CN114688911A - 换热管、换热器和空调器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种换热管、换热器和空调器，其中，该换热管包括管体、第一螺旋齿和第二螺旋齿；所述第一螺旋齿设于所述管体的内表面，所述第一螺旋齿沿所述管体的轴向延伸；所述第二螺旋齿设于所述管体的内表面，所述第二螺旋齿沿所述管体的周向延伸，并与所述第一螺旋齿相交；其中，所述第一螺旋齿的螺旋角小于等于45°，所述第二螺旋齿的螺旋角小于等于45°。本发明技术方案确保换热管的安全性同时，降低换热管的成本。

Description

换热管、换热器和空调器

技术领域

本发明涉及热交换管技术领域，特别涉及一种换热管、换热器和空调器。

背景技术

换热管是一种内部需要设置换热工质的管体，通过换热工质在管体内流动，加速换热过程，具有换热效率高的特点。例如：空调换热器通过在换热管内设置冷媒，提升换热效率。由于换热管内的换热工质通常为流动状态，换热工质产生的压力具有波动，当换热工质的压力过大时，会导致换热管发生形变，甚至爆管，引发事故。因此，提升换热管使用的安全性能极为重要。现有的提升换热管安装性能的方式通常为增大所述换热管的壁厚，但是壁厚的增加导致了换热管成本的增加，这使得提升换热管的安全性能和降低换热管成本之间难以协调。

发明内容

本发明的主要目的是提出一种换热管、换热器和空调器，旨在确保换热管的安全性同时，降低换热管的成本。

为实现上述目的，本发明提出的换热管，所述换热管包括管体、第一螺旋齿和第二螺旋齿；所述第一螺旋齿设于所述管体的内表面，所述第一螺旋齿沿所述管体的轴向延伸；所述第二螺旋齿设于所述管体的内表面，所述第二螺旋齿沿所述管体的周向延伸，并与所述第一螺旋齿相交；其中，所述第一螺旋齿的螺旋角小于等于45°，所述第二螺旋齿的螺旋角小于等于45°。

在一实施例中，所述第二螺旋齿呈环状设置，所述第二螺旋齿的数量为多个，多个所述第二螺旋齿在所述管体的延伸方向上间隔设置。

在一实施例中，所述第二螺旋齿在所述管体的延伸方向上呈螺旋状设置。

在一实施例中，所述第二螺旋齿的数量为多个，至少两所述第二螺旋齿在所述管体的延伸方向上并行且间隔设置。

在一实施例中，所述第二螺旋齿在所述管体的周向上间断和/或连续设置。

在一实施例中，所述第一螺旋齿的齿高与所述第二螺旋齿的齿高的比值大于等于1.0且小于等于2.0；所述管体的外径与所述管体的壁厚的比值为27.5至40.0；所述管体的外径与所述第二螺旋齿的宽度的比值为25.0-70.0。

在一实施例中，D/L的比值为0.2至0.5，其中，D为所述管体的外径，L为相邻两所述第二螺旋齿的间距或所述第二螺旋齿的节距。

在一实施例中，所述第二螺旋齿的齿顶角大于等于10°且小于等于25°。

在一实施例中，所述换热管为换热铜管。

本发明还提出一种换热器，所述换热器包括换热管，所述换热管包括管体、第一螺旋齿和第二螺旋齿；所述第一螺旋齿设于所述管体的内表面，所述第一螺旋齿沿所述管体的轴向延伸；所述第二螺旋齿设于所述管体的内表面，所述第二螺旋齿沿所述管体的周向延伸，并与所述第一螺旋齿相交；其中，所述第一螺旋齿的螺旋角小于等于45°，所述第二螺旋齿的螺旋角小于等于45°。

本发明还提出一种空调器，所述空调器包括换热器，所述换热器包括换热管，所述换热管包括管体、第一螺旋齿和第二螺旋齿；所述第一螺旋齿设于所述管体的内表面，所述第一螺旋齿沿所述管体的轴向延伸；所述第二螺旋齿设于所述管体的内表面，所述第二螺旋齿沿所述管体的周向延伸，并与所述第一螺旋齿相交；其中，所述第一螺旋齿的螺旋角小于等于45°，所述第二螺旋齿的螺旋角小于等于45°。

