專利名稱：一種換熱器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種換熱器，尤其是一種用于兩種流體不接觸(例如制冷劑-水之間的熱交換)的表面式蛇管換熱器。
背景技術(shù)：
在工業(yè)生產(chǎn)中，凡用來實現(xiàn)冷熱流體熱量交換的設(shè)備，統(tǒng)稱為換熱器。它在化工、 煉油、原子能、建筑、機械、交通等許多技術(shù)領(lǐng)域中均有廣泛的應(yīng)用。如化工生產(chǎn)中的加熱器、冷卻器、蒸發(fā)器、冷凝器、再沸器等；又如熱力發(fā)電廠中的空氣預(yù)熱器、蒸汽過熱器、凝汽器和冷水塔等，為了滿足不同生產(chǎn)條件的需要，各工業(yè)部門采用多種多樣的換熱器。根據(jù)冷熱流體間的換熱方式，換熱器可分為三類間壁式換熱器、接觸式換熱器和蓄熱式換熱器。 其中，間壁式換熱器按傳熱面的結(jié)構(gòu)形式，又分為管式換熱器(如管殼式換熱器、蛇管換熱器、套管換熱器、噴淋式換熱器、空氣冷卻器等)和板式換熱器(如螺旋板式換熱器、平板式換熱器、板翅式換熱器等)。目前，小型風(fēng)冷冷(熱)水中央空調(diào)機組由于結(jié)構(gòu)緊湊，所使用的制冷劑_水換熱器絕大部分為釬焊板式換熱器，通過板間換熱，實現(xiàn)制冷劑與水之間的熱量傳遞，然后再利用水泵將冷(熱)水輸送至室內(nèi)末端裝置。但板式換熱器有一致命的缺點是易凍結(jié)損壞， 其內(nèi)部某板片凍裂后，幾乎是無法修復(fù)的，往往造成整個空調(diào)系統(tǒng)的報廢。另外，由于釬焊板式換熱器的板間液態(tài)制冷劑分配方式的限制，導(dǎo)致板式換熱器的放置方式受到限制，從而影響了機組內(nèi)空間的利用。為了克服現(xiàn)有釬焊板式換熱器所存在的固有問題，通常采用逆流盤管式換熱器的結(jié)構(gòu)形式，從而有效地解決了現(xiàn)有釬焊板式換熱器的問題。例如中國專利02204830. 8介紹了一種逆流盤管式換熱器，包括矩形殼體，放置在殼體內(nèi)的盤管和電加熱器。矩形殼體內(nèi)部由導(dǎo)流板和隔板分隔出的蛇形流體通道，水流通道的內(nèi)壁面安裝有擾流器和叉流板支架，利用擾流器和叉流板實現(xiàn)水側(cè)流體的擾動，提高換熱性能，制冷劑側(cè)通道為具有180° 的蛇形盤管，同時在殼體內(nèi)安裝了電加熱器，提供了融冰熱源，有效的防止了殼體內(nèi)的冰凍問題。為了解決因受盤管因彎曲半徑的限制所導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)不緊湊，空間浪費嚴(yán)重，進(jìn)而影響到換熱性能的缺陷，中國專利200910250518. X介紹了一種盤管及具有該盤管的換熱器，由若干個首端和尾端依次相接成連續(xù)彎曲線的弧狀管組成，所述弧狀管的首端和尾端之間跨越的角度大于180度，相鄰的兩個所述弧狀管連接處的中心線與一直管中心線相切連接， 并且在殼體內(nèi)布置導(dǎo)流裝置，導(dǎo)流裝置由若干個導(dǎo)流圓柱和連接壁組成，進(jìn)一步實現(xiàn)了換熱器的緊湊和小型化。雖然上述形式的盤管式換熱器解決了現(xiàn)有小型風(fēng)冷冷(熱)水中央空調(diào)的換熱器問題，但由于現(xiàn)有技術(shù)所采用的流動形式均為通過相鄰的管內(nèi)流體通道之間相互平行，在制冷劑側(cè)通道的兩端以半圓連接管與上下相鄰的制冷劑通道來連接，形成蛇形(U形)盤管。這類換熱結(jié)構(gòu)將嚴(yán)重地影響換熱器的傳熱或阻力特性，例如低流速下的層流流動的換熱系數(shù)較低，而高流速下的湍流流動的換熱系數(shù)雖然較高，但由于殼側(cè)流體的流道過長，造
