专利名称：套管换热器的制作方法
技术领域：
本发明披露了 一种套管换热器。
背景技术：
换热器是公知的。然而，它们存在着多种缺陷。换热器是将热能从高温流体传递到较低温度的流体，由此冷却高温流体并加热低 温流体的装置。换热器可用于诸如加热器、冷却器、蒸发器或冷凝器中。在换热器中使用的传热介质可分为将热量传递到对象或目标流体的加热介质和 从对象或目标流体吸取热量的冷却介质。冷却介质或加热介质可以在气态或液态下使用。作为一种类型的换热器，套管换热器可包括内管，第一流体被引入该内管并在其 中流动；以及设置为封围内管的外管，第二流体被引入外管并在其中流动。内管的侧壁可作 为在第一流体与第二流体之间进行热交换的传热壁使用。在这种套管换热器中，第二流体与内管外壁之间的传热表面积可能较小，因此热 交换效率很低。为了提高热交换效率，可以增大换热器的尺寸或套管(double pipe)的长 度。然而由于体积的原因，难以增大换热器的尺寸或套管的长度。
发明内容
根据本发明，提供了一种套管换热器，其包括具有第一中空部分的第一换热管； 以及第二换热管，其设置于第一换热管内并具有螺旋部分，在该螺旋部分的内表面上形成 有多个凸脊和凹槽。本发明还提供了一种加热器，其包括如上文所述的套管换热器。本发明还提供了一种冷却器，其包括如上文所述的套管换热器。本发明还提供了一种蒸发器，其包括如上文所述的套管换热器。本发明还提供了一种冷凝器，其包括如上文所述的套管换热器。根据本发明，还提供了一种套管换热器，其包括具有第一中空部分的第一换热 管；以及第二换热管，其与第一换热管同轴地设置于该第一换热管内并具有螺旋部分，在该 螺旋部分的内表面上形成有多个凸脊和凹槽，其中，该第二换热管包括第二流体入口，第 二流体经由该第二流体入口引入该第二换热管；第二流体出口，第二流体经由该第二流体 出口从该第二换热管排出；以及螺旋部分，其延伸在第二流体入口与第二流体出口之间。根据本发明，还提供了一种套管换热器，其包括第一换热管，其具有第一中空部 分；以及第二换热管，其与第一换热管同轴地设置在该第一换热管内并具有螺旋部分，在该 螺旋部分的内表面上形成有多个凸脊和凹槽，其中，节距W的范围大约为4mm < W < 10mm, 相邻的凸脊与凹槽之间的高度差Hc的范围大约为Imm < Hc < 3mm,所述节距W为所述第二 换热管的相邻的凹槽之间的长度。根据本发明，在设置于第一换热管内的第二换热管的表面上可形成有螺旋部分， 并且该螺旋部分的节距和高度可以被优化，从而大幅提高传热效率。
并且，根据本发明，提供了一种套管换热器，在该套管换热器中，设置于较内侧的 换热管可形成为螺旋形，其中可连续地形成(多个)凸脊和凹槽，由此使传热性能得以提
尚ο
以下将参照附图详细描述实施例，在附图中相同的附图标记表示相同的部件，其 中图1是根据一实施例的管套换热器的剖视图；图2是图1的A部分的放大图；以及图3是示出根据一实施例的套管换热器的传热性能与该套管换热器的螺旋部分 的节距(Pitch)W之间的关系的图表。
具体实施例方式通过随后结合下文阐示的附图对实施例进行的描述，将易见本发明的优点、特征 以及方案。在下面的描述中使用的术语和词语不局限于通常的或字典中的定义，而是能够 以与技术思想一致的适当的含义和定义来诠释。换热器是将热能从高温流体传递到较低温度的流体，由此冷却高温流体并加热低 温流体的装置。换热器可用于诸如加热器、冷却器、蒸发器或冷凝器中。在换热器中使用的传热介质可分为将热量传递到对象或目标流体的加热介质和 从对象或目标流体吸取热量的冷却介质。冷却介质或加热介质可以在气态或液态下使用。作为一种类型的换热器，套管换热器可包括内管，第一流体被引入该内管并在其 中流动；以及设置为封围内管的外管，第二流体被引入外管并在其中流动。