本发明涉及空气处理设备技术领域，尤其涉及一种空气冷却器。
背景技术：
换热器是一种在不同温度的两种或两种以上流体间实现物料之间热量传递的节能设备，是使热量由温度较高的流体传递给温度较低的流体，使流体温度达到流程规定的指标，以满足工艺条件的需要，同时也是提高能源利用率的主要设备之一。空气冷却器是利用低温水冷却高温空气的换热器。传统的空气冷却器采用的是外翅片式换热器，空气走翅片侧即壳程，低温水走换热管内侧即管程，管内的低温水通过管壁和翅片与管外的高温空气进行换热，而且为了增加换热效率，壳程通常会增设折流板，以便增加壳程空气的换热效率，但是会导致壳程内压缩空气的压降增大，流动死区多，换热效率差等问题。
技术实现要素：
本发明针对上述问题，提出了一种空气冷却器，能够减少流体阻力，降低压缩空气的压降，减少流动死区，增加换热效果。
本发明采取的技术方案如下：本发明提供一种空气冷却器，包括冷却筒体和冷却机构。冷却筒体具有空腔、进气口以及出气口，所述进气口和所述出气口均与所述空腔连通。冷却机构包括第一安装板、第二安装板以及一个或者更多个内翅片换热管，所述第一安装板和所述第二安装板之间相互有间隔地安装于所述冷却筒体内，并将所述进气口和所述出气口之间的所述空腔依次分隔成相互独立的第一腔室、第二腔室以及第三腔室，所述冷却筒体的相对应于所述第二腔室的位置设有进水口和出水口，所有的内翅片换热管两端分别安装于所述第一安装板上和所述第二安装板上，所述内翅片换热管包括外管以及嵌设于所述外管内的内翅片管，所述外管为横截面为圆形的管道，所述内翅片管为横截面为波纹形状的管道，所述内翅片管内部中空形成第一流体通道，所述内翅片管和所述外管之间形成有第二流体通道，所述第一流体通道连通所述第一腔室和所述第三腔室，所述第二流体通道连通所述第二腔室。
于本发明一实施例中，所述内翅片管包括波峰和波谷，所述波峰朝所述外管方向凸起，并抵在所述外管的内壁上，所述波谷朝所述内翅片管内部方向凸起。所述波峰和所述波谷为圆弧形或者平板形。
于本发明一实施例中，所述波谷的宽度d3大于所述波峰的宽度d4。
于本发明一实施例中，所述波峰与所述波谷之间的距离d5为所述内翅片管半径r1的0.6-0.8倍。所述波峰和波谷的数量相等，均为14～18个。
于本发明一实施例中，所述内翅片换热管的数量为多个，所有的内翅片管相互平行，且所有的内翅片管形成的横截面为正多边形。
于本发明一实施例中，相邻两个内翅片换热管的圆心距d1为所述内翅片换热管的直径d2的1.3～1.4倍。
于本发明一实施例中，所述出水口靠近所述进气口，所述进水口靠近所述出气口。
于本发明一实施例中，所述冷却筒体内的进气口处设有风扇。
于本发明一实施例中，所述冷却筒体的内壁上相对应于所述第二腔室的位置设有一个或者更多个折流板。
于本发明一实施例中，所述内翅片管与所述外管胀接。
本发明的有益效果是：本发明提供的空气冷却器，冷却压缩空气时，高温空气从进气口进入第一腔室内，低温水从进水口进入第二腔室内，由于内翅片管内第一流体通道与第一腔室连通，第一腔室内的高温空气进入到第一流体通道(即内翅片换热管的管程)内，外管和内翅片管之间形成的第二流体通道与第二腔室连通，低温水进入到第二流体通道(即内翅片换热管的壳程)内，整个冷却机构沉浸在低温水里无死角，管程内的高温空气与壳程内的低温水接触，能够实现高温空气和低温水之间的热量交换。此外，内翅片管的横截面为波纹形状，能够增加内翅片管的接触面积，使得高温空气与低温水充分接触，能够有效地实现高温空气的降温，而且不需要在内翅片管的内壁上设置折流板，可以避免管程内压缩空气的压降增加，流动死区多等问题。
附图说明
图1是本发明一实施例的空气冷却器的结构示意图；
图2是本发明一实施例的空气冷却器的横截面图；
图3是图2中a处的局部放大图；
图4是本发明一实施例的内翅片换热管的横截面图。
