一种具有内外涵道的波纹盘管结构的热交换器.pdf

本发明公开了一种具有内外涵道的波纹盘管结构的热交换器，由进口，出口，波纹管、整流罩、内环套筒、外环套筒、风扇、支架组成。当待进行热交换的流体介质由进口流入本发明所述的热交换器中的波纹管，在具有波纹结构的管壁内形成紊流，通过波纹管壁与波纹管外的内外涵道中的空气进行热交换，风扇将内外涵道中的空气排出，流体介质通过在波纹管中螺旋式流动热交换后从出口排出。所述热交换器具有热交换效率高、结构工艺简单、重量轻、一体化等特点，并且进行热交换后的盘管中的流体介质的温度均匀，可用于气体、液体、气液混合物质的热

1.  一种具有内外涵道的波纹盘管结构的热交换器，包括进口(1)，出口(2)，波纹管(3)、整流罩(4)、内环套筒(5)、外环套筒(6)、风扇(7)、支架(8)；其特征在于，所述波纹管(3)、整流罩(4)、内环套筒(5)、外环套筒(6)、风扇(7)、支架(8)均置于外环套筒(6)内；波纹管(3)内壁和外壁均为不平坦的波纹状表面；波纹管(3)通过固定于内环套筒(5)外壁上的支架(8)螺旋式环绕于内环套筒(5)的外壁，内环套筒(5)的外壁与波纹管(3)之间的空隙形成内环涵道(9)，波纹管(3)与外环套筒(6)之间的空隙形成外环涵道(10)；在外环套筒(6)的筒壁上开有进口(1)和出口(2)分别与波纹管(3)的两端密封连通；整流罩(4)具有圆锥型流线结构；风扇(7)位于外环套筒(6)内，高于整流罩(4)的顶点；单个整流罩的边缘与内环套筒(5)的边缘紧密相连，形成具有圆锥流线形结构的腔体；

2.  如权利要求1所述一种具有内外涵道的波纹盘管结构的热交换器，其特征在于，当具有两个整流罩时，所述两个整流罩分别与内环套筒(5)的上下边缘紧密相连，形成两端具有圆锥流线形结构的封闭腔体。

3.  如权利要求1所述一种具有内外涵道的波纹盘管结构的热交换器，其特征在于，所述整流罩和内环套筒的材料包括但不限于导热介质。

4.  如权利要求1所述一种具有内外涵道的波纹盘管结构的热交换器，其特征在于，作为优选，所述内环套筒和外环套筒的轴线在同一直线上。

5.  如权利要求1所述一种具有内外涵道的波纹盘管结构的热交换器，其特征在于，作为优选，当风扇数量为一个时，风扇(7)位于外环套筒(6)内出口(2)所处的一端；当风扇数量为两个或两个以上时，采用串联或并联的结构放置于外环套筒(6)内出口(2)所处的一端。

6.  如权利要求1所述一种具有内外涵道的波纹盘管结构的热交换器，其特征在于，当风扇数量为两个或两个以上时，还可以采用串联或并联的结构分别放置于外环套筒(6)内的两端，并且保持风向一致。

7.  如权利要求1所述一种具有内外涵道的波纹盘管结构的热交换器，其特征在于，作为优选，单个风扇或多个风扇采用串联结构时，风扇轴线与外环套筒的轴线在同一直线上。

8.  如权利要求1所述一种具有内外涵道的波纹盘管结构的热交换器，其特征在于，工作方式为：当进行热交换的流体介质由进口(1)流入波纹管(3)，在具有波纹结构的管壁内形成紊流，通过波纹管(3)的管壁与波纹管外的内外涵道中的空气进行热交换，风扇(7)将内外涵道中的空气排至外环套筒(6)外，流体介质通过在波纹管(3)中螺旋式流动热交换后从出口(2)排出。

9.  如权利要求1所述一种具有内外涵道的波纹盘管结构的热交换器，其特征在于，进口(1)、出口(2)内壁材质包括但不限于不锈钢或碳钢，波纹管(3)的材质包括但不限于不锈钢或碳钢。

