CN109899987A - 换热器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及到一种换热器，包括两端开口的内筒体，内筒体内部设置有沿内筒体轴向螺旋延伸的螺旋换热管，螺旋换热管固定连接在内筒体内壁上，内筒体一端为第一进口，另一端为第一出口，螺旋换热管的两端分别从内筒体侧壁上伸出内筒体外，螺旋换热管的一端为第二进口，另一端为第二出口，螺旋换热管上沿其轴向依次排列地连接有大量向螺旋换热管的中心轴方向延伸的翅片，翅片从与螺旋换热管分离的位置开始进行扭转，被扭转的翅片的表面与内筒体轴向形成的角度从内筒体第一进口端向第一出口端逐渐增大。本发明在通过翅片提高换热效率的基础上，进一步通过对翅片的扭转将管外介质引导形成螺旋形流动，进一步提高热交换效率。

Description

换热器

技术领域：

本发明属于热交换技术领域，特别涉及一种换热器。

背景技术：

自然界中能量无处不在，常见的现象是风，风的大小代表着能量流动的速度，代表能量高底传播的速度。当相对较高温度的气流遇到低温气流时，会产生激烈的热交换，而形成龙转风，螺旋转动的大量气体分子之间经过高速摩擦传导来加速热交换。除气体外还有液体，如江河湖海中的漩涡，是另外一种形态势能的能量流动交换。电学的变压器，电机都是以螺旋形线圈以电磁场地形态来实现能量转换。间接说明能量转换以螺旋的形态是更好的方法。

燃烧产生的高温气体的体积与该高温气体的温度成正比，温度越高，体积越大，如果燃烧后的高温气体的温度得不到及时的降低，则会影响到用于燃烧的空气的进入，而要保持燃烧所必须的进气量，风机功率耗电量会提高，进气量不够会导致燃烧不完全，浪费能源。

发明内容：

本发明要解决的技术问题是：提供一种能提高热交换效率的换热器。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：换热器，包括螺旋换热管，螺旋换热管上沿其轴向依次排列地连接有大量向螺旋换热管的中心轴方向延伸的翅片，翅片包括与螺旋换热管连接的连接部以及连接在连接部上且伸向螺旋换热管中心轴的换热部，所述螺旋换热管的一端为上端，另一端为下端，位于螺旋换热管下端端部的翅片换热部平行于该螺旋换热管的中心轴，从该翅片开始沿螺旋换热管向上依次排列的各翅片的换热部均沿同一方向倾斜且倾斜后与中心轴形成倾角θ，θ的值从螺旋换热管下端向上逐渐增大至45°后保持45°不变。

作为一种优选方案，所述换热器还包括设置在螺旋换热管外部的内筒体，螺旋换热管的中心轴平行于内筒体轴向，内筒体两端开口，内筒体一端为第一进口，另一端为第一出口，螺旋换热管的两端分别从内筒体侧壁上伸出内筒体外，螺旋换热管的一端为第二进口，另一端为第二出口，螺旋换热管下端位于内筒体第一进口端。

作为一种优选方案，若干翅片的换热部朝向螺旋换热管的中心轴的一端沿倾斜于中心轴的折边线进行折弯形成导向部，折边线与中心轴形成的角度为0～45°，任一折边线沿第一进口向第一出口方向逐渐向所属翅片的连接部倾斜。

作为一种优选方案，所述折边线与中心轴形成的角度从内筒体第一进口端向第一出口端逐渐增大。

作为一种优选方案，所述螺旋换热管的内壁上设置有沿螺旋换热管轴向螺旋延伸的内鳍片。

作为一种优选方案，所述螺旋换热管与内筒体内壁之间留有间隙，内筒体上零散地设置有多个螺旋排列的定位架，螺旋换热管置于定位架上，通过定位架与内筒体内壁固定连接。

作为一种优选方案，所述内筒体外部套接有一个外筒体，内筒体的第一出口端位于外筒体内，外筒体与内筒体第一出口端对应的一端连接有一个中空箱体，该箱体正对第一出口的箱壁上开设有若干进料通孔，箱体其他箱壁上开设有与进料通孔一一对应的出料通孔，箱体内部设置有与进料通孔一一对应的热交换管，热交换管的一端与对应进料通孔密封对接，另一端一一对应地密封连接到出料通孔上，箱体外壁上设置有一个排料口和一个进料口，排料口位于远离第一出口一端的侧壁上，进料口位于接近第一出口一端的侧壁上，所述螺旋换热管的第二出口与进料口连通，所述内筒体与外筒体之间形成冷凝水槽，所述内筒体第一出口端与箱体之间形成环形缺口，冷凝水从环形缺口进入冷凝水槽内，所述外筒体外壁上设置有与冷凝水槽连通的冷凝水管。

