CN106610245B - 一种无缝传热复合铜管 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无缝传热复合铜管，包括铜管本体，铜管本体内壁设有呈螺旋状分布的齿形肋，齿形肋包括径向截面为矩形的齿肋基座和径向截面为直角梯形的传热顶部，传热顶部位于齿肋基座的上方；齿肋基座的两侧面通过圆弧状的过渡面连接在铜管内壁；部分齿形肋的传热顶部径向截面的长底边贴合在螺旋状的齿肋基座上靠近铜管本体进口的进侧且斜边朝向齿肋基座靠近铜管本体出口的背侧，形成齿肋A和齿肋a；部分齿形肋的传热顶部径向截面的长底边贴合在所述齿肋基座的背侧且斜边朝向进侧，形成齿肋B和齿肋b。本发明能够有效减小冷凝介质流动阻力同时在胀管后提供更大的传热面积，提高铜管的传热效率。

Description

一种无缝传热复合铜管
技术领域
本发明涉及一种传热管技术领域，尤其是一种无缝传热复合铜管。
背景技术
随着科学技术的不断发展，人们的生活质量不断提高，空调几乎成了家家户户必备的一款电器。空调的耗电量与冷凝器的散热功率有密切关系，由于铜的导热性能好，活跃度低，不会与管内的气液体发生化学反应，现有的空调内常采用铜管制成的光管或者内螺纹管用于热交换的。又因为铜管的韧性高，硬度低容易变形，所以常在铜管外套设铝制的散热片，散热片与铜管的径向截面平行且内孔尺寸略大于铜管的外径，通过挤件让铜管胀管，从而使铜管外壁与散热片的内孔紧密贴合，保证冷凝器等散热功率较高。铜管制成的光管内部光滑，传热面积较小从而导致传热效率较低；内螺纹管的管内设有螺旋状的直齿或内齿，有些螺纹齿形的加工制造存在困难，虽然传热面积较大，但是在胀管过程中螺纹齿容易发生变形，而使传热效率降低，甚至有可能会增大传热热阻。
例如，在中国专利文献上公开的“一种内螺纹传热管”，其公告号为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口的宽度。其不足之处在于：Y字形的齿叶会不利于同增加冷媒气液混合物在铜管内的流通阻力，铜管内部的气液流动均匀，扰动小，热交换能力弱，不利于铜管内外热传递；Y字形的齿叶在胀管过程中，易向下弯曲，不利于铜管膨胀从而与散热片的内孔贴合，影响传热效率。
发明内容
本发明要解决现有技术中的传热铜管内的螺纹对于冷凝介质的阻力大，胀管后传热效率低的不足，提供了一种在有效减小冷凝介质的流动阻力同时能够在胀管后提供更大的传热面积，提高热交换效率的无缝传热复合铜管。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案。
一种无缝传热复合铜管，包括铜管本体，铜管本体内壁设有呈螺旋状分布的齿形肋，齿形肋包括径向截面为矩形的齿肋基座和径向截面为直角梯形的传热顶部，传热顶部位于齿肋基座的上方；齿肋基座的两侧面通过圆弧状的过渡面连接在铜管内壁，相邻的齿肋基座上相向的两侧壁间的距离相同；部分齿形肋的传热顶部径向截面的长底边贴合在螺旋状的齿肋基座上靠近铜管本体进口的进侧且斜边朝向齿肋基座靠近铜管本体出口的背侧，从而形成齿肋A和齿肋a，部分齿形肋的传热顶部径向截面的长底边贴合在所述齿肋基座的背侧且斜边朝向进侧，形成齿肋B和齿肋b；齿形肋上的边角设有过渡圆角。
由于受到螺旋状的齿形肋的导流作用，冷凝介质边旋转边进入铜管本体，且在离心力的作用下往铜管表面靠近，可以使冷凝介质混合均匀，与铜管本体的接触密度大，方便与铜管完成热交换。相邻齿肋组的形状不同，可以为铜管本体内的冷凝介质提供不同的扰流速度，从而使冷凝介质相互干扰融合而加强冷凝介质周向的扰动，进而增强铜管本体内壁与中间部位介质的紊流作用，促使不同部位的介质之间快速实现热量均衡，提高铜管本体内不同部位的热交换速率。当铜管通过胀管工艺使铜管的外表面贴合在散热片内孔时，挤件在进入时对齿形肋产生沿齿形肋的侧面产生向下的压力从而完成胀管，同时由于齿形肋受到了挤件的压力会产生变形，齿形肋包括齿肋基座和传热顶部，由于齿肋基座和传热顶部是一体结构且传热顶部位于齿肋基座的一侧，传热顶部上的斜面朝向齿肋基座的另一侧，胀管时，传热顶部的顶角受到挤件的压力，压力与齿形肋的竖直轴线存在夹角而传热顶部的厚度小于齿肋基座的厚度，会优先变形，传热顶部变形后产生一定的倾斜角，增加了传热的面积从而可以在胀管后提高传热效率。在空调运行时，制冷剂中溶有冷冻油，将齿形肋上的角都制成圆角可以避免棱角形的齿形肋刺破液膜及油膜，致使冷冻油积存在棱角形的凹槽里而不易被顶部的冷冻油或制冷剂带出，防止增加传热热阻。
