换热管、换热器管芯、换热器及制造方法
技术领域
本发明涉及炼油、化工等行业余热回收领域，具体地，涉及一种提高换热效率改进的换热管、换热器管芯、换热器及制造方法。
背景技术
逆流螺旋缠绕管换热器的换热效率较高，广泛应用于各个领域。但是，以酸性高温烟气与低温介质换热的实际应用为例，酸性高温烟气走壳程，低温介质走管程，在烟气出口处附近，高温的烟气经换热后温度降低，对应位置的管内为刚流入换热器的低温介质，导致烟气出口处换热管壁温较低。因酸性高温烟气含有酸性腐蚀性气体组分，如二氧化硫，当温度低到其酸露点腐蚀温度以下时，即会对金属换热管造成腐蚀，导致部分换热管腐蚀穿孔而泄漏，影响换热器的换热效果和使用寿命，但是如果将排烟温度提高避开露点腐蚀，又将会造成高温烟气余热浪费。
因此需要能解决上述问题、换热效率高的换热管、换热器管芯及换热器。
发明内容
本发明的目的是提供至少部分解决上述问题的换热管、换热器管芯及换热器。
根据本发明的一个方面，提供一种换热管，包括：第一中空管和第二中空管，第一中空管包括敞开的第一端和第二端，第二中空管包括敞开的端部和封闭的端部，第一中空管内置在第二中空管中，在第一中空管外壁和第二中空管内壁之间形成有间隙，并且第一中空管的第一端伸出在第二中空管的敞开的端部之外，第一中空管的第二端与第二中空管的封闭的端部的内壁间隔开，其中，所述换热管的第二中空管的敞开的端部和第一中空管的第二端中间的部分绕一中心缠绕为螺旋状。
本发明的换热管为螺旋套管式换热管，相较于现有技术的缠绕管式换热器的换热管，换热管内的流体介质的流动行程为第一中空管的长度和第二中空管的长度之和，因此本发明的螺旋套管式换热管增大了换热面积，能够提高换热管的换热效率。而且，本发明的螺旋套管式换热管的管外壁温度相较于现有技术的缠绕管式换热器的换热管的管外壁温度更高，降低了发生露点腐蚀的可能性。
优选地，所述第一中空管和第二中空管的横截面形状均为双轴对称，彼此的双轴重叠设置，第一中空管和第二中空管的横截面的至少沿一个对称轴方向的端部的一部分彼此重叠。
第一中空管和第二中空管通过形状配合彼此浮动地保持抵接，既允许彼此之间形成稳定的间隙，又能使彼此相对轴向移动，在实际使用过程中，受热膨胀伸长时，不会彼此约束而产生应力变形。
优选地，第一中空管的横截面尺寸小于第二中空管的横截面尺寸。
优选地，第一中空管包括支撑件，支撑件从第一中空管的外壁伸出，伸出端浮动地抵接第二中空管的内壁，用于保持第一中空管和第二中空管之间的间隙。
根据本发明的换热管在第一中空管的横截面尺寸小于第二中空管的横截面尺寸的情况下，即第一中空管被包含在第二中空管中，横截面彼此不相抵触的情况下，则可以使用支撑件来保持第一中空管和第二中空管之间的稳定间隙。实际使用中，由于第一中空管和第二中空管都会单独固定，因此理论上不需要支撑件也可以保持第一中空管和第二中空管之间的稳定间隙。
优选地，支撑件为螺栓螺母组件，所述螺栓穿过第一中空管从第一中空管伸出，通过螺母保持在第一中空管上，或者支撑件为固定在第一中空管外壁表面并且从其伸出的鳍片或筋板。
优选地，至少第二中空管中的横截面包括长轴和短轴。
根据本发明另一方面，提供一种换热器管芯，包括上管板和下管板，上管板和下管板分别包括通孔；缠绕芯体，沿轴向延伸，上端固定在下管板的中心；和换热管层，一个换热管层中包括至少一根换热管，所述换热管为前面所述的换热管，每一层中的换热管以相同的螺旋半径和螺旋角以缠绕芯体作为中心缠绕设置，换热管的第一中空管的第一端穿过上管板中的通孔并且与其密封连接，换热管的第二中空管的敞开的端部穿过下管板中的通孔并且与其密封连接，换热管的下端为自由端。
根据本发明的换热器管芯由于采用了如前面所述的换热管，并且换热管的下端保持为自由端，因此能够增大换热面积，提高换热效率，同时避免换热器管芯使用中由于换热管热膨胀造成的应力变形、焊缝撕裂，还能够降低发生露点腐蚀的可能性。
优选地，相邻的换热管层中的换热管的缠绕方向相反，所述换热管的长度基本一致。
