CN101498532A - 一种中央空调用蒸发管 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种中央空调用蒸发管，包括翅片部、位于翅片部两端的光杆部，所述翅片部上设置有单螺旋翅片，所述翅片上开设将所述翅片分隔为独立翅片的二次槽，所述翅片之间夹设有蒸发腔。本发明增加蒸发管的换热面积，还促使气泡的迅速生成、分离，加速蒸发管与制冷剂之间的换热过程。本发明适用于R22与R134a制冷剂，尤其适于环保冷媒R134a，应用前景较好。

Description

一种中央空调用蒸发管

技术领域

本发明涉及一种金属传热管，具体是一种中央空调用蒸发管，适用于R22与R134a制冷剂，尤其适用于环保冷媒R134a。

背景技术

随着经济的持续发展，人民生活水平逐步提高，空调器广泛地进入人们的工作、学习、生活当中。近年来，由于传热学研究的长足进步，空调器的尺寸不断缩小，所需能耗不端降低。

目前，市场上最常见的空调器是一种蒸汽压缩式空调器，由压缩机、膨胀阀、冷凝器及蒸发器(简称两器)组成，其中，两器的体积占据了空调器体积的大部分。在两器中，制冷剂在管内凝结或者蒸发，空气在管外冷却或者加热制冷剂。

为了提高制冷或制热效果，空调器都会使用强化传热技术，即在一定条件(如温差、体积、重量或泵功等)下，增加所传递的热量。增加传热量，可以通过增加温差，增加表面传热系数以及增加换热面积等方法达到。增加温差，以增加过程的不可逆损失为代价，同时也受到具体工艺技术的制约，很少采用。增加表面传热系数，需综合考虑影响流体传热的多种因素，包括流体流动的起因、流体有无相变、流体的流动状态、换热表面的几何因素、流体的物理性质等，表面传热系数的理论计算十分困难，通常在实验室进行测定。增加换热面积，其有效方法是采用肋片，又称翅片(fin)，指依附于基础表面上的扩展表面，即通过在管外表面上增设翅片或者直接在关外表面上加工翅片实现。肋片通常由管子整体轧制或缠绕、嵌套金属薄片并经加工制成，其加工的方法则有焊接、浸镀(如镀锡)或胀管等。

近年来，制冷、空调技术迅速的发展，推动了两器制造技术的不断更新。高效化、小型化、轻量化及新冷媒的代替仍是两器发展的主要方向，围绕两器用的蒸发管的设计及其技术应用，也在不断地更新、发展。目前，两器用管为普通铜翅片蒸发管，改善其换热性能的最常用方法是增加表面的热传递面积。所述翅片的加工方法是：其一，在管外表面上增设翅片。但在外表面上增设翅片，不仅增加成本，增加蒸发管的重量，而且通常会在翅片与管外表面之间产生热阻而不能有效地进行热交换。其二，直接在管外表面上加工翅片。但在管外表面上加工翅片，会受到工艺及管的尺寸限制，不能完全满足散热的要求。

目前，市场上出现了一种蒸发管，包括翅片部、位于翅片部两端的光杆部，在翅片部上设置有单螺旋翅片，所述翅片上开设将翅片分隔为独立翅片的二次槽。该种蒸发管，在翅片上二次开槽，从而形成二次翅片，其换热效率较普通蒸发管高。由于该管表面促进气泡核形成的空间较大，气泡克服液体张力所需的体积相应增大，致使气泡不能快速形成与分离并将管表面热量带走。此外，该种蒸发管的光面与翅片面之间的过渡部分达到60mm，其不完整翅片数目较多，不利于冷凝性能的提高。因此，该种蒸发管的换热系数仍不能满足提高效率、降低成本、节省能源等方面的要求。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种中央空调用蒸发管，其传热系数高，能够增加制冷剂与换热管之间传热效率。

为解决以上技术问题，本发明提供的中央空调用蒸发管，包括翅片部、位于翅片部两端的光杆部，所述翅片部上设置有单螺旋翅片，所述翅片上开设将所述翅片分隔为独立翅片的二次槽，所述翅片之间夹设有蒸发腔。

