本發(fā)明涉及熱處理設(shè)備領(lǐng)域，尤其是一種高效換熱器及其用途。

背景技術(shù)：

目前，換熱器被廣泛應(yīng)用于煉油、化工、輕工、制藥、機(jī)械、食品加工、動(dòng)力以及原子能工業(yè)部門、制冷、制熱當(dāng)中，由于傳統(tǒng)換熱器換熱效率普遍較低，材料與能源浪費(fèi)嚴(yán)重，且無法兼顧低阻力、防垢、維護(hù)便利、耐壓，等系列問題，同時(shí)，傳統(tǒng)蒸發(fā)式空冷器在過渡季節(jié)會(huì)產(chǎn)生大量的水蒸汽（俗稱白煙），而過渡季節(jié)水蒸汽是加重霧霾現(xiàn)象的潛在因素之一，因此對(duì)于傳統(tǒng)蒸發(fā)式空冷器及其換熱器的技術(shù)更新是很有必要和具有深遠(yuǎn)意義的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種設(shè)計(jì)合理、結(jié)構(gòu)簡單、流動(dòng)阻力小、換熱效率高且經(jīng)濟(jì)實(shí)用的高效換熱器及其用途。

為了實(shí)現(xiàn)上述的技術(shù)目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為：

高效換熱器，包括至少一組設(shè)于換熱器內(nèi)的換熱組件，所述的換熱組件包括外管和設(shè)于外管內(nèi)部的內(nèi)管構(gòu)成，所述的內(nèi)管和內(nèi)管與外管之間均分別設(shè)有供介質(zhì)流通的流道，所述的流道內(nèi)均設(shè)有使流道內(nèi)介質(zhì)產(chǎn)生旋流的旋流場(chǎng)裝置，所述的旋流場(chǎng)裝置中，至少有一個(gè)旋流場(chǎng)裝置對(duì)流道內(nèi)介質(zhì)產(chǎn)生的旋流離心力或旋流向心力直接作用于流道中的換熱面。

其中所述的高效換熱器還包括與傳統(tǒng)換熱器相同的冷熱流體入口、出口和使得換熱器能夠正常運(yùn)作的必要輔件，其中所述的必要輔件與傳統(tǒng)換熱器所需的輔件大致相同，根據(jù)換熱器的用途和應(yīng)用情況，通?？梢园んw、框架、冷卻風(fēng)機(jī)、循環(huán)水泵等通常配置。

進(jìn)一步，所述旋流場(chǎng)裝置對(duì)流道內(nèi)介質(zhì)產(chǎn)生的旋流離心力或向心力同時(shí)直接作用于換熱面，所述的換熱面為內(nèi)管的內(nèi)壁面時(shí)，旋流場(chǎng)裝置產(chǎn)生的旋流離心力直接作用于內(nèi)管的內(nèi)壁面；所述換熱面為內(nèi)管的外壁面時(shí)，旋流場(chǎng)裝置產(chǎn)生的旋流向心力直接作用于內(nèi)管的外壁面。

當(dāng)換熱面為管內(nèi)壁面，旋流場(chǎng)裝置產(chǎn)生的旋流離心力直接作用于管內(nèi)壁面，其實(shí)施方法以圓形管為例，在管道中心設(shè)置帶軸的螺旋擾流片（或扭帶等）且螺旋擾流片與管內(nèi)壁之間保持一定間隙，管內(nèi)流體在螺旋擾流片作用下產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，又由于管內(nèi)壁與螺旋擾流片之間存在一定間隙，相對(duì)流阻較小，旋流產(chǎn)生的離心力將直接作用與管內(nèi)壁，破壞邊界層。所述旋流場(chǎng)裝置產(chǎn)生的旋流向心力直接作用于管外壁面，其實(shí)施方法以內(nèi)管與外管之間的流道是一個(gè)環(huán)形流道為例，在外管內(nèi)壁面設(shè)置螺旋擾流片且螺旋擾流片與內(nèi)管外壁之間保持一定間隙，環(huán)形流道內(nèi)的流體在螺旋擾流片作用下產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，又由于內(nèi)管外壁與螺旋擾流片之間存在一定間隙，相對(duì)流阻較小，旋流產(chǎn)生的向心力將直接作用與內(nèi)管外壁，破壞邊界層。

根據(jù)需要，所述內(nèi)管可設(shè)為連成一體的多個(gè)并列內(nèi)管，所述外管可設(shè)為連成一體的多個(gè)并列外管，所述外管與內(nèi)管之間的流道，還可以分隔成多個(gè)流道（本質(zhì)上，是連成一體的多個(gè)并列外管），所述外管與內(nèi)管之間分隔的多個(gè)流道還可以設(shè)為螺旋形流道（即所述外管與內(nèi)管之間分隔的多個(gè)流道，在內(nèi)管外壁面呈螺旋狀態(tài)，并利用自身產(chǎn)生旋流）。

所述旋流場(chǎng)裝置，通常有入口蝸旋發(fā)生器、扭帶內(nèi)插物、旋流擾流器等。結(jié)合用途、擾流效果、生產(chǎn)便利性考慮，優(yōu)選為旋流擾流器。