本发明技术方案通过在管体内表面设置沿管体的轴向延伸的第一螺旋齿和沿管体的周向延伸的第二螺旋齿，第一螺旋齿和第二螺旋齿相交，并且第一螺旋齿和第二螺旋齿的螺旋角均小于等于45°，从而通过在管体的内表面设置第一螺旋齿和第二螺旋齿来降低换热管的内应力，提升换热管的安全性能，进而可以减小管体的壁厚，降低管体的重量，控制换热管的生产成本，实现成本优势。

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示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明换热管一实施例的结构示意图；

图2为图1中换热管的剖面图；

图3为图2沿P-P处的局部放大图；

图4为本发明换热管另一实施例的结构示意图；

图5为本发明换热管又一实施例的结构示意图；

图6为本发明换热管再一实施例的结构示意图；

图7为第二螺旋齿的齿顶角、齿高、螺旋角、齿数、齿的宽度及管体的壁厚对换热管内应力影响力的示意图。

附图标号说明：

标号	名称	标号	名称
				100	管体	210	第一螺旋齿
220	第二螺旋齿

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，若全文中出现的“和/或”的含义为，包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例，包括A方案，或B方案，或A和B同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

本发明提出一种换热管、换热器和空调器。

在本发明实施例中，请参照图1至图2，该换热管包括管体100、第一螺旋齿210和第二螺旋齿220；所述第一螺旋齿210设于所述管体100的内表面，所述第一螺旋齿210沿所述管体100的轴向延伸；所述第二螺旋齿220设于所述管体100的内表面，所述第二螺旋齿220沿所述管体100的周向延伸，并与所述第一螺旋齿210相交。其中，请参照图2，所述第一螺旋齿210的螺旋角β1小于等于45°，所述第二螺旋齿220的螺旋角β2小于等于45°。

请参照图1至图2，通过在管体100的内表面设置第一螺旋齿210和第二螺旋齿220可以有效增大换热管的表面积，使得换热工质流动时与换热管接触的面积增大，有利于提升换热管与换热工质之间的热交换量，从而提升换热管的换热效率。

请参照图1，该第一螺旋齿210和第二螺旋齿220相当于在管体100内表面设置两种加强凸筋，能够起到加强管体100机械强度的效果。第一螺旋齿210沿管体100的轴向延伸，第二螺旋齿220沿管体100的周向延伸，并且第一螺旋齿210与第二螺旋齿220相交，从而进一步加强了管体100的机械强度，降低管体100的内应力。

请参照图1，第一螺旋齿210设于管体100的内表面，第二螺旋齿220设于第一螺旋齿210上，或第二螺旋齿220设于第一螺旋齿210和管体100上。可以理解的是，该管体100、第一螺旋齿210和第二螺旋齿220的材料可以采用相同的材料制成，管体100、第一螺旋齿210和第二螺旋齿220可以一体成型而成。

请参照图2，螺旋角β指的是管体100水平放置时，螺旋齿所在平面与水平面的夹角。由于螺旋角β过大时，该换热管的加工难度大，导致换热管的生产效率低下，所以，第一螺旋齿210的螺旋角β1小于等于45°，第二螺旋齿220的螺旋角β2小于等于45°，从而增大第一螺旋齿210和第二螺旋齿220的长度，增大管体100内部的表面积，进一步降低管体100的内应力。

本发明技术方案通过在管体100内表面设置沿管体100的轴向延伸的第一螺旋齿210和沿管体100的周向延伸的第二螺旋齿220，第一螺旋齿210和第二螺旋齿220相交，并且第一螺旋齿210和第二螺旋齿220的螺旋角β均小于等于45°，从而通过在管体100的内表面设置第一螺旋齿210和第二螺旋齿220来降低换热管的内应力，提升换热管的安全性能，进而可以减小管体100的壁厚T，降低管体100的重量，控制换热管的生产成本，实现成本优势。

该第二螺旋齿220的形状有多种，请参照图1至图2，在一实施例中，所述第二螺旋齿220呈环状设置，所述第二螺旋齿220的数量为多个，多个所述第二螺旋齿220在所述管体100的延伸方向上间隔设置。

请参照图1，该第一螺旋齿210的数量也可以是多个，多个第一螺旋齿210沿管体100的轴向延伸，环形的第二螺旋齿220与第一螺旋齿210相交并在管体100的长度方向上间隔排布，从而使换热工质在管体100内流动时，换热管的内部受到力均匀，进一步降低管体100的内应力，提升换热管的安全性能。

