本發(fā)明涉及熱交換設備領域，具體而言，涉及一種套管式換熱器及換熱系統(tǒng)。

背景技術：

換熱管是熱交換裝置的關鍵零部件，其換熱能力的大小直接影響到熱交換裝置的性能。

目前市面上廣泛應用的換熱管普遍存在換熱效率低、成型工藝復雜、生產(chǎn)成本高等缺點，導致?lián)Q熱器的工作效率低、能耗較高、成本高。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種套管式換熱器，其換熱管的換熱效率高、結(jié)構(gòu)簡單、成型方便。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種換熱系統(tǒng)，其熱交換工作效率高、能耗低、制造成本低。

本發(fā)明的實施例是這樣實現(xiàn)的：

一種套管式換熱器，其包括套管及至少一個套設于套管內(nèi)的換熱管，換熱管和套管之間具有第一腔體，換熱管具有第二腔體，套管開設有與第一腔體連通的第一進料口與第一出料口，換熱管開設有與第二腔體連通的第二進料口和第二出料口，換熱管包括管體內(nèi)壁及位于管體內(nèi)壁的遠離第二腔體的一側(cè)的管體外壁，管體外壁具有沿換熱管的軸向螺旋設置的多個第一螺旋槽以及多個第一螺旋凸起，多個第一螺旋槽和多個第一螺旋凸起的延伸方向相同，管體內(nèi)壁具有與第一螺旋凸起位置對應的第二螺旋槽以及與第一螺旋槽位置對應的第二螺旋凸起，管體外壁還并排設置有多個翅片。

進一步地，在本發(fā)明較佳的實施例中，每個翅片的至少一個側(cè)壁設置有至少一個齒塊。

進一步地，在本發(fā)明較佳的實施例中，齒塊沿遠離管體外壁的方向厚度逐漸增大。

進一步地，在本發(fā)明較佳的實施例中，每個翅片沿換熱管的軸向螺旋設置。

進一步地，在本發(fā)明較佳的實施例中，第一螺旋槽的切線和翅片在同一位置處的切線之間形成的夾角為60-120°。

進一步地，在本發(fā)明較佳的實施例中，每個翅片包括沿翅片延伸方向并排設置的多個齒片，相鄰兩個齒片之間具有缺口。

進一步地，在本發(fā)明較佳的實施例中，相鄰兩個翅片的缺口交錯設置。

進一步地，在本發(fā)明較佳的實施例中，第一螺旋槽與第一螺旋凸起相間設置，第二螺旋槽與第二螺旋凸起相間設置。

進一步地，在本發(fā)明較佳的實施例中，第一進料口及第一出料口設置于套管的兩端端部，第二進料口和第二出料口設置于換熱管的兩端端部。

一種換熱系統(tǒng)，其包括上述的套管式換熱器。

本發(fā)明實施例的有益效果是：

本發(fā)明實施例提供的套管式換熱器，其換熱管上第一螺旋槽、第二螺旋槽、第一螺旋凸起和第二螺旋凸起的設置，使得換熱管的管體內(nèi)壁和管體外壁形成了多個凹凸的曲面，從而明顯地增大了換熱管的換熱面積，有效地提高了換熱管的換熱能力。當流體在第一腔體或第二腔體流動時，換熱管的螺旋結(jié)構(gòu)使得流體形成漩渦，流體在管體外壁或是管體內(nèi)壁的表面產(chǎn)生紊流，使得邊界層減薄，從而有效地提高了換熱管的換熱效果。第一螺旋槽和第二螺旋凸起的位置對應且第二螺旋槽和第一螺旋凸起的位置對應的目的在于，便于通過普通管體擠壓、扭曲變形直接制得，其結(jié)構(gòu)簡單、節(jié)省材料、加工方便。翅片的設置進一步增大了換熱管的換熱面積，換熱能力提高。

本發(fā)明實施例提供的換熱系統(tǒng)，采用上述的套管式換熱器進行熱交換操作，熱交換工作效率高、能耗低、制造成本低。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例的技術方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，應當理解，以下附圖僅示出了本發(fā)明的某些實施例，因此不應被看作是對范圍的限定，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他相關的附圖。