為提高換熱效果，旋流場(chǎng)裝置與換熱面之間宜有一定間隙，使換熱面在整個(gè)流道中是流阻相對(duì)較小的空間，以利于產(chǎn)生的旋流離心力（或向心力）直接作用于換熱面。旋流離心力或向心力作用于換熱面，可破壞或消除邊界層、提高傳熱效率。

進(jìn)一步，所述的旋流場(chǎng)裝置為旋流擾流器，所述的旋流擾流器設(shè)于管道內(nèi)壁面時(shí)，所述的旋流擾流器由螺旋擾流片構(gòu)成；所述的旋流擾流器設(shè)于管道中心時(shí)，所述的旋流擾流器為設(shè)于螺旋擾流片和設(shè)于螺旋擾流片中心的軸構(gòu)成。所述設(shè)于螺旋擾流片中心的軸除了增加螺旋擾流片的物理強(qiáng)度，還可以消除部分流道中心的無效流場(chǎng)，使作用在管道內(nèi)壁面的離心力得到加強(qiáng)。所述軸，可設(shè)為空心管狀（為防止產(chǎn)生短路流，可封閉端口）軸或?qū)嵭据S，軸徑與螺旋擾流片的寬度比，以實(shí)現(xiàn)擾流效果與擾流阻力之間的平衡為原則，結(jié)合實(shí)際測(cè)試數(shù)據(jù)來確定，所述的軸上還設(shè)有至少一個(gè)與流道固定連接的連接件。所述螺旋形線圈設(shè)于管道內(nèi)壁面時(shí)，根據(jù)換熱面的需要，通常設(shè)于外管內(nèi)壁面。

所述螺旋擾流片通過裝載連接件并通過連接件的摩擦力、彈力與流道內(nèi)壁相抵，將螺旋擾流片固定在流道內(nèi)，也可以通過將連接件粘接或焊接在流道內(nèi)、或通過鑄造或擠出工藝，生產(chǎn)內(nèi)壁面帶有螺旋擾流片的管道（用于產(chǎn)生旋流向心力），具體按需而定。

螺旋擾流片的螺距可以根據(jù)需要及實(shí)際實(shí)驗(yàn)調(diào)試進(jìn)行確定設(shè)置，螺旋擾流片還可以做多頭結(jié)構(gòu)（即在流道截面上，設(shè)有并列的多個(gè)螺旋擾流片）。

進(jìn)一步，所述的旋流場(chǎng)裝置沿其所在的流道入口至出口設(shè)置，所述旋流場(chǎng)裝置的有效截面積與其所在流道的有效截面積的比值為大于等于20%且小于等于90%。

優(yōu)選的，所述旋流場(chǎng)裝置的有效截面積與其所在流道的有效截面積的比值為大于等于30%且小于等于80%。

優(yōu)選的，所述旋流場(chǎng)裝置的有效截面積與其所在流道的有效截面積的比值為大于等于40%且小于等于70%。

優(yōu)選的，所述旋流場(chǎng)裝置的有效截面積與其所在流道的有效截面積的比值為50%。

其中，所述旋流場(chǎng)裝置的有效截面積指的是，旋流場(chǎng)裝置的螺旋擾流片最少旋轉(zhuǎn)360度時(shí)端面的正投影面積，所述的旋流場(chǎng)裝置設(shè)于管道中心時(shí)，所述正投影面積含軸的投影面積，其中所述的面積比可以根據(jù)換熱介質(zhì)的流速、黏度、流道面積和設(shè)計(jì)對(duì)體積的要求等因素進(jìn)行結(jié)合實(shí)際測(cè)試數(shù)據(jù)來確定。

另外，所述的內(nèi)管和外管可以根據(jù)需要設(shè)為任意形式的截面，從提高換熱效率、節(jié)約材料出發(fā)，優(yōu)選為圓管，根據(jù)需換熱流體特性以及實(shí)用性要求，熱流體或冷流體可按需選擇進(jìn)入內(nèi)管或內(nèi)管與外管之間的流道，內(nèi)管或外管的截面形式，可根據(jù)需要而定，相對(duì)而對(duì)而言，圓形管道有利于提高換熱效率、節(jié)約材料，內(nèi)管的直徑可為任意尺寸，從經(jīng)濟(jì)性與防堵塞考慮應(yīng)不小于25mm。如，換熱溫差較小時(shí)內(nèi)管直徑可采用20mm至100mm，換熱溫差較大時(shí)（如鍋爐），內(nèi)管直徑可采用更大的參數(shù)，如大于0.5米,所述換熱面，指熱流體與冷流體之間的界面。所述內(nèi)管與外管之間的流道可設(shè)為任意截面形狀，當(dāng)沒有承壓要求時(shí)，設(shè)為環(huán)形有利于提高換熱效率、節(jié)約材料。

