CN113624059A - 一种翅片结构、换热管及降膜蒸发器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种翅片结构、换热管及降膜蒸发器，涉及换热器技术领域，解决了现有降膜蒸发器的传热效率不理想的技术问题。该翅片结构包括蒸发腔、瞬态导热强化结构和流道，所述蒸发腔形成于所述翅片的顶部与底部之间，所述流道与所述蒸发腔相连通，所述瞬态导热强化结构形成于翅片的底部。当换热管的外表面设置该翅片结构，瞬态导热会发生在与换热管接触传热的瞬态导热强化结构所在区域，强化了瞬态导热过程的传热效率，从而强化了换热管和降膜蒸发器的性能。

Description

一种翅片结构、换热管及降膜蒸发器

技术领域

本发明涉及换热器技术领域，尤其是涉及一种翅片结构、换热管及降膜蒸发器。

背景技术

水平管降膜蒸发器作为一种新型高效节能设备，以其冷媒充注量小、静液压差小、换热效率高以及回油方便等优点正逐渐地取代满液式蒸发器。

瞬态导热是沸腾换热过程中的一个子过程。当气泡刚刚脱离换热表面后，大量过冷液体填充至原气泡所在位置并与加热面发生了瞬态导热。现有文献表明，瞬态导热的换热量占沸腾换热总量的35％以上。水平管降膜蒸发过程中，沸腾换热同样作为一种强化换热的因素参与其中。因此强化瞬态导热过程的传热效率必然会强化降膜蒸发管的性能。然而，目前在业内还鲜有强化瞬态导热过程的蒸发管翅片设计。

此外，不同于满液式蒸发器，降膜蒸发器为了使液膜均匀铺展至换热管表面，会在液膜流向上设置布液器、均液板等装置。若布液效果不理想，换热器则会出现传热恶化，吸气带液等现象。近年来，紧凑型降膜蒸发器的设计需求越来越大。然而相比于一般降膜蒸发器，紧凑型的液态冷媒流量更小，这对布膜提出了更高的要求。然而现有降膜蒸发器的布膜效果不理想，影响传热效率。

综上，申请人发现现有降膜蒸发器的传热效率不够理想。

发明内容

本发明的目的在于提供一种翅片结构、换热管及降膜蒸发器，至少解决现有技术中存在的降膜蒸发器的传热效率不理想的技术问题。本发明提供的诸多技术方案中的优选技术方案所能产生的诸多技术效果详见下文阐述。

为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

本发明提供的一种翅片结构，包括蒸发腔、瞬态导热强化结构和流道，所述蒸发腔形成于所述翅片的顶部与底部之间，所述流道与所述蒸发腔相连通，所述瞬态导热强化结构形成于所述翅片的底部，能够强化换热管的瞬态导热。

可选地，所述瞬态导热强化结构包括形成于所述翅片底部的环形浅肋。

可选地，所述环形浅肋包括相互套设的内侧浅肋和外侧浅肋。

可选地，所述内侧浅肋的内壁面围合形成气化核心产生区。

可选地，所述气化核心产生区为倒圆锥形。

可选地，所述翅片的高度H2为0.8mm-0.12mm；所述气化核心产生区的深度H1为0.1mm-0.2mm；所述气化核心产生区的直径H3为0.1mm-0.2mm；所述环形浅肋的宽度H4为0.05mm-0.1mm。

可选地，所述环形浅肋的外径与所述蒸发腔的气泡脱离口的直径相同。

可选地，所述翅片为由多个紧密排布的六边形蜂室构成的蜂室形齿型。

可选地，所述瞬态导热强化结构形成于所述六边形蜂室的中心。

可选地，所述流道开设于所述六边形蜂室的六条边对应区域，从而形成相连通的交错流道。

本发明提供的一种换热管，包括管体和以上任一所述的翅片结构，所述翅片结构形成于所述管体的外表面。

可选地，所述翅片的顶部设置有翅顶盖，所述翅顶盖上设置有轴向条纹肋。

可选地，所述轴向条纹肋的深度H5为0.1-0.2mm，所述轴向条纹肋的宽度H8为0.075mm-0.125mm；所述翅顶盖的厚度H7为0.15mm-0.25mm。

可选地，所述蒸发腔的气泡脱离口形成于所述翅顶盖上。

可选地，所述气泡脱离口的直径H6为0.5mm-0.7mm。

本发明提供的一种降膜蒸发器，包括以上任一所述的换热管。

本发明提供的一种翅片结构及具有其的换热管和降膜蒸发器，该翅片结构包括蒸发腔、瞬态导热强化结构和流道，其中瞬态导热强化结构形成于翅片的底部，当换热管的外表面设置该翅片结构，瞬态导热会发生在与换热管接触传热的瞬态导热强化结构所在区域，强化了瞬态导热过程的传热效率，从而强化了换热管和降膜蒸发器的性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明具体实施方式提供的一种降膜式蒸发管的平铺三维轴视图；