与上实施例不同，在一实施例中，所述第二螺旋齿220在所述管体100的延伸方向上呈螺旋状设置。通过第二螺旋齿220在管体100的周向延伸形成螺旋结构，从而进一步加强管体100机械强度的效果，降低管体100的内应力。

进一步地，在一实施例中，所述第二螺旋齿220的数量为多个，至少两所述第二螺旋齿220在所述管体100的延伸方向上并行且间隔设置。该螺旋状的第二螺旋齿220数量可以是两个，也可以是三个，或者是四个。两个螺旋状的第二螺旋齿220在管体100的内表面可以是并行排布，从而进一步增大管体100在长度方向上的机械强度，进而降低管体100的内应力。

下述内容将主要以第二螺旋齿220在管体100的内表面呈环状设置为实施例进行阐述。

请参照图2、图4至图6，在一实施例中，所述第二螺旋齿220在所述管体100的周向上间断和/或连续设置。

具体地，请参照图2，在一实施例中，该第二螺旋齿220在管体100的内表面连续延伸形成环状，并与多个第一螺旋齿210连接，多个连续成环的第二螺旋齿220间隔设置，从而增大管体100的机械强度，降低管体100的内应力。

请参照图4至图5，另一实施例中，该第二螺旋齿220在管体100的内表面间断延伸形成环状，并与多个第一螺旋齿210连接，同一第二螺旋齿220于相邻的两第一螺旋齿210之间形成缺口，多个间断成环的第二螺旋齿220间隔设置，从而在增大管体100的机械强度的同时，节省第二螺旋齿220的材料，从而降低换热管的重量。可以理解的是，请参照图3至图5，该缺口的大小可以小于第一螺旋齿210的槽底宽w，也可以等于第一螺旋齿210的槽底宽w。

请参照图5至图6，又一实施例中，连续成环的第二螺旋齿220与间断成环的第二螺旋齿220在管体100的延伸方向上间隔设置，不但节省了产品生产的材料，还增大管体100的机械强度，降低管体100的内应力。需要说明的是，可以是两个相邻连续成环的第二螺旋齿220之间有一个间断成环的第二螺旋齿220，也可以是两个相邻连续成环的第二螺旋齿220之间有多个间断成环的第二螺旋齿220。

为了探索第二螺旋齿220的因素对换热管内应力影响力的大小，选取了第二螺旋齿220的齿顶角、齿高H、螺旋角β、齿数、齿的宽度及管体100的壁厚T这六个影响因素，通过有限元的实验设计方法进行试验，请参照图7，得到的试验结果。图7中显示了上述六个影响因数对内应力的影响权重，上述六个影响因数对内应力影响权重从大到小依次为齿的宽度、齿数、管体100的壁厚T、齿高H、齿顶角和螺旋角β。

因此，为了进一步降低管体100的内应力，在一实施例中，请参照图2，D/L的比值为0.2至0.5，其中，D为所述管体100的外径D，L为相邻两所述第二螺旋齿220的间距或所述第二螺旋齿220的节距。当第二螺旋齿220呈环状设置，通过限定相邻两个第二螺旋齿220的距离；当第二螺旋齿220呈螺旋状设置时，通过限定第二螺旋齿220的节距，从而控制该换热管内第二螺旋齿220的齿数来减小内应力，具有内应力减小幅度大的特点。

关于影响换热管内应力较大的第二螺旋齿220的宽度和管体100的壁厚T，在一实施例中，所述管体100的外径D与所述管体100的壁厚T的比值为27.5至40.0；所述管体100的外径D与所述第二螺旋齿220的宽度的比值为25.0-70.0。通过调节管体100外径D与管体100壁厚T的比值、管体100的外径D与第二螺旋齿220的宽度的比值，来控制第二螺旋齿220的宽度和管体100的壁厚T，确保降低内应力的同时，减少了制造换热管所需的耗材，降低了换热管的生产成本。

由于换热管的生产成本也随螺旋齿的齿高H增大而增大，齿高H的增大同样也会导致换热管重量的增大，从而增加换热管制造时的耗材，导致换热管的制造成本增加。请参照图3，在一实施例中，所述第一螺旋齿210的齿高H1与所述第二螺旋齿220的齿高H2的比值大于等于1.0且小于等于2.0。