圖1為本發(fā)明實施例提供的套管式換熱器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實施例提供的套管式換熱器的局部剖視圖；

圖3為本發(fā)明實施例提供的換熱管的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明實施例提供的換熱管的剖視圖；

圖5為本發(fā)明實施例提供的翅片在第一視角的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為本發(fā)明實施例提供的翅片在第二視角的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖標：10-套管式換熱器；100-套管；101-第一腔體；102-第一進料口；103-第一出料口；200-換熱管；210-第二腔體；211-第二進料口；212-第二出料口；220-管體內(nèi)壁；221-第二螺旋槽；222-第二螺旋凸起；230-管體外壁；231-第一螺旋槽；232-第一螺旋凸起；240-翅片；241-第一側(cè)壁；242-第二側(cè)壁；243-齒片；244-缺口；245-齒塊。

具體實施方式

為使本發(fā)明實施例的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。通常在此處附圖中描述和示出的本發(fā)明實施例的組件可以以各種不同的配置來布置和設計。

因此，以下對在附圖中提供的本發(fā)明的實施例的詳細描述并非旨在限制要求保護的本發(fā)明的范圍，而是僅僅表示本發(fā)明的選定實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

應注意到：相似的標號和字母在下面的附圖中表示類似項，因此，一旦某一項在一個附圖中被定義，則在隨后的附圖中不需要對其進行進一步定義和解釋。

在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，術語“內(nèi)”、“外”、“軸向”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，或者是該發(fā)明產(chǎn)品使用時慣常擺放的方位或位置關系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。此外，術語“第一”、“第二”等僅用于區(qū)分描述，而不能理解為指示或暗示相對重要性。

此外，術語“平行”等術語并不表示要求部件絕對平行，而是可以稍微傾斜。如“平行”僅僅是指其方向相對“垂直”而言，并不是表示結(jié)構(gòu)之間一定要完全平行，而是可以稍微傾斜。

在本發(fā)明的描述中，還需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術語“設置”、“連接”應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內(nèi)部的連通。對于本領域的普通技術人員而言，可以具體情況理解上述術語在本發(fā)明中的具體含義。

請一并參閱圖1及圖2，本實施例提供一種套管式換熱器10，包括套管100及一個套設于該套管100內(nèi)的換熱器，在本發(fā)明其他的實施例中換熱管200的個數(shù)可根據(jù)套管100的大小及換熱的需求進行改變。

請結(jié)合圖3及圖4，換熱管200和套管100之間具有用于換熱介質(zhì)通過的第一腔體101，換熱管200的遠離第一腔體101的一側(cè)具有用于換熱介質(zhì)通過的第二腔體210。

套管100的兩端端部開設有與第一腔體101連通的第一進料口102和第二進料口211。

換熱管200的兩端端部開設有與第二腔體210連通的第二進料口211和第二出料口212。第二進料口211設置于換熱管200的遠離第一進料口102的一端，第二出料口212設置于換熱管200的遠離第一出料口103的一端。

在應用于蒸汽冷凝的熱交換操作時，換熱管200的兩端部設置有分別與第一腔體101連通的集氣分配裝置(圖未示)和集液裝置(圖未示)，該第一進料口102開設于集氣分配裝置，該第一出料口103開設于集液裝置。由于蒸汽的密度較小，集氣分配裝置設置于換熱管200的頂部，集液裝置設置于換熱管200的底部，使熱交換能夠更加充分。

換熱管200包括管體內(nèi)壁220和管體外壁230，管體外壁230設置于管體內(nèi)壁220的遠離第二腔體210的一側(cè)。

熱交換時，流經(jīng)第二腔體210內(nèi)的換熱介質(zhì)通過管體內(nèi)壁220進行熱交換，流經(jīng)第二腔體210外的換熱介質(zhì)通過管體外壁230進行熱交換。換熱管200較佳地由銅管、鎳白銅管、不銹鋼管或是鈦管加工制成，其熱傳導效果好、加工性能優(yōu)良。