進(jìn)一步，所述內(nèi)管與外管之間的流道為環(huán)形流道。

所述環(huán)形流道內(nèi)的螺旋擾流片設(shè)于換熱面正對(duì)面的管面，螺旋擾流片與換熱面之間有適當(dāng)?shù)拈g距，以提高旋流流體沖擊換熱面的效果。

進(jìn)一步，所述的環(huán)形流道間隔成若干個(gè)流道,通常為依次連接環(huán)形流道的內(nèi)圓與外圓，形成多個(gè)均等的小流道（本質(zhì)上是連成一體的并列多個(gè)外管）。所述多個(gè)均等的小流道，既具有內(nèi)管外壁面又兼具外管內(nèi)壁面特性，在設(shè)置旋流場(chǎng)裝置時(shí)按管內(nèi)壁面處理。

所述環(huán)形流道間隔成的若干個(gè)流道，入口端通常設(shè)有分水（氣）器，出口端通常設(shè)有集水（氣）器，旋流場(chǎng)裝置則設(shè)于所述多個(gè)并列外管的中心,小流道的截面可設(shè)為扇形、或修整為圓形（必要時(shí)，需設(shè)置應(yīng)力散放結(jié)構(gòu)）等形式。本技術(shù)方案，可以提高外管承壓能力，可作為鍋爐換熱器,空調(diào)換熱器等用途，如：用于鍋爐換熱器時(shí)，并列的多個(gè)外管用于產(chǎn)生蒸汽，中間的內(nèi)管用作高溫?zé)煔馔ǖ阑蚝巳剂戏磻?yīng)堆。經(jīng)換熱面雙向強(qiáng)化傳熱，可顯著減少裝置體積，特別有利于移動(dòng)鍋爐設(shè)備。為方便汽水分離，換熱器可采用立式布置；本結(jié)構(gòu)用于空調(diào)換熱器時(shí)，并列的多個(gè)外管為制冷劑通道，中間的內(nèi)管為空氣通道，其中：分體空調(diào)室外換熱器冬季制熱時(shí)，在空氣旋流的切向力作用下，具有自動(dòng)除霜功能；用于大型水冷機(jī)組或熱泵機(jī)組的換熱器時(shí)，可顯著減小換熱器的體積與制冷劑的用量。

進(jìn)一步，所述環(huán)形流道內(nèi)的介質(zhì)為熱流體，所述的外管的外壁還套設(shè)有外套管，環(huán)形流道內(nèi)的旋流場(chǎng)裝置對(duì)流道內(nèi)介質(zhì)產(chǎn)生的旋流離心力或旋流向心力直接作用于環(huán)形流道的管壁。

作為內(nèi)管和外管形成流道的另一種實(shí)施方式，進(jìn)一步，所述的內(nèi)管和外管中至少有一個(gè)為連續(xù)的流道，至少有一個(gè)為多個(gè)串聯(lián)構(gòu)成的流道。

所述串聯(lián)的流道，還可以進(jìn)行并聯(lián)。串聯(lián)流道適用于內(nèi)管以及內(nèi)管與外管之間的介質(zhì)體積流量相差較大的工況（如，內(nèi)管內(nèi)部的換熱介質(zhì)存在冷凝、蒸發(fā)等相變工況或?yàn)橐后w，而內(nèi)管與外管之間的換熱介質(zhì)為空氣），串聯(lián)換熱可減少內(nèi)、外流道面積比，提高擾流效果、優(yōu)化裝置構(gòu)造。

根據(jù)需要，換熱器的外觀結(jié)構(gòu)可設(shè)為方形、環(huán)形、錐式、梯形等。

所述串聯(lián)流道，第一個(gè)流道出口與第二個(gè)流道入口之間進(jìn)行隔離，以防串流。

進(jìn)一步，所述高效換熱器用于蒸發(fā)或冷凝工況時(shí)，所述的內(nèi)管為蒸發(fā)或冷凝介質(zhì)的連續(xù)流道，所述外管為多個(gè)串聯(lián)的氣體流道，所述串聯(lián)的氣體流道的入口與出口分別設(shè)置在相同的面且朝向相反，所述串聯(lián)的氣體流道由對(duì)稱的組件合并而成。

所述氣體流道，通常為空氣流道。為方便氣流組織，所述串聯(lián)的氣體流道的入口與出口分別設(shè)置在相同的面且朝向相反。為方便生產(chǎn)與提高生產(chǎn)效率，所述串聯(lián)的氣體流道由對(duì)稱的組件合并而成。如，串聯(lián)的氣體流道的入口與半月形的外管設(shè)計(jì)于一面，串聯(lián)的氣體流道出口與半月形的外管設(shè)計(jì)于另一面，合并兩個(gè)面可得一個(gè)容納有內(nèi)管的串聯(lián)的氣體流道。

所述串聯(lián)的氣體流道用于蒸發(fā)工況時(shí)，還設(shè)有冷凝水通道，所述冷凝水通道根據(jù)內(nèi)管的布置情況，可沿內(nèi)管的外壁面流動(dòng)，或沿外管的內(nèi)壁面流動(dòng)，或設(shè)置獨(dú)立的冷凝水通道。