一种具有内外涵道的波纹盘管结构的热交换器
技术领域
本发明涉及一种热交换器，特别适用于液体、气体、气液混合物的散热或制冷，可用于化工、建筑等领域。
背景技术
目前，热交换器大多采用翅片式散热片，翅片式散热片的排列大多为平行式排列，此排列形式占用空间大，并且散热片的材质较厚，重量大，导热性能差，散热速度慢，管路长，弯曲半径小，流体阻力大，容易泄漏，制造工艺复杂，制造成本较高，如CN2463756Y等公开的热交换器。CN2752664Y公开了一种具有内外螺纹的金属盘管结构的散热器，其盘管结构为“口”型或“L”型，金属管间设有卡式换热片，为了提高散热效率，多采用不锈钢导管/螺纹管上加装散热翅片组装而成，但无论是这种盘管结构热交换器还是翅片式散热器的传统热交换器器，当用于某些封闭设备或场所，所在空间(如机箱等)无主动空气流速，热交换效率低，并且若所在空间(如机箱内)有对温度敏感的元件，则容易造成故障。
此外前述结构通常不具有耐腐蚀性，为了防腐蚀，上述类型热交换器多采用不锈钢导管上加装散热翅片组装而成，或是加装防腐蚀内管，影响了散热效率并且需要压铸工艺，制造成本高。如申请号为02212926.X复合式散热器。
发明内容
为解决上述问题，本发明提出一种具有内外涵道的波纹盘管结构的热交换器，具有热交换效率高、结构工艺简单、重量轻、一体化等特点，并且进行热交换后的盘管中的流体介质的温度均匀，可用于气体、液体、气液混合物质的热交换。并且当波纹盘管采用耐腐蚀材料时，该热交换器可用于具有腐蚀性流体介质的热交换。
本发明所述一种具有内外涵道的波纹盘管结构的热交换器，可以根据不同需求互为转换，对流体介质和空气进行热交换以达到加热或者制冷的用途。
本发明所述一种具有内外涵道的波纹盘管结构的热交换器，由进口，出口，波纹管、整流罩、内环套筒、外环套筒、风扇、支架组成。
所述波纹管、整流罩、内环套筒、外环套筒、风扇、支架均置于外环套筒内；波纹管内壁和外壁均为不平坦的波纹状表面；波纹管通过固定于内环套筒外壁上的支架螺旋式环绕于内环套筒的外壁，内环套筒的外壁与波纹管之间的空隙形成内环涵道，波纹管与外环套筒之间的空隙形成外环涵道；在外环套筒的筒壁上开有进口和出口分别与波纹管的两端密封连通；整流罩具有圆锥型流线结构；风扇位于外环套筒内，高于整流罩的顶点；单个整流罩的边缘与内环套筒的边缘紧密相连，形成具有圆锥流线形结构的腔体；
所述整流罩和内环套筒的材料包括但不限于导热介质。
当具有两个整流罩时，所述两个整流罩分别与内环套筒的上下边缘紧密相连，形成两端具有圆锥流线形结构的封闭腔体。
作为优选，所述内环套筒和外环套筒的轴线在同一直线上。
作为优选，当风扇数量为一个时，风扇位于外环套筒内出口所处的一端；当风扇数量为两个或两个以上时，采用串联或并联的结构放置于外环套筒内出口所处的一端。
当风扇数量为两个或两个以上时，还可以采用串联或并联的结构分别放置于外环套筒内的两端，并且保持风向一致。
作为优选，单个风扇或多个风扇采用串联结构时，风扇轴线与外环套筒的轴线在同一直线上。
一种具有内外涵道的波纹盘管结构的热交换器，其工作方式为：当待进行热交换的流体介质由进口流入波纹管，在具有波纹结构的管壁内形成紊流，通过波纹管的管壁与波纹管外的内外涵道中的空气进行热交换，风扇将内外涵道中的空气排至外环套筒外，流体介质通过在波纹管中螺旋式流动热交换后从出口排出。
当本热交换器用于具有腐蚀性的流体介质与空气的热交换时，所述进口、出口具有防腐蚀内壁，所述波纹管的材质具有耐腐蚀性。所述进口、出口内壁材质包括但不限于不锈钢或碳钢，所述波纹管的材质包括但不限于不锈钢或碳钢。
本发明利用风扇和内环套筒、整流罩加速外环套筒内空气流动，排出热交换后的内外涵道中的空气，整流罩的结构使涵道内热对流更为流畅，散热性能更好。同时使得本散热器的结构具有一体化和模块化的特点，便于安装和携带。
与传统的具有散热片结构的液体热交换器相比，本发明技术方案具有如下有益效果：由于波纹管为薄壁波纹管，波纹管具有易成型，易弯曲的特点，其管壁接触面积比普通直管大，并且管壁薄，便于散热，此外该管呈螺旋式环绕内环套筒放置，流体介质在管内不会淤积，波纹管腔不易堵塞，内外管壁所具有的波纹结构使得流经其中的物质易于形成紊流，便于均匀散热。波纹管采用盘管结构可增加有限空间内的热交换管的密度。利用风扇、内环套筒、整流罩加速外环套筒内空气流动，排出热交换后的空气，整流罩的结构使热对流更为流畅，热交换性能更好。本发明所述热交换器具有导热快、热交换效率高、结构简单、制造成本低、一体化模块化强、耐腐蚀、耐压能力强、使用寿命长等特点。
附图说明
附图1为实施例中本发明所述热交换器的结构示意图；
