CN105202961A - 具有两段不同螺旋齿型结构内螺纹蒸发换热管 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有两段不同螺旋齿型结构的内螺纹蒸发换热管，它包括管体，该管体内表面设置具有一定螺旋升角的若干螺旋齿条以及形成于螺旋齿条之间的槽道，管体由第一换热管段和第二换热管段构成，所述第一换热管段内的螺旋齿条与所述第二换热管段内的螺旋齿条具有不同的齿条数目、不同的齿高、不同的螺旋升角和不同的螺旋方向。本发明在同一根内螺纹换热管管内，沿制冷剂的流动方向，分成两段换热段，每一段螺旋齿具有不同齿条数目、齿高、不同螺旋角以及螺旋方向，可以大大提高沸腾换热系数，提升换热效率。

Description

具有两段不同螺旋齿型结构内螺纹蒸发换热管

技术领域

本发明涉及一种换热管，尤其是一种具有两段不同螺旋齿型结构的内螺纹蒸发换热管，适用于干蒸式蒸发器。

背景技术

内螺纹蒸发换热管是空调系统干式蒸发器用换热管，俗称“干蒸管”。其工作原理是换热管内流过液态制冷剂，通过管外热水对其加热的方式使制冷剂沸腾，发生相变，最终形成蒸气排出换热管。在制冷剂流动过程中，沿程不断被加热，不断产生气泡，形成汽相不断增加，液相不断减少的过程。根据液相和汽相所占比列的多少，两相流大致可划分成层状流、波状流、泡状流、弹状流、搅拌流、雾状流等不同的流型。管内流动沸腾换热与两相流流型有着密不可分的关系，不同流型的两相流换热系数差别很大。制冷剂以液体状态进入内螺纹蒸发管直到全部转变成蒸汽排出，一般是从层状流开始，经历了波状流、泡状流、弹状流、搅拌流、雾状流的流型转化，最后形成蒸汽。管内不同流型的两相流与壁面相互作用的传热机理是不同的。为了提高内螺纹管的换热效果，不断有技术人员对一般的内螺纹管提出改进方案。中国专利：CN02232596.4中公开了内螺纹管技术：将管内等高的螺纹齿沿齿顶脊上开有规则/不规则间距的切断脊式沟槽。中国专利：CN02232597.2中公开的内螺纹管技术：在传热管内表面上，将一般的螺纹齿改造成双峰齿形，即在螺旋齿的顶部加工出浅槽，齿形横截面构成“M”型齿。但是单根内螺纹管内单一齿形结构无法适应沿程两相流的各种流型，因而影响了换热系数的提高，限制了内螺纹管蒸发管换热性能的提升。

发明内容

本发明目的是：针对上述内螺纹管的不足，提出一种具有两段不同螺旋齿型结构的内螺纹蒸发换热管，以进一步提高换热效率。

本发明的技术方案是：一种具有两段不同螺旋齿型结构的内螺纹蒸发换热管，包括管体，该管体内表面设置具有一定螺旋升角的若干螺旋齿条以及形成于螺旋齿条之间的槽道，所述管体由第一换热管段和第二换热管段构成，所述第一换热管段内的螺旋齿条与所述第二换热管段内的螺旋齿条具有不同的齿条数目、不同的齿高、不同的螺旋升角和不同的螺旋方向。

本发明在上述技术方案的基础上，还包括以下优选方案：

所述第一换热管段内螺旋齿条的齿条数目小于所述第二换热管段内螺旋齿条的齿条数目，所述第一换热管段内螺旋齿条的齿高大于所述第二换热管段内螺旋齿条的齿高，所述第一换热管段内螺旋齿条的螺旋升角大于所述第二换热管段内螺旋齿条的螺旋升角。

