本發(fā)明涉及熱處理設(shè)備領(lǐng)域，尤其是一種高效換熱器及其用途。

背景技術(shù)：

目前，換熱器被廣泛應(yīng)用于煉油、化工、輕工、制藥、機(jī)械、食品加工、動力以及原子能工業(yè)部門、制冷、制熱當(dāng)中，由于傳統(tǒng)換熱器換熱效率普遍較低，材料與能源浪費(fèi)嚴(yán)重，且無法兼顧低阻力、防垢、維護(hù)便利、耐壓，等系列問題，同時(shí)，傳統(tǒng)蒸發(fā)式空冷器在過渡季節(jié)會產(chǎn)生大量的水蒸汽（俗稱白煙），而過渡季節(jié)水蒸汽是加重霧霾現(xiàn)象的潛在因素之一，因此對于傳統(tǒng)蒸發(fā)式空冷器及其換熱器的技術(shù)更新是很有必要和具有深遠(yuǎn)意義的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種設(shè)計(jì)合理、結(jié)構(gòu)簡單、流動阻力小、換熱效率高且經(jīng)濟(jì)實(shí)用的高效換熱器及其用途。

為了實(shí)現(xiàn)上述的技術(shù)目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為：

高效換熱器，包括至少一組設(shè)于換熱器內(nèi)的換熱組件，所述的換熱組件包括外管和設(shè)于外管內(nèi)部的內(nèi)管構(gòu)成，所述的內(nèi)管和內(nèi)管與外管之間均分別設(shè)有供介質(zhì)流通的流道，所述的流道內(nèi)均設(shè)有使流道內(nèi)介質(zhì)產(chǎn)生旋流的旋流場裝置，所述的旋流場裝置中，至少有一個(gè)旋流場裝置對流道內(nèi)介質(zhì)產(chǎn)生的旋流離心力或旋流向心力直接作用于流道中的換熱面。

其中所述的高效換熱器還包括與傳統(tǒng)換熱器相同的冷熱流體入口、出口和使得換熱器能夠正常運(yùn)作的必要輔件，其中所述的必要輔件與傳統(tǒng)換熱器所需的輔件大致相同，根據(jù)換熱器的用途和應(yīng)用情況，通?？梢园んw、框架、冷卻風(fēng)機(jī)、循環(huán)水泵等通常配置。

進(jìn)一步，所述旋流場裝置對流道內(nèi)介質(zhì)產(chǎn)生的旋流離心力或向心力同時(shí)直接作用于換熱面，所述的換熱面為內(nèi)管的內(nèi)壁面時(shí)，旋流場裝置產(chǎn)生的旋流離心力直接作用于內(nèi)管的內(nèi)壁面；所述換熱面為內(nèi)管的外壁面時(shí)，旋流場裝置產(chǎn)生的旋流向心力直接作用于內(nèi)管的外壁面。

當(dāng)換熱面為管內(nèi)壁面，旋流場裝置產(chǎn)生的旋流離心力直接作用于管內(nèi)壁面，其實(shí)施方法以圓形管為例，在管道中心設(shè)置帶軸的螺旋擾流片（或扭帶等）且螺旋擾流片與管內(nèi)壁之間保持一定間隙，管內(nèi)流體在螺旋擾流片作用下產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，又由于管內(nèi)壁與螺旋擾流片之間存在一定間隙，相對流阻較小，旋流產(chǎn)生的離心力將直接作用與管內(nèi)壁，破壞邊界層。所述旋流場裝置產(chǎn)生的旋流向心力直接作用于管外壁面，其實(shí)施方法以內(nèi)管與外管之間的流道是一個(gè)環(huán)形流道為例，在外管內(nèi)壁面設(shè)置螺旋擾流片且螺旋擾流片與內(nèi)管外壁之間保持一定間隙，環(huán)形流道內(nèi)的流體在螺旋擾流片作用下產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，又由于內(nèi)管外壁與螺旋擾流片之間存在一定間隙，相對流阻較小，旋流產(chǎn)生的向心力將直接作用與內(nèi)管外壁，破壞邊界層。

根據(jù)需要，所述內(nèi)管可設(shè)為連成一體的多個(gè)并列內(nèi)管，所述外管可設(shè)為連成一體的多個(gè)并列外管，所述外管與內(nèi)管之間的流道，還可以分隔成多個(gè)流道（本質(zhì)上，是連成一體的多個(gè)并列外管），所述外管與內(nèi)管之間分隔的多個(gè)流道還可以設(shè)為螺旋形流道（即所述外管與內(nèi)管之間分隔的多個(gè)流道，在內(nèi)管外壁面呈螺旋狀態(tài)，并利用自身產(chǎn)生旋流）。

所述旋流場裝置，通常有入口蝸旋發(fā)生器、扭帶內(nèi)插物、旋流擾流器等。結(jié)合用途、擾流效果、生產(chǎn)便利性考慮，優(yōu)選為旋流擾流器。

