熱交換器用螺旋散熱管及其生產方法
2023-12-08 23:46:11 1
專利名稱：熱交換器用螺旋散熱管及其生產方法
技術領域：
本發明公開了一種在熱交換器上使用且其內部設置螺旋內孔、外部為散熱 片的螺旋散熱管，本發明還公開了該一種螺旋散熱管的生產方法。
背景技術：
在家用型換熱器中，常用的換熱設備有間壁掛式換熱器、混合式換熱器、 蓄熱式換熱器等三種類型。其中尤以間壁掛式換熱器最為常見， 一般這種換熱 器包括冷卻水箱與板式換熱器。
板式換熱器是20世紀70年代開發使用的高效換熱設備。是由一組金屬薄 板(通常為鈦板)之間襯以墊片並用框架夾緊組裝而成，冷、熱流體分別在板 片兩側流過，通過板片進行換熱。板片厚度為0.5 3mm。由於板片壓製成各種 波紋形狀，既增加了剛度，又使流體分布均勻，但是板式換熱器仍然存在以下 問題1、由於流體中夾帶大量的細晶鹼，導致板式換熱器結疤淤塞非常嚴重， 致使系統阻力大，換熱效率低；2、板式換熱器酸洗、檢修、清理工作量大，且 檢修費用高；3、由於流體腐蝕衝刷嚴重，導致板式換熱器壽命降低。4、散熱 面積小。
發明內容
本發明的目的是克服現有技術中存在的不足，提供一種使用過程中不易結 疤淤塞、換熱效率高、檢修、清洗工作量小、費用少、使用壽命長、散熱面積 大的熱交換器用螺旋散熱管。
本發明的另一目的是提供一種上述熱交換器用螺旋散熱管的生產方法。 按照本發明提供的技術方案，在管體內部設有軸向方向上穿透管體首尾兩 端面的貫通孔，貫通孔外側的管壁上設有若干在管體軸向方向上呈螺旋狀的螺 旋通孔，螺旋通孔亦穿透管體首尾兩端面並呈包圍狀設置在貫通孔外側管壁上， 首尾兩端部內側的管體上設有若干沿其周向設置的換熱片，換熱片被其間的溝 槽隔開，在管體兩端部設有安裝部，所述的安裝部將螺旋通孔與貫通孔包容其 內。
貫通孔為圓柱狀通孔，其孔徑大於螺旋通孔的孔徑，且貫通孔的中心與管 體的軸線重合。貫通孔外側的管壁上均勻設置形狀、大小一致的螺旋通孔，螺 旋通孔的間距一致。螺旋通孔的螺距為2.7 3.4轉/1000mm。換熱片的外緣與管 體外壁面平齊、低於管體外壁面或者高於管體外壁面。換熱片的外緣與管體外 壁面平齊。
上述的熱交換器用螺旋散熱管的生產方法包含如下步驟
a、選擇一根管體半成品，該管體半成品具有沿著其軸線方向設置的貫通的、
圓柱形的主通孔，並在主通孔外側的管體半成品管壁上設有若干直徑小於主通
孔直徑的輔通孔；
b、 將步驟a選擇的管體半成品的兩端夾持固定並施以沿著管體圓周方向的 扭力，迫使管體半成品扭曲，得到熱交換器用螺旋散熱管半成品，此時，主通 孔即成貫通孔，輔通孔即成螺旋通孔；
c、 在經過步驟b處理後的熱交換器用螺旋散熱管半成品兩端切削出形成安 裝部的圓臺；
d、 將經過步驟c處理後的熱交換器用螺旋散熱管半成品在安裝部內端外表 面冷軋出散熱片，製得熱交換器用螺旋散熱管成品。
本發明的熱交換器用螺旋散熱管使用過程中不易結疤淤塞，換熱效率高， 檢修、清洗工作量小，費用少，使用壽命長，散熱面積大。