作为一种优选方案，所述内筒体和外筒体均竖向设置，所述箱体设置在外筒体上端，内筒体上方设置有一个向上供起的导流板，导流板的下边缘位于冷凝水槽正上方。

作为一种优选方案，所述热交换管的内壁和外壁上分别连接有沿其轴向螺旋形延伸的内鳍片和外鳍片。

作为一种优选方案，所述螺旋换热管竖向设置，仅位于螺旋换热管下半部分的翅片上设置有导向部。

本发明的有益效果是：在螺旋换热管上设置翅片，提高螺旋换热管与外界的接触面积，提高换热效率，进一步使翅片沿螺旋换热管向上依次排列的各翅片的换热部均沿同一方向倾斜且倾斜后与中心轴形成倾角θ，θ的值从螺旋换热管下端向上逐渐增大至45°后保持45°不变，从而使经过螺旋换热管翅片的介质逐渐形成螺旋形流动，在离心力作用下，在螺旋换热管附近的介质浓度提高，介质与螺旋换热管充分接触提高换热效率。

在内筒体内部设置螺旋换热管并在螺旋换热管上设置翅片，同时使翅片的表面与中心轴形成的角度从内筒体第一进口端向第一出口端逐渐增大，这样在介质刚进入换热器时，基本不受翅片阻挡，可快速进入与翅片以及螺旋换热管接触，由于刚进入内筒体的介质与螺旋换热管内部介质温差大，因此换热效率高，在内筒体内的介质逐渐上升的同时温度逐渐下降，而翅片的逐渐倾斜使得介质逐渐成螺旋形旋转上升，并且越往上旋转速度越快，在介质旋转过程中，受离心力作用，靠近内筒体内壁的介质浓度升高，介质与螺旋换热管充分接触进行热交换，提高换热效率。

附图说明：

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明，其中：

图1是本发明的半剖结构示意图；

图2是图1中的A向视图；

图3是翅片的立体结构示意图；

图4是上下层翅片与中心轴的结构关系示意图；

图5是箱体底面成拱形的换热器半剖结构示意图；

图6是本发明的另一种具体实施方式的结构示意图。

图1～图6中：1、内筒体，2、螺旋换热管，3、第一进口，4、第一出口，5、第二进口，6、第二出口，7、中心轴，8、翅片，8-1、连接部，8-2、换热部，9、外筒体，10、折边线，11、导向部，12、内鳍片，13、箱体，14、进料通孔，15、出料通孔，16、热交换管，17、排料口，18、进料口，19、外鳍片，20、定位架，21、冷凝水槽，22、环形缺口，23、冷凝水管，24、导流板，25、间隙，26、隔离环，27、连接筋，28、流通孔。

具体实施方式：

下面结合附图，详细描述本发明的具体实施方案。

实施例1：

如图1～图4所示的换热器，包括螺旋换热管2，螺旋换热管2上沿其轴向依次排列地连接有大量向螺旋换热管2的中心轴7方向延伸的翅片8，翅片8包括与螺旋换热管2连接的连接部8-1以及连接在连接部8-1上且伸向螺旋换热管2中心轴7的换热部8-2，所述螺旋换热管2的一端为上端，另一端为下端，位于螺旋换热管2下端端部的翅片8换热部8-2平行于该螺旋换热管2的中心轴7，从该翅片8开始沿螺旋换热管2向上依次排列的各翅片8的换热部8-2均沿同一方向倾斜且倾斜后与中心轴7形成倾角θ，θ的值从螺旋换热管2下端向上逐渐增大至45°后保持45°不变。

如图3所述，本实施例中的翅片8是有条状板材经卷圆、扭转而成，条状板材由一端开始卷圆形成与螺旋换热管2外圆周相配合的圆环形连接部8-1，套接在螺旋换热管2上，翅片8自卷圆结束的位置开始进行扭转形成换热部8-2。

所述换热器还包括竖向设置且两端开口的内筒体1，螺旋换热管2沿内筒体1轴向设置在内筒体1内，螺旋换热管2固定连接在内筒体1内壁上，内筒体1一端为第一进口3，另一端为第一出口4，螺旋换热管2的两端分别从内筒体1侧壁上伸出内筒体1外，螺旋换热管2的一端为第二进口5，另一端为第二出口6，螺旋换热管下端位于内筒体1第一进口3端。

