[发明专利]椭圆连续扭曲管同轴换热器

说明书

技术领域：

本发明属于热交换装置范畴，特别是涉及一种椭圆连续扭曲管同轴换热器。

背景技术：

热交换器广泛应用于各种工业领域，是实现传热工艺要求的重要设备。在热泵、空调、暖通等领域内常采用套管式换热器。现有技术中普遍采用的是套管式换热器是一根外管中内装一根或几根光管，但这种换热器的传热效率普遍较低；另外这类换热器在做成同轴螺旋套管型式时，外管内需要有支撑件以保证同轴和不损坏。

再有一种是内管采用多头螺旋管，内管独特的多头螺旋形设计使得流体在内外管间多个小螺旋通道内形成旋流，可以起到强化传热的效果，并在工艺上保证内外管同轴；但由于通道小，这类换热器往往阻力很大，且由于其两侧通道截面往往相差很大，故只能用于水与制冷剂的换热。

研究资料表明：椭圆扭曲管用于一般的壳管式换热器具有较高的传热系数，且在相同条件下，流动阻力较小，总体性能较好，是一种有开发潜力的产品。但由于生产工艺的关系，椭圆扭曲管国内生产厂家较少，采用椭圆扭曲管为内管的同轴换热器目前没见到产品。

因此，有效提高现有技术的同轴换热器的传热效率、扩大工艺流体的应用范围，而不显著增加阻力成为制作同轴换热器的一个重要问题。

发明内容：

本发明的目的，是为了解决现有技术中上述存在的问题。而提供的一种换热效果好但阻力增加很少；既可适用于制冷剂相变换热，也可用于水-水单相换热的新型椭圆连续扭曲管同轴换热器。

本申请是通过如下技术方案来实现其发明目的：

研制一种椭圆连续扭曲管同轴换热器，由外管与嵌套设置的内管构成，其特征是：

所述的外管是圆管；所述的内管设置为单根椭圆形连续扭曲管(亦称同轴交面管)或近似椭圆形连续扭曲管，所述的内管的外长轴与外管的内径相等；

所述的内管的长径∶短径＝1∶0.2～0.6；

所述内管的扭曲斜度设置为10～60°；

所述内管的长短轴方向与内管轴线的夹角交替变换；

所述的换热器两端的内管和外管结合部焊接封闭；

所述的换热器两端的内管和外管结合部的外管壁分别设置工质的进口和出口；

嵌套设置的内管和外管整体螺旋弯曲呈叠置的环形盘状，构成整体形状是螺旋跑道型，螺旋蚊香型或弹簧型的椭圆连续扭曲管同轴换热器。

上述的椭圆连续扭曲管同轴换热器，其特征是所述内管的长径∶短径＝1∶0.3～0.4。

上述的椭圆连续扭曲管同轴换热器，其特征是所述内管的扭曲斜度设置为20～40°。

扭曲斜度系指扭曲线切线与外管延伸线方向的角度，可以在10～60°范围内选择；优选20～40°范围内。

上述的椭圆连续扭曲管同轴换热器，其特征是所述内管的扭曲管相邻两段间的距离相等或不等。

上述的椭圆连续扭曲管同轴换热器，其特征是所述内管的内、外表面设置为光滑表面。

这种椭圆连续扭曲管同轴换热器由内管、外管组成。内管为同轴椭圆连续扭曲管，根据需要做成不同导程的扭曲管，外管为圆管，内管嵌套在外管内；内管和外管均采用钢制管；椭圆扭曲管(内管)的外长轴等于外管的内径，椭圆扭曲管外壁紧贴外管内壁；内管和外管的连接端口处采用焊接封闭，冷热流体两种工质的进出口分别安装在内、外管两端。其中一种流体的进出口与内管连接，另一种流体的进出口与外管与内管间的通道连接；冷热流体的流道可根据需要选择内管或外管。

本发明的特点是：

由于内管为椭圆连续扭曲管，因此，两侧流体在作整体盘旋时，流体沿流道轴心作旋转，强化了传热；在强化传热的同时，内外两侧工质流动阻力增加很小。

由于本发明的“内管(连续扭曲管)的外长轴与外管的内径相等”这一结构特征(参见附图3)，故每个截面上内管的外壁都有两个点与外管内壁紧密接触，都是一个“自支撑点”；整体椭圆连续扭曲管同轴换热器具有“N个自支撑点”。

制作时，镶套好的(内、外管)整体螺旋弯曲时，“N个自支撑点”起到自动支撑的作用，无须另做支撑件。

在设计换热器时，对外管内径及椭圆扭曲内管的长短轴进行调整或螺距调整可使冷热流体的流道截面比发生改变，可适用于多种工况和多种工质。

由于扭曲管的结构特点，即使管程为高粘度流体或流速较低时，也会获得很高的湍流度；在外管与内管间通道(夹套)内为螺旋流，增强了湍流度，强化了壳程传热。椭圆连续扭曲管可以使换热器传热能力增加10～20％。