CN109099750A - 换热管及热泵机组 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种换热管及热泵机组。该换热管包括管体和设置在管体的外表面上的翅片。翅片上形成有冷凝换热结构，翅片和外表面之间形成有蒸发换热结构。冷凝换热结构包括翅台换热结构，翅台换热结构形成在翅片的顶部的两侧。通过本发明的一种换热管，就可以同时适用于热泵机组的制冷工况和制热工况，降低热泵机组的制作成本。

Description

换热管及热泵机组

技术领域

本发明涉及制冷技术领域，具体而言，涉及一种换热管及热泵机组。

背景技术

空气源螺杆式热泵机组即可夏季制冷，又可冬季供暖制热，制冷、制热功能可以根据需要随时切换，其多功能性得到市场的青睐，尤其是夏热冬冷地区中等规模的商业建筑中应用广泛。前期该热泵机组所用蒸发器的结构形式以干式蒸发器为主，但干式蒸发器换热效率低，近年来满液式蒸发器以及降膜式蒸发器以其传热效率高，机组能效比高，在热泵机组中广泛采用。满液式或者降膜式热泵机组在制冷工况下，管外为低压饱和液态冷媒，冷媒蒸发吸热使管内的冷冻水得到冷却，提供低温冷冻水用于供冷；供暖工况下，蒸发器转换为冷凝器，管外为高压冷媒蒸汽，冷媒蒸汽凝结放热加热管内的水，提供高温热水用于供暖。这就要求该种热泵空调机组中换热器所采用换热管能够需同时满足蒸发换热性能和冷凝换热性能。

蒸发和冷凝虽然都是相变换热，但其原理不同，蒸发需要较多的汽化核心以强化换热效果；而冷凝则需要较大的换热面积使得气态冷媒凝结为液体，同时需要将产生的凝结液快速排走，避免其在换热表面形成液膜热阻，降低换热性能。根据实验数据显示，采用现行的高效蒸发管做冷凝管使用时，其冷凝性能会比现行单一冷凝用的高效冷凝管降低30％以上；同样，使用现行的高效冷凝管做蒸发管使用时，其蒸发性能会比现行单一蒸发用的高效蒸发管性能衰减35％以上。

因此，在现有技术中，针对冷凝过程需要采用特定结构的满液式冷凝管，针对蒸发过程需要采用特定结构的满液式蒸发管，这样一来就增加了热泵机的制造成本。

发明内容

本发明实施例提供了一种换热管及热泵机组，以解决现有技术中热泵机组的制造成本高的技术问题。

本申请实施方式提供了一种换热管，包括管体和设置在管体的外表面上的翅片，翅片上形成有冷凝换热结构，翅片和外表面之间形成有蒸发换热结构；冷凝换热结构包括翅台换热结构，翅台换热结构形成在翅片的顶部的两侧。

在一个实施方式中，蒸发换热结构包括蒸发空腔以及与蒸发空腔相连通的第一流通槽，相邻的翅片之间形成有通道，相邻的翅片上的相靠近的两个翅台换热结构之间间隔形成有第一流通槽，并且两个翅台换热结构遮挡在通道的顶部与通道形成蒸发空腔。

