CN104654885A - 一种热交换铜管结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及传热铜管技术领域，公开了一种热交换铜管结构，包括铜管本体，铜管本体内壁设有两组呈螺旋分布的齿肋，分别为齿肋I、齿肋II，齿肋I的截面呈矩形结构，齿肋II的截面呈三角形，齿肋I的齿顶处设有沿齿肋I分布的V形槽，铜管本体任一截面上，齿肋I、齿肋II所在圆弧各占圆周的一半。因此，本发明具有能有效减小冷媒流通阻力，提高铜管本体内不同部位冷媒之间热交换速率从而增强铜管本体内外热交换性能的有益效果。

Description

一种热交换铜管结构

技术领域

本发明涉及铜管技术领域，尤其涉及一种热交换铜管结构。

背景技术

空调中内的冷凝器和蒸发器都是通过内螺纹铜管盘制而成，在传热管技术领域从光管升级到内螺纹铜管，是一大技术革新，极大的提高了空调制冷、制热的性能，目前的内螺纹铜管一般都是单一的螺旋槽或螺旋齿，也有许多文献或专利公开了不同截面形状的螺旋齿，例如有M形、Y形、梯形、半圆形齿，各种形状的齿形无非就是为了增加热传递表面积，但是对于内螺纹铜管而言，仅是改变齿的截面形状并没有从根本上增大热传递性能，而且有的齿形加工非常困难，有的齿形能增加介质流动阻力，会带来负面效果，甚至降低螺纹管本身的热传递性能。

中国专利授权公告号：CN100365370C，授权公告日2008年1月30日，公开了一种内螺纹传热管，其内表面上有螺旋齿，螺旋齿的横截面为Y字形，相邻的两齿之间有一开口空腔，齿的两侧壁的高度相等或不相等，相邻两齿间空腔的最大宽度大于空腔的宽度，传热管适用房、间空调器，尤其适用于冷暧型房间空调器。其不足之处是Y形齿会增加冷媒在铜管内的流通阻力，不利于铜管内外热传递，冷媒在铜管内流动较均匀，扰流强度小，在铜管内壁处与铜管中心部位的冷媒之间热交换较慢，铜管内壁处冷媒与外界热交换后与铜管中心处的冷媒形成热量差，由于扰流强度小，铜管内壁处冷媒与铜管中心部位冷媒之间热量传递缓慢，从而导致铜管内部冷媒与外界热热交换性能下降，降低传热管的热交换性能。

发明内容

本发明为了解决现有技术中传热铜管内的螺纹导致冷媒流动阻力增大，传热管内不同部位冷媒热交换速率低的不足，提供了一种能有效减小冷媒流通阻力，提高铜管本体内不同部位冷媒之间热交换速率的热交换铜管结构。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种热交换铜管结构，包括铜管本体，所述的铜管本体内壁设有两组呈螺旋分布的齿肋，分别为齿肋I、齿肋II，所述齿肋I的截面呈矩形结构，齿肋II的截面呈三角形，所述齿肋I的齿顶处设有沿齿肋I分布的V形槽，铜管本体任一截面上，齿肋I、齿肋II所在弧面各占圆周的一半。蒸汽在铜管本体内流动时，齿肋I、齿肋II增加铜管本体内壁的表面积，V形槽进一步增加铜管本体内壁表面积，同时齿肋对冷媒蒸汽具有引导作用，使得蒸汽沿着螺旋方向流动，由于齿肋I、齿肋II的形状不同，这样就导致在铜管本体任意截面处，齿肋I、齿肋II对应半圆内的蒸汽受到的阻力不同，从而形成两股流速不同的蒸汽流，由于两股蒸汽流的流速不同，两股蒸汽流相互追尾而加强冷媒周向的扰流作用，进而有增强铜管本体内部与中间部位蒸汽的紊流作用，促使蒸汽之间快速实现热量均衡，提高铜管本体内不同部位冷媒之间热交换速率，保证铜管本体内壁处的冷媒快速与外界进行热交换。

