三维肋片换热管的制作方法

本发明涉及换热管，具体涉及三维肋片换热管。

背景技术：

换热管作为换热器的核心换热元件，一直是换热技术领域研究的热点。目前，市面上的换热管多为三维肋片换热管，如cn204535509u公开的三维肋片换热管，包括管体，管体的内壁和外壁上沿其管体轴向分别具有多排三维内肋片和多排三维外肋片，每排三维内、外肋片分别由圆周方向均布的多个三维内、外肋片组成，多排三维外肋片高低交错布置；又如cn205918707u公开的三维管风冷式油冷却器，包括三维冷却管，三维冷却管包括圆管、外翅片和内翅片，外翅片一端与圆管的外表面固定连接，外翅片的另一端呈放射性向外发散，外翅片的横截面呈圆弧状，外翅片呈沿圆管轴向分布的若干列，同列的外翅片等距分布，相邻列的外翅片交错分布；内翅片呈圆柱状，内翅片一端与圆管内表面固定连接，内翅片的另一端呈汇聚状朝向圆心，内翅片沿圆管轴向分布呈若干列，内翅片沿圆管内圆周方向呈若干圈，三维冷却管中心设有螺旋扰流片。相比于传统光壁换热管，如前所述三维肋片换热管虽然在一定程度上提高了换热面积和换热效率，但其换热效果仍然有待进一步优化。

此外，采用现有的换热管和风冷方式冷却粘性流体时，通常只能将粘性流体温度冷却到比环境温度高15°左右，尽管本领域技术人员尝试采用各种方法去改变换热管的换热面积、消除接触热阻，但其也只能将粘性流体温度冷却到比环境温度高13°左右，始终无法找到一种有效的方法或换热管将粘性流体冷却到环境温度，这也是多年来一直困扰换热技术领域的一大技术难题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供三维肋片换热管，以解决粘性流体冷却效果差的技术问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案。

三维肋片换热管，包括带有内肋片和外肋片的三维肋片管，在所述三维肋片管上设置有用于局部截流待冷却流体的截流部。

作为对粘性流体冷却效果的优选方案之一，所述截流部设置于所述三维肋片管内，且所述截流部外壁与所述三维肋片管的内肋片端部构成间隙配合；作为更优选方案，所述截流部外壁与所述三维肋片管的内肋片端部构成间隙量为0-5mm的间隙配合。

为实现对换热过程中的流体进行储存，提高空间利用率，所述截流部包括管，在管内设置有截流板。

作为优选，所述截流板设置于管的中部或管的端部。当截流板设置于管的中部时，可以在管中部完成截流，管内截流板两侧分别用于储存待冷却流体和已冷却流体；当截流板设置于管的端部时，可以在管端部完成截流，管内用于储存待冷却流体或已冷却流体。

为实现对换热过程中的流体进行储存，提高空间利用率，所述截流部包括管，在管内设置有弹簧，弹簧一端固定，弹簧另一端为自由端，在弹簧自由端活动设置有密封部，当管内密封部两侧流体压差不超过规定值(本发明所述规定值是指根据产品实际需要的设计值，规定值包括但不限于10牛顿、30牛顿、200牛顿)时，密封部和弹簧在管内构成接触密封密封以实现截流。当管内密封部两侧流体压差超过规定值时，流体驱动密封部和弹簧在管内移动以形成非密封结构，此结构还能够防止管内流体温度过高，及时释放过大压力。

作为优选，所述密封部采用钢球或堵头。

进一步地，所述管由第一管段和第二管段构成，第一管段内径大于第二管段内径，所述弹簧位于第一管段内，所述密封部通过弹簧卡合于第一管段与第二管段的过渡处。当管内密封部两侧流体压差不超过规定值时，密封部和弹簧在管内构成接触密封密封以实现截流。

作为对粘性流体冷却效果的优选方案之二，所述截流部设置于所述三维肋片管外，且所述截流部内壁与所述三维肋片管的外肋片端部构成间隙配合；作为更优选方案，所述截流部内壁与所述三维肋片管的外肋片端部构成最小间隙量为0-5mm的间隙配合。