為提高換熱效果，旋流場裝置與換熱面之間宜有一定間隙，使換熱面在整個(gè)流道中是流阻相對較小的空間，以利于產(chǎn)生的旋流離心力（或向心力）直接作用于換熱面。旋流離心力或向心力作用于換熱面，可破壞或消除邊界層、提高傳熱效率。

進(jìn)一步，所述的旋流場裝置為旋流擾流器，所述的旋流擾流器設(shè)于管道內(nèi)壁面時(shí)，所述的旋流擾流器由螺旋擾流片構(gòu)成；所述的旋流擾流器設(shè)于管道中心時(shí)，所述的旋流擾流器為設(shè)于螺旋擾流片和設(shè)于螺旋擾流片中心的軸構(gòu)成。所述設(shè)于螺旋擾流片中心的軸除了增加螺旋擾流片的物理強(qiáng)度，還可以消除部分流道中心的無效流場，使作用在管道內(nèi)壁面的離心力得到加強(qiáng)。所述軸，可設(shè)為空心管狀（為防止產(chǎn)生短路流，可封閉端口）軸或?qū)嵭据S，軸徑與螺旋擾流片的寬度比，以實(shí)現(xiàn)擾流效果與擾流阻力之間的平衡為原則，結(jié)合實(shí)際測試數(shù)據(jù)來確定，所述的軸上還設(shè)有至少一個(gè)與流道固定連接的連接件。所述螺旋形線圈設(shè)于管道內(nèi)壁面時(shí)，根據(jù)換熱面的需要，通常設(shè)于外管內(nèi)壁面。

所述螺旋擾流片通過裝載連接件并通過連接件的摩擦力、彈力與流道內(nèi)壁相抵，將螺旋擾流片固定在流道內(nèi)，也可以通過將連接件粘接或焊接在流道內(nèi)、或通過鑄造或擠出工藝，生產(chǎn)內(nèi)壁面帶有螺旋擾流片的管道（用于產(chǎn)生旋流向心力），具體按需而定。

螺旋擾流片的螺距可以根據(jù)需要及實(shí)際實(shí)驗(yàn)調(diào)試進(jìn)行確定設(shè)置，螺旋擾流片還可以做多頭結(jié)構(gòu)（即在流道截面上，設(shè)有并列的多個(gè)螺旋擾流片）。

進(jìn)一步，所述的旋流場裝置沿其所在的流道入口至出口設(shè)置，所述旋流場裝置的有效截面積與其所在流道的有效截面積的比值為大于等于20%且小于等于90%。

優(yōu)選的，所述旋流場裝置的有效截面積與其所在流道的有效截面積的比值為大于等于30%且小于等于80%。

優(yōu)選的，所述旋流場裝置的有效截面積與其所在流道的有效截面積的比值為大于等于40%且小于等于70%。

優(yōu)選的，所述旋流場裝置的有效截面積與其所在流道的有效截面積的比值為50%。

其中，所述旋流場裝置的有效截面積指的是，旋流場裝置的螺旋擾流片最少旋轉(zhuǎn)360度時(shí)端面的正投影面積，所述的旋流場裝置設(shè)于管道中心時(shí)，所述正投影面積含軸的投影面積，其中所述的面積比可以根據(jù)換熱介質(zhì)的流速、黏度、流道面積和設(shè)計(jì)對體積的要求等因素進(jìn)行結(jié)合實(shí)際測試數(shù)據(jù)來確定。

另外，所述的內(nèi)管和外管可以根據(jù)需要設(shè)為任意形式的截面，從提高換熱效率、節(jié)約材料出發(fā)，優(yōu)選為圓管，根據(jù)需換熱流體特性以及實(shí)用性要求，熱流體或冷流體可按需選擇進(jìn)入內(nèi)管或內(nèi)管與外管之間的流道，內(nèi)管或外管的截面形式，可根據(jù)需要而定，相對而對而言，圓形管道有利于提高換熱效率、節(jié)約材料，內(nèi)管的直徑可為任意尺寸，從經(jīng)濟(jì)性與防堵塞考慮應(yīng)不小于25mm。如，換熱溫差較小時(shí)內(nèi)管直徑可采用20mm至100mm，換熱溫差較大時(shí)（如鍋爐），內(nèi)管直徑可采用更大的參數(shù)，如大于0.5米,所述換熱面，指熱流體與冷流體之間的界面。所述內(nèi)管與外管之間的流道可設(shè)為任意截面形狀，當(dāng)沒有承壓要求時(shí)，設(shè)為環(huán)形有利于提高換熱效率、節(jié)約材料。

進(jìn)一步，所述內(nèi)管與外管之間的流道為環(huán)形流道。

所述環(huán)形流道內(nèi)的螺旋擾流片設(shè)于換熱面正對面的管面，螺旋擾流片與換熱面之間有適當(dāng)?shù)拈g距，以提高旋流流體沖擊換熱面的效果。

