换热装置的制作方法

1.本发明涉及温度控制技术领域，尤其涉及一种换热装置。


背景技术：

2.换热装置是一种在不同温度的两种或两种以上流体间实现介质之间热量传递的节能设备。换热装置的性能好坏主要看其热交换率是否满足要求，而热交换率主要依靠进行热交换的换热管道来进行。目前，热泵领域的螺旋管式换热装置中，通常是将金属直管缠绕成弹簧形式的螺旋绕管，从而使液体在壳程中从整体上呈螺旋状流动向绕着单根传热管方向旋转；弯管中的液体会产生二次流，为迪恩涡，这种现象的形成机制是由离心力造成的管心与管壁之间的动量差造成的。迪恩涡会加强管内的流动和换热；流体在螺旋管之间的流动又产生新的扰动，这些都有效地提高管侧内的对流传热系数，从而提高热能利用率进而达到节能降耗的目的。
3.但对于整个换热装置而言，单独提高管侧的对流传热系数来提高换热装置的换热性能是有限的。当螺旋管式换热装置的壳侧流体为单相流动的液体，以及金属管为普通光管或其他导热系数低的合金管如钛管时，壳侧对流换热系数小于或远小于管侧对流换热系数，造成整个换热装置传热系数下降，性能得不到充分发挥。现有对螺旋管式换热装置提高壳侧对流换热系数的方式是将光管替换成外螺纹管或制作为麻花管，尽管如此，壳侧热阻仍然较大，壳侧对流换热系数仍然是管侧对流换热系数的十分之一到二分之一，壳侧流体的强化传热并未做到非常好。总而言之，即现有换热装置的换热管在壳侧的换热效率较低，使得整体换热管的换热效率低。


技术实现要素：

4.本发明的主要目的在于解决现有换热装置的换热管在壳侧的换热效率较低，使得整体换热管的换热效率低的技术问题。
5.本发明提供了一种换热装置，包括：壳体、至少一个螺旋换热单元和至少一个扰流单元，一个扰流单元包括多段扰流条，其中，所述螺旋换热单元设置于所述壳体之中，所述扰流单元平行设置于所述螺旋换热单元的至少一侧，所述扰流单元中的每段扰流条按照预设排列密度设置于所述螺旋换热单元的上下两层螺旋管道之间的至少部分侧边间隔区域。
6.可选的，在本发明第一方面的第一种实现方式中，所述所述换热装置包括多个螺旋换热单元，所述壳体包括内壳体和外壳体，其中，所述多个螺旋换热单元设置于所述内壳体和所述外壳体之间，所述至少一个扰流单元设置于所述内壳体与相邻的螺旋换热单元之间、设置于所述外壳体与相邻的螺旋换热单元之间、和/或设置于两个相邻的螺旋换热单元之间。
7.可选的，在本发明第一方面的第二种实现方式中，所述扰流单元还包括隔条，所述隔条的第一部分设置于所述螺旋换热单元的上下两层螺旋管道之间的中间间隔区域，用于固定所述螺旋换热单元的上下两层螺旋管道；所述隔条的第二部分设置于每两个相邻的扰
流条之间的中间隔离区域，用于固定连接所述每两个相邻的扰流条；所述隔条的第一部分和第二部分分别与所述扰流条固定连接或者可拆卸连接。
8.可选的，在本发明的第三种实现方式中，每段所述扰流条按照所述螺旋换热单元中所在上下两层螺旋管道的螺旋方向、角度和螺距进行设置。
9.可选的，在本发明的第四种实现方式中，所述扰流条的横截面形状为圆形或者直角三角形或者等边三角形，其中，当所述扰流条的横截面形状为直角三角形或者等边三角形时，所述扰流条的其中一个平面与所述壳体平行设置。
10.可选的，在本发明的第五种实现方式中，所述扰流条靠近所述螺旋换热单元的一侧边上设置有至少一个导流槽。
11.可选的，在本发明的第六种实现方式中，每段所述扰流条的当量直径设置为3mm、排列密度设置为全排、导流槽直径设置为1mm的半圆；
