一種具有四螺旋凹槽的換熱管及具有其的換熱器的制造方法
【專利摘要】本申請涉及一種具有四螺旋凹槽的換熱管，該換熱管沿長度方向具有兩端段與中間段，兩端段與中間段一體成型，且兩端段與中間段軸線重合；兩端段為直管段，便于工裝卡箍固定，中間段為壓制變形管段，壓制變形管段具有沿長度方向平行設(shè)置且間距相同的四條螺旋凹槽，四條螺旋凹槽的縱深相同，縱深深度為壓制變形管段內(nèi)管徑的40％以上，中間段的任一橫截面均為蝶形。還包括一種具有該種換熱管的換熱器。本實(shí)用新型通過增大壓制變形管段的螺旋凹槽壓制深度，促使管內(nèi)中心部的高速流動(dòng)芯流介質(zhì)與同管壁的熱交換異常劇烈，有效換熱長度內(nèi)強(qiáng)化換熱能力增加明顯，實(shí)現(xiàn)減少管子數(shù)量來滿足同等換熱內(nèi)外雙擾動(dòng)效果的需求，節(jié)省金屬材料的效果明顯，對國家節(jié)能減排的貢獻(xiàn)做出突出貢獻(xiàn)。
【專利說明】
一種具有四螺旋凹槽的換熱管及具有其的換熱器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明專利主要涉及的是一種熱交換器，特別涉及一種具有四螺旋凹槽的換熱管及具有其的換熱器，其可提高管內(nèi)流動(dòng)介質(zhì)和管外流動(dòng)介質(zhì)進(jìn)行熱交換時(shí)的強(qiáng)化擾動(dòng)、提高傳熱系數(shù)(例如汽-水換熱、水-水換熱、煙氣-水、蒸汽-水、氣體、液體換熱等)?？捎行岣邠Q熱效率，降低管材損耗、降低成本，有效降低一次能源消耗，為節(jié)能減排做出貢獻(xiàn)。
【背景技術(shù)】
[0002]鍋爐及換熱器的歷史悠久，在工業(yè)化革命中發(fā)揮了至關(guān)重要的作用，時(shí)至今日在能源、化工、制造、冶金、輕工、食品、醫(yī)藥等行業(yè)中依然對高效鍋爐及換熱器存在巨大的市場需求。換熱技術(shù)裝備設(shè)計(jì)水平低，導(dǎo)致單位國內(nèi)生產(chǎn)總值能耗和主要耗能產(chǎn)品能耗高于主要能源消費(fèi)國家平均水平。同時(shí)能源轉(zhuǎn)換過程中排出的廢氣SO2、N0X、C0等是大氣污染的主要原因，也是溫室氣體排放的主要來源。這種狀況持續(xù)下去，將給生態(tài)環(huán)境帶來更大的壓力。因此在科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展過程中，新型換熱技術(shù)不斷涌現(xiàn)，不斷滿足市場對高效換熱和低原材料消耗，實(shí)現(xiàn)節(jié)能和減排的雙重目的。
[0003]發(fā)達(dá)國家對節(jié)能問題的關(guān)注始于上個(gè)世紀(jì)70年代石油危機(jī)發(fā)生之后，不斷攀升的高油價(jià)，促使許多國家更加重視節(jié)能問題。由于這些國家政府采取了鼓勵(lì)政策措施，因而，節(jié)能新技術(shù)和新產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)，能源使用效率大幅提高，這給它們帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。20世紀(jì)70年代以來，法國、荷蘭、英國、奧地利、瑞典和美國相繼進(jìn)行了冷凝換熱器的研制。在鍋爐中增設(shè)冷凝換熱器，回收并利用煙氣中水蒸氣冷凝時(shí)放出的汽化潛熱。自20世紀(jì)70年代以來，國外冷凝式供熱鍋爐的生產(chǎn)與應(yīng)用也已具有一定規(guī)模。在美國使用得相對較晚，比歐洲晚十年左右。國外應(yīng)用20-1400KW小型冷凝式鍋爐相當(dāng)廣泛。尤其是在國家目前大力推廣的煤改氣項(xiàng)目中，大量燃煤鍋爐改成燃?xì)夤?。而燃?xì)忮仩t的排煙溫度普遍控制在170-250°C。冷凝式鍋爐就是利用高效的煙氣冷凝余熱回收裝置來吸收鍋爐尾部排煙中的顯熱和水蒸汽凝結(jié)所釋放的潛熱，以達(dá)到提高鍋爐熱效率的目的。
