CN211953842U - 一种换热管及空调器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种换热管及空调器，换热管内贯穿有螺旋状金属丝，螺旋状金属丝沿换热管长度方向延伸，且螺旋状金属丝其最大外径D1小于换热管内径D2，螺旋状金属丝一端固定在换热管入口，另一端固定在换热管出口。螺旋状金属丝可弹性变形。所述螺旋状金属丝的弯曲半径沿所述换热管长度方向保持不变。本实用新型的换热管扰动冷媒在管中的层流流动，使在换热管中冷媒以紊流的形式流动，有利于冷媒垂直于管壁方向的能量交换，解决了冷媒与外界环境换热不充分的问题，充分利用换热器的换热面积，提高具有该控制器的空调的能效，减小传热热阻。

Description

一种换热管及空调器

技术领域

本实用新型涉及一种换热管及空调器，具体的，本实用新型涉及一种换热管及应用所述换热管的空调器，属于换热器技术领域。

背景技术

在现有的换热器的领域中，换热器的强化对流换热手段只有通过外加铝箔翅片来增大传热面积进而使对流换热量增加，除此之外，根据传热学公式Q＝K*A*△t其中，K为传热系数，A为换热面积，△t为传热温差，可以看出，要提高换热量，不仅可以增大传热面积A，还可以通过提高对流传热系数K来强化传热，提高对流传热系数的方法有：增大换热器内流体流速，增大流体紊流程度，或将换热器材质换为高传热系数的材料，还可以在换热器内设置扰流物体，减小层流边界层厚度。在空调使用的换热器中，空调的换热器中冷媒流体的流速与高低压差、节流元件开度、管路截面积、冷媒填充量等因素相关，且需要根据实际的制冷需求调节冷媒的流速，因此通过单纯的增大冷媒流速的方法来提高传热系数在空调的换热器中不适用，而采用高传热系数的材料往往会造成空调的制造的成本的增加。

实用新型内容

鉴于此，本实用新型提供一种换热管，设置在换热器中。本实用新型涉及的换热管中设置有螺旋状金属丝，用于对换热管中流经的冷媒进行扰流，使冷媒由层流变为紊流，利用紊流边界层内温度变化速率远大于层流边界层内温度变化速率这一特性强化传热，螺旋状金属丝的外径靠近换热管内壁设置但是不与换热管内壁接触，尽可能增大紊流边界层与换热管内壁间层流底层的面积减小层流底层的厚度，从而减小层流底层在传热过程中的热阻。本实用新型用于解决换热管冷媒与外界环境换热不充分导致换热器的换热面积不能充分利用的问题。解决冷媒流动时层流底层造成的较大传热热阻的问题。本实用新型还提供一种空调，其换热器采用本实用新型的换热管，可解决空调因换热效果差，空调能效未能达到要求的问题。

有益效果：

本实用新型提供一种设置在换热器中的换热管。该换热管中沿换热管轴向设置有螺旋状金属丝，冷媒绕过螺旋状金属丝产生漩涡，破坏换热管中冷媒的层流边界层，使得在换热管中流动的冷媒形成紊流区，从而增大垂直管壁方向温度变化速率，增大传热效率。螺旋状金属丝的外径靠近换热管内壁设置但不与换热管内壁接触，尽可能增大紊流边界层与换热管内壁间层流底层的面积减小层流底层的厚度，从而减小层流底层在传热过程中的热阻，进一步提高换热管内冷媒与外部环境的换热效率。空调的换热器因具有本实用新型的换热管，传热效率得到提高，换热面积被更充分利用，空调的能效提高，同一制冷量情况下使得耗能更低。

具体的：

本实用新型涉及一种换热管，换热管内贯穿有螺旋状金属丝，螺旋状金属丝沿换热管长度方向延伸，且螺旋状金属丝其最大外径D1小于换热管内径D2，螺旋状金属丝一端固定在换热管入口，另一端固定在换热管出口。