12.当所述扰流条的横截面形状为圆形或者等边三角形时，每段所述扰流条的长度设置为大于或者等于27mm、且小于或者等于67.5mm；
13.当所述扰流条的横截面形状为直角三角形时，每段所述扰流条的长度设置为大于或者等于27mm、且小于或者等于40.5mm。
14.可选的，在本发明的第七种实现方式中，每段所述扰流条的横截面形状设置为圆形、长度设置为67.5mm。
15.可选的，在本发明的第八种实现方式中，所述螺旋换热单元为铜材质或者钛材质、且为外螺纹状或者麻花状的螺旋管道。
16.可选的，在本发明的第九种实现方式中，所述螺旋换热单元为铜材质或者钛材质、且为外螺纹状或者麻花状的螺旋管道。
17.本发明提供的技术方案中，该换热装置包括壳体、至少一个螺旋换热单元和至少一个扰流单元，一个扰流单元包括多段扰流条，其中，螺旋换热单元设置于壳体之中，扰流单元平行设置于螺旋换热单元的至少一侧，扰流单元中的每段扰流条按照预设排列密度设置于螺旋换热单元的上下两层螺旋管道之间的至少部分侧边间隔区域。本发明提升了换热装置中换热管在壳侧的换热效率，使得整体换热管的换热效率得到提升。
附图说明
18.图1为本发明实施例中换热装置的第一个实施例示意图；
19.图2为本发明实施例中换热装置的第二个实施例示意图；
20.图3为本发明实施例中换热装置的第三个实施例示意图；
21.图4为本发明实施例中换热装置的第四个实施例示意图；
22.图5为本发明实施例中换热装置的第五个实施例示意图；
23.图6为本发明实施例中换热装置的第六个实施例示意图。
具体实施方式
24.本发明实施例提供了一种换热装置，该换热装置包括壳体、至少一个螺旋换热单元和至少一个扰流单元，一个扰流单元包括多段扰流条，其中，螺旋换热单元设置于壳体之中，扰流单元平行设置于螺旋换热单元的至少一侧，扰流单元中的每段扰流条按照预设排
列密度设置于螺旋换热单元的上下两层螺旋管道之间的至少部分侧边间隔区域。本发明提升了换热装置中换热管在壳侧的换热效率，使得整体换热管的换热效率得到提升。
25.本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。此外，术语“包括”或“具有”及其任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
26.为便于理解，下面对本发明实施例的基本硬件结构进行描述，请参阅图1，本发明实施例中换热装置的一个实施例包括：壳体1、至少一个螺旋换热单元2和至少一个扰流单元3，一个扰流单元3包括多段扰流条31，其中，所述螺旋换热单元2设置于所述壳体之中，所述扰流单元3平行设置于所述螺旋换热单元2的至少一侧，所述扰流单元3中的每段扰流条31按照预设排列密度设置于所述螺旋换热单元2的上下两层螺旋管道之间的至少部分侧边间隔区域。
27.本实施例中，如图1所示，比如可以将一个扰流单元平行设置在螺旋换热单元的内侧，扰流单元中可以选用横截面为圆形的扰流条，然后按照全排的排列密度设置在螺旋换热单元的每两层相邻的螺旋管道之间的部分侧边间隔区域，且设置在每两层螺旋管道之间的相同垂直位置，以用于对螺旋管道的壳侧流体进行纵向扰流，增加换热过程水流的纵向湍流强度。
28.在一种实施方式中，所述扰流单元3还包括隔条(32+33)，所述隔条的第一部分32设置于所述螺旋换热单元2的上下两层螺旋管道之间的中间间隔区域，用于固定所述螺旋换热单元2的上下两层螺旋管道；所述隔条的第二部分33设置于每两个相邻的扰流条31之间的中间隔离区域，用于固定连接所述每两个相邻的扰流条31；所述隔条的第一部分32和第二部分33分别与所述扰流条31固定连接或者可拆卸连接。