[0004]而目前國內(nèi)市場上普遍采用的冷凝換熱器的換熱管普遍采用的壓制螺旋管是通過三滾輪傾斜一定角度，中心夾住管子，通過三個(gè)滾輪的滾動(dòng)帶動(dòng)管子旋轉(zhuǎn)，同時(shí)在管子表面形成細(xì)微淺凹痕。該種壓制螺旋管存在的問題是管徑僅為61mm和63_兩個(gè)規(guī)格，且為同平面軸向變形，壓制深度非常淺，管外表面的凹槽深度僅為3-4毫米，且螺距長達(dá)150-200mm，介質(zhì)流經(jīng)管外表面時(shí)幾乎無法形成劇烈的擾動(dòng)，換熱系數(shù)相對較低，單位面積內(nèi)換熱效果有限。同時(shí)因?yàn)楣懿慕饘偻獗砻孀冃卧斐蓛?nèi)表面形成適當(dāng)凸起，但由于在壓制過程中金屬密度的變化造成內(nèi)表面的凸起非常微弱，管內(nèi)凸起僅為1-2mm，變形量僅占整個(gè)管徑的3%，無法使管子內(nèi)流動(dòng)的介質(zhì)劇烈擾動(dòng)，同時(shí)隨著管子直徑的增加造成管子中心部的高速流動(dòng)芯流介質(zhì)無法參與同管壁的熱交換，結(jié)果是必須通過增加管子數(shù)量來滿足換熱溫降的需求，造成對金屬材料的浪費(fèi)，增加一次能源的消耗。
[0005]而國際上普遍采用的最先進(jìn)的波浪形螺旋換熱管依舊是簡單的將圓管壓扁然后再螺旋，依然存在較大的改進(jìn)空間。首先存在壓扁后管徑加寬，在管子兩端依然是圓管的情況下不易抽出檢修更換，同時(shí)依然采用的是單流道設(shè)計(jì)。還沒有起到對流體的充分分散，換熱效率依然有很大的提升空間。因此對換熱管的結(jié)構(gòu)提出了更高的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是為了提高換熱器的效率而提出的一種具有四螺旋凹槽的換熱管及具有其的換熱器，該換熱管完全區(qū)別于目前市場上的換熱管及有其制成的換熱器。尤其適用于煙氣-水、蒸汽-水換熱、水-水換熱、廢氣-空氣、氣體-液體換熱等。
[0007]一種具有四螺旋凹槽的換熱管，該換熱管沿長度方向具有兩端段與中間段，兩端段與中間段一體成型，且兩端段與中間段軸線重合;所述兩端段為直管段，便于工裝卡箍固定，所述中間段為壓制變形管段，所述壓制變形管段具有沿長度方向平行設(shè)置且間距相同的四條螺旋凹槽，四條所述螺旋凹槽的縱深相同，所述縱深深度為壓制變形管段內(nèi)管徑的40%以上，所述中間段的任一橫截面均為蝶形。將換熱管由與軸向具有一定角度的四個(gè)方向壓制變形形成四條螺旋凹槽，且縱深深度為壓制變形管段內(nèi)管徑的40%以上，預(yù)留了足夠的壓制進(jìn)深的空間，實(shí)現(xiàn)介質(zhì)流經(jīng)管材外表面時(shí)擾動(dòng)劇烈，強(qiáng)化換熱。
[0008]所述壓制變形管段為正弦波浪形彎曲管段。該壓制變形管段選用正弦波浪形彎曲管段，相對平滑的弧形曲線使得流體在管中流動(dòng)順暢。
[0009]所述螺旋凹槽的曲率Κ= 1/20-_1/40(曲率是圓弧切線和弧長比)，螺距可縮短至60mm，單位長度內(nèi)增加了一倍以上的扭曲數(shù)量，有效換熱長度內(nèi)強(qiáng)化換熱能力增加明顯。
[0010]所述換熱管的管材長度為500mm-6000mm均可，管材長度適用范圍廣。
[0011]所述直管段為圓形直管段，所述圓形直管段的管材長度約為100_。
[0012]所述換熱管的外管徑為10mm-350mm，管徑適用范圍廣。
[0013]所述換熱管的材料為紫銅、銅鎳合金、鈦、不銹鋼、碳素鋼、鋁合金或聚四氟乙烯。
[0014]—種換熱器，具有包括上述特征的換熱管。
