矩形扭齿翅片管及矩形扭齿翅片管换热管束

摘要

本发明公开了一种矩形扭齿翅片管及其翅片管换热管束，矩形扭齿翅片管包括：基管部，以及翅片部，其中，翅片部包含多片分别沿基管部的轴向以预定间距连接在基管部外壁上的矩形扭齿翅片，其中，每片矩形扭齿翅片包含固定设置在外壁上的基片、与基片连成一体且顶端向着基管部的外部延伸的多个扭齿、以及多个形成在每相邻的两个扭齿之间的开口槽，多个扭齿设置在矩形翅片与基管外气流流向相平行方向上的两侧边部上，扭齿的顶端相对于基片扭转一定角度，大幅度增强了翅片对管外气流的扰动和换热，使得矩形扭齿翅片管具有优异的强化换热性能。

说明书

技术领域

本发明属于翅片管领域，具体涉及一种矩形扭齿翅片管及其翅片管换热管束。

背景技术

矩形翅片管是应用于“富煤缺水”地区火电厂、大型电站空冷凝汽器、电站暖风器、汽车散热器及空调蒸发器等换热装置中的重要换热原件。

目前常见的矩形翅片管由连续平直矩形翅片平行布置而构成，翅片连续完整的与基管连接，换热对翅片间距要求较高，若翅片间距过小，翅片对管外流动存在过度“整流”的现象，使得翅片表面换热能力明显降低，不利于换热效果的增加，翅片间距过大，则会严重降低翅片管的翅化比，换热效果不理想。

为进一步提高矩形翅片管的换热性能，现有技术中主要采用对翅片表面进行加工的方法，使翅片表面由平滑表面变为凹凸面或开孔面，以增加流体扰动效果。但研究结果表明，当翅片为单纯凹凸表面或表面开孔过小时，翅片表面对翅片附近流体扰动的效果并不明显，翅片表面的换热特征仍与连续平直翅片换热特征相似；当翅片表面开孔过大时，尽管翅片侧流体扰动及横向混合得到加强，但换热面积仍有损失过大，换热性能反而下降。

发明内容

本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种对基管外气流能够有效增强扰动并强化换热的矩形扭齿翅片管及其翅片管换热管束，进一步提高矩形翅片管的强化换热性能。

为了达到上述目的，本发明采用了以下技术方案：

<结构一>

本发明提供了一种矩形扭齿翅片管，具有这样的特征，包括：基管部，呈管状；以及翅片部，包含多片分别沿基管部的轴向以预定间距连接在基管部外壁上的矩形扭齿翅片，其中，每片矩形扭齿翅片包含固定设置在外壁上的基片、与基片连成一体且顶端向着基管部的外部延伸的多个扭齿、以及多个形成在每相邻的两个扭齿之间的开口槽，扭齿的顶端相对于基片扭转一定角度，多个扭齿设置在基片与基管外气流流向相平行方向上的两侧边部上。

在本发明提供的矩形扭齿翅片管中，还可以具有这样的特征：其中，扭齿的顶端相对于基片扭转的角度的范围为1°至90°。

在本发明提供的扭齿翅片管中，还可以具有这样的特征：其中，每相邻的两个扭齿的扭转方向为相同和相反中的任意一种。

在本发明提供的扭齿翅片管中，还可以具有这样的特征：其中，基管形状为呈圆管状、椭圆管状、扁管状中的任意一种。

在本发明提供的扭齿翅片管中，还可以具有这样的特征：其中，每相邻两片矩形扭齿翅片互相平行。

在本发明提供的扭齿翅片管中，还可以具有这样的特征：其中，顶端的顶缘为呈梯形、圆弧形、锯齿形以及波浪形中的任意一种形状。

在本发明提供的扭齿翅片管中，还可以具有这样的特征：其中，扭齿的侧壁具有凹凸不平的表面和呈凹痕以及凹槽中的任意一种。

<结构二>

更进一步地，本发明还提供了一种翅片管换热管束，具有这样的特征，包括：至少三个矩形扭齿翅片管，翅片管换热管束为顺列布置，错列布置以及不等间距布置中的任意一种。

发明的作用与效果

根据本发明所涉及的矩形扭齿翅片管，多个矩形扭齿翅片环绕在基管部的外壁上，翅片上与基片连成一体且向基管的外部延伸的多个扭齿，作为一种涡流激发结构，当气流纵向掠过翅片管束时，在管外流场中周期地形成大量横向涡流，明显增强了翅片附近流体的扰动，使得翅间气流的横向混合明显增强，同时，扭齿对远离翅片管换热表面的主体流动未有明显扰动，从而使得换热管束在较小的流体输运功耗增加下获得较大的换热量增大收益，翅片管强化换热性能明显提高，在含灰少、洁净气流换热场合可以采用更小的翅片间距，从而提高换热管的翅化比，使得矩形扭齿翅片管具有明显的强化换热优势。

