CN103471441A

CN103471441A - 降膜蒸发器用的热交换管

Info

Publication number: CN103471441A
Application number: CN2013104318998A
Authority: CN
Inventors: 周浩平; 张国锋; 景晓伟; 张亮; 邹锋
Original assignee: Jiangsu Cuilong Precision Copper Tube Corp
Current assignee: Jiangsu Cuilong Precision Copper Tube Corp
Priority date: 2013-09-22
Filing date: 2013-09-22
Publication date: 2013-12-25

Abstract

一种降膜蒸发器用的热交换管，属于热交换部件技术领域。包括管体和外翅片组，外翅片组包括第一、第二和第三外翅片，在第一、第二、第三外翅片的顶部分别构成第一、第二、第三外翅片顶部凹道，相邻第一、第二、第三外翅片顶部凹道间各构成第一、第二、第三外翅片顶部凸台，特点：第一外翅片顶部凹道与管体的轴向中心线之间构成第一夹角，第二外翅片顶部凹道与管体的轴向中心线并行，第三外翅片顶部凹道与管体的轴向中心线之间构成第二夹角，由第一与第二夹角的彼此对称而使第一、第三外翅片凹道彼此形成八字形的组合关系并且连同第一、第三外翅片顶部凸台相互形成八字形的组合关系。使降膜蒸发换热管外表面的沸腾换热系数发挥至极致程度。

Description

降膜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，用于强化热交换管外外表面的沸腾换热，特别适用于降膜蒸发器使流过管子外表面的液体蒸发，或使它所浸放其中的液体沸腾汽化。

背景技术

在诸如制冷、空调、过程工程、石油化工以及能源与动力工程之类的领域，均涉及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，由于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，强化管外沸腾换热可以显著提高蒸发器的传热性能。

如业界所知，降膜蒸发传热由液膜内部的沸腾和液膜表面蒸发两部分组成。依据沸腾换热机理的研究表明，液体的沸腾需存在汽化核心，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缝隙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，于是空穴便失去了活性，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，然而对于降膜蒸发，液膜沿管壁表面的分布状况对于强化传热也起着至关重要的作用。因此加热表面的结构需兼顾有利于液膜的均匀分布和在管壁表面的均匀覆盖。

而已有技术中表现于蒸发器热交换管管外的外翅片的结构虽然强调了有利于汽化核心生成的表面结构，却不足以提供有效的液体流动途径来保证液膜在管壁表面的均匀覆盖。

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有助于保证管体外壁具有足够多的并且具有活性的空穴而藉以改善沸腾传热性能和有利于液膜在管表面均匀覆盖的降膜蒸发器用的热交换管。

本发明的任务是这样来完成的，一种降膜蒸发器用的热交换管，包括管体和由所述管体上的材料沿着管体的半径方向延展并且在管体的外表面绕管体螺旋状态延伸而成的与管体构成为一体的外翅片组，外翅片组包括第一、第二外翅片和第三外翅片，第一、第二、第三外翅片之间的空间构成为外翅片凹道，在第一外翅片的顶部以间隔状态构成有第一外翅片顶部凹道，相邻第一外翅片顶部凹道之间构成为第一外翅片顶部凸台，在第二外翅片的顶部以间隔状态构成有第二外翅片顶部凹道，相邻第二外翅片顶部凹道之间构成为第二外翅片顶部凸台，在第三外翅片的顶部以间隔状态构成有第三外翅片顶部凹道，相邻第三外翅片顶部凹道之间构成为第三外翅片顶部凸台，特征在于：所述的第一外翅片顶部凹道与所述管体的轴向中心线之间构成有一第一夹角，所述的第二外翅片顶部凹道与管体的轴向中心线并行，而所述的第三外翅片顶部凹道与管体的轴向中心线之间构成有一第二夹角，藉由第一夹角与第二夹角的彼此对称而使所述的第一、第三外翅片凹道彼此形成八字形的组合关系并且连同所述的第一、第三外翅片顶部凸台相互形成八字形的组合关系。