一種高效蒸發(fā)式空冷器，其包括上述所述的高效換熱器。

進(jìn)一步，所述的高效蒸發(fā)式空冷器還包括設(shè)置于換熱組件上方的噴淋水裝置。

所述設(shè)有噴淋水裝置的換熱器，通常以空氣為冷卻介質(zhì)，此時(shí)又稱蒸發(fā)式空冷器。根據(jù)實(shí)際需要，其冷卻空氣流速q可為2m/s≤q≤30m/s。當(dāng)冷卻空氣流速q≤3m/s，所述噴淋水裝置設(shè)于冷卻空氣出口端。當(dāng)冷卻空氣流速q超過3m/s且風(fēng)力足以引導(dǎo)水霧或水滴向上運(yùn)行時(shí)，所述噴淋水裝置設(shè)于冷卻空氣入口端。

所述高效換熱器的熱流體設(shè)于內(nèi)管與外管之間的環(huán)形流道時(shí)，內(nèi)管為冷卻空氣與噴淋水流道，內(nèi)管中心設(shè)置旋流場(chǎng)裝置，必要時(shí)內(nèi)管壁面可同時(shí)設(shè)置旋流場(chǎng)裝置。所述高效換熱器的熱流體設(shè)于內(nèi)管時(shí)，內(nèi)管與外管之間的環(huán)形流道為冷卻空氣與噴淋水流道，內(nèi)管中心設(shè)置旋流場(chǎng)裝置，必要時(shí)內(nèi)管壁面可同時(shí)設(shè)置旋流場(chǎng)裝置。

因換熱效率高，此類換熱器的空氣流道可以采用較大截面積，在相同風(fēng)機(jī)功耗條件下，風(fēng)速更高，體積更小。經(jīng)過合理設(shè)計(jì)，可取代傳統(tǒng)閉式冷卻塔與開式冷卻塔，且逼近度更小。

為方便清洗換熱管，可設(shè)置清洗管路，或?qū)Q熱管設(shè)為快速接口。

進(jìn)一步，所述的噴淋水裝置上設(shè)有根據(jù)被冷卻介質(zhì)所需出口溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)噴淋水量的控制裝置。

所述自動(dòng)調(diào)節(jié)噴淋水量的裝置，在過渡季節(jié)可實(shí)現(xiàn)更多或全部利用空氣顯熱冷卻。由于減少了冷卻水的蒸發(fā)量，有利于抑制霧霾現(xiàn)象的產(chǎn)生。所述自動(dòng)調(diào)節(jié)噴淋水量的裝置，其實(shí)施方法根據(jù)噴淋水的形式不同，可設(shè)為恒壓減流（噴淋壓力不變，通過減少噴淋頭數(shù)量減少噴淋流量），或減壓減流（通過降低噴淋壓力，減少噴淋流量）。

進(jìn)一步，所述空冷器的冷卻空氣出口端設(shè)有旋流除霧器，所述旋流除霧器由分離管與設(shè)于分離管中心的旋流擾流器組成，所述分離管壁面設(shè)有用于水滴排出的條縫型分離口，所述條縫型分離口與設(shè)有氣封的排水管相連。

所述排水管必要時(shí)設(shè)有氣封，排出水滴可排放或重復(fù)利用。

通常，只要合理控制噴淋水量，在旋力離心力作用下，即使風(fēng)速再高也可實(shí)現(xiàn)水的完全蒸發(fā)。設(shè)置旋流除霧器，用于增加工藝冗余。

采用上述的技術(shù)方案，本發(fā)明技術(shù)方案的有益效果為：通過對(duì)換熱面施加直接的旋流離心力或向心力，破壞換熱面的邊界層，提高了換熱效率、消除結(jié)垢，并因此減少了換熱器的材料用量和運(yùn)行阻力，在用于冷凝或蒸發(fā)工況時(shí)，采用串聯(lián)換熱，有利于設(shè)備緊湊化，在用于蒸發(fā)式空冷器時(shí)可替代開式冷卻塔實(shí)現(xiàn)節(jié)能，在過渡季節(jié)通過減少噴淋水量可以減少水的消耗，同時(shí)具有抑制霧霾的作用，使得本發(fā)明既適合新建項(xiàng)目，也適合暨有項(xiàng)目的節(jié)能、增效改造，以及環(huán)境治理。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的闡述：

圖1為本發(fā)明高效換熱器的換熱組件實(shí)施結(jié)構(gòu)之一的簡要示意圖；

圖2為圖1所示換熱組件的實(shí)施結(jié)構(gòu)將內(nèi)管從外管中拆出后的示意圖；

圖3為本發(fā)明高效換熱器的旋流場(chǎng)裝置與流道的有效截面積比的投影示意圖；

圖4為本發(fā)明高效換熱器的流道均等間隔為若干個(gè)小流道的實(shí)施方式之一的示意圖；

圖5為本發(fā)明高效換熱器的流道均等間隔為若干個(gè)小流道的實(shí)施方式之二的示意圖；

圖6為本發(fā)明在圖5所示結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上外管外還套設(shè)有外套管的實(shí)施方式之一示意圖；

