CN108759184A - 冷凝管及冷凝器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种冷凝管及冷凝器，冷凝管包括：管体，具有外表面及中心轴截面，外表面包括第一外表面和第二外表面，第一外表面的至少部分位于中心轴截面的一侧，第二外表面的至少部分位于中心轴截面的另一侧；多个翅片，第一外表面和第二外表面上均设置有多个翅片，第一外表面上任意一个翅片的高度，大于第二外表面上任意一个翅片的高度。上述冷凝管在安装冷凝管时，将第二外表面靠近地面安装，而冷凝过程中产生的凝结液体在重力作用下，由第一外表面上产生的凝结液体向下流动至第二外表面，因为第二外表面的翅片高度较低，便于及时排走凝结液体，避免凝结液体堆积使液膜增厚而影响换热效果，增强第二外表面的排液能力，提高冷凝管的换热效果。

Description

冷凝管及冷凝器

技术领域

本发明涉及冷凝换热技术领域，特别是涉及冷凝管及冷凝器。

背景技术

冷凝器是许多工业生产过程中的重要设备，例如，中央空调系统冷水机组中的冷凝器。冷凝器性能的优劣在很大程度上取决于冷凝管的换热性能好坏。

管壳式冷凝器的工作原理是：管内流动低温流体，管外侧的蒸汽与管壁接触后，发生相变，形成凝结液体，同时释放出潜热，与管内的低温流体进行热交换。通常条件下，冷凝液体连续流动，覆盖换热管的外表面，构成液膜。由于冷凝管的壁面与蒸汽之间存在液膜，所以蒸汽在液膜外表面进行冷凝，所释放的潜热必须通过液膜才能传给管壁及管内的低温流体，液膜越厚，热阻越大，冷凝传热效果越差。

一般，改进冷凝管换热的方式为，通过组合刀具在管外挤压出沿管子圆周螺旋扩张的金属翅片的管子，并在翅片上进行二次滚压，形成凸台和尖锐的尖角。如此，增加管外的表面积，并利用形成的凸台和尖锐的尖角，摊薄液膜降低热阻。但是，传统的冷凝管换热能力仍然存在缺陷，有待强化提高。

发明内容

基于此，有必要针对传统的冷凝管换热能力存在缺陷的问题，提供一种换热能力较强的冷凝管。

一种冷凝管，包括：

管体，具有外表面及中心轴截面，所述外表面包括第一外表面和所述第二外表面，所述第一外表面的至少部分位于所述中心轴截面的一侧，所述第二外表面的至少部分位于所述中心轴截面的另一侧；以及

多个翅片，所述第一外表面和所述第二外表面上均设置有多个所述翅片，且所述第一外表面上任意一个所述翅片的高度，大于所述第二外表面上任意一个所述翅片的高度。

上述冷凝管中，在管体的第一外表面和第二外表面上设置不同高度的翅片，第一外表面上的翅片较高，第二外表面上的翅片较低。在安装冷凝管时，将第二外表面靠近地面安装，而冷凝过程中产生的凝结液体在重力作用下自上而下流动，由第一外表面上产生的凝结液体向下流动至第二外表面，因为第二外表面的翅片高度较低，便于及时排走凝结液体，避免凝结液体堆积使液膜增厚而影响换热效果，以通过增强第二外表面的排液能力，提高冷凝管的换热效果。

在其中一个实施例中，多个所述翅片在所述管体的所述外表面上呈螺旋形或环形排布，且在多个所述翅片的排布轨迹上相邻两个所述翅片之间形成冷凝槽，所述第一外表面上任意一个所述冷凝槽的高度，大于所述第二外表面上任意一个所述冷凝槽的高度。

在其中一个实施例中，位于所述第一外表面上的所述翅片均具有第一高度，位于所述第二外表面上的所述翅片均具有第二高度，所述第一高度高于所述第二高度。

在其中一个实施例中，多个所述翅片包括位于所述第一外表面的最高翅片、位于所述第二外表面的最低翅片以及位于所述第一外表面和/或所述第二外表面上的多个中间翅片，多个所述中间翅片的高度沿所述管体的外周在所述最高翅片指向所述最低翅片的方向上逐渐变低。

在其中一个实施例中，所述外表面还包括第一过渡面和第二过渡面，所述第一过渡面和所述第二过渡面相对设置且分别设于所述第一外表面和所述第二外表面之间；

其中，所述第一过渡面和所述第二过渡面中的至少一者上任意一个所述翅片的高度小于所述第一外表面上任意一个所述翅片的高度，且大于所述第二外表面上任意一个所述翅片的高度。

