一種帶有凹陷的熱交換管和熱交換器的制作方法

本發明涉及一種帶有凹陷的熱交換管和熱交換器，是一種車用汽油發動機的附件，是一種汽車發動機的節能環保設施，是一種汽車發動機廢氣再循環冷卻系統中的熱交換器。

背景技術：

傳統的管板式換熱器中的熱交換管通常為外表平整的圓柱形，隨著對換熱器效率的要求不斷提高，在熱交換管平整的外圓柱面上設計了螺旋線的凹槽，或者均勻排布的凹坑，以提高換熱效率，同時避免管內結垢。雖然這種帶有螺旋線凹槽和凹坑的熱交換管對提高換熱效率有一定的幫助，但隨著換熱效率的要求越來越高，對這類熱交換管的效率 要求進一步提高，但是，這類熱交換管的換熱效率已經達到了極限，如果進一步提高熱交換管的換熱效率是熱交換管研究的一個重要課題。

技術實現要素：

為了克服現有技術的問題，本發明提出了一種帶有凹陷的熱交換管和熱交換器。所述的熱交換管帶有較深的凹陷，使整個管的形狀類似于S形，使用這種管型的換熱器換熱效率更高。

本發明的目的是這樣實現的：一種帶有凹陷的熱交換管，在圓形、扁圓形或橢圓形熱交換管上，按螺旋線和軸向距離布置多個凹陷，各所述凹陷中心在熱交換管徑向截面上所形成的曲線為：中間凹陷，兩側突起，兩側外邊線自然向下延伸，與熱交換管壁連接。

進一步的，所述的凹陷的最大深度與熱交換管的直徑的比值為1/4-3/4。

進一步的，相鄰的兩個所述的凹陷之間的螺旋相位角相差60-180度，所述凹陷之間軸向距離大于凹陷的長度，小于凹陷長度的一半。

進一步的，所述的螺旋線為單頭螺旋線或雙頭螺旋線。

進一步的，所述的螺旋線為單頭螺旋線，兩個相鄰凹陷之間螺旋相位角為90度。

進一步的，所述的凹陷排列為：各所述凹陷兩個為一組，一個組內的兩個凹陷的螺旋相位角為180度，各組之間的螺旋相位角為90度。

一種使用上述熱交換管的熱交換器，包括：殼體、熱交換管、管板、擴散器、水管和支架，所述的熱交換管之間，管上的凹陷與相鄰熱交換管上高出部分對應。

進一步的，所述的熱交換管上的相鄰凹陷之間的螺旋相位角為180度，所述的熱交換管的排列為矩陣排列。

進一步的，所述的熱交換管上的相鄰凹陷之間的螺旋相位角為60或120度，所述的熱交換管的排列為交錯排列。

本發明產生的有益效果是：本發明采用在熱交換管上設置較深凹陷的方式進一步提高熱交換管的換熱效率。傳統的熱交換管上設置的凹槽或凹坑的最大深度一般不會大于熱交換管直徑的1/8-1/10。本發明所述熱交換管在熱交換管外表面所設置的已經不是淺淺的凹坑，而較深的凹陷。這些凹陷的形體較大，深度達到熱交換管直徑的1/4-3/4，使熱交換管整體形狀呈S形，是液體在管中流動路線更加復雜，湍流更多，有利的促進了換熱過程，同時降低了結垢的風險。

附圖說明

下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。

圖1是本發明的實施例一所述熱交換管的外形示意圖；

圖2是本發明的實施例一所述熱交換管的一個凹陷的多截面合成示意圖，是圖1中A點放大圖；

圖3是本發明的實施例三所述換熱管的相位角示意圖，具有相位角為120度的換熱管截面；

圖4是本發明的實施例五所述具有90度相位角的換熱管示意圖；

圖5是本發明的實施例八所述的換熱器的換熱管在管板上的矩形排布示意圖；

圖6是本發明的實施例八所述的換熱器的換熱管橫向排布示意圖；

圖7是本發明的實施例九所述的換熱器的換熱管在管板上的交錯排布示意圖。

具體實施方式

實施例一：

本實施例是一種帶有凹陷的熱交換管，如圖1、2所示。在圓形、扁圓形或橢圓形熱交換管1上，按螺旋線和軸向距離布置多個凹陷101，各所述凹陷中心在熱交換管徑向截面上所形成的曲線為：中間凹陷，兩側突起，兩側外邊線自然向下延伸，與熱交換管壁連接。

本實施例所述的圓形、扁圓形或橢圓形熱交換管是指：在沒有凹陷的位置上，熱交換管的截面形狀是圓形、扁圓形或橢圓形。這是三種常見的換熱管截面形狀，在實際中還可以使用其他截面形狀的換熱管，如：長方形、正方形，多邊形等，使用本實施例所述的凹陷形狀，即可以取得類似的效果。

本實施例所述的凹陷是與傳統熱交換管上設置的螺旋線形的溝槽，或者凹坑不同的凹陷。凹陷的深度較大，對熱交換管表面的形狀影響也較大，因此，對管內流體的流動影響也較大。

在凹陷中心，也就是凹陷的最深處，凹陷的曲線如上描述，呈中間有一個小凹陷，兩側凸起，再向下延伸與熱交換管原截面曲線融合。

圖2是熱交換管帶有凹陷部分的放大圖，管的直徑為φ，凹陷沿管軸向的長度為l，凹陷的最大深度為h。

圖2中畫出了一個凹陷的A、B、C、D、E、F、G、H八個截面，八個截面在管的軸向的距離相等，顯示了凹陷從最淺點到最深點的截面形狀變化。其中A截面理論上是凹陷深度為零的最淺點，其截面形狀也就是熱交換管的截面形狀，在圖2為一圓形，這個形狀也可以是橢圓形，但曲線的連接原理相同。

