CN202126200U - 一种传热管 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及一种传热管,本实用新型为铜铝复合结构,包括铜层(1)和铝管(2),在铜层(1)和铝管(2)接合处具有铜铝冶金结合层(3),在铝管(2)上具有向外成型的外凸肋片(2-1),或者在铝管(2)上具有向外成型的外凸肋片(2-1)和向内成型的内凸齿(2-2),在铜层(1)一侧成型外凸肋片(2-1)或内凸齿(2-2)时,是铝质的外凸肋片(2-1)或铝质的内凸齿(2-2)外面包覆一层铜层(1),在非铜层一侧成型外凸肋片(2-1)或内凸齿(2-2)时,是不包覆铜层(1)的单独的铝质外凸肋片(2-1)或铝质的内凸齿(2-2)。本实用新型铜铝结合牢固,承受各种后道次加工能力强,成本低,传热效率高。

Description

一种传热管
技术领域
本实用新型涉及一种传热管,特别涉及一种铜铝复合结构的传热管,这种传热管用作热交换系统中的传热管道,属于热交换部件技术领域。
背景技术
目前,在制冷、空调、石油化工、能源、动力以及一般工业领域,广泛的应用铜管作为传热管,铜的优良的导热导电性能,高的耐腐蚀性保证了铜传热管在上述领域大批量的应用。为了提高传热的效率,人们还在铜管的外表面加工出具有一定形状的肋片,在管的内表面加工出一定的齿型,这种肋片与齿型的组合可以大大的增强传热管的热交换性能,从而提高整个热交换系统的效率,降低成本,这种具有肋片和齿型的铜管,一般被称做高效管或强化管。
但是,近年来铜价大幅度上升,以铜为传热管的应用遇到了极大的成本压力。在部分领域,铜管已被其它品种的管材所替代。虽然这些替代品与铜管相比传热性能有很大差距,但低廉的成本也给这些替代提供了保证的空间。另外,还有部分领域采用复合的方法,利用一部分铜金属与一部分其它金属相复合,制造所谓的复合管,这样,既可以保证铜的耐腐蚀性和传热性,又可以降低传热管的造价,这种复合管也可以被制成肋片和齿型的高效管形式,提高传热效率。
现有技术公开号为CN2187775的中国专利(专利号:ZL93243162.3)公开了一种“节省铜材的内螺纹传热管”(参见图1),该专利是在钢管12的内壁上复合上一层带内螺纹的铜管11。该结构的传热管与纯铜管相比,可以节省铜材65%。
现有技术公开号为CN201772799的中国专利(专利号:ZL201020267428.X)公开了一种“铜铝复合换热管”(参见图2),该结构的换热管包括内管21和外管22,内管为铜镍合金管,外管为铝管,内管与外管紧密配合,外管的外表面有螺旋翅23。该结构的铜铝复合换热管,拉伸性好,成本低,换热效率高。
上述两个现有技术的中国专利都是采用其他金属与铜复合构成复合管,同时在管内外壁上成型有内螺纹和螺旋翅,用以提高管材的传热效率。但它们却存在着如下的缺陷和不足:
上述第一个公开号为CN2187775的中国专利采用的是铜钢复合,钢的导热率很差,仅为铜的1/5左右,且普通钢材的耐腐蚀性差,延伸率差,更重要的是,该专利所述传热管是在铜管的内壁复合一层带内螺纹的铜管12,即将事先成型好的钢管12和内螺纹铜管11套在一起进行减径加工成型,在图1中可见,内螺纹铜管11的齿高远远大于底壁厚,这种情形在几何图形上是可以画出来的,但在实际上是很难加工出来的。在内螺纹铜管的加工过程中,齿高要小于底壁厚,如现在通用的Φ7×0.15×0.27的标准内螺纹,其齿高为0.15mm,底壁厚为0.27mm,底壁厚大于齿高的内螺纹在实际上是很难加工出来的。其原因是齿高越高,成型内螺纹时的阻力就越大,克服这种阻力所需的拉拔力就越大,而底壁厚过薄的管材越容易被拉断,当成型内螺纹的拉拔力大于管材的抗拉强度时,管材就会被拉断,为保证管材不被拉断,就要增加底壁厚,这样又达不到节约铜材的目的。
