CN215766673U - 换热管、换热器及冷水机组 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种换热管、换热器以及冷水机组，涉及换热器技术领域，旨在提供一种新的换热管结构，具有减小翅片液面厚度、促进冷凝液膜迅速排走的作用。该装置管体和设置在所述管体上的翅片，两个所述翅片之间形成通道，所述翅片至少一侧的侧壁上设置用以减小翅片液膜厚度的凹槽，且所述翅片上形成导流面，沿着所述凹槽流向所述导流面的冷凝液能流向所述通道。本实用新型用于提高换热管的换热效率。

Description

换热管、换热器及冷水机组

技术领域

本发明涉及换热器技术领域，尤其是涉及一种换热管、换热器以及冷水机组。

背景技术

随着绿色高效制冷行动方案的推进，高效节能设备将成为市场主流选择。在大型商用冷水机组中，换热器作为系统热交换的“心脏”，其传热性能严重影响换热器的传热效率。换热管是换热器的关键传热元件，采用高效换热管是提高换热器传热效率最常用的手段之一。

高效换热管通常指在普通光管基础上利用专用设备和刀具进行加工,在管内、外表面形成各种整体翅片或者其他复杂表面结构,形成各种扩展表面，增强换热能力。常规高效换热管为双侧强化结构，管内侧附带螺旋内肋，以增强载冷剂液体扰动，提高管内对流传热效率；管外侧设计三维扩展表面结构，既提高实际换热面积,又能根据换热形式增强冷媒相变传热效率。由于相变传热换热系数是单相对流传热系数的数十倍，目前高效管的强化也是基于相变强化传热思路进行，当前采用挤压成型高效冷凝管均基于强化膜状凝结传热的思路。

高效冷凝管工作过程：在冷水机组用壳管式冷凝器中，高效冷凝管通过管内流通的冷却水(管侧)将管外(壳侧)过热的冷媒蒸汽凝结为过冷液态冷媒，其过程包括：1、过热蒸汽冷却为饱和蒸汽；2、饱和蒸汽冷凝为饱和液态冷媒； 3、饱和液态冷媒冷却为过冷液态冷媒。

冷凝气体凝结为液体后，液态冷媒沿翅片与翅片间的通道流动，覆盖换热管的外表面，形成凝结液膜，而液膜的存在阻碍了冷凝蒸汽和管壁的进一步持续接触，此时液膜成为传热主要热阻，随着凝结量逐渐增大，凝结液膜也越厚，热阻持续越大，冷凝传热效果越差。因此为进一步提高冷凝传热系数，需要促进冷凝液在换热管表面流动，也即快速排液减薄液膜。

本申请人发现现有技术至少存在以下技术问题：

换热管管外强化基于利用表面张力作用减薄冷凝液膜和利用重力作用促进冷媒在换热管表面形成的沟槽流动，强化了换热。但根据液相分压原理，仅仅依靠翅顶和翅底曲率半径差异进行液膜拉薄促进冷凝液流动，无法进一步改善和提高换热管的性能。

管内强化换热基于边界层破坏理论，增强扰流强度。常用的方法在管内加工螺纹状凸起。一方面能增强管内流体的扰动，破坏流体传热边界层，另外一方面压降也随着增加。为适应“高效、节能”换热器设计的要求，进一步提高换热效率的同时又要控制压降的增幅，需要改变管内单一结构，增加管内流体的紊流度，减薄内表面流体边界层，强化换热。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种换热管、换热器以及冷水机组，旨在提供一种新的换热管结构，具有减小翅片液面厚度、促进冷凝液膜迅速排走的作用。本实用新型提供的诸多技术方案中的优选技术方案所能产生的诸多技术效果详见下文阐述。

为实现上述目的，本实用新型提供了以下技术方案：

本实用新型提供的一种换热管，包括管体和设置在所述管体上的翅片，两个所述翅片之间形成通道，所述翅片至少一侧的侧壁上设置用以减小翅片液膜厚度的凹槽。

进一步地，所述翅片上形成导流面，每个所述凹槽对应一个所述导流面，沿着所述凹槽流向所述导流面的冷凝液能流向所述通道。

进一步地，所述凹槽从所述翅片的顶到向所述翅片根部的方向设置，所述凹槽靠近所述翅片根部的一侧设置尖锐凸起，所述尖锐凸起的顶面形成所述导流面。

进一步地，所述导流面为弧形面，所述导流面的凹侧朝向所述翅片的根部侧且所述导流面远离所述翅片的自由端向下倾斜。

进一步地，所述导流面切面与垂直于所述管体轴向的竖直面的角度γ的范围为10°≤λ≤90°。

进一步地，所述翅片两侧的侧壁上设置所述尖锐凸起，所述翅片同一侧壁上的所述尖锐凸起距离所述管体的高度相同，所述翅片不同侧的所述尖锐凸起距离所述管体的高度相同或不同。