H點為凹陷的最深點，其深度為h，圖2中標出的是平均深度，即中間的小凹陷與兩邊的兩個凸起的平均高度。從截面形狀來看，管的截面形狀由大逐漸變小，達到最深處時管的截面形狀最小。當管內的流體經過凹陷時形成較大的沖擊，破壞熱邊界層，使內外流體介質的熱交換更充分。管體上反復出現的凹陷，使熱交換管內外的流體的流動波浪形，增強了流體流動的湍流度，有效提高換熱效率。凹陷的存在雖然會使管內的流體產生一定的壓力損失，但這些壓力損失可以通過合理的設計凹陷的位置而得到有效控制。

凹陷與熱交換管之間的連接邊界，在通常情況下，由于模具的關系會出現明顯的邊界，這些邊界在使用中可能對管內外的流體產生一定的影響，但完全消除這些邊界，在工藝上比較困難，成本較高。

本實施例所述的凹陷的深度較傳統熱交換管上的凹坑要大得多。傳統熱交換管上的凹坑一般只有1毫米左右，而本實施例所述的凹陷則可以達到整個熱交換管直徑的一半，甚至更深。這是本實施例所述的熱交換管凹陷與傳統熱交換管的明顯不同。

凹陷在熱交換管上的排列方式有許多種，可以是交錯排列、螺旋線排列等。通過不同的排列方式可以得到不同的換熱效果。

實施例二：

本實施例是實施例一的改進，是實施例一關于凹陷的細化。本實施例所述的凹陷的最大深度與熱交換管的直徑的比值為1/4-3/4。

本實施例所述的凹陷的深度在熱交換管直徑的一半左右，即：h/φ的1/2左右。

實施例三：

本實施例是上述實施例的改進，是上述實施例關于凹陷在熱交換管上位置的細化。相鄰的兩個所述的凹陷之間的螺旋相位角相差60-180度，所述凹陷之間軸向距離大于凹陷的長度，小于凹陷長度的一半。

所述的螺旋相位角是指：圍繞柱形體（這里所述的柱形體是指圓柱體或橢圓柱體，或者其他截面具有中心對稱軸的柱形體）外周面上的螺旋線上的兩個點之間所相對的圓周夾角。對于兩個相鄰凹陷之間的相位角則是兩個凹陷在熱交換管端面平面上的投影所形成的圓周夾角，如圖3所示。圖3顯示的是兩個相差120度的相鄰凹陷之間的相位角α。

熱交換管上兩個相鄰凹陷之間的軸向距離大于凹陷的長度l，小于凹陷沿熱交換管軸向的長度的一半。

實施例四：

本實施例是上述實施例的改進，是上述實施例關于螺旋線的細化。本實施例所述的螺旋線為單頭螺旋線或雙頭螺旋線。

本實施例是一種凹陷排列的方式。凹陷可以排列為螺旋線，并且可以是雙頭的螺旋線。選擇螺旋線的形式，可以減少壓力損失。

實施例五：

本實施例上述實施例的改進，是上述實施例關于相鄰凹陷之間位置關系的細化。本實施例所述的螺旋線為單頭螺旋線，兩個相鄰凹陷之間螺旋相位角為90度，如圖4所示。

本實施例所述兩個相鄰凹陷之間的相位角相差90度，即：相位角每90度布置一個凹陷。

實施例六：

本實施例是上述實施例的改進，是上述實施例關于凹陷排列的細化。本實施例所述的凹陷排列為：各所述凹陷兩個為一組，一個組內的兩個凹陷的螺旋相位角為180度，各組之間的螺旋相位角為90度。

實施例七：

本實施例是一種使用上述實施例所述熱交換管的熱交換器，包括：管殼、熱交換管、管板、擴散器、水管和支架，所述的熱交換管之間，管上的凹陷與相鄰熱交換管上高出部分對應。

本實施例使用的是上述實施例所述的帶有凹陷的熱交換管，利用這種熱交換管的不同排列，可以將由于凹陷所產生壓力損失降到最低。

實施例八：

本實施例是實施例七的改進，是實施例七關于換熱管排列的細化。本實施例所述的熱交換管上的相鄰凹陷之間的螺旋相位角為180度，所述的熱交換管的排列為矩陣排列，如圖5、6所示，其中，圖5是換熱管在管板上排布的示意圖，圖6是換熱管橫向排布的示意圖。

本實施例采用兩個相鄰凹陷的螺旋相位角相差180度的熱交換管，這種熱交換管外觀上看起來猶如S波浪的形管，換熱管矩形排列使S波浪的波峰對波峰，波谷對波谷，最大限度的拉開管與管之間的距離，使流體流動的路線暢通，如圖6所示。

實施例九：

本實施例是實施例七的改進，是實施例七關于換熱管排列的細化。本實施例所述的熱交換管上的相鄰凹陷之間的螺旋相位角為60或120度，所述的熱交換管的排列為交錯排列，如圖7所示。

本實施例所述的換熱管的相鄰凹陷的螺旋相位角相差60或120度，在管板上的排列想錯排列，上下兩排換熱管交錯后，形成60度的等腰三角形，實際形成波峰和波谷相對的效果。

最后應說明的是，以上僅用以說明本發明的技術方案而非限制，盡管參照較佳布置方案對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發明的技術方案（比如凹陷的形狀、凹陷在換熱管上的排布、換熱管在管板上的排布、換熱器的形式等）進行修改或者等同替換，而不脫離本發明技術方案的精神和范圍。