热交换器用螺旋散热管及其生产方法

专利名称：热交换器用螺旋散热管及其生产方法
技术领域：
本发明公开了一种在热交换器上使用且其内部设置螺旋内孔、外部为散热 片的螺旋散热管，本发明还公开了该一种螺旋散热管的生产方法。
背景技术：
在家用型换热器中，常用的换热设备有间壁挂式换热器、混合式换热器、 蓄热式换热器等三种类型。其中尤以间壁挂式换热器最为常见， 一般这种换热 器包括冷却水箱与板式换热器。
板式换热器是20世纪70年代开发使用的高效换热设备。是由一组金属薄 板(通常为钛板)之间衬以垫片并用框架夹紧组装而成，冷、热流体分别在板 片两侧流过，通过板片进行换热。板片厚度为0.5 3mm。由于板片压制成各种 波纹形状，既增加了刚度，又使流体分布均匀，但是板式换热器仍然存在以下 问题1、由于流体中夹带大量的细晶碱，导致板式换热器结疤淤塞非常严重， 致使系统阻力大，换热效率低；2、板式换热器酸洗、检修、清理工作量大，且 检修费用高；3、由于流体腐蚀冲刷严重，导致板式换热器寿命降低。4、散热 面积小。

发明内容
本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种使用过程中不易结 疤淤塞、换热效率高、检修、清洗工作量小、费用少、使用寿命长、散热面积 大的热交换器用螺旋散热管。
本发明的另一目的是提供一种上述热交换器用螺旋散热管的生产方法。 按照本发明提供的技术方案，在管体内部设有轴向方向上穿透管体首尾两 端面的贯通孔，贯通孔外侧的管壁上设有若干在管体轴向方向上呈螺旋状的螺 旋通孔，螺旋通孔亦穿透管体首尾两端面并呈包围状设置在贯通孔外侧管壁上， 首尾两端部内侧的管体上设有若干沿其周向设置的换热片，换热片被其间的沟 槽隔开，在管体两端部设有安装部，所述的安装部将螺旋通孔与贯通孔包容其 内。
贯通孔为圆柱状通孔，其孔径大于螺旋通孔的孔径，且贯通孔的中心与管 体的轴线重合。贯通孔外侧的管壁上均匀设置形状、大小一致的螺旋通孔，螺 旋通孔的间距一致。螺旋通孔的螺距为2.7 3.4转/1000mm。换热片的外缘与管 体外壁面平齐、低于管体外壁面或者高于管体外壁面。换热片的外缘与管体外 壁面平齐。
上述的热交换器用螺旋散热管的生产方法包含如下步骤
a、选择一根管体半成品，该管体半成品具有沿着其轴线方向设置的贯通的、
圆柱形的主通孔，并在主通孔外侧的管体半成品管壁上设有若干直径小于主通
孔直径的辅通孔；
b、 将步骤a选择的管体半成品的两端夹持固定并施以沿着管体圆周方向的 扭力，迫使管体半成品扭曲，得到热交换器用螺旋散热管半成品，此时，主通 孔即成贯通孔，辅通孔即成螺旋通孔；
c、 在经过步骤b处理后的热交换器用螺旋散热管半成品两端切削出形成安 装部的圆台；
d、 将经过步骤c处理后的热交换器用螺旋散热管半成品在安装部内端外表 面冷轧出散热片，制得热交换器用螺旋散热管成品。
本发明的热交换器用螺旋散热管使用过程中不易结疤淤塞，换热效率高， 检修、清洗工作量小，费用少，使用寿命长，散热面积大。
本发明的热交换器用螺旋散热管生产方法的优点是1、冷旋时金属坯料处 于三向压应力状态下变形，因此可提高金属坯料的塑性，有利于扩大金属材料 的塑性加工范围。2、可冷旋出各种形状复杂、螺旋深孔、薄壁的零件，且零件 尺寸精度高，表面质量好。3、零件内部的纤维组织基本沿零件外形分布且连续， 有利于提高零件的力学性能。4、生产率较高， 一般可比其它方法提高几倍。 附阁说明


图1是本发明的热交换器用螺旋散热管的整体结构示意图。
具体实施例方式
如图所示:在管体6内部设有轴向方向上穿透管体6首尾两端面的贯通孔2， 贯通孔2外侧的管壁上设有若干在管体6轴向方向上呈螺旋状的螺旋通孔1，螺 旋通孔1亦穿透管体6首尾两端面并呈包围状设置在贯通孔2外侧管壁上，首 尾两端部3内侧的管体6上设有若干沿其周向设置的换热片5，换热片5被其间 的沟槽4隔开，在管体6两端部设有安装部8，所述的安装部8将螺旋通孔1与 贯通孔2包容其内，该安装部8可以在在管体6两端部设置凸台形成，且安装 部8的外径既可以大于管体6直径也可以小于管体6直径。
