传热管紧凑排列经济器的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种传热管紧凑排列经济器，其包括壳体，所述壳体的两端分别由第一管板和第二管板封闭，形成一容置空间，该壳体内安装有多个换热管，所述换热管包括传热管以及连接于该传热管两端的第一圆管和第二圆管，所述第一圆管、传热管和第二圆管一体成型，所述第一圆管、传热管和第二圆管的横截面周长均相等，相邻换热管通过传热管上的凸起部位实现点接触以形成自支撑结构，相邻换热管的相邻两个接触点之间相对应形成间隙以在容置空间内形成网状通道。本实用新型通过改变变形换热管的压扁率、扭曲比达到对管壳程空间大小的有效控制，使得壳程空间更紧凑，提高壳程制冷剂液体流速，使得管壳程换热过程更加匹配，减小经济器体积。
【专利说明】传热管紧凑排列经济器
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种热工设备，尤其涉及传热管紧凑排列经济器。
【背景技术】
[0002]制冷机组广泛应用于各个领域，经济器是增设在制冷机组中，它的目的是使高温高压的制冷剂液体与低温低压的制冷剂蒸汽进行内部换热，达到制冷剂液体过冷、制冷剂蒸汽过热的目的，从而增大整个系统的制冷量。当前工业上使用的经济器普遍为传统满液式换热器，该类型换热器壳程和管程质量、流量几乎相等，但壳程走少量的制冷剂液体，管程走制冷剂蒸汽，两者体积比为(3-6): 1，即是对于这类传统传热管换热器的设计来说，壳程空间大小一般比管程空间大得多，这样导致壳程工质流速很低，使得整台经济器的总换热效率不高，体积庞大，特别对于在船舶、汽车等空间受限的环境，迫切需要一种小型紧凑化的经济器。对于经济器来说，使管程体积大于壳程体积，才能实现经济器的高效运行，而原有的制造工艺是无法实现管程空间大于壳程空间的，这是由于原来的传热管的直径没有变化，管板处传热管的间距始终为传热管直径的1.25倍。
实用新型内容
[0003]针对上述不足，本实用新型目的在于提供一种能有效利用换热面积，提高传热系数，传热管高效紧凑排列的经济器。
[0004]为实现以上目的，本实用新型采取了的技术方案是:
[0005]传热管紧凑排列经济器，其包括壳体，所述壳体的两端分别由第一管板和第二管板封闭，形成一容置空间，该壳体内安装有多个换热管，第一管板和第二管板的外侧分别固定连接一第一封头和第二封头，所述换热管的一端通过第一封头与固定连接于该第一封头上的管程进口相连通，其另一端通过第二封头与固定连接与该第二封头上的管程出口相连通，所述壳体的上、下两侧分别固定连接有一与容置空间相连通的壳程进口和壳程出口，其中，壳程进口靠近于第二管板，壳程出口靠近于第一管板；所述换热管包括传热管以及连接于该传热管两端的第一圆管和第二圆管，所述第一圆管、传热管和第二圆管一体成型，其中，第一圆管固定于第一管板上，第二圆管固定于第二管板上，所述第一圆管、传热管和第二圆管的横截面周长均相等，相邻换热管通过传热管上的凸起部位实现点接触以形成自支撑结构，相邻换热管的相邻两个接触点之间相对应形成间隙以在容置空间内形成网状通道。
[0006]所述传热管为螺旋扭曲三叶管，所述螺旋扭曲三叶管的横截面为三叶状结构，所述三叶状结构由三个半椭圆和三个圆弧成交错连接形成的闭合曲线，其中，三个圆弧的顶点位于该三叶状结构的内接圆上，且三个顶点至内接圆圆心连线所形成的夹角均为120°，相邻换热管通过半椭圆相互接触以形成自支撑结构，相邻换热管的圆弧相对应形成间隙以在容置空间内形成网状通道。传热管也可以采用膨胀管。
[0007]所述第一圆管、第二圆管分别焊接或胀接于第一管板、第二管板上。[0008]所述换热管为铜管。
[0009]所述铜管的外表面设有翅片强化结构。
[0010]所述传热管由光滑圆管经冷轧加工而成。
[0011 ] 所述换热管、壳体、第一封头、第二封头进行热浸锌处理。
[0012]所述内接圆和圆弧的半径比为(0.2?2):1。
[0013]所述传热管的导程与圆弧的半径的比例为(10?100):1。
[0014]所述传热管的水力直径与第一圆管的直径之比例为(0.5?0.9):1。
[0015]本实用新型传热管紧凑排列经济器由开有进出口的封头、换热器壳体以及壳体内的多根变形换热管组成，壳体两端连接管板，换热管两端与管板密封连接。换热器壳体内不设置折流板，管束依靠换热管管壁上的凸出部分实现自支撑，并形成特殊的螺旋形通道，力口强对流体边界层的扰动，提高换热效率。流体在壳程为完全纵向流，与管壳程流体呈现为纯逆流的换热形式，换热面积得到充分利用，同时壳程的压降也大幅降低。