作为优选，过渡面中间位置的切线与齿肋基座中线的夹角α在30度到55度之间。传热顶部受到挤件的作用力，部分作用力转化为横向的作用力使传热顶端发生变形，其余的作用力沿传热顶部的侧面向下使铜管发生膨胀，夹角α在30度到55度之间可以确保在过渡面的作用下铜管本体在径向和切向上受到的作用力接近，从而使胀管过程中铜管的膨胀可靠均匀，提高传热效率。
作为优选，传热顶部径向截面的斜边与长底边的夹角γ在45度到75度之间。可以确保传热顶部的顶角在铜管径向上受到的作用力大于切向上的作用力，从而使沿齿形肋侧面向下的力足够让铜管完成胀管，同时防止只在传热顶部的顶角发生形变使齿形肋的形变过度，防止产生弯角而影响冷凝介质在铜管内的流动，降低传热效率。
作为优选，传热顶部的厚度在齿肋基座厚度的1/2到2/3之间，传热顶部的高度为对应传热顶部的厚度的1.1到1.4倍之间。传热顶部的厚度大于齿肋基座的厚度的一半，增加传热顶部的强度，使在挤件进入铜管时，传热顶部不会轻易弯曲而使齿形肋能传递足够的压力完成胀管。传热顶部的高度大于其厚度可以保证传热顶部的抗弯能力弱于抗压能力，能优先发生弯曲变形而不是挤压变形，从而在挤件过程中能增大传热面积，提高传热效率。
作为优选，齿形肋与铜管本体的轴线夹角β为15度到30度之间。β角度过小时扰流效果不佳，冷凝介质在铜管内的流速过快，散热不完全；β角度过大时冷凝介质流动的阻力过大，产生额外的做功进而会使传热管的传热效率降低，影响传热，15度到30度之间可以在阻力不大的同时保证铜管的扰流作用。
作为优选，齿肋A和齿肋a中的齿形肋单元的尺寸分别沿其传热顶部的斜面朝向递减，齿肋A和齿肋a的最小齿尺寸在其最大齿尺寸的1/4到1/2之间。齿肋A上冷凝介质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冷凝气流，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介质之间的热交换，从而保证铜管本体内的冷媒介质能与外界进行最大限度的热交换。
作为优选，齿肋A和齿肋a上独立间隔地设有与铜管本体轴线平行的轴向凹槽，轴向凹槽的深度在所在齿形肋齿顶高的1/2到3/4之间。可以在保证齿形肋导流作用的同时帮助冷凝介质完成跨齿肋的流动，方便内部热量交换的进行。
作为优选，铜管本体内设有若干条排列在铜管本体内不同径向平面的月牙形的阻流块，阻流块的中间高度在所接触到的齿形肋平均齿顶高的1/2到2/3之间。阻流块为月牙形，所以对中间位置的扰流作用最强并向两边逐渐减弱，从而使冷凝气流向阻流块的两边扩散，破坏在齿形肋形成的螺旋形气流，帮助热交换的进行，增强铜管的传热效率。
作为优选，阻流块在铜管本体内部对应的圆心角为20度到40度之间。阻流块对应的圆心角小于单个齿肋组的圆心角，从而使阻流块最多涉及两个相邻的齿肋组，阻流块的阻流作用间断的作用在齿肋上且主要集中在阻流块的中间位置，防止对齿形肋的导流作用产生大的干扰。
作为优选，接触到齿肋A和齿肋a的阻流块设在轴向凹槽的后方。齿形肋内的冷凝介质进入轴向凹槽后，部分冷凝介质改道从轴向凹槽流过从而跨齿肋流动，剩余的沿原齿肋流动，除了位于轴向凹槽最前方的齿形肋，其他齿形肋形成的凹槽内的气流都有所增加，阻流块可以使这些冷凝介质部分回流到原齿形肋形成的凹槽内，使内部的冷凝气流互相融合，从而增强铜管的扰流性能，增强铜管的传热效率。
本发明的有益之处在于：
由于受到齿形肋的导流作用，冷凝介质边旋转边进入铜管，且在离心力的作用下往铜管表面靠近，可以使冷凝介质混合均匀，与铜管本体的接触密度大，方便与铜管完成热交换。
相邻齿肋组的形状不同，可以为铜管内的冷凝介质提供不同的扰流速度，从而使冷凝介质相互干扰融合而加强冷凝介质周向的扰动，进而增强铜管本体内壁与中间部位介质的紊流作用，促使不同部位的介质之间快速实现热量均衡，提高铜管本体内不同部位的热交换速率。
齿形肋包括齿肋基座和传热顶部，由于齿肋基座和传热顶部是一体结构且传热顶部位于齿肋基座的一侧，传热顶部上的斜面朝向齿肋基座的另一侧，胀管时，传热顶部的顶角受到挤件的压力，压力与齿形肋的竖直轴线存在夹角而传热顶部的厚度小于齿肋基座的厚度，会优先变形，传热顶部变形后产生一定的倾斜角，增加了传热的面积从而可以在胀管后提高传热效率。