[0015]本實(shí)用新型通過增大壓制變形管段的螺旋凹槽壓制深度，促使管子內(nèi)中心部的高速流動(dòng)芯流介質(zhì)與同管壁的熱交換異常劇烈，且同時(shí)螺距可縮短至60mm，單位長度內(nèi)增加了一倍以上的扭曲數(shù)量，有效換熱長度內(nèi)強(qiáng)化換熱能力增加明顯，實(shí)現(xiàn)減少管子數(shù)量來滿足同等換熱內(nèi)外雙擾動(dòng)效果的需求，節(jié)省金屬材料的效果明顯，減少對一次能源的消耗，對國家節(jié)能減排的貢獻(xiàn)做出突出貢獻(xiàn)。
【附圖說明】
[0016]附圖1為本實(shí)用新型的主視圖。
[0017]附圖2為本實(shí)用新型壓制變形管段的截面圖。
[0018]附圖3為本實(shí)用新型立體效果圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]實(shí)施例1:
[0020]參見圖1、圖2及圖3，一種具有四螺旋凹槽的換熱管，該換熱管沿長度方向具有兩端段與中間段，兩端段與中間段一體成型且兩端段與中間段軸線重合;所述兩端段為直管段，便于工裝卡箍固定，所述中間段為壓制變形管段，所述壓制變形管段具有沿長度方向平行設(shè)置且間距相同的四條螺旋凹槽，四條所述螺旋凹槽的縱深相同，所述縱深深度為壓制變形管段內(nèi)管徑的40%以上，所述中間段的任一橫截面均為蝶形。
[0021]將換熱管從與軸向具有一定角度的四個(gè)方向壓制變形形成四條螺旋凹槽，且縱深深度為壓制變形管段內(nèi)管徑的40%以上，預(yù)留了足夠的壓制進(jìn)深的空間，實(shí)現(xiàn)介質(zhì)流經(jīng)管材外表面時(shí)擾動(dòng)劇烈，強(qiáng)化換熱。以DN38管徑為例，凹槽深度達(dá)到15mm，實(shí)現(xiàn)介質(zhì)流經(jīng)管材外表面時(shí)擾動(dòng)劇烈，強(qiáng)化換熱。兩端段與中間段一體成型且兩端段與中間段軸線重合，利于換熱管在換熱器中的排列。
[0022]實(shí)施例2
[0023]參照實(shí)施例1的一種具有四螺旋凹槽的換熱管，本實(shí)施例中，壓制變形管段為正弦波浪形彎曲管段(圖中未示出)。
[0024]該壓制變形管段選用正弦波浪形彎曲管段，相對平滑的弧形曲線使得流體在管中流動(dòng)順暢。
[0025]實(shí)施例3
[0026]參照實(shí)施例1或?qū)嵤├?的一種具有四螺旋凹槽的換熱管，本實(shí)施例中，螺旋凹槽的曲率1(=^20-4/40(曲率是圓弧切線和弧長比)，螺距可縮短至60mm，單位長度內(nèi)增加了一倍以上的扭曲數(shù)量，有效換熱長度內(nèi)強(qiáng)化換熱能力增加明顯。
[0027]實(shí)施例4
[0028]參照實(shí)施例3的一種具有四螺旋凹槽的換熱管，本實(shí)施例中，換熱管的管材長度為500mm-6000mm，管材長度適用范圍廣。
[0029]實(shí)施例5
[0030]參照實(shí)施例3的一種具有四螺旋凹槽的換熱管，本實(shí)施例中，直管段為圓形直管段。
[0031 ] 實(shí)施例6
[0032]參照實(shí)施例3的一種具有四螺旋凹槽的換熱管，本實(shí)施例中，圓形直管段的管材長度約為100mm。
[0033]實(shí)施例7
[O O3 4 ]參照實(shí)施例3的一種具有四螺旋凹槽的換熱管，本實(shí)施例中換熱管的外管徑為10mm-350mm，管徑適用范圍廣。
[0035]實(shí)施例8:參照實(shí)施例4或5或6或7的一種具有四螺旋凹槽的換熱管，本實(shí)施例中換熱管的材料為聚四氟乙烯、紫銅、銅鎳合金、鈦、碳素鋼、鋁合金或不銹鋼管。
