CN106643262A - 一种蒸发冷凝兼顾型的高效传热管 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种蒸发冷凝兼顾型的高效传热管，包括管体以及由管体上的材料沿着管体的半径方向延伸并且在管体的外表面绕管体呈螺旋状态延伸而成的与管体构成为一体的外翅片，在外翅片的顶部形成第一尖锐部，在第一尖锐部上以间隔状态构成有凹槽；在外翅片的腰部一侧或两侧设有沿着该外翅片延伸方向连续分布的突台结构，并在突台结构远离所述外翅片的一端形成第二尖锐部；在所述第二尖锐部上以间隔状态构成有强化传热结构孔。本发明既有助于显著增大管外蒸发换热表面而藉以增加汽化核心、及特有的表面结构还益于刺破凝结液体表面的液膜，破坏其表面的张力，使凝结液体快速流动滴落，以减小传热热阻，达到蒸发冷凝兼顾并高效传热的效果。

Description

一种蒸发冷凝兼顾型的高效传热管

技术领域

本发明属于空调、制冷系统中的热交换管技术领域，具体涉及一种蒸发器和冷凝器兼能用的高效传热管，适用于蒸发工况和冷凝工况的传热性能均得到强化的传热管。

背景技术

已有技术中的蒸发器和冷凝用的换热管结构是：经机械加工而在管体的外壁上沿着管体的长度方向以螺旋状态构成凸起于管体表面的并且与管体构成为一体的螺旋翅片，并且在螺旋翅片上形成齿台或齿尖，藉由齿台而使两相邻螺旋翅片之间形成沿着管体的圆周方向延伸的倒凹穴（适用于蒸发器）。这种换热管结构有助于截留小气泡，使气泡迅速长大并快速溢出，对于增加传热强化沸腾蒸发换热具有积极意义。藉由齿尖刺破凝结液体表面的液膜，破坏其表面的张力，使凝结液体快速滴落，提高凝结换热性能。

关于核态沸腾机理的研究表明，液体的沸腾需要有汽化核心的存在。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裂缝所形成的空穴最可能成为汽化核心。在沸腾过程中，当气泡长大并脱离空穴之后，由于液体表面张力的作用，这些空穴所截留的部分蒸汽很难被流入的液体彻底逐出，就成为新的汽化核心，长出新的气泡，使得沸腾过程不断持续。由此可知，强化核态沸腾换热的关键在于在加热表面形成众多的汽化核心。因此，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，而且在众多的文献中可以见诸，例如中国专利授权公告号2257376Y和2662187Y公开的蒸发器用热交换管，其外表面为顶部压成T形的螺旋翅片，以构成沟槽结构；中国专利申请公开号CN1100517A公开的热交换管，其外表面的翅片被压向一边倾倒，通过在翅片肩部再压凹槽而构成空穴结构；中国专利申请公开号CN1731066A公开的热交换管，其外表面采用机械加工方法形成翅片和横刺，形成复式空穴结构。上述文献对热交换管的外壁表面即习惯所称的外翅片的结构的共同特点是具有开口略小的沟槽结构或空穴结构，以构造出形成汽化核心的场所，从而达到强化沸腾换热的效果。

然而，上述专利和专利申请方案由于仅在外翅片上加工凹槽及形成齿台结构，这种结构在满液蒸发时具有显著强化传热作用，但当其用冷凝器时强化传热作用并不能达到令人满意的效果。

关于凝结换热，如美国专利US5996686和中国专利ZL200510041468.6等，通过机加工在管外表面形成外翅片，翅顶部滚花，主要原理是增加外表冷凝面积，结合翅顶部的滚花齿，形成三维翅片结构，利用表面张力在三维翅片结构上的不同分布形成有效的薄液膜区，提高凝结换热性能，以强化冷凝换热性能。然而，上述专利和专利申请方案由于仅在外翅片上加工凹槽及形成滚花结构，这种结构在凝结换热时具有强化传热作用，但当其用蒸发器时强化传热作用就会显著下降。