另外,由于是事先成型好铜管和内螺纹铜管再进行复合加工,该专利的内螺纹齿型是全铜质的,铜钢结合面为光滑的结合面,不是钢齿与铜齿互相包覆的结构。由于上述原因,专利CN2187775没有得到实际应用。
上述第二个公开号为CN201772799的中国专利选择了铜铝两种金属制造复合管,内管21为铜镍合金管,外管22为铝管,铝管的外壁成型有螺旋翅23。该专利的优点在于采用了铜铝两种金属复合,该两种金属都是良导体,导电导热性能良好。两种金属复合成的管材传热性能会优于其它金属的复合。但该专利在管材结合时采用的是“内管和外管紧密配合”,这种紧密配合在工程上的意思是指内管和外管在尺寸上固合紧密,即机械结合,而在实际上是可以分开的,即采用弯曲、压扁等简单的机械方法即可将铜铝两种金属分开。这种机械结合会有如下缺点:
(1)无法成型外壁肋片:外壁肋片的成型是采用旋压轧制的方法成型的,在旋压过程中管坯内置芯头,带有齿型的旋压辊旋压管坯,制成外肋片。成型肋片的过程就是在复合管坯上轧成槽齿的过程。这种轧制的轧制力很大,仅有机械结合的铜铝金属的结合力不够,铝金属软,容易变形,铜金属硬,变形抗力大,不易变形。上述成型过程中,会出现由于结合面结合强度不够,铜不变形,铝快速变形的现象,造成无法成型外壁肋片。
(2)后道次加工困难:即使是成型出外壁肋片,这种机械结合的管材在后道次的扩管、弯管、焊接过程中会产生分层、破裂的问题,造成后道次加工困难。
(3)复合界面热阻大。
发明内容
本实用新型的目的是针对现有技术的不足,提供一种成本低、铜铝结合牢固、承受各种后道次加工能力强、传热效率高的铜铝复合结构的传热管。
实现上述目的的技术方案是:一种传热管,为铜铝复合结构,包括有铜层和铝管,在铜层和铝管的接合处具有铜铝冶金结合层,在铝管上具有向外成型的外凸肋片,或者在铝管上具有向外成型的外凸肋片和向内成型的内凸齿,在铜层一侧成型外凸肋片或内凸齿时,是铝质的外凸肋片或铝质的内凸齿外面包覆一层铜层,在非铜层一侧成型外凸肋片或内凸齿时,是不包覆铜层的单独的铝质外凸肋片或铝质的内凸齿。
进一步,所述的铜层复合设置在铝管的外表面,或者铜层复合设置在铝管的内表面,或者铜层复合设置在铝管的内表面和外表面。
进一步,所述的铜层为铜或铜合金,所述的铝管为铝或铝合金。
进一步,所述传热管的外轮廓面在整个纵轴线上为圆管型,或所述传热管的外轮廓面在整个纵轴线上成型为螺旋型或波纹型。
采用上述技术方案的本实用新型为一种新型铜铝复合结构的传热管,它弥补了现有技术的严重缺陷,具有很多好处:
(1)铜铝结合牢固,承受各种后道次加工能力强,成本低。本实用新型为铜铝复合结构,且铜层和铝管的接合处具有铜铝冶金结合层。铜铝的复合结构节省了铜材,降低了成本。而铜铝冶金结合是两种金属的界面间原子相互扩散而形成的结合,铜铝结合牢固,保证铜铝之间无热阻,保证铜铝之间进行有效的热量传递,且铜铝之间的冶金结合使本实用新型传热管可以承受弯管、涨管时后道次加工,不产生分层和铜铝剥离的现象。因此使得本实用新型具有良好的结合力,可以承受各种后道次加工,且成本低。
(2)结构简单,传热效率高。本实用新型在铝管上具有向外成型的外凸肋片和向内成型的内凸齿。外凸肋片和内凸齿的设置都是对金属管材的强化手段,具有提高管内外壁的表面积,使管内外流体产生紊流、刺破液膜等强化功能,大大提高了传热管的传热效率,因此本实用新型的传热效率非常高。
附图说明
图1为现有技术公开号为CN2187775的中国专利结构示意图;
图2为现有技术公开号为CN201772799的中国专利结构示意图;
图3为本实用新型铜包铝结构的纵向剖视结构示意图;
图4为图3的A-A剖面图;
图5为本实用新型铝包铜结构的纵向剖视结构示意图;
图6为图5的B-B剖面图;
图7为本实用新型内外为铜层中间为铝管结构的纵向剖视结构示意图;
