一种具有四螺旋凹槽的换热管及具有其的换热器的制造方法
【专利摘要】本申请涉及一种具有四螺旋凹槽的换热管，该换热管沿长度方向具有两端段与中间段，两端段与中间段一体成型，且两端段与中间段轴线重合；两端段为直管段，便于工装卡箍固定，中间段为压制变形管段，压制变形管段具有沿长度方向平行设置且间距相同的四条螺旋凹槽，四条螺旋凹槽的纵深相同，纵深深度为压制变形管段内管径的40％以上，中间段的任一横截面均为蝶形。还包括一种具有该种换热管的换热器。本实用新型通过增大压制变形管段的螺旋凹槽压制深度，促使管内中心部的高速流动芯流介质与同管壁的热交换异常剧烈，有效换热长度内强化换热能力增加明显，实现减少管子数量来满足同等换热内外双扰动效果的需求，节省金属材料的效果明显，对国家节能减排的贡献做出突出贡献。
【专利说明】
一种具有四螺旋凹槽的换热管及具有其的换热器
技术领域
[0001]本发明专利主要涉及的是一种热交换器，特别涉及一种具有四螺旋凹槽的换热管及具有其的换热器，其可提高管内流动介质和管外流动介质进行热交换时的强化扰动、提高传热系数(例如汽-水换热、水-水换热、烟气-水、蒸汽-水、气体、液体换热等)。可有效提高换热效率，降低管材损耗、降低成本，有效降低一次能源消耗，为节能减排做出贡献。
【背景技术】
[0002]锅炉及换热器的历史悠久，在工业化革命中发挥了至关重要的作用，时至今日在能源、化工、制造、冶金、轻工、食品、医药等行业中依然对高效锅炉及换热器存在巨大的市场需求。换热技术装备设计水平低，导致单位国内生产总值能耗和主要耗能产品能耗高于主要能源消费国家平均水平。同时能源转换过程中排出的废气SO2、N0X、C0等是大气污染的主要原因，也是温室气体排放的主要来源。这种状况持续下去，将给生态环境带来更大的压力。因此在科学技术的不断发展过程中，新型换热技术不断涌现，不断满足市场对高效换热和低原材料消耗，实现节能和减排的双重目的。
[0003]发达国家对节能问题的关注始于上个世纪70年代石油危机发生之后，不断攀升的高油价，促使许多国家更加重视节能问题。由于这些国家政府采取了鼓励政策措施，因而，节能新技术和新产品不断涌现，能源使用效率大幅提高，这给它们带来了巨大的经济效益和社会效益。20世纪70年代以来，法国、荷兰、英国、奥地利、瑞典和美国相继进行了冷凝换热器的研制。在锅炉中增设冷凝换热器，回收并利用烟气中水蒸气冷凝时放出的汽化潜热。自20世纪70年代以来，国外冷凝式供热锅炉的生产与应用也已具有一定规模。在美国使用得相对较晚，比欧洲晚十年左右。国外应用20-1400KW小型冷凝式锅炉相当广泛。尤其是在国家目前大力推广的煤改气项目中，大量燃煤锅炉改成燃气供热。而燃气锅炉的排烟温度普遍控制在170-250°C。冷凝式锅炉就是利用高效的烟气冷凝余热回收装置来吸收锅炉尾部排烟中的显热和水蒸汽凝结所释放的潜热，以达到提高锅炉热效率的目的。
[0004]而目前国内市场上普遍采用的冷凝换热器的换热管普遍采用的压制螺旋管是通过三滚轮倾斜一定角度，中心夹住管子，通过三个滚轮的滚动带动管子旋转，同时在管子表面形成细微浅凹痕。该种压制螺旋管存在的问题是管径仅为61mm和63_两个规格，且为同平面轴向变形，压制深度非常浅，管外表面的凹槽深度仅为3-4毫米，且螺距长达150-200mm，介质流经管外表面时几乎无法形成剧烈的扰动，换热系数相对较低，单位面积内换热效果有限。同时因为管材金属外表面变形造成内表面形成适当凸起，但由于在压制过程中金属密度的变化造成内表面的凸起非常微弱，管内凸起仅为1-2mm，变形量仅占整个管径的3%，无法使管子内流动的介质剧烈扰动，同时随着管子直径的增加造成管子中心部的高速流动芯流介质无法参与同管壁的热交换，结果是必须通过增加管子数量来满足换热温降的需求，造成对金属材料的浪费，增加一次能源的消耗。
