CN220818691U - 一种非匀称传热管 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种非匀称传热管，包括呈螺旋分布的管外翅片，管外翅片的顶部设置有顶部翅片和顶部凹槽，连续的若干列管外翅片的顶部翅片组成第一翅片序列，连续的若干列管外翅片的顶部翅片组成过渡翅片序列，连续的若干列管外翅片的顶部翅片组成第二翅片序列，过渡翅片序列中顶部翅片规格在第一翅片序列中顶部翅片的规格和第二翅片序列中顶部翅片的规格之间并沿第一翅片序列至第二翅片序列的方向从大到小渐变。通过对小翅片的比例控制得到了合适的大孔径，实现了排气补液的平衡，并通过对大翅片的比例控制得到了最佳的小孔径比例，从而保存了气泡在空穴之内，为连续沸腾提供了有利支撑，进而降低了高性能传热管对管坯壁厚偏差及设备精度的要求。

Description

一种非匀称传热管

技术领域

本实用新型涉及传热管，具体涉及一种非匀称传热管。

背景技术

对于传热管制造行业来说，要提高制冷空调设备的能效，主要是通过开发高效传热管提高换热器的换热效率来实现。尤其是制冷和空调系统中所用的蒸发管，其制冷剂在管外凝结时的凝结换热热阻与管内强制对流换热热阻相当大，甚至大于管内强制对流换热的热阻，因此，强化管外凝结换热对提高冷凝管的传热性能可以起到显著效果。

关于强化凝结的研究表明：凝结液膜沿管壁的流动除受重力的作用外，还受到液膜表面张力的作用。在表面张力的作用下，凝结液膜沿水平方向流向波谷或肋槽的谷底，使波峰和肋的凸起部分的液膜减薄。冷凝液则沿着肋根两侧或波谷、槽谷自上而下排泄。同时，由于波峰和肋的凸起部分液膜变薄，传热热阻变小，蒸汽主要在肋顶处凝结。此种强化冷凝常称为格列高里（Gregorie） 效应，该效应也是现代强化冷凝换热的基础。利用格列高里（Gregorie） 效应，通过改进翅片提高冷凝能力是公知的。例如：中国专利CN95118179.3公开了对管子外表面上滚扎形成翅片，并进一步的对外表面上的翅片切凹槽或开槽以形成尖端。这种结构的翅片处液膜厚度通常低于管子表面其他部分，因此降低了翅片的热传导阻力。同时，该结构的凹槽进一步增加了管子的外表面面积，而且，凹槽间的带翅片的表面的构造促进了制冷剂从翅片中排出。在大多数管壳式空调冷凝器的应用中，冷凝传热管水平或近似水平设置，这种带凹槽的翅片促进了冷凝制冷剂从翅片排出传热管表面，也促进了冷凝换热效果。更进一步的中国专利CN201010126915.9公开了更进一步对独立翅片进一步加工一个平台。该种结构增加了换而过侧壁的换热面积，同时翅片和平台使液膜流动时经过多处转折，使液膜进一步减薄，减小了传热热阻。

关于泡核沸腾机理的研究表明：蒸发管的换热能力可以铜管在传热管外表面形成翅片得以提高。通过改进蒸发管和冷却介质接触的内表面可以提高换热能力也是公知的。改进传热管内表面的一个例子可以参见美国专利3847212公开了在传热管内表面形成脊状凸起的方法。 通过改进翅片提高换热能力也是公知的。例如：美国专利4660630公开了通过对管子外表面上的翅片切凹槽或开槽以形成泡核沸腾空腔或空隙。这种结构允许气泡向外穿过空腔，达到或穿过更窄的表面开口，更加强化了传热。中国专利95246323.7和03207498.0公开的蒸发器用热交换管，其外表面为顶部压成T性螺旋翅片，形成具有开口略小的沟槽结构或空穴结构，以构造出形成汽化核心的场所，从而达到强化沸腾换热的效果。如图1和图2为目前传统传热管的齿形结构效果。

以上公知技术通过对表面的改造制造出了明显强于光管的传热管。其在设计时对换热表面的微结构尺寸等均有相当严格的要求，并以此达到更好的换热效果。但是，由于传热管母材存在壁厚不均、设备加工精度等偏差，传热管在工程加工使用过程中很难达到预期的微观尺寸要求，因而导致设计人员要求的齿形无法完全满足进而达不到理想的换热效果。