近年来随着热泵机组产品既能供热又可以制冷的原因而受到广泛欢迎，随着制冷技术的发展，现在大多数热泵机组都采用满液式蒸发器，以提高能效比，在供暖季节，满液式蒸发器被切换为制冷剂在管外冷凝的冷凝器。这样对于热交换器采用的传热管对蒸发和冷凝的性能均有较高要求。

对于蒸发和冷凝其传热机理也不尽相同，是一对矛盾相反的过程。传热表面结构的要求差异较大，蒸发过程中要求尽可能多的制冷剂在表面湿润，并且管表面需提供更多利于核态沸腾的汽化核心；而冷凝管则要求表面尖锐，尽可能刺破凝结液体表面的液膜，破坏其表面的张力，使凝结液体快速滴落，以减小传热热阻。如果在该类换热器中直接采用蒸发型换热管，则其冷凝性能比常规的冷凝管性能低30％～50％。如直接采用冷凝管，则蒸发工况下性能会降低30％～40％。采用强化蒸发管，造成冬季供热量不足；而采用常规强化冷凝管，则造成夏季供冷量不足，这样就会造成制冷工况或供暖工况的能效显著下降，增加能源的消耗，这种情况有必要得到改善。

发明内容

本发明的任务在于提供一种既有助于显著增大管外蒸发换热表面而藉以增加汽化核心以利由蒸汽形成的汽泡迅速长大并迅速溢出、又有利于改善传热效果而藉以强化蒸发换热过程、还有特有的表面结构益于刺破凝结液体表面的液膜，破坏其表面的张力，使凝结液体快速流动滴落，以减小传热热阻高效热交换管。此换热管可同时适用于蒸发器和冷凝器切换使用的场合，直接满足采用满液式蒸发器的热泵机组换热管的设计要求。

本发明的任务是这样来完成的，一种蒸发冷凝兼顾型的高效传热管，包括管体以及由所述管体上的材料沿着所述管体的半径方向延伸并且在所述管体的外表面绕管体呈螺旋状态延伸而成的与所述管体构成为一体的外翅片，在外翅片的顶部形成第一尖锐部，在所述第一尖锐部上以间隔状态构成有凹槽。