其中，贯通孔2为圆柱状通孔，其孔径大于螺旋通孔1的孔径，且贯通孔2 的中心与管体6的轴线重合。贯通孔2外侧的管壁上均匀设置形状、大小一致 的螺旋通孔l，螺旋通孔1的间距一致。螺旋通孔1的螺距为2.7 3.4转/1000mm。 换热片5的外缘与管体6外壁面平齐、低于管体6外壁面或者高于管体6外壁 面。换热片5的外缘与管体6外壁面平齐。
上述的热交换器用螺旋散热管通过如下生产方法加工制得
a、 选择一根管体半成品，该管体半成品具有沿着其轴线方向设置的贯通、 圆柱形的主通孔，并在主通孔外侧的管体半成品管壁上设有若干直径小于主通 孔直径的辅通孔；
b、 将步骤a选择的管体半成品的两端夹持固定并施以沿着管体圆周方向的 扭力，得到热交换器用螺旋散热管半成品，此时，主通孔即成贯通孔，辅通孔 即成螺旋通孔；
c、 在经过步骤b处理后的热交换器用螺旋散热管半成品两端切削出形成安 装部的圆台，即在端部3的外端的热交换器用螺旋散热管半成品上切削出形成 安装部的圆台；
d、将经过步骤C处理后的热交换器用螺旋散热管半成品在安装部内端外表 面冷轧出散热片，制得热交换器用螺旋散热管成品。
具体生产过程为具有沿着其轴线方向设置的贯通、圆柱形的主通孔，并 在主通孔外侧的管体半成品管壁上设有若干直径小于主通孔直径的辅通孔的管 体半成品直孔棒料两端夹紧到冷旋机上，施以沿着管体圆周方向的扭力，迫使 管体半成品旋转扭曲，即可产生如图1中所示的螺旋状，这样包括管体半成品 和其内开设的主通孔与辅通孔都被旋成螺旋状，在这之后，在端部3的外端的 热交换器用螺旋散热管半成品上切削出形成安装部8的圆台，再将旋转好了的
螺旋管放在冷轧机上进行散热管的散热片冷轧，轧制出间距均匀的散热片5，散 热片5之间形成沟槽4，就这样加工成在管体6的内部中央设置沿轴向的贯通孔 2，在管体6内、贯通孔2的周围分布若干同样沿轴向的螺旋通孔1。螺旋通孔 1以螺旋状绕在贯通孔2的周围。在管体6的端部3沿管体6的周向设置环形凹 槽，在环形凹槽内设置若干环形的散热片5，在相邻两块散热片5之间形成环形 的沟槽4。
1、 热交换器用螺旋散热管的生产方法具有如下特点
冷挤压加工有许多的特点，主要表现在挤压变形过程的应力应变状态、金 属流动行为、产品的综合质量、生产的灵活性与多样性、生产效率与成本等方
面，具体为
1) 提高金属的变形能力。金属在挤压时处于强烈的三向压应力状态，可以 充分发挥其塑性，获得大变形量。
2) 制品综合质量高。挤压变形可以改善金属材料的组织，提高其力学性能，
特别是对于一些具有挤压效应的铝合金，起挤压制品在淬火时效后，纵向(挤 压方向)力学性能远高于其他加工方法生产的同类产品。与轧制、锻造等加工 方法相比，挤压制品的尺寸精度高、表面质量好。
3) 节约原材料。挤压属于少、无切削加工，大大节约了原材料。
4) 产品范围广。挤压加工不但可以生产断面形状简单的工件、管、棒、线 材，而且还可以生产断面形状复杂的实心和空心件、型材、制品断面沿长度方 向分阶段变化的和逐渐变化的变断面型材，其中许多断面形状的制品是采用其 他塑性加工方法无法形成的。挤压制品的尺寸范围也非常广。
5) 生产灵活性大、生产效率高挤压加工具有很大的灵活性，只要更换模 具就可以在同一台设备上生产形状、尺寸规格和品种不同的产品。挤压操作简 便，容易掌握，生产效率高，对工人技术等级要求较低。
除了上述挤压共有的优点，冷挤压还具有以下几个特点够得到强度大、刚性 好而质量轻的零件；零件精度等级高、表面粗糙度低；节约能源，工作环境得 到较大改善。
2、 冷轧的特点
冷轧按其特征来说，与热轧有着严格的区别。冷轧可以获得远较热轧所能 生产厚度小得多的产品。尽管在热轧时，塑性变形较好、变形抗力低及具有生 产率高等优点，但从一定的厚度(通常为1.8 2.5mm范围内)，继续减縮厚度，