作为优选，所述的齿肋I、齿肋II的齿顶高沿相同的周向从第一条齿肋到最后一条齿肋依次降低，齿肋I中齿顶高最大的齿与齿肋II中齿顶高最小的齿相邻，齿肋I中齿顶高最小的齿与齿肋II中齿顶高最大的齿相邻，齿肋I中最大齿顶高与齿肋II中最大齿顶高相同，齿肋I中最小齿顶高与齿肋II中最小齿顶高相同。冷媒在铜管本体内流动时，在螺旋齿肋的作用下产生离心力，齿肋I、齿肋II的齿顶高依次降低，齿顶的连线为两段与铜管本体不同心的圆弧，该圆弧对冷媒也具有一定的引导作用，冷媒沿着传热管内壁流动时，其位于任意角度所受到的阻力都不相同，整个铜管本体内会形成多股速度不同的蒸汽流，气流之间相互干涉形成扰流，极大的增强了铜管本体内部不同空间处冷媒蒸汽之间的热交换，从而保证铜管本体内的冷媒蒸汽能与外界进行最大限度的热交换。

作为优选，所述的铜管本体内壁还设有与齿肋I、齿肋II旋向相反的螺旋槽。螺旋槽一方面能有效降低冷媒的流通阻力，另一方面能降低铜管本体内边界层（气液混合态的冷媒，液态冷媒会在离心力的作用下与铜管本体内壁贴合形成边界层）的厚度。

作为优选，所述的螺旋槽以齿肋I、齿肋II中最大齿顶高所在圆周面为基准面，螺旋槽底部到铜管本体内壁的距离等于齿肋I中所有齿高的平均值。由于齿肋I、齿肋II中齿的齿顶高不同，只有齿顶高大于平均值的齿肋顶部才会与螺旋槽相交而被螺旋槽打断，同时齿肋I顶部的V形槽与螺旋槽相交也被隔断，齿顶高大于平均值的螺旋齿肋对冷媒流动阻力大，螺旋槽能针对性的减小该阻力，部分冷媒会从螺旋槽处进行跨齿肋流动，从而形成若干小股逆流，逆流与高于平均值的齿肋处的顺流之间干涉形成紊流，同时小股逆流在惯性的作用下还会冲击齿顶高小于平均值的齿肋处的顺流，从而在管内不同位置处形成不同方位、角度的扰流、紊流，极大的提高冷媒之间、冷媒与外界的热交换效率。

作为优选，所述的铜管本体内还设有膨胀管，所述的膨胀管与铜管本体之间形成环形腔，所述的膨胀管内沿轴向设有若干独立的膨胀腔。由于铜管本体中心部位的冷媒需要借助内壁处的冷媒与外界进行热交换，虽然该热交换效率高，但是还是小于内壁处的冷媒直接与外界热交换的效率，因此中心处设置膨胀管，使得冷媒在环形腔内流动，增加冷媒与外界直接热交换能力；当高压蒸汽在铜管本体内流动时，为了保证铜管本体的抗压性能，管壁都较厚，而本结构中，膨胀管具有缓解压力的作用，当环形腔内压力过大，膨胀腔会受到挤压，从而起到缓解超高气压的作用，因此本结构中的铜管本体管壁较普通传热管薄，管壁薄能降低热传递的路径，增强铜管本体内外的热交换。

作为优选，膨胀管外位于相邻两个膨胀腔之间的部位套有连接套，连接套外侧设有若干弹性支撑脚。膨胀管外每隔一段距离都设置连接套、弹性支撑脚，从而能最大限度的保持膨胀管与铜管本体的同心度，防止膨胀管外壁与铜管本体内壁接触。

作为优选，所述的膨胀管的外径为铜管本体外径的2/5-3/5。

作为优选，所述的膨胀管为硅胶管，所述的连接套、弹性支撑脚由硅胶制成。硅胶管具有耐高温、耐低温、抗老化的性能，使用寿命长。

因此，本发明具有能有效减小冷媒流通阻力，提高铜管本体内不同部位冷媒之间热交换速率从而增强铜管本体内外热交换性能的有益效果。

附图说明

图1为实施例1的结构示意图。

图2为实施例2的结构示意图。

图3为实施例2中铜管本体内A-A面展开示意图。

图4为实施例3的结构示意图。

图5为实施例3的侧剖图。

图6为实施例3中膨胀管膨胀结构示意图。

图7为图5中B处局部放大示意图。

图中：铜管本体1  齿肋I2  V形槽20  齿肋II 3  螺旋槽4  膨胀管5  环形腔6  膨胀腔7  连接套8  弹性支撑脚9  环形限位槽10  环形凸台11。