進(jìn)一步，所述的環(huán)形流道間隔成若干個(gè)流道,通常為依次連接環(huán)形流道的內(nèi)圓與外圓，形成多個(gè)均等的小流道（本質(zhì)上是連成一體的并列多個(gè)外管）。所述多個(gè)均等的小流道，既具有內(nèi)管外壁面又兼具外管內(nèi)壁面特性，在設(shè)置旋流場裝置時(shí)按管內(nèi)壁面處理。

所述環(huán)形流道間隔成的若干個(gè)流道，入口端通常設(shè)有分水（氣）器，出口端通常設(shè)有集水（氣）器，旋流場裝置則設(shè)于所述多個(gè)并列外管的中心,小流道的截面可設(shè)為扇形、或修整為圓形（必要時(shí)，需設(shè)置應(yīng)力散放結(jié)構(gòu)）等形式。本技術(shù)方案，可以提高外管承壓能力，可作為鍋爐換熱器,空調(diào)換熱器等用途，如：用于鍋爐換熱器時(shí)，并列的多個(gè)外管用于產(chǎn)生蒸汽，中間的內(nèi)管用作高溫?zé)煔馔ǖ阑蚝巳剂戏磻?yīng)堆。經(jīng)換熱面雙向強(qiáng)化傳熱，可顯著減少裝置體積，特別有利于移動鍋爐設(shè)備。為方便汽水分離，換熱器可采用立式布置；本結(jié)構(gòu)用于空調(diào)換熱器時(shí)，并列的多個(gè)外管為制冷劑通道，中間的內(nèi)管為空氣通道，其中：分體空調(diào)室外換熱器冬季制熱時(shí)，在空氣旋流的切向力作用下，具有自動除霜功能；用于大型水冷機(jī)組或熱泵機(jī)組的換熱器時(shí)，可顯著減小換熱器的體積與制冷劑的用量。

進(jìn)一步，所述環(huán)形流道內(nèi)的介質(zhì)為熱流體，所述的外管的外壁還套設(shè)有外套管，環(huán)形流道內(nèi)的旋流場裝置對流道內(nèi)介質(zhì)產(chǎn)生的旋流離心力或旋流向心力直接作用于環(huán)形流道的管壁。

作為內(nèi)管和外管形成流道的另一種實(shí)施方式，進(jìn)一步，所述的內(nèi)管和外管中至少有一個(gè)為連續(xù)的流道，至少有一個(gè)為多個(gè)串聯(lián)構(gòu)成的流道。

所述串聯(lián)的流道，還可以進(jìn)行并聯(lián)。串聯(lián)流道適用于內(nèi)管以及內(nèi)管與外管之間的介質(zhì)體積流量相差較大的工況（如，內(nèi)管內(nèi)部的換熱介質(zhì)存在冷凝、蒸發(fā)等相變工況或?yàn)橐后w，而內(nèi)管與外管之間的換熱介質(zhì)為空氣），串聯(lián)換熱可減少內(nèi)、外流道面積比，提高擾流效果、優(yōu)化裝置構(gòu)造。

根據(jù)需要，換熱器的外觀結(jié)構(gòu)可設(shè)為方形、環(huán)形、錐式、梯形等。

所述串聯(lián)流道，第一個(gè)流道出口與第二個(gè)流道入口之間進(jìn)行隔離，以防串流。

進(jìn)一步，所述高效換熱器用于蒸發(fā)或冷凝工況時(shí)，所述的內(nèi)管為蒸發(fā)或冷凝介質(zhì)的連續(xù)流道，所述外管為多個(gè)串聯(lián)的氣體流道，所述串聯(lián)的氣體流道的入口與出口分別設(shè)置在相同的面且朝向相反，所述串聯(lián)的氣體流道由對稱的組件合并而成。

所述氣體流道，通常為空氣流道。為方便氣流組織，所述串聯(lián)的氣體流道的入口與出口分別設(shè)置在相同的面且朝向相反。為方便生產(chǎn)與提高生產(chǎn)效率，所述串聯(lián)的氣體流道由對稱的組件合并而成。如，串聯(lián)的氣體流道的入口與半月形的外管設(shè)計(jì)于一面，串聯(lián)的氣體流道出口與半月形的外管設(shè)計(jì)于另一面，合并兩個(gè)面可得一個(gè)容納有內(nèi)管的串聯(lián)的氣體流道。

所述串聯(lián)的氣體流道用于蒸發(fā)工況時(shí)，還設(shè)有冷凝水通道，所述冷凝水通道根據(jù)內(nèi)管的布置情況，可沿內(nèi)管的外壁面流動，或沿外管的內(nèi)壁面流動，或設(shè)置獨(dú)立的冷凝水通道。

