CN102401598A - 一种降膜蒸发换热管 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种降膜蒸发换热管，它包括管体以及设在该管体外表面上的若干个翅片，所述翅片由金属粉末烧结成型且与管体的外表面连成一体，同时在管体的外表面、每相邻两翅片之间设有轴向的微毛细槽道。本发明解决了传统换热管中外表面湿润性不够以及换热管表面液体分布不均匀的问题，从而有效提高换热管的换热效果。

Description

一种降膜蒸发换热管

技术领域

本发明涉及一种降膜蒸发换热管，用于实现管内外流体热交换。

背景技术

降膜蒸发器是许多工业生产过程中的重要设备，例如，中央空调系统冷水机组中的降膜蒸发器。降膜蒸发器性能的优劣在很大程度上取决于换热管的换热性能好坏。

换热管为具有内腔的管体，通常管体内壁表面光滑或者内壁表面沿管体轴向设有呈螺旋状分布的槽道；管体外表面为光滑表面或者具有沿管体轴向呈螺旋状分布的翅片，翅片之间为光滑表面。

在降膜蒸发器工作过程中，降膜蒸发器内设置的喷淋装置将液体从换热管束上方或周边喷淋到换热管上，在换热管外表面形成液膜。热流体从换热管内流过，流动时与管外液体进行热交换，管外液体受热后发生蒸发、沸腾产生蒸汽，带走管内流体的能量。在降膜蒸发器中，往往多根换热管排列成水平管束，部分喷淋的液体被管束上部的换热管加热成蒸汽，来不及蒸发的液体向下流动，流到下面的管子表面被加热，其中部分液体继续形成蒸汽；剩余液体继续向下流动，依然被下面的管子加热和部分液体形成蒸汽。这种现象延续，直到管束的最下面一排换热管。

但是上述降膜蒸发器存在以下问题：降膜蒸发器中所喷淋的液体是分散的，喷淋到换热管表面时往往分布是不均匀的。由于换热管外表面或者翅片之间为光滑表面，使得管外液体湿润扩散性不够充分；同时，带翅片的换热管，翅片一般为金属片状，高出换热管表面，阻碍了液体的轴向运动。因此液体不容易沿换热管轴向湿润扩散，更容易沿换热管的周向落到下面一级的换热管上，滴落到下一级换热管的液体在没有沿轴向湿润扩散之前，会继续沿管子周向向下一级换热管滴落，造成液体在换热管表面分布不均匀，使换热管局部表面液膜变厚，降低了换热效果，而部分表面出现干涸，不能进行热交换。根据传热学理论，降膜蒸发换热管表面的液体能否分布均匀，对换热管的换热效果影响极大，成为提高降膜换热管换热效果的关键。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种降膜蒸发换热管，旨在解决传统换热管中外表面湿润性不够以及换热管表面液体分布不均匀的问题，从而有效提高换热管的换热效果。

本发明的技术方案是：一种降膜蒸发换热管，包括管体以及设在该管体外表面上的若干个翅片，所述翅片由金属粉末烧结成型而成，且翅片与管体的外表面连成一体，同时在管体的外表面、每相邻两翅片之间设有轴向的微毛细槽道。

所述翅片的边缘截面呈圆弧形、矩形、梯形或三角形。

所述翅片均匀分布在管体的外表面，翅片的高度为1~4mm，每1m长的管体上布置有10~300个翅片。

所述微毛细槽道均匀分布在管体的外表面，微毛细槽道的截面呈三角形、矩形、梯形或半圆形。

所述微毛细槽道的深度为0.01~0.1mm，宽度为0.01~0.1mm。

所述翅片是由铜粉末、铁粉末或铝粉末烧结而成的多孔介质翅片，该多孔介质翅片的孔隙率在40%以上。

所述管体的内表面设置有螺旋形槽道。

所述螺旋形槽道共有10~50条，槽深为0.1~0.4mm。

本发明的优点是：

1、本换热管的翅片由金属粉末烧结成型，金属粉末烧结的翅片会在其上形成很多孔隙，增加与工质接触的面积，同时结合管体外表面设置的微毛细槽道结构，从而加大了散热面积，也克服了传统金属翅片阻碍液体轴向流动的缺点。

2、管体表面的微毛细槽道和燒結成型而成的多孔介质翅片所产生的毛细力使得液体在管外分布的非常均匀，解决了降膜换热管外表面易干涸的缺点。

3、微毛细槽道和带有孔隙的翅片增加了汽化核心的数目，提高了降膜换热管的换热性能。

4、换热管内的螺旋形槽道对管内的流动可以起到破坏边界层的作用，达到强化换热的作用。 

附图说明

图1是本发明实施例的结构示意图；

图2是图1中的A部放大图；

图3是图1的B-B向剖视图；

其中：1-管体，2-翅片，3-微毛细槽道，4-螺旋形槽道。

具体实施方式

如图1所示，本实施例的降膜蒸发换热管包括换热管的管体1，该管体1的外表面设置有许多径向的翅片2，而且在管体1的外表面、每相邻两翅片2之间还设置有轴向的毛细导槽3。