将相邻换热管层中的换热管的缠绕方向相反设置会增大换热管层之间的湍流，提高换热效率。将缠绕管式换热器中的换热管的长度设置为基本一致，能够确保换热管的压降一致，保证换热均匀性。
优选地，所述换热管的第二中空管的敞开的端部延伸并且敞开在上管板和下管板之间，第一中空管和第二中空管在上管板和下管板之间的部分为直管段。
第二中空管的敞开的端部不限于设置在下管板上，其也可以延伸并且敞开在上管板和下管板之间。第一中空管和第二中空管在上管板和下管板之间的部分为直管段便于其穿设在上管板和下管板中的对应通孔中。
优选地，所述换热管在下管板与换热管缠绕为螺旋状的部分之间依次包括直管段和过渡管段。
直管段和过渡管段的设置能够避免制造加工过程中换热管过大的变形。
优选地，换热器管芯还包括保持板，保持板固定到壳体，保持板上包括与第二中空管的横截面形状相同的换热管通孔，所述换热管在缠绕为螺旋状的部分和自由端之间依次包括过渡管段和直管段，直管段穿过保持板上的换热管通孔并且与其间隙配合。保持板与壳体之间的固定连接可以为焊接等不可拆卸连接，也可为螺栓螺母等可拆卸连接，保持板的可拆卸连接便于换热器管芯的维护，例如，便于清灰。
优选地，换热器管芯还包括保持板，保持板分别与缠绕芯体的下端和换热管的下端固定连接，保持板能在缠绕芯体的下端以及换热管的下端受热膨胀自由伸长时随其移动。
保持板的设置能够避免换热管和缠绕芯体在使用中受到流体介质的冲刷而震荡，保证换热器的正常运行。保持板在防止换热管和缠绕芯体震荡时，还能使换热管和缠绕芯体的下端保持为自由端，以避免使用中由于热膨胀产生的应力与变形。
优选地，换热管的至少第二中空管的横截面包括长轴和短轴，其长轴设置为平行于缠绕芯体的中心轴线方向。
将换热管外管的横截面长轴设置为平行于管外第二流体介质的流动方向，即平行于换热器的轴向方向，能减小第二流体介质的流动阻力及管后滞留区域，由此进一步提高换热效率。
根据本发明又一方面，提供一种换热器，包括：壳体，沿纵向延伸，包括第一流体介质进口和第一流体介质出口，第二流体介质进口和第二流体介质出口；以及设置在壳体内的根据前面所述的换热器管芯，所述换热器管芯通过上管板和下管板与壳体密封连接，其中，第一流体介质进口与第一中空管的第一端流体密封连通，第一流体介质出口与第二中空管的敞开端部流体密封连通，第一流体介质进口、第一中空管第一端、第一中空管内腔、第一中空管第二端、第一中空管和第二中空管之间的间隙、第二中空管的敞开端部和第一流体介质出口形成第一流体介质通道，第二流体介质进口和第二流体介质出口与壳体形成与第一流体介质通道密封隔离的第二流体介质通道，换热管位于下管板下方的部分伸入到第二流体介质通道中。
根据本发明的换热器由于使用前面所述的换热管及换热器管芯，因此能够增大换热面积，提高换热效率，同时避免换热器管芯及换热器使用中由于换热管热膨胀造成的应力变形、焊缝撕裂，还能够降低露点腐蚀的可能性。
优选地，第一流体介质进口设置在上管板上方的壳体上，第一流体介质出口设置在上管板和下管板之间的壳体上，所述第二流体介质出口对应于换热管的自由端设置在壳体上，第二流体介质进口设置在下管板紧下方。
优选地，所述换热器包括至少两个第一流体介质出口，第一流体介质出口均匀间隔设置在上管板和下管板之间的壳体上。
均匀间隔开设置多个第一流体介质出口能够使第一流体介质均匀快速流出换热器。
根据本发明的又一方面，提供一种换热器管芯或换热器的制造方法，所述换热器管芯或换热器包括至少一个换热管层，每个换热管层包括至少一个换热管，所述换热管包括：第一中空管和第二中空管，第一中空管包括敞开的第一端和第二端，第二中空管包括敞开的端部和封闭的端部，第一中空管内置在第二中空管中，在第一中空管外壁和第二中空管内壁之间形成有间隙，并且第一中空管的第一端伸出在第二中空管的敞开的端部之外，第一中空管的第二端与第二中空管的封闭的端部的内壁间隔开，所述制造方法包括：
a)将最里层换热管层中的换热管的第二中空管的敞开的端部穿过换热器管芯或换热器的下管板上的相应通孔并与其密封连接；将换热管的第一中空管的第二端穿入到第二中空管中并至合适的位置，以形成所需的套管；