在内筒体1内部设置螺旋换热管2并在螺旋换热管2上设置翅片8，同时使翅片8的表面与中心轴7形成的角度θ从内筒体1第一进口3端向第一出口4端逐渐增大，这样在介质进入换热器的内筒体1时，基本不受翅片8阻挡，可快速进入与翅片8以及螺旋换热管2接触，由于刚进入换热器内筒体1的介质(下文简称管外介质)的温度与螺旋换热管2内部介质温差大因此换热效率高，在管外介质逐渐上升的同时温度逐渐下降，而翅片8的逐渐倾斜使得管外介质逐渐成螺旋形旋转上升，并且越往上旋转速度越快，在管外介质旋转过程中，由于离心力作用，内筒体1中心区的介质向四周分散，与螺旋换热管充分接触，提高热交换效率。

如图1所示，若干翅片8的换热部8-2朝向螺旋换热管2的中心轴7的一端沿倾斜于中心轴7的折边线10进行折弯形成导向部11，折边线10与中心轴7形成的角度为0～45°，任一折边线10沿第一进口3向第一出口4方向逐渐向所属翅片8的连接部9倾斜。

所述折边线10与中心轴7形成的角度从内筒体1第一进口3端向第一出口4端逐渐增大。

在翅片上设置导向部11，能够使管外介质向上运动时具有向螺旋换热管2方向移动的动能，从而对螺旋换热管2进行冲击，提高管外介质与螺旋换热管2内部介质的热交换效率。

所述螺旋换热管2的内壁上设置有沿螺旋换热管2轴向螺旋延伸的内鳍片12。内鳍片12能提高螺旋换热管2与其内部水的热交换效率，从而进一步提高整个换热器对热气能量的吸收效率。

所述螺旋换热管2与内筒体1内壁之间留有间隙25，内筒体1上零散地设置有多个螺旋排列的定位架20，螺旋换热管2置于定位架20上，通过定位架20与内筒体1内壁固定连接。管外介质可通过间隙25流动，从而充分裹覆在螺旋换热管2的四周，与螺旋换热管2充分接触以提高热交换效率。

所述内筒体1外部套接有一个外筒体9，内筒体1的第一出口4端位于外筒体9内，外筒体9与内筒体1第一出口4端对应的一端连接有一个中空箱体13，该箱体13正对第一出口4的箱壁上开设有若干进料通孔14，箱体13其他箱壁上开设有与进料通孔14一一对应的出料通孔15，箱体13内部设置有与进料通孔14一一对应的热交换管16，热交换管16的一端与对应进料通孔14密封对接，另一端一一对应地密封连接到出料通孔15上，箱体13外壁上设置有一个排料口17和一个进料口18，排料口17位于远离第一出口4一端的侧壁上，进料口18位于接近第一出口4一端的侧壁上，所述螺旋换热管2的第二出口6与进料口18连通，所述内筒体1与外筒体之间形成冷凝水槽21，所述内筒体1第一出口4端与箱体13之间形成环形缺口22，冷凝水从环形缺口22进入冷凝水槽21内，所述外筒体9外壁上设置有与冷凝水槽21连通的冷凝水管23。

如图1所示，内筒体1与外筒体9之间通过一个隔离环26间隔连接，隔离环26接近内筒体1第一进口3处，位于隔离环26上方的冷凝水槽21内周向间隔设置有多个竖向延伸的连接筋27，所述内筒体1和外筒体9通过连接筋27相互连接。

在利用螺旋换热管2对管外介质和管内介质进行热交换之后，再次通过箱体13进行一次热交换，实现两种介质充分的热交换。

所述螺旋换热管2竖向设置，仅位于螺旋换热管2下半部分的翅片8上设置有导向部11，管外介质在螺旋换热管2下半部分受导向部11导向而向内筒体1内壁和螺旋换热管2冲击，然后向螺旋换热管2上半部分反射，从而使管外介质顺利、均衡地进入各热交换管16。

所述内筒体1和外筒体9均竖向设置，所述箱体13设置在外筒体9上端，内筒体1上方设置有一个向上供起的导流板24，导流板24的下边缘位于冷凝水槽21正上方，本实施例中，导流板24倒挂在箱体13的底部，当然也可以将导流板24通过支撑柱固定连接在内筒体1的上端或外筒体9的内壁上，这些技术方案均属于本实施例中所采用的固定导流板24的方案的简单替换，均属于本发明的保护范围内。

