[发明专利]一种螺旋状换热管

说明书

技术领域

本发明涉及热交换器中的换热管、尤其涉及强化换热结构的换热管。

背景技术

热交换器、也称换热器，是石油、化工、动力、能源、冶金、航空、车辆、制冷、食品、环保以及其他许多工业部门广泛使用的通用工艺设备，是保证加工过程正常顺利运转不可缺少的关键部件，在材质消耗、动力消耗及工程投资方面占有很重要的份额。目前，能源危机越来越严重，以能源为中心的社会、经济、环境等问题日益突出，节能和能源的合理有效利用显得尤为重要。

要提高换热器的效率，即强化换热器的传热，可采取某些技术措施以提高换热设备的传热量或者在满足原有传热量条件下，使它的体积缩小。换热器传热强化通常使用的手段包括三类：扩展传热面积(F)；加大传热温差；提高传热系数(K)。而在特定的使用条件下，通常传热温差是固定的，因此换热器的强化传热集中在扩展传热面积和提高传热系数上。现在已有的，比较好的方案是采用螺旋管以增大传热面，加入扰动以提高传热系数。专利号为CN93246616.8的《螺旋双圆弧扁管式换热器》，其结构就具有一定的强化传热作用。它的换热管为螺旋双圆弧扁管形状，其螺旋是以换热管自身的轴心为中心线，将管本身扭成螺纹状，通过其换热管的形状使得管内介质流动状态发生一些改变，可以获得较常规换热器略大一点的对流换热系数。但是，由于其螺旋升角过大，故对流换热系数的提高十分有限；而且要把扁管形状的换热管加工成螺旋状，其难度也相当大。

发明内容

本发明的目的是，提供一种能够极大地提高对流换热系数、且加工容易的螺旋状换热管。

实现所述目的之技术方案是这样一种螺旋状换热管，它与现有技术相同的方面是，起换热作用的部分呈螺旋状。其改进之处是，本发明中换热管的横截面为圆环形，起换热作用部分的螺旋升角为10°～30°、其螺距为该换热管外径的3～6倍；把该换热管两端固定在换热器上的、其换热介质的进口端1和出口端2，均是一段直管。也就是说，本发明换热管中起换热作用部分，其外形相当于是一段压缩弹簧。

把本发明的换热管装入换热器中后，除仍可以像现有技术那样使用之外，还可以用脉动方式来不断地改变流经该换热管内的介质(例如热水等)的压力和流速。

从方案中可以看出，该换热管本身已经不是现有技术中的那种“刚性”的结构了，而是具有一定弹性的结构。所以，该换热管在使用时，其自身有一定的轴向振动(即：在螺旋管段上两个任意的观察点之间看，该段是时而伸长、时而缩短的)，这样，其弹簧状管的内壁就不断地撞击着流体介质，形成强制旋流和二次流，促进从层流边界层到旺盛紊流区的径向混合，从而使流体产生旋涡运动，基本消除了层流边界层，缩小了过渡区，扩大了紊流区，提高了换热性能。在其管外，也由于弹簧状管的不规则外形以及轴向振动，同样破坏了管面的边界层，并增加了管外流体的扰动，也提高了换热性能。

同样由于该换热管是弹簧状，这样，其总长度就有所增加，进而扩大了换热面积。

由于换热管在使用时其自身有一定的轴向振动，介质就要不断改变流向而冲击管壁，从而又有防污垢和自净的效果，进而能够长期维持较好的传热性能、并能防止内管壁被沉积物腐蚀，既降低了维护费用、也延长了其使用寿命。

由于本发明仅用通用的作为换热管用的管子绕制即可，所以，其结构简单，加工方便。与带肋片的换热管相比较，其强化传热的效益远远大于投入，具有很高的经济性。

把本发明的换热管装入换热器中后，最好用脉动方式来不断地改变其管内介质的压力和流速。这样一来，上述有益效果更能进一步提升。

总之，与现有的换热管相比较，本发明不但有很高的传热效率，而且还有很强的自净和防结垢的能力，能有效的利用空间，实现小空间大热量热传输的能力。是一种结构简单、系统成本低廉的综合节能方案。相对于一般的自净传热管而言，本发明阻力更小，结构更为简单，不但成本低廉，而且能够很快地在实际中推广与应用。

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

附图说明：

图1——本发明的结构示意图

图2——图1的俯视图

图3——变频器频率变化示意图

图4——换热介质压力变化示意图

图5——本发明螺旋管段两个观察点之间的长度变化示意图

具体实施方式：