b)将步骤a)中形成的套管的在第二中空管的敞开的端部和第一中空管的第二端中间的部分围绕缠绕芯体缠绕为螺旋状；
c)将下一层的换热管按照步骤a)形成所需套管；
d))将步骤c)中的套管的第二中空管的敞开的端部和第一中空管的第二端中间的部分围绕缠绕芯体和已经缠绕为螺旋状的换热管缠绕为螺旋状；
e)重复步骤c)-d)，直到将最后一个换热管层中的换热管布置完成；
f)将所有换热管的第一中空管的第一端穿过换热器管芯或换热器的上管板中的相应通孔并且与其密封连接。
综上所述，根据本发明的换热管、换热器管芯以及换热器通过采用螺旋缠绕式、套管式换热管，换热管的一端保持为自由端，由此能够增大换热面积，提高换热效率，同时避免换热器管芯及换热器使用中由于换热管热膨胀造成的应力变形、焊缝撕裂，还能够降低露点腐蚀的可能性。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1是根据本发明第一实施例的换热器的立体视图；
图2是图1中所示换热器的主视剖视图；
图3是图1中所示换热器的左视图；
图4是沿图2中A-A截面截取的换热器的俯视剖视图；
图5是根据本发明第二实施例的换热器的主视剖视图；
图6是用于形成根据本发明的换热器的换热管的第一实施例的套管式换热管的立体视图；
图7是图6中所示换热管的剖视图；
图8是图6中所示换热管的俯视图；
图9、图10和图11分别是用于形成根据本发明的换热器的换热管的第二到第四实施例的套管式换热管的俯视图；
图12是用于形成根据本发明的换热器的换热管的第五实施例的套管式换热管的立体视图；
图13是图12的换热管的剖视图；
图14是图12的换热管的俯视图；
图15是用于形成根据本发明的换热器的换热管的第六实施例的套管式换热管的立体视图；
图16是图15的换热管的剖视图；
图17是图15的换热管的俯视图；
图18、图19和图20分别是用于形成根据本发明的换热器的换热管的第七到第九实施例的套管式换热管的俯视图；
图21是用于根据本发明第一实施例的换热器的换热器管芯的立体视图；
图22是图21中的换热器管芯的换热管剖视示意图；
图23是用于根据本发明的第二实施例的换热器的换热器管芯的主视剖视图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。
在本发明中，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“中心”、“纵向”、“轴向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本发明及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。
图1是根据本发明第一实施例的换热器的立体视图，图中换热器总体以附图标记100标示，换热器100包括壳体101和换热器管芯102。
壳体101包括壳体主体110，和设置在壳体主体110上的第一流体介质进口111和第一流体介质出口112，以及第二流体介质入口127和第二流体介质出口126。为了清楚显示换热器100的内部，壳体主体101透明显示。
换热器管芯102设置在壳体101的壳体主体110内部，包括上管板122，下管板123，固定连接到下管板123的中心的缠绕芯体124，以及以缠绕芯体124为中心、围绕缠绕芯体124缠绕的换热管121。换热管121作为整体包括两端，即图1中显示的每一根换热管121整体的上端和下端。
图2是图1中所示换热器100的主视剖视图，图中以圆圈显示了换热管121的局部放大剖视图。从换热管121的局部放大剖视图可看出，换热管121包括第一中空管1211和第二中空管1212，第一中空管1211内置在第二中空管1212中。第一中空管1211的上端穿过上管板122中的通孔并且与其密封连接，换热管121的第二中空管1212的上端穿过下管板123中的通孔并且与其密封连接。由此可见，上管板122上的通孔形状与第一中空管1211的横截面形状相同，下管板123上的通孔形状与第二中空管1212的横截面形状相同。为了便于第一中空管1211分别穿过下管板123和上管板122，第一中空管1211在上管板122和下管板123之间的部分为直管段。