导流板24在管外介质为高温气体的时候，可对形成的冷凝水进行导流，将冷凝水引导进入冷凝水槽21，并经冷凝水罐23排出。

为了提高气体介质的流通效率，导流板24上开设有与进料通孔14相互错位的流通孔28。

所述热交换管16的内壁和外壁上分别连接有沿其轴向螺旋形延伸的内鳍片12和外鳍片19，进一步扩大热交换面积，提高两种介质的热交换效率。

以管外介质为高温热气，管内介质为低温水位例详细说明本发明工作原理：如图1～图4所示，将外筒体9下端对接到燃烧室(图中未示出)上，使燃烧室内燃烧产生的热气通过内筒体1的第一进口3进入内筒体1内，并沿内筒体1向第一出口4方向流动。

从进料口18向箱体13内内注入冷水，冷水从排料口17经第二进口5流入螺旋换热管2，沿螺旋换热管2向下流动至第二出口6排出，排出的水可再次输送到进料口18形成循环，也可直接应用。

在热气从第一进口3进入内筒体1初期，流通不受阻碍，热气高速向上，与翅片8、螺旋换热管2接触进行高效的热交换，在热气向上流动过程中，受逐渐倾斜的翅片8表面的阻挡，开始逐渐成螺旋形上升，同时受到导向部11的导向，螺旋换热管2中心区(中心轴7附近)热气浓度下降，周边(螺旋换热管附近)浓度上升，热气充分与螺旋换热管2内的水进行热交换。

在热气通过螺旋换热管2后进入热交换管16进一步冷却，并在热交换管16的内壁上形成冷凝水，冷凝水沿热交换管16内壁向下流动并滴落在导流板24上，沿导流板24的拱形面向导流板24四周流淌，并最终从导流板24四周边缘滴落入冷凝水槽21内，经冷凝水管23排出，避免影响燃烧室内燃气的燃烧。

本发明通过在螺旋螺旋换热管2上设置翅片，利用翅片与热气进行热交换，提高热交换面积从而提高热交换效率，利用翅片8从第一进口向第一出口方向逐渐倾斜的的设置方式，使热气螺旋形上升，形成与螺旋换热管2的螺旋热交换，提高热交换效率。

在本实施例中，导流板24可以是如图1所示的连接在箱体13下方的单独半球面形板，也可以将箱体13的底面(朝向第一出口4的一面)设置成如图5所示的向上拱起的拱形底，使箱体13下底面具有导流功能，以引导箱体13底面及热交换管16内形成的冷凝水向冷凝水槽21聚集。

实施例2：

如图6所示，本实施例所述换热器包括螺旋换热管2，螺旋换热管2上沿其轴向依次排列地连接有大量向螺旋换热管2的中心轴7方向延伸的翅片8，翅片8包括与螺旋换热管2连接的连接部8-1以及连接在连接部8-1上且伸向螺旋换热管2中心轴7的换热部8-2，所述螺旋换热管2的一端为上端，另一端为下端，位于螺旋换热管2下端端部的翅片8换热部8-2平行于该螺旋换热管2的中心轴7，从该翅片8开始沿螺旋换热管2向上依次排列的各翅片8的换热部8-2均沿同一方向倾斜且倾斜后与中心轴7形成倾角θ，θ的值从螺旋换热管2下端向上逐渐增大至45°后保持45°不变。

本实施例中的螺旋换热管2内部也设置有内鳍片12，以提高管内热交换面积。

在本实施例中，也可以在螺旋换热管2外部设置内筒体1，对管外介质进行限制流向，螺旋换热管2和内筒体1可以横向设置，也可竖向设置，均不影响使用。

本实施例中的换热器的工作原理是：在螺旋换热管2内通入高温的气体或液体，然后通过翅片8与管外的低温气体或液体进行热交换，本实施例中的翅片8的结构与实施例1中的相同，在实际使用中，从螺旋换热管2下端向上吹送管外的低温气体或液体，使管外气体或液体从螺旋换热管2中间通过，并在翅片8的作用下形成螺旋形流动，使管外低温气体或液体与螺旋换热管2充分接触，提高热交换效率。