在本发明的一个具体的实施例中，所述的第一夹角和所述的第二夹角的角度是相等的。

在本发明的另一个具体的实施例中，所述的第一夹角和所述的第二夹角的度数均为5-60°。

在本发明的又一个具体的实施例中，所述的第一夹角和所述的第二夹角的度数均为20-50°。

在本发明的再一个具体的实施例中，所述的第一夹角和所述的第二夹角的度数均为30-40°。

在本发明的还有一个具体的实施例中，所述的第一夹角和所述的第二夹角的度数均为37°。

在本发明的更而一个具体的实施例中，所述的第一、第二外翅片和第三外翅片的高度为0.4-1.6㎜，相邻外翅片之间的间距为0.4-1.5㎜，所述的第一外翅片顶部凹道的深度为0.1-0.5㎜，所述的第二外翅片顶部凹道的深度为0.1-0.5㎜，所述的第三外翅片顶部凹道的深度为0.1-0.3㎜，第一、第二外翅片顶部凹道以及第三外翅片顶部凹道的宽度为0.2-1㎜。

在本发明的进而一个具体的实施例中，所述的第一外翅片顶部凹道的深度为0.3-0.4㎜，所述的第二外翅片顶部凹道的深度为0.2-0.3㎜㎜，所述的第三外翅片顶部凹道的深度为0.15-0.3㎜。

在本发明的又更而一个具体的实施例中，所述的第一外翅片顶部凹道的深度为0.35㎜，所述的第二外翅片顶部凹道的深度为0.25㎜，所述的第三外翅片顶部凹道的深度为0.3㎜。

在本发明的又进而一个具体的实施例中，在所述的管体的内壁上构成有螺旋状的内翅片，内翅片与管体的轴向中心线形成的螺旋角的角度为30-50°。

本发明提供的技术方案由于第一、第三外翅片顶部凹道分别与管体的轴向中心线之间形成有彼此对称的第一、第二夹角，并且由于第二外翅片顶部凹道与管体的轴向中心线并行而不存在夹角，因而使第一、第三外翅片顶部凹道组成八字形的关系，使第二外翅片发挥向两侧即向第一、第三外翅片顶部凹道重新分配流体的作用，同时，第一、第三外翅片顶部凹道能保障提供足够多和足够大的汽化核心的作用，从而使强化沸腾换热效果显著提高，保证液膜在管壁表面的均匀覆盖，使降膜蒸发换热管外表面的沸腾换热系数发挥至极致程度。

附图说明

图1为本发明的实施例结构图。

图2为图1的剖视图。

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。

请参见图1和图2，给出了管体1和由管体1上的材料沿着管体1的半径方向延展并且在管体1的外表面绕管体1螺旋状态延伸而形成的与管体1构成为一体的外翅片组2以及构成于管体1的内壁上的并且与管体1的向中心线之间形成有30-50°（本实施例为40°）的螺旋角的内翅片3。外翅片组2包括第一外翅片21，第二外翅片22和第三外翅片23，该第一、第二、第三外翅片21、22、23之间的空间构成为外翅片凹道24，也就是说第一、第二外翅片21、22之间的空间构成为外翅片凹道24，第二、第三外翅片22、23之间的空间构成为外翅片凹道24，第一外翅片21与相邻的外翅片组2的第三外翅片23之间的空间构成为外翅片凹道24。外翅片凹道24的深度对应于前述的第一、第二、第三外翅片21、22、23的高度，该高度优选为0.4-1.6㎜，较好地为0.6-1.4㎜，更好地为0.8-1.2㎜，本实施例选择1㎜；外翅片凹道24的宽度即为相邻外翅片之间的间距，更具体地讲是第一、第二、第三外翅片21、22、23彼此之间的间隔距离。

申请人对上述第一、第二、第三外翅片21、22、23所取的高度取0.4-1.6㎜，对第一、第二外翅片21、22之间、第二、第三外翅片22、23以及第三、第一外翅片23、21之间的间距（即前述的相邻外翅片之间的间距）取0.4-1.5㎜是经过了非有限次数的反复实验结果得到的，因为过小的取值虽然可以显著增加汽化核心的数目，但是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，于是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，但汽化核心的数目会减少，同样会使传热性能下降。基于此，申请人将取值分别取前述的0.4-1.6㎜以及0.4-1.5㎜是在充分考虑了前述两个因素之间的最佳平衡效果而作出的优化选择。