附图说明
图1是本发明中一种实施例的结构示意图。
图2是图1中A处的局部放大图。
图3是图1的铜管本体内B-B部位的展开示意图。
图4是本发明一种实施例胀管后的结构示意图。
图5是图4中C处的冷凝介质流场示意图。
图中：铜管本体1 过渡面12 齿形肋2 齿肋A201 齿肋B202 齿肋a203 齿肋b204 齿肋基座21 传热顶部22 轴向凹槽3 阻流块4。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施例对本发明进行进一步的说明。
如图1、图2和图3所示，一种无缝传热复合铜管，包括铜管本体1，铜管本体1内壁设有呈螺旋状分布的齿形肋2，齿形肋2与铜管本体1的轴线夹角β为20度。齿形肋2包括径向截面为矩形的齿肋基座21和径向截面为直角梯形的传热顶部22，传热顶部22位于齿肋基座21的上方；传热顶部22径向截面的斜边与长底边的夹角γ在70度。传热顶部22的厚度在齿肋基座21厚度的1/2，传热顶部22的高度为对应传热顶部22的厚度的1.2倍。齿肋基座21的两侧面通过圆弧状的过渡面12连接在铜管内壁，过渡面12中间位置的切线与齿肋基座21中线的夹角α为45度。相邻的齿肋基座21上相向的两侧壁间的距离相同。
图1中，齿肋A201、齿肋B202、齿肋a203和齿肋b204各占铜管本体内壁1/4，齿肋A201和齿肋a203的传热顶部22径向截面的长底边贴合在螺旋状的齿肋基座21上靠近铜管本体1进口的进侧且斜边朝向齿肋基座21靠近铜管出口的背侧，齿肋B202和齿肋b204的传热顶部22径向截面的长底边贴合在所述齿肋基座21的背侧且斜边朝向进侧；齿肋B202和齿肋b204中各齿形肋的大小相同，齿肋A201和齿肋a203中的齿形肋单元的尺寸分别沿其传热顶部22的斜面朝向递减，齿肋A201和齿肋a203的最小齿尺寸为其最大齿尺寸的0.4。齿肋A201和齿肋a203上独立间隔地设有与铜管本体1轴线平行的轴向凹槽3，轴向凹槽3的深度在最小齿顶高的2/3，轴向凹槽的槽宽为最大齿肋宽度的2/3。铜管本体1内设有18块排列在铜管本体内不同径向平面的月牙形的阻流块4，阻流块的宽度与齿肋B的齿肋基座的宽度相等，阻流块4在铜管本体1内部对应的圆心角为30度，从而保证阻流块作用铜管本体内的每条母线上，使阻流块对冷凝介质的扰流平稳均匀。阻流块4的中间高度在所接触到的齿形肋平均齿顶高的1/2。接触到齿肋A201和齿肋a203的阻流块4设在轴向凹槽3的后方。齿形肋2上的角都为圆角，圆角的半径为角相邻的两边中较短边的1/2。
如图4和图5所示，铜管本体1经过胀管过程后，齿形肋上的传热顶部的斜面位置由于被挤压往齿肋的外侧变形，冷凝介质在铜管本体1内循环时，由于齿形肋2的导流作用发生转动，在离心力的作用下，冷凝介质向铜管本体1的内表面靠近，齿肋A201上靠近铜管本体1进口的进侧为平滑的竖面，对冷凝介质的导流作用强，对冷凝介质的流速的限制也较大，齿肋A201中的齿形肋单元的尺寸分别沿其传热顶部22的斜面朝向逐渐递减，对冷凝介质的流速阻碍小，尺寸较小的齿形肋上的冷凝介质流速较快。相对铜管本体1的进口，尺寸较小的齿形肋设在尺寸较大齿形肋的后方，当尺寸较大处的冷凝介质螺旋前进到尺寸较小的齿形肋上时与尺寸较小齿形肋内的冷凝介质混合从而出现紊流，增强铜管本体1内部的扰流能力，齿肋A范围内的冷凝介质集中堆积在齿肋A的侧面向管内流动，先通过轴向凹槽3完成分流和紊流，紧接着冷凝介质流到阻流块上，在阻流块的作用下再次紊流，使冷凝介质容易跨齿肋流动，齿肋a内的冷凝介质流场和齿肋A201相同。齿肋B202中各齿形肋的大小相同，且斜面朝向与齿肋A201相反，齿肋B202上靠近铜管本体1进口的进侧为传热顶部22的短侧面、传热顶部22的斜面、齿肋基座21的侧面和齿肋基座21的顶面组成的波浪形的侧面，导流作用较弱，齿肋A201内的冷凝介质经尺寸递减的齿形肋2完成周向扰流后，扩散到齿肋B202上，经过齿肋B202上波浪形的侧面后，沿齿肋B202的侧面逐渐沿周向扩散，使介质流在扩散扰动的过程中与齿形肋2的接触频繁且混合较均匀，从而增强了铜管本体1的散热性能。齿肋b204内的冷凝介质流场与齿肋B202中相同。