附图说明

图1为本发明的实施例一中矩形扭齿翅片管换热管束的结构示意图；

图2为本发明的实施例一中矩形扭齿翅片管的结构示意图；

图3为本发明的实施例一中矩形扭齿翅片部的结构示意图；

图4为图3中的沿A方向所观察到的矩形扭齿翅片部的结构示意图；

图5为本发明的实施例二中矩形扭齿翅片管的结构示意图；

图6为本发明的实施例二中矩形扭齿翅片部的结构示意图；

图7为图6中的沿B方向所观察到的矩形扭齿翅片部的结构示意图；

图8为本发明的实施例三中矩形扭齿翅片管的结构示意图；

图9为图8中的沿C方向所观察到的矩形扭齿翅片管的结构示意图；

图10(a)为本发明的变形例一中矩形扭齿翅片管的结构示意图；

图10(b)为本发明的变形例二中矩形扭齿翅片管的结构示意图；

图11为本发明的变形例三中扭齿的结构示意图；

图12为本发明的变形例四中扭齿的结构示意图；

图13为本发明的变形例五中扭齿的结构示意图；

图14为本发明的变形例六中扭齿的结构示意图；

图15为本发明的变形例七中扭齿的结构示意图；

图16为本发明的变形例八中扭齿的结构示意图；

图17为本发明的变形例九中扭齿的结构示意图；

图18为本发明的变形例中十中扭齿的结构示意图；

图19为本发明的变形例中十一中扭齿的结构示意图；

图20为本发明的变形例中十二中扭齿的结构示意图；

图21为本发明的变形例中十三中扭齿的结构示意图；

图22为本发明的变形例中十四中扭齿的结构示意图；以及

图23为本发明的变形例中十五中扭齿的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下实施例结合附图对本发明作具体阐述。

实施例一

图1为本发明的实施例一中矩形扭齿翅片管换热管束的结构示意图。

如图1所示，矩形扭齿翅片管换热管束100包含3个排列成两行结构的互相错列布置的矩形扭齿翅片管200。

图2为本发明的实施例一中矩形扭齿翅片管的结构示意图。

如图2所示，矩形扭齿翅片管200包括：基管部1和翅片部2。

基管部1为圆管形，内充有流动换热工质。翅片部2包含多片互相平行且沿基管部1的轴向以预定间距设置在基管部1的外壁上的矩形扭齿翅片。

根据应用场合的不同，基管部1的直径范围可在10毫米和1000毫米之间，翅片部2的长度和宽度范围可分别在40毫米至4000毫米之间，沿基管部1的外壁设置的两互相平行的矩形扭齿翅片之间的间距为：2毫米至200毫米之间。

图3为本发明的实施例一中矩形扭齿翅片部的结构示意图。

如图3所示，翅片部2包含：基片3，扭齿4以及图6中的开口槽8，扭齿4和开口槽8所在的翅片部2的侧边部与基管部1外的气流流向相平行。从而由图1中可以看出，气流流向与每一个矩形扭齿翅片管200的翅片部2均呈此类关系。

翅片部2由厚度为0.01毫米至10毫米的中间部位带圆孔的钢带制成，未设置在基管部1上时，钢带的长边侧按一定间距进行局部切割被开齿，开齿后形成了连续一体的基片3和多个齿片，齿片的宽度为2毫米至200毫米之间，齿片的长度为4毫米至400毫米之间，进而对多个齿片进行滚压或冲压加工，使得齿片进一步形成为扭转方向一致的扭齿4。

图4为图3中的沿A方向所观察到的矩形扭齿翅片部的结构示意图。

如图4所示，扭齿4的底端与基片3连成一体。扭齿4包括顶端41，底端42以及位于顶端41和底端42之间的中部，底端42与基片3连接并保持平行，扭齿4的中部沿径向长度的增大逐渐扭转，最终，每个扭齿4的顶端41相对于底端42都向图4中所示的逆时针方向扭转一定角度θ，将扭齿4的顶端41与基片3之间的偏转角度定义为角度θ，在本发明中，角度θ的范围为1°至90°中的任意一个角度值。

实施例的作用与效果

根据实施例一提供的矩形扭齿翅片管，多个矩形扭齿翅片环绕在基管部的外壁上，翅片上与基片连成一体且向基管的外部延伸的多个扭齿，作为一种涡流激发结构，当气流纵向掠过翅片管束时，在管外流场中周期地形成大量横向涡流，明显增强了翅片附近流体的扰动，使得翅间气流的横向混合明显增强，同时，扭齿对远离翅片管换热表面的主体流动未有明显扰动，从而使得换热管束在较小的流体输运功耗增加下获得较大的换热量增大收益，翅片管强化换热性能明显提高，在含灰少、洁净气流换热场合可以采用更小的翅片间距，从而提高换热管的翅化比，使得矩形扭齿翅片管具有明显的强化换热优势。