29.本实施例中，如图1所示，针对一个扰流单元，可以包括多个扰流条和对应的隔条，隔条的第一部分主要用于隔开上下两层螺旋管道，使螺旋管道间距相等，同时又可以增加螺旋管道的强度，避免制造过程与换热过程的水流冲击中导致变形；可以通过嵌入方式将隔条的第一部分设置于上下两层螺旋管道之间的中间间隔区域。隔条的第二部分主要用于将所有的扰流条进行位置固定，使其可以有效作用于对螺旋管道的壳侧流体进行纵向扰流。
30.在一种实施方式中，所述所述换热装置包括多个螺旋换热单元，所述壳体包括内壳体和外壳体，其中，所述多个螺旋换热单元2设置于所述内壳体和所述外壳体之间，所述至少一个扰流单元3设置于所述内壳体与相邻的螺旋换热单元2之间、设置于所述外壳体与相邻的螺旋换热单元2之间、和/或设置于两个相邻的螺旋换热单元2之间。如图2所示，扰流单元3同时设置于两个螺旋换热单元之间，以及设置于外壳体与螺旋换热单元之间。
31.在一种实施方式中，每段所述扰流条按照所述螺旋换热单元中所在上下两层螺旋管道的螺旋方向、角度和螺距进行设置。即表示如每层螺旋管道为相互平行，则上下两层螺旋管道与对应设置的扰流条处于平行的相对位置关系，每条扰流条之间也是相互平行。
32.在一种实施方式中，如图1、图3和图4所示，所述扰流条的横截面形状为圆形(扰流条31)或者直角三角形(扰流条34)或者等边三角形(扰流条35)，其中，当所述扰流条的横截面形状为直角三角形或者等边三角形时，所述扰流条的其中一个平面与所述壳体1平行设置。如图4所示，将横截面形状为直角三角形(扰流条34)或者等边三角形扰流条(扰流条35)的其中一个平面与壳体1平行设置，是为了在换热过程中最大效率地扰流水流往螺旋换热单元2的螺旋管道壳侧边流动，提升换热效率。
33.在一种实施方式中，如图5所示，所述扰流条3靠近所述螺旋换热单元2的一侧边上设置有至少一个导流槽36，比如设置有四个导流槽，增加导流效率。在实际应用过程中，扰流条的导流槽指的是在扰流条垂直于壳体或者螺旋换热单元的横向截面以一定形状对扰流条进行切除，比如可以使得扰流条形成锯齿状结构，导流槽方便一部分水流直接通过，减少扰流条对于水流的阻碍作用。
34.在一种实施方式中，每段所述扰流条的当量直径设置为3mm、排列密度设置为全排、导流槽直径设置为1mm的半圆；当所述扰流条的横截面形状为圆形或者等边三角形时，每段所述扰流条的长度设置为大于或者等于27mm、且小于或者等于67.5mm；当所述扰流条的横截面形状为直角三角形时，每段所述扰流条的长度设置为大于或者等于27mm、且小于或者等于40.5mm。
35.本实施例中，扰流条的长度指扰流条两个端点之间的曲线长度；扰流条的当量直径通过4倍单位长度的扰流条体积除以单位长度的扰流条外侧表面积得到；扰流条的排列密度指的是扰流条在相对于螺旋加热单元的相同垂直位置，进行排列分布时所间隔的螺旋管道的层数，当排列密度为全排时，扰流条在设置每两层螺旋管道之间；扰流隔条的导流槽直径是指导流槽截面按相同面积换算成圆形截面对应的直径。如图6所示，间隔1指的是相邻两个扰流条之间间隔了一层螺旋管，即为全排(扰流条37)；间隔2指的是相邻两个扰流条之间间隔了两层螺旋管(扰流条38)。