实用新型内容

针对现有技术中的问题，本实用新型提供一种非匀称传热管，目的在于使一般品质的管坯达到很高的换热性能。

一种非匀称传热管，包括呈螺旋分布的管外翅片，每列管外翅片之间由螺旋的通道分开，管外翅片的顶部设置有顶部翅片和顶部凹槽，同一列管外翅片上的顶部翅片规格相同，连续的若干列管外翅片的顶部翅片组成第一翅片序列，连续的若干列管外翅片的顶部翅片组成过渡翅片序列，连续的若干列管外翅片的顶部翅片组成第二翅片序列，第一翅片序列、一过渡翅片序列、第二翅片序列和另一过渡翅片序列绕传热管的圆周向依次相邻并循环布置；第一翅片序列中的顶部翅片规格相同，第二翅片序列中的顶部翅片规格相同，第一翅片序列中顶部翅片的规格大于第二翅片序列中顶部翅片的规格，过渡翅片序列中顶部翅片规格在第一翅片序列中顶部翅片的规格和第二翅片序列中顶部翅片的规格之间并沿第一翅片序列至第二翅片序列的方向从大到小渐变。

进一步为：过渡翅片序列在传热管外圆周面内的占比超过20%。

进一步为：过渡翅片序列和第二翅片序列在传热管外圆周面内的综合占比超过60%。

进一步为：管外翅片的高度为0.2mm~0.9mm，螺距为0.35 mm~1.3mm，沿圆周方向有1-8个起刀头数。

进一步为：管外翅片与轴向螺旋夹角为85度~89.6度。

进一步为：第一翅片序列中顶部翅片的宽度是过渡翅片序列中顶部翅片的宽度的1.0倍~1.2倍。

进一步为：第二翅片序列中顶部翅片的宽度是过渡翅片序列中顶部翅片的宽度的0.7倍~1.0倍。

进一步为：第一翅片序列中顶部翅片之间相互搭接或折叠或紧邻并能够覆盖通道4的80%以上。

进一步为：第二翅片序列中顶部翅片之间相互紧邻。

本实用新型的有益效果：本实用新型通过对小翅片的比例控制得到了合适的大孔径，实现了排气补液的平衡，并通过对大翅片的比例控制得到了最佳的小孔径比例，从而保存了气泡在空穴之内，为连续沸腾提供了有利支撑。利用本实用新型的技术，降低了高性能传热管对管坯壁厚偏差及设备精度的要求，从而使得加工高性能传热管的难度大幅降低，因而降低了高性能传热管的加工成本，并提升了加工效率。

附图说明

图1是现有技术设计的理想齿形结构示意图；

图2是现有技术设计的理想齿形单齿剖面示意图；

图3是第一实施例中过渡翅片结构示意图；

图4是第一实施例中小翅片结构示意图；

图5是第一实施例中小翅片单齿剖面示意图；

图6是第一实施例中大翅片结构示意图；

图7是第一实施例中大翅片单齿剖面示意图；

图8是本实用新型中小翅片分布示意图；

图9是现有技术设计的理想齿形结构示意图；

图10是现有技术设计的理想齿形单齿剖面示意图；

图11是第二实施例中过渡翅片结构示意图；

图12是第二实施例中小翅片结构示意图；

图13是第二实施例中小翅片单齿剖面示意图；

图14是第二实施例中大翅片结构示意图；

图15是第二实施例中大翅片单齿剖面示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做详细说明。下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能解释为对本实用新型的限制。本实用新型实施例中的左、中、右、上、下等方位用语，仅是互为相对概念或是以产品的正常使用状态为参考的，而不应该认为是具有限制性的。

一种非匀称传热管，结合图3、图4、图6和图8或者结合所示图11、图12、图14和图8所示，包括呈螺旋分布的管外翅片2，每列管外翅片2之间由螺旋的通道4分开，管外翅片2的顶部设置有顶部翅片6和顶部凹槽5，同一列管外翅片2上的顶部翅片规格相同，连续的若干列管外翅片2的顶部翅片6组成第一翅片序列，连续的若干列管外翅片2的顶部翅片6组成过渡翅片序列，连续的若干列管外翅片2的顶部翅片6组成第二翅片序列，第一翅片序列、一过渡翅片序列、第二翅片序列和另一过渡翅片序列绕传热管的圆周向依次相邻并循环布置，即第一翅片序列的两侧分别与两个过渡翅片序列相邻，第二序列的两侧也分别与两个过渡翅片序列相邻，过渡翅片序列的两侧分别与第一翅片序列和第二翅片序列相邻；第一翅片序列中的顶部翅片6规格相同，第二翅片序列中的顶部翅片6规格相同，第一翅片序列中顶部翅片6的规格大于第二翅片序列中顶部翅片6的规格，过渡翅片序列中顶部翅片6规格在第一翅片序列中顶部翅片6的规格和第二翅片序列中顶部翅片6的规格之间并沿第一翅片序列至第二翅片序列的方向从大到小渐变。