优选地，所述截流部包括同轴线设置的多块板，板外壁设置有壳体，壳体与所述三维肋片管外壁构成的空间作为待冷却流体通道，所述三维肋片管内腔作为冷却介质通道；在每块板上同轴线设置有孔，所述三维肋片管穿设于孔内，孔内壁与所述三维肋片管的外肋片端部构成间隙量为0-5mm的间隙配合。此结构三维肋片管内腔可以采用冷却水作为冷却介质，壳体与所述三维肋片管外壁构成的空间作为待冷却流体通道，用以通待冷却流体，如油，也即是三维肋片管外壁通待冷却流体，三维肋片管内腔通冷却介质；采用此结构既能通过板支撑三维肋片管，又能够有助于待冷却流体导流。

优选地，所述壳体内壁与所述三维肋片管的外肋片端部构成间隙量为10-30mm，孔内壁与所述三维肋片管的外肋片端部构成间隙量为0-5mm的间隙配合，所述壳体内壁与所述三维肋片管的外肋片端部构成的空间可以用来储存待冷却流体。

优选地，所述截流部包括外管，外管套设于三维肋片管上，且外管内壁与所述三维肋片管的外肋片端部构成间隙量为0-5mm的间隙配合。

为方便清洗三维肋片换热管，所述截流部可拆卸的设置于所述三维肋片管上。

有益效果：本发明巧妙地利用了截流原理，换热过程中，所有粘性流体必须经过截流部壁与三维肋片管的肋片端部之间的空隙流过，所有粘性流体能够在三维肋片管内充分贴壁换热冷却，从而解决了粘性流体冷却效果差的技术问题；采用本发明三维肋片换热管、风冷方式或者水冷方式冷却液压油之类的粘性流体时，冷却效果好，能够将粘性流体温度冷却到环境温度，解决了多年来一直困扰换热技术领域粘性流体冷却的技术难题；采用本发明三维肋片换热管冷却流体时，冷却后的流体温度均匀，三维肋片换热管出口处的流体不存在回温现象；本发明三维肋片换热管还能够防止管内流体温度过高，及时泄压；本发明三维肋片换热管能够对换热过程中的粘性流体进行储存，提高了空间利用率；本发明三维肋片换热管结构简单，易于清洗，易于制造，制作成本低；此外，采用本发明三维肋片换热管冷却非粘性流体，同样具有良好的冷却效果。

附图说明

图1是本发明实施例1中三维肋片换热管的示意图；

图2是图1中三维肋片换热管的截面示意图；

图3是本发明实施例2中三维肋片换热管的截面示意图；

图4是本发明实施例3中三维肋片换热管的截面示意图；

图5是本发明实施例4中三维肋片换热管的示意图；

图6是本发明实施例5中三维肋片换热管的示意图；

图7是本发明实施例6中三维肋片换热管的示意图；

图8是图7中三维肋片换热管的剖面示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但以下实施例的说明只是用于帮助理解本发明的原理及其核心思想，并非对本发明保护范围的限定。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，针对本发明进行的改进也落入本发明权利要求的保护范围内。

实施例1

一种三维肋片换热管，如图1和图2所示，包括带有内肋片101和外肋片102的三维肋片管1，在三维肋片管1上设置有用于局部截流待冷却流体的截流部2。

其中，截流部2设置于三维肋片管1内，且截流部2外壁与三维肋片管1的内肋片101端部构成间隙配合。

进一步地，截流部2外壁与三维肋片管1的内肋片101端部构成间隙量为0-5mm的间隙配合。本实施例中，截流部2外壁与三维肋片管1的内肋片101端部的间隙量为3mm。

为实现对换热过程中的流体进行储存，提高空间利用率，如图1所示，截流部2包括管201，在管201内设置有截流板202。

本实施例中，如图1所示，截流板202设置于管201的端部，具体设置在管201内待冷却流体的进口端，以在管201端部完成截流，管201内用于储存待冷却流体。

为方便清洗三维肋片换热管，截流部2可拆卸的设置于三维肋片管1上，需要清洗三维肋片换热管时，只需要将截流部2从三维肋片管1内取出再清洗三维肋片管1内腔即可。

本实施例中，三维肋片管1为内径为30mm的圆管，管201也为圆管，内肋片101和外肋片102的高度均为5mm，截流部2外径为14mm，即管201的外径为14mm。