一種高效蒸發(fā)式空冷器，其包括上述所述的高效換熱器。

進(jìn)一步，所述的高效蒸發(fā)式空冷器還包括設(shè)置于換熱組件上方的噴淋水裝置。

所述設(shè)有噴淋水裝置的換熱器，通常以空氣為冷卻介質(zhì)，此時(shí)又稱蒸發(fā)式空冷器。根據(jù)實(shí)際需要，其冷卻空氣流速q可為2m/s≤q≤30m/s。當(dāng)冷卻空氣流速q≤3m/s，所述噴淋水裝置設(shè)于冷卻空氣出口端。當(dāng)冷卻空氣流速q超過3m/s且風(fēng)力足以引導(dǎo)水霧或水滴向上運(yùn)行時(shí)，所述噴淋水裝置設(shè)于冷卻空氣入口端。

所述高效換熱器的熱流體設(shè)于內(nèi)管與外管之間的環(huán)形流道時(shí)，內(nèi)管為冷卻空氣與噴淋水流道，內(nèi)管中心設(shè)置旋流場裝置，必要時(shí)內(nèi)管壁面可同時(shí)設(shè)置旋流場裝置。所述高效換熱器的熱流體設(shè)于內(nèi)管時(shí)，內(nèi)管與外管之間的環(huán)形流道為冷卻空氣與噴淋水流道，內(nèi)管中心設(shè)置旋流場裝置，必要時(shí)內(nèi)管壁面可同時(shí)設(shè)置旋流場裝置。

因換熱效率高，此類換熱器的空氣流道可以采用較大截面積，在相同風(fēng)機(jī)功耗條件下，風(fēng)速更高，體積更小。經(jīng)過合理設(shè)計(jì)，可取代傳統(tǒng)閉式冷卻塔與開式冷卻塔，且逼近度更小。

為方便清洗換熱管，可設(shè)置清洗管路，或?qū)Q熱管設(shè)為快速接口。

進(jìn)一步，所述的噴淋水裝置上設(shè)有根據(jù)被冷卻介質(zhì)所需出口溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)噴淋水量的控制裝置。

所述自動調(diào)節(jié)噴淋水量的裝置，在過渡季節(jié)可實(shí)現(xiàn)更多或全部利用空氣顯熱冷卻。由于減少了冷卻水的蒸發(fā)量，有利于抑制霧霾現(xiàn)象的產(chǎn)生。所述自動調(diào)節(jié)噴淋水量的裝置，其實(shí)施方法根據(jù)噴淋水的形式不同，可設(shè)為恒壓減流（噴淋壓力不變，通過減少噴淋頭數(shù)量減少噴淋流量），或減壓減流（通過降低噴淋壓力，減少噴淋流量）。

進(jìn)一步，所述空冷器的冷卻空氣出口端設(shè)有旋流除霧器，所述旋流除霧器由分離管與設(shè)于分離管中心的旋流擾流器組成，所述分離管壁面設(shè)有用于水滴排出的條縫型分離口，所述條縫型分離口與設(shè)有氣封的排水管相連。

所述排水管必要時(shí)設(shè)有氣封，排出水滴可排放或重復(fù)利用。

通常，只要合理控制噴淋水量，在旋力離心力作用下，即使風(fēng)速再高也可實(shí)現(xiàn)水的完全蒸發(fā)。設(shè)置旋流除霧器，用于增加工藝冗余。

采用上述的技術(shù)方案，本發(fā)明技術(shù)方案的有益效果為：通過對換熱面施加直接的旋流離心力或向心力，破壞換熱面的邊界層，提高了換熱效率、消除結(jié)垢，并因此減少了換熱器的材料用量和運(yùn)行阻力，在用于冷凝或蒸發(fā)工況時(shí)，采用串聯(lián)換熱，有利于設(shè)備緊湊化，在用于蒸發(fā)式空冷器時(shí)可替代開式冷卻塔實(shí)現(xiàn)節(jié)能，在過渡季節(jié)通過減少噴淋水量可以減少水的消耗，同時(shí)具有抑制霧霾的作用，使得本發(fā)明既適合新建項(xiàng)目，也適合暨有項(xiàng)目的節(jié)能、增效改造，以及環(huán)境治理。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對本發(fā)明做進(jìn)一步的闡述：

圖1為本發(fā)明高效換熱器的換熱組件實(shí)施結(jié)構(gòu)之一的簡要示意圖；

圖2為圖1所示換熱組件的實(shí)施結(jié)構(gòu)將內(nèi)管從外管中拆出后的示意圖；

圖3為本發(fā)明高效換熱器的旋流場裝置與流道的有效截面積比的投影示意圖；

圖4為本發(fā)明高效換熱器的流道均等間隔為若干個(gè)小流道的實(shí)施方式之一的示意圖；

圖5為本發(fā)明高效換熱器的流道均等間隔為若干個(gè)小流道的實(shí)施方式之二的示意圖；

圖6為本發(fā)明在圖5所示結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上外管外還套設(shè)有外套管的實(shí)施方式之一示意圖；

