專利名稱：套管換熱器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明披露了 一種套管換熱器。
背景技術(shù)：
換熱器是公知的。然而，它們存在著多種缺陷。換熱器是將熱能從高溫流體傳遞到較低溫度的流體，由此冷卻高溫流體并加熱低 溫流體的裝置。換熱器可用于諸如加熱器、冷卻器、蒸發(fā)器或冷凝器中。在換熱器中使用的傳熱介質(zhì)可分為將熱量傳遞到對(duì)象或目標(biāo)流體的加熱介質(zhì)和 從對(duì)象或目標(biāo)流體吸取熱量的冷卻介質(zhì)。冷卻介質(zhì)或加熱介質(zhì)可以在氣態(tài)或液態(tài)下使用。作為一種類型的換熱器，套管換熱器可包括內(nèi)管，第一流體被引入該內(nèi)管并在其 中流動(dòng)；以及設(shè)置為封圍內(nèi)管的外管，第二流體被引入外管并在其中流動(dòng)。內(nèi)管的側(cè)壁可作 為在第一流體與第二流體之間進(jìn)行熱交換的傳熱壁使用。在這種套管換熱器中，第二流體與內(nèi)管外壁之間的傳熱表面積可能較小，因此熱 交換效率很低。為了提高熱交換效率，可以增大換熱器的尺寸或套管(double pipe)的長(zhǎng) 度。然而由于體積的原因，難以增大換熱器的尺寸或套管的長(zhǎng)度。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種套管換熱器，其包括具有第一中空部分的第一換熱管； 以及第二換熱管，其設(shè)置于第一換熱管內(nèi)并具有螺旋部分，在該螺旋部分的內(nèi)表面上形成 有多個(gè)凸脊和凹槽。本發(fā)明還提供了一種加熱器，其包括如上文所述的套管換熱器。本發(fā)明還提供了一種冷卻器，其包括如上文所述的套管換熱器。本發(fā)明還提供了一種蒸發(fā)器，其包括如上文所述的套管換熱器。本發(fā)明還提供了一種冷凝器，其包括如上文所述的套管換熱器。根據(jù)本發(fā)明，還提供了一種套管換熱器，其包括具有第一中空部分的第一換熱 管；以及第二換熱管，其與第一換熱管同軸地設(shè)置于該第一換熱管內(nèi)并具有螺旋部分，在該 螺旋部分的內(nèi)表面上形成有多個(gè)凸脊和凹槽，其中，該第二換熱管包括第二流體入口，第 二流體經(jīng)由該第二流體入口引入該第二換熱管；第二流體出口，第二流體經(jīng)由該第二流體 出口從該第二換熱管排出；以及螺旋部分，其延伸在第二流體入口與第二流體出口之間。根據(jù)本發(fā)明，還提供了一種套管換熱器，其包括第一換熱管，其具有第一中空部 分；以及第二換熱管，其與第一換熱管同軸地設(shè)置在該第一換熱管內(nèi)并具有螺旋部分，在該 螺旋部分的內(nèi)表面上形成有多個(gè)凸脊和凹槽，其中，節(jié)距W的范圍大約為4mm < W < 10mm, 相鄰的凸脊與凹槽之間的高度差Hc的范圍大約為Imm < Hc < 3mm,所述節(jié)距W為所述第二 換熱管的相鄰的凹槽之間的長(zhǎng)度。根據(jù)本發(fā)明，在設(shè)置于第一換熱管內(nèi)的第二換熱管的表面上可形成有螺旋部分， 并且該螺旋部分的節(jié)距和高度可以被優(yōu)化，從而大幅提高傳熱效率。
并且，根據(jù)本發(fā)明，提供了一種套管換熱器，在該套管換熱器中，設(shè)置于較內(nèi)側(cè)的 換熱管可形成為螺旋形，其中可連續(xù)地形成(多個(gè))凸脊和凹槽，由此使傳熱性能得以提
尚ο


以下將參照附圖詳細(xì)描述實(shí)施例，在附圖中相同的附圖標(biāo)記表示相同的部件，其 中圖1是根據(jù)一實(shí)施例的管套換熱器的剖視圖；圖2是圖1的A部分的放大圖；以及圖3是示出根據(jù)一實(shí)施例的套管換熱器的傳熱性能與該套管換熱器的螺旋部分 的節(jié)距(Pitch)W之間的關(guān)系的圖表。