由图所示，在第一外翅片21的顶部以间隔状态构成有第一外翅片顶部凹道211，相邻第一外翅片顶部凹道211之间构成为第一外翅片顶部凸台2111；在第二外翅片22的顶部以间隔状态构成有第二外翅片顶部凹道221，相邻第二外翅片顶部凹道221之间构成为第二外翅片顶部凸台2211；在第三外翅片23的顶部以间隔状态构成有第三外翅片顶部凹道231，相邻第三外翅片顶部凹道231之间构成为第三外翅片顶部凸台3111。

由图2的示意，第一外翅片顶部凹道211与管体1的轴向中心线之间构成有一第一夹角α；第二外翅片顶部凹道221与管体1的轴向中心线并行；而第三外翅片顶部凹道231与管体1的轴向中心线之间构成有一第二夹角β。由于第二外翅片顶部凹道221与管体1的轴向中心线并行，因此与管体1的轴向中心线之间的夹角为零度，即不存在夹角，又由于第一、第二夹角α、β的相对称，因而使第一、第三外翅片凹道211、231彼此形成中国汉字的“八”字形的组合关系并且连同第一、第三外翅片顶部凸台2111、2311相互形成中国汉字的八字形的组合关系。

前述的第一夹角α（也可称倾角）的角度优选为5-60°，较好地为20-50°，更好地为30-40°，最好为37°，第二夹角β（也可称倾角）同例。因为较大的夹角虽然可以增大干扰液膜的作用，但是会减弱液膜重新均匀分配的能力，所以对第一、第二夹角α、β选择5-60°范围也是申请人经过反复的实验结果得到的。

前述的第一外翅片顶部凹道211的深度优选为0.1-0.5㎜，较好地为0.3-0.4㎜，最好为0.35㎜；前述的第二外翅片顶部凹道221的深度优选为0.1-0.5㎜，较好地为0.2-0.3㎜，最好为0.25㎜；前述的第三外翅片顶部凹道231的深度优选为0.1-0.3㎜，较好地为0.15-0.3㎜，最好为0.3㎜。在本实施例中，第一、第二、第三外翅片顶部凹道211、221、231的深度分别选择为0.35㎜、0.25㎜和0.3㎜。

第一、第二、第三外翅片顶部凹道211、221、231的尺寸越小，那么虽然在单位管长上可切出的凹道的数目越多，但是气泡重新生成所需的过热度也会越高，因此申请人将第一、第二外翅片顶部凹道211、221的深度取0.1-0.5㎜以及将第三外翅片顶部凹道231的深度取0.1-0.3㎜，同样是通过反复的实验验证得到的。并且，第一、第二、第三外翅片顶部凹道211、221、231的宽度取0.2-1㎜同样是基于该前提下得到的最佳选择。

需要进一步说明的是：申请人之所以将前述的第一外翅片顶部凹道211与管体1的轴向中心线之间构成倾角即构成第一夹角α，以及将第三外翅片顶部凹道231与管体1的轴向中心线之间构成倾角即构成第二夹角β，主要用于破碎来流液膜分布，第二外翅片顶部凹槽221水平布置即与管体1的轴向中心线并行，主要用于向两侧重新分布液体。因此作为最佳的选择，第二外翅片顶部凹道221比第一、第三外翅片顶部凹道211、231浅。但是并不排斥将相邻的外翅片顶部凹道设计成不相同的尺度（宽度或深度），也就是说，相邻的外翅片顶部凹道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，因而不能以实施例来限制本发明公开的技术内容范畴。

为了形成有效的空穴结构，在加工出第一、第二、第三外翅片顶部凸台2111、2211、2311之后，用滚轮碾压第一、第二、第三外翅片顶部凸台2111、2211、2311的顶部，让顶部向两侧延展，使顶部的形状构成为T形翅台；也可以在顶部切出斜槽，在切出斜槽后再对顶部碾压，使顶部向两侧延期展而形成位于两相邻斜槽之间的前述T形翅台。总之，通过碾压第一、第二、第三外翅片顶部凸台2111、2211、2311的顶部，使其材料向侧面方向部分延展或偏移，使相邻的第一、第二、第三外翅片顶部凸台2111、2211、2311的顶部的T形翅台的翅台边缘处部分重合。