[0016]本实用新型与现有技术相比，具有如下优点:
[0017]1、流体在壳程为完全纵向流，与管壳程流体呈现为纯逆流的换热形式，换热面积得到充分利用，换热系数可提高20?30%，同时壳程的压降也大幅降低。
[0018]2、可通过改变变形换热管的压扁率(指螺旋扭曲管)或膨胀率(指膨胀管)，调节管程和壳程内外体积比，将传热管两端的圆管直径和传热管直径比做成1/1.25，这样，两头按照常规焊接或胀接于管板上，传热管之间就相互碰撞在一起，达到对管壳程空间大小的有效控制，使得壳程空间更紧凑，提高壳程制冷剂液体流速，使得管壳程换热过程更加匹配，减小经济器体积。
[0019]3、由于不设置折流板，换热管可布满整个容置空间内，进一步减小了经济器的体积。
[0020]4、换热管的传热管部分由于其连续的螺旋线以及变径部分的自支撑结构，减小了换热管间的跨距，使得换热管的固有频率避开了流体的激振频率，避免了因共振引起的破损，从而延长了设备的寿命，降低了维修费用。
[0021]5、由于流体的有效冲刷，也减少了污垢的沉积，使该经济器长期运行在高效状态，达到了节能的目的。
[0022]6、采用表面具有翅片结构的铜管，使铜管的表面形成多孔结构，既减薄铜管外液相厚度，同时又增加对流换热速率，进一步提高换热效率。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]图1为本实用新型传热管紧凑排列经济器的结构示意图；
[0024]图2为采用三叶状的换热管的结构示意图；
[0025]图3为图1的A-A剖视图；
[0026]图4为图3中单个换热管的剖视图。
[0027]其中:1、壳体；2、管板；3、管板；4、封头；5、封头；6、壳程进口 ；7、壳程出口 ；8、管程进口 ；9、管程出口 ；10、换热管;101、传热管;1011、半椭圆；1012、圆弧；102、圆管；103、圆管；11、内接圆。【具体实施方式】
[0028]下面结合附图和【具体实施方式】对本实用新型的内容做进一步详细说明。
[0029]实施例:
[0030]请参照图1所示，传热管紧凑排列经济器，其包括壳体1，所述壳体I的两端分别由管板2和管板3封闭，形成一容置空间，该壳体I内安装有多个换热管10，管板2和管板3的外侧分别固定连接封头4和封头5，换热管10的一端焊接于管板2上，并通过封头4与固定连接在封头4上的管程进口 8相连通，换热管10的另一端焊接于管板3上，并通过封头5与固定连接在封头5上的管程出口 9相连通。壳体I的上、下两侧分别固定连接有一与容置空间相连通的壳程进口 6和壳程出口 7，其中，壳程进口 6靠近于管板3，壳程出口 7靠近于管板2。
[0031]请参照图2所示，换热管10包括传热管101以及连接于该传热管101两端的圆管102和圆管103，圆管102、传热管101和圆管103 —体成型，换热管10为光滑圆形铜管，在本实用新型较佳的实施例中，传热管101采用螺旋扭曲管结构，当然，也可以是膨胀管结构。换热管10的中间部分的传热管可以通过冷轧处理形成螺旋扭曲结构，两端不经过处理。圆管102、传热管101和圆管103的周长均相等。铜管的表面设置多个翅片结构，相邻翅片之间形成孔结构，其既减薄铜管外液相厚度，同时又增加对流换热速率。其中，圆管102的端部焊接于管板2上，圆管103的端部焊接于管板3上。相邻换热管10通过传热管101的凸起部分相互接触形成多个接触点，实现换热管10的自支撑结构，相邻换热管10的相邻接触点之间对应形成一定的间隙，在壳程中形成网状的通道，相邻换热管的圆弧相对应形成间隙以在容置空间内形成网状通道，提高壳程制冷剂液体流速。
[0032]请参照图3和图4所示，在本实用新型中，传热管101采用螺旋扭曲三叶管结构，即其横截面为三叶状结构，三叶状结构由三个半椭圆1011和三个圆弧1012成交错连接形成的闭合曲线，其中，三个圆弧1012的顶点位于该三叶状结构的内接圆11上，且三个顶点至内接圆11圆心连线所形成的夹角a均为120° ,相邻换热管10通过半椭圆1011相互接触以形成自支撑结构，相邻换热管的圆弧1012相对应形成间隙以在容置空间内形成网状通道。内接圆的半径R和圆弧的半径r比为(0.2?2):1，当二者的比例越小，说明传热管101越扁，则壳程空间就越大，反之，则壳程空间越小，通过调整二者的比例，可对管、壳程空间大小的有效控制。同时，传热管101的扭曲比可通过传热管101的导程与圆弧1012的半径的比例进行调节，在本实用新型中，二者比例为(10?100):1。为了保证传热管中制冷剂蒸汽流动的稳定性，可通过传热管101的水力直径与圆管102 (或圆管103)的直径之比例进行调节，在本实用新型中，二者比例为(0.5?0.9):1。