在其中一个实施例中，所述第一过渡面上的所述翅片和所述第二过渡面上的所述翅片，在所述管体径向截面上的投影关于对称轴对称设置；

其中，所述对称轴经过所述管体中心且垂直所述中心轴截面。

在其中一个实施例中，所述第一外表面所在区域在所述管体周向上的角度范围为第一夹角a，所述第二外表面所在区域在所述管体周向上的角度范围为第二夹角b，所述第一过渡面或所述第二过渡面所在区域在所述管体周向上的角度范围为第三夹角c；

其中，a+2c+b＝360°,且150°≥a≥0°，150°≥b≥0°，120°≥c≥0°。

在其中一个实施例中，第一夹角a＝120°,第二夹角b＝120°，第三夹角 c＝60°。

在其中一个实施例中，所述第一外表面上的所述冷凝槽宽度在所述翅片指向所述管体中心的方向上逐渐变小。

本发明还提供一种冷凝器，包括外壳及上述冷凝管，所述冷凝管横向安装于所述外壳内。

附图说明

图1为本发明一实施例中冷凝管一个视角结构示意图；

图2为图1所示冷凝管另一视角的示意图；

图3为图1所示冷凝管中翅片的平面示意图；

图4为图1所示冷凝管的径向截面示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

正如背景技术所述，采用现有技术中的冷凝器，会出现换热效果存在缺陷的问题，发明人研究发现，出现这种问题的根本原因在于，对于横向安装的冷凝管，在冷凝管外设置尖锐的翅片，蒸汽遇到翅片后冷凝形成的液体流向冷凝管靠近地面的下表面，并在下表面的翅片槽内堆积，不易于液膜的排出，进而影响了换热效果。

基于上述原因，本发明提供一种冷凝器，该冷凝器为卧式容器，包括外壳和冷凝管100，冷凝管100横向安装于外壳内。一般地，在冷凝管100内通入低温流体，管外侧的蒸汽与管壁接触后，发生相变，形成凝结液体，同时释放出潜热，与管内的低温流体进行热交换。通常条件下，凝结液体连续流动，覆盖换热管的外表面，构成液膜。由于冷凝管100的壁面与蒸汽之间存在液膜，所以蒸汽在液膜外表面进行冷凝，所释放的潜热必须通过液膜才能传给管壁及管内的低温流体，液膜越厚，热阻越大，冷凝传热效果越差。本发明中，通过尽快排液，减薄液膜厚度，提高冷凝器的冷凝换热能力。

如图1-2所示，冷凝管100包括管体10和多个翅片30，管体10具有外表面12及中心轴截面。其中，中心轴截面为经过管体10中心轴线A的一个平面，管体10的外表面12包括第一外表面121和第二外表面123。第一外表面121的至少部分位于中心轴截面的一侧，第二外表面123的至少部分位于中心轴截面的另一侧，也就是说，中心轴截面的一侧至少分布有第一外表面121，中心轴截面的另一侧至少分布有第二外表面123；第一外表面121和第二外表面123上均设置有多个翅片30，并且，第一外表面121上任意一个翅片30的高度，大于第二外表面123上任意一个翅片30的高度。即，第一外表面121上的翅片30较高，第二外表面123上的翅片30较低。

在安装冷凝管100时，将第二外表面123靠近地面安装，而冷凝过程中产生的凝结液体在重力作用下自上而下流动，由第一外表面121上产生的凝结液体向下流动至第二外表面123，因为第二外表面123的翅片30高度较低，便于及时排走凝结液体，避免凝结液体堆积使液膜增厚而影响换热效果，以通过增强第二外表面123的排液能力提高冷凝管100的换热效果。另外，对于冷凝管 100本身而言，在换热过程中，冷凝管100顶部的第一外表面121换热效果较好，第二外表面123换热效果较差，本发明在改进过程中，在换热效果较好的第一外表面121上设置高度较高的翅片30能很好地增强局部冷凝功能，而底部的第二外表面123由于翅片30较低，不利于凝结液体堆积，提高了排液功能，如此在不同位置设置不同高度的翅片30，冷凝管100的换热和排液功能得到了充分发挥，增强整体的换热效果。

