CN101603793B - 一种强化冷凝管 - Google Patents

Abstract

一种强化冷凝管，属于热交换部件技术领域。包括管体和由所述管体上的材料沿管体的半径方向延展并且在管体的外表面绕管体呈螺旋状延伸而成的与管体构成为一体的外翅片以及位于相邻外翅片之间的主凹槽，特征在于：所述外翅片的顶部以间隔状态地开设有切口，而外翅片的一侧同样以间隔状态地开设有第一副凹槽，第一副凹槽自所述切口的底部向下延伸至所述的主凹槽。优点：可改善冷凝管的排液，使凝结换热得到强化。

Description

一种强化冷凝管

技术领域

本发明涉及一种强化冷凝管，用作制冷和空调系统以及能源与动力设备中的冷凝器的热交换部件，属于热交换部件技术领域。

背景技术

在制冷、空调、过程工程、石油化工以及能源与动力工程等领域，常常涉及到液体在管束外表面的凝结。尤其是制冷与空调系统中所用的冷凝器，蒸汽在管外凝结时的相变换热热阻与管内强制对流换热热阻相当甚至大于管内强制对流换热热阻，因此，强化管外的凝结换热对于提高冷凝器的传热性能可以起到显著的效果。而在电厂中所用的凝汽器，由于冷凝水的量很大，冷凝液膜的热阻不可忽视，采用具有良好排液性能的三维低翅片冷凝管可以有效加速排液，减小液膜的传热热阻，从而提高凝汽器的传热性能。

关于凝结换热机理的研究表明，液膜的导热热阻是凝结传热热阻的主要部分，因此，强化冷凝传热的关键是尽可能减小冷凝液膜的厚度。实现这一目的需要同时从两个方面入手，一方面是在换热表面生成特殊的扩展表面，改变液膜的表面张力分布，冷凝液在表面张力的作用下堆积在扩展表面的凹槽部位，在凹槽部位传热将被消弱，但扩展表面的尖锐部位的液膜则变得很薄，传热效果显著提高，因此，总体传热性能可以得到有效提高；另一方面是设法提高扩展表面的排液速度，防止扩展表面被冷凝液壅塞，其原理是或者采用尖锐扩展表面减小表面张力滞留液滴的作用，或者利用槽道引导冷凝液积聚增加重力对液滴脱离的作用，从而加速液滴的脱离。

中国专利ZL93101513.8(授权公告号CN1077979C)公开的冷凝器热交换管在外翅片上压出多个彼此之间有间距的凹口，在压出时同时形成从外翅片侧壁面上伸出的横向凸出部分，形成三维扩展表面。中国专利ZL95118179.3(授权公告号CN1090751C)公开的冷凝器热交换管通过在外翅片上切割出凹槽，形成的齿台具有尖端，使得扩展表面的排液能力得到加强。美国专利US005775411A公开了一种冷凝管的三维扩展表面结构，通过在外翅片的侧表面切出三角形、梯形或U形凹面来改变扩展表面的表面张力分布，美国专利US005803165A公开的冷凝管三维扩展表面则具有类似百褶裙的表面结构。中国发明专利申请公布说明书(申请号200710036470.3，公开号CN101004337A)公开的一种强化冷凝用传热管在翅片壁上沿周向设有相互平行或错开的横翅，形成上翅间槽和下翅间槽。中国专利ZL200510041468.6(授权公告号CN100365369C)公开的一种传热管在翅片壁上沿周向设有用于构成复式空穴结构的横翅。上述文献对热交换管的外壁表面即习惯所称的外翅片的结构的共同特点是形成三维翅片结构，利用表面张力在三维翅片结构上的不同分布形成有效的薄液膜区，提高凝结换热性能。

近年来，人们一直在致力于对冷凝管的翅片表面的结构进行探索，并寻求能使翅片末端更为尖锐的加工方法，使凝结换热的换热系数进一步提高，并使传热管的重量有所下降。对于高效冷凝管，由于冷凝液的流量较大，因此冷凝管的三维扩展表面的设计应更注重其排液效果。然而，在已公开的文献中尚未见诸有表现于冷凝器热交换管管外的外翅片的结构能体现出通过设计出冷凝液排液通道来提高凝结换热系数的技术启示，也未见诸有通过一种合适的机械加工方法在强化传热管的外翅片表面加工出合适的冷凝液排液通道以提高凝结换热系数的加工手段。

发明内容

本发明的任务是要提供一种强化冷凝管，这种强化冷凝管不但能利用冷凝液膜的表面张力作用降低翅片上的液膜厚度，而且能构成便于冷凝液积聚的连贯通道加快排液的三维扩展表面，从而提高冷凝管的传热性能。