圖7為本發(fā)明外管外還套設(shè)有外套管的實(shí)施方式之二示意圖；

圖8為本發(fā)明高效換熱器為串聯(lián)式實(shí)施的示意圖；

圖9為圖8所示串聯(lián)式實(shí)施時(shí)的高效換熱器的拆解結(jié)構(gòu)示意圖；

圖10為本發(fā)明高效換熱器為并聯(lián)式實(shí)施的示意圖；

圖11為本發(fā)明高效換熱器在高效蒸發(fā)式空冷器中應(yīng)用時(shí)的實(shí)施方式之一示意圖；

圖12為本發(fā)明高效換熱器在高效蒸發(fā)式空冷器中應(yīng)用時(shí)的噴淋水裝置的簡要示意圖；

圖13為本發(fā)明高效換熱器在高效蒸發(fā)式空冷器中應(yīng)用時(shí)的旋流除霧器的簡要示意圖。

具體實(shí)施方式

如圖1或2所示，本發(fā)明高效換熱器，包括至少一組設(shè)于換熱器內(nèi)的換熱組件，所述的換熱組件包括外管1和設(shè)于外管1內(nèi)部的內(nèi)管2構(gòu)成，所述的內(nèi)管2和內(nèi)管2與外管1之間均分別設(shè)有供介質(zhì)流通的流道，所述的流道內(nèi)均設(shè)有使流道內(nèi)介質(zhì)產(chǎn)生旋流的旋流場(chǎng)裝置3，所述的旋流場(chǎng)裝置3中，至少有一個(gè)旋流場(chǎng)裝置3對(duì)流道內(nèi)介質(zhì)產(chǎn)生的旋流離心力或旋流向心力直接作用于流道中的換熱面。

其中所述的高效換熱器還包括與傳統(tǒng)換熱器相同的冷熱流體入口、出口和使得換熱器能夠正常運(yùn)作的必要輔件，其中所述的必要輔件與傳統(tǒng)換熱器所需的輔件大致相同，根據(jù)換熱器的用途和應(yīng)用情況，通常可以包括殼體、框架、冷卻風(fēng)機(jī)、循環(huán)水泵等通常配置。

進(jìn)一步，所述旋流場(chǎng)裝置3對(duì)流道內(nèi)介質(zhì)產(chǎn)生的旋流離心力或向心力同時(shí)直接作用于換熱面，所述的換熱面為內(nèi)管2的內(nèi)壁面時(shí)，旋流場(chǎng)裝置3產(chǎn)生的旋流離心力直接作用于內(nèi)管2的內(nèi)壁面；所述換熱面為內(nèi)管2的外壁面時(shí)，旋流場(chǎng)裝置3產(chǎn)生的旋流向心力直接作用于內(nèi)管2的外壁面。

當(dāng)換熱面為管內(nèi)壁面，旋流場(chǎng)裝置3產(chǎn)生的旋流離心力直接作用于管內(nèi)壁面，其實(shí)施方法以圓形管為例，在管道中心設(shè)置帶軸32的螺旋擾流片33（或扭帶等）且螺旋擾流片33與管內(nèi)壁之間保持一定間隙，管內(nèi)流體在螺旋擾流片33作用下產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，又由于管內(nèi)壁與螺旋擾流片33之間存在一定間隙，相對(duì)流阻較小，旋流產(chǎn)生的離心力將直接作用與管內(nèi)壁，破壞邊界層。所述旋流場(chǎng)裝置3產(chǎn)生的旋流向心力直接作用于管外壁面，其實(shí)施方法以內(nèi)管2與外管1之間的流道是一個(gè)環(huán)形流道為例，在外管1內(nèi)壁面設(shè)置螺旋擾流片31且螺旋擾流片31與內(nèi)管2外壁之間保持一定間隙，環(huán)形流道內(nèi)的流體在螺旋擾流片31作用下產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，又由于內(nèi)管2外壁與螺旋擾流片31之間存在一定間隙，相對(duì)流阻較小，旋流產(chǎn)生的向心力將直接作用與內(nèi)管2外壁，破壞邊界層。

根據(jù)需要，所述內(nèi)管2可設(shè)為連成一體的多個(gè)并列內(nèi)管2，所述外管1可設(shè)為連成一體的多個(gè)并列外管1，所述外管1與內(nèi)管2之間的流道，還可以分隔成多個(gè)流道（本質(zhì)上，是連成一體的多個(gè)并列外管），所述外管與內(nèi)管之間分隔的多個(gè)流道還可以設(shè)為螺旋形流道（即所述外管與內(nèi)管之間分隔的多個(gè)流道，在內(nèi)管外壁面呈螺旋狀態(tài)，并利用自身產(chǎn)生旋流）。

所述旋流場(chǎng)裝置，通常有入口蝸旋發(fā)生器、扭帶內(nèi)插物、旋流擾流器等。結(jié)合用途、擾流效果、生產(chǎn)便利性考慮，優(yōu)選為旋流擾流器。