图8为图7的C-C剖面图;
图9为本实用新型铜包铝结构且外轮廓面在整个纵轴线上成型为螺旋型或波纹型的结构示意图。
图中:11.带内螺纹的铜管,12.为钢管,21.内管,22.外管,23.螺旋翅,1.铜层,2.铝管,2-1.外凸肋片,2-2.内凸齿,3.铜铝冶金结合层,4.螺旋槽。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细的说明。
实施例一
如图3和图4所示,一种传热管,为铜包铝的铜铝复合结构,包括有铜层1和铝管2,铜层1复合设置在铝管2的外表面,在铜层1和铝管2的接合处具有铜铝冶金结合层3。在铝管2上具有向外成型的外凸肋片2-1,在铝管2上还具有向内成型的内凸齿2-2,外凸肋片2-1和内凸齿2-2与铝管2成为一体。在管外的铜层1一侧成型的外凸肋片2-1,是铝质的外凸肋片2-1外面包覆一层铜层1;在非铜层一侧的铝管2管内一侧成型的内凸齿2-2,是不包覆铜层1的单独的铝质的内凸齿2-2。所述的铜层1为铜及铜合金,所述的铝管2为铝及铝合金。本实施例中传热管管材形式是传热管的外轮廓面在整个纵轴线上为圆管型。
实施例二
如图5和图6所示,一种传热管,为铝包铜的铜铝复合结构,包括有铜层1和铝管2,铜层1复合设置在铝管2的内表面,在铜层1和铝管2的接合处具有铜铝冶金结合层3。在铝管2上具有向外成型的外凸肋片2-1,在铝管2上具有向内成型的内凸齿2-2,外凸肋片2-1和内凸齿2-2与铝管2成为一体。在管内的铜层1一侧成型的内凸齿2-2,是铝质的内凸齿2-2外面包覆一层铜层1;
在非铜层一侧的铝管2管外一侧成型的外凸肋片2-1,是不包覆铜层1的单独的铝质的外凸肋片2-1。所述的铜层1为铜及铜合金,所述的铝管2为铝及铝合金。本实施例中传热管管材形式是传热管的外轮廓面在整个纵轴线上为圆管型。
实施例三
如图7和图8所示,一种传热管,为铜铝复合结构,包括有铜层1和铝管2,内外为铜层1,中间为铝管2,铜层1复合设置在铝管2的内表面和外表面上,在铜层1和铝管2的接合处具有铜铝冶金结合层3。在铝管2上具有向外成型的外凸肋片2-1,在铝管2上具有向内成型的内凸齿2-2,外凸肋片2-1和内凸齿2-2与铝管2成为一体。在管外的铜层1一侧成型的外凸肋片2-1,是铝质的外凸肋片2-1外面包覆一层铜层1;在管内的铜层1一侧成型的内凸齿2-2,是铝质的内凸齿2-2外面包覆一层铜层1。所述的铜层1为铜及铜合金,所述的铝管2为铝及铝合金。本实施例中传热管管材形式是传热管的外轮廓面在整个纵轴线上为圆管型。
实施例四
如图9所示,一种铜传热管,为铜包铝的铜铝复合结构,包括有铜层1和铝管2,铜层1复合设置在铝管2的外表面,在铜层1和铝管2的接合处具有铜铝冶金结合层3。在铝管2上具有向外成型的外凸肋片2-1,外凸肋片2-1为铝管2管壁的一部分向外凸起而成。铜层1一侧成型的外凸肋片2-1,是铝质的外凸肋片2-1外面包覆一层铜层1。所述的铜层1为铜及铜合金,所述的铝管2为铝及铝合金。本实施例中传热管管材形式是传热管的外轮廓面在整个纵轴线上成型为螺旋型,传热管上具有螺旋槽4。
为了简洁直观地说明,现将本实用新型主要实施例如下表格形式列出:
管材编号 外肋片 内齿 外层材料 内层材料 中间层材料 管材形式
ACCⅠ × 圆型
ACCⅡ × × 圆型
ACCⅢ × × 螺旋型
ACCⅣ × × × 螺旋型
CCAⅠ × 圆型
CCAⅡ × × 圆型
CCAⅢ × × 螺旋型
CCAⅣ × × × 螺旋型
CACⅠ 圆型
CACⅡ × 圆型
CACⅢ × 螺旋型
CACⅣ × × 螺旋型
注:上述表格中ACC为铝包铜结构的本实用新型传热管;CCA为铜包铝结构的本实用新型传热管;CAC为内外为铜层中间为铝管结构的本实用新型传热管。