多个翅片30在管体10的外表面12上呈螺旋形或环形排布，沿管体10轴向上相邻两排翅片30之间对应形成螺旋形或环形的排液槽50，第一外表面121 上冷凝形成的凝结液体通过排液槽50流动至第二外表面123。并且，在多个翅片30的排布轨迹上(即沿管体10周向)相邻两个翅片30之间形成冷凝槽70，对于螺旋形排列的翅片30其中的排列轨迹为围绕管体10的螺旋形，对于环形排列的翅片30其中的排列轨迹为管体10外周的环形，而在排布轨迹上相邻两个翅片30之间形成的冷凝槽70与排液槽50连通，蒸汽在冷凝槽70的槽壁上冷凝后形成凝结液体并流向排液槽50。由于第一外表面121上翅片30高度较高，因此上述排列轨迹分布于第一外表面121上相邻两个翅片30之间的冷凝槽70 较深，冷凝效果较好。并且，可选地，第一外表面121上的冷凝槽70宽度在翅片30指向管体10中心的方向上逐渐变小，例如雨滴状(如图3所示)，如此通过较深且曲率较大的冷凝槽70的槽壁提供更多与蒸汽接触的冷凝面积，以充分增强冷凝管100的局部凝结能力。同时，第二外表面123上的冷凝槽70较浅，利于排液。

在一些实施例中，位于第一外表面121上的翅片30均具有第一高度，位于第二外表面123上的翅片30均具有第二高度，第一高度高于第二高度。也就是说，第一外表面121上的多个翅片30的高度均为第一高度，第二外表面123上的多个翅片30的高度均为第二高度，并且第一高度大于第二高度，进而提高第二外表面123上多个翅片30的排液能力，提高换热效果。

在另一些实施例中，多个翅片30包括位于第一外表面121的最高翅片、位于第二外表面123的最低翅片以及位于第一外表面121和/或第二外表面123上的多个中间翅片，多个中间翅片的高度沿管体10的外周在最高翅片指向最低翅片的方向上逐渐变低。即对于横向安装的冷凝管100，第二外表面123靠近地面安装，第一外表面121位于冷凝管100顶部，由冷凝管100的顶部至底部，多个翅片30的高度逐渐变低，有利于利用冷凝管100顶部较好的换热位置，同时利用冷凝管100底部高度较低的翅片30提高排液功能，而翅片30的高度逐渐变化，兼顾了换热和排液功能。

进一步地，第一外表面121和第二外表面123在管体10的径向上相对设置，如此高度较高的翅片30和高度较低的翅片30在管体10外表面12上沿径向相对设置，多个翅片30的最高点和最低点在管体10的同一直径上，在安装过程中可以将最低点正对地面，而最低点处凝结液体最多，翅片30的高度也最低，排液能力最强可以排走最多的凝结液体，最大程度的利用高度较低的翅片30的排液能力。

在一些实施例中，第一外表面121在管体10周向上的角度范围为180度，第二外表面123在管体10周向上的角度范围也为180度，第一外表面121和第二外表面123覆盖管体10的整个外周，第一外表面121上的翅片30高度较高，第二外表面123上的翅片30高度较低。并且，第一外表面121上的多个翅片30 可以高度一致，第二外表面123上的多个翅片30高度一致，或者，第一外表面 121和第二外表面123上的翅片30高度逐渐变化均可，在此不做限定。

如图4所示，在另一些实施例中，管体10的外表面12还包括第一过渡面 125和第二过渡面127，第一过渡面125和第二过渡面127相对设置且分别设于第一外表面121和第二外表面123之间，具体在图4所示的视角中，在顺时针方向上第一外表面121和第二外表面123之间设置第一过渡面125，在逆时针方向上第一外表面121和第二外表面123之间设置第二过渡面127。其中，第一过渡面125上和第二过渡面127中的至少一者上任意一个翅片30的高度小于第一外表面121上任意一个翅片30的高度，且大于第二外表面123上任意一个翅片30的高度。也就是，在高度较高的翅片30和高度较低的翅片30之间设置高度适中的翅片30，此种流线型结构阻力小，减小凝结液体向下流动的阻力，同时可以减小凝结液体在翅片30间沿管体10轴向流动的阻碍，把冷凝管100的换热和排液功能发挥到极致。

具体地，第一过渡面125上的翅片30和第二过渡面127上的翅片30，在管体10径向截面上的投影关于对称轴对称设置。其中，对称轴经过管体10中心且垂直中心轴截面，即图2中的竖向中心线，竖向中心线两侧的第一过渡面125 和第二过渡面127上的翅片30对称设置，可以使管体10两侧的换热能力较为均匀。

