专利名称：改进结构的空冷器及其制造方法
技术领域：
本发明涉及换热技术，更具体地说，涉及一种改进结构的空冷器及其制造方法，该空冷器及其制造方法能够降低风阻且生产和使用成本较低。
背景技术：
空冷技术在上世纪六十年代国外首先使用在发电、石化行业，随着技术的引进和发展，以及环保和节能，在我国的化工、食品、发电、航空航天等领域中已大量应用。目前，市场上广泛应用的空冷器主要有管式和板式两大类，通常管式空冷器包括框架、换热管和风机，数排换热管水平设于框架内，管内通有热流体，管壁上设有换热片，换热片可以为穿片式或翅片式；风机设于换热管一侧，并沿换热管径向吹风，当冷却空气在换热管外吹过时，通过与热流体的换热来实现冷却功能。由于管式空冷器具有承压能力高、结构设计灵活等优点，在空冷器市场上的占有率高达95％以上。常见的管式空冷器又包括圆管型空冷器和椭圆管型空冷器等，请参阅图1所示，圆管型空冷器10的换热管11为圆型管，均匀排列，各换热管11的管径均相等，各换热管11之间的距离均相等，圆管型空冷器10的换热管11排列又包括等边三角形和等腰三角形排列两种，其中等边三角形排列即为空冷器10的相同横排的相邻两个换热管11的圆心与纵向相对应的一个换热管11的圆心构成等边三角形a，图1所示即为等边三角形排列；同样，构成等腰三角形的即为等腰三角形排列。该圆管型空冷器10具有承压能力强、结构简单、成本低廉以及制造工艺性好的优点，但圆形空冷器的换热管均为管径相等的圆管，空气吹过管壁时绕流范围较大，造成换热管的管外风阻较大，需要采用大功率风机才能达到换热效果，所以能耗较大，因而增加了使用成本。请参阅图2所示，椭圆管型空冷器20的换热管21为椭圆型管，均匀排列，各换热管21的尺寸和间距也均相等，当风机的空气从A端吹入时，该椭圆管型空冷器20的换热管21由于为椭圆形的外型，使得管外风阻较小，风机能耗较低，但是该椭圆管型空冷器20存在结构复杂、制造工艺繁琐，生产成本较高的缺点。
在换热量不变的情况下，既要降低管外风阻，又要节省生产成本的问题困扰了改进结构的空冷器行业多年，一直都未能较好的解决。
发明内容
针对现有技术中存在的上述圆管型空冷器的风阻大、使用成本高以及椭圆管型空冷器的结构复杂、生产成本高的缺点，本发明的目的是提供一种圆管型改进结构的空冷器及其制造方法，该空冷器及其制造方法简单方便，性能可靠，能够在达到换热要求的情况下最大限度的降低风阻，且生产和使用成本较低。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案该改进结构的空冷器包括框架和换热管，换热管为圆型管，数排换热管设于框架内并与框架固定，同一横排的换热管的管径以及中心距离均相等，相同横排的相邻两个换热管的圆心与纵向相对应的一个换热管的圆心呈等腰三角形，所述的相邻两横排的换热管的管径取值不相等。
所述的相邻两横排的换热管之间的垂直距离取值相等。
所述的相邻两横排的换热管之间的垂直距离取值不相等。
所述的相邻两横排的换热管的管径取值以及相邻两横排的换热管之间的垂直距离取值，根据分别计算相邻两横排换热管的换热量比，并使之相等或近似来确定。
该改进结构的空冷器制造方法包括将数排换热管设于框架内并与框架固定，其中，使同一横排的换热管的管径以及中心距离均相等，相同横排的相邻两个换热管的圆心与纵向相对应的一个换热管的圆心呈等腰三角形；使相邻两横排的换热管的管径取值不相等。
使相邻两横排的换热管之间的垂直距离取值相等。
使相邻两横排的换热管之间的垂直距离取值不相等。
根据分别计算相邻两横排换热管的换热量比，并使之相等或近似，来确定相邻两横排换热管的管径取值以及相邻两横排的换热管之间的垂直距离取值。
在上述技术方案中，本发明的改进结构的空冷器包括框架和换热管，换热管为圆型管，数排换热管设于框架内并与框架固定，同一横排的换热管的管径以及中心距离均相等，相同横排的相邻两个换热管的圆心与纵向相对应的一个换热管的圆心呈等腰三角形，相邻两横排的换热管的管径取值不相等。本发明的空冷器制造方法包括将数排换热管设于框架内并与框架固定，其中，使同一横排的换热管的管径以及中心距离均相等，相同横排的相邻两个换热管的圆心与纵向相对应的一个换热管的圆心呈等腰三角形；使相邻两横排的换热管的管径取值不相等。该空冷器及其制造方法通过改变相邻两横排的换热管的管径取值以及之间的垂直距离，来进行换热管直径和排列的优化设计，不但保留了承压能力强、结构简单、成本低廉的优点，而且还能在达到换热要求的情况下，最大限度的降低了管外风阻，降低了风机能耗，还有效地提高了换热系数，增加了经济效益。