当然本发明所涉及的矩形扭齿翅片管及翅片管换热管束并不仅仅限定于在本实施例中的结构。

实施例一和提供的矩形扭齿翅片管换热管束由多个相同的矩形扭齿翅片管错列布置组成，当然本发明所涉及的矩形扭齿翅片管换热管束还可以是由多个相同的矩形扭齿翅片管顺列布置组成或不等间距布置组成。

在实施例一中，翅片部由钢带制造，本发明所涉及的矩形扭齿翅片管中，翅片部还可以是铜合金或铝合金等任意一种软质金属带制造。

在实施例一中，每个开口槽的形状相同，本发明提供的矩形扭齿翅片管中，也可以是至少有一个开口槽的形状与其它开口槽的形状不同，或者是各个开口槽的形状都不相同。

在实施例一中，利用同向扭转的矩形扭齿翅片管错列布置形成矩形扭齿翅片管换热管束，本发明提供的矩形扭齿翅片管换热管束中，顺列布置形成的矩形扭齿翅片管换热管束、错列布置形成的矩形扭齿翅片管换热管束可以分别包含：同向扭转的矩形扭齿翅片管、或者错向扭转的矩形扭齿翅片管、或者上述二者的任意组合。

在实施例一中提供的矩形扭齿翅片管中，同一个矩形扭齿翅片上的扭齿的扭转方向一致，本发明提供的矩形扭齿翅片管中，同一个矩形扭齿翅片上的扭齿的扭转方向还可以不同，见实施例二。

在实施例一和实施例二中提供的矩形扭齿翅片管中，上下相邻两个矩形扭齿翅片中扭齿的扭转方向一致，本发明提供的矩形扭齿翅片管中，上下相邻两个矩形扭齿翅片中扭齿的扭转方向还可以不一致，见实施例三。

在实施例一提供的矩形扭片翅片管中，基管的形状为圆管状，本发明提供的矩形扭齿翅片管中，基管的形状还可以是椭圆管状或扁管状，见变形例一和变形例二。

在实施例一提供的矩形扭片翅片管中，扭齿的上下侧壁为光滑的表面，本发明提供的矩形扭齿翅片管中，扭齿还可以具有高低不一致的顶缘或者是凹凸不平的表面，见变形例三至变形例十五。

实施例二

在本实施例二中，对于和实施例一中相同的结构，给予相同的符号，并省略相同的说明。

图5为本实施例二中的矩形扭齿翅片管的结构示意图。

如图5所示，本实施例的矩形扭齿翅片管300包括基管部1和翅片部5，翅片部5中的各矩形扭齿翅片互相平行，且以预定间距沿基管部1的轴向设置在基管部1的外壁上。

图6为本发明的实施例二中矩形扭齿翅片部的结构示意图。

如图6所示，翅片部5包含：基片7，扭齿6以及开口槽8。对多个齿片进行滚压或冲压加工时，使得齿片形成为每相邻两个扭齿的扭转方向相反的扭齿6。

图7为图6中的沿B方向所观察到的矩形扭齿翅片部的结构示意图。

如图7所示，左侧第一个扭齿6的顶端61相对于底端62沿图7中的逆时针扭转角度θ，与左侧第一个扭齿6相邻，即左侧第二个扭齿6的顶端61相对于底端62沿图7中的顺时针扭转角度θ，相应的，翅片部5上每相邻的两个扭齿6分别沿图7中的顺时针方向和逆时针方向扭转角度θ，这种错向扭转的扭齿6使得气流在冲刷翅片部5时受到扭齿6的扰动更强烈，换热更充分。

实施例三

在本实施例三中，对于和实施例一中相同的结构，给予相同的符号，并省略相同的说明。

图8为本发明的实施例三中矩形扭齿翅片管的结构示意图。

如图8所示，本实施例的矩形扭齿翅片管400包括基管部1和翅片部9，翅片部9中，上下相邻的矩形扭齿翅片91与矩形扭齿翅片92中的扭齿的扭转方向相反。

图9为8中的沿C方向所观察到的矩形扭齿翅片管的结构示意图。

如图9所示，矩形扭齿翅片91中的扭齿10a与矩形扭齿翅片92中的扭齿10b唯一不同的方面在于二者扭转方向相反，扭齿10a的扭转方向可与实施例一种的扭齿4相同，也可以相反，基管部1贯穿于所有的矩形扭齿翅片中。

