CN207214888U - 一种换热管及具有其的换热器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种换热管及具有其的换热器。所述换热管包括管体，其中，在所述管体的外壁面上设有外翅，至少一部分外翅的自由端设有尖角部，用于在冷凝换热时刺破液膜，至少一部分外翅与所述外壁面的连接处设有凹陷部，用于在蒸发换热时降低液体中形成气泡所需的活化能。本实用新型的换热管一方面能够在冷凝换热时有效刺破液膜而降低热阻，另一方面又能在蒸发换热时有效降低液体中形成气泡所需的活化能，从而保证制冷和制热两种工况下的换热效率，解决工况切换后换热效率下降的问题。

Description

一种换热管及具有其的换热器

技术领域

本实用新型涉及换热技术领域，具体涉及一种换热管。本实用新型还涉及具有该换热管的换热器。

背景技术

很多工业生产中以及日常生活中均需涉及到热量交换，如空调用冷凝器和蒸发器等。在空调机组中，例如家用冷暖机或商用热泵机组中，尤其是大型水冷机组中，通常是蒸发器中采用蒸发换热管，冷凝器中采用冷凝换热管，由于蒸发换热和冷凝换热的原理不同，蒸发换热管和冷凝换热管的结构也不同。然而，当制热和制冷工况切换时(即蒸发换热管用于冷凝换热，冷凝换热管用于蒸发换热)，由于换热管的换热机理不同，因而在另一种工况下换热效率低下，导致空调机组的换热效率下降明显。

实用新型内容

基于上述现状，本实用新型的主要目的在于提供一种换热管，其能有效解决制热和制冷工况切换后换热器换热效率下降的问题。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

一种换热管，包括管体，其中，在所述管体的外壁面上设有外翅，至少一部分外翅的自由端设有尖角部，用于在冷凝换热时刺破液膜，至少一部分外翅与所述外壁面的连接处设有凹陷部，用于在蒸发换热时降低液体中形成气泡所需的活化能。

优选地，所述尖角部的凸伸方向为沿着所述管体的径向向外；

和/或，所述凹陷部的凹陷方向为朝向所述外翅的内部；

和/或，所述凹陷部设置在所述外翅的一侧、两侧或多侧。

优选地，所述尖角部具有沿所述管体的轴向延伸的尖刃；

和/或，所述凹陷部包括凹穴和/或沿着所述管体的轴向延伸的凹槽。

优选地，所述凹陷部的横截面轮廓包括弧形、V形和/或U形。

优选地，所述弧形为圆弧形，所述圆弧形的圆弧半径R＝0.05～0.2mm；

和/或，V形或U形横截面轮廓的凹陷部的深度不超过1mm。

优选地，在所述管体的轴向上，至少一部分外翅在从根部延伸到自由端的过程中逐渐收缩。

优选地，逐渐收缩的外翅按照锥度角γ收缩，其中，γ＝1～30°。

优选地，至少一部分外翅包括并列的第一尖角部和第二尖角部。

优选地，所述第一尖角部的高度大于所述第二尖角部的高度；

和/或，所述第一尖角部的宽度等于所述第二尖角部的宽度。

优选地，所述第一尖角部与所述第二尖角部的高度差为0.05～0.5mm；

和/或，所述第一尖角部与所述第二尖角部之间形成第一凹槽，所述第一凹槽的底部到所述第二尖角部顶端的高度距离为0.2～0.5mm。

优选地，第一尖角部的第一侧面与第二尖角部的第一侧面中的至少一者为曲面，其中，第一尖角部的第一侧面与第二尖角部的第一侧面互相面对；

和/或，所述第一尖角部和所述第二尖角部在所述管体的周向上并列地布置。

优选地，所述外翅在所述管体的周向上的总宽度为0.2～0.6mm，总高度为0.5～1.5mm；

和/或，在所述管体的轴向方向上，相邻的两个外翅之间的距离为0.2～0.5mm；

和/或，在所述管体的周向方向上，相邻的两个外翅之间的距离为0.3～0.8mm。

优选地，在所述管体的两端包括光段管。

本实用新型的另一目的在于提供一种换热器，其包括前面所述的换热管。

本实用新型的换热管的管体外壁面上设有带尖角部的外翅，并在外翅的根部设置凹陷部，从而一方面能够在冷凝换热时有效刺破液膜而降低热阻，另一方面又能在蒸发换热时有效降低液体中形成气泡所需的活化能，从而保证制冷和制热两种工况下的换热效率，解决工况切换后换热效率下降的问题。