本發明的熱交換器用螺旋散熱管生產方法的優點是1、冷旋時金屬坯料處 於三向壓應力狀態下變形，因此可提高金屬坯料的塑性，有利於擴大金屬材料 的塑性加工範圍。2、可冷旋出各種形狀複雜、螺旋深孔、薄壁的零件，且零件 尺寸精度高，表面質量好。3、零件內部的纖維組織基本沿零件外形分布且連續， 有利於提高零件的力學性能。4、生產率較高， 一般可比其它方法提高几倍。 附閣說明
圖1是本發明的熱交換器用螺旋散熱管的整體結構示意圖。
具體實施例方式
如圖所示:在管體6內部設有軸向方向上穿透管體6首尾兩端面的貫通孔2， 貫通孔2外側的管壁上設有若干在管體6軸向方向上呈螺旋狀的螺旋通孔1，螺 旋通孔1亦穿透管體6首尾兩端面並呈包圍狀設置在貫通孔2外側管壁上，首 尾兩端部3內側的管體6上設有若干沿其周向設置的換熱片5，換熱片5被其間 的溝槽4隔開，在管體6兩端部設有安裝部8，所述的安裝部8將螺旋通孔1與 貫通孔2包容其內，該安裝部8可以在在管體6兩端部設置凸臺形成，且安裝 部8的外徑既可以大於管體6直徑也可以小於管體6直徑。
其中，貫通孔2為圓柱狀通孔，其孔徑大於螺旋通孔1的孔徑，且貫通孔2 的中心與管體6的軸線重合。貫通孔2外側的管壁上均勻設置形狀、大小一致 的螺旋通孔l，螺旋通孔1的間距一致。螺旋通孔1的螺距為2.7 3.4轉/1000mm。 換熱片5的外緣與管體6外壁面平齊、低於管體6外壁面或者高於管體6外壁 面。換熱片5的外緣與管體6外壁面平齊。
上述的熱交換器用螺旋散熱管通過如下生產方法加工製得
a、 選擇一根管體半成品，該管體半成品具有沿著其軸線方向設置的貫通、 圓柱形的主通孔，並在主通孔外側的管體半成品管壁上設有若干直徑小於主通 孔直徑的輔通孔；
b、 將步驟a選擇的管體半成品的兩端夾持固定並施以沿著管體圓周方向的 扭力，得到熱交換器用螺旋散熱管半成品，此時，主通孔即成貫通孔，輔通孔 即成螺旋通孔；
c、 在經過步驟b處理後的熱交換器用螺旋散熱管半成品兩端切削出形成安 裝部的圓臺，即在端部3的外端的熱交換器用螺旋散熱管半成品上切削出形成 安裝部的圓臺；
d、將經過步驟C處理後的熱交換器用螺旋散熱管半成品在安裝部內端外表 面冷軋出散熱片，製得熱交換器用螺旋散熱管成品。
具體生產過程為具有沿著其軸線方向設置的貫通、圓柱形的主通孔，並 在主通孔外側的管體半成品管壁上設有若干直徑小於主通孔直徑的輔通孔的管 體半成品直孔棒料兩端夾緊到冷旋機上，施以沿著管體圓周方向的扭力，迫使 管體半成品旋轉扭曲，即可產生如圖1中所示的螺旋狀，這樣包括管體半成品 和其內開設的主通孔與輔通孔都被旋成螺旋狀，在這之後，在端部3的外端的 熱交換器用螺旋散熱管半成品上切削出形成安裝部8的圓臺，再將旋轉好了的
螺旋管放在冷軋機上進行散熱管的散熱片冷軋，軋制出間距均勻的散熱片5，散 熱片5之間形成溝槽4，就這樣加工成在管體6的內部中央設置沿軸向的貫通孔 2，在管體6內、貫通孔2的周圍分布若干同樣沿軸向的螺旋通孔1。螺旋通孔 1以螺旋狀繞在貫通孔2的周圍。在管體6的端部3沿管體6的周向設置環形凹 槽，在環形凹槽內設置若干環形的散熱片5，在相鄰兩塊散熱片5之間形成環形 的溝槽4。
1、 熱交換器用螺旋散熱管的生產方法具有如下特點