本实施例中，三维肋片管1、截流部2、支撑板3的材质均为不锈钢。

实施例2

一种三维肋片换热管，如图3所示，包括带有内肋片101和外肋片102的三维肋片管1，在三维肋片管1上设置有用于局部截流待冷却流体的截流部。

其中，截流部设置于三维肋片管1内，且截流部外壁与三维肋片管1的内肋片101端部构成间隙配合。

进一步地，截流部外壁与三维肋片管1的内肋片101端部构成间隙量为0-5mm的间隙配合。本实施例中，截流部外壁与三维肋片管1的内肋片101端部的间隙量为1mm。

为实现对换热过程中的流体进行储存，提高空间利用率，截流部包括管201，在管201内设置有截流板202。

本实施例中，如图3所示，截流板202设置于管201的端部，具体设置在管201内待冷却流体的进口端，以在管201端部完成截流，管201内用于储存已冷却流体。

为方便清洗三维肋片换热管，截流部可拆卸的设置于三维肋片管1上，需要清洗三维肋片换热管时，只需要将截流部从三维肋片管1内取出再清洗三维肋片管1内腔即可。

本实施例中，三维肋片管1和管201均为内径矩形管，截流板202为矩形板，三维肋片管1内腔和截流板202的高度均为30mm，内肋片101和外肋片102的高度均为4mm，截流部2厚度为20mm，即管201的截面厚度为20mm。

本实施例中，三维肋片管1、截流部2、支撑板3的材质均为不锈钢。

实施例3

一种三维肋片换热管，如图4所示，包括带有内肋片101和外肋片102的三维肋片管1，在三维肋片管1上设置有用于局部截流待冷却流体的截流部。

其中，截流部设置于三维肋片管1内，且截流部外壁与三维肋片管1的内肋片101端部构成间隙配合。

进一步地，截流部外壁与三维肋片管1的内肋片101端部构成间隙量为0-5mm的间隙配合。本实施例中，截流部外壁与三维肋片管1的内肋片101端部的间隙量为5mm。

为实现对换热过程中的流体进行储存，提高空间利用率，截流部包括管201，在管201内设置有截流板202。

本实施例中，截流板202设置于管201的中部，以在管201中部完成截流，管201内截流板202两侧分别用于储存待冷却流体和已冷却流体，即管201内截流板202靠近出口侧用于储存已冷却流体，管201内截流板202靠近进口侧用于储存待冷却流体。

为方便清洗三维肋片换热管，截流部可拆卸的设置于三维肋片管1上，需要清洗三维肋片换热管时，只需要将截流部从三维肋片管1内取出再清洗三维肋片管1内腔即可。

本实施例中，三维肋片管1和管201均为内径为三角管，截流板202为三角板，内肋片101和外肋片102的高度均为3mm，三角管外壁与三维肋片管1的内肋片101端部的间隙量为5mm。

本实施例中，三维肋片管1、截流部、支撑板3的材质均为不锈钢。

实施例4

一种三维肋片换热管，如图5所示，包括带有内肋片101和外肋片102的三维肋片管1，在三维肋片管1上设置有用于局部截流待冷却流体的截流部2。

其中，截流部2设置于三维肋片管1内，且截流部2外壁与三维肋片管1的内肋片101端部构成间隙配合。

进一步地，截流部2外壁与三维肋片管1的内肋片101端部构成间隙量为0-5mm的间隙配合。本实施例中，截流部2外壁与三维肋片管1的内肋片101端部的间隙量为2mm。

为实现对换热过程中的流体进行储存，提高空间利用率，如图5所示，截流部2包括管201，在管201内设置有截流板202。

本实施例中，如图1所示，截流板202设置于管201的端部，具体设置在管201内待冷却流体的出口端，以在管201端部完成截流，管201内用于储存待冷却流体。

为方便清洗三维肋片换热管，截流部2可拆卸的设置于三维肋片管1上，需要清洗三维肋片换热管时，只需要将截流部2从三维肋片管1内取出再清洗三维肋片管1内腔即可。

本实施例中，三维肋片管1为内径为50mm的圆管，管201也为圆管，内肋片101和外肋片102的高度均为5mm，截流部2外径为46mm，即管201的外径为46mm。

本实施例中，三维肋片管1、截流部2、支撑板3的材质均为不锈钢。

实施例1至实施例4原理：三维肋片管1进口端的待冷却流体经截流部2外壁与三维肋片管1的内肋片101端部之间的空隙流过，待冷却流体和冷却介质流向如图中箭头所示，冷却介质经三维肋片管1的外肋片102处流过，待冷却流体与冷却介质在三维肋片管1管壁处进行换热，所有待冷却流体必须经过截流部2外壁与三维肋片管1的内肋片101端部之间的空隙流过，待冷却流体能够在三维肋片管1内壁充分贴壁换热冷却，达到较好的冷却效果。