进一步地，通过在外翅上设置高度不同的第一尖角部和第二尖角部，还能有效解决生产过程中因损失外翅而导致的换热能力下降的问题。

附图说明

以下将参照附图对根据本实用新型的换热管的优选实施方式进行描述。图中：

图1为根据本实用新型的一种优选实施方式的换热管的端视示意图；

图2为图1的换热管的剖视示意图；

图3为图1的换热管的局部立体示意图；

图4为图3中的A区域的局部放大视图；

图5为根据本实用新型的另一种优选实施方式的换热管的端视示意图；

图6为图5的换热管的剖视示意图；

图7为图5的换热管的局部立体示意图；

图8为图7中的B区域的局部放大视图。

具体实施方式

基于背景技术部分中提到的问题，本实用新型的第一方面提供了一种换热管，以克服例如空调机组工况切换后换热器换热效率下降的问题。

在开始详细描述本实用新型的换热管之前，先简要说明一下换热管的换热原理。空调中的换热器分为冷凝器和蒸发器，相应地，换热过程分为冷凝换热和蒸发换热。

其中，冷凝换热的传热机理为凝结换热，又分为膜状凝结和珠状凝结，而冷凝器一般为膜状凝结换热。膜状凝结时，冷凝液膜的存在构成了凝结换热的热阻，因而造成了温度损失，导致换热效率降低。

蒸发换热的传热机理为沸腾换热，又分为大容器沸腾(池内沸腾)和强制对流沸腾(主要是管内沸腾)，而蒸发器一般为池内沸腾换热，即加热壁面沉浸在具有自由表面的液体中所发生的沸腾，此时产生的气泡能自由浮升，穿过液体自由表面进入容器空间。

本实用新型的换热管正是充分考虑了这两种换热过程的换热机理而设计出来的，从而既可用于冷凝换热，又可用于蒸发换热，并且在两种工况下均能实现较高的换热效率。

具体地，如图1-8所示，本实用新型的换热管包括管体1，其中，在所述管体1的外壁面上设有外翅2，例如图示的成排的外翅2，其中，至少一部分(优选全部)外翅2的自由端设有尖角部4，用于在冷凝换热时刺破液膜，并且，至少一部分(优选全部)外翅2与所述外壁面的连接处(也即外翅2的根部位置处)设有凹陷部3，用于在蒸发换热时降低液体中形成气泡所需的活化能。如图1和图5所示，尖角部4的尖角优选是由沿管体1的周向方向上的两个侧面相交形成。

本实用新型的换热管在不同的工况下工作时，例如在冷凝换热时，尖角部4的“尖角”可以有效刺破液膜，降低热阻，提高换热效率；而在蒸发换热时，凹陷部3内形成气泡所需活化能较小，气泡能在较低的过热度下就能形成，提高换热效率。从而可使具有该换热管的换热器能够保证制冷和制热两种工况下的换热效率，解决工况切换后换热效率下降的问题。

优选地，如图1-2和图5-6所示，所述尖角部4的凸伸方向为沿着所述管体1的径向向外，也即，各个尖角部4呈放射状地布置在管体1的外壁面上，从而可以在冷凝换热时更容易地刺破液膜。

本实用新型的换热管中，凹陷部3的凹陷方向可以朝向任何方向，例如朝向外翅2的内部凹陷、朝向管体1的管壁内部凹陷、或者同时朝向外翅2内部和管体1的管壁内部凹陷，都可以实现本实用新型的目的。然而优选地，如图4和图8所示，所述凹陷部3的凹陷方向为朝向所述外翅2的内部，这样能够保证管体1的管壁厚度，从而保证管体1的强度。

优选地，所述凹陷部3可以设置在所述外翅2的一侧、两侧或多侧。例如，在图1-4所示的实施方式中，凹陷部3设置在外翅2的一侧；又例如，在图5-8所示的实施方式中，凹陷部3设置在外翅2的两侧。而在未示出的实施方式中，还可以在外翅2的其余侧设置凹陷部3，只要不过度削弱外翅2的强度或者管体1的管壁的强度即可。