[0005]而国际上普遍采用的最先进的波浪形螺旋换热管依旧是简单的将圆管压扁然后再螺旋，依然存在较大的改进空间。首先存在压扁后管径加宽，在管子两端依然是圆管的情况下不易抽出检修更换，同时依然采用的是单流道设计。还没有起到对流体的充分分散，换热效率依然有很大的提升空间。因此对换热管的结构提出了更高的要求。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是为了提高换热器的效率而提出的一种具有四螺旋凹槽的换热管及具有其的换热器，该换热管完全区别于目前市场上的换热管及有其制成的换热器。尤其适用于烟气-水、蒸汽-水换热、水-水换热、废气-空气、气体-液体换热等。
[0007]一种具有四螺旋凹槽的换热管，该换热管沿长度方向具有两端段与中间段，两端段与中间段一体成型，且两端段与中间段轴线重合;所述两端段为直管段，便于工装卡箍固定，所述中间段为压制变形管段，所述压制变形管段具有沿长度方向平行设置且间距相同的四条螺旋凹槽，四条所述螺旋凹槽的纵深相同，所述纵深深度为压制变形管段内管径的40%以上，所述中间段的任一横截面均为蝶形。将换热管由与轴向具有一定角度的四个方向压制变形形成四条螺旋凹槽，且纵深深度为压制变形管段内管径的40%以上，预留了足够的压制进深的空间，实现介质流经管材外表面时扰动剧烈，强化换热。
[0008]所述压制变形管段为正弦波浪形弯曲管段。该压制变形管段选用正弦波浪形弯曲管段，相对平滑的弧形曲线使得流体在管中流动顺畅。
[0009]所述螺旋凹槽的曲率Κ= 1/20-_1/40(曲率是圆弧切线和弧长比)，螺距可缩短至60mm，单位长度内增加了一倍以上的扭曲数量，有效换热长度内强化换热能力增加明显。
[0010]所述换热管的管材长度为500mm-6000mm均可，管材长度适用范围广。
[0011]所述直管段为圆形直管段，所述圆形直管段的管材长度约为100_。
[0012]所述换热管的外管径为10mm-350mm，管径适用范围广。
[0013]所述换热管的材料为紫铜、铜镍合金、钛、不锈钢、碳素钢、铝合金或聚四氟乙烯。
[0014]—种换热器，具有包括上述特征的换热管。
[0015]本实用新型通过增大压制变形管段的螺旋凹槽压制深度，促使管子内中心部的高速流动芯流介质与同管壁的热交换异常剧烈，且同时螺距可缩短至60mm，单位长度内增加了一倍以上的扭曲数量，有效换热长度内强化换热能力增加明显，实现减少管子数量来满足同等换热内外双扰动效果的需求，节省金属材料的效果明显，减少对一次能源的消耗，对国家节能减排的贡献做出突出贡献。
【附图说明】
[0016]附图1为本实用新型的主视图。
[0017]附图2为本实用新型压制变形管段的截面图。
[0018]附图3为本实用新型立体效果图。
【具体实施方式】
[0019]实施例1:
[0020]参见图1、图2及图3，一种具有四螺旋凹槽的换热管，该换热管沿长度方向具有两端段与中间段，两端段与中间段一体成型且两端段与中间段轴线重合;所述两端段为直管段，便于工装卡箍固定，所述中间段为压制变形管段，所述压制变形管段具有沿长度方向平行设置且间距相同的四条螺旋凹槽，四条所述螺旋凹槽的纵深相同，所述纵深深度为压制变形管段内管径的40%以上，所述中间段的任一横截面均为蝶形。
[0021]将换热管从与轴向具有一定角度的四个方向压制变形形成四条螺旋凹槽，且纵深深度为压制变形管段内管径的40%以上，预留了足够的压制进深的空间，实现介质流经管材外表面时扰动剧烈，强化换热。以DN38管径为例，凹槽深度达到15mm，实现介质流经管材外表面时扰动剧烈，强化换热。两端段与中间段一体成型且两端段与中间段轴线重合，利于换热管在换热器中的排列。
[0022]实施例2
[0023]参照实施例1的一种具有四螺旋凹槽的换热管，本实施例中，压制变形管段为正弦波浪形弯曲管段(图中未示出)。
[0024]该压制变形管段选用正弦波浪形弯曲管段，相对平滑的弧形曲线使得流体在管中流动顺畅。
[0025]实施例3