具體實(shí)施例方式通過隨后結(jié)合下文闡示的附圖對(duì)實(shí)施例進(jìn)行的描述，將易見本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)、特征 以及方案。在下面的描述中使用的術(shù)語(yǔ)和詞語(yǔ)不局限于通常的或字典中的定義，而是能夠 以與技術(shù)思想一致的適當(dāng)?shù)暮x和定義來詮釋。換熱器是將熱能從高溫流體傳遞到較低溫度的流體，由此冷卻高溫流體并加熱低 溫流體的裝置。換熱器可用于諸如加熱器、冷卻器、蒸發(fā)器或冷凝器中。在換熱器中使用的傳熱介質(zhì)可分為將熱量傳遞到對(duì)象或目標(biāo)流體的加熱介質(zhì)和 從對(duì)象或目標(biāo)流體吸取熱量的冷卻介質(zhì)。冷卻介質(zhì)或加熱介質(zhì)可以在氣態(tài)或液態(tài)下使用。作為一種類型的換熱器，套管換熱器可包括內(nèi)管，第一流體被引入該內(nèi)管并在其 中流動(dòng)；以及設(shè)置為封圍內(nèi)管的外管，第二流體被引入外管并在其中流動(dòng)。內(nèi)管的側(cè)壁可作 為在第一流體與第二流體之間進(jìn)行熱交換的傳熱壁使用。在這種套管換熱器中，第二流體與內(nèi)管外壁之間的傳熱表面積可能較小，因此熱 交換效率很低。為了提高熱交換效率，可以增大換熱器的尺寸或套管的長(zhǎng)度。然而由于體 積的原因，難以增大換熱器的尺寸或套管的長(zhǎng)度。圖1是根據(jù)一實(shí)施例的管套換熱器的剖視圖，圖2是圖1的A部分的放大圖。參 照?qǐng)D1和圖2，根據(jù)該實(shí)施例的套管換熱器300可包括第一換熱管100和第二換熱管200。第一換熱管100可形成為具有第一中空部分110的管狀。例如，第一換熱管100
可具有第一直徑Dl。第一換熱管100可包括與該第一換熱管100連通的第一流體入口 120以及與該第 一換熱管100連通的第一流體出口 130。第一流體可被引入并流過第一流體入口 120，并可 在進(jìn)行熱交換之后經(jīng)由第一流體出口 130排出。在該示例性實(shí)施例中，例如，經(jīng)由第一流體入口 120被引入、并隨后經(jīng)由第一流體 出口 130排出的第一流體可以是單相流體，例如冷卻水。此外，第一流體可具有一第一溫度。第二換熱管200可設(shè)置在第一換熱管100中并使得第一換熱管100與第二換熱管 200同軸。例如，第二換熱管200可具有第二直徑D2，該第二直徑D2小于第一換熱管100 的第一直徑D1，因此在第一換熱管100與第二換熱管200之間可形成間隙G。第一流體可流過第一換熱管100與第二換熱管200之間的間隙G。在該示例性實(shí)施例中，例如，第二換 熱管200的第二直徑D2可為約19. 05mm。設(shè)置在第一換熱管100內(nèi)的第二換熱管200可具有螺旋部分210。螺旋部分210 可在第二換熱管200的表面形成為螺旋形式，并且螺旋形的螺旋部分210可具有多個(gè)凸脊 (ridge) 212 和凹槽 214。螺旋部分210可同時(shí)形成在第二換熱管200的內(nèi)表面和外表面上?？衫美缂?工輥(processing roller)來形成螺旋部分210的凸脊212和凹槽214。在第二換熱管200的一端可形成第二流體入口 202，該第二流體入口 202可為圓 柱形，而在該第二換熱管的另一端可形成第二流體出口 204，該第二流體出口 204可為圓柱 形。第二流體可被引入并流過第二流體入口 202，并可在熱交換之后從第二流體出口 204排 出ο在該示例性實(shí)施例中，第二換熱管200中的第二流體可以是兩相流體。