3成阻力很大，導(dǎo)致殼側(cè)流體的泵功過大，這都不利于換熱器實現(xiàn)高效、節(jié)能的要求。另外，雖然采用了導(dǎo)流柱、擾流板等裝置，提高了換熱性能，但卻進(jìn)一步增加了系統(tǒng)的阻力，容易在流體轉(zhuǎn)向區(qū)，例如導(dǎo)流柱和擾流板的死角形成污垢堆積，并且增加了系統(tǒng)制造與加工的復(fù)雜程度，進(jìn)一步降低系統(tǒng)性能。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)基于增加系統(tǒng)流動阻力和增加水泵泵功消耗的基礎(chǔ)上，提供一種通過換熱管自身結(jié)構(gòu)布置形式，在不增加外設(shè)裝置和保證換熱性能、 空間安裝尺寸不變的條件下，實現(xiàn)較現(xiàn)有技術(shù)更小的流動阻力和泵功消耗，達(dá)到全面節(jié)能的實用目的的換熱器。為達(dá)到上述目的，本實用新型采用的技術(shù)方案是包括開設(shè)有換熱工質(zhì)入口和換熱工質(zhì)出口的殼體，在殼體內(nèi)設(shè)置有若干層帶有制冷劑入口和制冷劑出口的蛇形換熱管， 相鄰兩層蛇形管交錯布置，殼體內(nèi)還設(shè)置有用于固定蛇形換熱管的定位柱。本實用新型相鄰兩層蛇形熱管的上層換熱管和下層換熱管的交叉角度為10° 40°。上層換熱管和下層換熱管的交叉角度根據(jù)定位柱的直徑和間距調(diào)節(jié)。蛇形換熱管的直管段長度占總長度的70%。蛇形換熱管的彎角大于180°。蛇形換熱管的采用無內(nèi)芯彎管技術(shù)一次成型。本實用新型根據(jù)換熱量的大小及安裝布置結(jié)構(gòu)形式的不同采用多層蛇形管的布置方式，不同層之間的換熱管形成網(wǎng)狀交錯布置，極大地增加了殼側(cè)流體的擾動，即便是在較小流速下，也能有效地加強管外繞流形式的流體擾動，從而大大提高殼側(cè)流體的傳熱系數(shù)及換熱器傳熱性能，并使得殼側(cè)流體的溫度分布更加均勻；另外，由于采用本實用新型提出的結(jié)構(gòu)形式，去除了現(xiàn)有技術(shù)所常用的擾流板、導(dǎo)流柱等部件，大大減少了設(shè)備的加工制造與組裝成本，同時由于將現(xiàn)有技術(shù)的轉(zhuǎn)向阻力損失較大的殼側(cè)交替流動形式，改進(jìn)為阻力較小的管外繞流形式，再加之較現(xiàn)有技術(shù)大大減少了原有結(jié)構(gòu)的殼側(cè)流體流程長度，從而有效地減少了殼側(cè)的流動阻力，降低了系統(tǒng)的泵功消耗，實現(xiàn)了節(jié)能。

圖1是本實用新型的剖視圖；圖2是本實用新型的換熱蛇形管結(jié)構(gòu)圖；圖3是本實用新型的效果分析圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說明。參見圖1，2，本實用新型包括開設(shè)有換熱工質(zhì)入口 7和換熱工質(zhì)出口 8的殼體4， 在殼體4內(nèi)設(shè)置有若干層帶有制冷劑入口 1和制冷劑出口 6采用無內(nèi)芯彎管技術(shù)一次成型的蛇形換熱管，該蛇形換熱管的彎角大于180°，其兩端彎頭靠在一起(或者相距很近)，從空間上大大減小了換熱器的體積，直管段長度占總長度的70%，眾所周知，流體在直管段內(nèi)流動時只有沿程摩擦阻力沒有因為流向變化而導(dǎo)致的過大局部阻力，所以流體直管段內(nèi)流動時較在彎管段中流動時阻力損失小得多。由于本實用新型中蛇形換熱管具有很長的直管段，所以本實用新型的管內(nèi)流體的流動阻力大大降低，減小了管內(nèi)流體的泵功消耗，而現(xiàn)有技術(shù)往往采用復(fù)雜多彎管的結(jié)構(gòu)形式，極大地增加了管內(nèi)的壓力損失，降低了系統(tǒng)效率。 本實用新型相鄰兩層蛇形管交錯布置，上層換熱管2和下層換熱管3的交叉角度為10° 40°，殼體4內(nèi)還設(shè)置有用于固定蛇形換熱管的定位柱5，上層換熱管2和下層換熱管3的交叉角度根據(jù)定位柱5的直徑和間距調(diào)節(jié)，可通過定位柱5的直徑和間距的不同組合實現(xiàn)不同夾角大小的多種布置結(jié)構(gòu)形式，使得兩個夾角9工和θ 2大小不同，使得殼側(cè)的液體流動更加無序，擾動更加劇烈。工作時，殼側(cè)與管內(nèi)一般為冷熱兩種不同流體，殼側(cè)流體在流動中受到交錯布置的換熱管的擾動，形成極度混亂的流動形態(tài)，促進(jìn)了流體內(nèi)部的對流和熱質(zhì)交換，使得殼側(cè)流體的溫度更加均勻，與管內(nèi)流體的換熱溫差更大，從而大大提高了殼側(cè)流體的換熱系數(shù)。 參見圖3，換熱量與阻力之比隨夾角θ2的變化趨勢圖，同時固定夾角eiSsz。。 