图1是现有技术的圆管型空冷器的换热管排列的结构示意图；图2是现有技术的椭圆管型空冷器的换热管排列的结构示意图；图3是本发明的空冷器的结构俯视示意图；图4是本发明的空冷器的结构立体示意图；图5是沿图4中B-B线的剖视示意图；图6是图5中C部局部放大示意图。
具体实施例方式
下面结合附图和实施例进一步说明本发明的技术方案。
实施例1在本实施例中，纵向相邻的两横排换热管之间的垂直距离不相等。
请参阅图3所示，本发明的空冷器30包括框架31、换热管32和风机33，换热管32为圆型管，管内通有热流体，将数排换热管32平行设于框架31内，并通过换热管32两端设置固定架34使换热管32固定。请参阅图4、图5所示，换热管32的管壁上还设有换热片35，换热片35可以为整体穿片式、单体穿片式或翅片式，图5所示的换热片35即为整体穿片式，数片穿片式换热片35并排设置，换热管32整体穿过换热片35并与换热片35连接固定。风机33(见图3)设于换热管32一侧，沿换热管32径向吹风，通过空气对换热管32管内的热流体进行换热。请结合图5、图6所示，该空冷器30的相同横排的换热管32的管径以及中心距离均相等，相同横排的相邻两个换热管32b的圆心与纵向相对应的一个换热管32a的圆心呈等腰三角形；相邻两横排的换热管32的管径取值不相等，且相邻两横排的换热管32之间的垂直距离取值也不相等。图5、图6中所示的换热管32a与32b与32c的管径均不相等，并且32a、32b之间的垂直距离L1与32b、32c之间的垂直距离L2不相等。在此需要说明的是，图6所示的三横排换热管32的管径以及之间垂直距离取值不相等，当然还可以是四横排、五横排以及多横排的换热管32的管径取值不相等，相邻横排之间的垂直距离取值均不相等。各横排的换热管32的管径取值以及之间垂直距离取值可通过分别计算相邻两横排换热管32的换热量比，并使之相近似来确定。根据空冷器换热量的计算公式Q＝KFΔT，其中，Q为换热量，K为换热系数，F为换热面积，ΔT为冷热流体的平均温差，从上式可以看出，由于管径不相等能够减小管外空气的绕流范围，降低了风阻，即减小了换热面积F，但为了保证在换热量不变，需要提高换热系数F。根据中国学者过增元院士在研究对流换热强化时，提出的场协同理论，提高换热系数K，需要提高热流体的速度场和温度场的均匀性以及改变流体的速度矢量和热流体矢量的夹角，使两矢量的方向尽可能一致。根据上述理论，经过多次反复计算和论证，特别是通过上海同济大学进行大量的风洞试验，最终得出通过分别计算纵向相邻的两横排换热管32的换热量比，并使之相等或近似，便能确定纵向相邻的两排换热管32的管径取值以及之间垂直距离取值，完成该空冷器30的换热管32的管径以及排列的优化设计。
实施例2在本实施例中，纵向相邻的两横排换热管之间的垂直距离相等。
请参阅图3所示，本发明的空冷器30包括框架31、换热管32和风机33，换热管32为圆型管，管内通有热流体，将数排换热管32平行设于框架31内，并通过换热管32两端设置固定架34使换热管32固定。请参阅图4、图5所示，换热管32的管壁上还设有换热片35，换热片35可以为整体穿片式、单体穿片式或翅片式，图5所示的换热片35即为整体穿片式，数片穿片式换热片35并排设置，换热管32整体穿过换热片35并与换热片35连接固定。风机33(见图3)设于换热管32一侧，沿换热管32径向吹风，通过空气对换热管32管内的热流体进行换热。请结合图5、图6所示，该空冷器30的相同横排的换热管32的管径以及中心距离均相等，相同横排的相邻两个换热管32b的圆心与纵向相对应的一个换热管32a的圆心呈等腰三角形；相邻两横排的换热管32的管径取值不相等，且相邻两横排的换热管32之间的垂直距离取值相等。