内管的侧壁可作 为在第一流体与第二流体之间进行热交换的传热壁使用。在这种套管换热器中，第二流体与内管外壁之间的传热表面积可能较小，因此热 交换效率很低。为了提高热交换效率，可以增大换热器的尺寸或套管的长度。然而由于体 积的原因，难以增大换热器的尺寸或套管的长度。图1是根据一实施例的管套换热器的剖视图，图2是图1的A部分的放大图。参 照图1和图2，根据该实施例的套管换热器300可包括第一换热管100和第二换热管200。第一换热管100可形成为具有第一中空部分110的管状。例如，第一换热管100
可具有第一直径Dl。第一换热管100可包括与该第一换热管100连通的第一流体入口 120以及与该第 一换热管100连通的第一流体出口 130。第一流体可被引入并流过第一流体入口 120，并可 在进行热交换之后经由第一流体出口 130排出。在该示例性实施例中，例如，经由第一流体入口 120被引入、并随后经由第一流体 出口 130排出的第一流体可以是单相流体，例如冷却水。此外，第一流体可具有一第一温度。第二换热管200可设置在第一换热管100中并使得第一换热管100与第二换热管 200同轴。例如，第二换热管200可具有第二直径D2，该第二直径D2小于第一换热管100 的第一直径D1，因此在第一换热管100与第二换热管200之间可形成间隙G。第一流体可流过第一换热管100与第二换热管200之间的间隙G。在该示例性实施例中，例如，第二换 热管200的第二直径D2可为约19. 05mm。设置在第一换热管100内的第二换热管200可具有螺旋部分210。螺旋部分210 可在第二换热管200的表面形成为螺旋形式，并且螺旋形的螺旋部分210可具有多个凸脊 (ridge) 212 和凹槽 214。螺旋部分210可同时形成在第二换热管200的内表面和外表面上。可利用例如加 工辊(processing roller)来形成螺旋部分210的凸脊212和凹槽214。在第二换热管200的一端可形成第二流体入口 202，该第二流体入口 202可为圆 柱形，而在该第二换热管的另一端可形成第二流体出口 204，该第二流体出口 204可为圆柱 形。第二流体可被引入并流过第二流体入口 202，并可在热交换之后从第二流体出口 204排 出ο在该示例性实施例中，第二换热管200中的第二流体可以是两相流体。例如，第二 流体可在第二换热管200中从液态转化为气态。作为选择，提供到第二换热管200中的第 二流体也可以是单相流体。在该示例性实施例中，第二流体可具有不同于第一流体的第一温度的第二温度。 第一流体的第一温度可以高于第二流体的第二温度。作为选择，第一流体的第一温度可以 低于第二流体的第二温度。第二换热管200的螺旋部分210的节距W和由螺旋部分210形成的凸脊212与凹 槽214之间的高度差Hc对第一换热管100和第二换热管200的传热性能有重大影响。如 果螺旋部分210的高度差Hc和节距W未被最优化，则传热性能可能会降低或减弱。图3是示出根据一实施例的套管换热器中传热性能与螺旋部分的节距W之间的关 系的图表。在图3中，X轴标示螺旋部分210的节距W，Y轴标示传热性能。参照图3，随着螺旋部分210的节距W逐渐增大，图1中的套管换热器300的传热 性能反而降低。当螺旋部分210的节距W为约4至IOmm时，套管换热器300的传热特性处 于允许的范围内。然而，当第二换热管200的螺旋部分210的节距W小于约4mm时，传热特性提高， 但螺旋部分210的这种节距W难以制造和加工。当第二换热管200的螺旋部分210的节距 W大于约IOmm时，传热特性降低。因此，考虑到加工和传热特性的因素，螺旋部分210的节 距W可为约4至10匪。