CN208860186U - 多层微细沟槽交叉的蒸发换热管 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种多层微细沟槽交叉的蒸发换热管，包括具有内腔的管体，还包括：形成于所述管体外表面处、环绕所述管体的轴线呈螺旋状延伸、并且相互交叉分布的至少两条沟槽，环绕设置于所述管体外表面、在所述管体轴线方向的截面呈“T”字形结构、并且覆盖在所述沟槽外侧的外翅片；所述外翅片在所述管体径向方向的外表面上开设有网格状的外槽道。本申请增加了换热表面的凹陷数量，促进液体下面截留空气或者蒸汽的数量，以便增加汽泡核心的生成数目，从而提高蒸发管的换热能力。

Description

多层微细沟槽交叉的蒸发换热管

技术领域

本申请涉及换热管领域，尤其是一种多层微细沟槽交叉的蒸发换热管。

背景技术

蒸发换热管常用于蒸发器，例如中央空调系统冷水机组中的满液式蒸发器。目前商用的蒸发换热管：具有内腔的管体与换热管外表面上加工出沿换热管轴线呈螺旋状分布的翅片，以及翅片之间形成的螺旋状槽道。所述翅片顶部沿翅片螺旋方向加工出切口，同一翅片上均匀布置的切口之间形成凸台。通过对凸台的机械压轧，使得凸台向翅片两侧延伸，达到覆盖翅片之间的槽道程度，形成空穴结构；且相邻各个凸台延伸部分之间留有缝隙作为空穴的排汽口。

在热交换过程中，水从管内流过并将热量传递给换热管外侧的制冷剂，制冷剂受热后发生沸腾产生大量气泡，于是制冷剂利用相变带走了水的热量，从而实现了制取低温冷水的目的。

根据传热学理论，沸腾传热主要具有三个过程，分别为汽泡成核、汽泡的生长和汽泡脱离换热面三个阶段。其中汽泡的成核数目多少是关键的因素。根据Cassie理论，当换热表面为粗糙表面时，液体不能完全填满粗糙表面凹陷，在液滴下面会有截留的空气存在，成为汽化核心；沸腾后，气泡从壁面脱离后，还会留下部分汽体，依然截留在凹陷内，为下一次沸腾做好准备。总之，液体下面截留在凹陷中空气或者蒸汽将会提高成核密度，增加气泡成核的数目，提高沸腾换热系数。

目前的常规商用蒸发换热管在外表面采用了“T”型翅片以及空穴结构，大大提高了沸腾换热系数，获得比光管高出3—5倍的性能。对于降膜蒸发器，中国专利CN103047891A中公开其使用的蒸发换热管技术：在换热管外表面采用了“T”型翅片以及空穴结构外，在其外表面增加设置网状沟槽，网格单元呈正方形，因此加强了降膜液体在表面的流动，克服了液体不易沿轴向流动的缺点，达到了液体在换热管表面均匀分布，但是其所述空穴底部是光滑平整的表面，限制了气泡核心的生成数量，影响了进一步提高蒸发管性能。

实用新型内容

本申请目的是：针对上述技术问题，提出一种多层微细沟槽交叉的蒸发换热管，旨在进一步提高蒸发管的换热能力。

本申请的技术方案是：

一种多层微细沟槽交叉的蒸发换热管，包括具有内腔的管体，还包括：

形成于所述管体外表面处、环绕所述管体的轴线呈螺旋状延伸、并且相互交叉分布的至少两条沟槽，以及

环绕设置于所述管体外表面、在所述管体轴线方向的截面呈“T”字形结构、并且覆盖在所述沟槽外侧的外翅片；

所述外翅片在所述管体径向方向的外表面上开设有网格状的外槽道。

所述外翅片与所述管体外表面之间形成有与外界大气相通的空腔，所述沟槽形成于所述空腔在所述管体径向方向的内底部。

所述外翅片包括沿着所述管体的轴线方向彼此紧挨布置的若干条翅片环绕段，所述空腔形成于相邻两条所述翅片环绕段与所述管体外表面之间，相邻两条所述个翅片环绕段之间制有连通所述空腔与外界大气的孔。

所述空腔在所述管体径向方向上的高度为0.4mm，在所述管体轴线方向上的宽度为0.3mm。

在任意相邻两条所述个翅片环绕段之间的所述空腔中，所述沟槽的交叉点数量为55-110个。

所述沟槽包括第一沟槽和第二沟槽，所述第一沟槽与所述管体轴线之间的夹角为20°-50°，所述第二沟槽与所述管体轴线之间的夹角为130°-160°。

所述沟槽在所述管体径向方向上的深度为0.03-0.08mm，在所述管体轴线方向上的宽度为0.1-0.3mm

所述沟槽的交叉点为圆锥凹坑结构。

所述外槽道的槽深为0.1-0.3mm，所述外槽道呈四边形网格结构，其网格密度为每平方厘米17-100个。

所述管体的内表面设置有环绕所述管体的轴线呈螺旋状延伸的内槽道；所述管体的内表面一体成型有环绕所述管体的轴线呈螺旋状延伸的20-70根肋条，所述内槽道由所述肋条和所述管体内表面共同形成，所述肋条在所述管体径向方向的高度为0.25-0.45mm。