更进一步的，在所述外翅片的腰部一侧或两侧设有沿着该外翅片延伸方向连续分布的突台结构，并在所述突台结构远离所述外翅片的一端形成第二尖锐部。

更进一步的，在所述第二尖锐部上以间隔状态构成有强化传热结构孔。

更进一步的，所述强化传热结构孔为半圆、小半圆或者大半圆，但不是整圆；或为缺边三角形或缺边梯形；数量为50-200个。

更进一步的，在所述外翅片的腰部上且在突台结构以下设有均匀分布的延伸到外翅片底部的微小槽道。

更进一步的，所述凹槽的横截面为缺边三角形或缺边梯形；外翅片的高度为0.5㎜-1.5㎜；凹槽的深度为0.1㎜-0.4㎜。

更进一步的，突台结构到外翅片底部的距离为0.3㎜-1.1㎜；所述突台结构与相邻外翅腰部相对侧的突台结构或侧面的间距为0.1㎜-0.4㎜。

更进一步的，所述微小槽道的深度为0.01㎜-0.25㎜，宽度为0.05㎜-0.5㎜；所述两个相邻微小槽道的夹角为2°-90°。

更进一步的，所述管体的内表面具有内螺纹肋。

更进一步的，所述内螺纹肋其高度为0.1mm-0.5mm，数量为8-75条，螺旋角度10°-70°。

有益效果：本发明与现有技术相比较，其具有以下有益效果：

本发明蒸发器和冷凝器用的高效传热管由于在外翅片的顶部设计了凹槽结构以及在外翅片腰部设计了突台结构以及在突台结构上设计强化传热结构孔，显著增大管外换热表面的面积以及核态沸腾的孔穴数量而藉以增加汽化核心；且突台结构和相邻一个外翅片上相对侧的突台结构以及相邻两个外翅片腰部以下空间形成了开口尺寸小(开口尺寸根据所用制冷剂不尽相同)内部空间稍大的倒凹形空间结构同时这些空间结构有又彼此相连通，并配合外翅片腰部延伸到底部的微小槽道所构成的汽化核心而形成的沸腾汽泡储能并迅速长大并溢出，同时由于相邻两个外翅片腰部凹形空间彼此连通，沸腾汽泡溢出后形成的空间又被制冷液体迅速补充，这样就完成一个沸腾传热循环，显著提高了沸腾传热的效果；同时，切换用作冷凝器场合时，通过传热管外翅片的顶部采用翅顶状的凹槽以及外翅片腰部设置的尖锐突台以及强化传热结构孔边缘的尖锐均可用作强化冷凝效果的锯齿状，这些结构对于强化冷凝换热非常有利。同时上述结构的设计也能显著增大管外换热表面的面积而进一步提升冷凝换热效果。同时还设置了微小槽道，槽道内壁表面光滑，冷凝换热时凝结产生的液体可伸着槽道在重力作用下迅速往下流动滴落，进而强化了冷凝换热效果。

因此，本发明达到了蒸发冷凝兼顾，并可高效传热的效果。

附图说明

下面通过附图及实施例详述本发明。但本发明不限于本实施例。

图1为本发明的立体结构示意图。

图2为图1所示本发明的侧视图。

具体实施方式

本发明所述的一种蒸发冷凝兼顾型的高效传热管，包括管体1以及由管体1上的材料沿着管体1的半径方向延伸并且在管体1的外表面绕管体1呈螺旋状态延伸而成的与管体1构成为一体的外翅片2，所述外翅片2的顶部形成第一尖锐部，在第一尖锐部以间隔状态构成有凹槽21，所述凹槽21的横截面为缺边三角形或缺边梯形。

在外翅片2的腰部一侧或两侧设有沿着该外翅片2延伸方向分布连续的突台结构22，优选的，所述突台结构22远离管体1的一侧面水平，靠近管体1的一侧面沿远离外翅片2方向向上倾斜，在突台结构22远离外翅片2一端形成第二尖锐部，在所述第二尖锐部上以间隔状态构成有强化传热结构孔221，所述强化传热结构孔221可为半圆、小半圆或者大半圆，但不是整圆；或所述强化传热结构孔221形状为缺边三角形(即∧形状)或缺边梯形。本发明中，优选的，所述强化传热结构孔221数量为50-200个。

同时在所述外翅片2的腰部上(即突台结构22部分以下)有均匀分布的延伸到外翅片2底部的微小槽道23，槽道内壁表面光滑。所述管体1的内表面具有内螺纹肋3，其高度为0.1mm-0.5mm，数量为8-75条，螺旋角度10°-70°。

本发明的原理及作用如下：由于在传热管外翅片2的顶部设计了由凹槽21以及外翅片2腰部的突台结构22以及突台结构22上的强化传热结构孔，因而可以显著增大管外换热表面的面积以及核态沸腾的孔穴数量而藉以增加汽化核心，使蒸汽形成的汽泡迅速生成和长大并且迅速溢出；由于在外翅片2的腰部一侧或两侧设计有带尖锐部的突台结构22和相邻一个外翅片2上相对侧的尖锐突台以及相邻两个外翅片腰部以下空间形成了开口尺寸小(开口尺寸根据所用制冷剂不尽相同)内部空间稍大的倒凹形空间结构同时这些空间结构有又彼此相连通，并配合外翅片2腰部延伸到底部的微小槽道23所构成的汽化核心而形成的沸腾汽泡储能并迅速长大并溢出，同时由于相邻两个外翅片腰部凹形空间彼此连通，沸腾汽泡溢出后形成的空间又被制冷液体迅速补充，这样就完成一个沸腾传热循环，显著提高了沸腾传热的效果。为了防止汽化核心半径过大或过小，本发明中，外翅片2的高度为0.5㎜-1.5㎜；凹槽21的深度为0.1㎜-0.4㎜；突台结构22到外翅片2底部的距离为0.3㎜-1.1㎜，其与相邻外翅（2）腰部相对侧的突台结构（22）或侧面的间距为0.1㎜-0.4㎜；微小槽道23的深度为0.01㎜-0.25㎜，宽度为0.05㎜-0.5㎜。