冷擠壓加工有許多的特點，主要表現在擠壓變形過程的應力應變狀態、金 屬流動行為、產品的綜合質量、生產的靈活性與多樣性、生產效率與成本等方
面，具體為
1) 提高金屬的變形能力。金屬在擠壓時處於強烈的三向壓應力狀態，可以 充分發揮其塑性，獲得大變形量。
2) 製品綜合質量高。擠壓變形可以改善金屬材料的組織，提高其力學性能，
特別是對於一些具有擠壓效應的鋁合金，起擠壓製品在淬火時效後，縱向(擠 壓方向)力學性能遠高於其他加工方法生產的同類產品。與軋制、鍛造等加工 方法相比，擠壓製品的尺寸精度高、表面質量好。
3) 節約原材料。擠壓屬於少、無切削加工，大大節約了原材料。
4) 產品範圍廣。擠壓加工不但可以生產斷面形狀簡單的工件、管、棒、線 材，而且還可以生產斷面形狀複雜的實心和空心件、型材、製品斷面沿長度方 向分階段變化的和逐漸變化的變斷面型材，其中許多斷面形狀的製品是採用其 他塑性加工方法無法形成的。擠壓製品的尺寸範圍也非常廣。
5) 生產靈活性大、生產效率高擠壓加工具有很大的靈活性，只要更換模 具就可以在同一臺設備上生產形狀、尺寸規格和品種不同的產品。擠壓操作簡 便，容易掌握，生產效率高，對工人技術等級要求較低。
除了上述擠壓共有的優點，冷擠壓還具有以下幾個特點夠得到強度大、剛性 好而質量輕的零件；零件精度等級高、表面粗糙度低；節約能源，工作環境得 到較大改善。
2、 冷軋的特點
冷軋按其特徵來說，與熱軋有著嚴格的區別。冷軋可以獲得遠較熱軋所能 生產厚度小得多的產品。儘管在熱軋時，塑性變形較好、變形抗力低及具有生 產率高等優點，但從一定的厚度(通常為1.8 2.5mm範圍內)，繼續減縮厚度，
以達到所要求的成品厚度，熱軋方式是難以完成的。因為熱軋過程中，隨著帶 鋼厚度變薄，帶鋼溫度迅速降低，特別是對於截面小的窄帶鋼，頭尾溫度差別 很大。帶鋼在熱軋過程中的這種溫降，以及由於冷卻的差異而引起的溫度不均 勻分布，使熱軋的溫度不易控制，帶鋼的塑性變形不易均勻，尤其是在軋制厚 度小而長度大的帶鋼時，這個問題更顯得格外突出。
冷軋生產方式，解決了上述缺陷。就是說它不存在熱軋帶鋼生產中所特有
的溫降與溫度不均的問題，因而可以保證產品獲得厚度甚小(可達0.001mm)，長 度很大產品。
冷軋時，由於產生"加工硬化"效應，顯著地改變了產品的學力性能。因此借 助冷軋時產品的"加工硬化"的作用，用選擇冷軋時的壓下量和選擇熱處理制度的 方法，可以比較容易地在很大範圍內調整產品的力學性能及工藝性能。
此外，冷軋完全可以保證產品的精確尺寸和相當均勻的性能，獲得比熱軋 所能保證的厚度和寬度偏差精確得多的產品，這對於生產螺旋散熱管散熱片產 品是完全必要的。
可見，採用冷軋方法生產的優點是很多的，歸結起來有以下幾點
1) 能得到熱軋方法很難得到的極薄產品(薄達0.001mm);
2) 能使產品具有很高且範圍很廣的力學性能及工藝性能；
3) 能保證獲得高精度尺寸、厚度偏差小、沿產品的寬度及長度方面的厚度 均勻，板形良好、表面光潔的各種產品；
4) 成本低、收效率高；
5) 軋制速度快，具有很高的生產率。
3、本發明的熱交換器用螺旋散熱管的特點