同时参考图1和图2，图中示出，第一中空管1211的上端伸出在第二中空管1212的上端之外，第一中空管1211的外壁和第二中空管1212的内壁之间形成有间隙，换热管121的中间部分绕缠绕芯体124缠绕为螺旋状。换热管121在下管板122与换热管121的缠绕为螺旋状的部分之间依次包括直管段和过渡管段，以在换热管121缠绕为螺旋状时避免换热管121的过大变形。
换热器管芯102通过上管板122和下管板123与壳体101的壳体主体110密封连接，由此第一流体介质进口111与第一中空管1211的上端流体密封连通，第一流体介质出口112与第二中空管的上端流体密封连通，第一流体介质进口111、第一中空管1211的上端、第一中空管1211的内腔、第一中空管1211的下端、第一中空管1211和第二中空管1212之间的间隙、第二中空管1212的上端和第一流体介质出口112形成第一流体介质通道，第二流体介质进口127和第二流体介质出口126与壳体主体110形成与第一流体介质通道密封隔离的第二流体介质通道，换热管121的位于下管板123下方的部分伸入到第二流体介质通道中。
由此可见，本实施例中，第一流体介质在换热管121中流经的换热管总长度为第一中空管1211的长度与第二中空管1212的长度之和，与现有技术的采用非套管式换热管的缠绕管式换热器相比较，在换热管外形长度一致的情况下，本发明的换热器100的换热管121的实际总换热管长度增加约一倍，因此换热面积增加，换热效率提高。
同时，由于换热管121的管外壁温度为第二中空管1212的管外壁温度，取决于第一中空管1211外壁和第二中空管1212内壁之间的第一流体介质的温度，而换热管121内通常通入温度较低的第一流体介质，换热管121外通常为温度较高的第二流体介质，经过换热后，在第一中空管1211外壁和第二中空管1212内壁之间的第一流体介质的温度通常高于第一中空管1211内的第一流体介质的温度，因此相较于现有技术的非套管式换热管，本发明的换热管121外壁的温度高于现有技术的非套管式换热管外壁温度，降低了发生露点腐蚀的可能性。
以第二流体介质为酸性高温烟气、第一流体介质为常温空气为例，现有技术的采用非套管式换热管的缠绕管式换热器中，第一流体介质通常从壳体上方进入、从壳体下方排出，与第二流体介质仅进行一次逆流换热，换热管入口附近的管外壁温度较低，换热管入口附近的管外第二流体介质的温度也较低，如果换热管入口附近的管外壁处的第二流体介质温度降低到露点温度以下，则换热管可能会在该处发生露点腐蚀。而根据本发明的换热器100，从第一流体介质在第一流体介质通道内的流动过程可知，第一中空管1211的内腔中的第一流体介质流动方向为由上到下，第一流体介质由第一中空管1211下端流出到第一中空管1211外壁与第二中空管1212内壁之间的间隙内时，第一流体介质的流动方向改变为由下向上，而换热管121外部的第二流体介质的流动方向为从第二流体介质进口127朝向第二流体介质出口126，即由上向下，因此，第一中空管1211的内腔中的第一流体介质与第一中空管1211外壁和第二中空管1212内壁之间的间隙内的第一流体介质之间通过第一中空管1211的管壁进行一次逆流换热，第一中空管1211外壁与第二中空管1212内壁之间的间隙内的第一流体介质与第二中空管1212外部的第二流体介质通过换热管121的外管管壁，即第二中空管1212的管壁进行二次逆流换热，因此与传统的缠绕管式换热器相比较，换热效率大大提高。