图5、图6中所示的换热管32a与32b与32c的管径均不相等，并且32a、32b之间的垂直距离L1与32b、32c之间的垂直距离L2相等。在此需要说明的是，图6所示的三横排换热管32的管径取值不相等，当然还可以是四横排、五横排以及多横排的换热管32的管径取值不相等，各相邻横排的换热管32之间的垂直距离取值均相等。各横排的换热管32的管径取值以及之间垂直距离取值可通过分别计算相邻两横排换热管32的换热量比，并使之相近似来确定。根据空冷器换热量的计算公式Q＝KFΔT，其中，Q为换热量，K为换热系数，F为换热面积，ΔT为冷热流体的平均温差，从上式可以看出，由于管径不相等能够减小管外空气的绕流范围，降低了风阻，即减小了换热面积F，但为了保证在换热量不变，需要提高换热系数F。同样根据中国学者过增元院士在研究对流换热强化时，提出的场协同理论，提高换热系数K，需要提高热流体的速度场和温度场的均匀性以及改变流体的速度矢量和热流体矢量的夹角，使两矢量的方向尽可能一致。根据上述理论，经过多次反复计算和论证，以及上海同济大学进行大量的风洞试验，最终得出通过分别计算纵向相邻的两横排换热管32的换热量比，并使之相等或近似，便能确定纵向相邻的两排换热管32的管径的取值以及之间垂直距离的取值，完成该改进结构的空冷器30的换热管32的管径以及排列的优化设计。
本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。
权利要求
1.一种改进结构的空冷器，该空冷器包括框架和换热管，换热管为圆型管，数排换热管设于框架内并与框架固定，同一横排的换热管的管径以及中心距离均相等，相同横排的相邻两个换热管的圆心与纵向相对应的一个换热管的圆心呈等腰三角形，其特征在于所述的相邻两横排的换热管的管径取值不相等。
2.如权利要求1所述的改进结构的空冷器，其特征在于所述的相邻两横排的换热管之间的垂直距离取值相等。
3.如权利要求1所述的改进结构的空冷器，其特征在于所述的相邻两横排的换热管之间的垂直距离取值不相等。
4.如权利要求1-3中任意一项所述的改进结构的空冷器，其特征在于所述的相邻两横排的换热管的管径取值以及相邻两横排的换热管之间的垂直距离取值，根据分别计算相邻两横排换热管的换热量比，并使之相等或近似来确定。
5.一种改进结构的空冷器制造方法，其特征在于，该制造方法包括将数排换热管设于框架内并与框架固定，其中，使同一横排的换热管的管径以及中心距离均相等，相同横排的相邻两个换热管的圆心与纵向相对应的一个换热管的圆心呈等腰三角形；使相邻两横排的换热管的管径取值不相等。
6.如权利要求5所述的改进结构空冷器制造方法，其特征在于使相邻两横排的换热管之间的垂直距离取值相等。
7.如权利要求5所述的改进结构的空冷器制造方法，其特征在于使相邻两横排的换热管之间的垂直距离取值不相等。
8.如权利要求4-7中任意一项所述的改进结构的空冷器制造方法，其特征在于根据分别计算相邻两横排换热管的换热量比，并使之相等或近似，来确定相邻两横排的换热管的管径取值以及相邻两横排的换热管之间的垂直距离取值。
全文摘要
本发明公开了一种改进结构的空冷器，该空冷器包括框架和换热管，换热管为圆型管，数排换热管设于框架内并与框架固定，同一横排的换热管的管径以及中心距离均相等，相同横排的相邻两个换热管的圆心与纵向相对应的一个换热管的圆心呈等腰三角形，相邻两横排的换热管的管径取值不相等。本发明还公开了一种改进结构的空冷器制造方法。该改进结构的空冷器及其制造方法通过改变相邻两横排的换热管的管径取值以及之间的垂直距离，来进行换热管直径和排列的优化设计，不但保留了承压能力强、结构简单、成本低廉的优点，而且还能在达到换热要求的情况下，最大限度的降低了管外风阻，降低了风机能耗，还有效地提高了换热系数，增加了经济效益。
文档编号F28D1/04GK101059315SQ200710040038
公开日2007年10月24日 申请日期2007年4月26日 优先权日2007年4月26日
发明者茅文焯, 张奎, 蔡金源, 茅忠萍, 屠玉锋 申请人:上海东润换热设备制造有限公司