优选地，所述翅片的截面为类“T”型；所述蒸发腔的截面为瘦长“0”型。

优选地，所述翅片的翅高为0.4～0.8mm，翅片壁底厚度为0.5～0.65mm；所述翅片上部的翅宽为0.2～0.45mm，下部的翅宽为0.2～0.45mm。

优选地，所述蒸发腔的腔高为0.55～0.75mm，腔宽为0.55～0.75mm。

优选地，所述二次槽的槽深为0.2～0.3mm，所述二次槽的槽宽为0.15～0.35mm。

优选地，所述翅片的螺距为0.45～1.35mm；所述翅片的第一螺旋角为0.5～1.5°。

优选地，所述二次槽的数目为70～120个；所述二次槽的第二螺旋角为40～60°。

优选地，所述翅片部与所述光杆部之间具有过渡部；所述过渡部的长度为5～40mm，压花深度为0.2～0.4mm。

优选地，还包括设于管内壁的内齿；所述内齿的截面为梯形，齿顶角为30～65°，齿高为0.15～0.5mm，螺旋角为5～60°。

优选地，所述内齿螺距为2.5～8.5mm，条数为30～60个。

与现有技术相比，本发明提供的中央空调用蒸发管，翅片部上的单螺旋翅片，被所述翅片上开设的二次槽分隔为独立翅片，其不仅增加换热面积，而且有利于在蒸发管外表面形成液膜，加快液膜的蒸发速度，提高蒸发管的换热效率。特别地，本发明蒸发管还改善了翅片的形状与结构：翅片之间夹设有蒸发腔。由于在核态沸腾区，气泡的扰动对换热起支配性作用，而气泡产生于汽化核心处。显然，通过改善传热管汽化核心处的形状、结构，可加速气泡的形成。本发明中，蒸发腔就是传热学上的活穴，即汽化核心。当制冷剂蒸发由液相变为气相时，蒸发腔受热后产生气体，其内部压力大于外部压力，从而加快气泡的产生、成长。由于蒸发腔的内部压力大于外部压力，其不仅促使气泡的迅速生成，而且加速气泡分离，从而使换热过程加速，由此提高蒸发管传热系数，增强蒸发管与制冷剂之间传热能力。

本发明的中央空调用蒸发管，适用于R22与R134a制冷剂，尤其适于环保冷媒R134a，应用前景较好。

附图说明

图1是本发明的半剖视图；

图2是图1中A部分的局部放大图；

图3是图1中B向局部视图；

图4是图1中C向局部视图。

有关符号及含义如下：

H₁：翅片高度；  H₂：内齿高度；  H₃：翅片壁底厚度；

θ：内齿顶角；   θ₁：第一螺旋角； θ₂：第二螺旋角。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步进行说明。

请参见图1，该图为本发明的半剖视图。本发明蒸发管100包括：两端的光杆部1(图1仅示一端)、位于两光杆部1之间的带翅片31的翅片部3、设置于翅片部3与光杆部1之间的过渡部2。所述翅片部3的内壁设置有内齿33；请同时参见图3、图4，所述翅片31为单螺旋翅片，并且翅片31还开设有二次槽32，所述二次槽32将所述翅片31分隔成独立的翅片。

所述蒸发管100可用于中央空调，其管外流体为制冷剂，管内为冷媒水，管外制冷剂通过蒸发管100吸收管内冷媒水热量而蒸发，同时使冷媒水温度降低而达到制冷效果。中央空调中，制热与制冷互为逆过程，其基本工作原理相类似，在此不再赘述。所述蒸发管100可采用多种材料，优选地，采用铜材料制成，其优点是换热效率高。此外，采用R22与R134a制冷剂，特别是环保冷媒R134a时，有利于充分发挥本发明蒸发管100的换热性能。

所述光杆部1的内外径尺寸与光管部的内外径尺寸相同，通常，其外径为12～26mm，壁厚0.5～0.9mm；加工蒸发管100时，在所述光杆部1、过渡部2之外的光管外壁上，压花滚压形成翅片部3上的翅片31，相应地，在该部分光管的内壁上加工多条大螺旋角的内齿33。

所述过渡部2上有不完整翅片，该过渡部2长度为5～40mm，压花深度为0.2～0.4mm。通常，市场上的换热管过渡部的长度为30～60mm，本发明蒸发管100缩短过渡部2的长度，有利于提高换热效率。这是因为，随着过渡部2减短，不完整翅片数目相应减少，换言之，即增加翅片部3上完整翅片31的数量，由此增加有效热交换部分的尺寸大小，从而增加了散热面积，提高热交换效率。