在一个实施方式中，冷凝换热结构还包括翅顶换热结构，翅顶换热结构形成在翅片的顶部的两个翅台换热结构之间。

在一个实施方式中，两个翅台换热结构在翅片的顶部分别相对于翅片的侧面倾斜设置。

在一个实施方式中，冷凝换热结构还包括锯齿槽，锯齿槽开设在翅台换热结构和/或翅顶换热结构上。

在一个实施方式中，锯齿槽沿与翅片的延伸方向相垂直的方向贯穿翅台换热结构和/或翅顶换热结构。

在一个实施方式中，锯齿槽为多个，多个锯齿槽间隔分布在翅台换热结构和/或翅顶换热结构上。

在一个实施方式中，蒸发换热结构还包括凹槽换热结构，凹槽换热结构开设在通道的底部。

在一个实施方式中，凹槽换热结构为开设在通道的底部上的工字槽或十字槽。

在一个实施方式中，翅片在外表面上呈螺旋状盘绕设置。

在一个实施方式中，管体的内表面上形成有内肋结构，内肋结构用于增大内表面的表面积。

本申请还提供了一种热泵机组，包括换热管，换热管为上述的换热管。

在上述实施例中，在管体上，同时设置有用于冷凝换热的冷凝换热结构和用于蒸发换热的蒸发换热结构。针对于冷凝过程，翅片的顶部的两侧形成的翅台换热结构可以满足冷凝换热的结构需要，针对于蒸发过程，翅片和外表面之间形成的蒸发换热结构可以满足蒸发换热的结构需要。另外，在采暖工况下冷凝使用时，翅台换热结构可以增大换热面积，强化凝结换热能力，提高冷凝效率。这样一来，通过本发明的一种换热管，就可以同时适用于热泵机组的制冷工况和制热工况，降低热泵机组的制作成本。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明的换热管的实施例的整体结构示意图；

图2是图1的换热管的局部结构示意图；

图3是图2的主视结构示意图；

图4是根据本发明的换热管的一种凹槽换热结构的示意图；

图5是根据本发明的换热管的另一种凹槽换热结构的示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施方式和附图，对本发明做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

图1示出了本发明的换热管的实施例，该换热管包括管体10和设置在管体10的外表面上的翅片40。翅片40上形成有冷凝换热结构，翅片40和外表面之间形成有蒸发换热结构。冷凝换热结构包括翅台换热结构21，翅台换热结构21形成在翅片40的顶部的两侧。

应用本发明的技术方案，在管体10上，同时设置有用于冷凝换热的冷凝换热结构和用于蒸发换热的蒸发换热结构。针对于冷凝过程，翅片40的顶部的两侧形成的翅台换热结构21可以满足冷凝换热的结构需要，针对于蒸发过程，翅片40和外表面之间形成的蒸发换热结构可以满足蒸发换热的结构需要。另外，在采暖工况下冷凝使用时，翅台换热结构21可以增大换热面积，强化凝结换热能力，提高冷凝效率。这样一来，通过本发明的一种换热管，就可以同时适用于热泵机组的制冷工况和制热工况，降低热泵机组的制作成本。

可选的，在本实施例的技术方案中，管体10包括位于两侧的光管段以及位于中部的成翅部分，成翅部分与光管段之间通过过渡段连接。成翅部分、光管段与过渡段均有一根基管加工而成。

可选的，在本实施例的技术方案中，翅片40在外表面上呈螺旋状盘绕设置。可选的，在本实施例的技术方案中，翅片40为一条。作为其他的可选的实施方式，翅片40为多条，多条翅片40在外表面上间隔设置。

如图2和图3所示，在本实施例的技术方案中，蒸发换热结构包括蒸发空腔31以及与蒸发空腔31相连通的第一流通槽32。相邻的翅片40之间形成有通道，相邻的翅片40上的相靠近的两个翅台换热结构21之间间隔形成有第一流通槽32，并且两个翅台换热结构21遮挡在通道的顶部与通道形成蒸发空腔31。在使用时，液态冷媒经由第一流通槽32进入蒸发空腔31，蒸发空腔31底部的管体10表面温度较高，具备蒸发所需要的过热度，形成大量蒸发所需的汽化核心。

如图2和图3所示，在本实施例的技术方案中，冷凝换热结构还包括翅顶换热结构22，翅顶换热结构形成在翅片40的顶部两个翅台换热结构21之间。在冷凝工况中，翅顶换热结构22可以增大凝结换热表面积，有利于提高冷凝效率。可选的，翅顶换热结构22为翅片40的端部挤压过后形成的厚度减薄的结构。