图中各附图标记为：1、冷却筒体；2、冷却机构；3、风扇；11、空腔；12、进气口；13、出气口；14、进水口；15、出水口；16、导流面；17、折流板；21、第一安装板；22、第二安装板；23、内翅片换热管；231、外管；232、内翅片管；233、第一流体通道；234、第二流体通道；232a、波峰；232b、波谷；111、第一腔室；112、第二腔室；113、第三腔室；d1为相邻两个内翅片换热管的圆心距；d2为内翅片换热管的直径；d3为波谷的宽度；d4为波峰的宽度；d5为波峰与波谷之间的距离；r1为内翅片管的半径；箭头为空气流动方向。
具体实施方式
下面结合各附图，通过具体实施例，对本发明进行详细、完整的描述。
请参考图1-4所示，本发明提供一种空气冷却器，包括冷却筒体1和冷却机构2。冷却筒体1具有空腔11、进气口12以及出气口13，进气口12和出气口13均与空腔11连通。冷却机构2包括第一安装板21、第二安装板22以及一个或者更多个内翅片换热管23，第一安装板21和第二安装板22之间相互有间隔地安装于冷却筒体1内，并将进气口12和出气口13之间的空腔11依次分隔成相互独立的第一腔室111、第二腔室112以及第三腔室113，冷却筒体1的相对应于第二腔室112的位置设有进水口14和出水口15，所有的内翅片换热管23两端分别安装于第一安装板21上和第二安装板22上，内翅片换热管23包括外管231以及嵌设于外管231内的内翅片管232，外管231为横截面为圆形的管道，内翅片管232为横截面为波纹形状的管道，内翅片管232内部中空形成第一流体通道233，内翅片管232和外管231之间形成有第二流体通道234，第一流体通道233连通第一腔室111和第三腔室113，第二流体通道234连通第二腔室112。
冷却压缩空气时，高温空气从进气口12进入第一腔室111内，低温水从进水口14进入第二腔室112内，由于内翅片管232内第一流体通道233与第一腔室111连通，第一腔室111内的高温空气进入到第一流体通道233(即内翅片换热管23的管程)内，外管231和内翅片管232之间形成的第二流体通道234与第二腔室112连通，低温水进入到第二流体通道234(即内翅片换热管23的壳程)内，整个冷却机构2沉浸在低温水里无死角，管程内的高温空气与壳程内的低温水接触，能够实现高温空气和低温水之间的热量交换。此外，内翅片管232的横截面为波纹形状，能够增加内翅片管232的接触面积，使得高温空气与低温水充分接触，能够有效地实现高温空气的降温，而且不需要在内翅片管232的内壁上设置折流板17，可以避免管程内压缩空气的压降增加，流动死区多等问题。
其中，外管231上设置有过水孔，以使第二腔室112内的低温水能够进入到第二流体通道234内，并能使第二腔室112内和第二流体通道234内的低温水及时流动交换。内翅片管232贯穿设置于第一安装板21和第二安装板22，以使第一腔体、第一流体通道233和第三腔体形成连通的结构。
内翅片管232包括波峰232a和波谷232b，波峰232a朝外管231方向凸起，并抵在外管231的内壁上，波谷232b朝内翅片管232内部方向凸起。波峰232a和波谷232b为圆弧形或者平板形。
波谷232b的宽度d3大于波峰232a的宽度d4。使得每个波峰232a之间的间隙较小，能够容纳较少量的高温空气，而每个波谷232b内的间隙较大，能够容纳较多量的低温水，使得低温水能够有效地实现与高温空气的热交换。
波峰232a与波谷232b之间的距离d5为内翅片管232半径r1的0.6-0.8倍。能够保证内翅片管232的结构强度，且能够使内翅片管232的换热面积相对较大。