如图2所示，第二换热管200的螺旋部分210的凸脊212与凹槽214之间的高度 差Hc可为约1至3mm。当凸脊212与凹槽214之间的高度差Hc小于约Imm时，传热效率 显著降低。当凸脊212与凹槽214之间的高度差Hc大于约3mm时，传热效率提高，但螺旋 部分210的这种节距W难以制造和加工。因此，为了满足加工和传热特性的要求，螺旋部分 210的凸脊212与凹槽214之间的高度差Hc可为约1至3mm。为了形成第二换热管200的螺旋部分210的凸脊212和凹槽214，比值A/W，即节 距W的中点W/2与凸脊212的顶点P之间的距离A除以节距W的商，可以小于约0. 15。在 该示例性实施例中，如果从液相转化为气相的第二流体被提供到第二换热管200中，第二 换热管200的螺旋部分210可使第二流体高速旋转。此时，密度高于气相的第二流体的、液 相的第二流体可主要分布在螺旋部分210的内侧表面上，密度较低的、气相的第二流体可主要分布在螺旋部分210的中央部分。因此，液相的第二流体和气相的第二流体可在气旋效应(cyclone effect)下相 互分离。分布在螺旋部分210的内侧表面上的液相的第二流体可与提供到第一换热管100 中的第一流体有效地进行热交换，因而可进一步提高第一流体与第二流体之间的热交换特 性。根据本文披露的实施例，在设置于第一换热管内的第二换热管的表面上可形成有 螺旋部分，并且该螺旋部分的节距和高度可以被优化，从而大幅提高传热效率。本文披露的实施例提供了一种套管换热器，在该套管换热器中，设置于较内侧的 换热管可形成为螺旋形，其中可连续地形成多个凸脊和凹槽，由此使传热性能提高。此外，本文描述的实施例提供了一种套管换热器，其可包括具有第一中空部分的 第一换热管；以及第二换热管，其与第一换热管同轴地设置于该第一换热管内并具有螺旋 部分，在该螺旋部分的内表面上可形成有多个凸脊和凹槽。第二换热管可包括可插入或设于第一换热管的一侧的圆柱形第二流体入口，第 二流体可经由该第二流体入口流入；圆柱形第二流体出口，其可插入或设于第一换热管的 另一侧，第二流体可经由该第二流体出口排出；以及在第二流体入口与第二流体出口之间 连续地形成的螺旋形的螺旋部分。节距W的中央部分和凸脊的顶点P之间的距离A与节距W(即第二换热管的相邻 的凹槽之间的长度)的比值A/W可以小于约0. 15。节距W的范围可大约为4mm<W< 10mm，相邻的凸脊与凹槽之间的高度差Hc的范 围可大约为Imm < Hc < 3_。提供到第一换热管与第二换热管之间的第一流体的温度可以与提供到第二换热 管中的第二流体的温度不同。提供到第二换热管中的第二流体可以是单相流体或两相流体 两者中的一种。在本说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“示例实施例”等的任何引述表示与该 实施例关联地描述的具体特征、结构或特性包含于本发明的至少一个实施例中。在本说明 书中的各处出现的这些短语不一定全部指代相同的实施例。而且，当结合任一实施例描述 具体的特征、结构或特性时，应认为与(本发明的)实施例中的其它实施例关联的这种特 征、结构或特性的实现均不脱离本领域技术人员可预见的范围。尽管参照本发明的多个示例性实施例描述了实施例，但应理解的是，本领域技术 人员能够构想出许多不脱离本发明的原理和范围的其它变型和实施例。更具体而言，可在 说明书、附图以及所附权利要求的范围内在组成部分和/或对象组合布局的配置方面做出 各种变型和修改。除组成部分和/或配置的变型及修改以外，替代性的应用对本领域的技 术人员而言也是显而易见的。
权利要求
1.一种套管换热器，包括第一换热管，其具有第一中空部分；以及第二换热管，其设置于所述第一换热管内并具有螺旋部分，在所述螺旋部分的内表面 上形成有多个凸脊和凹槽。