為提高換熱效果，旋流場(chǎng)裝置與換熱面之間宜有一定間隙，使換熱面在整個(gè)流道中是流阻相對(duì)較小的空間，以利于產(chǎn)生的旋流離心力（或向心力）直接作用于換熱面。旋流離心力或向心力作用于換熱面，可破壞或消除邊界層、提高傳熱效率。

進(jìn)一步，所述的旋流場(chǎng)裝置3為旋流擾流器，所述的旋流擾流器設(shè)于管道內(nèi)壁面時(shí)，所述的旋流擾流器由螺旋擾流片31構(gòu)成；所述的旋流擾流器設(shè)于管道中心時(shí)，所述的旋流擾流器為設(shè)于螺旋擾流片33和設(shè)于螺旋擾流片33中心的軸32構(gòu)成。所述設(shè)于螺旋擾流片33中心的軸32除了增加螺旋擾流片33的物理強(qiáng)度，還可以消除部分流道中心的無效流場(chǎng)，使作用在管道內(nèi)壁面的離心力得到加強(qiáng)。所述軸32，可設(shè)為空心管狀（為防止產(chǎn)生短路流，可封閉端口）軸或?qū)嵭据S，軸徑與螺旋擾流片的寬度比，以實(shí)現(xiàn)擾流效果與擾流阻力之間的平衡為原則，結(jié)合實(shí)際測(cè)試數(shù)據(jù)來確定，所述的軸上還設(shè)有至少一個(gè)與流道固定連接的連接件。所述螺旋形線圈設(shè)于管道內(nèi)壁面時(shí)，根據(jù)換熱面的需要，通常設(shè)于外管1內(nèi)壁面。

所述螺旋擾流片32可以通過裝載連接件并通過連接件的摩擦力、彈力與流道內(nèi)壁相抵，將螺旋擾流片固定在流道內(nèi)，也可以通過將連接件粘接或焊接在流道內(nèi)、或通過鑄造或擠出工藝，生產(chǎn)內(nèi)壁面帶有螺旋擾流片的管道（用于產(chǎn)生旋流向心力），具體按需而定。

螺旋擾流片的螺距可以根據(jù)需要及實(shí)際實(shí)驗(yàn)調(diào)試進(jìn)行確定設(shè)置，螺旋擾流片還可以做多頭結(jié)構(gòu)（即在流道截面上，設(shè)有并列的多個(gè)螺旋擾流片）。

如圖3所示，進(jìn)一步，所述的旋流場(chǎng)裝置沿其所在的流道入口至出口設(shè)置，所述旋流場(chǎng)裝置的有效截面積與其所在流道的有效截面積的比值為大于等于20%且小于等于90%。

優(yōu)選的，所述旋流場(chǎng)裝置的有效截面積與其所在流道的有效截面積的比值為大于等于30%且小于等于80%。

優(yōu)選的，所述旋流場(chǎng)裝置的有效截面積與其所在流道的有效截面積的比值為大于等于40%且小于等于70%。

優(yōu)選的，所述旋流場(chǎng)裝置的有效截面積與其所在流道的有效截面積的比值為50%。

其中，所述旋流場(chǎng)裝置的有效截面積指的是，旋流場(chǎng)裝置的螺旋擾流片最少旋轉(zhuǎn)360度時(shí)端面的正投影面積，所述的旋流場(chǎng)裝置設(shè)于管道中心時(shí)，所述正投影面積含軸的投影面積，即旋流場(chǎng)裝置的有效截面積的標(biāo)注4所示的陰影部分，流道的有效截面積為標(biāo)注5所示流道截面的圓形面積，其中所述的面積比可以根據(jù)換熱介質(zhì)的流速、黏度、流道面積和設(shè)計(jì)對(duì)體積的要求等因素進(jìn)行結(jié)合實(shí)際測(cè)試數(shù)據(jù)來確定。

另外，所述的內(nèi)管和外管可以根據(jù)需要設(shè)為任意形式的截面，從提高換熱效率、節(jié)約材料出發(fā)，優(yōu)選為圓管，根據(jù)需換熱流體特性以及實(shí)用性要求，熱流體或冷流體可按需選擇進(jìn)入內(nèi)管或內(nèi)管與外管之間的流道，內(nèi)管或外管的截面形式，可根據(jù)需要而定，相對(duì)而對(duì)而言，圓形管道有利于提高換熱效率、節(jié)約材料，內(nèi)管的直徑可為任意尺寸，從經(jīng)濟(jì)性與防堵塞考慮應(yīng)不小于25mm。如，換熱溫差較小時(shí)內(nèi)管直徑可采用20mm至100mm，換熱溫差較大時(shí)（如鍋爐），內(nèi)管直徑可采用更大的參數(shù)，如大于0.5米,所述換熱面，指熱流體與冷流體之間的界面。所述內(nèi)管與外管之間的流道可設(shè)為任意截面形狀，當(dāng)沒有承壓要求時(shí)，設(shè)為環(huán)形有利于提高換熱效率、節(jié)約材料。

