专利名称：缠绕式螺旋管换热器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种热交换设备，尤其涉及一种缠绕式螺旋管换热器。
技术背景制冷、热泵系统性能的提高依赖于系统中各部件的效率、紧凑性、安全性 等方面的提高以及降低成本费用等。其中高压热交换器对系统性能的提高尤为 重要。在目前应用的各类换热器中，板面式换热器的传热性能要比套管式换热 器优越，但它的承压能力低。而套管式换热器内管虽能承受高压，但其换热效 率、结构紧凑性和单位换热面积的金属消耗量等方面都不如其他新型紧凑式换 热器，且当内管破裂时，流体发生泄漏，内外管流体相互污染，这也是其他形 式换热器存在的安全隐患之一。针对当前热点问题跨临界C02热泵热水器系统中热交换器的设计，系统内 工质C02工作在超临界状态，使高压侧热交换器(又称气体冷却器)的C02侧压 力很高，且C02特殊的热物性,使得其放热过程有别于传统制冷剂。为了保证换热器有足够的耐压能力和较好的换热性能，气体冷却器一般采用微通道形式，微 通道换热器虽然紧凑性高，换热系数也高，但是工艺繁琐，结构复杂，生产难度大，国内绝大多数企业不能生产。目前的跨临界C02制冷热泵系统的样机大多采用套管式换热器。虽然这类换热器结构简单，加工方便，但其单位换热量的金属耗量大，制造成本也相应增加。且当内管破裂时，C02泄漏将会影响水质，其换热器结构设计达不到无交叉污染换热技术的要求。日本专利(专利名称heat exchanger for water heater，公开号2006-162204)， 采用缠绕技术，将一组细管缠绕在一个粗管上，解决了耐压和可能交叉污染的 问题，但这种结构使得粗管和细管接触面积小，因而，换热效果不好。因此， 设计一个能克服以上诸多缺点的换热器是当前要解决的问题。 发明内容本发明的目的是为了解决上述问题，提供一种缠绕式螺旋管换热器。 缠绕式螺旋管换热器包括一根或多根细管、 一个螺旋管、 一个或多个分配器、 一个或多个收集器，细管两端分别与分配器、收集器相连接，分配器上设有进口，收集器上设有出口，细管缠绕在螺旋管上。本发明是高压流体与低压流体进行换热的热交换器。细管中高压流体和螺旋管中低压流体进行逆流换热。分配器用来为多股细管分配流体，收集器用来为多股细管收集流体。细管缠绕并嵌入螺旋管外侧的凹槽中，并可以根据制热 量、换热系数和换热温差等要求，灵活的改变缠绕在螺旋管外侧的细管股数和 螺旋管的头数。与传统换热器的两种介质换热相比，细管的多股流换热使螺旋 管中流体可以跟一种或多种流体同时换热。螺旋管外侧的凹槽剖面形状底部为 圆弧形，上部两侧为流线过渡的型面。这样有利于使细管嵌入其中并与凹槽紧 密接触，增大换热面积，提高换热系数。螺旋管具有槽形管壁，其凹凸结构引 起流体扰动，破坏边界层热阻，实现管内强化传热。缠绕式螺旋管换热器外形结 构可以采用环形、矩形盘管。以在跨临界C02热泵热水器系统中的应用为例说明本发明的特点。缠绕式螺 旋管换热器能较好适应C02在临界区域热物理性质变化剧烈的特性。其突出的优 点在于C02在准临界点附近特殊的热物理性质使得其缠绕式结构具有较高的换 热效果，且缠绕式结构能实现无交叉污染换热技术的要求，方便进行泄露检测， 符合热水器对水质的要求。本发明与微通道换热器相比结构简单，加工方便， 与套管换热器相比单位换热面积的金属耗量小、制造成本低，流体的换热系数为套管式换热器的2倍以上。
图l为本发明提供的缠绕式螺旋管换热器的局部结构示意图； 图2为本发明提供的缠绕式螺旋管换热器的主体结构示意图； 图3为本发明提供的缠绕式螺旋管主视图； 图4为本发明提供的缠绕式螺旋管侧视图； 图5为本发明提供的螺旋管主视图；图6为本发明提供的螺旋管A-A断面图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的原理、结构作进一步的说明。如图1所示，缠绕式螺旋管换热器包括一根或多根细管l、 一个螺旋管2、 一个或多个分配器3、 一个或多个收集器4，细管1两端分别与分配器3、收集 器4相连接，分配器3上设有进口5，收集器4上设有出口6，细管l缠绕在螺 旋管2上。