以达到所要求的成品厚度，热轧方式是难以完成的。因为热轧过程中，随着带 钢厚度变薄，带钢温度迅速降低，特别是对于截面小的窄带钢，头尾温度差别 很大。带钢在热轧过程中的这种温降，以及由于冷却的差异而引起的温度不均 匀分布，使热轧的温度不易控制，带钢的塑性变形不易均匀，尤其是在轧制厚 度小而长度大的带钢时，这个问题更显得格外突出。
冷轧生产方式，解决了上述缺陷。就是说它不存在热轧带钢生产中所特有
的温降与温度不均的问题，因而可以保证产品获得厚度甚小(可达0.001mm)，长 度很大产品。
冷轧时，由于产生"加工硬化"效应，显著地改变了产品的学力性能。因此借 助冷轧时产品的"加工硬化"的作用，用选择冷轧时的压下量和选择热处理制度的 方法，可以比较容易地在很大范围内调整产品的力学性能及工艺性能。
此外，冷轧完全可以保证产品的精确尺寸和相当均匀的性能，获得比热轧 所能保证的厚度和宽度偏差精确得多的产品，这对于生产螺旋散热管散热片产 品是完全必要的。
可见，采用冷轧方法生产的优点是很多的，归结起来有以下几点
1) 能得到热轧方法很难得到的极薄产品(薄达0.001mm);
2) 能使产品具有很高且范围很广的力学性能及工艺性能；
3) 能保证获得高精度尺寸、厚度偏差小、沿产品的宽度及长度方面的厚度 均匀，板形良好、表面光洁的各种产品；
4) 成本低、收效率高；
5) 轧制速度快，具有很高的生产率。
3、本发明的热交换器用螺旋散热管的特点
1) 热效率高。由于换热管的管体6采用内螺旋结构，螺旋通孔l内的流道 截面是不变的，但其流通的路径是弯曲螺旋型，造成流体在换热管中的路径变 长，根据螺距和螺旋通孔1的直径便可知道流体在换热管中所流过的距离是普 通直管式的2~3倍。同时，路径为螺旋型，在流速很低的情况下也始终处于轻 微湍流状态，难以形成层流，使对流传热的主要热阻被有效地克服，管内外传 热被同时强化，因而传热系数很高， 一般为直管式的2 3倍。
2) 防垢能力强。由于螺旋通孔l内的流体有湍流，使流体中的微粒难以沉 积结垢，即使有少量污垢生成，由于内螺旋换热管上存在管体内外温差应力而 产生的应变，使具有弹性特征的螺旋换热管曲率发生微观变化，从而使内螺旋 换热管有自然防垢和自然除垢的能力。介质在内螺旋换热管内外伞型分流器的 作用下，将输送进来的高速流体均匀的分配到内螺旋换热管四周的螺旋通孔1 中，减少了水流的冲击，保持了换热器的平衡。
3) 内螺旋换热管的柔性加工，在温差和压差较大的场合下具有自我补偿能 力，可大大降低侧板和型材的应力，不易拉脱、泄漏。
4) 采用优质的铝材料，设备抗腐蚀能力高，设备使用寿命长。体积小，占 地面积小，运行维护费用低。独特的冷挤压成形工艺，没有强烈形变，无晶间 缺陷，应力分布均匀。
4、 与传统板式换热器的运行情况对比
1) 内螺旋换热管将液体流动全部改为湍流状态，使冷热流体的给热系数提 高，从而提高了总的换热系数。
2) 板式换热器要受到污垢热阻的影响，而内螺旋换热器将污垢热阻消除为 零，从而使波纹管换热器的总换热系数有很大的提高。
3) 内螺旋换热管和板式换热器的材质相同，冷热流体的介质也均相同，因 此，传热系数的高低只取决于给热系数和热阻问题，提高给热系数和降低热阻 是提高换热系数的最有效途径。
5、 与传统换热器的经济效益对比
1) 节约循环水
根据查定数据，内螺旋换热管循环水消耗为40m3/h，传统的板式换热器的 循环水消耗为90m3/h，每天节省循环水量1200m3，全年节省循环水量为 291600m3,全年节省费用23328元。
2) 节省检修费用传统的板式换热器由于其结构的特殊性，在正常生产运行中，常常会有板 片间细碱淤垢和结疤等现象发生，从而影响换热效果和使系统阻力增大，必须 定期进行酸洗和清理，才能达到正常使用要求。每年需要酸洗散热板4次，酸 洗费用为7320元。散热板换热器每2年必须进行拆解清理，每年检修费用为 31710元(每次拆解散热板须重新更换密封胶垫，每副胶垫185元)。而内螺旋 换热管由于其内表面进行了等离子表面涂层处理，不需要酸洗，也不需要拆解， 因此，每年可以节约检修费用39030元。