图2是图1中I部分的局部放大结构示意图；

图3是翅片与管体的连接结构示意图；

图4是图3中A-A剖视结构示意图；

图5是翅片顶部的结构示意图。

图中1、气化核心产生区；2、环形浅肋；3、交错流道；4、气泡脱离口；5、轴向条纹肋；6、蜂室角壁。

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，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

实施例1：

本发明提供了一种翅片结构，包括蒸发腔、瞬态导热强化结构和流道，蒸发腔形成于翅片的顶部与底部之间，流道与蒸发腔相连通，瞬态导热强化结构形成于翅片的底部，能够强化换热管的瞬态导热。

当换热管的外表面设置该翅片结构，瞬态导热会发生在与换热管接触传热的瞬态导热强化结构所在区域，强化了瞬态导热过程的传热效率，从而强化了换热管和降膜蒸发器的性能。

具体地，如图1-图4所示，瞬态导热强化结构包括形成于翅片底部的环形浅肋2。气泡在脱离换热管表面时，瞬态导热发生在环形浅肋2所在区域，环形浅肋2增大了传热面积，强化了瞬态导热过程的传热效率。

作为可选地实施方式，环形浅肋2包括相互套设的内侧浅肋和外侧浅肋，进一步增加了传热面积，瞬态导热过程的传热效率更高。

作为可选地实施方式，内侧浅肋的内壁面围合形成气化核心产生区1，参见图1和图3，气化核心产生区1为气泡的形成创造了良好条件，有利于热传导。

作为可选地实施方式，气化核心产生区1为倒圆锥形，圆锥形结构便于气泡的产生，增加了气泡产生频率。

作为可选地实施方式，环形浅肋2的外径与蒸发腔的气泡脱离口4的直径相同，方便气泡的脱离。

作为可选地实施方式，翅片为由多个紧密排布的六边形蜂室构成的蜂室形齿型。紧密排布的六边形型设计，大大增加了气化核心密度，提高传热效率。

作为可选地实施方式，瞬态导热强化结构形成于六边形蜂室的中心。结构合理，有效利用蜂室结构，沸腾换热时强化了瞬态导热过程的传热效率。

作为可选地实施方式，流道开设于六边形蜂室的六条边对应区域，从而形成相连通的交错流道3。由图4可见，六边形蜂室的每个蜂室边壁的中心开口，使液态冷媒的流道转为交错流道3，交叉分流让原本窄的流动液膜变宽，强化布膜效果。蜂室边壁的中心开口后只留有蜂室角的边壁相连接形成蜂室角壁6作为蜂室的支撑。

实施例2：

如图1-图5所示，本发明还提供了一种换热管，包括管体和以上任一的翅片结构，翅片结构形成于管体的外表面。

作为可选地实施方式，如图1和图5所示，翅片的顶部设置有翅顶盖，翅顶盖上设置有轴向条纹肋5。翅顶盖上的轴向条纹增大了轴向表面张力拉力，拉长液膜，从而强化了轴向布膜。

作为可选地实施方式，蒸发腔的气泡脱离口4形成于翅顶盖上。翅顶盖能够截留少量气体，在气泡脱离后在蒸发腔内留有气化核心，减少了下一次气泡生长的时间。

实施例3：

本发明具体实施方式提供了一种降膜式换热管，包括管体和管体外侧的翅片结构，翅片根部与管体连为一体。如图1所示，该降膜式换热管翅片包括气化核心产生区1、环形浅肋2、交错流道3、蒸发腔气泡脱离口4和轴向条纹肋5。其中，翅片的基底是由紧密排布的六边形构成，每个六边形为一个独立的蒸发腔。六边形的每个边的中段开有流道，使流道变成交错流道3。每个六边形中心布有气化核心区，其形状为圆锥形，深度为H1，直径为H3。以气化核心区的顶点为圆心，布有环形浅肋2，用以强化瞬态导热。环形浅肋2的肋宽为H4。环形浅肋2最外圈的直径为H6。

翅片顶端设置有翅顶盖，其厚度为H7,与换热管表面形成一个个蜂室状的蒸发腔。翅顶盖正对六边形中心位置开有蒸发腔气泡脱离口4，其直径为H6。翅顶盖上开有轴向条纹肋5，其深度为H5，宽度为H8。目的是用来增大轴向的表面张力拉力，使液膜在轴向摊开，强化布膜效果。整个翅片的高度为H2。

