CN102305569A - 一种蒸发器用的热交换管 - Google Patents

Abstract

一种蒸发器用的热交换管，属于热交换部件技术领域。包括管体和在管体外壁面上形成的外翅片，在所述外翅片的根部的至少一侧间隔构成有用于截留残余蒸汽的并且为小尺度空穴结构的凹槽。优点：由于在外翅片的根部的至少一侧的侧面上间隔构成有小尺度空穴结构的凹槽，从而使已有技术中的大尺度空穴结构的腔室赋予了小尺度空穴结构的凹槽，以便截留残余蒸汽作为生成下一个气泡的汽化核心，提高了大尺度空穴结构的腔室的活性，使热交换管外表面与管外液体之间的沸腾换热系数显著提高；由于小尺度空穴结构的凹槽的设计，从而使管体的重量减轻既有助于节约材料，又不会引起管体的强度的降低。

Description

一种蒸发器用的热交换管

技术领域

本发明属于热交换部件技术领域，具体涉及一种蒸发器用的热交换管，用以强化热交换管外表面的沸腾换热，特别适用于在其管子外表面使它所浸放其中的液体沸腾汽化，或使流过管子外表面的液体蒸发。

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许多领域，均要涉及到液体在管束外表面的沸腾与蒸发。尤其是制冷和空调系统中所用的蒸发器，其制冷剂在管外沸腾时的沸腾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，强化管外沸腾换热对于提高蒸发器的传热性能可以起到显著效果。

关于核态沸腾机理的研究表明，液体的沸腾需要有汽化核心的存在。在给定加热表面的过热度的条件下，只有当汽化核心的半径大于气泡生长所需要的最小半径时，气泡才能长大，核态沸腾才能进行。而加热表面上的凹槽和裂缝所形成的空穴最可能成为汽化核心。在沸腾过程中，当气泡长大脱离空穴之后，由于液体表面张力的作用，具有活性的空穴会截留部分蒸汽，成为新的汽化核心，长出新的气泡，使得沸腾过程不断持续。如果空穴较浅或较大，当气泡脱离空穴后，空穴完全被液体占据，这时的空穴便失去了活性，不再有气泡生成，这时，沸腾换热就会减弱。

始于20世纪70年代的强化沸腾传热表面的许多开发工作都是围绕着在加热表面形成多孔结构展开的，而且在众多的文献中可以见诸，例如中国专利ZL95246323.7（授权公告号CN2257376Y）和中国专利ZL03207498.0（授权公告号CN2662187Y）公开的蒸发器用热交换管，其外表面为顶部压成T形的螺旋翅片，以构成沟槽结构；中国专利ZL95118177.7（授权公告号CN1090750C）和中国专利ZL02263461.4（授权公告号CN2557913Y）公开的热交换管，其外表面设有具有沿圆周方向均布着斜齿的螺旋翅片，通过对螺旋翅片施压使螺旋翅片齿顶向两侧延展而构成空穴结构；中国专利申请公开说明书CN1366170A（申请号02101870.7）公开的热交换管，其外表面采用机械加工方法形成翅片，在翅片之间的初级沟槽的槽底形成次级沟槽；中国专利申请公开号CN1100517A（申请号94116309.1）公开的热交换管，其外表面的翅片被压向一边倾倒，通过在翅片肩部再压凹槽而构成空穴结构；中国专利ZL02264793.7（授权公告号CN2572324Y）公开的蒸发器用热交换管，其外表面采用机械加工方法形成具有锯齿结构的螺旋翅片，并在锯齿顶部压出斜槽，借以构成空穴结构；中国专利ZL200510041468.6（授权公告号CN100365369C）公开的热交换管，其外表面采用机械加工方法形成翅片和横刺，形成复式空穴结构。

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具有开口略小的沟槽结构或空穴结构，以构造出形成汽化核心的场所，从而达到强化沸腾换热的效果。

然而，并不限于上面例举的已公开的文献中表现于蒸发器热交换管管外的外翅片的结构均无法保证空穴结构在较大的热流密度变化范围内都有能力截留残余蒸汽，保持空穴的活性。

鉴于上述已有技术，仍有进一步改进的必要，为此，本申请人作了有益的设计，下面将要介绍的技术方案便是在这种背景下产生的。

发明内容

本发明的任务在于提供一种既有助于增加具有活性的空穴的数量而藉以改善沸腾传热性能又有利于减轻重量并且对管体的强度不构成影响的蒸发器用的热交换管。

本发明的任务是这样来完成的，一种蒸发器用的热交换管，包括管体和在管体外壁面上形成的外翅片，在所述外翅片的根部的至少一侧间隔构成有用于截留残余蒸汽的并且为小尺度空穴结构的凹槽。

在本发明的一个具体的实施例中，在间隔构成于所述外翅片的根部的至少一侧的小尺度空穴结构的凹槽中，相邻凹槽的宽度和/或深度是不同的。

在本发明的另一个具体的实施例中，所述外翅片的外翅片机部向两侧延展或偏移而构成为横截面形状呈T形的T形翅台，相邻外翅片上的外翅片顶部的T形翅台的翅台边缘部分重合，藉由所述相邻外翅片的外翅片顶部的T形翅台的翅台边缘的部分重合而形成内部含有所述小尺度空穴结构的凹槽的大尺度空穴结构的腔室。

