CN101004337A

CN101004337A - 一种强化冷凝用传热管

Info

Publication number: CN101004337A
Application number: CN 200710036470
Authority: CN
Inventors: 邱亚林; 武永强; 曹建英; 罗忠
Original assignee: Wolverine Tube Shanghai Co Ltd
Current assignee: Dimensional heat transfer technology (Shanghai) Co., Ltd.
Priority date: 2007-01-15
Filing date: 2007-01-15
Publication date: 2007-07-25
Anticipated expiration: 2027-01-15
Also published as: CN100485303C

Abstract

一种强化冷凝用传热管，属传热设备技术领域，包括传热管主体、主体外表面沿周向分布的螺旋或平行翅片、翅片间形成的翅间槽，传热管主体内表面设有内螺纹，其中，所述的翅片壁上沿周向设有相互平行或错开的横翅，形成上翅间槽和下翅间槽，该横翅与翅片壁上的侧壁连接，在翅片壁与侧壁和横翅的相互连接交界处构成转折角。优点是：增加的“尖锐点”起到冷凝传热强化的作用，与现有技术相比较，冷凝侧换热性能提高了17.5％～25％，由于翅片壁与侧壁和横翅的相互连接交界处构成转折角，该处的曲率为无限大，冷凝形成的液体由于表面张力和表面曲率的关系，在该处的保持力最差，很快滴落或流动到其他位置，不需增加原换热管的金属耗量。

Description

一种强化冷凝用传热管

技术领域

本发明一种强化冷凝用传热管涉及一种传热管，属传热设备技术领域，尤其涉及一种冷凝换热性能得到强化的传热管。

背景技术

在制冷与空调及其他工业，水冷式冷凝器得到了广泛的应用。它们大多为壳管式换热器，这其中，制冷剂在管外冷凝相变换热，冷却剂(例如水)在管内流动换热。因制冷剂侧热阻占主要部分，需要在该侧采用强化换热技术，对于冷凝的相变传热，有许多专门针对该类工艺过程的传热管：如用于冷凝强化表面的传热管有美国专利5996686和美国专利5669441，通过机加工在管外表面成翅，在翅顶滚花，其主要原理是增加外表冷凝面积，利用锯齿状表面不同位置曲率的差异，促进冷凝液流动，而且，尖角位置冷凝液膜的厚度最薄，冷凝换热效率也最高，再通过翅间槽排除冷凝液，可达到强化冷凝换热的效果。

发明内容

本发明的目的在于提出一种强化冷凝用传热管，该种换热管强化冷凝换热性能，可适用于冷凝器的场合。

本发明解决技术问题所采用的方案是：一种强化冷凝用传热管，包括传热管主体、主体外表面沿周向分布的螺旋或平行翅片、翅片间形成的翅间槽，传热管主体内表面设有内螺纹，其中，所述的翅片壁上沿周向设有相互平行或错开的横翅，形成上翅间槽和下翅间槽，该横翅与翅片壁上的侧壁连接，在翅片壁与侧壁和横翅的相互连接交界处构成转折角。侧壁的两个表面和横翅的上下表面的裸露面积，均可用作冷凝表面，从而增加了冷凝换热面的面积。

所述的横翅从翅片壁向翅间槽中心线延伸，横翅按传热管主体的周向分布10～100个。按周向分布的横翅和侧壁数量越多，增加的冷凝面积和“尖锐点”越多，但是加工难度也越高，并且，横翅在翅槽内延伸过多也会阻碍液膜滴落和排除，因此本发明中，横翅及侧壁在翅壁上沿管主体的圆周向分布是在一定范围内。

所述翅片间的轴向间距为0.3～0.7mm，翅壁厚为0.05～0.2mm，翅高为0.7～1.5mm；横翅高度为0.15～0.6mm，宽度为0.1～1mm，侧壁深度为0.2～0.6mm。

所述的下翅间槽底部设有槽痕，该槽痕为梯形、三角形、矩形、多边形中的一种。槽痕可以减薄传热管主体的壁厚，也可通过分布在下翅间槽底部两侧较厚的区域而维持原有的平均底壁厚。翅间槽底部具有的槽痕结构在管束的上排以及较低的换热热流密度工况下，可以起到辅助冷凝的作用，它增加了冷凝面积，主要用来排液和提高自然过冷的过冷度。

所述的槽痕设置在两翅片中心线的对称两侧或偏向一侧或单独一列，槽痕为沿周向的连续槽痕或间断槽痕。可进一步提高槽底的粗糙度，增加气化核心。

所述的槽痕为间断槽痕，沿周向宽度为0.1～1mm，沿轴向宽度为0.1～0.5mm，深度为0.01～0.2mm。

为进一步强化冷凝传热，翅片顶部加工成用作强化冷凝的锯齿状或螺旋状翅片表面，所述的翅片顶部设有与翅片平面交角为0～90°的齿槽，该齿槽深为0.01～0.5mm，齿槽宽为0.01～1mm。从而可以增加冷凝的换热面积，减薄局部液膜的厚度，减小液膜的热阻。