圖7為本發(fā)明外管外還套設(shè)有外套管的實(shí)施方式之二示意圖；

圖8為本發(fā)明高效換熱器為串聯(lián)式實(shí)施的示意圖；

圖9為圖8所示串聯(lián)式實(shí)施時(shí)的高效換熱器的拆解結(jié)構(gòu)示意圖；

圖10為本發(fā)明高效換熱器為并聯(lián)式實(shí)施的示意圖；

圖11為本發(fā)明高效換熱器在高效蒸發(fā)式空冷器中應(yīng)用時(shí)的實(shí)施方式之一示意圖；

圖12為本發(fā)明高效換熱器在高效蒸發(fā)式空冷器中應(yīng)用時(shí)的噴淋水裝置的簡要示意圖；

圖13為本發(fā)明高效換熱器在高效蒸發(fā)式空冷器中應(yīng)用時(shí)的旋流除霧器的簡要示意圖。

具體實(shí)施方式

如圖1或2所示，本發(fā)明高效換熱器，包括至少一組設(shè)于換熱器內(nèi)的換熱組件，所述的換熱組件包括外管1和設(shè)于外管1內(nèi)部的內(nèi)管2構(gòu)成，所述的內(nèi)管2和內(nèi)管2與外管1之間均分別設(shè)有供介質(zhì)流通的流道，所述的流道內(nèi)均設(shè)有使流道內(nèi)介質(zhì)產(chǎn)生旋流的旋流場裝置3，所述的旋流場裝置3中，至少有一個(gè)旋流場裝置3對流道內(nèi)介質(zhì)產(chǎn)生的旋流離心力或旋流向心力直接作用于流道中的換熱面。

其中所述的高效換熱器還包括與傳統(tǒng)換熱器相同的冷熱流體入口、出口和使得換熱器能夠正常運(yùn)作的必要輔件，其中所述的必要輔件與傳統(tǒng)換熱器所需的輔件大致相同，根據(jù)換熱器的用途和應(yīng)用情況，通常可以包括殼體、框架、冷卻風(fēng)機(jī)、循環(huán)水泵等通常配置。

進(jìn)一步，所述旋流場裝置3對流道內(nèi)介質(zhì)產(chǎn)生的旋流離心力或向心力同時(shí)直接作用于換熱面，所述的換熱面為內(nèi)管2的內(nèi)壁面時(shí)，旋流場裝置3產(chǎn)生的旋流離心力直接作用于內(nèi)管2的內(nèi)壁面；所述換熱面為內(nèi)管2的外壁面時(shí)，旋流場裝置3產(chǎn)生的旋流向心力直接作用于內(nèi)管2的外壁面。

當(dāng)換熱面為管內(nèi)壁面，旋流場裝置3產(chǎn)生的旋流離心力直接作用于管內(nèi)壁面，其實(shí)施方法以圓形管為例，在管道中心設(shè)置帶軸32的螺旋擾流片33（或扭帶等）且螺旋擾流片33與管內(nèi)壁之間保持一定間隙，管內(nèi)流體在螺旋擾流片33作用下產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，又由于管內(nèi)壁與螺旋擾流片33之間存在一定間隙，相對流阻較小，旋流產(chǎn)生的離心力將直接作用與管內(nèi)壁，破壞邊界層。所述旋流場裝置3產(chǎn)生的旋流向心力直接作用于管外壁面，其實(shí)施方法以內(nèi)管2與外管1之間的流道是一個(gè)環(huán)形流道為例，在外管1內(nèi)壁面設(shè)置螺旋擾流片31且螺旋擾流片31與內(nèi)管2外壁之間保持一定間隙，環(huán)形流道內(nèi)的流體在螺旋擾流片31作用下產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，又由于內(nèi)管2外壁與螺旋擾流片31之間存在一定間隙，相對流阻較小，旋流產(chǎn)生的向心力將直接作用與內(nèi)管2外壁，破壞邊界層。

根據(jù)需要，所述內(nèi)管2可設(shè)為連成一體的多個(gè)并列內(nèi)管2，所述外管1可設(shè)為連成一體的多個(gè)并列外管1，所述外管1與內(nèi)管2之間的流道，還可以分隔成多個(gè)流道（本質(zhì)上，是連成一體的多個(gè)并列外管），所述外管與內(nèi)管之間分隔的多個(gè)流道還可以設(shè)為螺旋形流道（即所述外管與內(nèi)管之間分隔的多個(gè)流道，在內(nèi)管外壁面呈螺旋狀態(tài)，并利用自身產(chǎn)生旋流）。

所述旋流場裝置，通常有入口蝸旋發(fā)生器、扭帶內(nèi)插物、旋流擾流器等。結(jié)合用途、擾流效果、生產(chǎn)便利性考慮，優(yōu)選為旋流擾流器。