例如，第二 流體可在第二換熱管200中從液態(tài)轉(zhuǎn)化為氣態(tài)。作為選擇，提供到第二換熱管200中的第 二流體也可以是單相流體。在該示例性實(shí)施例中，第二流體可具有不同于第一流體的第一溫度的第二溫度。 第一流體的第一溫度可以高于第二流體的第二溫度。作為選擇，第一流體的第一溫度可以 低于第二流體的第二溫度。第二換熱管200的螺旋部分210的節(jié)距W和由螺旋部分210形成的凸脊212與凹 槽214之間的高度差Hc對(duì)第一換熱管100和第二換熱管200的傳熱性能有重大影響。如 果螺旋部分210的高度差Hc和節(jié)距W未被最優(yōu)化，則傳熱性能可能會(huì)降低或減弱。圖3是示出根據(jù)一實(shí)施例的套管換熱器中傳熱性能與螺旋部分的節(jié)距W之間的關(guān) 系的圖表。在圖3中，X軸標(biāo)示螺旋部分210的節(jié)距W，Y軸標(biāo)示傳熱性能。參照?qǐng)D3，隨著螺旋部分210的節(jié)距W逐漸增大，圖1中的套管換熱器300的傳熱 性能反而降低。當(dāng)螺旋部分210的節(jié)距W為約4至IOmm時(shí)，套管換熱器300的傳熱特性處 于允許的范圍內(nèi)。然而，當(dāng)?shù)诙Q熱管200的螺旋部分210的節(jié)距W小于約4mm時(shí)，傳熱特性提高， 但螺旋部分210的這種節(jié)距W難以制造和加工。當(dāng)?shù)诙Q熱管200的螺旋部分210的節(jié)距 W大于約IOmm時(shí)，傳熱特性降低。因此，考慮到加工和傳熱特性的因素，螺旋部分210的節(jié) 距W可為約4至10匪。如圖2所示，第二換熱管200的螺旋部分210的凸脊212與凹槽214之間的高度 差Hc可為約1至3mm。當(dāng)凸脊212與凹槽214之間的高度差Hc小于約Imm時(shí)，傳熱效率 顯著降低。當(dāng)凸脊212與凹槽214之間的高度差Hc大于約3mm時(shí)，傳熱效率提高，但螺旋 部分210的這種節(jié)距W難以制造和加工。因此，為了滿足加工和傳熱特性的要求，螺旋部分 210的凸脊212與凹槽214之間的高度差Hc可為約1至3mm。為了形成第二換熱管200的螺旋部分210的凸脊212和凹槽214，比值A(chǔ)/W，即節(jié) 距W的中點(diǎn)W/2與凸脊212的頂點(diǎn)P之間的距離A除以節(jié)距W的商，可以小于約0. 15。在 該示例性實(shí)施例中，如果從液相轉(zhuǎn)化為氣相的第二流體被提供到第二換熱管200中，第二 換熱管200的螺旋部分210可使第二流體高速旋轉(zhuǎn)。此時(shí)，密度高于氣相的第二流體的、液 相的第二流體可主要分布在螺旋部分210的內(nèi)側(cè)表面上，密度較低的、氣相的第二流體可主要分布在螺旋部分210的中央部分。因此，液相的第二流體和氣相的第二流體可在氣旋效應(yīng)(cyclone effect)下相 互分離。分布在螺旋部分210的內(nèi)側(cè)表面上的液相的第二流體可與提供到第一換熱管100 中的第一流體有效地進(jìn)行熱交換，因而可進(jìn)一步提高第一流體與第二流體之間的熱交換特 性。根據(jù)本文披露的實(shí)施例，在設(shè)置于第一換熱管內(nèi)的第二換熱管的表面上可形成有 螺旋部分，并且該螺旋部分的節(jié)距和高度可以被優(yōu)化，從而大幅提高傳熱效率。本文披露的實(shí)施例提供了一種套管換熱器，在該套管換熱器中，設(shè)置于較內(nèi)側(cè)的 換熱管可形成為螺旋形，其中可連續(xù)地形成多個(gè)凸脊和凹槽，由此使傳熱性能提高。