1) 熱效率高。由於換熱管的管體6採用內螺旋結構，螺旋通孔l內的流道 截面是不變的，但其流通的路徑是彎曲螺旋型，造成流體在換熱管中的路徑變 長，根據螺距和螺旋通孔1的直徑便可知道流體在換熱管中所流過的距離是普 通直管式的2~3倍。同時，路徑為螺旋型，在流速很低的情況下也始終處於輕 微湍流狀態，難以形成層流，使對流傳熱的主要熱阻被有效地克服，管內外傳 熱被同時強化，因而傳熱係數很高， 一般為直管式的2 3倍。
2) 防垢能力強。由於螺旋通孔l內的流體有湍流，使流體中的微粒難以沉 積結垢，即使有少量汙垢生成，由於內螺旋換熱管上存在管體內外溫差應力而 產生的應變，使具有彈性特徵的螺旋換熱管曲率發生微觀變化，從而使內螺旋 換熱管有自然防垢和自然除垢的能力。介質在內螺旋換熱管內外傘型分流器的 作用下，將輸送進來的高速流體均勻的分配到內螺旋換熱管四周的螺旋通孔1 中，減少了水流的衝擊，保持了換熱器的平衡。
3) 內螺旋換熱管的柔性加工，在溫差和壓差較大的場合下具有自我補償能 力，可大大降低側板和型材的應力，不易拉脫、洩漏。
4) 採用優質的鋁材料，設備抗腐蝕能力高，設備使用壽命長。體積小，佔 地面積小，運行維護費用低。獨特的冷擠壓成形工藝，沒有強烈形變，無晶間 缺陷，應力分布均勻。
4、 與傳統板式換熱器的運行情況對比
1) 內螺旋換熱管將液體流動全部改為湍流狀態，使冷熱流體的給熱係數提 高，從而提高了總的換熱係數。
2) 板式換熱器要受到汙垢熱阻的影響，而內螺旋換熱器將汙垢熱阻消除為 零，從而使波紋管換熱器的總換熱係數有很大的提高。
3) 內螺旋換熱管和板式換熱器的材質相同，冷熱流體的介質也均相同，因 此，傳熱係數的高低只取決於給熱係數和熱阻問題，提高給熱係數和降低熱阻 是提高換熱係數的最有效途徑。
5、 與傳統換熱器的經濟效益對比
1) 節約循環水
根據查定數據，內螺旋換熱管循環水消耗為40m3/h，傳統的板式換熱器的 循環水消耗為90m3/h，每天節省循環水量1200m3，全年節省循環水量為 291600m3,全年節省費用23328元。
2) 節省檢修費用傳統的板式換熱器由於其結構的特殊性，在正常生產運行中，常常會有板 片間細鹼淤垢和結疤等現象發生，從而影響換熱效果和使系統阻力增大，必須 定期進行酸洗和清理，才能達到正常使用要求。每年需要酸洗散熱板4次，酸 洗費用為7320元。散熱板換熱器每2年必須進行拆解清理，每年檢修費用為 31710元(每次拆解散熱板須重新更換密封膠墊，每副膠墊185元)。而內螺旋 換熱管由於其內表面進行了等離子表面塗層處理，不需要酸洗，也不需要拆解， 因此，每年可以節約檢修費用39030元。
3) 節省投資
板式換熱器的使用壽命為5年左右，因流體中夾帶細晶，在換熱過程中， 流體對散熱板衝刷腐蝕嚴重，從而導致散熱板壽命縮短， 一次性投資為425元。 而內螺旋換熱管的使用壽命為15年左右， 一次性投資為685萬元，節省投資費 用為480萬元，即每年可以節省投資費用35萬元。
4) 社會效益
換熱系統阻力減少，優化了熱交換的操作，同時我們的流體介質也防止了 室內乾燥(空調乾燥)，採暖均勻，給人舒適感。減少了因長期酸洗散熱板對 整個換熱系統設備的腐蝕，也減輕了檢修工的勞動工作量。設備佔地面積小， 安裝檢修方便。