本申请的优点是：

1、本申请在换热管表面和空穴底面加工出微小沟槽群，使得液体下面容易截留空气或者截留汽泡脱离加热面后残余的蒸汽。形成更多的汽泡，有益于核沸腾。

2、当空腔底面不同方向的的沟槽相互交叉后，交叉点处形成类似圆锥形凹陷。根据近年来的沸腾理论研究发现，当沸腾壁面和液体之间的动态接触角大于圆锥凹坑的圆锥顶角时，此圆锥凹坑稳定地将被活化成一个汽化核心。本申请在空穴底面设置有多条微小沟槽，沟槽分成不同延伸方向的两组，分别与换热管轴线呈夹角20°--50°和160°--130°。这样布置沟槽，一方面在空穴底部较小的平面上，比与轴线平行布置的方式增加了沟槽的长度，可以更多的截留空气或残余蒸汽以便产生更多汽化核心。另外一方面，由于设置不同方向沟槽可以产生交叉，交叉处就会构成类似圆锥形凹陷。因此成为稳定的汽化核心处，进而大大提高了汽化核心密度。

附图说明

图1为本申请实施例中蒸发换热管的整体结构示意图(局部剖视)；

图2为图1的A部放大图；

图3为图2的B-B向剖面图；

图4为本申请实施例中蒸发换热管的局部结构示意图；

图5为本实施例蒸发换热管与常规满液式蒸发换热管性能实验数据对比图；

其中：1-管体，2-外翅片，3-空腔，4-外槽道，5-沟槽，6-内槽道，7-孔。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本申请，应理解这些实施例仅用于说明本申请而不用于限制本申请的范围，在阅读了本申请之后，本领域技术人员对本申请的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

图1至图4示出了本申请这种多层微细沟槽交叉的蒸发换热管的一个具体实施例，其包括具有圆形内腔的直线延伸的管体1。管体1的两端为光段，光段外径19mm。光段的作用是：当换热管穿过壳管式换热器的两侧端板后，可与端板紧密固定。

本实施例的关键改进在于：上述管体1的外表面形成有多个微小的沟槽5，这些沟槽环绕管体1的轴线呈螺旋状延伸设置、并且相互交叉布置(在管体外表面形成多个交叉点)。同时，在管体1的外表面还一体设置覆盖在前述沟槽5 外侧的外翅片2，前述外翅片2环绕管体1设置，并且外翅片2在管体轴线方向的截面呈“T”字形结构。“T”字形结构包括横部和竖部，其中竖部与管体1 一体处置连接，而横部远离管体一体连接于竖部的外端部。外翅片2在管体1 径向方向的外表面上开设有网格状的外槽道4。

从图3中可以看出，外翅片2将沟槽5的一部分完全遮挡覆盖住。整体看去，沟槽5为间断延伸(非连续)的螺旋状结构。

进一步地，上述外翅片2与管体1外表面之间形成有与外界大气相通的空腔3(空穴)，上述沟槽5具体形成于空腔3在管体1径向方向的内底部，如图 2和图4。

更具体地，上述外翅片2包括沿着管体1的轴线方向彼此紧挨布置的多条翅片环绕段，上述空腔3具体形成于相邻两条翅片环绕段与管体1外表面之间，如图4。为了让喷淋到该换热管外部的液体能够进入空腔3内，从而与管体内腔中的流体发生高效的热交换，本实施例在任意相邻两条个翅片环绕段之间均制有连通空腔3与外界大气的非常小的孔7。

在工作时，喷淋到该换热管外部上的液体，部分液体会通过表面的孔7流入空腔3中，而有些液体会通过外槽道4沿轴向流动，迅速湿润没有被喷淋到液体的换热管表面，沿程通过孔7流入空腔3中。使得没有被液体喷淋到的换热管表面以及下面的空腔3得到液体的补充，避免了干涸现象的出现。同时还起到了均匀换热管表面液体分布的作用，从而达到了提高蒸发换热系数的目的。

在换热管表面设置的外槽道5以及空腔3(或称空穴)底面加工的沟槽5，使得液体容易截留空气或者截留汽泡脱离加热面后残余的蒸汽。形成更多的汽泡，有益于核沸腾。当空穴底面不同方向的的沟槽相互交叉后，交叉点处形成类似圆锥形凹陷。根据近年来的沸腾理论研究发现，当沸腾壁面和液体之间的动态接触角大于圆锥凹坑的圆锥顶角时，此圆锥凹坑稳定地将被活化成一个汽化核心，进而大大提高了汽化核心密度。