2.如权利要求1所述的套管换热器，其中，所述第二换热管与所述第一换热管同轴地 设置在所述第一换热管内。
3.如权利要求1所述的套管换热器，其中，所述第一换热管包括第一流体入口，第一流体经由所述第一流体入口弓丨入所述第一换热管中；以及第一流体出口，所述第一流体经由所述第一流体出口从所述第一换热管排出。
4.如权利要求1所述的套管换热器，其中，所述第二换热管包括第二流体入口，第二流体经由所述第二流体入口弓丨入所述第二换热管中；第二流体出口，所述第二流体经由所述第二流体出口从所述第二换热管排出；以及螺旋部分，其在所述第二流体入口与所述第二流体出口之间延伸。
5.如权利要求4所述的套管换热器，其中，所述第二流体入口延伸穿过所述第一换热 管的第一侧壁，而所述第二流体出口延伸穿过所述第一换热管的第二侧壁。
6.如权利要求5所述的套管换热器，其中，所述第二侧壁与所述第一侧壁相对。
7.如权利要求4所述的套管换热器，其中，所述第二流体入口和所述第二流体出口为 圆柱形。
8.如权利要求1所述的套管换热器，其中，节距W的中央部分和所述凸脊的顶点P之间 的距离A与所述节距W的比值A/W小于约0. 15，其中所述节距W为所述第二换热管的相邻 的凹槽之间的长度。
9.如权利要求1所述的套管换热器，其中，节距W的范围大约为4mm< W < 10mm，相邻 的凸脊与凹槽之间的高度差Hc的范围大约为Imm < Hc < 3mm。
10.如权利要求1所述的套管换热器，其中，提供到所述第一换热管与第二换热管之间 的第一流体的温度与提供到所述第二换热管中的第二流体的温度不同。
11.如权利要求5所述的套管换热器，其中，所述第二流体为单相流体或两相流体两者 中的一种。
12.一种加热器，包括如权利要求1所述的套管换热器。
13.—种冷却器，包括如权利要求1所述的套管换热器。
14.一种蒸发器，包括如权利要求1所述的套管换热器。
15.一种冷凝器，包括如权利要求1所述的套管换热器。
16.一种套管换热器，包括第一换热管，其具有第一中空部分；以及第二换热管，其与所述第一换热管同轴地设置于所述第一换热管内并具有螺旋部分， 在所述螺旋部分的内表面上形成有多个凸脊和凹槽，其中，所述第二换热管包括第二流体入口，第二流体经由所述第二流体入口弓I入所述第二换热管；第二流体出口，所述第二流体经由所述第二流体出口从所述第二换热管排出；以及螺旋部分，其在所述第二流体入口与所述第二流体出口之间延伸。
17.如权利要求16所述的套管换热器，其中，所述第二流体入口延伸穿过所述第一换热管的第一侧壁，而所述第二流体出口延伸穿过所述一换热管的第二侧壁。
18. 一种套管换热器，包括 第一换热管，其具有第一中空部分；以及第二换热管，其与所述第一换热管同轴地设置在所述第一换热管内并具有螺旋部分， 在所述螺旋部分的内表面上形成有多个凸脊和凹槽，其中，节距W的范围大约为4mm < W < 10mm，相邻的所述凸脊与凹槽之间的高度差Hc的范围大约为Imm < Hc < 3mm，所述节距 W为所述第二换热管的相邻的凹槽之间的长度。
全文摘要
本发明提出了一种套管换热器。该套管换热器可包括具有第一中空部分的第一换热管；以及第二换热管，其与第一换热管同轴地设置于该第一换热管内，并具有螺旋部分，在该螺旋部分的内表面上形成有多个凸脊和凹槽。根据本发明，在设置于第一换热管内的第二换热管的表面上可形成有螺旋部分，并且该螺旋部分的节距和高度可以被优化，从而大幅提高了传热效率。
文档编号F28F1/34GK102128554SQ20111002248
公开日2011年7月20日 申请日期2011年1月17日 优先权日2010年1月15日
发明者史容澈, 李尚烈, 李汉春, 金洪成 申请人:Lg电子株式会社