為提高換熱效果，旋流場裝置與換熱面之間宜有一定間隙，使換熱面在整個(gè)流道中是流阻相對較小的空間，以利于產(chǎn)生的旋流離心力（或向心力）直接作用于換熱面。旋流離心力或向心力作用于換熱面，可破壞或消除邊界層、提高傳熱效率。

進(jìn)一步，所述的旋流場裝置3為旋流擾流器，所述的旋流擾流器設(shè)于管道內(nèi)壁面時(shí)，所述的旋流擾流器由螺旋擾流片31構(gòu)成；所述的旋流擾流器設(shè)于管道中心時(shí)，所述的旋流擾流器為設(shè)于螺旋擾流片33和設(shè)于螺旋擾流片33中心的軸32構(gòu)成。所述設(shè)于螺旋擾流片33中心的軸32除了增加螺旋擾流片33的物理強(qiáng)度，還可以消除部分流道中心的無效流場，使作用在管道內(nèi)壁面的離心力得到加強(qiáng)。所述軸32，可設(shè)為空心管狀（為防止產(chǎn)生短路流，可封閉端口）軸或?qū)嵭据S，軸徑與螺旋擾流片的寬度比，以實(shí)現(xiàn)擾流效果與擾流阻力之間的平衡為原則，結(jié)合實(shí)際測試數(shù)據(jù)來確定，所述的軸上還設(shè)有至少一個(gè)與流道固定連接的連接件。所述螺旋形線圈設(shè)于管道內(nèi)壁面時(shí)，根據(jù)換熱面的需要，通常設(shè)于外管1內(nèi)壁面。

所述螺旋擾流片32可以通過裝載連接件并通過連接件的摩擦力、彈力與流道內(nèi)壁相抵，將螺旋擾流片固定在流道內(nèi)，也可以通過將連接件粘接或焊接在流道內(nèi)、或通過鑄造或擠出工藝，生產(chǎn)內(nèi)壁面帶有螺旋擾流片的管道（用于產(chǎn)生旋流向心力），具體按需而定。

螺旋擾流片的螺距可以根據(jù)需要及實(shí)際實(shí)驗(yàn)調(diào)試進(jìn)行確定設(shè)置，螺旋擾流片還可以做多頭結(jié)構(gòu)（即在流道截面上，設(shè)有并列的多個(gè)螺旋擾流片）。

如圖3所示，進(jìn)一步，所述的旋流場裝置沿其所在的流道入口至出口設(shè)置，所述旋流場裝置的有效截面積與其所在流道的有效截面積的比值為大于等于20%且小于等于90%。

優(yōu)選的，所述旋流場裝置的有效截面積與其所在流道的有效截面積的比值為大于等于30%且小于等于80%。

優(yōu)選的，所述旋流場裝置的有效截面積與其所在流道的有效截面積的比值為大于等于40%且小于等于70%。

優(yōu)選的，所述旋流場裝置的有效截面積與其所在流道的有效截面積的比值為50%。

其中，所述旋流場裝置的有效截面積指的是，旋流場裝置的螺旋擾流片最少旋轉(zhuǎn)360度時(shí)端面的正投影面積，所述的旋流場裝置設(shè)于管道中心時(shí)，所述正投影面積含軸的投影面積，即旋流場裝置的有效截面積的標(biāo)注4所示的陰影部分，流道的有效截面積為標(biāo)注5所示流道截面的圓形面積，其中所述的面積比可以根據(jù)換熱介質(zhì)的流速、黏度、流道面積和設(shè)計(jì)對體積的要求等因素進(jìn)行結(jié)合實(shí)際測試數(shù)據(jù)來確定。

另外，所述的內(nèi)管和外管可以根據(jù)需要設(shè)為任意形式的截面，從提高換熱效率、節(jié)約材料出發(fā)，優(yōu)選為圓管，根據(jù)需換熱流體特性以及實(shí)用性要求，熱流體或冷流體可按需選擇進(jìn)入內(nèi)管或內(nèi)管與外管之間的流道，內(nèi)管或外管的截面形式，可根據(jù)需要而定，相對而對而言，圓形管道有利于提高換熱效率、節(jié)約材料，內(nèi)管的直徑可為任意尺寸，從經(jīng)濟(jì)性與防堵塞考慮應(yīng)不小于25mm。如，換熱溫差較小時(shí)內(nèi)管直徑可采用20mm至100mm，換熱溫差較大時(shí)（如鍋爐），內(nèi)管直徑可采用更大的參數(shù)，如大于0.5米,所述換熱面，指熱流體與冷流體之間的界面。所述內(nèi)管與外管之間的流道可設(shè)為任意截面形狀，當(dāng)沒有承壓要求時(shí)，設(shè)為環(huán)形有利于提高換熱效率、節(jié)約材料。

如圖1或2所示，進(jìn)一步，所述內(nèi)管2與外管1之間的流道為環(huán)形流道。

所述環(huán)形流道內(nèi)的螺旋擾流片31設(shè)于換熱面正對面的管面，螺旋擾流片31與換熱面之間有適當(dāng)?shù)拈g距，以提高旋流流體沖擊換熱面的效果。