波峰232a和波谷232b的数量相等，均为14～18个。波峰232a小于14个，波峰232a的数量过少，内翅片管232的换热面积小，影响换热效率；波峰232a大于18个，波峰232a的数量过多，会导致波谷232b内的间隙小，影响热交换效果。
内翅片换热管23的数量为多个，所有的内翅片管232相互平行，且所有的内翅片管232形成的横截面为正多边形。具体地，冷却机构2上的内翅片换热管23的排列为正三角形排列、正四边形、正五边形、正六边形等正多边形(所有的内翅片管232形成的横截面为正多边形)的结构。冷却机构2的每个侧边均能够与冷却筒体1的内壁留有适当的距离，以使第一腔室111内能够充满足够用于冷却的低温水，且保证冷却机构2各处的内翅片换热管23换热均匀。
相邻两个内翅片换热管23的圆心距d1为内翅片换热管23的直径d2的1.3～1.4倍。当d1/d2小于1.3时，相邻两个内翅片换热管23之间的间距过小(内翅片换热管23排布过密)，虽然节约了空间，但是换热效果差；当d1/d2大于1.4时，相邻两个内翅片换热管23之间的间距过大(内翅片换热管23排布过疏)，虽然保证了换热效果，但是占用空间大；当d1/d2大于1.3且小于1.4时，相邻两个内翅片换热管23之间的间距适宜，既能保证换热效果，占用空间相对合理。
出水口15靠近进气口12，进水口14靠近出气口13，即高温空气和低温水的流向不同(即逆流)，进水口14处的低温水未经换热，其温度相对于出水口15处的水温度要低，而出气口13处的空气进换热后，其温度相对于进气口12处的高温空气温度要低。相同的冷却机构2，相对于高温空气和低温水的流向相同(即并流)，逆流所需的换热面积小。
此外，进水口14位于冷却筒体1的下侧，出水口15位于冷却筒体1的上侧，只有在第二腔体被充满后水才能从出水口15流出，出水稳定，且能使低温水能够充满第二腔体，保证第二腔体内的水能够进入到内翅片换热管23的壳程中与高温空气充分接触。
冷却筒体1内的进气口12处设有风扇3。风扇3可以将第一腔室111内的压缩空气均压扩散，让空气不集中，可以减少流动死区，使空气气流均匀分布于每根内翅片换热管23的第一流体通道233内。风扇3具有24个叶片，每个叶片同向倾斜，且每个叶片的倾斜角度为35°，风扇3的送风效果优异。但不限于此，风扇3的叶片数量也可以根据冷却筒的尺寸进行调整，本发明实施例对此不作具体限定。
冷却筒体1内的进气口12处和出气口13处设有导流面16。进气口12处的导流面16可以将进入的压缩空气导向冷却机构2的内翅片管232内；出气口13处的导流面16可以将冷却处理后的压缩空气导至出气口13处排出。导流面16可以是弧形导流面16，进气口12处和冷却筒体1之间、出气口13处和冷却筒体1之间顺滑过渡。
进气口12和出气口13在水平轴线上彼此左右相对设置或在竖直轴线上彼此上下相对设置；所有的内翅片换热管23平行于进气口12和出气口13之间的轴线。压缩空气从相互正对的进气口12和出气口13进出，且压缩空气在冷却机构2内直线前进，不会产生压降，不存在流动死区，而且空气的流程短，处理效率高。
冷却筒体1的内壁上相对应于第二腔室112的位置设有一个或者更多个折流板17。冷却筒体1的内壁的折流板17对低温水起到阻挡作用，增加低温水的换热效率。
内翅片管232与外管231胀接。内翅片管232未插入外管231内时，内翅片管232的外径略小于外管231的内径，使得内翅片管232能够顺利插入外管231内。胀接时，将胀管器插入内翅片管232的波峰232a中，使内翅片管232的波峰232a发生塑性变形，直至完全贴合在外管231的内壁上，外管231的内壁相对于内翅片管232波峰232a的位置同时发生弹性变形，然后取出胀管器。由于内翅片管232的波峰232a发生的是塑性变形，扩大后的管径不能缩小，而外管231的内壁仍然处在弹性变形状态，发生弹性恢复(复原)而使孔径变小，外管231和内翅片管232间就产生一定的挤紧压力，紧密地贴在一起，达到密封紧固连接的目的。此外，冷却空气时，内翅片管232内部的高温空气温度较高，外部的低温水温度较低，根据热胀冷缩的原理，能够使得内翅片管232能够稳定且紧密地胀接于外管231内。