3) 节省投资
板式换热器的使用寿命为5年左右，因流体中夹带细晶，在换热过程中， 流体对散热板冲刷腐蚀严重，从而导致散热板寿命缩短， 一次性投资为425元。 而内螺旋换热管的使用寿命为15年左右， 一次性投资为685万元，节省投资费 用为480万元，即每年可以节省投资费用35万元。
4) 社会效益
换热系统阻力减少，优化了热交换的操作，同时我们的流体介质也防止了 室内干燥(空调干燥)，采暖均匀，给人舒适感。减少了因长期酸洗散热板对 整个换热系统设备的腐蚀，也减轻了检修工的劳动工作量。设备占地面积小， 安装检修方便。
权利要求
1、一种热交换器用螺旋散热管，其特征是在管体(6)内部设有轴向方向上穿透管体(6)首尾两端面的贯通孔(2)，贯通孔(2)外侧的管壁上设有若干在管体(6)轴向方向上呈螺旋状的螺旋通孔(1)，螺旋通孔(1)亦穿透管体(6)首尾两端面并呈包围状设置在贯通孔(2)外侧管壁上，首尾两端部(3)内侧的管体(6)上设有若干沿其周向设置的换热片(5)，换热片(5)被其间的沟槽(4)隔开，在管体(6)两端部设有安装部(8)，所述的安装部(8)将螺旋通孔(1)与贯通孔(2)包容其内。
2、 如权利要求1所述的热交换器用螺旋散热管，其特征是贯通孔(2) 为圆柱状通孔，其孔径大于螺旋通孔(1)的孔径，且贯通孔(2)的中心与管 体(6)的轴线重合。
3、 如权利要求1或2所述的热交换器用螺旋散热管，其特征是贯通孔(2) 外侧的管壁上均匀设置形状、大小一致的螺旋通孔(1)，螺旋通孔(1)的间距 一致。
4、 如权利要求1所述的热交换器用螺旋散热管，其特征是螺旋通孔(1)的螺距为2.7 3.4转/1000mm。
5、 如权利要求1所述的热交换器用螺旋散热管，其特征是换热片(5) 的外缘与管体(6)外壁面平齐、低于管体(6)外壁面或者高于管体(6)外壁 面。
6、 如权利要求5所述的热交换器用螺旋散热管，其特征是换热片(5) 的外缘与管体(6)外壁面平齐。
7、 权利要求1 6任意一项所述的热交换器用螺旋散热管的生产方法，其特 征在于该方法包含如下步骤a、 选择一根管体半成品，该管体半成品具有沿着其轴线方向设置的贯通的、 圆柱形的主通孔，并在主通孔外侧的管体半成品管壁上设有若干直径小于主通 孔直径的辅通孔；b、 将步骤a选择的管体半成品的两端夹持固定并施以沿着管体圆周方向的 扭力，迫使管体半成品扭曲，得到热交换器用螺旋散热管半成品，此时，主通 孔即成贯通孔，辅通孔即成螺旋通孔；c、 在经过步骤b处理后的热交换器用螺旋散热管半成品两端切削出形成安 装部的圆台.d、 将经过步骤c处理后的热交换器用螺旋散热管半成品在安装部内端外表 面冷轧出散热片，制得热交换器用螺旋散热管成品。
全文摘要
本发明公开了在热交换器上使用的螺旋散热管以及该螺旋散热管的生产方法，在管体内部设有轴向方向上穿透管体首尾两端面的贯通孔，贯通孔外侧的管壁上设有若干在管体轴向方向上呈螺旋状的螺旋通孔，螺旋通孔亦穿透管体首尾两端面并呈包围状设置在贯通孔外侧管壁上，首尾两端部内侧的管体上设有若干沿其周向设置的换热片，换热片被其间的沟槽隔开，换热片的外缘处于螺旋通孔管壁外侧，在管体两端部设有凸台形成安装部，所述的安装部将螺旋通孔与贯通孔包容其内，它通过选择、扭转、切削和冷轧工序加工制得，热交换器用螺旋散热管使用过程中不易结疤淤塞，换热效率高，检修、清洗工作量小，费用少，使用寿命长，散热面积大。
文档编号F28F1/00GK101178290SQ200710191250
公开日2008年5月14日 申请日期2007年12月12日 优先权日2007年12月12日
发明者包建忠 申请人:无锡锡州机械有限公司