请参见图2，该图为图1中A部分的局部放大图。所述翅片部3上的翅片31为单螺旋翅片，所述翅片31通过在外径为12～26mm，壁厚为0.5～0.9mm的光管外壁上压花滚压而成。优选地，所述翅片31截面类“T”型；在所述翅片31之间夹设有蒸发腔34，优选地，所述蒸发腔34的截面为瘦长“0”型。所述翅片31的螺距为0.45～1.35mm，所述翅片31与蒸发管100轴线之间的第一法向夹角，即第一螺旋角θ₁为0.5～1.5°；所述翅片的翅高H₁为0.4～0.8mm，翅片壁底厚度H3为0.5～0.65mm；所述翅片上部的翅宽为0.2～0.45mm，下部的翅宽为0.2～0.45mm。所述蒸发腔34的腔高为0.55～0.75mm，腔宽为0.55～0.75mm。

采用上述形状的翅片剂31及蒸发腔34后，有利于提高蒸发管100的换热效率。这是因为：根据传热学原理，在核态沸腾区，气泡的扰动对换热起支配性作用，而气泡产生于汽化核心处；显然，改善传热管汽化核心处的形状，加速气泡的形成，将有利于提高传热管的换热效率。上述结构中，类“T”型翅片31之间形成瘦长“0”字型蒸发腔34，所述蒸发腔34就是传热学上的活穴，即汽化核心；当制冷剂蒸发由液相变为气相时，类“T”型翅片31之间瘦长的“0”字型蒸发腔34经受热，产生气体，其内部压力大于外部压力，从而有利于气泡的产生、成长。更为主要的是，由于蒸发腔34的内部压力大于外部压力，其不仅促使气泡的迅速生成，而且迅速促使气泡分离，从而使换热过程加速，由此提高蒸发管100的换热效率。

此外，所述翅片31与蒸发腔34采用上述形状与结构，还有利于提高蒸发管100的使用寿命，这是因为：翅片31从中部到基部逐渐增宽，其过渡部分平滑，有利于分解来空调系统的压力变化，提高其耐压性；在空调系统频繁的压力变化下，可增加蒸发管100的抗疲劳性能，延长蒸发管100的使用寿命。

上述实施方式中，所述翅片31与的截面不限于类“T”型，也可以是倒三角形、倒梯形、工字形等形状，只要在相邻的翅片31之间设置便于气泡核形成、分离的蒸发腔34即可。相应地，所述蒸发腔34的截面也不限于瘦长的“0”字型，其可以为圆形、三角形、梯形等多种形状，其具体形状由所述翅片31的截面形状决定。

请参见图3，该图是图1中B向局部视图，即所述翅片31垂直于蒸发管100轴向的截面示意图。所述翅片31上开设将所述翅片31分隔为独立翅片的二次槽32，所述二次槽32同样为沿蒸发管100的周向螺旋而成并将翅片31分隔为独立翅片，所述二次槽32与蒸发管100轴线之间的第二法向夹角，即第二螺旋角θ₂为40～60°；所述二次槽32底部与所述翅片31顶表面之间的距离，即槽深为0.2～0.3mm，槽宽为0.15～0.35mm。所述二次槽32也可以认为是设置在蒸发管100上的二次翅片，其可进一步提高蒸发管100的热交换面积，提高换热效率。

请参见图4，该图是图1中C向局部视图，即垂直于蒸发管100轴线方向的视图。如前所述，所述翅片31的螺距为0.45～1.35mm，第一螺旋角θ₁为0.5～1.5°；与此对应，所述二次槽32的第二螺旋角θ₂为40～60°，二次槽的数目为70～120个。当然，所述二次槽32的螺旋方向可以与所述翅片31的螺旋方向相同、相反或垂直，所述翅片31的第一螺旋角θ₁、所述二次槽32的第二螺旋角θ₂也可采用其它角度范围，只要将所述翅片31分隔成多个独立翅片即可。

本发明中，翅片部3上的单螺旋翅片31，被所述翅片31上开设的二次槽32分隔为独立翅片。其不仅增加换热面积，而且有利于在蒸发管100外表面形成液膜，加快液膜的蒸发速度，提高蒸发管100的换热效率。这是因为：当制冷剂滴落到蒸发管100外表面时，由于表面的亲水作用，液滴将沿蒸发管100的周向、轴向及绕翅片31的周向扩展并形成液膜，从而有利于增加制冷剂与蒸发管100表面的充分接触；由此，制冷剂与管内工作介质热交换速度加快，进而加快冷凝速度。