本发明的任务是这样来完成的，一种强化冷凝管，包括管体和由所述管体上的材料沿管体的半径方向延展并且在管体的外表面绕管体呈螺旋状延伸而成的与管体构成为一体的外翅片以及位于相邻外翅片之间的主凹槽，特征在于：所述外翅片的顶部以间隔状态地开设有切口，而外翅片的一侧同样以间隔状态地开设有第一副凹槽，第一副凹槽自所述切口的底部向下延伸至所述的主凹槽。

一种强化冷凝管，包括管体和由所述管体上的材料沿管体的半径方向延展并且在管体的外表面绕管体呈螺旋状延伸而成的与管体构成为一体的外翅片以及位于相邻外翅片之间的主凹槽，特征在于：所述外翅片的顶部以间隔状态地开设有切口，而在外翅片的一侧同样以间隔状态地开设有第一副凹槽，并且在外翅片的另一侧还间隔开设有第二副凹槽，第一、第二副凹槽的位置彼此对应并且各自从所述切口的底部向下延伸至所述的主凹槽。

在本发明的一个具体的实施例中，所述的第一、第二副凹槽和切口三者共同地形成一条形状呈n形的贯通槽道。

在本发明的另一个具体的实施例中，所述的切口为深切口、浅切口和宽切口中的任意一种或者其组合的任意一种，其中：所述的深切口与所述管体轴线之间构成有一第一夹角，浅切口与所述管体轴线之间构成有一第二夹角，而所述宽切口与所述管体轴线之间构成有第三夹角。

在本发明的又一个具体的实施例中，所述的深切口的深度为0.2-0.5mm，宽度为0.05-0.5mm，相邻深切口之间的间距为0.6-2.0mm。

在本发明的再一个具体的实施例中，所述的浅切口的深度为0.05-0.2mm，宽度为0.01-0.2mm，相邻浅切口之间的间距为0.1-0.6mm。

在本发明的还一个具体的实施例中，所述的宽切口的深度为0.2-0.5mm，宽度为0.1-1.0mm，相邻宽切口之间的间距为0.6-2.0mm。

在本发明的更而一个具体的实施例中，所述的第一、第二、第三夹角各为0-50°。

在本发明的又更而一个具体的实施例中，当所述切口为深切口与浅切口组合时，所述的深切口与所述的浅切口呈两隔一或一隔一配置；当所述切口为深切口与宽切口组合时，所述的深切口与宽切口呈两隔一配置；当所述切口为浅切口与宽切口组合时，所述的浅切口与宽切口呈两隔一配置或呈一隔一配置。

在本发明的还更而一个具体的实施例中，所述的第一、第二副凹槽的宽度各为0.01-0.5mm，深度各为0.01-0.2mm。

本发明推荐的强化冷凝管与已有技术中的翅片管相比的优点：由于在外翅片的顶部开设了切口，并且在外翅片的一侧开设了直接通向主凹槽的底部的第一副凹槽或者在外翅片的两侧开设了直接通向主凹槽的底部的第一、第二副凹槽，从而使得在切口处积聚的以及在切口两边分布的冷凝液在液膜表面张力的作用下向第一副凹槽或同时向第一、第二副凹槽汇聚，并且流向主凹槽，从而可显著改善冷凝管的排液，使凝结换热得到强化。

附图说明

图1为本发明强化冷凝管的第一实施例结构图。

图2为本发明强化冷凝管的第二实施例结构图。

图3为本发明强化冷凝管的切口的第一实施例示意图。

图4为本发明强化冷凝管的切口的第二实施例示意图。

图5为本发明强化冷凝管的切口的第三实施例示意图。

图6为本发明强化冷凝管的切口的第四实施例示意图。

具体实施方式

为了使专利局的审查员尤其是公众能够更加清楚地理解本发明的技术实质和有益效果，申请人将在下面以实施例的方式结合附图作详细说明，但是对实施例的描述均不是对本发明方案的限制，任何依据本发明构思所作出的仅仅为形式上的而非实质性的等效变换都应视为本发明的技术方案范畴。