实施例5

一种三维肋片换热管，如图6所示，包括带有内肋片101和外肋片102的三维肋片管1，在三维肋片管1上设置有用于局部截流待冷却流体的截流部2。

其中，截流部2设置于三维肋片管1外，且截流部2内壁与三维肋片管1的外肋片102端部构成间隙配合。

进一步地，截流部2内壁与三维肋片管1的外肋片102端部构成间隙量为0-5mm的间隙配合。

进一步地，如图6所示，截流部2包括同轴线设置的多块板203，板203为圆板，板203的数量包括但不限于三块、四块、五块、六块，本实施例中，板203的数量为四块。在板203外壁设置有壳体4，壳体4与三维肋片管1外壁构成的空间6作为待冷却流体通道，三维肋片管1内腔作为冷却介质通道；在每块板203上同轴线设置有孔204，三维肋片管1穿设于孔204内，孔204内壁与三维肋片管1的外肋片102端部构成间隙量为5mm的间隙配合，壳体4内壁与三维肋片管1的外肋片102端部构成间隙量为10-30mm，即三维肋片管1一侧的空间6的高度为10-30mm。采用此结构既能通过板203支撑三维肋片管1，又能够有助于待冷却流体导流。

为方便清洗三维肋片换热管，截流部2可拆卸的设置于三维肋片管1上。

本实施例中，三维肋片管1为圆管，其外径为25mm，内肋片101和外肋片102的高度均为5mm，壳体4内壁与三维肋片管1的外肋片102端部构成间隙量为20mm，孔204直径为45mm。

实施例5原理：如图6所示，三维肋片管1进口端的待冷却流体经截流部2内壁与三维肋片管1的外肋片102端部之间的空隙流过，冷却介质经三维肋片管1内腔流过，待冷却流体与冷却介质在三维肋片管1管壁处进行换热，由于所有待冷却流体必须经过截流部2内壁与三维肋片管1的外肋片102端部之间的空隙流过，因此待冷却流体能够在三维肋片管1外壁充分贴壁换热冷却，从而达到较好的冷却效果。

实施例6

一种三维肋片换热管，如图7和图8所示，包括带有内肋片101和外肋片102的三维肋片管1，在三维肋片管1上设置有用于局部截流待冷却流体的截流部2。

其中，截流部2设置于三维肋片管1内，且截流部2外壁与三维肋片管1的内肋片101端部构成间隙配合。

进一步地，截流部2外壁与三维肋片管1的内肋片101端部构成间隙量为0-5mm的间隙配合。本实施例中，截流部2外壁与三维肋片管1的内肋片101端部的间隙量为3mm。

为实现对换热过程中的流体进行储存，提高空间利用率，如图8所示，截流部2截流部2包括管201，在管201内设置有弹簧205，弹簧205一端固定，弹簧205另一端为自由端，在弹簧205自由端活动设置有密封部206，当管201内密封部206两侧流体压力不超过规定值时，密封部206和弹簧205在管201内构成接触密封以实现截流，本实施例中，密封部206为钢球。

进一步地，如图8所示，管201由第一管段2011和第二管段2012构成，第一管段2011内径大于第二管段2012内径，弹簧205位于第一管段2011内，密封部206通过弹簧205卡合于第一管段2011与第二管段2012的过渡处。当管201内密封部206两侧流体压差不超过规定值时，密封部206和弹簧205在管201内构成接触密封密封以实现截流。当管201内密封部206两侧流体压差超过规定值时，流体驱动密封部206和弹簧205在管201内移动以形成非密封结构，此结构还能够防止管201内流体温度过高，及时释放过大压力，尤其是当管201内流体因温度过高而导致的压力过大，本实施例中截流部2能够及时泄压，起到保护油箱和管路的作用。

本实施例中，截流部2上的密封部206靠近管201中部设置，密封部206两侧分别用于储存待冷却流体和已冷却流体。

为方便清洗三维肋片换热管，截流部2可拆卸的设置于三维肋片管1上，需要清洗三维肋片换热管时，只需要将截流部2从三维肋片管1内取出再清洗三维肋片管1内腔即可。

本实施例中，三维肋片管1为内径为30mm的圆管，管201也为圆管，内肋片101和外肋片102的高度均为5mm，截流部2外径为14mm，即管201的外径为14mm。