[0033]工作原理:制冷剂液体从壳程进口 6进入，从壳程出口 7流出，制冷剂蒸汽从管程进口 8进入，从管程出口 9流出，实现纯逆流流动换热。由公式Q=KA Atm(其中Q为热负荷，K为总传热系数，A为经济器的总传热面积，Δ tm为进行换热的制冷剂液体和制冷剂蒸汽之间的平均温差)可知，采用纯逆流流动换热的方式，换热有效度显著提高。同时，壳程压降大幅下降。换热管10管内外特殊的螺旋型通道，使得流体在流动过程中产生明显旋转，增强了流体的湍动程度，有效地强化了换热。换热器10管、壳程空间大小可通过换热管的压扁率来调节，使得管壳程两侧制冷剂流体的流速更加匹配，提高换热效率，减小经济器体积。
[0034]上列详细说明是针对本实用新型可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本实用新型的专利范围，凡未脱离本实用新型所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围中。
【权利要求】
1.传热管紧凑排列经济器，其特征在于，其包括壳体(1)，所述壳体(I)的两端分别由第一管板(2)和第二管板(3)封闭，形成一容置空间，该壳体(I)内安装有多个换热管(10)，第一管板(2)和第二管板(3)的外侧分别固定连接一第一封头(4)和第二封头(5)，所述换热管(10)的一端通过第一封头(4)与固定连接于该第一封头(4)上的管程进口(8)相连通，其另一端通过第二封头(5)与固定连接与该第二封头(5)上的管程出口(9)相连通，所述壳体(I)的上、下两侧分别固定连接有一与容置空间相连通的壳程进口(6)和壳程出口( 7 )，其中，壳程进口( 6 )靠近于第二管板(3 )，壳程出口( 7 )靠近于第一管板(2 );所述换热管(10)包括传热管(101)以及连接于该传热管(101)两端的第一圆管(102)和第二圆管(103)，所述第一圆管(102)、传热管(101)和第二圆管(103) —体成型，其中，第一圆管(102)固定于第一管板(2)上，第二圆管(103)固定于第二管板(3)上，所述第一圆管(102)、传热管(101)和第二圆管(103)的横截面周长均相等，相邻换热管(10)通过传热管(101)上的凸起部位实现点接触以形成自支撑结构，相邻换热管(10)的相邻两个接触点之间相对应形成间隙以在容置空间内形成网状通道。
2.根据权利要求1所述的传热管紧凑排列经济器，其特征在于，所述传热管(101)为螺旋扭曲三叶管，所述螺旋扭曲三叶管的横截面为三叶状结构，所述三叶状结构由三个半椭圆(1011)和三个圆弧(1012)成交错连接形成的闭合曲线，其中，三个圆弧(1012)的顶点位于该三叶状结构的内接圆(11)上，且三个顶点至内接圆(11)圆心连线所形成的夹角均为120°，相邻换热管(10)通过半椭圆(1011)相互接触以形成自支撑结构，相邻换热管(10)的圆弧(1012)相对应形成间隙以在容置空间内形成网状通道。
3.根据权利要求2所述的传热管紧凑排列经济器，其特征在于，所述第一圆管(102)、第二圆管(103)分别焊接或胀接于第一管板(2)、第二管板(3)上。
4.根据权利要求2所述的传热管紧凑排列经济器，其特征在于，所述换热管(10)为铜管。
5.根据权利要求4所述的传热管紧凑排列经济器，其特征在于，所述铜管的外表面设有翅片强化结构。
6.根据权利要求4所述的传热管紧凑排列经济器，其特征在于，所述传热管(101)由光滑圆管经冷轧加工而成。
7.根据权利要求1所述的传热管紧凑排列经济器，其特征在于，所述换热管(10)、壳体(I)、第一封头(4)、第二封头(5)进行热浸锌处理。
8.根据权利要求2所述的传热管紧凑排列经济器，其特征在于，所述内接圆(11)和圆弧(1012)的半径比为(0.2?2):1。
9.根据权利要求2或8所述的传热管紧凑排列经济器，其特征在于，所述传热管(101)的导程与圆弧(1012)的半径的比例为(10?100):lo
10.根据权利要求9所述的传热管紧凑排列经济器，其特征在于，所述传热管(101)的水力直径与第一圆管(102)的直径之比例为(0.5?0.9):1。
【文档编号】F28F1/08GK203758321SQ201420112435
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2014年3月12日 优先权日:2014年3月12日
【发明者】朱冬生, 刘世杰, 莫逊, 胡明军, 綦尤训 申请人:中国科学院广州能源研究所, 广东恒基金属制品实业有限公司