所述的内螺纹，其螺纹高度为0.1～0.5mm，头数为8～50头。传热管主体内壁增加内螺纹后可强化换热管内对流换热的紊流度，从而强化换热；特别是在管外采用强化表面的情形下，管内和管外的热阻较接近，对管内进一步强化，可以有效提高整体的传热系数。

如需进一步提高增加排液渠即翅槽的有效宽度，可以采用将横翅分布在翅片的不同高度位置，或者横翅仅分布在翅片的单侧位置。应当被理解的是，本发明定义的“横翅”和“侧壁”的作用都是为了提供更多冷凝面积以及形成更多的“尖锐突起“结构，并不限制其表面为水平或垂直，弯曲的或一定形状的表面或与翅片成一定角度的“横翅”和“侧壁”都与本发明相一致。

利用上述的强化冷凝用传热管，应用于管外为制冷剂相变换热，管内为载冷或冷却液体的换热器，该换热器用于冷水机组或热泵机组，其中，传热管与管板胀接或焊接，构成换热器的一部分。

传热管主体选用铜和铜合金材料或其他金属材料制成。

本发明与现有技术相比有如下的优点和效果：

1、由于横翅具有侧壁以及翅片顶部开槽的加工形成数量成倍增加的“尖锐点”起到了冷凝传热强化的作用。按照采用R134a冷凝实际的试验结果，本发明与现有技术相比较，冷凝侧换热性能提高了17.5％～25％。

2、由于翅片与侧壁和横翅的相互连接交界处构成转折角，该处的曲率为无限大，按照膜状冷凝传热的理论，这些位置(尖锐点)的冷凝换热性能得到最大的强化，冷凝形成的液体由于表面张力和表面曲率的关系，在该处的保持力最差，很快滴落或流动到其他位置。

3、横翅和侧壁菌采用圆盘工具从翅片侧壁上挤压出，因而不需要增加原换热管的金属耗量。

附图说明

图1为本发明外表面轴侧示意图。

图2为本发明轴向剖面示意图。

图3为本发明局部平面图。

图4为本发明实施例1外翅特征平面图。

图5为本发明实施例2外翅特征平面图。

图6为本发明实施例3外翅特征平面图。

图7为本发明实施例4轴剖面示意图。

图8为本发明实施例5轴剖面示意图。

图9为本发明在冷凝器中应用例示意图。

附图中标号说明

1-传热管主体 2-翅片 3-翅间槽

3A-下翅间槽 3B-上翅间槽 4-下横翅

5-侧壁结构 6-内螺纹 7-槽痕

8-齿槽 9-换热器 10-管板

11-水室 12-水室入口 13-水室出口

14-制冷剂出口 15-制冷剂入口

具体实施方式

实施例1

请参阅图1本发明外表面轴侧示意图，图2本发明轴向剖面示意图，图3是本发明局部平面图和图4本实施例外翅特征平面图，一种强化冷凝用传热管，包括传热管主体1、主体外表面沿周向分布的螺旋翅片2、翅片间形成的翅间槽3，传热管主体1内表面设有内螺纹6。其中，所述的翅片壁上沿周向设有相互平行或错开的横翅4，形成上翅间槽3B和下翅间槽3A，该横翅4与翅片壁上的侧壁5连接，在翅片2壁与侧壁5和横翅4相互连接交界处构成转折角。

如图1所示，换热管外径为19mm，壁厚为1.04mm，采用专用的轧管机并用挤压加工的方式进行，管内和管外同时一体化加工。翅片间的轴向间距a为0.627mm，翅壁厚b为0.15mm，翅高f为1.0mm；采用滚花刀，通过挤压翅片壁的材料形成横翅4以及与其连接的侧壁5，横翅4从翅片壁向翅间槽3中心线延伸，横翅4按换热管主体1的周向分布10～100个，横翅4高度d为0.4mm，宽度j为0.1～0.5mm，侧壁深度e为0.2～0.6mm。通过加工出横翅4和侧壁5，相对于原来的光滑的翅片表面，增加了侧壁5两个表面和横翅4的上下表面的裸露面积，这些表面均可用作冷凝表面，从而增加了冷凝换热面的面积。另外，由于横翅4的侧壁5的加工形成的转折点处曲率为无穷大，按照膜状冷凝传热的理论，这些位置(尖锐点处)冷凝换热性能得到最大的强化，冷凝形成的液体由于表面张力和表面曲率的关系，在该处的保持力最差，很快滴落或流动到其他位置。而且，由于横翅4和侧壁5的材料为采用圆盘工具从翅片2侧壁上挤压出，因而不需要增加原换热管的金属耗量。

在翅间槽3底部再加工出槽痕7，在两翅片2中心线的两侧对称设置，该槽痕7为间断槽痕，沿周向宽度k为0.1～1mm，沿轴向宽度l为0.1～0.5mm，平均深度为0.015mm。