具体地，内翅片管232可以为铝合金管，铝合金的导热性能好，延展性好，外管231可以为不锈钢管，结构强度高。
内翅片管232胀接于外管231内后，内翅片管232的外径略大于外管231的内径，一般为0.1-0.3mm，使得内翅片管232的波峰232a能够紧密地涨紧贴在外管231的内壁上。当内翅片管232的外径与外管231的内径之间的差值小于0.1mm时，胀紧结构可能会存在不稳定的问题，内翅片管232可能会与外管231之间发生移位；当内翅片管232的外径与外管231的内径之间的差值小于0.3mm时，内翅片管232的波峰232a处容易变形，且胀接时可能会出现超出外管231内壁的弹性变形范围导致胀接结构失效的问题。
实施例1
空气冷却器包括冷却筒体和冷却机构。冷却筒体具有空腔、进气口以及出气口，进气口和出气口均与空腔连通。冷却筒体内的进气口处设有风扇。冷却机构包括第一安装板、第二安装板以及一个或者更多个内翅片换热管，第一安装板和第二安装板之间相互有间隔地安装于冷却筒体内，并将进气口和出气口之间的空腔依次分隔成相互独立的第一腔室、第二腔室以及第三腔室。冷却筒体的内壁上相对应于第二腔室的位置设有折流板。冷却筒体的相对应于第二腔室的位置设有进水口和出水口，所有的内翅片换热管两端分别安装于第一安装板上和第二安装板上，内翅片换热管包括外管以及嵌设于外管内的内翅片管，外管为横截面为圆形的管道，内翅片管为横截面为波纹形状的管道。内翅片管包括波峰和波谷，波峰朝外管方向凸起，并抵在外管的内壁上，波谷朝内翅片管内部方向凸起。内翅片管内部中空形成第一流体通道，内翅片管和外管之间形成有第二流体通道，第一流体通道连通第一腔室和第三腔室，第二流体通道连通第二腔室。
其中，内翅片换热管的数量为1035个，1035个内翅片换热管排列成正六边形，相邻两个内翅片换热管的圆心距d1为内翅片换热管的直径d2的1.3倍。内翅片管的材质为铝合金，外管的材质为不锈钢，内翅片管胀接于外管内，内翅片管的外径为21.2mm，外管的内径为21mm，波峰和波谷均为圆弧形，波谷的宽度d3为波峰的宽度d4的两倍，波峰和波谷的数量为16个，波峰与波谷之间的距离d5为内翅片管半径r1的0.75倍。
实施例2
本实施例与实施例1的不同之处在于，波峰和波谷的数量为14个。
实施例3
本实施例与实施例1的不同之处在于，波峰和波谷的数量为12个。
实施例4
本实施例与实施例1的不同之处在于，波峰和波谷的数量为18个。
实施例5
本实施例与实施例1的不同之处在于，波峰和波谷的数量为20个。
表1不同波峰数量对换热效果的影响
由表1可知，当波峰数量小于14个时，出气温度低，但是单位时间的压缩空气冷却量也低；当波峰数量大于18个时，单位时间的压缩空气冷却量高，但是出气温度也高；当波峰数量大于14个，且小于18个时，出气温度低，且能够保证单位时间的压缩空气冷却量。
实施例6
本实施例与实施例1的不同之处在于，相邻两个内翅片换热管的圆心距d1为内翅片换热管的直径d2的1.2倍。
实施例7
本实施例与实施例1的不同之处在于，相邻两个内翅片换热管的圆心距d1为内翅片换热管的直径d2的1.4倍。
实施例8
本实施例与实施例1的不同之处在于，相邻两个内翅片换热管的圆心距d1为内翅片换热管的直径d2的1.5倍。
表2相邻的内翅片换热管的间距对换热效果的影响
由表2可知，当d1/d2小于1.3，单位空间内可以排布相对较多的内翅片换热管，单位时间的压缩空气冷却量较高，但是换热效果差；当d1/d2大于1.4，单位空间内可以排布相对较少的内翅片换热管，换热效果好，但是单位时间的压缩空气冷却量低；当d1/d2大于1.3且小于1.4时，换热效果好，且能够保证单位时间的压缩空气冷却量。