附图2为实施例中本发明所述热交换器结构的内外涵道示意图；
图中：1-进口，2-出口，3-波纹管，4-整流罩，5-内环套筒，6-外环套筒，7-风扇，8-支架，9-内环涵道，10-外环涵道。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明技术方案做进一步说明。
实施例1：以本发明所述的热交换器用于氢氧发生机中电解液的散热为例，本实施例中所述热交换器结构如附图1和附图2所示，一种具有内外涵道的波纹盘管结构的热交换器，由进口1，出口2，波纹管3、整流罩4、内环套筒5、外环套筒6、风扇7、支架8组成。
支架8为一组固定于内环套筒5的外壁上的凸起支架，用于固定波纹管3形成盘管结构(见附图2)。波纹管3通过支架8螺旋式环绕于内环套筒5的外壁(见附图1)，在内环套筒5的外壁与波纹管3之间形成内环涵道9，所述波纹管3、整流罩4、内环套筒5、外环套筒6、风扇7、支架8均置于外环套筒6内，波纹管3与外环套筒6之间形成外环涵道10。
波纹管3两端设有进口1、出口2。所述进口1和出口2由外环套筒6的外壁穿入，并与波纹管3的两端密封连通。进口1、出口2内壁材质为不锈钢，所述波纹管3的材质为不锈钢。电解液由进口1进入波纹管，从出口2排出。波纹管3为薄壁不锈钢波纹管，其内壁和外壁均为不平坦的波纹状表面，这种波纹状起伏的表面增大了管内电解液与管壁热交换接触面积，加快向管外空气介质的热交换，同时使电解液在波纹管3中产生紊流，使其温度均匀。
整流罩4为圆锥型流线结构，本实施例中采用了两个整流罩，所述两个整流罩分别与内环套筒5的上下边缘紧密相连，形成两端具有圆锥流线形结构的封闭腔体。
所述整流罩4和内环套筒5的材料采用铝。
所述内环套筒5和外环套筒6的轴线在同一直线上。
风扇7位于外环套筒6内，并且在整流罩4顶点之外，用于将内外涵道内热交换后的空气排出外环套筒6之外，本实施例中风扇数量为一个，风扇7位于外环套筒6内出口2所处的一端，这样有利于使波纹管3中电解液与内外涵道中的空气进行充分热交换。风扇轴线与外环套筒6的轴线在同一直线上。
该热交换器在使用时采用立式放置。进口1在下，出口2在上。空气从热交换器外环套筒下部进入内外涵道，充分利用热空气向上的原理，热空气由风扇从热交换器顶部排出。空气流动方向见附图1箭头所示。
利用风扇7和内环套筒5、整流罩4加速外环套筒6内空气流动，排出热交换后的内外涵道中的空气，根据流体力学基本原理，单位时间内一定流量的流体的流动速度与其流通空间的截面积成反比，当一定流量的流体流通的截面积减小时，流体的流速增加。本发明所述的热交换器可视为一个腔体，置于腔体内的风扇功率不变时其单位时间排风量(空气流量)不变时，气流进入热交换器中狭窄的内外涵道时，由于采用内环套筒5和整流罩4占用了外环套筒6内的流通空间，即减小了外环套筒6内空气的流通截面积，空气流通截面直径与风扇直径相比小了很多，故涵道内空气流速加快，并直接高速集中流过波纹管3周围，整流罩4的结构使内外涵道中空气流动更为流畅，散热性能更好。内外涵道内空气流速与风扇效率、内环套筒5和外环套筒6的直径、内环套筒5长度有关，可根据实际需求进行设计。
当具有气液混合状态的电解液由进口1流入所述热交换器中的波纹管3，在具有波纹结构的管壁内形成紊流，通过波纹管壁与波纹管外的内外涵道中的空气进行热交换，风扇7将内外涵道中的空气排出，电解液通过在波纹管3中螺旋式流动热交换后从出口2排出，达到对电解液散热的目的。
由于波纹管3、进口1、出口2采用了耐腐蚀的不锈钢材料，因此达到对具有腐蚀性的流质的散热目的。当具有上述结构的热交换器置于氢氧发生机的机箱内时，外环套筒6内的风扇直接向氢氧发生机箱外排放热空气，减小了热空气对机箱内元器件的影响，避免了因机箱内过热造成的故障。
利用上述结构，经过10次测量，电解液流经该热交换器的出口2时的温度比由进口1流进时的温度平均降低了12.1摄氏度。
实施例2：以本发明所述的热交换器用于空调设备中为例，热交换器的结构同实施例1，进口1、出口2内壁材质为不锈钢，所述波纹管3的材质为不锈钢。当制冷剂(如氟里昂等)由进口1流入所述热交换器中的波纹管3，在具有波纹结构的管壁内形成紊流，通过波纹管壁与波纹管外的内外涵道中的空气进行热交换，风扇7将内外涵道中的冷却好的空气排出，制冷剂通过在波纹管3中螺旋式流动热交换后从出口2排出，达到对空气制冷的目的，此时流经出口2处制冷剂的温度较进口1处的温度有所上升。
以上所述的具体描述，对发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。