Claims (9)

1.一种无缝传热复合铜管，包括铜管本体(1)，其特征是，所述铜管本体(1)内壁设有呈螺旋状分布的齿形肋(2)，齿形肋(2)包括径向截面为矩形的齿肋基座(21)和径向截面为直角梯形的传热顶部(22)，传热顶部(22)位于齿肋基座(21)的上方；齿肋基座(21)的两侧面通过圆弧状的过渡面(12)连接在铜管内壁，相邻的齿肋基座(21)上相向的两侧壁间的距离相同；部分齿形肋(2)的传热顶部(22)径向截面的长底边贴合在螺旋状的齿肋基座(21)上靠近铜管本体进口的进侧且斜边朝向齿肋基座(21)靠近铜管本体出口的背侧，从而形成齿肋A(201)和齿肋a(203)，部分齿形肋(2)的传热顶部(22)径向截面的长底边贴合在所述齿肋基座(21)的背侧且斜边朝向进侧，形成齿肋B(202)和齿肋b(204)；齿形肋(2)上的边角设有过渡圆角；过渡面(12)中间位置的切线与齿肋基座(21)中线的夹角α在30度到55度之间；齿肋A(201)和齿肋a(203)上独立间隔地设有与铜管本体(1)轴线平行的轴向凹槽(3)。
2.根据权利要求1所述的一种无缝传热复合铜管，其特征是，所述传热顶部(22)径向截面的斜边与长底边的夹角γ在45度到75度之间。
3.根据权利要求1或2所述的一种无缝传热复合铜管，其特征是，所述传热顶部(22)的厚度在齿肋基座(21)厚度的1/2到2/3之间，传热顶部(22)高度为对应传热顶部(22)的厚度的1.1到1.4倍之间。
4.根据权利要求1所述的一种无缝传热复合铜管，其特征是，所述齿形肋(2)与铜管本体(1)的轴线夹角β为15度到30度之间。
5.根据权利要求1所述的一种无缝传热复合铜管，其特征是，所述齿肋A(201)和齿肋a(203)中的齿形肋(2)单元的尺寸沿其传热顶部(22)的斜面朝向递减，齿肋A(201)和齿肋a(203)的最小齿尺寸在其最大齿尺寸的1/4到1/2之间。
6.根据权利要求1所述的一种无缝传热复合铜管，其特征是，所述轴向凹槽(3)的深度在所在齿形肋齿顶高的1/2到3/4之间。
7.根据权利要求1所述的一种无缝传热复合铜管，其特征是，所述铜管本体(1)内设有若干条排列在铜管本体内不同径向平面的月牙形的阻流块(4)，阻流块(4)的中间高度在所接触到的齿形肋平均齿顶高的1/2到2/3之间。
8.根据权利要求7所述的一种无缝传热复合铜管，其特征是，所述阻流块(4)在铜管本体(1)内部对应的圆心角为20度到40度之间。
9.根据权利要求7或8所述的一种无缝传热复合铜管，其特征是，接触到齿肋A(201)和齿肋a(203)的所述阻流块(4)设在轴向凹槽(3)的后方。
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Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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CB03 Change of inventor or designer information
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Inventor after: Liu Jinlong

Inventor after: Luo Qiliang

Inventor before: Liu Jinlong

GR01 Patent grant
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Denomination of invention: A seamless heat transfer composite copper pipe

Effective date of registration: 20220718

Granted publication date: 20190618

Pledgee: Yujiang branch of Jiujiang Bank Co.,Ltd.

Pledgor: JIANGXI NAILE COPPER Co.,Ltd.

Registration number: Y2022980010607