此外，本文描述的實(shí)施例提供了一種套管換熱器，其可包括具有第一中空部分的 第一換熱管；以及第二換熱管，其與第一換熱管同軸地設(shè)置于該第一換熱管內(nèi)并具有螺旋 部分，在該螺旋部分的內(nèi)表面上可形成有多個(gè)凸脊和凹槽。第二換熱管可包括可插入或設(shè)于第一換熱管的一側(cè)的圓柱形第二流體入口，第 二流體可經(jīng)由該第二流體入口流入；圓柱形第二流體出口，其可插入或設(shè)于第一換熱管的 另一側(cè)，第二流體可經(jīng)由該第二流體出口排出；以及在第二流體入口與第二流體出口之間 連續(xù)地形成的螺旋形的螺旋部分。節(jié)距W的中央部分和凸脊的頂點(diǎn)P之間的距離A與節(jié)距W(即第二換熱管的相鄰 的凹槽之間的長(zhǎng)度)的比值A(chǔ)/W可以小于約0. 15。節(jié)距W的范圍可大約為4mm<W< 10mm，相鄰的凸脊與凹槽之間的高度差Hc的范 圍可大約為Imm < Hc < 3_。提供到第一換熱管與第二換熱管之間的第一流體的溫度可以與提供到第二換熱 管中的第二流體的溫度不同。提供到第二換熱管中的第二流體可以是單相流體或兩相流體 兩者中的一種。在本說明書中，對(duì)“一個(gè)實(shí)施例”、“實(shí)施例”、“示例實(shí)施例”等的任何引述表示與該 實(shí)施例關(guān)聯(lián)地描述的具體特征、結(jié)構(gòu)或特性包含于本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例中。在本說明 書中的各處出現(xiàn)的這些短語(yǔ)不一定全部指代相同的實(shí)施例。而且，當(dāng)結(jié)合任一實(shí)施例描述 具體的特征、結(jié)構(gòu)或特性時(shí)，應(yīng)認(rèn)為與(本發(fā)明的)實(shí)施例中的其它實(shí)施例關(guān)聯(lián)的這種特 征、結(jié)構(gòu)或特性的實(shí)現(xiàn)均不脫離本領(lǐng)域技術(shù)人員可預(yù)見的范圍。盡管參照本發(fā)明的多個(gè)示例性實(shí)施例描述了實(shí)施例，但應(yīng)理解的是，本領(lǐng)域技術(shù) 人員能夠構(gòu)想出許多不脫離本發(fā)明的原理和范圍的其它變型和實(shí)施例。更具體而言，可在 說明書、附圖以及所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)在組成部分和/或?qū)ο蠼M合布局的配置方面做出 各種變型和修改。除組成部分和/或配置的變型及修改以外，替代性的應(yīng)用對(duì)本領(lǐng)域的技 術(shù)人員而言也是顯而易見的。
權(quán)利要求
1.一種套管換熱器，包括第一換熱管，其具有第一中空部分；以及第二換熱管，其設(shè)置于所述第一換熱管內(nèi)并具有螺旋部分，在所述螺旋部分的內(nèi)表面 上形成有多個(gè)凸脊和凹槽。
2.如權(quán)利要求1所述的套管換熱器，其中，所述第二換熱管與所述第一換熱管同軸地 設(shè)置在所述第一換熱管內(nèi)。
3.如權(quán)利要求1所述的套管換熱器，其中，所述第一換熱管包括第一流體入口，第一流體經(jīng)由所述第一流體入口弓丨入所述第一換熱管中；以及第一流體出口，所述第一流體經(jīng)由所述第一流體出口從所述第一換熱管排出。
4.如權(quán)利要求1所述的套管換熱器，其中，所述第二換熱管包括第二流體入口，第二流體經(jīng)由所述第二流體入口弓丨入所述第二換熱管中；第二流體出口，所述第二流體經(jīng)由所述第二流體出口從所述第二換熱管排出；以及螺旋部分，其在所述第二流體入口與所述第二流體出口之間延伸。