优选地，如图3-4和图7-8所示，所述尖角部4具有沿所述管体1的轴向延伸的尖刃5。也即，本实用新型中，各个外翅2的尖角部4的尖端部位设置成具有一定长度的尖刃5，从而在保持尖锐程度的情况下，有效保证了尖端部位的强度，使得在例如校直过程中以及安装过程中损坏的几率下降。特别地，沿轴向延伸的尖刃5还能在安装换热器支撑板的过程中更好地保持强度和形状。

优选地，本实用新型的换热管中，所述凹陷部3可以包括凹穴和/或沿着所述管体1的轴向延伸的凹槽。其中，沿着管体1的轴向延伸的凹槽具有加工容易的优点，可以一次性加工成型，减少其他方向的二次加工及二次加工时对已加工成型的外翅的损伤。

另外，当凹陷部3为沿着管体1的轴向延伸的凹槽时，还有利于增大相邻外翅之间的流道，特别是底部流道，从而可有利于排液，增强冷凝换热时的换热效果。

特别地，当外翅2的双侧设凹陷部3，且凹陷部3凹陷方向为朝向所述外翅2的内部时，相邻的一对外翅2之间的通道内会存在一对互相面对的凹陷部3，在蒸发换热时，这一对互相面对的凹陷部3内形成的气泡会在一个通道内长大并自由浮升，两边的小气泡在形成过程中可能会接触，进而由两个小气泡合并生成一个大气泡，加速浮升，增强换热效果。

优选地，本实用新型的换热管中，所述凹陷部3的横截面轮廓可以包括弧形(优选圆弧形)、V形和/或U形。无论凹陷部3是凹穴还是凹槽，都可以采用这些横截面轮廓中的一种。

优选地，对于圆弧形横截面轮廓的凹陷部3而言，其圆弧半径R的取值为R＝0.05～0.2mm，例如，在一个优选实施方式中，R＝0.1mm；对于其他弧形、V形或U形横截面轮廓的凹陷部3而言，其凹陷深度不超过1mm，例如，在一个优选实施方式中，凹陷深度为0.3mm。

优选地，在所述管体1的轴向上，至少一部分(优选全部)外翅2在从根部延伸到自由端的过程中逐渐收缩，如图2和图6所示。逐渐收缩的结构使得相应的外翅2呈锥形特性，结构稳定，不易折断。

优选地，逐渐收缩的外翅2按照锥度角γ收缩，如图2和图6所示，其中，γ＝1～30°。也即，外翅2的位于管体1的轴向上的两个侧面为平面，且二者之间的夹角为γ。实验证明，锥度角γ按照上述原则确定，能够保证外翅单元的强度和外翅的尖锐程度。

优选地，如图5-8所示，至少一部分(优选全部)外翅2包括并列的第一尖角部11和第二尖角部12。通过将外翅2的尖角部4分成两个或以上的尖角部，如第一尖角部11和第二尖角部12，有利于兼顾外翅2的根部强度和尖角部的尖锐性两个因素，从而确保冷凝换热时的换热效果。

在换热管的实际生产过程中，换热管往往需要校直，这会导致管体1上的外翅2受损，例如折断或变钝，不利于有效刺破液膜，影响冷凝换热效率。甚至，在换热管的安装过程中，这些外翅2还会与换热器的支撑板之间发生摩擦，也会损坏部分外翅2。

为此，优选地，所述第一尖角部11的高度大于所述第二尖角部12的高度，如图5和图7-8所示。

由于管体1的外壁面上分布有多个外翅2，当外翅2的尖角部4包括高度不同的两个或以上尖角部时，可以使得较矮的那些尖角部(即第二尖角部12)隐藏在较高的那些尖角部(即第一尖角部11)之间，这样，即使因为生产过程中的校直工艺或者安装过程中与换热器支撑板之间的摩擦而导致部分尖角部受损，也能保证只伤及较高的尖角部(即第一尖角部11)，而较矮的尖角部(即第二尖角部12)依然能保证其尖角完整，从而在工作过程中能够顺利刺破液膜和/或气泡，保证换热效率。