进一步可选的，螺旋状金属丝可弹性变形。

进一步可选的，螺旋状金属丝的弯曲半径沿换热管长度方向保持不变。

进一步可选的，换热管设有直管段和弯管段，螺旋状金属丝在弯管段的匝密度小于直管段的匝密度。

进一步可选的，螺旋状金属丝最大外径D1与换热管内径D2的差值是ΔD＝D2-D1，ΔD的取值范围是(0mm,1mm]。

进一步可选的，螺旋状金属丝的刚度在[1400N/m,1600N/m]。

进一步可选的，第一铜环和第二铜环分别焊接在换热管入口和换热管出口，螺旋状金属丝一端固定在第一铜环上，另一端固定在第二铜环上，从而实现螺旋状金属丝一端通过第一铜环固定在换热管入口，螺旋状金属丝另一端通过第二铜环固定在换热管出口。

本实用新型还设有一种空调器，包含有蒸发器、冷凝器，蒸发器以及冷凝器采用本实用新型任一种的换热管。

附图说明

通过参照附图详细描述其示例实施例，本实用新型公开的上述和其它目标、特征及优点将变得更加显而易见。下面描述的附图仅仅是本实用新型公开的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，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是本实用新型实施例中螺旋状金属丝的预装配示意图；

图2是本实用新型实施例中螺旋状金属丝安装示意图；

图3是本实用新型实施例中换热管示意图；

图中：

橡胶活塞-A1；螺旋状金属丝-A2；第一铜环-A3；第二铜环-A4；换热管-A5；第一焊接部-A6；第二焊接部-A7；第三焊接部-A8；第四焊接部-A9；换热管出口-A10；换热管入口-A11；F-为抽真空的方向；D1-螺旋状金属丝外径；D2-换热管内径；

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本实用新型。在本实用新型实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义，“多种”一般包含至少两种，但是不排除包含至少一种的情况。

应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者系统中还存在另外的相同要素。

【实施例1】

本实施例公开了一种换热管A5，设置在换热管A5中的螺旋状金属丝A2为本实施例中换热管A5的强化传热结构。换热管A5内贯穿有螺旋状金属丝A2，螺旋状金属丝A2沿换热管长度方向延伸，且螺旋状金属丝A2其最大外径D1小于换热管内径D2，螺旋状金属丝一端固定在换热管入口，另一端固定在换热管出口。螺旋状金属丝A2可弹性变形。螺旋状金属丝A2的弯曲半径沿换热管长度方向保持不变。螺螺旋状金属丝最大外径D1与换热管内径D2的差值是ΔD＝D2-D1，ΔD的取值范围是(0mm,1mm]。

螺旋状金属丝的刚度在[1400N/m,1600N/m]。优选的，螺旋状金属丝的刚度在1500N/m。

第一铜环A3和第二铜环A4分别焊接在换热管入口A11和换热管出口A10，螺旋状金属丝A2一端固定在第一铜环A3上，另一端固定在第二铜环A4上，从而实现螺旋状金属丝一端通过第一铜环A3固定在换热管入口A11，螺旋状金属丝另一端通过第二铜环A4固定在换热管出口A10。

换热管设有多个直管段和多个弯管段，多个直管段通过弯管段进行连接。

进一步可选的，螺旋状金属丝弯管段的匝密度小于直管段的匝密度。通常在弯管处冷媒的流速较大，自身可形成湍流，因此在螺旋状金属丝弯管段减少螺旋状金属丝的匝密度可以减少螺旋状金属丝对弯管段造成的流体阻力的同时也可以使冷媒在弯管段形成紊流。

本实施例涉及一种制备换热管的工艺方法，包含下述步骤：

S1：将螺旋状金属丝A2的一端固定连接至一可弹性变形活塞A1上，另一端固定在第一铜环A3内壁上；

S2：将可弹性变形活塞A1未连接有螺旋状金属丝A2的一端塞入换热器的换热管入口A11，在换热管出口A10进行抽真空，在压力差的作用下螺旋状金属丝A2以及金属丝连接可弹性变形活塞A1的一端一同从换热管入口A11移动到换热管出口A10。