如圖1或2所示，進(jìn)一步，所述內(nèi)管2與外管1之間的流道為環(huán)形流道。

所述環(huán)形流道內(nèi)的螺旋擾流片31設(shè)于換熱面正對(duì)面的管面，螺旋擾流片31與換熱面之間有適當(dāng)?shù)拈g距，以提高旋流流體沖擊換熱面的效果。

如圖4或5所示，進(jìn)一步，所述的環(huán)形流道間隔成若干個(gè)流道11,通常為依次連接環(huán)形流道的內(nèi)圓與外圓，形成多個(gè)均等的小流道11（本質(zhì)上是連成一體的并列多個(gè)外管）。所述多個(gè)均等的小流道，既具有內(nèi)管2外壁面又兼具外管1內(nèi)壁面特性，在設(shè)置旋流場(chǎng)裝置時(shí)按管內(nèi)壁面處理。

所述環(huán)形流道間隔成的若干個(gè)流道，入口端通常設(shè)有分水（氣）器，出口端通常設(shè)有集水（氣）器，旋流場(chǎng)裝置則設(shè)于所述多個(gè)并列外管的中心,小流道的截面可設(shè)為扇形、或修整為圓形（必要時(shí)，需設(shè)置應(yīng)力散放結(jié)構(gòu)）等形式。本技術(shù)方案，可以提高外管承壓能力，可作為鍋爐換熱器等用途，如：并列的多個(gè)外管用于產(chǎn)生蒸汽，中間的內(nèi)管用作高溫?zé)煔馔ǖ阑蚝巳剂戏磻?yīng)堆。經(jīng)換熱面雙向強(qiáng)化傳熱，可顯著減少裝置體積，特別有利于移動(dòng)鍋爐設(shè)備。為方便汽水分離，換熱器可采用立式布置。

如圖6所示，其在圖5的蜂窩狀整體結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進(jìn)行外穿蜂窩式整體結(jié)構(gòu)3進(jìn)行進(jìn)一步輔助換熱，所述蜂窩式整體結(jié)構(gòu)3之間組成的環(huán)形流道內(nèi)設(shè)置有內(nèi)外壁具有擾流器的擾流管，所述最外層蜂窩式整體結(jié)構(gòu)外設(shè)有套管4，套管4的內(nèi)壁設(shè)有擾流器（未示出），其中外管1、內(nèi)管2內(nèi)管和外管之間的流道11均與圖5所示結(jié)構(gòu)相同，蜂窩式整體結(jié)構(gòu)3與外管1之間還設(shè)有旋片5，蜂窩式整體結(jié)構(gòu)3內(nèi)的流道31內(nèi)通有介質(zhì)。

如圖7所示，進(jìn)一步，所述環(huán)形流道內(nèi)的介質(zhì)為熱流體，所述的外管1的外壁還套設(shè)有外套管4，環(huán)形流道內(nèi)的旋流場(chǎng)裝置對(duì)流道內(nèi)介質(zhì)產(chǎn)生的旋流離心力或旋流向心力直接作用于環(huán)形流道的管壁，其中內(nèi)管2內(nèi)和兩個(gè)外套管4之間通有冷流體，內(nèi)管2內(nèi)的旋流場(chǎng)裝置3對(duì)流道內(nèi)的介質(zhì)產(chǎn)生旋流離心力。

如圖8或9所示，作為內(nèi)管2和外管1形成流道的另一種實(shí)施方式，進(jìn)一步，所述的內(nèi)管2和外管1中至少有一個(gè)為連續(xù)的流道，至少有一個(gè)為多個(gè)串聯(lián)構(gòu)成的流道，此時(shí)旋流場(chǎng)裝置3的設(shè)置方式依然可以如圖1或圖2所示的類似形式進(jìn)行布置。

所述串聯(lián)的流道，還可以進(jìn)行并聯(lián)。串聯(lián)流道適用于內(nèi)管2以及內(nèi)管2與外管1之間的介質(zhì)體積流量相差較大的工況（如，內(nèi)管內(nèi)部的換熱介質(zhì)存在冷凝、蒸發(fā)等相變工況或?yàn)橐后w，而內(nèi)管與外管之間的換熱介質(zhì)為空氣），串聯(lián)換熱可減少內(nèi)、外流道面積比，提高擾流效果、優(yōu)化裝置構(gòu)造。

根據(jù)需要，換熱器的外觀結(jié)構(gòu)可設(shè)為方形、環(huán)形、錐式、梯形等。

所述串聯(lián)流道，第一個(gè)流道出口與第二個(gè)流道入口之間進(jìn)行隔離，以防串流。

進(jìn)一步，所述高效換熱器用于蒸發(fā)或冷凝工況時(shí)，所述的內(nèi)管為蒸發(fā)或冷凝介質(zhì)的連續(xù)流道，所述外管為多個(gè)串聯(lián)的氣體流道，所述串聯(lián)的氣體流道的入口與出口分別設(shè)置在相同的面且朝向相反，所述串聯(lián)的氣體流道由對(duì)稱的組件合并而成。