5.如權(quán)利要求4所述的套管換熱器，其中，所述第二流體入口延伸穿過所述第一換熱 管的第一側(cè)壁，而所述第二流體出口延伸穿過所述第一換熱管的第二側(cè)壁。
6.如權(quán)利要求5所述的套管換熱器，其中，所述第二側(cè)壁與所述第一側(cè)壁相對(duì)。
7.如權(quán)利要求4所述的套管換熱器，其中，所述第二流體入口和所述第二流體出口為 圓柱形。
8.如權(quán)利要求1所述的套管換熱器，其中，節(jié)距W的中央部分和所述凸脊的頂點(diǎn)P之間 的距離A與所述節(jié)距W的比值A(chǔ)/W小于約0. 15，其中所述節(jié)距W為所述第二換熱管的相鄰 的凹槽之間的長(zhǎng)度。
9.如權(quán)利要求1所述的套管換熱器，其中，節(jié)距W的范圍大約為4mm< W < 10mm，相鄰 的凸脊與凹槽之間的高度差Hc的范圍大約為Imm < Hc < 3mm。
10.如權(quán)利要求1所述的套管換熱器，其中，提供到所述第一換熱管與第二換熱管之間 的第一流體的溫度與提供到所述第二換熱管中的第二流體的溫度不同。
11.如權(quán)利要求5所述的套管換熱器，其中，所述第二流體為單相流體或兩相流體兩者 中的一種。
12.一種加熱器，包括如權(quán)利要求1所述的套管換熱器。
13.—種冷卻器，包括如權(quán)利要求1所述的套管換熱器。
14.一種蒸發(fā)器，包括如權(quán)利要求1所述的套管換熱器。
15.一種冷凝器，包括如權(quán)利要求1所述的套管換熱器。
16.一種套管換熱器，包括第一換熱管，其具有第一中空部分；以及第二換熱管，其與所述第一換熱管同軸地設(shè)置于所述第一換熱管內(nèi)并具有螺旋部分， 在所述螺旋部分的內(nèi)表面上形成有多個(gè)凸脊和凹槽，其中，所述第二換熱管包括第二流體入口，第二流體經(jīng)由所述第二流體入口弓I入所述第二換熱管；第二流體出口，所述第二流體經(jīng)由所述第二流體出口從所述第二換熱管排出；以及螺旋部分，其在所述第二流體入口與所述第二流體出口之間延伸。
17.如權(quán)利要求16所述的套管換熱器，其中，所述第二流體入口延伸穿過所述第一換熱管的第一側(cè)壁，而所述第二流體出口延伸穿過所述一換熱管的第二側(cè)壁。
18. 一種套管換熱器，包括 第一換熱管，其具有第一中空部分；以及第二換熱管，其與所述第一換熱管同軸地設(shè)置在所述第一換熱管內(nèi)并具有螺旋部分， 在所述螺旋部分的內(nèi)表面上形成有多個(gè)凸脊和凹槽，其中，節(jié)距W的范圍大約為4mm < W < 10mm，相鄰的所述凸脊與凹槽之間的高度差Hc的范圍大約為Imm < Hc < 3mm，所述節(jié)距 W為所述第二換熱管的相鄰的凹槽之間的長(zhǎng)度。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種套管換熱器。該套管換熱器可包括具有第一中空部分的第一換熱管；以及第二換熱管，其與第一換熱管同軸地設(shè)置于該第一換熱管內(nèi)，并具有螺旋部分，在該螺旋部分的內(nèi)表面上形成有多個(gè)凸脊和凹槽。根據(jù)本發(fā)明，在設(shè)置于第一換熱管內(nèi)的第二換熱管的表面上可形成有螺旋部分，并且該螺旋部分的節(jié)距和高度可以被優(yōu)化，從而大幅提高了傳熱效率。
文檔編號(hào)F28F1/34GK102128554SQ20111002248
公開日2011年7月20日 申請(qǐng)日期2011年1月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月15日
發(fā)明者史容澈, 李尚烈, 李漢春, 金洪成 申請(qǐng)人:Lg電子株式會(huì)社