S3：此时处于换热管出口的螺旋状金属丝A2的一端与可弹性变形活塞A1进行分离后固定在第二铜环A4内壁上，并通过第二铜环A4与换热管出口A10的固定，使之固定在换热管出口A10。

并将第一铜环A3与换热器的换热管入口A11固定，实现螺旋状金属丝A2的另一端与换热管入口A11的固定。

本实施例中第一铜环以及第二铜环的内径均略大于所述换热管的外径，第一铜环A3与换热管入口A11焊接在一起，形成第一焊接部A6；第二铜环A4与换热管出口A10焊接在一起，形成第二焊接部A7。

螺旋状金属丝一端与第一铜环A3焊接在一起，形成第三焊接部A8；螺旋状金属丝另一端与第二铜环A4焊接在一起，形成第三焊接部A9。

本实施例还设有一种空调器，包含有蒸发器、冷凝器，蒸发器以及冷凝器采用本实施例所述的换热管，或蒸发器以及冷凝器的换热管采用本实施例制备换热管的工艺方法进行制备。

本实施例中的换热管为铜质换热管。

具体的，在本实施的实验阶段：

首先考虑到制成螺旋状可弹性形变的金属丝在换热管中有被冷媒流体冲刷导致弹性形变，使金属丝压缩在一处，进而使该部件的强化传热作用效果减弱的情况，并考虑到金属丝会被冷媒长时间冲刷，可能会导致金属丝断裂的情况发生，以及金属丝成本问题，有必要先用透明玻璃管，其管径应与所需要应用的换热管管径一致，用以代替蒸发器换热管，并选用不同金属制成的弹簧状金属丝进行实验。首先进行安装实验，将金属丝按照上文所述制备换热管的工艺方法，将螺旋状可弹性形变的金属丝整个贯穿安装在透明玻璃管内，并观察金属丝安装完成后与玻璃管内壁的接触情况，要保证金属丝绝大部分都要与玻璃管内壁有一定的空隙。安装完成后，往管内灌入流速与空调系统换热器内冷媒流速相同的水，模拟运行状态，观察金属丝在玻璃管内的形变，保证金属丝不会被压缩在一起，且金属丝不断裂。通过上述实验选出的金属丝。由于不同的空调系统，换热管管径不同，冷媒在换热器内的流速差别较大，且考虑不同的冷媒对金属的腐蚀性，且考虑成本，对于不同的空调系统都需要进行不同的实验来选用与所要应用的空调系统匹配的金属材质。最优选用刚度较强，来保证在被冷媒冲刷时不会产生较大的形变，且耐腐蚀性较好的钢制材料，如不锈钢。

制成螺旋状可弹性形变的金属丝后，在未发生弹性形变时的螺旋状金属丝长度要近似等于换热管的总长度，其直径略小于管内径，不和管壁直接接触，因为在一般空调系统中，冷媒在换热管内流速不是很大，当换热管中没有装配有本实施例的螺旋状可弹性形变的金属丝时，冷媒在刚进入换热管时，层流边界层特别薄，沿着换热管轴线方向发展，层流边界层会不断变厚，发展到边界层交汇处，管内流体仍会处于层流态，则充分发展后管内流体流态属于层流态，层流边界层厚度等于换热管半径。而当换热管中装配有本实施例的螺旋状可弹性形变的金属丝时，金属丝处于流体层流边界层内，冷媒在管内流动的过程中，由于金属丝是螺旋布置在换热管内的，所以冷媒会不断地绕流流过金属丝，而冷媒流体绕过金属丝流动会产生漩涡，使其可以破坏层流边界层，在换热管中形成紊流区即紊流边界层，紊流边界层与换热管内壁形成有层流底层，冷媒在紊流边界层中采用对流传热方式进行传热，在层流底层中采用热传导的方式进行传热。其有益效果在于：层流边界层上的换热可以近似看作导热，金属丝的作用使换热管中冷媒流动状态由层流变为紊流，利用紊流边界层内温度变化速率远大于层流边界层内温度变化速率这一特性强化传热，螺旋状金属丝的外径靠近换热管内壁设置但是不与换热管内壁接触，尽可能增大紊流边界层与换热管内壁间层流底层的面积，减小层流底层的厚度，从而减小层流底层在传热过程中的热阻。