在本发明的又一个具体的实施例中，所述外翅片的外翅片顶部向两侧延展或偏移而构成为横截面形状呈T形的T形翅台，相邻外翅片上的外翅片顶部的T形翅台的翅台边缘之间保持有翅台边缘间隙，并且该翅台边缘间隙小于相邻外翅片之间的间隙高度的二分之一，藉由翅台边缘间隙而形成内部含有所述小尺度空穴结构的凹槽的大尺度空穴结构的腔室。

在本发明的再一个具体的实施例中，所述外翅片按螺旋线形式沿所述管体的长度方向延伸。

在本发明的还有一个具体的实施例中，所述外翅片上并且在位于所述的相邻的T形翅台之间构成有斜槽。

在本发明的更而一个具体的实施例中，所述管体的内壁形成有内翅片。

在本发明的进而一个具体的实施例中，所述小尺度空穴结构的凹槽的宽度为0.2～1.0 mm，沿垂直于外翅片表面方向切入的深度为0.1～0.5mm。

在本发明的又更而一个具体的实施例中，所述小尺度空穴结构的凹槽在沿所述外翅片的长度延伸方向上的数量为5～20个/㎝。

在本发明的又进而一个具体的实施例中，所述内翅片呈螺旋状，与所述管体的中心线形成的螺旋角的角度α为40～50°，所述内翅片的高度为0.3～0.5mm。

本发明提供的技术方案，由于在外翅片的根部的至少一侧的侧面上间隔构成有小尺度空穴结构的凹槽，从而使已有技术中的大尺度空穴结构的腔室赋予了小尺度空穴结构的凹槽，以便截留残余蒸汽作为生成下一个气泡的汽化核心，提高了大尺度空穴结构的腔室的活性，使热交换管外表面与管外液体之间的沸腾换热系数显著提高；由于小尺度空穴结构的凹槽的设计，从而使管体的重量减轻既有助于节约材料，又不会引起管体的强度的降低。

附图说明

图1为本发明的蒸发器热交换管的结构图。

图2为图1的剖视图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的叙述。

实施例1：

请见图1和图2，本发明所述的构成于管体1的外壁上的外翅片3可以按螺旋线形式围绕管体1的长度方向延伸，也可以按环形围绕管体1的长度方向延伸，在管体1的外表面形成多个环形外翅片，还可以沿管体1轴向延伸，在管体1的外表面形成多个直翅片。其中，具有螺旋形外翅片的管型最适合采用在现有技术的基础上增加用来切削具有小尺度空穴结构的凹槽2的刀具来进行制造。

外翅片3是在管体1外表面形成空穴结构的基础，外翅片3的翅高和翅距有一个合适的范围，过小的取值可以大大增加汽化核心的数目，但进一步加工后所形成的汽化核心的半径变小，产生沸腾所需的过热度增加，不利于核态沸腾换热；而过大的取值虽然可以使汽化核心的半径变大，但汽化核心的数目减少，同样会使传热性能下降。外翅片3翅高和翅距的取值范围：翅高为0.4～1.6mm，翅距为0.4～1.5mm。

由图1所示，在外翅片3的根部（也可称基部）的一侧以间隔状态并且沿外翅片3的延伸方向上构成有小尺度空穴结构的凹槽2。凹槽2的尺度即尺寸越小，那么单位管长上可切出的凹槽2的数目就越高，但气泡重新生成所需的过热度也会越高。因此合适的凹槽2的尺度为：宽度为0.2～1.0 mm，沿垂直于外翅片3表面方向切入的最大深度为0.1～0.5mm，凹槽2在沿所述外翅片3的延伸方向上每厘米长度上的个数为5～20个。为了使热交换管在较大的热流密度范围内都能有效工作，因此相邻的凹槽2可设计成不相同的尺度（宽度或深度），形成不同尺度的小尺度空穴结构交替排列。也就是说，相邻的凹槽2之间既可以宽度不同而深度相同，也可以宽度相同而深度不同，还可以是宽度与深度均不同。此外，如果对外翅片3的根部的两侧均构成小尺度空穴结构的凹槽2，那么也应当属于本发明公开的技术方案范畴，但是考虑到外翅片3强度和可加工性，本实施例选择在外翅片3的根部的一侧间隔构成有小尺度空穴结构的凹槽2。

外翅片3的外翅片顶部5向两侧延展而构成为横截面形状呈T字形的T形翅台51，并且使相邻外翅片3上的外翅片顶部5的T形翅台51的翅台边缘511部分重合，从而形成内部含有（包含有）前述小尺度空穴结构的凹槽2的大尺度空穴结构的腔室6。