实施例1：

请见图1，获得图1结构的强化冷凝管的具体措施是：先在管体1的外壁上用刀具切割成或轧制出切口4，然后在已经切出有切口4的管体1的外壁上轧制出外翅片2，同时在外翅片2的一侧形成第一副凹槽5a，轧制方式大体上可以参见由中国发明专利申请公开号CN101240987A所公开的“强化传热管及其制作方法”的专利说明书。第一副凹槽5a的数量与切口4相等。在轧制过程中，使管体1上的材料沿管体1的半径方向延展并且在管体1的外表面绕管体1呈螺旋状延伸，藉以形成与管体1构成为一体的外翅片2，被轧制出的外翅片2与管体1之间没有一接触热阻，在轧制外翅片2时，管体1上的材料被切槽刀具压向相邻外翅片2之间的主凹槽3的底部，被压下的部位在处于切口4的位置处由于切口4造成的材料缺乏，从而在外翅片2的一侧侧面形成第一副凹槽5a，也就是说在外翅片2的一侧形成自切口4的底部一直延伸到主凹槽3的第一副凹槽5a，该第一副凹槽5a实质上就是切口4在轧制外翅片2时在外翅片2的侧面和主凹槽3的底部留下的痕迹。第一副凹槽5a的宽度为0.01-0.5mm，较好地为0.01-0.4mm，更好地为0.02-0.03mm，最好为0.025mm，本实施例选择0.025mm；第一副凹槽5a的深度为0.001-0.2mm，较好地为0.003-0.15mm，更好地为0.06-0.12mm，最好为0.08mm，本实施例选择0.08mm。

实施例2：

请见图2，第一、第二副凹槽5a、5b和切口4三者共同地形成一个形状呈倒置的U形或称n形的贯通槽道，更具体地讲，第一副凹槽5a从外翅片2的一侧的根部即从主凹槽3向切口4延伸至切口4的底部，与此同时，与第一副凹槽5a相对应的并且位于外翅片2另一侧的第二副凹槽5b自外翅片2的另一侧的根部即主凹槽3向切口4延伸，直到延伸到切口4的底部，从而由第一、第二副凹槽5a、5b及切口4三者共同形成倒置的U形的贯通槽道，即形成申请人在前面所讲的n形的贯通槽道。这一结构使得外翅片2表面的冷凝液在表面张力的作用下被拉入到切口4中并且沿着第一、第二副凹槽5a、5b流向相应的主凹槽3的底部，对减薄外翅片2两侧的表面的液膜厚度十分有利，相对于实施例1仅在外翅片2的一侧构成的第一副凹槽5a而言具有更加明显地提高冷凝换热性能的长处。本实施例中的第二副凹槽5b的宽度和深度与第一副凹槽5a相同，而第一副凹槽5a的深度及宽度与实施例1相同。其余同对实施例1的描述。

实施例3：

请见图3，由于切口4有深、浅切口4a、4b和宽切口4c之别，因此，本实施例为深切口4a，由刀具切割或轧制的方式在管体1的外壁上加工出深切口4a，深切口4a的深度为0.2-0.5mm，较好地为0.2-0.3mm，更好地为0.22-0.28mm，最好为0.24mm，本实施例即选择0.24mm；深切口4a的宽度为0.05-0.5mm，较好地为0.1-0.4mm，更好地为0.15-0.3mm，最好为0.2mm，本实施例在图3中以b示意的深切口4a的宽度为0.2mm；相邻深切口4a之间的间距0.6-2mm，较好为0.6-1.5mm，更好为0.6-0.8mm，最好为0.68mm，本实施例选择0.68mm。深切口4a与管体1轴线之间所构成的第一夹角α′的角度为0-50°，较好地为5-50°，更好地为20-50°，最好为45°，本实施例选择45°，其余同对实施例1或2的描述。

实施例4：

请见图4和图5，在管体1的外壁上用刀具切割或轧制出切口4，本实施例的切口4为浅切口4b与宽切口4c相组合，浅切口4b与管体1轴线之间所形成的第二夹角β为0-50°，较好地为5-45°，更好地为5-20°，最好为10°，本实施例选择10°；浅切口4b的深度为0.05-0.2mm，较好地为0.006-0.15mm，更好地为0.08-0.12mm，最好为0.1mm，本实施例选择0.1mm；浅切口4b的宽度为0.01-0.2mm，较好地为0.02-0.15mm，更好地为0.03-0.1mm，最好为0.05mm，本实施例选择0.05mm；相邻浅切口4b之间的间距为0.1-0.6mm，较好地为0.15-0.4mm，更好地为0.18-0.3mm，最好为0.25mm，本实施例选择0.25mm。

由图4所示，宽切口4c与管体1轴线之间所构成的第三夹角α″为0-50°，较好地为5-50°，更好地为10-45°，最好为35°，本实施例选择35°；宽切口4c的深度为0.2-0.5mm，较好地为0.2-0.45mm，更好地为0.25-0.4mm，最好为0.35mm，本实施例选择0.35mm；宽切口4c的宽度为0.1-1.0mm，较好地为0.4-0.9mm，更好地为0.6-0.8mm，最好为0.7mm，本实施例选择0.7mm；相邻宽切口4c之间的间距为0.6-2.0mm，较好地为0.8-1.4mm，更好地为0.9-1.1mm，最好为1.0mm，本实施例选择1.0mm。