进一步地，所述尖锐凸起距离所述管体的高度h的范围为0.05mm～1.75mm；所述尖锐凸起沿所述翅片厚度方向上的高度h1的范围为0.01mm～0.45mm。

进一步地，所述尖锐凸起的自由端侧开设切口。

进一步地，所述凹槽与对应的所述尖锐凸起一体挤压成型。

进一步地，所述凹槽两相对侧壁之间的间距沿从所述翅片顶部向所述翅片根部的方向逐渐减小。

进一步地，所述凹槽两相对侧壁之间的夹角或延长线的夹角β范围为 0<β<70°。

进一步地，所述翅片的顶部开设横槽以使所述翅片的顶部呈锯齿状结构。

进一步地，所述横槽呈三角形或倒置的梯形；所述横槽的深度h2的范围为0.1mm～1.8mm；所述横槽两相对侧壁之间的夹角或延长线的夹角α范围为 0<α<70°；沿周向方向的一圈所述翅片设置20～150个所述横槽。

进一步地，所述管体内设置螺旋齿，所述管体内的所有螺旋齿高度相同或者所述管体内的所有螺旋齿高度不完全相同。

进一步地，所述螺旋齿的高度h3范围为0.1mm～0.8mm；所述螺旋齿沿周向方向上的数量为5～100条。

进一步地，沿所述管体的轴线方向分为两个以上区段，存在一个所述区段其内的所述螺旋齿的数量和/或螺旋角度与其他所述区段内的螺旋齿不同。

进一步地，所述翅片沿所述管体轴线方向每英寸设置19～62个；所述翅片的高度范围h4为0.1mm～1.8mm。

本实用新型提供一种换热器，包括所述的换热管。

本实用新型提供一种冷水机组，包括所述的换热管。

本实用新型提供了一种换热管，包括管体和设置在管体上的翅片，两个翅片之间形成通道，翅片至少一侧的侧壁上设置用以减小翅片液膜厚度的凹槽。根据液相分压原理，凝结液在翅片两侧覆盖时，因现有翅片的截面呈矩形或近似矩形，因此在翅片壁面翅顶与翅根液相分压压差很小，凝结液在翅片侧壁的流动主要依靠重力作用，液膜厚度较厚。本实用新型采用在翅片的至少一侧的侧壁上开设凹槽，增加翅片壁面的变化，增加液相分压压力，减薄液膜，提高管外换热系数。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施例，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获得其他的附图。

图1是本实用新型实施例提供的换热管部分区域的结构示意图；

图2是图1轴向侧的主视示意图；

图3是图1周向侧的右视示意图；

图4是图1中A处的局部放大图；

图5是本实用新型实施例提供的换热管部分区域的结构示意图；

图6是图5轴向侧的主视示意图；

图7是图5周向侧的右视示意图；

图8是本实用新型实施例提供的换热管部分区域的结构示意图；

图9是图8轴向侧的主视示意图；

图10是图8周向侧的右视示意图；

图11是图8中B处的局部放大图。

图中1-管体；2-翅片；3-通道；4-凹槽；5-导流面；6-尖锐凸起；7-切口； 8-横槽；9-螺旋齿。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本实用新型的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅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的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本实用新型所保护的范围。

本实用新型提供了一种换热管，包括管体1和设置在管体1上的翅片2，两个翅片2之间形成通道3，翅片2至少一侧的侧壁上设置用以减小翅片液膜厚度的凹槽4。根据液相分压原理，凝结液在翅片两侧覆盖时，因现有翅片的截面呈矩形或近似矩形，因此在翅片壁面翅顶与翅根液相分压压差很小，凝结液在翅片侧壁的流动主要依靠重力作用，液膜厚度较厚。本实用新型采用在翅片2的至少一侧的侧壁上开设凹槽4，增加翅片2壁面的变化，增加液相分压压力，减薄液膜，提高管外换热系数。

作为可选地实施方式，翅片上形成导流面5，每个凹槽4对应一个导流面5，沿着凹槽4流向导流面5的冷凝液能流向通道3，导流面5能够实现液膜快速流动到根部。

作为可选地实施方式，凹槽4从翅片2的顶到向翅片2根部的方向设置，凹槽4靠近翅片2根部的一侧设置尖锐凸起6，尖锐凸起6的顶面形成导流面5。在利用滚花刀具从翅片顶部向下切时，在翅片一侧形成凹槽4和尖锐凸起6。为了避免尖锐凸起6的顶面向上翘起而不利于冷凝液流向翅片根部，所以，采用特定的滚花刀具，使得滚花刀具在加完凹槽4后，尖锐凸起6的顶面形成导流面5。关于导流面5，参见图2和图6，导流面5为弧形面，导流面5的凹侧朝向翅片2的根部侧且导流面5远离翅片2的自由端向下倾斜，利于冷凝液沿导流面5向通道3流动。另外，参见图10，导流面5和凹槽4形成的交线其延长线与翅片2顶面所在的平面相平行；或者，参见图7，导流面5和凹槽4形成的交线其延长线与翅片2顶面所在的平面存在夹角α₂。