上述实施例仅例示性说明本发明创造的原理及其功效，以及部分运用的实施例，而非用于限制本发明；应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.换热器，其特征在于，包括螺旋换热管(2)，螺旋换热管(2)上沿其轴向依次排列地连接有大量向螺旋换热管(2)的中心轴(7)方向延伸的翅片(8)，翅片(8)包括与螺旋换热管(2)连接的连接部(8-1)以及连接在连接部(8-1)上且伸向螺旋换热管(2)中心轴(7)的换热部(8-2)，所述螺旋换热管(2)的一端为上端，另一端为下端，位于螺旋换热管(2)下端端部的翅片(8)换热部(8-2)平行于该螺旋换热管(2)的中心轴(7)，从该翅片(8)开始沿螺旋换热管(2)向上依次排列的各翅片(8)的换热部(8-2)均沿同一方向倾斜且倾斜后与中心轴(7)形成倾角θ，θ的值从螺旋换热管(2)下端向上逐渐增大至45°后保持45°不变。

2.根据权利要求1所述换热器，其特征在于，还包括设置在螺旋换热管外部的内筒体(1)，螺旋换热管(2)的中心轴(7)平行于内筒体(1)轴向，内筒体(1)两端开口，内筒体(1)一端为第一进口(3)，另一端为第一出口(4)，螺旋换热管(2)的两端分别从内筒体(1)侧壁上伸出内筒体(1)外，螺旋换热管(2)的一端为第二进口(5)，另一端为第二出口(6)，螺旋换热管下端位于内筒体(1)第一进口(3)端。

3.根据权利要求2所述换热器，其特征在于，若干翅片(8)的换热部(8-2)朝向螺旋换热管(2)的中心轴(7)的一端沿倾斜于中心轴(7)的折边线(10)进行折弯形成导向部(11)，折边线(10)与中心轴(7)形成的角度为0～45°，任一折边线(10)沿第一进口(3)向第一出口(4)方向逐渐向所属翅片(8)的连接部(9)倾斜。

4.根据权利要求3所述换热器，其特征在于，所述折边线(10)与中心轴(7)形成的角度从内筒体(1)第一进口(3)端向第一出口(4)端逐渐增大。

5.根据权利要求4所述换热器，其特征在于，所述螺旋换热管(2)的内壁上设置有沿螺旋换热管(2)轴向螺旋延伸的内鳍片(12)。

6.根据权利要求1所述换热器，其特征在于，所述螺旋换热管(2)与内筒体(1)内壁之间留有间隙(25)，内筒体(1)上零散地设置有多个螺旋排列的定位架(20)，螺旋换热管(2)置于定位架(20)上，通过定位架(20)与内筒体(1)内壁固定连接。

7.根据权利要求1～6任一所述换热器，其特征在于，所述内筒体(1)外部套接有一个外筒体(9)，内筒体(1)的第一出口(4)端位于外筒体(9)内，外筒体(9)与内筒体(1)第一出口(4)端对应的一端连接有一个中空箱体(13)，该箱体(13)正对第一出口(4)的箱壁上开设有若干进料通孔(14)，箱体(13)其他箱壁上开设有与进料通孔(14)一一对应的出料通孔(15)，箱体(13)内部设置有与进料通孔(14)一一对应的热交换管(16)，热交换管(16)的一端与对应进料通孔(14)密封对接，另一端一一对应地密封连接到出料通孔(15)上，箱体(13)外壁上设置有一个排料口(17)和一个进料口(18)，排料口(17)位于远离第一出口(4)一端的侧壁上，进料口(18)位于接近第一出口(4)一端的侧壁上，所述螺旋换热管(2)的第二出口(6)与进料口(18)连通，所述内筒体(1)与外筒体之间形成冷凝水槽(21)，所述内筒体(1)第一出口(4)端与箱体(13)之间形成环形缺口(22)，冷凝水从环形缺口(22)进入冷凝水槽(21)内，所述外筒体(9)外壁上设置有与冷凝水槽(21)连通的冷凝水管(23)。

8.根据权利要求7所述换热器，其特征在于，所述内筒体(1)和外筒体(9)均竖向设置，所述箱体(13)设置在外筒体(9)上端，内筒体(1)上方设置有一个向上供起的导流板(24)，导流板(24)的下边缘位于冷凝水槽(21)正上方。

9.根据权利要求7所述换热器，其特征在于，所述热交换管(16)的内壁和外壁上分别连接有沿其轴向螺旋形延伸的内鳍片(12)和外鳍片(19)。

10.根据权利要求7所述换热器，其特征在于，所述螺旋换热管(2)竖向设置，仅位于螺旋换热管(2)下半部分的翅片(8)上设置有导向部(11)。