如图2所示，上述翅片2由金属粉末烧结成型而成（用金属粉末烧结成型的翅片中会存在许多孔隙，称之为“多孔介质翅片”）。前述用于烧结翅片的金属粉末最好选用铜粉末、铁粉末或铝粉末，这样就可保证带有许多空隙的翅片2（多孔介质翅片）的空隙率在40%以上。翅片2与管体1的外表面紧紧结合而连成一体。翅片2的边缘截面（所谓“边缘截面”，是指翅片边缘处的截面）一般设置成圆弧形、矩形、梯形或三角形，本例中翅片2的边缘截面为圆弧形（如图2所示）。翅片2在管体1外表面均匀分布，其高度一般为1~4mm（本例为2mm），在每1m长的管体1上一般设置有10~300片翅片（本例为300片）。

如图2、图3所示，所述微毛细槽道3与换热管的轴向平行，均匀分布在管体1的外表面，微毛细槽道的截面可为三角形、矩形、梯形或半圆形（本例为三角形），其槽深优选0.01~0.1mm（本例为0.05mm），槽宽优选0.01~0.1mm（本例为0.05mm）。

如图1所示，本例在管体1的内表面还设置有10~50条的螺旋形槽道4，其槽深优选为0.1~0.4mm（本例为0.3mm），槽宽0.35mm。

本实施例的工作原理如下：

金属粉末烧结成型的翅片2中会存在许多孔隙，定义为多孔介质。根据流体力学理论，当翅片2中液体较少时，翅片的孔隙中会形成汽-液界面，此时会产生很强的毛细力。

喷淋到换热管上的液体在沿管子周向向下滴落之前，部分液体会在金属粉末烧结成型的翅片2和轴向的微毛细槽道3产生的毛细力作用下，迅速沿换热管轴向湿润换热管表面。

如果翅片附近液体较多，在前述毛细力的作用下，会吸收周边的液体向翅片2流动，并吸收在翅片内，从而减薄了翅片周围换热管表面液膜的厚度，提高了蒸发换热系数。如果翅片附近液体较少，甚至出现干涸时，在前述毛细力的作用下，又会推动翅片2内的液体向液体较少的区域流动，避免干涸现象出现。总之，在金属粉末烧结翅片的毛细力作用下，翅片2可以吸收翅片周围过多的液体，减薄液膜；或者释放出液体补充翅片周围液体较少的区域；从而起到了保证换热管表面液膜均匀分布的效果。金属粉末烧结翅片具有较大的孔隙率，在液体流量较大的情况下，液体可以直接渗透过金属粉末烧结翅片沿轴向流动，克服了常规金属片状翅片阻碍液体轴向流动的缺点。另一方面，降膜蒸发器的工作原理是通过换热管外的液体与换热管内的热流体进行热交换，使管外液体发生蒸发和沸腾，进而产生蒸汽。而本发明中管外的多孔介质的翅片2增加了换热面积，提高了换热效果；同时翅片的多孔隙结构有利于产生更多的气化核心，进一步增强沸腾换热。

另外，翅片之间的微毛细槽道3也起到了均匀换热管表面液体、避免管外局部干涸现象的作用。当换热管表面液体沿轴向分布不均匀时，局部液体多的位置上，微毛细槽道3内液体弯液面的曲率半径变大，表面张力的作用变小，因此造成该处液体内部的压力大；相反，局部液体少的地方，微毛细槽道3内液体弯液面曲率半径变小，表面张力的作用变大，造成该处液体的压力小。所以，微毛细槽道3内的液体在压力差的作用下，由液体多的地方流向液体少的地方。

管内的流体在管内螺旋形槽道4的作用下，壁面附近的液体边界层被破坏，有助于提高管内流体的换热系数。

当然，上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让人们能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明主要技术方案的精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种降膜蒸发换热管，包括管体（1）以及设在该管体（1）外表面上的若干个翅片（2），其特征在于：所述翅片（2）由金属粉末烧结成型而成，且翅片（2）与管体（1）的外表面连成一体，同时在管体（1）的外表面、每相邻两翅片（2）之间设有轴向的微毛细槽道（3）。

2.根据权利要求1所述的降膜蒸发换热管，其特征在于：所述翅片（2）的边缘截面呈圆弧形、矩形、梯形或三角形。

3.根据权利要求2所述的降膜蒸发换热管，其特征在于：所述翅片（2）均匀分布在管体（1）的外表面，翅片（2）的高度为1~4mm，每1m长的管体（1）上布置有10~300个翅片（2）。

4.根据权利要求1或2或3所述的降膜蒸发换热管，其特征在于：所述微毛细槽道（3）均匀分布在管体（1）的外表面，微毛细槽道（3）的截面呈三角形、矩形、梯形或半圆形。

5.根据权利要求4所述的降膜蒸发换热管，其特征在于：所述微毛细槽道（3）的槽深为0.01~0.1mm，槽宽为0.01~0.1mm。

6.根据权利要求1或2或3所述的降膜蒸发换热管，其特征在于：所述翅片（2）是由铜粉末、铁粉末或铝粉末烧结成型而成的多孔介质翅片，该多孔介质翅片的孔隙率在40%以上。

7.根据权利要求1或2或3所述的降膜蒸发换热管，其特征在于：所述管体（1）的内表面设置有螺旋形槽道（4）。

8.根据权利要求7所述的降膜蒸发换热管，其特征在于：所述螺旋形槽道（4）共有10~50条，槽深为0.1~0.4mm。

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