所述第一换热管段内螺旋齿条的螺旋升角为30～40度，所述第二换热管段内螺旋齿条的螺旋升角为10～18度。

所述第一换热管段内螺旋齿条的齿高为0.2～0.35mm，所述第二换热管段内螺旋齿条的齿高为0.15～0.25mm。

所述第一换热管段内螺旋齿条的齿条数目为35～50条，所述第二换热管段内螺旋齿条的齿条数目为50～80条。

所述第一换热管段内螺旋齿条的螺旋方向为右旋，所述第二换热管段内螺旋齿条的螺旋方向为左旋。

所述管体的外表面为光滑表面。

本发明的原理如下：在制冷剂入口的第一换热管段内，由于干度较低，在重力的作用下，液体在管子的下面，气体处于管子的上部，两相流型为层状流或波状流，这种情况下，液体不能完全覆盖换热面，影响了沸腾换热效果。为了增加液体覆盖的面积，需要依靠壁面上的槽道产生较大的虹吸作用提升管子底部的液体。虹吸现象是由于槽道内的液体与气体界面上的表面张力以及汽—液界面的曲率半径作用下而产生的，一般讲，表面张力越大，曲率半径越小，则虹吸现象越强烈，管内下部的液面提升高度越高，覆盖的换热面积也越大。汽—液界面的曲率半径是由槽道的几何结构决定的。根据流体力学的理论，壁面上相应槽道截面为三角形，且槽道要深些，可以造成槽内毛细压差更大，产生更强烈的虹吸现象；同时螺旋齿条的螺旋角越大，同样毛细力作用下，槽道内液体提升高度越高，内螺旋管内获得更大的液体湿润面积，湿润面积的增大导致换热效果的提高。随着工质流动过程中的不断被加热，产生越来越多的气体，液体越来越少，两相流流型经历弹状流、搅拌流等流型转变，逐步发展成环状流。环状流的特点是换热管中心区域是气体，液膜分布在管子的壁面处，形成薄薄一层，这层薄液膜会沿着齿条螺旋角有一定程度上的旋转，具有径向速度分量，造成液膜表面产生波动，增加了对液膜的扰动，导致液膜换热的强化。实验表明，螺纹头数越多会造成壁面液膜的旋转速度分量越大，换热效果越好；螺旋升角越小，管内流体的流动阻力越小，流动速度越大，换热效果越好。环状流流型下，壁面处的液膜很薄，因此齿的高度不能太高，否则，螺旋齿条会凸出液膜外，起不到沸腾换热的作用。所以，第二换热管段的齿高要低于第一换热管段的齿高。另外，第一换热管段的螺旋齿的螺旋方向与第二换热管段的螺旋方向不同，即由右旋变成左旋，则会对下游流型以及壁面附近的流场产生剧烈扰动，加速两相流的流型转换，使之尽快进入到环状流，而环状流是各种流型中，换热效果好的一种。根据两相流流型转换的准则方程或者经典两相流型图，如Taitei-Dukler，Baker等流型图，通过参数运算，确定层状流或波状流与其它流型的分界位置，以此作为本发明内螺纹管分段位置的依据。

本发明的优点是：内螺纹管是目前空调行业广泛使用的强化换热管。管内表面设置多根凸起的齿条，齿条之间形成槽道，齿条沿轴向呈螺旋形分布。内螺纹管的沸腾换热系数要比光滑管提高80％以上。目前，对于单根内螺纹管，齿条数目，齿高、螺旋角以及螺旋方向都是单一固定的。本发明在同一根内螺纹换热管管内，沿制冷剂的流动方向，分成两段换热段，每一段螺旋齿具有不同齿条数目、齿高、不同螺旋角以及螺旋方向，可以大大提高沸腾换热系数。

附图说明

图1为本发明实施例这种内螺纹蒸发换热管的结构示意图，图中箭头表示其在实际应用时流体的流动方向；

图2为图1的A-A向剖视图；

其中：1-管体，2-螺旋齿条，1a-第一换热管段，1b-第二换热管段。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

图1和图2示出了本发明这种内螺纹蒸发换热管的一个具体实施例，与传统内螺纹蒸发换热管相同的是，它也包括管体1，该管体1内表面设置具有一定螺旋升角的若干螺旋齿条2以及形成于螺旋齿条2之间的槽道，所述管体1的外表面为光滑表面。

本实施例的关键改进在于：所述管体1由第一换热管段1a和第二换热管段1b两个管段构成，所述第一换热管段1a内的螺旋齿条2与所述第二换热管段1b内的螺旋齿条2具有不同的齿条数目、不同的齿高、不同的螺旋升角和不同的螺旋方向。本例中，第一换热管段1a内螺旋齿条2的齿条数目小于第二换热管段1b内螺旋齿条2的齿条数目，第一换热管段1a内螺旋齿条2的螺旋升角大于第二换热管段1b内螺旋齿条2的螺旋升角，第一换热管段1a内螺旋齿条2的齿高大于第二换热管段1b内螺旋齿条2的齿高，第一换热管段1a内螺旋齿条2的螺旋方向为右旋，第二换热管段1b内螺旋齿条2的螺旋方向为左旋，当然，也可以第一换热管段为左旋，第二换热管段为右旋。