如圖4或5所示，進(jìn)一步，所述的環(huán)形流道間隔成若干個(gè)流道11,通常為依次連接環(huán)形流道的內(nèi)圓與外圓，形成多個(gè)均等的小流道11（本質(zhì)上是連成一體的并列多個(gè)外管）。所述多個(gè)均等的小流道，既具有內(nèi)管2外壁面又兼具外管1內(nèi)壁面特性，在設(shè)置旋流場裝置時(shí)按管內(nèi)壁面處理。

所述環(huán)形流道間隔成的若干個(gè)流道，入口端通常設(shè)有分水（氣）器，出口端通常設(shè)有集水（氣）器，旋流場裝置則設(shè)于所述多個(gè)并列外管的中心,小流道的截面可設(shè)為扇形、或修整為圓形（必要時(shí)，需設(shè)置應(yīng)力散放結(jié)構(gòu)）等形式。本技術(shù)方案，可以提高外管承壓能力，可作為鍋爐換熱器等用途，如：并列的多個(gè)外管用于產(chǎn)生蒸汽，中間的內(nèi)管用作高溫?zé)煔馔ǖ阑蚝巳剂戏磻?yīng)堆。經(jīng)換熱面雙向強(qiáng)化傳熱，可顯著減少裝置體積，特別有利于移動鍋爐設(shè)備。為方便汽水分離，換熱器可采用立式布置。

如圖6所示，其在圖5的蜂窩狀整體結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進(jìn)行外穿蜂窩式整體結(jié)構(gòu)3進(jìn)行進(jìn)一步輔助換熱，所述蜂窩式整體結(jié)構(gòu)3之間組成的環(huán)形流道內(nèi)設(shè)置有內(nèi)外壁具有擾流器的擾流管，所述最外層蜂窩式整體結(jié)構(gòu)外設(shè)有套管4，套管4的內(nèi)壁設(shè)有擾流器（未示出），其中外管1、內(nèi)管2內(nèi)管和外管之間的流道11均與圖5所示結(jié)構(gòu)相同，蜂窩式整體結(jié)構(gòu)3與外管1之間還設(shè)有旋片5，蜂窩式整體結(jié)構(gòu)3內(nèi)的流道31內(nèi)通有介質(zhì)。

如圖7所示，進(jìn)一步，所述環(huán)形流道內(nèi)的介質(zhì)為熱流體，所述的外管1的外壁還套設(shè)有外套管4，環(huán)形流道內(nèi)的旋流場裝置對流道內(nèi)介質(zhì)產(chǎn)生的旋流離心力或旋流向心力直接作用于環(huán)形流道的管壁，其中內(nèi)管2內(nèi)和兩個(gè)外套管4之間通有冷流體，內(nèi)管2內(nèi)的旋流場裝置3對流道內(nèi)的介質(zhì)產(chǎn)生旋流離心力。

如圖8或9所示，作為內(nèi)管2和外管1形成流道的另一種實(shí)施方式，進(jìn)一步，所述的內(nèi)管2和外管1中至少有一個(gè)為連續(xù)的流道，至少有一個(gè)為多個(gè)串聯(lián)構(gòu)成的流道，此時(shí)旋流場裝置3的設(shè)置方式依然可以如圖1或圖2所示的類似形式進(jìn)行布置。

所述串聯(lián)的流道，還可以進(jìn)行并聯(lián)。串聯(lián)流道適用于內(nèi)管2以及內(nèi)管2與外管1之間的介質(zhì)體積流量相差較大的工況（如，內(nèi)管內(nèi)部的換熱介質(zhì)存在冷凝、蒸發(fā)等相變工況或?yàn)橐后w，而內(nèi)管與外管之間的換熱介質(zhì)為空氣），串聯(lián)換熱可減少內(nèi)、外流道面積比，提高擾流效果、優(yōu)化裝置構(gòu)造。

根據(jù)需要，換熱器的外觀結(jié)構(gòu)可設(shè)為方形、環(huán)形、錐式、梯形等。

所述串聯(lián)流道，第一個(gè)流道出口與第二個(gè)流道入口之間進(jìn)行隔離，以防串流。

進(jìn)一步，所述高效換熱器用于蒸發(fā)或冷凝工況時(shí)，所述的內(nèi)管為蒸發(fā)或冷凝介質(zhì)的連續(xù)流道，所述外管為多個(gè)串聯(lián)的氣體流道，所述串聯(lián)的氣體流道的入口與出口分別設(shè)置在相同的面且朝向相反，所述串聯(lián)的氣體流道由對稱的組件合并而成。