36.本实施例中，在评价换热装置的换热效率时，采用不同结构参数的扰流单元设置在换热装置中，与除了无扰流单元外其他条件相同的换热装置进行换热性能的比较，根据比较的结果确定不同结构参数的扰流单元对换热装置的换热效率的提升效果。换热效率的评价指标为：增加扰流单元与无扰流单元的换热装置的换热量之比和水流流阻之比，换热量之比除以水流流阻之比的三分之一次方；评价指标大于1则确定增加扰流单元的换热装置更优，在相同流阻下换热性能更高，同时评价指标越大，则对应结构参数的扰流单元对换热装置换热效率提升越多。
37.具体的，优选当量直径为3mm，排列密度为全排，导流密度为1mm的扰流条，以及在直角三角形的扰流条的长度为大于或者等于27mm、且小于或者等于40.5mm时，随着扰流条长度的增加，换热效率增加；而在等边三角形以及圆形扰流条为大于或者等于27mm、且小于或者等于67.5mm时，随着扰流条长度的增减，其换热效率增加。
38.具体的，由于圆形以及等边三角形的扰流条设置在上下层螺旋管道之间，因此当对液体进行扰流时，可以充分的和扰流条上下两侧的螺旋管倒进行换热，扰流条越长，其换热指标越佳，其换热效果越佳。
39.具体的，而直角三角的扰流条在设置时，长度在27mm-40.5mm区间时，同理可得随着扰流条的长度增加，可以增加其扰流效果。但是，长度在40.5mm-67.5mm区间时，扰流条的
直角部位需要靠近一侧的螺旋管道进行设置，并非相对于螺旋管道进行对称设计，导致靠近直角一侧的螺旋管道的换热指标较差；因此，在40.5mm-67.5mm区间，扰流条的长度增加，其换热指标缺降低。
40.具体的，扰流条在增加导流槽后，其换热效果优于不增加导流槽，其原因在于，在增加导流槽之后，液体在经过扰流条时，部份的液体经过扰流条的扰流槽，直接连通上部扰流条间隔的上部流动空间，其依然保持较高的温度；其余部分的液体不经过扰流槽，通过扰流条形成扰流，充分和螺旋管道进行接触换热；两股不同的液体在扰流条之间进行混合，使得可以充分的让螺旋管道内的水流温度保持在一个较高的温度，从而保持螺旋管道较高的换热指标，使得换热效率提升。
41.具体的，扰流条全排的排列密度使得螺旋管道的换热效率优于间隔2或以上的排列密度。可以理解的是，当全排时，其在螺旋管道内的排列密度较高，液体在和螺旋管道换热时，通过扰流条的阻碍，特别是间隔较密的扰流条排列的情况下，液体和螺旋管道进行充分的换热。
42.在一种实施方式中，每段所述扰流条的横截面形状设置为圆形、长度设置为67.5mm。
43.本实施例中，圆形扰流条，在长度为67.5mm、直径为3，全排、导流槽直径为1mm时，由于长度足够，使得水流经过大部分螺旋管道截面时都被扰流条充分扰流；同时全排的排列密度使得每层螺旋空腔流域都能够被扰流条拦截而达到螺旋管道的充分强化传热；在此条件下，对扰流条进行开导流槽处理，使得水路既能达到相近的换热性能，又能降低扰流条对水的阻碍作用，改善了不加导流槽的高水阻缺点，从而提高了换热指标。
44.在一种实施方式中，所述螺旋换热单元为铜材质或者钛材质、且为外螺纹状或者麻花状的螺旋管道。
45.本发明实施例中，该换热装置包括壳体、至少一个螺旋换热单元和至少一个扰流单元，一个扰流单元包括多段扰流条，其中，螺旋换热单元设置于壳体之中，扰流单元平行设置于螺旋换热单元的至少一侧，扰流单元中的每段扰流条按照预设排列密度设置于螺旋换热单元的上下两层螺旋管道之间的至少部分侧边间隔区域。本发明提升了换热装置中换热管在壳侧的换热效率，使得整体换热管的换热效率得到提升。