如图3所示，作为一种可选的实施方式，两个翅台换热结构21在翅片40的顶部分别相对于翅片40的侧面倾斜设置。优选的，两个翅台换热结构21在翅片40的顶部相对于水平面朝上倾斜设置。可选的，翅台换热结构21在延伸过程中与水平方向的角度可以为定值，即翅台换热结构21为平板形。作为其他的可选的实施方式，翅台换热结构21在延伸过程中与水平方向的角度也可以为是渐变的，即翅台换热结构21为曲面形。

如图2所示，作为一种优选的实施方式，冷凝换热结构还包括锯齿槽23，锯齿槽23开设在翅台换热结构21和翅顶换热结构22上。一方面，锯齿槽23可以构成与蒸发空腔31相连通的孔，构成蒸发换热结构的一部分；另一方面，锯齿槽23还可以构成冷凝换热结构的尖锐表面的一部分，有利于刺破凝结液体表面的液膜，破坏表面张力，加速凝结液体滴落，提高凝结传热性能。可选的，锯齿槽23沿与翅片40的延伸方向相垂直的方向贯穿翅台换热结构21和翅顶换热结构22。优选的，锯齿槽23为多个，多个锯齿槽23间隔分布在翅台换热结构21和翅顶换热结构22上。

如图4所示，作为一种优选的实施方式，蒸发换热结构还包括凹槽换热结构33，凹槽换热结构33开设在通道的底部。在使用时，凹槽换热结构33增大了蒸发空腔31的底部的换热面积，同时提高换热面的粗糙度，使其在蒸发空腔31的底部形成大量蒸发所需的汽化核心。可选的，在本实施例的技术方案中，凹槽换热结构33为工字槽。优选的，工字槽沿圆周方向间断或连续分布，轴向延伸凹槽与圆周方向延伸凹槽深度不同。

如图5所示，作为另一种可选的实施方式，凹槽换热结构33还可以是十字槽。优选的，十字槽结构沿圆周方向间断分布。作为其他的可选的实施方式，凹槽换热结构33还可以是三角形、四边形等其他形状的凹槽。

如图4所示，作为一种可选的实施方式，在管体10的内表面上形成有内肋结构50。在使用时，内肋结构50用于增大内表面的表面积，在换热时可以提高换热效率，同时还增加了管内流体的扰动程度，从而可以进一步增强换热效率。可选的，内肋结构50呈螺旋状设置在内表面上，内肋结构50相对于管体10的中心呈角度λ设置，15°≤λ≤65°。可选的，内肋结构50为多条，多条内肋结构50在内表面上均匀分布。优选的，内肋结构50为30～65个。

具体的，本发明的换热管的使用原理如下：

制冷工况下作为蒸发管使用，管体10外侧液态冷媒主要在蒸发空腔31内进行蒸发。首先液态冷媒经由第一流通槽32或锯齿槽23进入蒸发空腔31，蒸发空腔31底部的管体10表面温度较高，具备蒸发所需要的过热度。同时蒸发空腔31底部的管体10表面具有凹槽换热结构33，增大了蒸发空腔31底部的换热面积，同时提高换热面的粗糙度，使其在蒸发空腔31底部形成大量蒸发所需的汽化核心。饱和液态冷媒在具有一定过热度和大量汽化核心的蒸发空腔31内进行蒸发，蒸发产生的大量气泡通过第一流通槽32或锯齿槽23排出，同时蒸发空腔31内的液态冷媒也通过第一流通槽32或者锯齿槽23进行补充。

采暖工况下作为冷凝管使用，管体10外侧高压气态冷媒主要在翅台换热结构21和翅顶换热结构22上进行凝结，倾斜翅台换热结构21显著增大了凝结换热表面积，换热面积对气态冷媒的凝结换热尤为重要。由于翅台换热结构21是倾斜的，其上凝结产生的液态冷媒在表面张力及其重力综合作用下快速向下流动，并及时经过第一流通槽32或者锯齿槽23排至蒸发空腔31进行进一步的冷却，由于蒸发空腔31环向连通，最终积累到一定量的液态冷媒经过换热管底部排出换热管表面。