[0036]本實(shí)用新型提供了一種全新的四頭螺紋變形結(jié)構(gòu)，在換熱管表面有向管內(nèi)深入凸起的四個(gè)螺旋凹槽。將單流道增加為四流道，管內(nèi)介質(zhì)分散到四流道內(nèi)，四流道截面積呈現(xiàn)分散花瓣的形狀，管內(nèi)介質(zhì)分散的更加均勾，同時(shí)扭曲旋轉(zhuǎn)，最大限度地實(shí)現(xiàn)介質(zhì)的中心溫度與管壁實(shí)現(xiàn)近距離接觸，促進(jìn)了流體的湍流流動(dòng)、分離和破壞了邊界層，換熱速度加快，換熱時(shí)間縮短，換熱系數(shù)提高明顯，有效縮短換熱管長度，節(jié)省材料。同時(shí)圓管整體外徑?jīng)]有變化，經(jīng)扭曲工藝后螺旋段直徑略低于圓管外徑，徹底解決了換熱管更換的難題。
[0037]本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)了在換熱功率相等的情況下極大縮短了換熱管的長度，減少了換熱管的數(shù)量，減小了換熱設(shè)備的體積和空間。極大地為制造者降低了成本，節(jié)省金屬材料的效果明顯，減少對一次能源的消耗，對國家節(jié)能減排的貢獻(xiàn)做出突出貢獻(xiàn)。在煙氣冷凝換熱器中應(yīng)用此技術(shù)，有效提高了換熱效率，實(shí)現(xiàn)了充分冷凝，降低了廢氣中NOx的排放，為傳統(tǒng)鍋爐冷凝化及冷凝鍋爐的研發(fā)提供了技術(shù)平臺(tái)。
[0038]最后所應(yīng)說明的是，以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實(shí)施例對本實(shí)用新型進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種具有四螺旋凹槽的換熱管，其特征在于，該換熱管沿長度方向具有兩端段與中間段，兩端段與中間段一體成型，且兩端段與中間段軸線重合;所述兩端段為直管段，便于工裝卡箍固定，所述中間段為壓制變形管段，所述壓制變形管段具有沿長度方向平行設(shè)置且間距相同的四條螺旋凹槽，四條所述螺旋凹槽的縱深相同，所述縱深深度為壓制變形管段內(nèi)管徑的40%以上，所述中間段的任一橫截面均為蝶形。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有四螺旋凹槽的換熱管，其特征在于，所述壓制變形管段為正弦扭曲波浪形彎曲管段。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種具有四螺旋凹槽的換熱管，其特征在于，所述螺旋凹槽的曲率K = 1/20—1/40。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種具有四螺旋凹槽的換熱管，其特征在于，所述換熱管的管材長度為 500mm-6000mm。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種具有四螺旋凹槽的換熱管，其特征在于，所述直管段為圓形直管段。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種具有四螺旋凹槽的換熱管，其特征在于，所述圓形直管段的管材長度約為100mm。7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種具有四螺旋凹槽的換熱管，其特征在于，所述換熱管的外管徑為 10iffln_350mm。8.根據(jù)權(quán)利要求4-7任一項(xiàng)所述的一種具有四螺旋凹槽的換熱管，其特征在于，所述換熱管的材料為紫銅、銅鎳合金、鈦、不銹鋼管、碳素鋼、鋁合金或聚四氟乙烯。9.一種換熱器，其特征在于，包括有如權(quán)利要求1-8任意一項(xiàng)所述的一種具有四螺旋凹槽的換熱管。
【文檔編號(hào)】F28F1/00GK205619809SQ201620195070
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2016年3月15日
【發(fā)明人】王成研
【申請人】王成研