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描述：

实施例1：如图1所示的一种热交换铜管结构，包括铜管本体1，铜管本体1内壁设有两组呈螺旋分布的齿肋，分别为齿肋I2、齿肋II3，齿肋I的截面呈矩形结构，齿肋II的截面呈三角形，齿肋II的齿顶角为圆角，齿肋I的齿顶处设有沿齿肋I分布的V形槽20，铜管本体任一截面上，齿肋I、齿肋II所在弧面各占圆周的一半，齿肋I、齿肋II与铜管本体轴线的夹角β为30°，从而减小冷媒阻力。齿肋I、齿肋II对应半圆内的冷媒蒸汽受到的阻力不同，从而形成两股流速不同的蒸汽流，由于两股蒸汽流的流速不同，两股蒸汽流相互追尾而加强冷媒周向的扰流作用，进而有增强铜管本体内部与中间部位蒸汽的紊流作用，促使蒸汽之间快速实现热量均衡，提高铜管本体内不同部位冷媒之间热交换速率，保证铜管本体内的冷媒快速、充分与外界进行热交换。

实施例2：如图2所示的一种热交换铜管结构，包括铜管本体1，铜管本体1内壁设有两组呈螺旋分布的齿肋，分别为齿肋I2、齿肋II3，齿肋I的截面呈矩形结构，齿肋II的截面呈三角形，齿肋I的齿顶处设有沿齿肋I分布的V形槽20，铜管本体任一截面上，齿肋I、齿肋II所在圆弧各占圆周的一半，齿肋I、齿肋II与铜管本体轴线的夹角β为30°，齿肋I、齿肋II的齿顶高从第一条齿肋到最后一条齿肋依次降低，齿肋I中齿顶高最大的齿与齿肋II中齿顶高最小的齿相邻，齿肋I中齿顶高最小的齿与齿肋II中齿顶高最大的齿相邻，齿肋I中最大齿顶高与齿肋II中最大齿顶高相同，齿肋I中最小齿顶高与齿肋II中最小齿顶高相同；如图3所示，铜管本体1内壁还设有与齿肋I、齿肋II旋向相反的螺旋槽4；螺旋槽4以齿肋I、齿肋II中最大齿顶高所在圆周面为基准面，螺栓槽底部到铜管本体内壁的距离等于齿肋I中所有齿高的平均值，齿肋I、齿肋II中的部分齿顶较高的齿肋与螺旋槽相交而被隔断，螺旋槽还与V形槽相交，从而增强相邻两个齿肋之间冷媒在螺旋槽、V形槽内的流动而形成小股逆流，增强铜管内壁处的紊流、扰流作用。

冷媒在铜管本体内流动时，在螺旋齿肋的作用下产生离心力，齿肋I、齿肋II的齿顶高依次降低，齿顶的连线为两段与铜管本体不同心的圆弧，该圆弧对冷媒也具有一定的引导作用，冷媒沿着传热管内壁流动时，其位于任意角度所受到的阻力都不相同，整个铜管本体内会形成多股速度不同的蒸汽流，气流之间相互干涉形成扰流，极大的增强了铜管本体内部不同空间处冷媒蒸汽之间的热交换；只有齿顶高大于平均值的螺旋齿肋顶部才会形成螺旋槽，齿顶高大于平均值的螺旋齿肋对冷媒流动阻力大，螺旋槽能针对性的减小该阻力，部分冷媒会从螺旋槽处进行跨齿肋流动，从而形成若干小股逆流，逆流与高于平均值的齿肋处的顺流之间干涉形成紊流，同时小股逆流在惯性的作用下还会冲击齿顶高小于平均值的齿肋处的顺流，从而在管内不同位置处形成不同方位、角度的扰流、紊流，极大的提高冷媒之间、冷媒与外界的热交换效率。