上述空腔3在管体1径向方向上的高度优选为0.4mm，在管体1轴线方向上的宽度优选为0.3mm。

在任意相邻两条个翅片环绕段之间的空腔3(一个空腔环绕段)中，沟槽5 的交叉点数量优选为55-110个，本实施例具体为70个。

本实施例具体设置有两条上述的沟槽5，分别为第一沟槽和第二沟槽，其中第一沟槽与管体1轴线之间的夹角(螺旋角)为45°，一般为20°-50°，而第一沟槽与管体1轴线之间的夹角(螺旋角)为135°，一般为130°-160°，如图3。

上述沟槽5在管体1径向方向上的深度优选为0.03-0.08mm，本实施例具体为0.05mm，在管体1轴线方向上的宽度优选为0.1-0.3mm，本实施例具体为 0.1mm。

如图4所示，上述外槽道4具体呈四边形网格结构，其网格密度为每平方厘米17-100个。外槽道4的槽深优选为0.1-0.3mm。

此外，管体1的内表面还设置有多条环绕管体1的轴线呈螺旋状延伸的内槽道6。这些内槽道6具体以这种方式形成：管体1的内表面一体成型有环绕管体1的轴线呈螺旋状延伸的45根(一般为20-70根)肋条，内槽道6由这些肋条和述管体内表面共同形成。前述肋条在所述管体1径向方向的高度优选为 0.25-0.45mm，本实施例具体为0.3mm。

图5为本实施例换热管与常规满液式蒸发换热管性能实验数据对比。实验中，制冷剂为R134a，管内水流速为2.14m/s，在热流密度16kw/m2至47kw/m2 范围内，实验结果显示本实施例换热管的平均综合传热系数比常规换热管提高了17.6％。

当然，上述实施例只为说明本申请的技术构思及特点，其目的在于让人们能够了解本申请的内容并据以实施，并不能以此限制本申请的保护范围。凡根据本申请主要技术方案的精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种多层微细沟槽交叉的蒸发换热管，包括具有内腔的管体(1)，其特征在于，还包括：

形成于所述管体外表面处、环绕所述管体(1)的轴线呈螺旋状延伸、并且相互交叉分布的至少两条沟槽(5)，以及

环绕设置于所述管体外表面、在所述管体轴线方向的截面呈“T”字形结构、并且覆盖在所述沟槽(5)外侧的外翅片(2)；

所述外翅片(2)在所述管体(1)径向方向的外表面上开设有网格状的外槽道(4)。

2.根据权利要求1所述的多层微细沟槽交叉的蒸发换热管，其特征在于，所述外翅片(2)与所述管体(1)外表面之间形成有与外界大气相通的空腔(3)，所述沟槽(5)形成于所述空腔(3)在所述管体(1)径向方向的内底部。

3.根据权利要求2所述的多层微细沟槽交叉的蒸发换热管，其特征在于，所述外翅片(2)包括沿着所述管体(1)的轴线方向彼此紧挨布置的若干条翅片环绕段，所述空腔(3)形成于相邻两条所述翅片环绕段与所述管体(1)外表面之间，相邻两条所述翅片环绕段之间制有连通所述空腔(3)与外界大气的孔(7)。

4.根据权利要求3所述的多层微细沟槽交叉的蒸发换热管，其特征在于，所述空腔(3)在所述管体(1)径向方向上的高度为0.4mm，在所述管体(1)轴线方向上的宽度为0.3mm。

5.根据权利要求3所述的多层微细沟槽交叉的蒸发换热管，其特征在于，在任意相邻两条所述翅片环绕段之间的所述空腔(3)中，所述沟槽(5)的交叉点数量为55-110个。

6.根据权利要求1所述的多层微细沟槽交叉的蒸发换热管，其特征在于，所述沟槽(5)包括第一沟槽和第二沟槽，所述第一沟槽与所述管体(1)轴线之间的夹角为20°-50°，所述第二沟槽与所述管体(1)轴线之间的夹角为130°-160°。

7.根据权利要求6所述的多层微细沟槽交叉的蒸发换热管，其特征在于，所述沟槽(5)在所述管体(1)径向方向上的深度为0.03-0.08mm，在所述管体(1)轴线方向上的宽度为0.1-0.3mm。

8.根据权利要求1所述的多层微细沟槽交叉的蒸发换热管，其特征在于，所述沟槽(5)的交叉点为圆锥凹坑结构。

9.根据权利要求1所述的多层微细沟槽交叉的蒸发换热管，其特征在于，所述外槽道(4)的槽深为0.1-0.3mm，所述外槽道(4)呈四边形网格结构，其网格密度为每平方厘米17-100个。

10.根据权利要求2所述的多层微细沟槽交叉的蒸发换热管，其特征在于，所述管体(1)的内表面设置有环绕所述管体(1)的轴线呈螺旋状延伸的内槽道(6)；所述管体(1)的内表面一体成型有环绕所述管体(1)的轴线呈螺旋状延伸的20-70根肋条，所述内槽道(6)由所述肋条和所述管体内表面共同形成，所述肋条在所述管体(1)径向方向的高度为0.25-0.45mm。