所述的细管l平行缠绕并嵌入螺旋管外侧的凹槽中。如图3、 4所示，细管 与凹槽机械紧密接触或焊接连接。螺旋管2外侧的凹槽剖面形状底部为圆弧形， 上部两侧为流线过渡的型面。缠绕式螺旋管换热器外形结构为环形、矩形盘管。本发明的细管中流体和螺旋管中流体进行逆流换热。分配器3用来为多股细管分配流体，收集器4用来为多股细管收集流体。多股细管平行缠绕并嵌入螺旋管外侧的凹槽中；细管的多股流换热使螺旋管中流体可以跟一种或多种流体同时换热。所述的细管结构适合高压侧的压力比较高的制冷、热泵系统，管径越细承 压能力越强，换热器量越轻，其成本也就相应的降低，但管径太细或太长都会 增大压力损失，所以细管的管径和股数存在一个对应的最优值，研究表明细管 的股数越多，细管的管径越小。还要考虑制热量、换热系数和换热温差等要求， 灵活的改变缠绕在螺旋管外侧的细管股数和螺旋管的头数及灵活的实现螺旋管 中流体跟一种或多种流体同时换热。如图5、 6所示，螺旋管侧的凹凸结构可有效地使管内外流体形成较强扰动， 改变流体与管壁及流层之间的摩擦，减少层流厚度，增强对流换热。而且由于主 要热阻在低换热系数的螺旋管侧，螺旋结构除了增强螺旋管侧的扰动，还增加 了螺旋管侧的换热面积，有效提高螺旋管侧换热能力。螺旋结构与光管相比， 其换热系数会提高2倍左右，效果非常明显。另外螺旋波纹结构对污垢有自清理 作用，因为污垢一般是沿着波峰边缘形成平行的垢层，在运行时随温度变化，管 子会膨胀和收縮，污垢与金属的热膨胀系数相差较大，加之流体的脉动性，会 阻止污垢生成，实现自动清理。对于本发明的缠绕式结构，螺旋管外侧的凹槽剖面使细管嵌入其中并与凹 槽紧密接触，增大换热面积，提高换热系数。这种结构方便进行泄露检测，最 大的优点是工质和润滑油泄露时不会污染螺旋管侧的流体，适合热水器及其他对流体的要求比较严格的场合。将缠绕式螺旋管换热器应用于跨临界C02热泵热水器中，其C02流体的换热系数可达到套管式换热器的2倍以上。在相同的换热 量和进出口温度下，缠绕式螺旋管换热器的重量和体积比套管式换热器至少减 少1/3。从而降低成本，节约投资。与微通道式换热器相比，缠绕式螺旋管换热 器结构简单，加工方便，更适合国内生产商加工和制造。
权利要求
1.一种缠绕式螺旋管换热器，其特征在于包括一根或多根细管(1)、一个螺旋管(2)、一个或多个分配器(3)、一个或多个收集器(4)，细管(1)两端分别与分配器(3)、收集器(4)相连接，分配器(3)上设有进口(5)，收集器(4)上设有出口(6)，细管(1)缠绕在螺旋管(2)上。
2. 按照权利要求1所述的一种缠绕式螺旋管换热器，其特征在于所述的细 管(1)平行缠绕并嵌入螺旋管外侧的凹槽中，细管与凹槽机械紧密接触或焊接 连接。
3. 按照权利要求1所述的一种缠绕式螺旋管换热器，其特征在于所述的螺旋 管(2)外侧的凹槽剖面形状底部为圆弧形，上部两侧为流线过渡的型面。
4. 按照权利要求1所述的一种缠绕式螺旋管换热器，其特征在于缠绕式螺 旋管换热器外形结构为环形、矩形盘管。
全文摘要
本发明公开了一种缠绕式螺旋管换热器，其结构形式为细管缠绕并嵌入螺旋管外侧的凹槽中。其中一种或多种流体在细管中流动，一种流体在螺旋管中流动，缠绕的细管可以与螺旋管实现多股流换热。凹槽结构增大了换热面积，提高了换热效率。另外，细管的多股流使螺旋管中流体可以同时跟一种或多种流体换热，大大提高了换热器的灵活性和换热效率。本发明与微通道换热器相比结构简单，加工方便，与套管换热器相比单位换热面积的金属耗量小、制造成本低，流体的换热系数为套管式换热器的2倍以上，细管中的流体或螺旋管中的流体若发生泄漏也不会交叉污染，最适合用于跨临界CO<sub>2</sub>热泵热水器等系统中。
文档编号F28D7/02GK101226031SQ200810059600
公开日2008年7月23日 申请日期2008年2月4日 优先权日2008年2月4日
发明者爽 刘, 唐黎明, 徐肖肖, 陈光明 申请人:浙江大学