CN102679791B - 用于热交换器的传热管 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于热交换器的传热管，在所述传热管的内表面上设有交替分布的多个螺旋状主齿和多个凹槽，每个凹槽设在相邻的主齿之间，其中在至少一个凹槽中设有由多个沿主齿延伸方向相继间断排列的突起构成的突起组，每个突起的径向高度都低于主齿的径向高度，其中设有突起组的相邻凹槽之间具有至少一个未设有突起组的凹槽。这样，能够在提高传热效率的同时不显著增大对流体的流动阻力，并且制造简单、加工成本低。

Description

用于热交换器的传热管
技术领域
本发明涉及一种用于热交换器的传热管，特别涉及在管内表面上设有螺旋状膛线或者主齿的传热管。
背景技术
热交换器是使两种或更多流体间进行能量交换而实现流体间加热或冷却等目的的设备。目前常用的热交换器中在进行热量交换的流体之间都由固体间壁或第三流体分开。用于实现该热量交换的传热管的设计对于热交换器的工作效率具有很大影响。
图1示出了一种典型的热交换器100，其包括用于实现换热的多个翅片101和多个传热管102。翅片101中设有孔排，传热管102就插入这些孔中。在工作中，第一流体沿箭头A1所示进入多个传热管102组成的传热管系统，在经过传热管102进行热量交换之后，沿箭头A2所示的方向流出；第二流体沿箭头B1所示进入翅片101之间的空间中，在经过与传热管102中的第一流体进行热量交换之后，沿箭头B2所示的方向流出。
在制冷、空调、冷冻及冷藏装置中，第一流体通常是冷媒，而第二流体是空气。冷媒在传热管102内流动过程中经历相变，释放或吸收的热能由传热管102和翅片101传给空气。传热管102的内表面结构需要特殊设计以强化管内相变传热，从而有效的帮助管内外流体之间进行能量交换。
现有的传热管一般是采用无缝铜管，并在管的内表面上设置螺旋状的齿，以加大内表面积，保持内壁湿润或有薄液膜，增强流体扰动，破坏流动边界层，提供换热效果。在此基础上，也有一些传热管在螺旋状的主齿之外，还在主齿之间设置一些高度较低的非连续副齿，从而进一步增大传热管内的粗糙度。这样，就提供了更多的凝结或汽化核心，增加了流体在壁面的扰动，从而进一步提高了对流传热的效果。
但是，另一方面，如果没有合理的布置副齿，结果会增大流体在传热管内的流动阻力，系统必须增加功率以保证流体以设计速度通过热交换器，额外的功耗使得整个系统的工作效率降低。而且其中的副齿的形状和位置并未针对流体的运动进行优化，加工也不方便，实际上增加了制造的成本。
发明内容
本发明的目的是解决上述问题而提供一种用于热交换器的传热管，其能够在提高传热效率的同时不显著增大对流体的传输阻力，并且结构简单、制造加工成本低。
根据本发明的第一方面，提供了一种用于热交换器的传热管，在所述传热管的内表面上设有交替分布的多个螺旋状主齿和多个凹槽，每个凹槽设在相邻的主齿之间，其中在至少一个凹槽中设有由多个沿主齿延伸方向相继间断排列的突起构成的突起组，每个突起的径向高度都低于主齿的径向高度，其中，设有突起组的相邻凹槽之间具有至少一个未设有突起组的凹槽。优选地，设有突起组的相邻凹槽之间具有4个或5个未设有突起组的凹槽。
根据本发明的第二方面，提供了一种用于热交换器的传热管，在所述传热管的内表面上设有交替分布的多个螺旋状主齿和多个凹槽，每个凹槽设在相邻的主齿之间，其中在至少一个主齿沿周向的两侧的凹槽中设有由多个沿主齿延伸方向相继间断排列的突起构成的突起组，每个突起的径向高度都低于主齿的径向高度，其中，其两侧设有突起组的主齿之中相邻的两个主齿之间具有至少一个其两侧未设有突起组的主齿。优选地，其两侧设有突起组的主齿之中相邻的两个主齿之间具有4个或5个其两侧未设有突起组的主齿。
通过上述传热管，一方面，突起的设置增强了主齿底部对流体(例如制冷剂或冷媒)的扰动，帮助在蒸发过程中形成更多的汽泡核心，从而提高了相变换热的效率；另一方面，不在每个位于主齿之间的凹槽中设置突起，而是在间隔的凹槽中设置突起，这样就不会显著增大流体的流动阻力，避免压力降过大，同时加工成本也相对较低。