本实用新型的传热管内凸齿2-2的头数为n,可根据实际需要选择,内凸齿2-2的齿高为h,齿顶角为α,螺旋角为β,参见图3和图4。
本实用新型传热管优选的几何数据为:外径Φ9.52~Φ50.8mm,外凸肋片2-1的高度为0.2~10mm,外凸肋片2-1的肋数为20~100头/英寸,内凸齿2-2的齿高h为0.2~1.5mm,内凸齿2-2的头数为n为20~200头,螺旋角β为0~50°,齿型为三角齿、梯型齿、交叉齿及几何形状不对称的齿型。本实用新型所选的材料为铜层1为铜或铜合金,铝管2材料为铝或铝合金,其中铜层1材料紫铜时更佳,铝管2材料为纯铝或3003铝合金时更佳。
本实用新型的传热管,在铜层1一侧的表面成型外凸肋片2-1和内凸齿2-2时(参见图3),为节约成本,铝管2的厚度厚,铜层1的厚度薄,一般情况下,铜层1的厚度不大于铝管2厚度的1/3,且铜或铜合金的强度和硬度远远大于铝或铝合金,所以与铝或铝合金相比,铜或铜合金的变形程度远远小于铝或铝合金的变形程度。因此,在铝管2上成型出外凸肋片2-1和内凸齿2-2后,铜层1包覆在外凸肋片2-1或内凸齿2-2上,但是由于塑性变形过程中金属流线的变化是不均匀的,因此铜层1的厚度一般也是不均匀或不对称的。相反,在非铜层1一侧成型外凸肋片2-1和内凸齿2-2时(参见图5),由于铝或铝合金相对较厚且较软的原因,铝或铝合金容易成型,在成型过程中,铝或铝合金的变形要比铜或铜合金的变形大得多,即相对于铝或铝合金来说,铜或铜合金很少变形,因此在非铜层1一侧成型的外凸肋片2-1和内凸齿2-2为不包覆铜层1的单独的铝或铝合金材质的外凸肋片2-1和内凸齿2-2。现有的各种成型在高效铜管上的肋片和内螺纹铜管的齿型都可以在本实用新型传热管上成型。
有一种特殊状态,即铜层1与铝管2相比厚度较厚,如铜层的厚度超过铝管厚度的40%时,成型外凸肋片2-1和内凸齿2-2时,也会对铜层1发生变形,且铜层1的厚度越大,这种变形也越大,也会产生在铜质外凸肋片2-1和铜质内凸齿2-2上包覆铝的形象,这种情况也属于本实用新型的保护范围。
一般的情况下,本实用新型传热管的外轮廓面在整个纵轴线上为圆管型,但在特殊的情况下,传热管的外轮廓面在整个纵轴线上成型为螺旋型或波纹型(参见图9),管内壁具有内凸齿2-2,也可以内壁为无内凸齿2-2的光管,这种具有螺旋型或波纹型的传热管柔性好,可以任意弯曲,便于在狭窄的空间内安装,适用于制作套管式换热器。
本实用新型不限于上述实施例,凡采用等同替换或等效替换形成的技术方案均属于本实用新型要求保护的范围。

Claims (4)

1.一种传热管,为铜铝复合结构,包括有铜层(1)和铝管(2),其特征在于:在铜层(1)和铝管(2)的接合处具有铜铝冶金结合层(3),在铝管(2)上具有向外成型的外凸肋片(2-1),或者在铝管(2)上具有向外成型的外凸肋片(2-1)和向内成型的内凸齿(2-2),在铜层(1)一侧成型外凸肋片(2-1)或内凸齿(2-2)时,是铝质的外凸肋片(2-1)或铝质的内凸齿(2-2)外面包覆一层铜层(1),在非铜层一侧成型外凸肋片(2-1)或内凸齿(2-2)时,是不包覆铜层(1)的单独的铝质外凸肋片(2-1)或铝质的内凸齿(2-2)。
2.根据权利要求1所述的一种传热管,其特征在于:所述的铜层(1)复合设置在铝管(2)的外表面,或者铜层(1)复合设置在铝管(2)的内表面,或者铜层(1)复合设置在铝管(2)的内表面和外表面。
3.根据权利要求1所述的一种传热管,其特征在于:所述的铜层(1)为铜或铜合金,所述的铝管(2)为铝或铝合金。
4.根据权利要求1所述的一种传热管,其特征在于:所述传热管的外轮廓面在整个纵轴线上为圆管型,或所述传热管的外轮廓面在整个纵轴线上成型为螺旋型或波纹型。
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