而且，传统的缠绕管式换热器中，第二流体介质出口处的第二流体介质为换热后的温度较低的烟气，且此处的第一流体介质为处于未进行充分换热的温度较低的空气，因此此处的换热管外壁温度也较低。而根据本发明的换热器100经过换热后，在第二流体介质出口126处，第二中空管1212外的第二流体介质为换热后的低温烟气，而第二中空管1212内的第一流体介质则为经过至少一次逆流换热后的高温空气，因此位于第二流体介质出口126处的换热管121的外壁温度较高，相较于传统的缠绕管式换热器，降低了在此处换热管121的外壁上发生露点腐蚀的可能性。
本实施例中，换热器管芯102还包括保持板125，保持板125固定到壳体主体110上，保持板125能避免因流体介质的冲刷而使换热管121或缠绕芯体124发生震荡而对换热造成影响。保持板125上设置有与换热管121的下端及缠绕芯体124的下端对应的通孔(图中未示出)，换热管121的下端及缠绕芯体124的下端与保持板125的通孔为间隙配合，这样当换热管121及缠绕芯体124在换热器100工作状态下受热膨胀时，换热管121及缠绕芯体124的下端能够沿壳体中心轴线方向自由伸长，避免换热管121、缠绕芯体124与下管板123以及保持板124之间的膨胀应力及变形。而且第一中空管1211仅上端与上管板122密封连接，第二中空管1212仅上端与下管板123密封连接，第一中空管1211和第二中空管1212的下端均为自由端，密封连接通常为焊接，因此该结构能够保护第一中空管1211的上端与上管板122以及第二中空管1212的上端与下管板123之间的焊缝不被撕裂，密封性好。
本实施例中，保持板125与壳体主体110的固定连接可以采用如焊接连接的不可拆卸连接，也可采用如螺栓螺母连接的可拆卸连接(图中未示出)。当采用可拆卸连接时，便于换热管的维护，例如便于换热管积灰的清除。图3是图1中所示换热器100的左视图，图4是沿图2中A-A截面截取的换热器的俯视剖视图。同时参照图1-4，图中示出，第一流体介质进口111设置在上管板122上方的壳体主体110上，第一流体介质出口112设置在上管板122和下管板123之间的壳体主体110上，从图3中可见，第一流体介质出口112对应于第一中空管1211的伸出在第二中空管1212上端之外的部分处，第二流体介质出口126对应于换热管121的自由端设置在壳体主体110上，第二流体介质进口127设置在下管板123紧下方。参照图2和图4，图中清楚示出，本实施例中，设置有两个第一流体介质出口112，用于使第一流体介质从换热器100的壳体主体110快速、均匀流出。
继续参照图2和图4，为了显示清楚，本实施例中只示意性示出分别布置在三个换热管层的每一个层中的三根换热管121，实际使用中，换热管121及换热管层的数量不受本实施例的限制，每一个换热管层中包括至少一根换热管，相同换热管层中的换热管以相同的螺旋半径和螺旋角缠绕。图中还示出，相邻的换热管层中的换热管121的缠绕方向相反。换热管的缠绕方向相反设置会增大换热管层之间的湍流，提高换热效率。通过针对每一个换热管层的换热管121设置不同的螺旋角，能够使得所有换热管层中的换热管121的长度基本一致，从而保证第一流体介质在换热管121内流经的行程长度相同，压降相同。
本实施例中，保持板125也可以不固定到壳体主体110上，与壳体主体110间隙配合，与缠绕芯体124的下端及换热管121的自由端固定连接，在换热管121受热沿轴向发生膨胀时，保持板125随换热管121及缠绕芯体124的下端受热膨胀沿轴向自由伸长而移动。本实施例中，第一流体介质出口112设置为两个，但本发明不限于此，可以是均匀间隔布置的多个第一流体介质出口。本实施例中，第二流体介质入口127设置在下管板123的紧下方，第二流体介质出口126设置在壳体下方，与换热管121形成二次逆流换热，但本发明不限于此，第二流体介质入口127和第二流体介质出口126的位置互换也是可行的，在本发明的保护范围内。本实施例中，第一中空管1211的上端中止在上管板122中，第二中空管1212的上端中止在下管板123中，但本发明不限于此，第一中空管1211的上端可延伸在上管板122上方，第二中空管1212的上端可延伸并且敞开在上管板122和下管板123之间。