当第一螺旋齿210的齿高H1与第二螺旋齿220的齿高H2的比值大于1.0时，第一螺旋齿210与第二螺旋齿220之间存在间隙，进一步增大了换热工质与换热管的接触面积，提升换热管的换热效率。

虽然第二螺旋齿220的齿顶角对换热管的内应力影响权重较小，但是第二螺旋齿220的齿顶角的大小影响产品的加工难度和生产成本。若第二螺旋齿220的齿顶角过小，第二螺旋齿220的齿顶就很薄，齿顶的机械强度较低，容易在加工过程中发生损坏，使得换热管的加工难度增大；若第二螺旋齿220的齿顶角过大，增大换热管的重量，也就意味着换热管在制造时所需的耗材更多，不利于节省换热管的制造成本。所以，在一实施例中，所述第二螺旋齿220的齿顶角大于等于10°且小于等于25°，以降低换热管的加工难度及制造成本。

该换热管的材料有多种，在一实施例中，所述换热管为换热铜管。换热铜管具有换热效率高、塑性好、加工难度小的特点。可以理解的是，换热管也可以为换热铝管，具有重量轻、换热效率高和容易加工的特点。

将只有第一螺旋齿210的换热管作为对比样品，与包括第一螺旋齿210和第二螺旋齿220的换热管作为实验样品，其中，实验样品一和实验样品二的第二螺旋齿220均呈环状设置，实验样品三和实验样品四的第二螺旋齿220均是单个并呈螺旋状设置，实验样品五和实验样品六的第二螺旋齿220均是两个间隔并行且呈螺旋状设置。

检测对比样品、实验样品一和实验样品二的参数，检测结果如表1所示：

表1对比样品、实验样品一与实验样品二的实验数据表

其中，β1为第一螺旋齿的螺旋角，β2为第二螺旋齿的螺旋角。

由表1可知，在管径和第一螺旋齿210的螺旋角β1相同的情况下，实施样品一与对比样品相比，实施样品一的重量为47.0g/m，对比样品的重量为51.0g/m，即实施样品一的重量小于对比样品，实施样品一的成本比对比样品的低。该实施样品一的内应力为128MPa，对比样品的内应力为153MPa，实施样品一的内应力小于对比样品，实施样品一和实施样品二的安全性能明显优于所述对比样品。

另外，该实施样品二的重量和内应力也均小于对比样品，实施样品二的重量为45.0g/m，对比样品的重量为51.0g/m，该实施样品二与对比样品相比，重量下降了11.76％，实施样品二制造的耗材小于对比样品制造的耗材，具有明显的成本优势。

检测对比样品、实验样品三和实验样品四的参数，检测结果如表2所示：

表2对比样品、实验样品三与实验样品四的实验数据表

其中，β1为第一螺旋齿的螺旋角，β2为第二螺旋齿的螺旋角。

由表2可知，在管径和第一螺旋齿210的螺旋角β1相同的情况下，实施样品三、实施样品四与对比样品相比，实施样品三的重量为47.5g/m，实施样品四的重量为46.5g/m，对比样品的重量为51.0g/m，即实施样品三和实施样品四的重量小于对比样品，实施样品三和实施样品四的成本比对比样品的低。

该实施样品三的内应力为119MPa，实施样品四的内应力为110MPa，对比样品的内应力为153MPa，实施样品三和实施样品四的内应力远小于对比样品，实施样品三和实施样品四的安全性能明显优于所述对比样品。

检测对比样品、实验样品五和实验样品六的参数，检测结果如表3所示：

表3对比样品、实验样品五与实验样品六的实验数据表

其中，β1为第一螺旋齿的螺旋角，β2为其中一第二螺旋齿的螺旋角，β2为另一第二螺旋齿的螺旋角。

由表3可知，在管径和第一螺旋齿210的螺旋角β1相同的情况下，同一换热管内的两个第二螺旋齿220的螺旋角β2、β3相同，实施样品五、实施样品六与对比样品相比，实施样品五的重量为46.5g/m，实施样品六的重量为44.8g/m，对比样品的重量为51.0g/m，即实施样品五和实施样品六的重量小于对比样品，实施样品五和实施样品六的成本比对比样品的低。