经设计人测试：

第一换热管段1a内螺旋齿条2的螺旋升角一般以30～40度为佳，本例具体为40度。第二换热管段1b内螺旋齿条2的螺旋升角一般以10～18度为佳，本例具体为15度。

第一换热管段1a内螺旋齿条2的齿高以0.2～0.35mm为佳，本例具体为0.35mm。第二换热管段1b内螺旋齿条2的齿高以0.15～0.25mm为佳，本体具体为0.2mm。

第一换热管段1a内螺旋齿条2的齿条数目以35～50条为佳，本例具体为35条。第二换热管段1b内螺旋齿条2的齿条数目以50～80条为佳，本例具体为75条。

此外，如图2所示，本例将形成于螺旋齿条2间的槽道的横截面设置成三角形，以进一步提升该换热管的换热效率。

所述第一换热管段1a和第二换热管段1b可以是一体式整体结构，也可以是分体式结构，本例为整体式结构。在实际应用时，第一换热管段1a为制冷剂入口，第二换热管段1b为制冷剂出口，制冷剂在管体1内由第一换热管段流向第二换热管段。

简言之，本实施例的内螺纹蒸发换热管为铜材内螺纹管，其直径15.88mm，第一换热管段长300mm，余下部分为第二换热管段。第一换热管段的内螺纹齿高0.35mm，齿条数目为35根，螺旋角40度，螺旋方向为右旋；第二换热管的内螺纹齿高为0.2mm，齿条数目为75根，螺旋角15度，螺旋方向为左旋。

Claims (8)

1.一种具有两段不同螺旋齿型结构的内螺纹蒸发换热管，包括管体(1)，该管体(1)内表面设置具有一定螺旋升角的若干螺旋齿条(2)以及形成于螺旋齿条(2)之间的槽道，其特征在于：所述管体(1)由第一换热管段(1a)和第二换热管段(1b)构成，所述第一换热管段(1a)内的螺旋齿条(2)与所述第二换热管段(1b)内的螺旋齿条(2)具有不同的齿条数目、不同的齿高、不同的螺旋升角和不同的螺旋方向。

2.根据权利要求1所述的具有两段不同螺旋齿型结构的内螺纹蒸发换热管，其特征在于：所述第一换热管段(1a)内螺旋齿条(2)的齿条数目小于所述第二换热管段(1b)内螺旋齿条(2)的齿条数目，所述第一换热管段(1a)内螺旋齿条(2)的齿高大于所述第二换热管段(1b)内螺旋齿条(2)的齿高，所述第一换热管段(1a)内螺旋齿条(2)的螺旋升角大于所述第二换热管段(1b)内螺旋齿条(2)的螺旋升角。

3.根据权利要求1或2所述的具有两段不同螺旋齿型结构的内螺纹蒸发换热管，其特征在于所述第一换热管段(1a)内螺旋齿条(2)的螺旋升角为30～40度，所述第二换热管段(1b)内螺旋齿条(2)的螺旋升角为10～18度。

4.根据权利要求1或2所述的具有两段不同螺旋齿型结构的内螺纹蒸发换热管，其特征在于：所述第一换热管段(1a)内螺旋齿条(2)的齿高为0.2～0.35mm，所述第二换热管段(1b)内螺旋齿条(2)的齿高为0.15～0.25mm。

5.根据权利要求1或2所述的具有两段不同螺旋齿型结构的内螺纹蒸发换热管，其特征在于：所述第一换热管段(1a)内螺旋齿条(2)的齿条数目为35～50条，所述第二换热管段(1b)内螺旋齿条(2)的齿条数目为50～80条。

6.根据权利要求1或2所述的具有两段不同螺旋齿型结构的内螺纹蒸发换热管，其特征在于：所述第一换热管段(1a)内螺旋齿条(2)的螺旋方向为右旋，所述第二换热管段(1b)内螺旋齿条(2)的螺旋方向为左旋。

7.根据权利要求1或2所述的具有两段不同螺旋齿型结构的内螺纹蒸发换热管，其特征在于：所述槽道的横截面呈三角形。

8.根据权利要求1或2所述的具有两段不同螺旋齿型结构的内螺纹蒸发换热管，其特征在于：所述管体(1)的外表面为光滑表面。