为了形成有效的大尺度空穴结构的腔室6，在加工出小尺度空穴结构的凹槽2之后，用滚轮碾压外翅片3的顶部，让外翅片顶部5向两侧延展，使外翅片3的外翅片顶部5的形状构成为T形翅台51；也可以在外翅片3上切出斜槽4，在切出斜槽4后再对外翅片3的顶部即外翅片顶部5碾压，使翅台顶部5向两侧延期展，形成位于两相邻斜槽4之间的前述T形翅台51。总之，通过碾压外翅片3的顶部，使其材料向侧面方向部分延展或偏移，使相邻外翅片3在外翅片顶部5的T形翅台51的翅台边缘511处部分重合。这里所讲的部分重合的“部分”的概念是指：相邻翅台边缘511至少有一点或者在一段长度上相互接触而不留空隙。

在强化管外沸腾换热的同时，有必要强化管内的强迫对流换热。这是因为由于管外是相变换热，当管内为单相流体强迫对流换热时，管内侧的热阻通常大于管外侧热阻或和管外热阻相当，只有当管内侧也应采取强化传热的措施，提高了管内的强迫对流换热系数，才能有效增加传热效果。因此有必要在管内设置内翅片以提高管内对流换热系数，于是在管体1的内壁形成有内翅片7。图1中所示的是三角形内翅片，还可以有梯形内翅片和其他截面形状的内翅片，它们的共同特征在于所述内翅片7呈螺旋状，与所述管体1的中心线形成的螺旋角的角度α为40～50°，所述内翅片7的高度为0.3～0.5mm。

实施例2：

图略，与实施例1的区别在于将相邻外翅片3上的外翅片顶部5的T形翅台51的翅台边缘511之间保持有翅台边缘间隙5111，并且翅台边缘间隙5111小于相邻外翅片3之间的间隙高度的二分之一，例如：当相邻外翅片3之间的间隙高度为2.5㎜时，那么翅台边缘间隙5111为小于1.25㎜。藉由翅台边缘间隙5111而形成内部同样含有小尺度空穴结构的凹槽2的大尺度空穴结构的腔室6。其余均同对实施例1的描述。

综上所述，本发明提供的技术方案，克服了已有技术中的欠缺，达到了发明目的，完成了发明任务，全面地体现了申请人在技术效果栏中所述的技术效果，因而不失为是一个极致的技术方案。

Claims (10)

1.一种蒸发器用的热交换管，包括管体(1)和在管体(1)外壁面上形成的外翅片(3)，其特征在于在所述外翅片(3)的根部的至少一侧间隔构成有用于截留残余蒸汽的并且为小尺度空穴结构的凹槽(2)。

2.根据权利要求1所述的蒸发器用的热交换管，其特征在于在间隔构成于所述外翅片(3)的根部的至少一侧的小尺度空穴结构的凹槽(2)中，相邻凹槽(2)的宽度和/或深度是不同的。

3.根据权利要求1所述的蒸发器用的热交换管，其特征在于所述外翅片(3)的外翅片机部(5)向两侧延展或偏移而构成为横截面形状呈T形的T形翅台(51)，相邻外翅片(3)上的外翅片顶部(5)的T形翅台(51)的翅台边缘(511)部分重合，藉由所述相邻外翅片(3)的外翅片顶部(5)的T形翅台(51)的翅台边缘(511)的部分重合而形成内部含有所述小尺度空穴结构的凹槽(2)的大尺度空穴结构的腔室(6)。

4.根据权利要求1或2所述的蒸发器用的热交换管，其特征在于所述外翅片(3)的外翅片顶部(5)向两侧延展或偏移而构成为横截面形状呈T形的T形翅台(51)，相邻外翅片(3)上的外翅片顶部(5)的T形翅台(51)的翅台边缘(511)之间保持有翅台边缘间隙(5111)，并且该翅台边缘间隙(5111)小于相邻外翅片(3)之间的间隙高度的二分之一，藉由翅台边缘间隙(5111)而形成内部含有所述小尺度空穴结构的凹槽(2)的大尺度空穴结构的腔室(6)。

5.根据权利要求1所述的蒸发器用的热交换管，其特征在于所述外翅片(3)按螺旋线形式沿所述管体(1)的长度方向延伸。

6.根据权利要求3或4所述的蒸发器用的热交换管，其特征在于所述外翅片(3)上并且在位于所述的相邻的T形翅台(51)之间构成有斜槽(4)。

7.根据权利要求1或5所述的蒸发器用的热交换管，其特征在于所述管体(1)的内壁形成有内翅片(7)。

8.根据权利要求1或2或3所述的蒸发器用的热交换管，其特征在于所述小尺度空穴结构的凹槽(2)的宽度为0.2～1.0 mm，沿垂直于外翅片(3)表面方向切入的深度为0.1～0.5mm。

9.根据权利要求8所述的蒸发器用的热交换管，其特征在于所述小尺度空穴结构的凹槽(2)在沿所述外翅片(3)的长度延伸方向上的数量为5～20个/㎝。

10.根据权利要求7所述的蒸发器用的热交换管，其特征在于所述内翅片(7)呈螺旋状，与所述管体(1)的中心线形成的螺旋角的角度(α)为40～50°，所述内翅片(7)的高度为0.3～0.5mm。

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