该实施样品五的内应力为110MPa，实施样品六的内应力为102MPa，对比样品的内应力为153MPa，实施样品五和实施样品六的内应力远远小于对比样品，实施样品五和实施样品六的安全性能明显优于所述对比样品。并且，实施样品六与对比样品相比，重量下降了12.15％，实施样品六制造的耗材小于对比样品制造的耗材，具有明显的成本优势。

由表2和表3可知，实施样品五、实施样品六与实施样品三、实施样品四相比，含有两个螺旋状的第二螺旋齿220的重量等于或小于单个螺旋状的第二螺旋齿220，实施样品六含有两个螺旋状的第二螺旋齿220的内应力明显小于实施样品四含有单个螺旋状的第二螺旋齿220。

本实施例将第一螺旋齿210的螺旋角β1设置为小于等于45°，第二螺旋齿220的螺旋角β2设置为小于等于45°，将第二螺旋齿220的齿顶角设置为大于等于10°且小于等于25°，管体100的外径D与管体100的壁厚T的比值设置为27.5至40.0，将管体100的外径D与第二螺旋齿220的宽度的比值为25.0-70.0，将第一螺旋齿210的齿高H1与第二螺旋齿220的齿高H2的比值设置为大于等于1.0且小于等于2.0，将D/L的比值设置为0.2至0.5，其中，D为所述管体100的外径，L为相邻两所述第二螺旋齿220的间距或所述第二螺旋齿220的节距，不仅降低了换热管的内应力，提升了换热管的安全性能，还减轻了换热管的重量，降低了所述换热管的成本。

本发明还提出一种换热器，该换热器包括换热管，该换热管的具体结构参照上述实施例。该换热器还可以包括多个翅片，翅片连接换热管，热量可以从换热管转移到翅片上，翅片与空气的接触面积大，从而将换热管的热量从翅片扩散到空气中。可以理解的是，该换热器也可以仅由换热管构成。

本发明还提出一种空调器，该空调器包括换热器，该换热器的具体结构参照上述实施例，由于本空调器采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。需要说明的是，该换热器还可以应用于冰箱、冷柜等制冷设备。

以上所述仅为本发明的可选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (11)

1.一种换热管，其特征在于，包括：

管体；

第一螺旋齿，所述第一螺旋齿设于所述管体的内表面，所述第一螺旋齿沿所述管体的轴向延伸；

第二螺旋齿，所述第二螺旋齿设于所述管体的内表面，所述第二螺旋齿沿所述管体的周向延伸，并与所述第一螺旋齿相交；

其中，所述第一螺旋齿的螺旋角小于等于45°，所述第二螺旋齿的螺旋角小于等于45°。

2.如权利要求1所述的换热管，其特征在于，所述第二螺旋齿呈环状设置，所述第二螺旋齿的数量为多个，多个所述第二螺旋齿在所述管体的延伸方向上间隔设置。

3.如权利要求1所述的换热管，其特征在于，所述第二螺旋齿在所述管体的延伸方向上呈螺旋状设置。

4.如权利要求3所述的换热管，其特征在于，所述第二螺旋齿的数量为多个，至少两所述第二螺旋齿在所述管体的延伸方向上并行且间隔设置。

5.如权利要求1所述的换热管，其特征在于，所述第二螺旋齿在所述管体的周向上间断和/或连续设置。

6.如权利要求1所述的换热管，其特征在于，所述第一螺旋齿的齿高与所述第二螺旋齿的齿高的比值大于等于1.0且小于等于2.0；所述管体的外径与所述管体的壁厚的比值为27.5至40.0；所述管体的外径与所述第二螺旋齿的宽度的比值为25.0-70.0。

7.如权利要求2或3所述的换热管，其特征在于，D/L的比值为0.2至0.5，其中，D为所述管体的外径，L为相邻两所述第二螺旋齿的间距或所述第二螺旋齿的节距。

8.如权利要求1至6中任意一项所述的换热管，其特征在于，所述第二螺旋齿的齿顶角大于等于10°且小于等于25°。

9.如权利要求1至6中任意一项所述的换热管，其特征在于，所述换热管为换热铜管。

10.一种换热器，其特征在于，包括如权利要求1至9任意一项所述的换热管。

11.一种空调器，其特征在于，包括如权利要求10所述的换热器。

Images