根据本发明该实施例的套管式螺旋缠绕换热器100中，由于第一中空管1211的上端和第二中空管1212的上端需要分别与上管板122和下管板123密封连接，因此实际制造过程中，首先进行最里层的换热管121的工序，将最里层的换热管121的第二中空管1212的上端穿过下管板123上的相应通孔并与其焊接密封，接着将换热管121的第一中空管1211的下端穿入到第二中空管1212中至合适的位置，以形成所需的套管；然后将所述套管的在第二中空管1212的上端和第一中空管1211的下端中间的部分围绕缠绕芯体124缠绕为螺旋状；然后按照与最内层换热管121相同的步骤形成套管，将套管的在第二中空管的敞开的端部和第一中空管的第二端中间的部分围绕缠绕芯体缠绕为螺旋状；接着重复上述步骤，直到最后一个换热管层中的换热管121布置完成；最后，将所有换热管121的第一中空管1211的上端穿过上管板122的相应通孔并与其焊接密封。
考虑到根据本发明的换热器采用的套管式螺旋缠绕换热管在进行螺旋缠绕时的加工难易程度，可以在靠近缠绕芯体的换热管层中采用横截面都是圆形的套管式换热管，也可以采用普通的螺旋缠绕换热管，以减小加工阻力。
图5是根据本发明第二实施例的换热器的主视剖视图。换热器总体以附图标记200标示。
该第二实施例与第一实施例的区别仅在于，第二实施例中不包括保持板，换热管221下端及缠绕管芯224下端保持为自由端。在本实施例的情况下，壳体主体210的下端可以设置成可拆卸，以便于换热管的维护，例如清除积灰。
图5中虽然显示为换热管221在中间螺旋状部分和自由端之间包括过渡管段和直管段，但是由于不包括保持板，因此也可以不包括直管段。
下面参照图6-19描述形成用于本发明的换热器的换热管的套管式换热管的实施例。为了显示清楚，图6-19中所示的套管式换热管为直换热管，通过将其围绕缠绕芯体缠绕形成用于本发明的换热器的换热管。
图6是用于形成根据本发明的换热器的换热管的第一实施例的套管式换热管的立体视图。图7是图6中所示换热管的剖视图。换热管总体以321标示，换热管321包括第一中空管3211和第二中空管3212，第一中空管3211包括敞开的第一端和第二端，第二中空管3212包括敞开的端部和封闭的端部，第一中空管3211内置在第二中空管3212中，在第一中空管3211的外壁和第二中空管3212的内壁之间形成有间隙，并且第一中空管3211的第一端伸出在第二中空管3212的敞开的端部之外，第一中空管3211的第二端与第二中空管3212的封闭的端部的内壁间隔开。
图8是图6中所示换热管321的俯视图。图8中示出，第一中空管3211具有圆形横截面，第二中空管3212具有椭圆形横截面，第一中空管3211的外径与第二中空管3212的椭圆形横截面的短轴内径相等，即，第一中空管3211的横截面的沿短轴方向的外端部与第二中空管3212的横截面的沿短轴方向的内端部重叠，由此通过形状配合，将第一中空管3211保持在第二中空管3212中，并且在第一中空管3211的外壁与第二中空管3212的内壁之间形成稳定的间隙，但是该配合还允许第一中空管3211和第二中空管3212之间相对于彼此沿轴向滑动，在实际使用过程中，受热膨胀时，不会彼此制约产生膨胀应力。
图9-11是用于形成根据本发明的换热器的换热管的第二到第四实施例的套管式换热管的俯视图。图9-11所示的实施例是图6-8中所示实施例的变形形式。图中所示的换热管421，421’，421”分别包括第一中空管4211，4211’，4211”和第二中空管4212，4212’，4212”，第一中空管4211，4211’，4211”和第二中空管4212，4212’，4212”的横截面均为二轴对称形状，即具有两个对称轴，第一中空管4211，4211’，4211”的外横截面的沿长轴方向的端部与第二中空4212，4212’，4212”的内横截面的沿长轴方向的端部的一部分重合，由此通过形状配合，第一中空管4211，4211’，4211”保持在第二中空管4212，4212’，4212”中，并且在第一中空管4211，4211’，4211”的外壁与第二中空管4212，4212’，4212”的内壁之间形成稳定的间隙。