所述氣體流道，通常為空氣流道。為方便氣流組織，所述串聯(lián)的氣體流道的入口與出口分別設(shè)置在相同的面且朝相相反。為方便生產(chǎn)與提高生產(chǎn)效率，所述串聯(lián)的氣體流道由對(duì)稱的組件合并而成。如，串聯(lián)的氣體流道的入口與半月形的外管設(shè)計(jì)于一面，串聯(lián)的氣體流道出口與半月形的外管設(shè)計(jì)于另一面，合并兩個(gè)面可得一個(gè)容納有內(nèi)管的串聯(lián)的氣體流道。

所述串聯(lián)的氣體流道用于蒸發(fā)工況時(shí)，還設(shè)有冷凝水通道，所述冷凝水通道根據(jù)內(nèi)管的布置情況，可沿內(nèi)管的外壁面流動(dòng)，或沿外管的內(nèi)壁面流動(dòng)，或設(shè)置獨(dú)立的冷凝水通道。

如圖10所示，還可以根據(jù)具體應(yīng)用情況來設(shè)置一個(gè)內(nèi)徑較大的外管1進(jìn)行套設(shè)多個(gè)內(nèi)管2，使內(nèi)管并聯(lián)設(shè)置

如圖11或12之一所示，作為本發(fā)明高效換熱器在高效蒸發(fā)式空冷器方面的應(yīng)用，其包括上述所述的高效換熱器1。

進(jìn)一步，所述的高效蒸發(fā)式空冷器還包括設(shè)置于換熱組件1上方的噴淋水裝置2。

所述設(shè)有噴淋水裝置2的換熱器1，通常以空氣為冷卻介質(zhì)，此時(shí)又稱蒸發(fā)式空冷器。根據(jù)實(shí)際需要，其冷卻空氣流速q可為2m/s≤q≤30m/s。當(dāng)冷卻空氣流速q≤3m/s，所述噴淋水裝置設(shè)于冷卻空氣出口端。當(dāng)冷卻空氣流速q超過3m/s且風(fēng)力足以引導(dǎo)水霧或水滴向上運(yùn)行時(shí)，所述噴淋水裝置2設(shè)于冷卻空氣入口端，其中噴淋水裝置上方還設(shè)有排氣風(fēng)扇3。

所述高效換熱器的熱流體設(shè)于內(nèi)管與外管之間的環(huán)形流道時(shí)，內(nèi)管為冷卻空氣與噴淋水流道，內(nèi)管中心設(shè)置旋流場(chǎng)裝置，必要時(shí)內(nèi)管壁面可同時(shí)設(shè)置旋流場(chǎng)裝置。所述高效換熱器的熱流體設(shè)于內(nèi)管時(shí)，內(nèi)管與外管之間的環(huán)形流道為冷卻空氣與噴淋水流道，內(nèi)管中心設(shè)置旋流場(chǎng)裝置，必要時(shí)內(nèi)管壁面可同時(shí)設(shè)置旋流場(chǎng)裝置。

因換熱效率高，此類換熱器的空氣流道可以采用較大截面積，在相同風(fēng)機(jī)功耗條件下，風(fēng)速更高，體積更小。經(jīng)過合理設(shè)計(jì)，可取代傳統(tǒng)閉式冷卻塔與開式冷卻塔，且逼近度更小。

為方便清洗換熱管，可設(shè)置清洗管路，或?qū)Q熱管設(shè)為快速接口。

進(jìn)一步，所述的噴淋水裝置上設(shè)有根據(jù)被冷卻介質(zhì)所需出口溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)噴淋水量的控制裝置。

所述自動(dòng)調(diào)節(jié)噴淋水量的裝置，在過渡季節(jié)可實(shí)現(xiàn)更多或全部利用空氣顯熱冷卻。由于減少了冷卻水的蒸發(fā)量，有利于抑制霧霾現(xiàn)象的產(chǎn)生。所述自動(dòng)調(diào)節(jié)噴淋水量的裝置，其實(shí)施方法根據(jù)噴淋水的形式不同，可設(shè)為恒壓減流（噴淋壓力不變，通過減少噴淋頭數(shù)量減少噴淋流量），或減壓減流（通過降低噴淋壓力，減少噴淋流量）。

如圖13所示，進(jìn)一步，所述空冷器的冷卻空氣出口端設(shè)有旋流除霧器，所述旋流除霧器由分離管2與設(shè)于分離管2中心的旋流擾流器3組成，所述分離管2壁面設(shè)有用于水滴排出的條縫型分離口7，所述條縫型分離口7與設(shè)有氣封的排水管相連，所述排水管必要時(shí)設(shè)有氣封，排出水滴可排放或重復(fù)利用。

通常，只要合理控制噴淋水量，在旋力離心力作用下，即使風(fēng)速再高也可實(shí)現(xiàn)水的完全蒸發(fā)。設(shè)置旋流除霧器，用于增加工藝冗余。

以上所述僅為本發(fā)明的舉例說明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，在不脫離本發(fā)明的原理和精神的情況下凡依本發(fā)明申請(qǐng)專利范圍所做的均等變化、修改、替換和變型，皆應(yīng)屬本發(fā)明的涵蓋范圍。