当中央空调热泵机组蒸发器切换用作冷凝器场合时，传热管外翅片2的顶部设计了翅顶状的凹槽21，通常可用作强化冷凝效果的锯齿状，以及外翅片腰部的尖锐突台22以及尖锐突台22上的强化传热结构孔边缘的尖锐也可用作强化冷凝效果的锯齿状，这些结构对于强化冷凝换热非常有利。同时上述结构的设计也能显著增大管外换热表面的面积而进一步提升冷凝换热效果。同时在所述外翅片2的腰部上(即突台结构22部分以下)有均匀分布的延伸到外翅片2底部的微小槽道23，槽道内壁表面光滑，冷凝换热时凝结产生的液体可伸着槽道在重力作用下迅速往下流动滴落，进而强化了冷凝换热效果。为了得到较好的冷凝效果，本发明中，两个相邻微小槽道23的夹角为2°-90°。

上面所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的构思和范围进行限定。在不脱离本发明设计构思的前提下，本领域普通人员对本发明的技术方案做出的各种变型和改进，均应落入到本发明的保护范围，本发明请求保护的技术内容，已经全部记载在权利要求书中。

Claims (10)

1.一种蒸发冷凝兼顾型的高效传热管，包括管体（1）以及由所述管体（1）上的材料沿着所述管体（1）的半径方向延伸并且在所述管体（1）的外表面绕管体（1）呈螺旋状态延伸而成的与所述管体（1）构成为一体的外翅片（2），其特征在于：在所述外翅片（2）的顶部形成第一尖锐部，在所述第一尖锐部上以间隔状态构成有凹槽（21）。

2.根据权利要求1所述的蒸发冷凝兼顾型的高效传热管，其特征在于：在所述外翅片（2）的腰部一侧或两侧设有沿着该外翅片（2）延伸方向连续分布的突台结构（22），并在所述突台结构（22）远离所述外翅片（2）的一端形成第二尖锐部。

3.根据权利要求2所述的蒸发冷凝兼顾型的高效传热管，其特征在于：在所述第二尖锐部上以间隔状态构成有强化传热结构孔（221）。

4.根据权利要求3所述的蒸发冷凝兼顾型的高效传热管，其特征在于：所述强化传热结构孔（221）为半圆、小半圆或者大半圆，但不是整圆；或为缺边三角形或缺边梯形；数量为50-200个。

5.根据权利要求2、3、4任一项所述的蒸发冷凝兼顾型的高效传热管，其特征在于：在所述外翅片（2）的腰部上且在突台结构（22）以下设有均匀分布的延伸到外翅片（2）底部的微小槽道（23）。

6.根据权利要求1所述的蒸发冷凝兼顾型的高效传热管，其特征在于：所述凹槽（21）的横截面为缺边三角形或缺边梯形；外翅片2的高度为0.5㎜-1.5㎜；凹槽21的深度为0.1㎜-0.4㎜。

7.根据权利要求2所述的一种蒸发冷凝兼顾型的高效传热管，其特征在于，突台结构（22）到外翅片（2）底部的距离为0.3㎜-1.1㎜；所述突台结构（22）与相邻外翅（2）腰部相对侧的突台结构（22）或侧面的间距为0.1㎜-0.4㎜。

8.根据权利要求5所述的一种蒸发冷凝兼顾型的高效传热管，其特征在于所述微小槽道（23）的深度为0.01㎜-0.25㎜，宽度为0.05㎜-0.5㎜；所述两个相邻微小槽道（23）的夹角为2°-90°。

9.根据权利要求1所述的蒸发冷凝兼顾型的高效传热管，其特征在于：，所述管体（1）的内表面具有内螺纹肋（3）。

10.根据权利要求9所述的一种蒸发冷凝兼顾型的高效传热管，其特征在于所述内螺纹肋（3）其高度为0.1mm-0.5mm，数量为8-75条，螺旋角度10°-70°。