优选地，突起沿传热管周向的宽度小于凹槽沿传热管周向的宽度。这样，进一步减小突起对于流体的阻碍作用。而且突起仅仅设置在凹槽中沿周向的部分宽度上，可以进一步破坏流体的边界层形成，增强紊流，而提高换热效果。
优选地，每个突起沿周向的一侧形成在与所述突起所在凹槽相邻的两个主齿之一的侧面上。此时，同一突起组中的每个突起沿周向的一侧可以都形成在同一主齿的侧面上，也可以形成在不同主齿的侧面上。
根据上述优选实施方式的突起可以方便地用常规的连铸连轧工艺加工成型。。
优选地，突起垂直于周向的横截面为梯形。突起的径向高度可以与主齿的径向高度之比在0.05-0.5之间。根据该优选实施方式构造的突起更加有利于形成凝结或汽化核心，增强扰动作用。
优选地，同一突起组中的突起等间距排列。这样排列的突起加工更加容易。
根据一个优选实施方式，突起的径向高度从其形成在主齿的侧面上的一侧开始随着在主齿延伸方向上延伸而逐渐降低。这样形成的突起对流体的阻力更小，使压力降不至于过大，从而提高整个热交换器的工作效率。具体地，上述突起可以形成为类似镰刀、月牙、牛角状。
附图说明
图1是现有的热交换器的示意性立体图；
图2是根据本发明第一实施例的传热管的一部分的示意性立体图；
图3是根据本发明第一实施例的传热管的一部分的剖视立体图；
图3A是该传热管中一个突起的放大视图；
图4是根据本发明第二实施例的传热管的一部分的剖视立体图。
具体实施方式
下面结合附图，进一步详细说明根据本发明的用于热交换器的传热管的具体实施方式。
图2示出根据本发明第一实施例的传热管1的一部分的示意性立体图。如图2所示，传热管1形成为圆柱形管，优选由铜制成。当然，传热管1也可以由其他合金材料制成。在传热管1的内表面中加工形成有多个螺旋状主齿2(在图3中具体示出为21、...、26、27)。相应地，在两个相邻的主齿之间形成凹槽3(在图3中具体示出为31、32、33、34、35、36)。另外，还在部分凹槽3中形成高度低于主齿的非连续的突起41。这些突起进一步增大了传热管内的粗糙度，提供了更多的凝结或汽化核心，建立并维持内壁面的薄液膜层，增加了流体在壁面附近的扰动，从而提高了对流传热系数。
更详细地，图3示出了上述传热管1的一部分的剖视立体图。如图3所示，在凹槽31中形成了由一列突起41构成的突起组，在凹槽36中形成了另一突起组。在凹槽31和36之间还具有4个未设有突起组的凹槽32、33、34和35。通过这样分布突起41，就不会显著增大对流体的流动阻力，避免压力降过大，同时加工成本也相对较低。
当然，本发明并不限于此，而可以在相邻的设有突起组的凹槽31和36之间间隔布置2个、3个或者多于4个的未设有突起组的凹槽。在图中仅仅示出了突起组包括2个或3个突起41，但一个突起组中突起41的数量可以根据传热管1的长度和突起41之间的间距任意设定。另外，图3中所示的同一突起组中的突起41是等间距排列的(相邻突起41之间沿轴向的间隔距离为L)，但是本发明并不限于此，而可以将突起41设置成非等间距排列的。
如图3所示，在传热管1的周向上，突起41的宽度小于凹槽的宽度。换言之，突起41仅仅占据凹槽的宽度的一部分。这样，与突起41的宽度与凹槽的宽度相等的情况相比，流体的通过面积更大，突起41对于流体的阻碍作用更小。另外，这样的构造可以进一步破坏流体的边界层形成，增强紊流，而提高换热效果。
如图3所示，突起41沿周向的一侧411(在图3A中示出)形成在相邻的主齿21的一个侧面(图3中靠右的侧面)上。这样的结构比较便于加工。在图3所示的实施例中，同一突起组中的每个突起41一侧都形成在同一主齿的侧面上。例如，凹槽31中的突起组中的突起41的一侧都形成在主齿21的侧面211上，而凹槽36中的突起组中的突起41的一侧都形成在主齿26的相应侧面上。
但是，本发明并不限于此，而可以设置为使得同一突起组中的相邻突起41形成在不同主齿的侧面上。例如，对于凹槽36中的突起组，第一个突起41可以形成在主齿26的侧面上，而第二个突起41形成在主齿27的侧面上，并依次交替设置。通过这样排列突起41，可以进一步破坏流体的边界层形成，增强传热的效果。
下面参照图3A放大示出的一个突起41说明其具体形状和尺寸。突起41垂直于周向的横截面为大致梯形，其侧面411形成为适合于紧靠在主齿的侧面上。当主齿的径向高度为h时，突起41的尺寸可以如下设定：