在管内同时利用芯头加工出内螺纹6，以强化管内的换热系数，传热管主体1内螺纹6的高度越高，螺纹头数越多，其管内换热强化也越强，但同时会增加管内流体的阻力。本实施例中，内螺纹6的高度h均为0.36mm，与轴线的角度为46°，螺纹头数为38头。可减薄流体传热边界层的厚度，因此可提高对流换热系数，进一步增加总体换。

实施例2

请参阅图5本实施例2外翅特征平面图所示，其他结构同实施例1，只是规格略有不同，且翅片顶端增设齿槽。

换热管外径为19mm，壁厚为1.12mm，采用专用的轧管机并用挤压加工的方式进行，管内和管外同时一体化加工。翅片间的轴向间距为0.627mm，翅壁厚b为0.15mm，翅高f为1.0mm；采用滚花刀，通过挤压翅片壁的材料形成横翅4以及与其连接的侧壁5，横翅4从翅片壁向翅间槽3中心线延伸，横翅4按换热管主体1的周向分布10～100个，横翅4高度d为0.5mm，宽度j为0.1～1mm，侧壁深度e为0.2～0.6mm。

通过滚花刀，进一步加工出平行轴向的翅顶齿槽8，在翅顶齿槽8之间形成了锯齿状或平台状的翅台，该齿槽深为0.01～0.5mm，齿槽宽为0.01～1mm。

实施例3

请参阅图6本实施例之外翅特征平面图所示，其他结构均与实施例2相同，只是翅顶齿槽8为通过滚花刀加工出斜向的翅顶齿槽8，在翅顶齿槽8之间形成了锯齿状的翅台。

实施例4

请参阅图7本发明实施例4轴向剖面示意图所示，其他结构均与实施例1相同，只是横翅4分布在翅片2的不同高度位置。

实施例5

请参阅图8本发明实施例5轴向剖面示意图所示，其他结构均与实施例1相同，只是横翅4仅分布在翅片2的单侧位置。

应用例

如图9本发明在冷凝器中应用例示意图所示，将本发明管主体1固定在换热器9(冷凝器)的管板10上，冷却剂(如水)从水室11的水室入口12流经传热管主体1的管内，与管外制冷剂换热，再从水室11的水室出口13流出；制冷剂气体从制冷剂入口15进入换热器9，被传热管主体1冷却，并在管外壁冷凝为液体，从制冷剂出口14流出换热器，由于制冷剂冷凝放热，本发明管内的冷却剂被加热。由于前述的管主体1的外壁构造有利于强化制冷剂的膜状冷凝换热，从而有效提高了整个换热器的冷凝换热系数。

Claims

1、一种强化冷凝用传热管，包括传热管主体、主体外表面沿周向分布的螺旋或平行翅片、翅片间形成的翅间槽，传热管主体内表面设有内螺纹，其特征在于：所述的翅片壁上沿周向设有相互平行或错开的横翅，形成上翅间槽和下翅间槽，该横翅与翅片壁上的侧壁连接，在翅片壁与侧壁和横翅的相互连接交界处构成转折角。

2、根据权利要求1所述的强化冷凝用传热管，其特征在于：所述的横翅从翅片壁向翅间槽中心线延伸，横翅按传热管主体的周向分布10～100个。

3、根据权利要求1或2所述的强化冷凝用传热管，其特征在于：所述翅片间的轴向间距为0.3～0.7mm，翅壁厚为0.05～0.2mm，翅高为0.7～1.5mm；横翅高度为0.15～0.6mm，宽度为0.1～1mm，侧壁深度为0.2～0.6mm。

4、根据权利要求1或2所述的强化冷凝用传热管，其特征在于：所述的下翅间槽底部设有槽痕，该槽痕为梯形、三角形、矩形、多边形中的一种。

5、根据权利要求4所述的强化冷凝用传热管，其特征在于：所述的槽痕设置在两翅片中心线的对称两侧或偏向一侧或单独一列，槽痕为沿周向的连续槽痕或间断槽痕。

6、根据权利要求5所述的强化冷凝用传热管，其特征在于：所述的槽痕为间断槽痕，沿周向宽度为0.1～1mm，沿轴向宽度为0.1～0.5mm，深度为0.01～0.2mm。

7、根据权利要求1所述的强化冷凝用传热管，其特征在于：所述的翅片顶部设有与翅片平面交角为0～90°的齿槽，该齿槽深为0.01～0.5mm，齿槽宽为0.01～1mm。

8、根据权利要求1～7中任意一项所述的强化冷凝用传热管，其特征在于：所述的内螺纹，其螺纹高度为0.1～0.5mm，头数为8～50头。

9、利用权利要求1～8中的任意一项所述的强化冷凝用传热管，应用于管外为制冷剂相变换热，管内为载冷或冷却液体的换热器，该换热器用于冷水机组或热泵机组，其中，传热管与管板胀接或焊接，构成换热器的一部分。