考虑了加工难度，以及常用冷媒物性，本实施方式中翅片的高度H2选为0.8mm-0.12mm，优选0.1mm；气化核心产生区1的深度H1为0.1mm-0.2mm，优选0.15mm；气化核心产生区1的直径H3为0.1mm-0.2mm，优选0.15mm；环形浅肋2的宽度H4为0.05mm-0.1mm，优选0.075mm。轴向条纹肋5的深度H5为0.1-0.2mm，优选0.15mm；轴向条纹肋5的宽度H8为0.075mm-0.125mm，优选0.1mm；顶盖的厚度H7为0.15mm-0.25mm，优选0.2mm。气泡脱离口4的直径H6为0.5mm-0.7mm，优选0.6mm。优化选择后，使换热管表面沸腾更加高效，布膜更均匀。

本发明达到了以下有益效果：

(1)强化瞬态导热——气泡在脱离换热管表面时，瞬态导热发生在环形浅肋2所在区域，强化了瞬态导热过程的传热效率；

(2)汽化核心密度大——翅片采用紧密排布的六边形型设计，大大增加气化核心密度；

(3)交错流道网络，均匀布膜——交错流道3的设置使液态冷媒在降膜流动过程中逐渐铺展开来，改善布液不均的问题；

(4)增大气泡脱离频率——利用蒸发腔体结构，气泡脱离后会在腔内留有气化核心，减少了下一次气泡生长的时间。

(5)强化轴向布膜——翅顶盖上的轴向条纹增大轴向表面张力拉力，拉长液膜，强化轴向布膜。

实施例4：

本发明还提供了一种降膜蒸发器，包括上述的降膜式换热管。同样通过强化瞬态导热提高了降膜蒸发器的传热效率。

在发明的描述中，需要说明的是，除非另有说明，″多个″的含义是两个或两个以上；术语″上″、″下″、″左″、″右″、″内″、″外″、″前端″、″后端″、″头部″、″尾部″等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语″第一″、″第二″、″第三″等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语″安装″、″相连″、″连接″应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (16)

1.一种翅片结构，其特征在于，包括蒸发腔、瞬态导热强化结构和流道，所述蒸发腔形成于所述翅片的顶部与底部之间，所述流道与所述蒸发腔相连通，所述瞬态导热强化结构形成于所述翅片的底部，能够强化换热管的瞬态导热。

2.根据权利要求1所述的翅片结构，其特征在于，所述瞬态导热强化结构包括形成于所述翅片底部的环形浅肋(2)。

3.根据权利要求2所述的翅片结构，其特征在于，所述环形浅肋(2)包括相互套设的内侧浅肋和外侧浅肋。

4.根据权利要求3所述的翅片结构，其特征在于，所述内侧浅肋的内壁面围合形成气化核心产生区(1)。

5.根据权利要求4所述的翅片结构，其特征在于，所述气化核心产生区(1)为倒圆锥形。

6.根据权利要求4所述的翅片结构，其特征在于，所述翅片的高度H2为0.8mm-0.12mm；所述气化核心产生区(1)的深度H1为0.1mm-0.2mm；所述气化核心产生区(1)的直径H3为0.1mm-0.2mm；所述环形浅肋(2)的宽度H4为0.05mm-0.1mm。

7.根据权利要求2所述的翅片结构，其特征在于，所述环形浅肋(2)的外径与所述蒸发腔的气泡脱离口(4)的直径相同。

8.根据权利要求1-7任一所述的翅片结构，其特征在于，所述翅片为由多个紧密排布的六边形蜂室构成的蜂室形齿型。

9.根据权利要求8所述的翅片结构，其特征在于，所述瞬态导热强化结构形成于所述六边形蜂室的中心。

10.根据权利要求8所述的翅片结构，其特征在于，所述流道开设于所述六边形蜂室的六条边对应区域，从而形成相连通的交错流道(3)。

11.一种换热管，其特征在于，包括管体和权利要求1-10任一所述的翅片结构，所述翅片结构形成于所述管体的外表面。

12.根据权利要求11所述的换热管，其特征在于，所述翅片的顶部设置有翅顶盖，所述翅顶盖上设置有轴向条纹肋(5)。

13.根据权利要求12所述的换热管，其特征在于，所述轴向条纹肋(5)的深度H5为0.1-0.2mm，所述轴向条纹肋(5)的宽度H8为0.075mm-0.125mm；所述翅顶盖的厚度H7为0.15mm-0.25mm。

14.根据权利要求12所述的换热管，其特征在于，所述蒸发腔的气泡脱离口(4)形成于所述翅顶盖上。

15.根据权利要求14所述的换热管，其特征在于，所述气泡脱离口(4)的直径H6为0.5mm-0.7mm。

16.一种降膜蒸发器，其特征在于，包括权利要求11-15任一所述的换热管。

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