层流边界层厚度减小，相当于导热公式：

中的壁厚d减小，单位面积传热量q增大，且由于会不断地产生漩涡，沿着管壁垂直方向的流动会互相干扰，此时冷媒的流动便可近似看成紊流流动，而紊流边界层底部与换热管壁间会有层流底层，紊流边界层位于层流底层上，流体温度变化呈幂函数变化，温度变化速率远大于层流边界层的变化速率，为了尽可能增大紊流边界层与换热管内壁间层流底层面积，减小层流边界层厚度，螺旋状金属丝外径与换热管内径差值取值(0mm,1mm],优选的为1mm，如此便可增大整个换热器的换热效果。

由于空调换热管有很多直管段和弯管段，在图2中只画出了换热管进口和出口，中间的换热管省略，需要注意，铜环的内径略大于换热管，使其能与换热管连接，壁厚也要和换热管一致，使换热器能成功安装在制冷系统里。

该装置可应用于各种换热器中，应用前景广泛，但是应用到制冷系统前均应通过上述实验来验证及确定用哪种材质的金属丝，保证装置能成功与所应用的制冷系统匹配。

【有益效果】

本实用新型提供一种设置在换热器中的换热管。该换热管中沿换热管轴向设置有螺旋状金属丝，冷媒绕过螺旋状金属丝产生漩涡，破坏换热管中冷媒的层流边界层，使得在换热管中流动的冷媒形成紊流区，从而增大垂直管壁方向温度变化速率，增大传热效率。螺旋状金属丝的外径靠近换热管内壁设置但不与换热管内壁接触，尽可能增大紊流边界层与换热管内壁间层流底层的面积减小层流底层的厚度，从而减小层流底层在传热过程中的热阻，进一步提高换热管内冷媒与外部环境的换热效率。空调的换热器因具有本实用新型的换热管，传热效率得到提高，换热面积被更充分利用，空调的能效提高，同一制冷量情况下使得耗能更低。本实用新型涉及的制备换热管的工艺方法中通过抽真空形成的压差使得螺旋状金属丝可以高效快速的设置于包含有直管段和弯管段的换热管中，使得螺旋状金属丝装配效率更高更便捷。

Claims (8)

1.一种换热管，其特征在于：所述换热管内贯穿有螺旋状金属丝，所述螺旋状金属丝沿所述换热管长度方向延伸，且所述螺旋状金属丝其最大外径D1小于所述换热管内径D2，所述螺旋状金属丝一端固定在换热管入口，另一端固定在换热管出口。

2.如权利要求1所述的换热管，其特征在于：所述螺旋状金属丝可弹性变形。

3.如权利要求2所述的换热管，其特征在于：所述螺旋状金属丝的弯曲半径沿所述换热管长度方向保持不变。

4.如权利要求3所述的换热管，其特征在于：所述换热管设有直管段和弯管段，所述螺旋状金属丝在所述弯管段的匝密度小于所述直管段的匝密度。

5.如权利要求4所述的换热管，其特征在于：所述螺旋状金属丝最大外径D1与所述换热管内径D2的差值是ΔD＝D2-D1，ΔD的取值范围是(0mm,1mm]。

6.如权利要求5所述的换热管，其特征在于：所述螺旋状金属丝的刚度在[1400N/m,1600N/m]。

7.如权利要求1-6任一项所述的换热管，其特征在于：第一铜环和第二铜环分别焊接在所述换热管入口和换热管出口，所述螺旋状金属丝一端固定在第一铜环上，另一端固定在第二铜环上，从而实现所述螺旋状金属丝一端通过所述第一铜环固定在换热管入口，所述螺旋状金属丝另一端通过所述第二铜环固定在换热管出口。

8.一种空调器，包含有蒸发器、冷凝器，其特征在于，所述蒸发器以及冷凝器采用如权利要求1-7中任一所述的换热管。

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