变形例一

在本变形例一中，对于和实施例一中相同的结构，给予相同的符号，并省略相同的说明。

图10(a)为本发明的变形例一中矩形扭齿翅片管的俯视结构示意图。

如图10(a)所示，矩形扭齿翅片管500中基管部501的形状为呈椭圆管形。

变形例二

同样的，在本变形例二中，对于和实施例一中相同的结构，给予相同的符号，并省略相同的说明。

图10(b)为本发明的变形例二中矩形扭齿翅片管的俯视结构示意图。

如图10(b)所示，矩形扭齿翅片管600中基管部601的形状为呈扁管形。

变形例一和变形例二的作用和效果

根据变形例一和变形例二提供的矩形扭齿翅片管，将基管的形状由圆管形变成椭圆管形或扁管形，可使流体阻力降低，强化换热性能更优。

变形例三

同样的，在本变形例三中，对于和实施例一中相同的结构，给予相同的符号，并省略相同的说明。

图11为本发明的变形例三中扭齿的结构示意图。

如图11所示，扭齿11的顶端具有梯形状的顶缘111。

变形例四

同样的，在本变形例四中，对于和实施例一中相同的结构，给予相同的符号，并省略相同的说明。

图12为本发明的变形例四中扭齿的结构示意图。

如图12所示，扭齿12的顶端具有圆弧形的顶缘121。

变形例五

同样的，在本变形例五中，对于和实施例一中相同的结构，给予相同的符号，并省略相同的说明。

图13为本发明的变形例五中扭齿的结构示意图。

如图13所示，扭齿13的顶端具有波浪形的顶缘131。

变形例六

同样的，在本变形例六中，对于和实施例一中相同的结构，给予相同的符号，并省略相同的说明。

图14为本发明的变形例六中扭齿的结构示意图。

如图14所示，扭齿14的顶端具有锯齿形的顶缘141。

变形例三至变形例六的作用和效果

根据变形例三至变形例六提供的矩形扭片翅片管，通过在扭齿的顶端设置高低不平的顶缘以增强对翅片侧的气体扰动，以强化换热效果。

变形例七

同样的，在本变形例七中，对于和实施例一中相同的结构，给予相同的符号，并省略相同的说明。

图15为本发明的变形例七中扭齿的结构示意图。

如图15所示，扭齿21的两侧壁都具有网格形的凹痕211。

变形例八

同样的，在本变形例八中，对于和实施例一中相同的结构，给予相同的符号，并省略相同的说明。

图16为本发明的变形例八中扭齿的结构示意图。

如图16所示，扭齿22的两侧壁都具有人字形的凹痕221。

变形例九

同样的，在本变形例九中，对于和实施例一中相同的结构，给予相同的符号，并省略相同的说明。

图17为本发明的变形例九中扭齿的结构示意图。

如图17所示，扭齿23的两侧壁都具有长条形的凹痕231。

变形例十

同样的，在本变形例十中，对于和实施例一中相同的结构，给予相同的符号，并省略相同的说明。

图18为本发明的变形例十中扭齿的结构示意图。

如图18所示，扭齿24的两侧壁都具有波浪形的凹痕241。

变形例十一

同样的，在本变形例十一中，对于和实施例一中相同的结构，给予相同的符号，并省略相同的说明。

图19为本发明的变形例十一中扭齿的结构示意图。

如图19所示，扭齿25的两侧壁都具有一字型的凹槽251。

变形例十二

同样的，在本变形例十二中，对于和实施例一中相同的结构，给予相同的符号，并省略相同的说明。

图20为本发明的变形例十二中扭齿的结构示意图。

如图20所示，扭齿26的两侧壁都具有十字型的凹槽261。

变形例十三

同样的，在本变形例十三中，对于和实施例一中相同的结构，给予相同的符号，并省略相同的说明。

图21为本发明的变形例十三中扭齿的结构示意图。

如图21所示，扭齿27的两侧壁都具凹槽坑271。

变形例十四

同样的，在本变形例十四中，对于和实施例一中相同的结构，给予相同的符号，并省略相同的说明。

图22为本发明的变形例十四中扭齿的结构示意图。

如图22所示，扭齿28的两侧壁都具有圆形开孔281。

变形例十五

同样的，在本变形例十五中，对于和实施例一中相同的结构，给予相同的符号，并省略相同的说明。

图23为本发明的变形例十五中扭齿的结构示意图。

如图23所示，扭齿29的两侧壁都具有矩形开缝291。

变形例三至变形例十五的作用和效果

根据变形例七至变形例十二提供的矩形扭片翅片管中，通过在扭齿的两侧壁设置凹痕或凹槽以形成了两侧壁上凹凸不平的表面，这些凹凸不平的表面使得两侧壁的表面积变大，增强了扭齿的两侧的气流扰动，强化了换热效果。