优选地，所述第一尖角部11的宽度等于所述第二尖角部12的宽度。当然，二者宽度不相等也是可行的。本实用新型中，外翅的宽度或者尖角部的宽度为沿管体1的周向的尺寸，而长度则为沿管体1的轴向的尺寸。特别地，由于尖角部越靠近自由端宽度尺寸越小，因而第一尖角部11、第二尖角部12的宽度是指相应的尖角部的最大宽度，也即底部的宽度尺寸。

优选地，所述第一尖角部11与所述第二尖角部12的高度差为0.05～0.5mm。例如，在一个优选实施方式中，第一尖角部11高度为1.0mm，第二尖角部12的高度为0.8mm。其中，第一尖角部11的高度和第二尖角部12的高度是指二者的尖端到管体1外壁面的高度尺寸(径向尺寸)。实验证明，当二者的高度差按照上述尺寸范围进行设置时，能够有效保证换热效率，特别是第一尖角部11损坏时，第二尖角部12可以继续发挥刺破液膜的作用。

优选地，所述第一尖角部11与所述第二尖角部12之间形成第一凹槽13，所述第一凹槽13的底部到所述第二尖角部12顶端的高度距离为0.2～0.5mm，例如，在一个优选实施方式中，该高度距离为0.3mm。除了确保第一尖角部11和第二尖角部12的高度和尖锐性以外，第一凹槽13还可以起排液流道的作用。

优选地，第一尖角部11的第一侧面与第二尖角部12的第一侧面中的至少一者为曲面，其中，第一侧面按下列方式定义：第一尖角部11的第一侧面与第二尖角部12的第一侧面互相面对。例如，如图8所示，第一尖角部11的第一侧面为凸曲面，第二尖角部12的第一侧面为凹曲面，这种设置，除了便于加工成形外，还能够充分保证第一尖角部11的强度，使其不容易损坏，并且，可以使两个尖角部的尖角部位的尖锐程度相近。

优选地，所述第一尖角部11和所述第二尖角部12在所述管体1的周向上并列地布置，也即在宽度方向上并列布置，如图7-8所示，这种设置使得第一尖角部11和第二尖角部12更容易加工成型。

优选地，所述外翅2在所述管体1的周向上的总宽度为0.2～0.6mm，总高度为0.5～1.5mm，例如，在一个优选实施方式中，该总宽度为0.4mm，该总高度为1.0mm。这里，外翅2的总宽度是指外翅的根部(不考虑凹陷部3时)在管体1周向方向上的尺寸，而外翅2的总高度则是指外翅2的最高的尖端(如第一尖角部11的尖端)到管体1外壁面之间的高度尺寸(也即径向尺寸)。

优选地，如图3和图7所示，在所述管体1的轴向方向上，相邻的两个外翅之间的距离为L1＝0.2～0.5mm，例如，在一个优选实施方式中，L1为0.4mm。

优选地，如图3和图7所示，在所述管体1的周向方向上，相邻的两个外翅之间的距离为L2＝0.3～0.8mm，例如，在一个优选实施方式中，L2为0.6mm。

优选地，如图1-8所示，在所述管体1的内壁面上还设有按螺旋形延伸的内齿6。内齿6的主要作用在于，能够对管体1内部流动的流体进行阻流和搅拌，从而提高热交换的效率。

优选地，如图2和图6所示，所述内齿6的螺旋角β＝10～30°，例如，在一个优选实施方式中，β＝20°。

优选地，所述内齿6的横截面形状为梯形，如图1和图5所示，梯形的齿顶角α＝20～60°，梯形高度为0.2～0.4mm，例如，在一个优选实施方式中，齿顶角α＝40°，梯形高度为0.3mm。

优选地，所述内齿6的数目为50～80，例如，在一个优选实施方式中，内齿6的数目为50。

优选地，所述管体1的两端包括光段管(也即不设置外翅)，使得当换热管穿过换热器两侧管板后，可以与管板紧密固定，光段管的长度优选不大于管板的厚度。在换热管较长的情况下，如果需要用支撑板对换热管进行固定，则换热管与支撑板的接触部分可以做成光段管，也可以做成带外翅的结构。由于本实用新型的换热管具有如前所述的优选结构，其在安装支撑板之后依然能够保证较好的换热性能。