其中，过渡翅片序列在传热管外圆周面内的占比超过20%。过渡翅片序列和第二翅片序列在传热管外圆周面内的综合占比超过60%。管外翅片2的高度为0.2mm~0.9mm，螺距为0.35 mm~1.3mm，沿圆周方向有1-8个起刀头数。管外翅片2与轴向螺旋夹角为85度~89.6度。第一翅片序列中顶部翅片6的宽度是过渡翅片序列中顶部翅片6的宽度的1.0倍~1.2倍。第二翅片序列中顶部翅片6的宽度是过渡翅片序列中顶部翅片6的宽度的0.7倍~1.0倍。第一翅片序列中顶部翅片6之间相互搭接或折叠或紧邻并能够覆盖通道4的80%以上。第二翅片序列中顶部翅片6之间相互紧邻。

第一实施例：

图1是现有技术设计的理想齿形结构示意图，现有技术设计齿形均匀一致，尤其要求独立翅片6和顶部凹槽5的一致性。

图2是现有技术设计的理想齿形单齿剖面示意图，要求独立翅片6的宽度D11、高度H1及顶部凹槽5宽度D1均匀一致。

图3是本实施例过渡翅片结构示意图，传热管1包括管外翅片2和管内内齿3，该管外翅片2之间延伸有通道4，管外翅片2顶部设置有顶部翅片6和顶部凹槽5，顶部翅片6沿圆周方向非匀称分布，顶部翅片6按照大小区分可分为大翅片9，过渡翅片8和小翅片7，大翅片9、过渡翅片8和小翅片7沿传热管1周向螺旋分布，与轴向螺旋夹角为25度~80度。管外翅片2沿轴向以螺旋状延伸在传热管1上，高度为0.4mm~1.1mm，螺距为0.35mm~1.3mm。沿圆周方向有1-8个起刀头数；管外翅片2与轴向螺旋夹角为85度~89.6度；过渡翅片8占比超过20%；过渡翅片8和小翅片7综合占比超过60%；过渡翅片8的宽度D11和高度H1及其对应的顶部凹槽5的宽度D1与现有技术设计一致；过渡翅片8每一圆周分布在小翅片7和大翅片9之间。其中，小翅片即为第二翅片序列中的顶部翅片，过渡翅片即为过渡翅片序列中的顶部翅片，大翅片即为第一翅片序列中的顶部翅片。

图4是本实施例小翅片结构示意图，小翅片7是顶部翅片6沿圆周方向非匀称分布的一部分，过渡翅片8和小翅片7综合占比超过60%；形成本实用新型小翅片可通过滚压管外翅片2之后，用带齿的滚刀盘在管外翅片2的顶部开槽，通过滚刀盘的齿形及进给深度和大小调节小翅片7的尺寸。

图5是本实施例小翅片单齿剖面示意图，小翅片7的宽度D22是过渡翅片8的0.7倍~1.0倍，小翅片7与其对应的顶部凹槽5的宽度D2是过渡翅片8的0.7倍~1.0倍。

图6是本实施例大翅片结构示意图，大翅片9是顶部翅片6沿圆周方向非匀称分布的一部分，大翅片9综合占比小于40%，结合图4~图7，本实用新型的制造的大翅片9、过渡翅片8和小翅片7的形成过程可以分为两种情况：一种通过滚压管外翅片2之后，用带齿的滚刀盘在管外翅片2的顶部开槽，通过滚刀盘的齿形及进给深度和大小调节大翅片9、过渡翅片8和小翅片7的尺寸，该种方法适合同时控制大翅片9和小翅片7的尺寸，比较适合管坯壁厚偏差较大时或者设备精度较差时，其主要通过滚刀盘调节过渡翅片8的尺寸达到理想状态，此时大翅片9和小翅片7的尺寸就基本达到本实用新型的要求，该种方法下形成的大翅片9的高度H3是过渡翅片8高度H1的1.0-1.2倍，小翅片7的高度H2是过渡翅片8高度H1的0.7-1.0倍。另一种方法是基于管坯壁厚质量和设备控制精度较好的情况下，通过滚压管外翅片2之后，用带齿的滚刀盘在管外翅片2的顶部开槽，通过滚刀盘调节达到较为均匀一致的小翅片7的尺寸，之后再利用倾斜角为25度~80度的双曲线滚轮进行二次滚压，并通过二次滚压深度控制过渡翅片8和大翅片9的尺寸，由于双曲线滚轮的特性，可以同时得到本实用新型渡翅片8和大翅片9的尺寸要求，该种方法下形成的大翅片9的高度H3是过渡翅片8高度H1的0.7倍~0.95倍，小翅片9的高度H2是过渡翅片8高度H1的1.05倍~1.2倍。