本實施例中將進料口和出料口設置分別設置在管體的兩端部，能夠提高管體的利用率，提高換熱效率。將第二進料口211設置于換熱管200的遠離第一進料口102的一端，第二出料口212設置于換熱管200的遠離第一出料口103的一端，使第一腔體101內(nèi)的流體和第二腔體210內(nèi)的流體形成逆流，熱交換效率更高。

在本實施例中，套管100和換熱管200沿大致相同的路徑螺旋設置，換熱器的換熱面積大。當然，在本發(fā)明其他的實施例中，套管100和換熱管200也可以設置為直管、蛇形管等結(jié)構(gòu)。

套管100的底部還設置有底座，便于套管式換熱器10的穩(wěn)定使用和安裝。

請繼續(xù)參閱圖3及圖4，管體外壁230具有四個第一螺旋槽231以及四個第一螺旋凸起232。管體內(nèi)壁220具有四個分別與第一螺旋凸起232位置對應的第二螺旋槽221以及四個分別與第一螺旋槽231位置對應的第二螺旋凸起222。第一螺旋槽231、第一螺旋凸起232、第二螺旋槽221及第二螺旋凸起222的延伸方向相同，即第一螺旋槽231、第一螺旋凸起232、第二螺旋槽221以及第二螺旋凸起222之間大致地平行，其旋向相同且螺旋角大小大致地相等。

上述設置使得換熱管200的管體內(nèi)壁220和管體外壁230形成了多個凹凸的曲面，從而明顯地增大了換熱管200的換熱面積，有效地提高了換熱管200的換熱能力。

同時，當換熱介質(zhì)在換熱管200的內(nèi)部即第二腔體210或外部及第一腔體101內(nèi)流動時，換熱管200的螺旋結(jié)構(gòu)使得換熱介質(zhì)流體形成漩渦，流體在管體外壁230或是管體內(nèi)壁220的表面產(chǎn)生紊流，使得邊界層減薄，從而有效地提高了換熱管200的換熱效率，降低了熱交換工藝過程中的能耗。

在本實施例中，第一螺旋槽231和第一螺旋凸起232相間設置，相鄰兩個第一螺旋槽231之間設置有一個第一螺旋凸起232，相鄰兩個第一螺旋凸起232之間設置有一個第一螺旋槽231。

由于第二螺旋槽221和第一螺旋凸起232的位置對應，且第二螺旋凸起222與第一螺旋槽231的位置對應，故同樣地，第二螺旋槽221和第二螺旋凸起222相間設置，相鄰兩個第二螺旋槽221之間設置有一個第二螺旋凸起222，相鄰兩個第二螺旋凸起222之間設置有一個第二螺旋槽221。

換熱管200采用上述的設置方式，使換熱管200可通過對普通管體擠壓、扭曲變形直接制得，節(jié)省材料、加工方便、生產(chǎn)成本低。

在本發(fā)明較佳的實施例中，第一螺旋槽231、第一螺旋凸起232、第二螺旋槽221、第二螺旋凸起222的個數(shù)優(yōu)選為4-6個，其垂直于延伸方向的截面的形狀可以是梯形、三角形、圓弧形、矩形等形狀中的任一種或多種組合。較佳地，第一螺旋槽231、第一螺旋凸起232、第二螺旋槽221、第二螺旋凸起222沿換熱管200的軸線均勻分布。

上述的設置方式使管體內(nèi)壁220和管體外壁230的換熱表面間隔均勻地分布，從而使得管體外壁230、管體內(nèi)壁220表面的流體沿著該螺旋曲面均勻地進行熱交換，同時有利于減小換熱死區(qū)面積，提升換熱效果。

在本實施例中，管體外壁230并排設置有多個翅片240，多個翅片240之間大致地平行。多個翅片240的設置能夠進一步地提高換熱管200的換熱面積及流體在管體外壁230的湍流作用，從而使換熱管200的換熱性能進一步提高，熱交換能耗進一步有效降低。