本实施例中，三维肋片管1、截流部2、支撑板3的材质均为不锈钢。

实施例7

一种三维肋片换热管，包括带有内肋片和外肋片的三维肋片管，在三维肋片管上设置有用于局部截流待冷却流体的截流部。

其中，截流部包括外管，外管套设于三维肋片管上，且外管内壁与三维肋片管的外肋片端部构成间隙量为0-5mm的间隙配合。

实施例8

一种三维肋片换热管，参照实施例6，其中，板203的数量为一块，板203靠近三维肋片管的待冷却流体进口附近设置。

实施例9

一种三维肋片换热管，参照实施例6，其中，板203的数量为一块，板203靠近三维肋片管的待冷却流体出口附近设置。

实施例10

一种三维肋片换热管，参照实施例6，其中，板203的数量为一块，板203靠近三维肋片中部设置。

实施例11-实施例15

一种三维肋片换热管，分别参照实施例1至实施例4和实施例6，其中，截流部2外壁与三维肋片管1的内肋片101端部的间隙量为0mm。

实施例16

一种三维肋片换热管，参照实施例5，其中，截流部2的孔204壁与三维肋片管1的外肋片102端部的间隙量为0mm。

实施例17

一种三维肋片换热管，参照实施例6，其中，密封部206采用堵头。

为进一步验证本发明三维肋片换热管的冷却效果，分别针对实施例1和实施例6中三维肋片换热管进行换热试验。

试验设计：试验分为九组，第1组采用实施例1中的三维肋片换热管，第2组采用实施例1中去掉截流部后的三维肋片换热管，第3组采用实施例2中的三维肋片换热管，第4组采用实施例3中的三维肋片换热管，第5组采用实施例4中的三维肋片换热管，第6组采用实施例4中去掉截流部后的三维肋片换热管，第7组采用实施例4中的三维肋片换热管(三维肋片换热管内的截流部采用最大外径为46mm的螺旋扰流片替代，螺旋扰流片结构参照cn205918707u中的扰流片)，第8组采用实施例5中的三维肋片换热管，第9组采用实施例6中的三维肋片换热管,每组试验中的三维肋片换热管长度为700mm。

三维肋片换热管的进口端连接高温油桶，高温油桶内盛装液压油，三维肋片换热管的出口端连接低温油桶，高温油桶的出口设置开关阀，高温油桶的出口较低温油桶的进口略高，使连接高温油桶与低温油桶的三维肋片换热管倾斜5°，高温油桶与低温油桶还通过管路和泵连通并形成回路，启动泵后能够将低温油桶内的液压油抽回高温油桶。在三维肋片换热下侧放置有转速为2000转/分钟的排风扇，排风扇直径为550mm，开启排风扇后，风自下往上吹。试验在环境温度为35-36°的密闭室内进行，在连接高温油桶与低温油桶并靠近高温油桶的管路上设置有储油池，在储油池内放置电加热片，以便于在试验过程中能够将高温油桶内液压油的温度控制为57-59°。在高温油桶内、低温油桶内、储油池内、三维肋片换热管的进口端和出口端分别放置有温度传感器，用于实时检测液压油的温度。

试验方法：先在储油池内灌入适量液压油，开启电加热片加热液压油，当储油池内液压油温度加热到60-62°时，打开储油池将加热后的液压油排入高温油桶内；开启排风散，开启高温油桶出口处的开关阀，高温油桶内的液压油进入三维肋片换热管内换热冷却，冷却后的液压油流入低温油桶内，当低温油桶内的液压油到一定量时，打开泵将低温油桶内的液压油抽回储油池内再次加热，进行下一循环。试验过程中，实时观察各温度传感器显示的温度，分析三维肋片换热管的换热效果，结果见表1，

表1三维肋片换热管的换热效果

试验结论：由表1可知，采用本发明三维肋片换热管和风冷方式冷却液压油时，冷却效果好，能够将液压油温度冷却到环境温度，700mm长的三维肋片换热管冷却温度可达22.7℃，且冷却后的液压油温度均匀，不存在回温现象；而采用不带有截流部的普通三维肋片换热管冷却液压油，仅能将液压油温冷却6.8-9.7℃，且冷却后的液压油存在回温现象，这是由于三维肋片换热管中部的液压油沿其轴向直接流动，几乎未被冷却，使得低温油桶中油温回升，即使在三维肋片换热管中部增加螺旋扰流片，也只能将液压油冷却12.6℃左右。

此外，采用本发明三维肋片换热管用于冷却非粘性流体，同样具有良好的冷却效果。