图7是本实施例大翅片单齿剖面示意图，大翅片9的宽度D31是过渡翅片8宽度D11的1.0倍~1.2倍；大翅片9对应顶部凹槽的宽度D3是过渡翅片8对应顶部凹槽的宽度D1的1.0倍~1.2倍。

图8是本实施例小翅片分布示意图，小翅片7沿周向螺旋分布，与轴向螺旋夹角为25-80度，过渡翅片8每一圆周分布在小翅片7和大翅片9之间。

与现有技术相比：

1、本实施例解决了现有技术中因坯管壁厚偏差造成换热性能下降的技术难题，利用一般品质的管坯可以达到很高的换热性能。本实用新型通过对大小翅片的比例控制得到了合适比例的高低翅片，利用格列高里（Gregorie）相对较高的翅片实现了更多的尖锐和肋顶突出液膜，从而增加了更多的冷凝相变面积。同时相对较低翅片利用表面张力和重力效应聚集制冷剂液体，且螺旋状分布形状利于引导制冷剂液体沿螺旋向下排液，为相对较高翅片的连续冷凝相变提供有利支撑。

2、利用本实施例的技术，降低了高性能传热管对管坯壁厚偏差及设备精度的要求，从而使得加工高性能传热管的难度大幅降低，因而降低了高性能传热管的加工成本，并提升了加工效率。

3、本本实施例传热管加工简单，齿形参数易于控制，为工程使用提供了很好的解决方案，并可作为冷凝传热管使用。

第二实施例：

图9是现有技术设计的理想齿形结构示意图，现有技术设计齿形均匀一致，尤其要求顶部平翅片6和顶部凹槽5的一致性。

图10是现有技术设计的理想齿形单齿剖面示意图，要求翅顶宽度D1均匀一致。

图11是本实施例过渡翅片结构示意图，传热管1包括管外翅片2和管内内齿3，管外翅片2之间延伸有通道4，管外翅片2顶部设置有顶部平翅片6和顶部凹槽5，顶部平翅片6沿圆周方向非匀称分布，顶部平翅片6按照大小区分可分为大翅片9，过渡翅片8和小翅片7，所述顶部大翅片9，过渡翅片8和小翅片7沿周向螺旋分布，与轴向螺旋夹角为25度~80度。管外翅片2沿轴向以螺旋状延传热管上，高度为0.2mm~0.9mm，螺距为0.35mm~1.3mm。沿圆周方向有1-8个起刀头数，管外翅片2与轴向螺旋夹角为85度~89.6度；过渡翅片8占比超过20%，过渡翅片8和小翅片7综合占比超过60%，过渡翅片8的平均宽度与现有技术翅片宽度设计一致；通道4的底部中，设置有多个根部凹槽；渡翅片8每一圆周分布在小翅片7和大翅片9之间。其中，小翅片即为第二翅片序列中的顶部翅片，过渡翅片即为过渡翅片序列中的顶部翅片，大翅片即为第一翅片序列中的顶部翅片。

图12是本实施例小翅片结构示意图，小翅片7是顶部平翅片6沿圆周方向非匀称分布的一部分，过渡翅片8和小翅片7综合占比超过60%，小翅片7之间相互紧邻不形成搭接或折叠；形成本实用新型小翅片可通过滚压管外翅片2之后，用带齿的滚刀盘在管外翅片2的顶部开槽，然后通过光面的滚刀盘进行滚压，通过滚压的力度大小调节小翅片7的尺寸。