优选翅片2两侧的侧壁上设置尖锐凸起6，翅片2同一侧壁上的尖锐凸起6 距离管体1的高度相同，翅片2不同侧的尖锐凸起6距离管体1的高度相同或不同。参见图2，示意出了翅片2不同侧的尖锐凸起6距离管体1的高度不同。

作为可选地实施方式，凹槽4两相对侧壁之间的间距沿从翅片2顶部向翅片2根部的方向逐渐减小。即凹槽4在翅侧面形成上宽下窄的结构，这种形状的凹槽4，能够实现液膜快速流动到根部，实现管外换热系数的提升。

作为可选地实施方式，翅片2的顶部开设横槽8以使翅片2的顶部呈锯齿状结构。锯齿状的翅片2，能刺穿冷凝液膜，能增大冷凝液翅片顶部和根部间的压差，从而可促使冷凝液快速拉向翅片根部。

作为可选地实施方式，管体1内设置螺旋齿9，管体1内的所有螺旋齿9 高度相同或者管体1内的所有螺旋齿9高度不完全相同。沿管体1的轴线方向分为两个以上区段，存在一个区段其内的螺旋齿9的数量和/或螺旋角度与其他区段内的螺旋齿9不同。避免管体1内螺旋齿结构单一的特点，本实用新型对螺旋齿9的设计，增加扰流强度，从而增强换热管的传热能力。

实施例1：

本实用新型提供了一种换热管，包括管体1和设置在管体1上的翅片2，两个翅片2之间形成通道3，翅片2至少一侧的侧壁上设置用以减小翅片液膜厚度的凹槽4。

凹槽4从翅片2的顶到向翅片2根部的方向设置，凹槽4靠近翅片2根部的一侧设置尖锐凸起6，尖锐凸起6的顶面形成导流面5。参见图2，示意出了翅片2两侧的侧壁上设置凹槽4，参见图5，示意出了翅片2一侧的侧壁上设置凹槽4。

关于尖锐凸起6的尺寸情况，可以如下：

参见图2，导流面5为弧形面，导流面5的凹侧朝向翅片2的根部侧且导流面5远离翅片2的连接端向下倾斜。导流面5切面与垂直于管体1轴向的竖直面的角度γ的范围为10°≤λ≤90°。

片2两侧的侧壁上设置尖锐凸起6，翅片2同一侧壁上的尖锐凸起6距离管体1的高度相同，翅片2不同侧的尖锐凸起6距离管体1的高度相同或不同。参见图2，示意出了翅片2不同侧的尖锐凸起6距离管体1的高度不同。尖锐凸起6距离管体1的高度h的范围为0.05mm～1.75mm；尖锐凸起6沿翅片2厚度方向上的高度h1的范围为0.01mm～0.45mm。

关于凹槽4的尺寸情况，可以如下：凹槽4两相对侧壁之间的间距沿从翅片2顶部向翅片2根部的方向逐渐减小，且凹槽4两相对侧壁之间的夹角或延长线的夹角β范围为0<β<70°。

另外，翅片2的顶部开设横槽8以使翅片2的顶部呈锯齿状结构。关于横槽8的尺寸情况，可以如下：横槽8呈三角形或倒置的梯形；横槽8的深度h2 的范围为0.1mm～1.8mm；横槽8两相对侧壁之间的夹角或延长线的夹角α范围为0<α<70°；沿周向方向的一圈翅片2设置20～150个横槽8。

优选地，管体1内设置螺旋齿9，管体1内的所有螺旋齿9高度相同或者管体1内的所有螺旋齿9高度不完全相同。螺旋齿9的高度h3范围为 0.1mm～0.8mm；螺旋齿9沿周向方向上的数量为5～100条。

关于翅片2，翅片2沿管体1轴线方向每英寸设置19～62个；翅片2的高度范围h4为0.1mm～1.8mm。

采用专用机床进行挤压加工而成，选用外径18.92mm、壁厚1.09mm的管件，管外采用组合式刀具先挤压成型翅片2和通道3，利用滚花刀具对翅片顶部进行滚花形成横槽8，在用滚花刀具从翅片顶部向下切，在翅片一侧形成凹槽4 和尖锐凸起6。管内采用衬芯一体加工螺旋齿。