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所述的技术效果，因而不失为是一个极致的技术方案。

Claims

1.一种降膜蒸发器用的热交换管，包括管体(1)和由所述管体(1)上的材料沿着管体(1)的半径方向延展并且在管体(1)的外表面绕管体(1)螺旋状态延伸而成的与管体(1)构成为一体的外翅片组(2)，外翅片组(2)包括第一、第二外翅片(21、22)和第三外翅片(23)，第一、第二、第三外翅片(21、22、23)之间的空间构成为外翅片凹道(24)，在第一外翅片(21)的顶部以间隔状态构成有第一外翅片顶部凹道(211)，相邻第一外翅片顶部凹道(211)之间构成为第一外翅片顶部凸台(2111)，在第二外翅片(22)的顶部以间隔状态构成有第二外翅片顶部凹道(221)，相邻第二外翅片顶部凹道(221)之间构成为第二外翅片顶部凸台(2211)，在第三外翅片(23)的顶部以间隔状态构成有第三外翅片顶部凹道(231)，相邻第三外翅片顶部凹道(231)之间构成为第三外翅片顶部凸台(3111)，其特征在于：所述的第一外翅片顶部凹道(211)与所述管体(1)的轴向中心线之间构成有一第一夹角(α)，所述的第二外翅片顶部凹道(221)与管体(1)的轴向中心线并行，而所述的第三外翅片顶部凹道(231)与管体(1)的轴向中心线之间构成有一第二夹角(β)，藉由第一夹角(α)与第二夹角(β)的彼此对称而使所述的第一、第三外翅片凹道(211、231)彼此形成八字形的组合关系并且连同所述的第一、第三外翅片顶部凸台(2111、2311)相互形成八字形的组合关系。

2.根据权利要求1所述的降膜蒸发器用的热交换管，其特征在于所述的第一夹角α和所述的第二夹角β的角度是相等的。

3.根据权利要求1所述的降膜蒸发器用的热交换管，其特征在于所述的第一夹角(α)和所述的第二夹角(β)的度数均为5-60°。

4.根据权利要求3所述的降膜蒸发器用的热交换管，其特征在于所述的第一夹角(α)和所述的第二夹角(β)的度数均为20-50°。

5.根据权利要求4所述的降膜蒸发器用的热交换管，其特征在于所述的第一夹角(α)和所述的第二夹角(β)的度数均为30-40°。

6.根据权利要求5所述的降膜蒸发器用的热交换管，其特征在于所述的第一夹角(α)和所述的第二夹角(β)的度数均为37°。

7.根据权利要求1所述的降膜蒸发器用的热交换管，其特征在于所述的第一、第二外翅片(21、22)和第三外翅片(23)的高度为0.4-1.6㎜，相邻外翅片之间的间距为0.4-1.5㎜，所述的第一外翅片顶部凹道(211)的深度为0.1-0.5㎜，所述的第二外翅片顶部凹道(221)的深度为0.1-0.5㎜，所述的第三外翅片顶部凹道(231)的深度为0.1-0.3㎜，第一、第二外翅片顶部凹道(211、221)以及第三外翅片顶部凹道(231)的宽度为0.2-1㎜。

8.根据权利要求7所述的降膜蒸发器用的热交换管，其特征在于所述的第一外翅片顶部凹道(211)的深度为0.3-0.4㎜，所述的第二外翅片顶部凹道(221)的深度为0.2-0.3㎜㎜，所述的第三外翅片顶部凹道(231)的深度为0.15-0.3㎜。

9.根据权利要求8所述的降膜蒸发器用的热交换管，其特征在于所述的第一外翅片顶部凹道(211)的深度为0.35㎜，所述的第二外翅片顶部凹道(221)的深度为0.25㎜，所述的第三外翅片顶部凹道(231)的深度为0.3㎜。

10.根据权利要求7所述的降膜蒸发器用的热交换管，其特征在于在所述的管体(1)的内壁上构成有螺旋状的内翅片(3)，内翅片(3)与管体(1)的轴向中心线形成的螺旋角的角度为30-50°。