46.以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

技术特征：
1.一种换热装置，其特征在于，所述换热装置包括壳体、至少一个螺旋换热单元和至少一个扰流单元，一个扰流单元包括多段扰流条，其中，所述螺旋换热单元设置于所述壳体之中，所述扰流单元平行设置于所述螺旋换热单元的至少一侧，所述扰流单元中的每段扰流条按照预设排列密度设置于所述螺旋换热单元的上下两层螺旋管道之间的至少部分侧边间隔区域。2.根据权利要求1所述的换热装置，其特征在于，所述所述换热装置包括多个螺旋换热单元，所述壳体包括内壳体和外壳体，其中，所述多个螺旋换热单元设置于所述内壳体和所述外壳体之间，所述至少一个扰流单元设置于所述内壳体与相邻的螺旋换热单元之间、设置于所述外壳体与相邻的螺旋换热单元之间、和/或设置于两个相邻的螺旋换热单元之间。3.根据权利要求1所述的换热装置，其特征在于，所述扰流单元还包括隔条，所述隔条的第一部分设置于所述螺旋换热单元的上下两层螺旋管道之间的中间间隔区域，用于固定所述螺旋换热单元的上下两层螺旋管道；所述隔条的第二部分设置于每两个相邻的扰流条之间的中间隔离区域，用于固定连接所述每两个相邻的扰流条；所述隔条的第一部分和第二部分分别与所述扰流条固定连接或者可拆卸连接。4.根据权利要求1所述的换热装置，其特征在于，每段所述扰流条按照所述螺旋换热单元中所在上下两层螺旋管道的螺旋方向、角度和螺距进行设置。5.根据权利要求1所述的换热装置，其特征在于，所述扰流条的横截面形状为圆形或者直角三角形或者等边三角形，其中，当所述扰流条的横截面形状为直角三角形或者等边三角形时，所述扰流条的其中一个平面与所述壳体平行设置。6.根据权利要求1-5中任一项所述的换热装置，其特征在于，所述扰流条靠近所述螺旋换热单元的一侧边上设置有至少一个导流槽。7.根据权利要求6所述的换热装置，其特征在于，每段所述扰流条的当量直径设置为3mm、排列密度设置为全排、导流槽直径设置为1mm的半圆；当所述扰流条的横截面形状为圆形或者等边三角形时，每段所述扰流条的长度设置为大于或者等于27mm、且小于或者等于67.5mm；当所述扰流条的横截面形状为直角三角形时，每段所述扰流条的长度设置为大于或者等于27mm、且小于或者等于40.5mm。8.根据权利要求7所述的换热装置，其特征在于，每段所述扰流条的横截面形状设置为圆形、长度设置为67.5mm。9.根据权利要求6所述的换热装置，其特征在于，所述螺旋换热单元为铜材质或者钛材质、且为外螺纹状或者麻花状的螺旋管道。10.根据权利要求6所述的换热装置，其特征在于，所述螺旋换热单元为铜材质或者钛材质、且为外螺纹状或者麻花状的螺旋管道。

技术总结
本发明涉及温度控制技术领域，公开了一种换热装置。该换热装置包括壳体、至少一个螺旋换热单元和至少一个扰流单元，一个扰流单元包括多段扰流条，其中，螺旋换热单元设置于壳体之中，扰流单元平行设置于螺旋换热单元的至少一侧，扰流单元中的每段扰流条按照预设排列密度设置于螺旋换热单元的上下两层螺旋管道之间的至少部分侧边间隔区域。本发明提升了换热装置中换热管在壳侧的换热效率，使得整体换热管的换热效率得到提升。管的换热效率得到提升。管的换热效率得到提升。


技术研发人员：张灿通 何卫国 雷朋飞 宗毅 周一帆
受保护的技术使用者：安徽芬尼节能设备有限责任公司
技术研发日：2023.05.31
技术公布日：2023/10/15