本发明利用翅台换热结构21和管体10外表面形成适合蒸发换热的蒸发空腔31，并通过翅台换热结构21增大换热面积，强化凝结换热，并根据相应的蒸发换热原理和凝结换热原理对各自部分进行强化，在蒸发空腔31底部增加凹槽换热结构33，增加汽化核心数量，强化蒸发换热；同时将翅台换热结构21倾斜设置，利于凝结液及时排走，强化冷凝换热。这样，使得该换热管的蒸发和冷凝性能均得到提高，满足了机组制冷和采暖工况的要求，并使得机组的能效进一步提高。

本发明的换热管在专门的翅片辊轧机上进行加工，采用挤压成型无屑加工工艺，利用刀具组合和衬芯开槽模具进行辊轧而成，双侧强化同时进行。内侧利用开槽的衬芯滚压形成螺旋状凸起的内肋结构50。

本发明还提供了一种热泵机组，该空调器包括上述的换热管。采用上述换热管的热泵机组，通过一种换热管，就可以同时适用于热泵机组的制冷工作和制热工作，降低了热泵机组的制作成本。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明实施例可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种换热管，包括管体(10)和设置在所述管体(10)的外表面上的翅片(40)，其特征在于，所述翅片(40)上形成有冷凝换热结构，所述翅片(40)和所述外表面之间形成有蒸发换热结构；

所述冷凝换热结构包括翅台换热结构(21)，所述翅台换热结构(21)形成在所述翅片(40)的顶部的两侧。

2.根据权利要求1所述的换热管，所述蒸发换热结构包括蒸发空腔(31)以及与所述蒸发空腔(31)相连通的第一流通槽(32)，相邻的所述翅片(40)之间形成有通道，相邻的所述翅片(40)上的相靠近的两个所述翅台换热结构(21)之间间隔形成有所述第一流通槽(32)，并且两个所述翅台换热结构(21)遮挡在所述通道的顶部与所述通道形成所述蒸发空腔(31)。

3.根据权利要求2所述的换热管，其特征在于，所述冷凝换热结构还包括翅顶换热结构(22)，所述翅顶换热结构形成在所述翅片(40)的顶部的两个翅台换热结构(21)之间。

4.根据权利要求3所述的换热管，其特征在于，两个所述翅台换热结构(21)在所述翅片(40)的顶部分别相对于所述翅片(40)的侧面倾斜设置。

5.根据权利要求3所述的换热管，其特征在于，所述冷凝换热结构还包括锯齿槽(23)，所述锯齿槽(23)开设在所述翅台换热结构(21)和/或所述翅顶换热结构(22)上。

6.根据权利要求5所述的换热管，其特征在于，所述锯齿槽(23)沿与所述翅片(40)的延伸方向相垂直的方向贯穿所述翅台换热结构(21)和/或所述翅顶换热结构(22)。

7.根据权利要求5所述的换热管，其特征在于，所述锯齿槽(23)为多个，多个所述锯齿槽(23)间隔分布在所述翅台换热结构(21)和/或所述翅顶换热结构(22)上。

8.根据权利要求2所述的换热管，其特征在于，所述蒸发换热结构还包括凹槽换热结构(33)，所述凹槽换热结构(33)开设在所述通道的底部。

9.根据权利要求8所述的换热管，其特征在于，所述凹槽换热结构(33)为开设在所述通道的底部上的工字槽或十字槽。

10.根据权利要求1所述的换热管，其特征在于，所述翅片(40)在所述外表面上呈螺旋状盘绕设置。

11.根据权利要求1所述的换热管，其特征在于，所述管体(10)的内表面上形成有内肋结构(50)，所述内肋结构(50)用于增大所述内表面的表面积。

12.一种热泵机组，包括换热管，其特征在于，所述换热管为权利要求1至11中任一项所述的换热管。