由图5所示，浅切口4b与宽切口4c既可呈两隔一配置，也可呈一隔一配置，本实施例呈两隔一配置，它们是由不同规格的刀具或模具在管体1的外壁上切出，即由两组刀具或两组模具先在管体1的外壁同时加工出浅切口4b和宽切口4c，然后按实施例1的描述或按实施例2的描述成形出外翅片2，并且利用刀具一侧延压、刀具另一侧切割，在刀具延压侧将切口拉伸，在外翅片2的一侧成形出第一副凹槽5a，或刀具两侧都延压，同时在外翅片2的两侧成形出第一、第二副凹槽5a、5b。

实施例5：

请见图6，示出了深切口4a与浅切口4b相混合的切口4的形式，浅切口4b与深切口4a呈两隔一配置。当然，也可将深、浅切口4a、4b呈一隔一配置。

除了上述实施例外，依据举一反三原则，完全可以知道，切口4在外翅片2上的构成形式均以宽切口4c出现，或均与浅切口4b出现，或单独以深切口4a出现，还可以将深、浅切口4a、4b以及宽切口4c三者相混合的形式出现，或将深切口4a与宽切口4c呈两隔一或一隔一配置。总之，切口4为深、浅切口4a、4b及宽切口4c中的任意一种或者其任意组合。因而不能以申请人给出的实施例来限制本发明的技术方案。

Claims (10)

1.一种强化冷凝管，包括管体(1)和由所述管体(1)上的材料沿管体(1)的半径方向延展并且在管体(1)的外表面绕管体(1)呈螺旋状延伸而成的与管体(1)构成为一体的外翅片(2)以及位于相邻外翅片(2)之间的主凹槽(3)，特征在于：所述外翅片(2)的顶部以间隔状态地开设有切口(4)，而外翅片(2)的一侧同样以间隔状态地开设有第一副凹槽(5a)，第一副凹槽(5a)自所述切口(4)的底部向下延伸至所述的主凹槽(3)。

2.根据权利要求1所述的强化冷凝管，特征在于在所述外翅片(2)的另一侧还间隔开设有第二副凹槽(5b)，该第二副凹槽(5b)与所述第一副凹槽(5a)的位置彼此对应并且各自从所述切口(4)的底部向下延伸至所述的主凹槽(3)。

3.根据权利要求2所述的强化冷凝管，其特征在于所述的第一、第二副凹槽(5a、5b)和切口(4)三者共同地形成一条形状呈n形的贯通槽道。

4.根据权利要求1或2或3所述的强化冷凝管，其特征在于所述的切口(4)为深切口(4a)、浅切口(4b)和宽切口(4c)中的任意一种或者其组合的任意一种，其中：所述的深切口(4a)与所述管体(1)轴线之间构成有一第一夹角(α′)，浅切口(4b)与所述管体(1)轴线之间构成有一第二夹角(β)，而所述宽切口(4c)与所述管体(1)轴线之间构成有第三夹角(α″)。

5.根据权利要求4所述的强化冷凝管，其特征在于所述的深切口(4a)的深度为0.2-0.5mm，宽度为0.05-0.5mm，相邻深切口(4a)之间的间距为0.6-2.0mm。

6.根据权利要求4所述的强化冷凝管，其特征在于所述的浅切口(4b)的深度为0.05-0.2mm，宽度为0.01-0.2mm，相邻浅切口(4b)之间的间距为0.1-0.6mm。

7.根据权利要求4所述的强化冷凝管，其特征在于所述的宽切口(4c)的深度为0.2-0.5mm，宽度为0.1-1.0mm，相邻宽切口(4c)之间的间距为0.6-2.0mm。

8.根据权利要求4所述的强化冷凝管，其特征在于所述的第一、第二、第三夹角(α′、β、α″)各为0-50°。

9.根据权利要求4所述的强化冷凝管，其特征在于当所述切口(4)为深切口(4a)与浅切口(4b)组合时，所述的深切口(4a)与所述的浅切口(4b)呈两隔一或一隔一配置；当所述切口(4)为深切口(4a)与宽切口(4c)组合时，所述的深切口(4a)与宽切口(4c)呈两隔一配置；当所述切口(4)为浅切口(4b)与宽切口(4c)组合时，所述的浅切口(4b)与宽切口(4c)呈两隔一配置或呈一隔一配置。

10.根据权利要求3所述的强化冷凝管，其特征在于所述的第一、第二副凹槽(5a、5b)的宽度各为0.01-0.5mm，深度各为0.01-0.2mm。

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