横截面的形状配合不局限于仅在横截面的双对称轴之一的端部，如图11所示的换热管421”，其第一中空管4211”的横截面为中间鼓起的哑铃形，第二中空管4212’的横截面为矩形，第一中空管4211’的外横截面不仅在沿长轴方向的端部与第二中空4212’的内横截面的沿长轴方向的端部的一部分重合，且二者在长侧边也有部分重合。同样，图9-11中所示的形状配合还允许第一中空管4211，4211’，4211”和第二中空管4212，4212’，4212”之间相对于彼此沿轴向滑动，在实际使用过程中，受热膨胀时，不会彼此制约产生膨胀应力及变形。
换热管421，421’和421”的其他结构均与图6-8中所示的换热管321的相同，这里不再详细描述。
图12是用于形成根据本发明的换热器的换热管的第五实施例的套管式换热管的立体视图。图13是图12的换热管的剖视图。换热管总体以521标示，换热管521包括第一中空管5211和第二中空管5212，第一中空管5211包括敞开的第一端和第二端，第二中空管5212包括敞开的端部和封闭的端部，第一中空管5211内置在第二中空管5212中，在第一中空管5211的外壁和第二中空管5212的内壁之间形成有间隙，并且第一中空管5211的第一端伸出在第二中空管5212的敞开的端部之外，第一中空管5211的第二端与第二中空管5212的封闭的端部的内壁间隔开。
图14是图12中所示换热管521的俯视图。图14中示出，第一中空管5211和第二中空管5212均具有圆形横截面，第一中空管5211的外径小于第二中空管5212的内径，在第一中空管5211的外壁上形成有作为支撑件的螺旋状的鳍片5213，通过鳍片5213将第一中空管5211的外壁与第二中空管5212的内壁之间形成稳定的间隙。而且，螺旋状的鳍片5213浮动地抵接第二中空管5212的内壁，允许第一中空管5211和第二中空管5212之间相对于彼此滑动，在实际使用过程中，受热膨胀时，不会彼此制约产生膨胀应力。本实施例中，第一流体介质在第一中空管5211的外壁与第二中空管5212的内壁之间的间隙中沿鳍片的螺旋方向流动，螺旋状的鳍片5213能够增强扰动，进一步提高换热效果。
图15是用于形成根据本发明的换热器的换热管的第六实施例的套管式换热管的立体视图。图16是图15的换热管的剖视图。换热管总体以621标示，换热管621包括第一中空管6211和第二中空管6212，第一中空管6211包括敞开的第一端和第二端，第二中空管6212包括敞开的端部和封闭的端部，第一中空管6211内置在第二中空管6212中，在第一中空管6211的外壁和第二中空管6212的内壁之间形成有间隙，并且第一中空管6211的第一端伸出在第二中空管6212的敞开的端部之外，第一中空管6211的第二端与第二中空管6212的封闭的端部的内壁间隔开。
图17是图15中所示换热管621的俯视图。图17中示出，第一中空管6211具有矩形横截面，第二中空管6212具有椭圆形横截面，第一中空管6211的长轴和短轴尺寸均小于第二中空管6212的长轴和短轴尺寸，在第一中空管6211的外壁上形成有作为支撑件的筋板6213，该筋板6213在换热管的轴向方向不连续，即为离散分段的形式，这样筋板6213能将第一中空管6211的外壁与第二中空管6212的内壁之间形成稳定的间隙，同时能在换热管621螺旋缠绕时不会对螺旋缠绕形成较大的阻力。而且，筋板6213浮动地抵接第二中空管6212的内壁，允许第一中空管6211和第二中空管6212之间相对于彼此沿轴向滑动，在实际使用过程中，受热膨胀时，不会彼此制约产生膨胀应力。
理论上，图12-14中的螺旋状的鳍片5213和图15-17中的筋板6213也可形成在第二中空管5212或第二中空管6212的内壁上。