[0026]参照实施例1或实施例2的一种具有四螺旋凹槽的换热管，本实施例中，螺旋凹槽的曲率1(=^20-4/40(曲率是圆弧切线和弧长比)，螺距可缩短至60mm，单位长度内增加了一倍以上的扭曲数量，有效换热长度内强化换热能力增加明显。
[0027]实施例4
[0028]参照实施例3的一种具有四螺旋凹槽的换热管，本实施例中，换热管的管材长度为500mm-6000mm，管材长度适用范围广。
[0029]实施例5
[0030]参照实施例3的一种具有四螺旋凹槽的换热管，本实施例中，直管段为圆形直管段。
[0031 ] 实施例6
[0032]参照实施例3的一种具有四螺旋凹槽的换热管，本实施例中，圆形直管段的管材长度约为100mm。
[0033]实施例7
[O O3 4 ]参照实施例3的一种具有四螺旋凹槽的换热管，本实施例中换热管的外管径为10mm-350mm，管径适用范围广。
[0035]实施例8:参照实施例4或5或6或7的一种具有四螺旋凹槽的换热管，本实施例中换热管的材料为聚四氟乙烯、紫铜、铜镍合金、钛、碳素钢、铝合金或不锈钢管。
[0036]本实用新型提供了一种全新的四头螺纹变形结构，在换热管表面有向管内深入凸起的四个螺旋凹槽。将单流道增加为四流道，管内介质分散到四流道内，四流道截面积呈现分散花瓣的形状，管内介质分散的更加均勾，同时扭曲旋转，最大限度地实现介质的中心温度与管壁实现近距离接触，促进了流体的湍流流动、分离和破坏了边界层，换热速度加快，换热时间缩短，换热系数提高明显，有效缩短换热管长度，节省材料。同时圆管整体外径没有变化，经扭曲工艺后螺旋段直径略低于圆管外径，彻底解决了换热管更换的难题。
[0037]本实用新型实现了在换热功率相等的情况下极大缩短了换热管的长度，减少了换热管的数量，减小了换热设备的体积和空间。极大地为制造者降低了成本，节省金属材料的效果明显，减少对一次能源的消耗，对国家节能减排的贡献做出突出贡献。在烟气冷凝换热器中应用此技术，有效提高了换热效率，实现了充分冷凝，降低了废气中NOx的排放，为传统锅炉冷凝化及冷凝锅炉的研发提供了技术平台。
[0038]最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。
【主权项】
1.一种具有四螺旋凹槽的换热管，其特征在于，该换热管沿长度方向具有两端段与中间段，两端段与中间段一体成型，且两端段与中间段轴线重合;所述两端段为直管段，便于工装卡箍固定，所述中间段为压制变形管段，所述压制变形管段具有沿长度方向平行设置且间距相同的四条螺旋凹槽，四条所述螺旋凹槽的纵深相同，所述纵深深度为压制变形管段内管径的40%以上，所述中间段的任一横截面均为蝶形。2.根据权利要求1所述的一种具有四螺旋凹槽的换热管，其特征在于，所述压制变形管段为正弦扭曲波浪形弯曲管段。3.根据权利要求1或2所述的一种具有四螺旋凹槽的换热管，其特征在于，所述螺旋凹槽的曲率K = 1/20—1/40。4.根据权利要求3所述的一种具有四螺旋凹槽的换热管，其特征在于，所述换热管的管材长度为 500mm-6000mm。5.根据权利要求4所述的一种具有四螺旋凹槽的换热管，其特征在于，所述直管段为圆形直管段。6.根据权利要求5所述的一种具有四螺旋凹槽的换热管，其特征在于，所述圆形直管段的管材长度约为100mm。7.根据权利要求3所述的一种具有四螺旋凹槽的换热管，其特征在于，所述换热管的外管径为 10iffln_350mm。8.根据权利要求4-7任一项所述的一种具有四螺旋凹槽的换热管，其特征在于，所述换热管的材料为紫铜、铜镍合金、钛、不锈钢管、碳素钢、铝合金或聚四氟乙烯。9.一种换热器，其特征在于，包括有如权利要求1-8任意一项所述的一种具有四螺旋凹槽的换热管。
【文档编号】F28F1/00GK205619809SQ201620195070
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2016年3月15日
【发明人】王成研
【申请人】王成研