由于管體外壁230呈大致的螺旋狀結(jié)構(gòu)，在對管體進行加工變形之前，先將翅片240設置于管體外壁230，便于翅片240的設置，使換熱管200的加工工藝簡便。

具體地，每個翅片240沿換熱管200的軸向螺旋設置，使每個翅片240具有較大的表面積。

第一螺旋槽231的切線與翅片240在同一位置處的切線之間形成的夾角為60-120°。該設置方式對流經(jīng)管體外壁230的熱交換介質(zhì)具有擾動效果，能夠有效提高熱交換介質(zhì)和翅片240的熱交換效率。

請一并參閱圖5及圖6，每個翅片240包括沿翅片240延伸方向并排設置的多個齒片243，多個齒片243沿翅片的延伸方向均勻分布。

相鄰兩個齒片243之間具有缺口244，缺口244開設于翅片240的遠離管體外壁230的一側(cè)。相鄰兩個翅片240的缺口244交錯設置。

該設置方式能夠增大翅片240的換熱面積，從而提高換熱管200換熱效果。同時，上述的設置方式使熱交換介質(zhì)在管體外壁230流動時呈擾動狀態(tài)，使換熱管200的換熱效率得到進一步的提高。

進一步地，在本實施例中，每個齒片243包括相對的第一側(cè)壁241以及第二側(cè)壁242，該第一側(cè)壁241和第二側(cè)壁242均大致地沿翅片240的延伸方向進行延伸。

每個齒片243第一側(cè)壁241和第二側(cè)壁242大致對稱地設置有齒塊245。

齒塊245的設置增加了第二腔體210外熱交換介質(zhì)和翅片240的接觸面積，從而提高了翅片240的換熱面積。同時，齒塊245能增加管體外壁230的活性氣化核心密度以及液膜的湍流度，增強了氣液兩相的混合，提高了管體外壁230的換熱系數(shù)。

當然，在本發(fā)明其他的實施例中，齒塊245的設置可以是對稱的或是非對稱的，如還可以僅在齒塊245的第一側(cè)壁241設置齒塊245或是僅在齒塊245的第二側(cè)壁242設置齒塊245。另外，齒塊245在翅片240上的設置可以是均勻的或非均勻的。

齒塊245設置于翅片240的遠離管體外壁230的一側(cè)，齒塊245的遠離齒塊245的一側(cè)朝向相鄰的翅片240延伸。齒塊245、設置該齒塊245的齒片243以及管體外壁230依次連接圍成換熱槽，換熱效率得到有效提高。

本實施例中，齒塊245的厚度沿遠離管體外壁230的方向逐漸增大，即齒塊245的遠離齒片243的表面到設置該齒塊245的側(cè)壁的距離沿遠離管體外壁230的方向逐漸增大，有利于增大流體在管體外壁230的湍流作用，換熱性能增強。當然在本發(fā)明其他的實施例中齒塊245也可以根據(jù)換熱需求及換熱介質(zhì)的性能進行相應的調(diào)整。

經(jīng)試驗測定，本實施例提供的換熱管200和相同規(guī)格的普通換熱管200相比，熱交換面積增加約5倍，熱交換效率提高約50％-70％，節(jié)能約40％以上。和相同規(guī)格的螺紋管相比，換熱面積增加約2倍，換熱效率提高約50％，節(jié)能約30％以上。

綜上所述，本發(fā)明提供的套管式換熱器10，該換熱管200結(jié)構(gòu)簡單、節(jié)省材料、加工方便。螺旋槽、螺旋凸起及翅片240的設置，增大了換熱管200和換熱介質(zhì)的換熱面積以及熱交換介質(zhì)在管體內(nèi)壁220和管體外壁230的湍流作用，有效地提高了換熱管200的換熱效率。本發(fā)明提供的換熱系統(tǒng)，采用該套管式換熱器10進行熱交換，制造成本低、換熱效率高、能耗低。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領域的技術人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。