参见图1、图2，优选地，在上述本发明的实施例中，还包括设于蒸发管100内壁的内齿33；所述内齿33的截面为梯形，齿顶角θ为30～65°，齿高H₂为0.15～0.5mm，内齿与所述蒸发管100轴线之间的法向夹角，即内齿螺旋角为5～60°，内齿螺距为2.5～8.5mm，条数为30～60个。

上述实施方式中，在蒸发管100的内表面增加多条大螺旋角的内齿33，其可有效提高蒸发管100的换热效率，具体是，一方面有助于增加蒸发管100与冷媒水的接触面积，加强蒸发管100与冷媒水的热交换：另一方面，所述内齿33能够强化蒸发管100内制冷剂的扰流流态，减薄温度边界层，提高传热系数。

本发明上述实施方式，采用多种技术手段改善蒸发管100的换热效率，主要是：改善蒸发管100翅片部3上的翅片31形状、结构，增设有蒸发腔34，可加速气泡形成、分离；在翅片上开设二次槽32，将翅片分隔为独立翅片，经过压花滚压形成二次翅片，增加换热面积；在内表面加工多条大螺旋角高齿33，强化管内制冷剂的扰流流态，减薄温度边界层，增大制冷剂与蒸发管100的换热面积，提高传热系数；降低过渡部2长度，减少不完整翅片的数量，即增加完整翅片31的数量，增加蒸发管100的换热面积，提高热效率。通过上述途径，本发明的蒸发管100的传热性能明显改善：管内水流速变化为3.0米/秒时，传热系数为12000W/(m².K)，远在其它蒸发换热管之上。

此外，所述蒸发管100内的工作介质为冷媒水，使得本发明蒸发管100还具有优良的自清洁特性。这是因为：蒸发管100会因自身热传导而导致其局部收缩或扩张，当冷媒水中的污物附着在蒸发管100内表面形成污垢时，蒸发管100与冷媒水产生的污垢的收缩系数不同，由此使得污垢从蒸发管100内表面脱落。

又由于所述蒸发管100可同时适用于作R22与R134a的中央空调蒸发管，尤其适用于R134a制冷剂，因此，有较好的应用远景。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1、一种中央空调用蒸发管，包括翅片部、位于翅片部两端的光杆部，所述翅片部上设置有单螺旋翅片，所述翅片上开设将所述翅片分隔为独立翅片的二次槽，其特征在于，所述翅片之间夹设有蒸发腔。

2、根据权利要求1所述的中央空调用蒸发管，其特征在于，所述翅片的截面为类“T”型；所述蒸发腔的截面为瘦长“O”型。

3、根据权利要求2所述的中央空调用蒸发管，其特征在于，所述翅片的翅高为0.4～0.8mm，翅片壁底厚度为0.5～0.65mm；所述翅片上部的翅宽为0.2～0.45mm，下部的翅宽为0.2～0.45mm。

4、根据权利要求3所述的中央空调用蒸发管，其特征在于，所述蒸发腔的腔高为0.55～0.75mm，腔宽为0.55～0.75mm。

5、根据权利要求3所述的中央空调用蒸发管，其特征在于，所述二次槽的槽深为0.2～0.3mm，所述二次槽的槽宽为0.15～0.35mm。

6、根据权利要求1所述的中央空调用蒸发管，其特征在于，所述翅片的螺距为0.45～1.35mm；所述翅片的第一螺旋角为0.5～1.5°。

7、根据权利要求6所述的中央空调用蒸发管，其特征在于，所述二次槽的数目为70～120个；所述二次槽的第二螺旋角为40～60°。

8、根据权利要求1所述的中央空调用蒸发管，其特征在于，所述翅片部与所述光杆部之间具有过渡部；所述过渡部的长度为5～40mm，压花深度为0.2～0.4mm。

9、根据权利要求1-8任一项所述的中央空调用蒸发管，其特征在于，还包括设于管内壁的内齿；所述内齿的截面为梯形，齿顶角为30～65°，齿高为0.15～0.5mm，螺旋角为5～60°。

10、根据权利要求9所述的中央空调用蒸发管，其特征在于，所述内齿螺距为2.5～8.5mm，条数为30～60个。

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