由圖3可以看出，在θ2=18°左右時換熱量與阻力之比達(dá)到最大值，即此時達(dá)到相同的換熱量所需要消耗的泵功最小，也就是說此時的“性價比”最高。此時的θ2約為9工的一半， 殼側(cè)流體受到前后兩個不同夾角的換熱管的擾動，使其流動形態(tài)極為混亂，從而其換熱系數(shù)很高，而其最小流通截面又不至過小，故其流速不高，從而其阻力也不是很高，所以綜合起來其換熱量與阻力之比最高。當(dāng)θ2<18° (即圖3中最高點的左側(cè))時，由于92過小導(dǎo)致殼側(cè)流體的最小流通截面很小，從而使得殼側(cè)流體的流動阻力過大，盡管此時換熱量會有所提高，但是其換熱量與阻力之比仍然隨著θ 2的減小而減??；當(dāng)θ2>18° (即圖 3中最高點的右側(cè))時，由于θ2變大，并且越來越接近于θ ”此時的殼側(cè)流體的擾動周期性越來越明顯，也就是說，后面夾角θ 2的兩條邊不能對殼側(cè)流體進(jìn)行進(jìn)一步的擾動，所以此時隨著θ2的增加(或者說接近θ ^，換熱器的換熱量迅速下降，盡管其殼側(cè)流體的流動阻力有所減小，但是其換熱量與阻力之比仍然是隨著θ 2的增大而減小的。在7° -27°范圍內(nèi)本實用新型中的換熱器的換熱量與流動阻力之比遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)的U型管換熱器，而大于 29°時要小于傳統(tǒng)的U型管換熱器。這主要是由于隨著本實用新型中換熱器的換熱管的夾角的增大，管內(nèi)外流體的流動方向越來越接近于順流，所以對流換熱系數(shù)隨之降低。
權(quán)利要求1.一種換熱器，包括開設(shè)有換熱工質(zhì)入口(7)和換熱工質(zhì)出口(8)的殼體(4)，其特征在于在殼體(4)內(nèi)設(shè)置有若干層帶有制冷劑入口(1)和制冷劑出口(6)的蛇形換熱管，相鄰兩層蛇形管交錯布置，殼體(4)內(nèi)還設(shè)置有用于固定蛇形換熱管的定位柱(5)，相鄰兩層蛇形熱管的上層換熱管(2)和下層換熱管(3)的交叉角度為10° 40°。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的換熱器，其特征在于所述的上層換熱管(2)和下層換熱管 ⑶的交叉角度根據(jù)定位柱(5)的直徑和間距調(diào)節(jié)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的換熱器，其特征在于所述的蛇形換熱管的直管段長度占總長度的70%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的換熱器，其特征在于所述的蛇形換熱管的彎角大于180°。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的換熱器，其特征在于所述的蛇形換熱管的采用無內(nèi)芯彎管技術(shù)一次成型。
專利摘要一種換熱器，包括開設(shè)有換熱工質(zhì)入口和換熱工質(zhì)出口的殼體，在殼體內(nèi)設(shè)置有若干層帶有制冷劑入口和制冷劑出口的蛇形換熱管，相鄰兩層蛇形管交錯布置，殼體內(nèi)還設(shè)置有用于固定蛇形換熱管的定位柱。本實用新型不同層之間的換熱管形成網(wǎng)狀交錯布置，極大地增加了殼側(cè)流體的擾動，即便是在較小流速下，也能有效地加強管外繞流形式的流體擾動，從而大大提高殼側(cè)流體的傳熱系數(shù)及換熱器傳熱性能，并使得殼側(cè)流體的溫度分布更加均勻；另外去除了現(xiàn)有技術(shù)所常用的擾流板、導(dǎo)流柱等部件，同時將殼側(cè)交替流動形式，改為阻力較小的管外繞流形式，減少了殼側(cè)流體流程長度，有效地減少了殼側(cè)的流動阻力，降低了系統(tǒng)的泵功消耗，實現(xiàn)了節(jié)能。
文檔編號F25B39/00GK202254497SQ20112027564
公開日2012年5月30日 申請日期2011年8月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月1日
發(fā)明者劉岡云, 劉迎文, 方真健, 蔣志武, 黃昌華 申請人:西安交通大學(xué)