实施例3：如图4所示的一种热交换铜管结构，包括铜管本体1，铜管本体1内壁设有两组呈螺旋分布的齿肋，分别为齿肋I2、齿肋II3，齿肋I的截面呈矩形结构，齿肋II的截面呈三角形，齿肋I的齿顶处设有沿齿肋I分布的V形槽20，铜管本体任一截面上，齿肋I、齿肋II所在圆弧各占圆周的一半，齿肋I、齿肋II与铜管本体轴线的夹角β为30°，齿肋I、齿肋II的齿顶高从第一条齿肋到最后一条齿肋依次降低，齿肋I中齿顶高最大的齿与齿肋II中齿顶高最小的齿相邻，齿肋I中齿顶高最小的齿与齿肋II中齿顶高最大的齿相邻，齿肋I中最大齿顶高与齿肋II中最大齿顶高相同，齿肋I中最小齿顶高与齿肋II中最小齿顶高相同；铜管本体1内壁还设有与齿肋I、齿肋II旋向相反的螺旋槽4；铜管本体内还设有膨胀管5，膨胀管的外径为铜管本体外径的1/2，膨胀管与铜管本体之间形成环形腔6，膨胀管内沿轴向设有若干独立的膨胀腔7。

如图5所示，膨胀管5外位于相邻两个膨胀腔之间的部位套有连接套8，连接套外侧设有若干弹性支撑脚9，弹性支撑脚外端与铜管本体内壁接触支撑，从而基本保证膨胀管与铜管本体的同心度，防止膨胀管外壁与铜管本体内壁接触，膨胀管为硅胶管，连接套、弹性支撑脚由硅胶制成；如图7所示，膨胀管外壁位于相邻两个膨胀腔的连接处还设有环形限位槽10，连接套内设有与环形限位槽配合的环形凸台11，从而防止连接套在膨胀管外壁上滑动。如图6所示，当铜管本体内通过热蒸汽时，膨胀腔受热膨胀，能增加环形腔内的气压，增强铜管本体内外的热交换，当环形腔内的气压太大时，膨胀腔能压缩，从而减小气压对铜管本体内壁的压力，起到保护作用。因此，本发明具有能有效减小冷媒流通阻力，提高铜管本体内不同部位冷媒之间热交换速率的有益效果。

Claims (8)

1.一种热交换铜管结构，包括铜管本体，其特征是，所述的铜管本体内壁设有两组呈螺旋分布的齿肋，分别为齿肋I、齿肋II，所述齿肋I的截面呈矩形结构，齿肋II的截面呈三角形，所述齿肋I的齿顶处设有沿齿肋I分布的V形槽，铜管本体任一截面上，齿肋I、齿肋II所在弧面各占圆周的一半。

2.根据权利要求1所述的一种热交换铜管结构，其特征是，所述的齿肋I、齿肋II的齿顶高沿相同的周向从第一条齿肋到最后一条齿肋依次降低，齿肋I中齿顶高最大的齿与齿肋II中齿顶高最小的齿相邻，齿肋I中齿顶高最小的齿与齿肋II中齿顶高最大的齿相邻，齿肋I中最大齿顶高与齿肋II中最大齿顶高相同，齿肋I中最小齿顶高与齿肋II中最小齿顶高相同。

3.根据权利要求2所述的一种热交换铜管结构，其特征是，所述的铜管本体内壁还设有与齿肋I、齿肋II旋向相反的螺旋槽。

4.根据权利要求3所述的一种热交换铜管结构，其特征是，所述的螺旋槽以齿肋I、齿肋II中最大齿顶高所在圆周面为基准面，螺旋槽底部到铜管本体内壁的距离等于齿肋I中所有齿高的平均值。

5.根据权利要求1或2或3或4所述的一种热交换铜管结构，其特征是，所述的铜管本体内还设有膨胀管，所述的膨胀管与铜管本体之间形成环形腔，所述的膨胀管内沿轴向设有若干独立的膨胀腔。

6.根据权利要求5所述的一种热交换铜管结构，其特征是，膨胀管外位于相邻两个膨胀腔之间的部位套有连接套，连接套外侧设有若干弹性支撑脚。

7.根据权利要求6所述的一种热交换铜管结构，其特征是，所述的膨胀管的外径为铜管本体外径的2/5-3/5。

8.根据权利要求7所述的一种热交换铜管结构，其特征是，所述的膨胀管为硅胶管，所述的连接套、弹性支撑脚由硅胶制成。