h1＝0.05～0.5h；
a＝0.05～0.5h；
b＝1～2h；
c＝0.05～0.85w；
d＝1.5～2.5h。
另外，h可以在0.07～0.23mm之间，L可以在0.5～15mm之间。当然，上述尺寸只是示例，可以根据具体应用改用其他合适的尺寸。
下面参照图4说明根据本发明第二实施例的传热管1’。传热管1’与根据第一实施例的传热管1的区别主要在于突起41’的形状和分布。
如图4所示，在主齿21’的两侧的凹槽中都形成有突起41’。相邻的两个设有突起的主齿21’和26’之间具有多个未设有突起的主齿22’、23’、24’、25’(间隔的主齿的数量可以不同)。通过这样分布突起，也可以取得与如图3所示实施例相似的效果。同样地，突起41’的分布可以如上所述一样在图4所示实施例的基础上进行变化。
突起41’的径向高度从其形成在主齿21’的侧面211’上的一侧开始随着在主齿延伸方向(即，轴向)上延伸而逐渐降低，从而形成例如图4中所示的镰刀形。这样形成的突起对流体的阻力更小，使压力降不至于过大，从而提高整个热交换器的工作效率，而且加工更加方便。另外，突起41’也可以形成为月牙状、牛角状或类似形状。
本发明不受上述实施例限制，并且在没有脱离本发明的精神和范围的前提下可以进行多种改变和修改。可以以任意合适的方式组合和变化第一实施例和第二实施例中的特征。例如，可以在第一实施例中使用第二实施例中所示形状的突起41’，也可以在第二实施例中使用第一实施例中所示形状的突起41。例如，第二实施例中同一主齿21’两侧的突起41’的形状或定向可以不同。

Claims (12)

1.一种用于热交换器的传热管，在所述传热管的内表面上设有交替分布的多个螺旋状主齿和多个凹槽，每个凹槽设在相邻的主齿之间，其中在至少一个凹槽中设有由多个沿主齿延伸方向相继间断排列的突起构成的突起组，每个突起的径向高度都低于主齿的径向高度，
其特征在于，设有突起组的相邻凹槽之间具有至少一个未设有突起组的凹槽，
突起沿传热管周向的宽度小于凹槽沿传热管周向的宽度，
每个突起沿周向的一侧形成在与所述突起所在凹槽相邻的两个主齿之一的侧面上，
突起的径向高度从其形成在主齿的侧面上的一侧开始随着在主齿延伸方向上延伸而逐渐降低。
2.根据权利要求1所述的传热管，其特征在于，同一突起组中的每个突起沿周向的一侧都形成在同一主齿的侧面上。
3.根据权利要求1所述的传热管，其特征在于，同一突起组中的相邻突起沿周向的一侧形成在不同主齿的侧面上。
4.根据权利要求1－3中任一项所述的传热管，其特征在于，设有突起组的相邻凹槽之间具有4个或5个未设有突起组的凹槽。
5.根据权利要求1－3中任一项所述的传热管，其特征在于，突起垂直于周向的横截面为梯形。
6.根据权利要求5所述的传热管，其特征在于，突起的径向高度与主齿的径向高度之比在0.05－0.5之间。
7.根据权利要求1－3中任一项所述的传热管，其特征在于，同一突起组中的突起等间距排列。
8.一种用于热交换器的传热管，在所述传热管的内表面上设有交替分布的多个螺旋状主齿和多个凹槽，每个凹槽设在相邻的主齿之间，其中在至少一个主齿沿周向的两侧的凹槽中设有由多个沿主齿延伸方向相继间断排列的突起构成的突起组，每个突起的径向高度都低于主齿的径向高度，
其特征在于，其两侧设有突起组的主齿之中相邻的两个主齿之间具有至少一个其两侧未设有突起组的主齿，
突起沿传热管周向的宽度小于凹槽沿传热管周向的宽度，
对于其两侧设有突起组的主齿，每个突起沿周向的一侧形成在该主齿的侧面上，
突起的径向高度从其形成在主齿的侧面上的一侧开始随着在主齿延伸方向上延伸而逐渐降低。
9.根据权利要求8所述的传热管，其特征在于，其两侧设有突起组的主齿之中相邻的两个主齿之间具有4个或5个其两侧未设有突起组的主齿。
10.根据权利要求8所述的传热管，其特征在于，突起垂直于周向的横截面为梯形。
11.根据权利要求10所述的传热管，其特征在于，突起的径向高度与主齿的径向高度之比在0.05－0.5之间。
12.根据权利要求8所述的传热管，其特征在于，同一突起组中的突起等间距排列。
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