權利要求
1、一種熱交換器用螺旋散熱管，其特徵是在管體(6)內部設有軸向方向上穿透管體(6)首尾兩端面的貫通孔(2)，貫通孔(2)外側的管壁上設有若干在管體(6)軸向方向上呈螺旋狀的螺旋通孔(1)，螺旋通孔(1)亦穿透管體(6)首尾兩端面並呈包圍狀設置在貫通孔(2)外側管壁上，首尾兩端部(3)內側的管體(6)上設有若干沿其周向設置的換熱片(5)，換熱片(5)被其間的溝槽(4)隔開，在管體(6)兩端部設有安裝部(8)，所述的安裝部(8)將螺旋通孔(1)與貫通孔(2)包容其內。
2、 如權利要求1所述的熱交換器用螺旋散熱管，其特徵是貫通孔(2) 為圓柱狀通孔，其孔徑大於螺旋通孔(1)的孔徑，且貫通孔(2)的中心與管 體(6)的軸線重合。
3、 如權利要求1或2所述的熱交換器用螺旋散熱管，其特徵是貫通孔(2) 外側的管壁上均勻設置形狀、大小一致的螺旋通孔(1)，螺旋通孔(1)的間距 一致。
4、 如權利要求1所述的熱交換器用螺旋散熱管，其特徵是螺旋通孔(1)的螺距為2.7 3.4轉/1000mm。
5、 如權利要求1所述的熱交換器用螺旋散熱管，其特徵是換熱片(5) 的外緣與管體(6)外壁面平齊、低於管體(6)外壁面或者高於管體(6)外壁 面。
6、 如權利要求5所述的熱交換器用螺旋散熱管，其特徵是換熱片(5) 的外緣與管體(6)外壁面平齊。
7、 權利要求1 6任意一項所述的熱交換器用螺旋散熱管的生產方法，其特 徵在於該方法包含如下步驟a、 選擇一根管體半成品，該管體半成品具有沿著其軸線方向設置的貫通的、 圓柱形的主通孔，並在主通孔外側的管體半成品管壁上設有若干直徑小於主通 孔直徑的輔通孔；b、 將步驟a選擇的管體半成品的兩端夾持固定並施以沿著管體圓周方向的 扭力，迫使管體半成品扭曲，得到熱交換器用螺旋散熱管半成品，此時，主通 孔即成貫通孔，輔通孔即成螺旋通孔；c、 在經過步驟b處理後的熱交換器用螺旋散熱管半成品兩端切削出形成安 裝部的圓臺.d、 將經過步驟c處理後的熱交換器用螺旋散熱管半成品在安裝部內端外表 面冷軋出散熱片，製得熱交換器用螺旋散熱管成品。
全文摘要
本發明公開了在熱交換器上使用的螺旋散熱管以及該螺旋散熱管的生產方法，在管體內部設有軸向方向上穿透管體首尾兩端面的貫通孔，貫通孔外側的管壁上設有若干在管體軸向方向上呈螺旋狀的螺旋通孔，螺旋通孔亦穿透管體首尾兩端面並呈包圍狀設置在貫通孔外側管壁上，首尾兩端部內側的管體上設有若干沿其周向設置的換熱片，換熱片被其間的溝槽隔開，換熱片的外緣處於螺旋通孔管壁外側，在管體兩端部設有凸臺形成安裝部，所述的安裝部將螺旋通孔與貫通孔包容其內，它通過選擇、扭轉、切削和冷軋工序加工製得，熱交換器用螺旋散熱管使用過程中不易結疤淤塞，換熱效率高，檢修、清洗工作量小，費用少，使用壽命長，散熱面積大。
文檔編號F28F1/00GK101178290SQ200710191250
公開日2008年5月14日 申請日期2007年12月12日 優先權日2007年12月12日
發明者包建忠 申請人:無錫錫州機械有限公司