综上，本实用新型的换热管的管体外壁面上设置外翅，并在外翅根部设置凹陷部，能够在冷凝换热和蒸发换热两种工况下都保证较高的换热效率，解决现有技术中的换热器在制热和制冷工况切换时换热效率低的问题。进一步地，通过为外翅设置高度不同的尖角部，使得在校直和/或安装过程中导致外翅尖端受损时，能够确保仅损坏部分较高的尖角部，而较矮的尖角部则能保证不受损伤，从而最大程度地确保刺破液膜的能力，保证换热效率。

在上述工作的基础上，本实用新型的另一方面提供了一种换热器，其包括本实用新型前面所述的换热管。由于本实用新型的换热管的换热性能明显提升，因此本实用新型的换热器的性能也明显提升。并且特别有利的是，本实用新型的换热器无论是用作冷凝器还是蒸发器，都能保证高的换热效率，从而特别适用于冷暖两用型空调机组。

本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各优选方案可以自由地组合、叠加。

应当理解，上述的实施方式仅是示例性的，而非限制性的，在不偏离本实用新型的基本原理的情况下，本领域的技术人员针对上述细节做出的各种明显的或等同的修改或替换，都将包含于本实用新型的权利要求范围内。

Claims (14)

1.一种换热管，包括管体，其特征在于，在所述管体的外壁面上设有外翅，至少一部分外翅的自由端设有尖角部，用于在冷凝换热时刺破液膜，至少一部分外翅与所述外壁面的连接处设有凹陷部，用于在蒸发换热时降低液体中形成气泡所需的活化能。

2.根据权利要求1所述的换热管，其特征在于，所述尖角部的凸伸方向为沿着所述管体的径向向外；

和/或，所述凹陷部的凹陷方向为朝向所述外翅的内部；

和/或，所述凹陷部设置在所述外翅的一侧、两侧或多侧。

3.根据权利要求1所述的换热管，其特征在于，所述尖角部具有沿所述管体的轴向延伸的尖刃；

和/或，所述凹陷部包括凹穴和/或沿着所述管体的轴向延伸的凹槽。

4.根据权利要求1所述的换热管，其特征在于，所述凹陷部的横截面轮廓包括弧形、V形和/或U形。

5.根据权利要求4所述的换热管，其特征在于，所述弧形为圆弧形，所述圆弧形的圆弧半径R＝0.05～0.2mm；

和/或，V形或U形横截面轮廓的凹陷部的深度不超过1mm。

6.根据权利要求1-5之一所述的换热管，其特征在于，在所述管体的轴向上，至少一部分外翅在从根部延伸到自由端的过程中逐渐收缩。

7.根据权利要求6所述的换热管，其特征在于，逐渐收缩的外翅按照锥度角γ收缩，其中，γ＝1～30°。

8.根据权利要求1-5之一所述的换热管，其特征在于，至少一部分外翅包括并列的第一尖角部和第二尖角部。

9.根据权利要求8所述的换热管，其特征在于，所述第一尖角部的高度大于所述第二尖角部的高度；

和/或，所述第一尖角部的宽度等于所述第二尖角部的宽度。

10.根据权利要求9所述的换热管，其特征在于，所述第一尖角部与所述第二尖角部的高度差为0.05～0.5mm；

和/或，所述第一尖角部与所述第二尖角部之间形成第一凹槽，所述第一凹槽的底部到所述第二尖角部顶端的高度距离为0.2～0.5mm。

11.根据权利要求8所述的换热管，其特征在于，第一尖角部的第一侧面与第二尖角部的第一侧面中的至少一者为曲面，其中，第一尖角部的第一侧面与第二尖角部的第一侧面互相面对；

和/或，所述第一尖角部和所述第二尖角部在所述管体的周向上并列地布置。

12.根据权利要求1-5之一所述的换热管，其特征在于，所述外翅在所述管体的周向上的总宽度为0.2～0.6mm，总高度为0.5～1.5mm；

和/或，在所述管体的轴向方向上，相邻的两个外翅之间的距离为0.2～0.5mm；

和/或，在所述管体的周向方向上，相邻的两个外翅之间的距离为0.3～0.8mm。

13.根据权利要求1-5之一所述的换热管，其特征在于，在所述管体的两端包括光段管。

14.一种换热器，其特征在于，包括权利要求1-13之一所述的换热管。