图18-20是用于形成根据本发明的换热器的换热管的第七到第九实施例的套管式换热管的俯视图。图18-20所示的实施例是图12-17中所示实施例的变形形式。图中所示的换热管721，721’，721”包括第一中空管7211，7211’，7211”和第二中空管7212，7212’，7212”，第一中空管7211，7211’，7211”和第二中空管7212，7212’，7212”的横截面均具有长轴和短轴，两个对称轴重叠设置，且第一中空管7211，7211’，7211”的横截面的长轴和短轴尺寸均小于第二中空管7212，7212’，7212”的横截面的长轴和短轴尺寸。在第一中空管7211，7211’，7211”和第二中空管7212，7212’，7212”之间的支撑件7213，7213’，7213”为螺栓螺母组件，螺栓穿过第一中空管7211，7211’，7211”从第一中空管7211，7211’，7211”伸出，通过螺母保持在第一中空管7211，7211’，7211”上。而且，螺栓螺母组件7213，7213’，7213”的螺栓头浮动地抵接第二中空管7212，7212’，7212”的内壁，允许第一中空管7211，7211’，7211”和第二中空管7212，7212’，7212”之间相对于彼此滑动，在实际使用过程中，受热膨胀时，不会彼此制约产生膨胀应力。
由此可见，适用于根据本发明的换热器的换热管的支撑件不仅要起到保持间隙和流体介质流动空间的作用，还要能随着换热管的缠绕而螺旋分布，不对换热管的缠绕产生过大的阻力。
返回参照图1-5，由于在换热器100或200中，换热管121或221的第一中空管1211、2211的上端密封连接到上管板122或222，第二中空管1212、2212的上端密封连接到下管板123或223，上管板122或222以及下管板123或223分别固定连接到壳体主体110或210内壁，因此理论上第一中空管1211、2211和第二中空管1212、2212的相对位置保持固定的，图12-20中所示的换热管实施例中的支撑件也可以省略。
图21是用于根据本发明的第一实施例的换热器100的分开的换热器管芯102的立体视图。图22是图21中的换热器管芯102的换热管剖视示意图。图中为了清楚，仅显示了一根换热管作为示例。同时参考图21和图22，图中可以清楚地看出，换热器管芯102包括上管板122、下管板123、连接到下管板123的中心的缠绕芯体124和缠绕为螺旋状的换热管121，换热器管芯102还包括保持板125，换热管121和缠绕芯体124的下端穿过保持板125，保持板125用于在实际使用中防止换热管121和缠绕芯体124受到流体介质冲刷而晃动。
图中还可以看到，换热管121包括第一中空管1211以及第二中空管1212，第一中空管1211的上端伸出在第二中空管1212之外，并且密封连接到上管板122，第二中空管1212的上端密封连接到下管板123，第一中空管1211的下端与第二中空管1212的下端内壁之间间隔开，以防止第一中空管1211的下端由于在实际工作中沿轴向受热膨胀后与第二中空管1212的下端内壁相抵触。
同时参照图2和图21，在使用图6-20中所示的至少第二中空管的横截面具有长轴和短轴的换热管缠绕为根据本发明的具有螺旋状部分的换热管时，通常将换热管的横截面长轴设置为平行于第二流体介质的流动方向，即平行于换热器的轴向方向，以减小第二流体介质的流动阻力及管后滞留区域，由此提高换热效率。
图23是用于根据本发明的第二实施例的换热器的换热器管芯的主视剖视图。用于第二实施例的换热器管芯202与用于第一实施例换热器管芯102的区别仅在于，第二实施例中的换热器管芯202不包括保持板，换热管221下端及缠绕管芯224下端保持为自由端。图22中虽然显示为换热管221在中间螺旋状部分和自由端之间包括过渡管段和直管段，但是由于不包括保持板，也可以不包括直管段。
以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。
