán)利要求l所述的內(nèi)螺旋換熱管，其特征是在管體(6)的端部沿管體(6)的周向設置環(huán)形凹槽，在環(huán)形凹槽內(nèi)設置若干環(huán)形的散熱片(5)， 在相鄰兩塊散熱片(5)之間形成環(huán)形的溝槽(4)。
4、 如權(quán)利要求1所述的內(nèi)螺旋換熱管，其特征是螺旋通孔(1)的螺距為2.7~3.4轉(zhuǎn)/1000毫米。
全文摘要
本發(fā)明屬于一種換熱設備，具體地說是一種內(nèi)部設置螺旋通道的換熱管。按照本發(fā)明提供的技術(shù)方案，在管體的內(nèi)部中央設置沿軸向的貫通孔，在管體內(nèi)、貫通孔的周圍分布若干同樣沿軸向的螺旋通孔。利用本發(fā)明后可以有效提高換熱器的換熱效率，延長換熱器的使用壽命。
文檔編號F28F13/00GK101101187SQ20071002417
公開日2008年1月9日 申請日期2007年7月18日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月18日
發(fā)明者包繼忠 申請人:無錫錫州機械有限公司