图13是本实施例小翅片单齿剖面示意图，小翅片7的宽度D2是过渡翅片8的0.7-1.0倍。

图14是本实施例大翅片结构示意图大翅片9是顶部平翅片6沿圆周方向非匀称分布的一部分，大翅片9综合占比小于40%，大翅片9之间相互搭接或折叠或紧邻并能够80%以上覆盖通道4。本实用新型的制造的大翅片9的形成过程可以分为两种情况：一种是类似于形成小翅片的情况，即通过滚压管外翅片2之后，用带齿的滚刀盘在管外翅片2的顶部开槽，然后通过光面的滚刀盘进行滚压，通过滚压的力度大小调节大翅片9的尺寸，该种方法适合同时控制大翅片9和小翅片7的尺寸，比较适合管坯壁厚偏差较大时或者设备精度较差时，其主要通过滚压的力度大小调节过渡翅片8的尺寸达到理想状态，此时大翅片9和小翅片7的尺寸就基本达到本实用新型的要求。另一种方法是基于管坯壁厚质量和设备控制精度较好的情况下，通过滚压管外翅片2之后，用带齿的滚刀盘在管外翅片2的顶部开槽，然后通过光面的滚刀盘进行滚压，从而达到较为均匀一致的 小翅片7的尺寸，之后再利用倾斜角为25-80度的双曲线滚轮进行二次滚压，并通过二次滚压深度控制过渡翅片8和大翅片9的尺寸，由于双曲线滚轮的特性，可以同时得到本实用新型渡翅片8和大翅片9的尺寸要求。

大翅片9的宽度是过渡翅片8的1.0倍~1.2倍。

小翅片7沿周向螺旋分布，与轴向螺旋夹角为25度~80度，过渡翅片8每一圆周分布在小翅片7和大翅片9之间。

与现有技术相比：

1、本实施例解决了现有技术中因坯管壁厚偏差造成换热性能下降的技术难题，利用一般品质的管坯可以达到很高的换热性能。本实用新型通过对小翅片的比例控制得到了合适的大孔径，实现了排气补液的平衡，并通过对大翅片的比例控制得到了最佳的小孔径比例，从而保存了气泡在空穴之内，为连续沸腾提供了有利支撑。

2、利用本实施例的技术，降低了高性能传热管对管坯壁厚偏差及设备精度的要求，从而使得加工高性能传热管的难度大幅降低，因而降低了高性能传热管的加工成本，并提升了加工效率。

3、本实施例传热管加工简单，齿形参数易于控制，为工程使用提供了很好的解决方案，并可作为蒸发传热管使用。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (9)

1.一种非匀称传热管，包括呈螺旋分布的管外翅片（2），每列管外翅片（2）之间由螺旋的通道（4）分开，管外翅片（2）的顶部设置有顶部翅片（6）和顶部凹槽（5），其特征在于：同一列管外翅片（2）上的顶部翅片规格相同，连续的若干列管外翅片（2）的顶部翅片（6）组成第一翅片序列，连续的若干列管外翅片（2）的顶部翅片（6）组成过渡翅片序列，连续的若干列管外翅片（2）的顶部翅片（6）组成第二翅片序列，第一翅片序列、一过渡翅片序列、第二翅片序列和另一过渡翅片序列绕传热管的圆周向依次相邻并循环布置；第一翅片序列中的顶部翅片（6）规格相同，第二翅片序列中的顶部翅片（6）规格相同，第一翅片序列中顶部翅片（6）的规格大于第二翅片序列中顶部翅片（6）的规格，过渡翅片序列中顶部翅片（6）规格在第一翅片序列中顶部翅片（6）的规格和第二翅片序列中顶部翅片（6）的规格之间并沿第一翅片序列至第二翅片序列的方向从大到小渐变。

2.根据权利要求1所述的非匀称传热管，其特征在于：过渡翅片序列在传热管外圆周面内的占比超过20%。

3.根据权利要求1所述的非匀称传热管，其特征在于：过渡翅片序列和第二翅片序列在传热管外圆周面内的综合占比超过60%。

4.根据权利要求1所述的非匀称传热管，其特征在于：管外翅片（2）的高度为0.2mm~0.9mm，螺距为0.35 mm~1.3mm，沿圆周方向有1-8个起刀头数。

5.根据权利要求1所述的非匀称传热管，其特征在于：管外翅片（2）与轴向螺旋夹角为85度~89.6度。

6.根据权利要求1所述的非匀称传热管，其特征在于：第一翅片序列中顶部翅片（6）的宽度是过渡翅片序列中顶部翅片（6）的宽度的1.0倍~1.2倍。

7.根据权利要求1所述的非匀称传热管，其特征在于：第二翅片序列中顶部翅片（6）的宽度是过渡翅片序列中顶部翅片（6）的宽度的0.7倍~1.0倍。

8.根据权利要求1所述的非匀称传热管，其特征在于：第一翅片序列中顶部翅片（6）之间相互搭接或折叠或紧邻并能够覆盖通道（4）的80%以上。

9.根据权利要求8所述的非匀称传热管，其特征在于：第二翅片序列中顶部翅片（6）之间相互紧邻。