实施例2：

与实施例1不同的是，参见图10和图11，尖锐凸起6的自由端侧开设切口7。

实施例3：

一种换热器，包括实施例1或实施例2提供的换热管。本实用新型提供的换热管，其采用在翅片2的至少一侧的侧壁上开设凹槽4，增加翅片2壁面的变化，增加液相分压压力，减薄液膜，提高管外换热系数。另外，翅片2 上形成导流面5，沿着凹槽4流向导流面5的冷凝液能流向通道3，导流面5 能够实现液膜快速流动到根部。

实施例4：

一种冷水机组，包括实施例1或实施例2提供的换热管。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (19)

1.一种换热管，包括管体(1)和设置在所述管体(1)上的翅片(2)，两个所述翅片(2)之间形成通道(3)，其特征在于，所述翅片(2)至少一侧的侧壁上设置用以减小翅片液膜厚度的凹槽(4)。

2.根据权利要求1所述的换热管，其特征在于，所述翅片上形成导流面(5)，每个所述凹槽(4)对应一个所述导流面(5)，沿着所述凹槽(4)流向所述导流面(5)的冷凝液能流向所述通道(3)。

3.根据权利要求2所述的换热管，其特征在于，所述凹槽(4)从所述翅片(2)的顶到向所述翅片(2)根部的方向设置，所述凹槽(4)靠近所述翅片(2)根部的一侧设置尖锐凸起(6)，所述尖锐凸起(6)的顶面形成所述导流面(5)。

4.根据权利要求3所述的换热管，其特征在于，所述翅片(2)两侧的侧壁上设置所述尖锐凸起(6)，所述翅片(2)同一侧壁上的所述尖锐凸起(6)距离所述管体(1)的高度相同，所述翅片(2)不同侧的所述尖锐凸起(6)距离所述管体(1)的高度相同或不同。

5.根据权利要求3所述的换热管，其特征在于，所述尖锐凸起(6)距离所述管体(1)的高度h的范围为0.05mm～1.75mm；所述尖锐凸起(6)沿所述翅片(2)厚度方向上的高度h1的范围为0.01mm～0.45mm。

6.根据权利要求3所述的换热管，其特征在于，所述尖锐凸起(6)的自由端侧开设切口(7)。

7.根据权利要求3所述的换热管，其特征在于，所述凹槽(4)与对应的所述尖锐凸起(6)一体挤压成型。

8.根据权利要求2所述的换热管，其特征在于，所述导流面(5)为弧形面，所述导流面(5)的凹侧朝向所述翅片(2)的根部侧且所述导流面(5)远离所述翅片(2)的自由端向下倾斜。

9.根据权利要求2所述的换热管，其特征在于，所述导流面(5)切面与垂直于所述管体(1)轴向的竖直面的角度γ的范围为10°≤λ≤90°。

10.根据权利要求1-9中任一项所述的换热管，其特征在于，所述凹槽(4)两相对侧壁之间的间距沿从所述翅片(2)顶部向所述翅片(2)根部的方向逐渐减小。

11.根据权利要求10所述的换热管，其特征在于，所述凹槽(4)两相对侧壁之间的夹角或延长线的夹角β范围为0<β<70°。

12.根据权利要求1-9中任一项所述的换热管，其特征在于，所述翅片(2)的顶部开设横槽(8)以使所述翅片(2)的顶部呈锯齿状结构。

13.根据权利要求12所述的换热管，其特征在于，所述横槽(8)呈三角形或倒置的梯形；所述横槽(8)的深度h2的范围为0.1mm～1.8mm；所述横槽(8)两相对侧壁之间的夹角或延长线的夹角α范围为0<α<70°；沿周向方向的一圈所述翅片(2)设置20～150个所述横槽(8)。

14.根据权利要求1-9中任一项所述的换热管，其特征在于，所述管体(1)内设置螺旋齿(9)，所述管体(1)内的所有螺旋齿(9)高度相同或者所述管体(1)内的所有螺旋齿(9)高度不完全相同。

15.根据权利要求14所述的换热管，其特征在于，所述螺旋齿(9)的高度h3范围为0.1mm～0.8mm；所述螺旋齿(9)沿周向方向上的数量为5～100条。

16.根据权利要求14所述的换热管，其特征在于，沿所述管体(1)的轴线方向分为两个以上区段，存在一个所述区段其内的所述螺旋齿(9)的数量和/或螺旋角度与其他所述区段内的螺旋齿(9)不同。

17.根据权利要求1-9中任一项所述的换热管，其特征在于，所述翅片(2)沿所述管体(1)轴线方向每英寸设置19～62个；所述翅片(2)的高度范围h4为0.1mm～1.8mm。

18.一种换热器，其特征在于，包括权利要求1-17任一所述的换热管。

19.一种冷水机组，其特征在于，包括权利要求1-17任一所述的换热管。

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