实施例9
本实施例与实施例1的不同之处在于，本实施例中的内翅片管的材质为30408不锈钢。
表3内翅片管的材质对换热效果的影响
由表三可知，不锈钢和铝材质的内翅片管对换热效果的影响不大。但是，铝的延展性更好，更有利于内管和外管之间的胀接。
实施例10
本实施例与实施例1的不同之处在于，波峰与波谷之间的距离d5为内翅片管半径r1的0.6倍。
实施例11
本实施例与实施例1的不同之处在于，波峰与波谷之间的距离d5为内翅片管半径r1的0.8倍。
实施例12
本实施例与实施例1的不同之处在于，波峰与波谷之间的距离d5为内翅片管半径r1的0.5倍。
实施例13
本实施例与实施例1的不同之处在于，波峰与波谷之间的距离d5为内翅片管半径r1的0.9倍。
表4波峰波谷的间距对换热效果的影响
由表4可知，波峰与波谷之间的距离与内翅片管半径的比值d5/r1小于0.6时，换热效果差；而波峰与波谷之间的距离与内翅片管半径的比值d5/r1大于0.6时，具有较好的换热效果。但是，在实际使用时，由于波峰与波谷之间的距离与内翅片管半径的比值d5/r1大于0.8时，内翅片管容易发生损坏。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此即限制本发明的专利保护范围，凡是运用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的保护范围内。
1.一种空气冷却器，其特征在于，包括：
冷却筒体，具有空腔、进气口以及出气口，所述进气口和所述出气口均与所述空腔连通；
冷却机构，包括第一安装板、第二安装板以及一个或者更多个内翅片换热管，所述第一安装板和所述第二安装板之间相互有间隔地安装于所述冷却筒体内，并将所述进气口和所述出气口之间的所述空腔依次分隔成相互独立的第一腔室、第二腔室以及第三腔室，所述冷却筒体的相对应于所述第二腔室的位置设有进水口和出水口，所有的内翅片换热管两端分别安装于所述第一安装板上和所述第二安装板上，所述内翅片换热管包括外管以及嵌设于所述外管内的内翅片管，所述外管为横截面为圆形的管道，所述内翅片管为横截面为波纹形状的管道，所述内翅片管内部中空形成第一流体通道，所述内翅片管和所述外管之间形成有第二流体通道，所述第一流体通道连通所述第一腔室和所述第三腔室，所述第二流体通道连通所述第二腔室。
2.如权利要求1所述的空气冷却器，其特征在于，所述内翅片管包括波峰和波谷，所述波峰朝所述外管方向凸起，并抵在所述外管的内壁上，所述波谷朝所述内翅片管内部方向凸起；
所述波峰和所述波谷为圆弧形或者平板形。
3.如权利要求2所述的空气冷却器，其特征在于，所述波谷的宽度d3大于所述波峰的宽度d4；
所述波峰和波谷的数量相等，均为14～18个。
4.如权利要求2或3所述的空气冷却器，其特征在于，所述波峰与所述波谷之间的距离d5为所述内翅片管半径r1的0.6-0.8倍。
5.如权利要求1所述的空气冷却器，其特征在于，所述内翅片换热管的数量为多个，所有的内翅片管相互平行，且所有的内翅片管形成的横截面为正多边形。
6.如权利要求5所述的空气冷却器，其特征在于，相邻两个内翅片换热管的圆心距d1为所述内翅片换热管的直径d2的1.3～1.4倍。
7.如权利要求1所述的空气冷却器，其特征在于，所述出水口靠近所述进气口，所述进水口靠近所述出气口。
8.如权利要求1所述的空气冷却器，其特征在于，所述冷却筒体内的进气口处设有风扇。
9.如权利要求1所述的空气冷却器，其特征在于，所述冷却筒体的内壁上相对应于所述第二腔室的位置设有一个或者更多个折流板。
10.如权利要求1所述的空气冷却器，其特征在于，所述内翅片管与所述外管胀接。
技术总结