所述氣體流道，通常為空氣流道。為方便氣流組織，所述串聯(lián)的氣體流道的入口與出口分別設(shè)置在相同的面且朝相相反。為方便生產(chǎn)與提高生產(chǎn)效率，所述串聯(lián)的氣體流道由對稱的組件合并而成。如，串聯(lián)的氣體流道的入口與半月形的外管設(shè)計(jì)于一面，串聯(lián)的氣體流道出口與半月形的外管設(shè)計(jì)于另一面，合并兩個(gè)面可得一個(gè)容納有內(nèi)管的串聯(lián)的氣體流道。

所述串聯(lián)的氣體流道用于蒸發(fā)工況時(shí)，還設(shè)有冷凝水通道，所述冷凝水通道根據(jù)內(nèi)管的布置情況，可沿內(nèi)管的外壁面流動，或沿外管的內(nèi)壁面流動，或設(shè)置獨(dú)立的冷凝水通道。

如圖10所示，還可以根據(jù)具體應(yīng)用情況來設(shè)置一個(gè)內(nèi)徑較大的外管1進(jìn)行套設(shè)多個(gè)內(nèi)管2，使內(nèi)管并聯(lián)設(shè)置

如圖11或12之一所示，作為本發(fā)明高效換熱器在高效蒸發(fā)式空冷器方面的應(yīng)用，其包括上述所述的高效換熱器1。

進(jìn)一步，所述的高效蒸發(fā)式空冷器還包括設(shè)置于換熱組件1上方的噴淋水裝置2。

所述設(shè)有噴淋水裝置2的換熱器1，通常以空氣為冷卻介質(zhì)，此時(shí)又稱蒸發(fā)式空冷器。根據(jù)實(shí)際需要，其冷卻空氣流速q可為2m/s≤q≤30m/s。當(dāng)冷卻空氣流速q≤3m/s，所述噴淋水裝置設(shè)于冷卻空氣出口端。當(dāng)冷卻空氣流速q超過3m/s且風(fēng)力足以引導(dǎo)水霧或水滴向上運(yùn)行時(shí)，所述噴淋水裝置2設(shè)于冷卻空氣入口端，其中噴淋水裝置上方還設(shè)有排氣風(fēng)扇3。

所述高效換熱器的熱流體設(shè)于內(nèi)管與外管之間的環(huán)形流道時(shí)，內(nèi)管為冷卻空氣與噴淋水流道，內(nèi)管中心設(shè)置旋流場裝置，必要時(shí)內(nèi)管壁面可同時(shí)設(shè)置旋流場裝置。所述高效換熱器的熱流體設(shè)于內(nèi)管時(shí)，內(nèi)管與外管之間的環(huán)形流道為冷卻空氣與噴淋水流道，內(nèi)管中心設(shè)置旋流場裝置，必要時(shí)內(nèi)管壁面可同時(shí)設(shè)置旋流場裝置。

因換熱效率高，此類換熱器的空氣流道可以采用較大截面積，在相同風(fēng)機(jī)功耗條件下，風(fēng)速更高，體積更小。經(jīng)過合理設(shè)計(jì)，可取代傳統(tǒng)閉式冷卻塔與開式冷卻塔，且逼近度更小。

為方便清洗換熱管，可設(shè)置清洗管路，或?qū)Q熱管設(shè)為快速接口。

進(jìn)一步，所述的噴淋水裝置上設(shè)有根據(jù)被冷卻介質(zhì)所需出口溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)噴淋水量的控制裝置。

所述自動調(diào)節(jié)噴淋水量的裝置，在過渡季節(jié)可實(shí)現(xiàn)更多或全部利用空氣顯熱冷卻。由于減少了冷卻水的蒸發(fā)量，有利于抑制霧霾現(xiàn)象的產(chǎn)生。所述自動調(diào)節(jié)噴淋水量的裝置，其實(shí)施方法根據(jù)噴淋水的形式不同，可設(shè)為恒壓減流（噴淋壓力不變，通過減少噴淋頭數(shù)量減少噴淋流量），或減壓減流（通過降低噴淋壓力，減少噴淋流量）。

如圖13所示，進(jìn)一步，所述空冷器的冷卻空氣出口端設(shè)有旋流除霧器，所述旋流除霧器由分離管2與設(shè)于分離管2中心的旋流擾流器3組成，所述分離管2壁面設(shè)有用于水滴排出的條縫型分離口7，所述條縫型分離口7與設(shè)有氣封的排水管相連，所述排水管必要時(shí)設(shè)有氣封，排出水滴可排放或重復(fù)利用。

通常，只要合理控制噴淋水量，在旋力離心力作用下，即使風(fēng)速再高也可實(shí)現(xiàn)水的完全蒸發(fā)。設(shè)置旋流除霧器，用于增加工藝冗余。

以上所述僅為本發(fā)明的舉例說明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，在不脫離本發(fā)明的原理和精神的情況下凡依本發(fā)明申請專利范圍所做的均等變化、修改、替換和變型，皆應(yīng)屬本發(fā)明的涵蓋范圍。