进一步地，第一外表面121所在区域在管体10周向上的角度范围为第一夹角a，第二外表面123所在区域在管体10周向上的角度范围为第二夹角b，第一过渡面125或第二过渡面127所在区域在管体10周向上的角度范围为第三夹角c，其中a+2c+b＝360°,且150°≥a≥0°，150°≥b≥0°，120°≥c≥0°。以合理地，设置每个区域，优化冷凝管100整体的换热效果。可选地，第一夹角a＝120°,第二夹角b＝120°，第三夹角c＝60°。

本发明还提供一种上述冷凝管100，该冷凝管100如上记载，包括管体10 和多个翅片30，并在管体10的第一外表面121和第二外表面123上设置不同高度的翅片30，第一外表面121上的翅片30较高，第二外表面123上的翅片30 较低。在安装冷凝管100时，将第二外表面123靠近地面安装，而冷凝过程中产生的凝结液体在重力作用下自上而下流动，由第一外表面121上产生的凝结液体向下流动至第二外表面123，因为第二外表面123的翅片30高度较低，便于及时排走凝结液体，避免凝结液体堆积使液膜增厚而影响换热效果，以通过增强第二外表面123的排液能力提高冷凝管100的换热效果。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种冷凝管，其特征在于，包括：

管体，具有外表面及中心轴截面，所述外表面包括第一外表面和所述第二外表面，所述第一外表面的至少部分位于所述中心轴截面的一侧，所述第二外表面的至少部分位于所述中心轴截面的另一侧；以及

多个翅片，所述第一外表面和所述第二外表面上均设置有多个所述翅片，且所述第一外表面上任意一个所述翅片的高度，大于所述第二外表面上任意一个所述翅片的高度。

2.根据权利要求1所述的冷凝管，其特征在于，多个所述翅片在所述管体的所述外表面上呈螺旋形或环形排布，且在多个所述翅片的排布轨迹上相邻两个所述翅片之间形成冷凝槽，所述第一外表面上任意一个所述冷凝槽的高度，大于所述第二外表面上任意一个所述冷凝槽的高度。

3.根据权利要求1或2所述的冷凝管，其特征在于，位于所述第一外表面上的所述翅片均具有第一高度，位于所述第二外表面上的所述翅片均具有第二高度，所述第一高度高于所述第二高度。

4.根据权利要求1或2所述的冷凝管，其特征在于，多个所述翅片包括位于所述第一外表面的最高翅片、位于所述第二外表面的最低翅片以及位于所述第一外表面和/或所述第二外表面上的多个中间翅片，多个所述中间翅片的高度沿所述管体的外周在所述最高翅片指向所述最低翅片的方向上逐渐变低。

5.根据权利要求1或2所述的冷凝管，其特征在于，所述外表面还包括第一过渡面和第二过渡面，所述第一过渡面和所述第二过渡面相对设置且分别设于所述第一外表面和所述第二外表面之间；

其中，所述第一过渡面和所述第二过渡面中的至少一者上任意一个所述翅片的高度小于所述第一外表面上任意一个所述翅片的高度，且大于所述第二外表面上任意一个所述翅片的高度。

6.根据权利5所述的冷凝管，其特征在于，所述第一过渡面上的所述翅片和所述第二过渡面上的所述翅片，在所述管体径向截面上的投影关于所述管体的中心轴对称设置。

7.根据权利要求6所述的冷凝管，其特征在于，所述第一外表面所在区域在所述管体周向上的角度范围为第一夹角a，所述第二外表面所在区域在所述管体周向上的角度范围为第二夹角b，所述第一过渡面或所述第二过渡面所在区域在所述管体周向上的角度范围为第三夹角c；

其中，a+2c+b＝360°,且150°≥a≥0°，150°≥b≥0°，120°≥c≥0°。

8.根据权利要求7所述的冷凝管，其特征在于，第一夹角a＝120°,第二夹角b＝120°，第三夹角c＝60°。

9.根据权利要求2所述的冷凝管，其特征在于，所述第一外表面上的所述冷凝槽宽度在所述翅片指向所述管体中心的方向上逐渐变小。

10.一种冷凝器，其特征在于，包括外壳及上述权利要求1-9任意一项所述的冷凝管，所述冷凝管横向安装于所述外壳内。