CN112944992A - 一种换热管、换热器和空调器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种换热管、换热器和空调器，换热管包括：管基体(1)和设置在管基体(1)内壁上的齿主体(2)，齿主体(2)的上端设置两个以上相对设置的侧齿(3)，包括相对设置的第一侧齿(31)和第二侧齿(32)，第一侧齿(31)的顶端朝背离第二侧齿(32)的方向延伸、第二侧齿(32)的顶端朝背离第一侧齿(31)的方向延伸。通过本发明侧齿尖部能有效破坏边界层，并强化流体紊流度，当非相变流体流过换热管内壁时，换热管近壁面处的流体边界层被充分破坏，降低热阻，增强换热，这种提升管内强化性能和降低流体压降的齿型有效增大了管内PEC系数，强化了管内的换热。

Description

一种换热管、换热器和空调器

技术领域

本发明属于换热技术领域，具体涉及一种换热管、换热器和空调器。

背景技术

换热管主要用于促进管内一侧流体同另一侧流体间的换热，通常用于各种传热设备中，如在冷冻、石油化工、食品加工工业中使用的满液式蒸发器、降膜蒸发器、冷凝器和干式蒸发器、吸收式冷冻器，以及单相冷却器和加热器中。在这些应用中使用水、水乙二醇溶液、制冷剂(如R134a、R410A等)、氨、石化液体和其它混合物等。

热量在通过换热管进行传递时，总是存在着一定的阻力，这个阻力称为传热热阻。换热管的总热阻是管内、管外、管壁及污垢热阻的总和，为提高传热效率，总是通过各种方法增强换热，以降低热阻，如增加管内外换热面积等。为降低管内热阻，增强管内换热，常用的方法还有在管内加工螺纹状凸起。通过管内螺纹状凸起(内齿)，能增强管内流体的扰动，破坏流体传热边界层，增加传热面积，从而能够增强管侧换热，降低管内热阻，提高换热管总的换热能力。对于管内相变传热的应用，螺纹状内齿还能提高管内润湿性、增加汽化核心，从而促进管内相变换热。

但是螺纹状内齿结构简单，仅能一次促进流体扰动，换热管制造厂家往往通过调整螺纹状内齿的结构参数来增强扰动，促进传热，但增强效果毕竟有限。为适应“高效节能”换热器设计的要求，进一步提高换热效率，需要对管内换热继续提升换热效率，为此需要改变管内螺纹状内齿的形状及结构，对管内扰动等进一步增强。

由于现有技术中的换热管在单一螺纹内齿一次扰动对换热效果增强作用有限，在“高效节能”换热器设计要求下，需要进一步降低管内热阻，从而增强换热管的传热能力等技术问题，因此本发明研究设计出一种换热管、换热器和空调器。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的换热管存在单一螺纹内齿一次扰动对换热效果增强作用有限的缺陷，从而提供一种换热管、换热器和空调器。

本发明提供一种换热管，其包括：

管基体和设置在所述管基体内壁上的齿主体，所述齿主体的上端设置两个以上相对设置的侧齿，包括相对设置的第一侧齿和第二侧齿，所述第一侧齿的顶端朝背离所述第二侧齿的方向延伸、所述第二侧齿的顶端朝背离所述第一侧齿的方向延伸。

优选地，

所述齿主体和两个所述侧齿形成为纵向截面为“Y”形的Y形齿；和/或，所述第一侧齿和/或所述第二侧齿的自由端为尖端。

优选地，

所述齿主体和所述侧齿形成为一个齿单元，所述齿单元为两个以上，且在相邻的两个齿单元中，一个齿单元中的第一侧齿和另一齿单元中的第二侧齿之间形成半封闭的蒸发腔。

优选地，

在管基体的横截面内，所述齿单元沿周向设有6～90个，周向间距0.1～6mm；和/或，所述齿主体厚度L为0.2～5mm；和/或，所述第一侧齿和所述第二侧齿的齿顶角角度θ为0.05～180°；和/或，所述齿主体的高度h1为0.15～0.6mm；和/或，所述侧齿高度h2为0.05～0.45mm。

优选地，

多个所述齿单元沿螺旋线在所述管基体的内壁上沿着螺旋线进行排布，形成一组螺旋齿。

优选地，

在每排所述螺旋齿中，多个所述齿单元为间断依次排布，两个相邻所述齿单元之间形成有凹槽。

优选地，

所述凹槽的整体高度h3为0.15～0.6mm；和/或，所述凹槽的宽度为0.1～3.0mm。

优选地，

所述螺旋齿的螺旋角β为0～75°，和/或，所述管基体的外壁上排布设置有多排螺旋齿，且多排螺旋齿之间间隔设置。

本发明还提供一种换热器，其包括前任一项所述的换热管。

本发明还提供一种空调器，其包括前任一项所述的换热管或前述的换热器。

本发明提供的一种换热管、换热器和空调器具有如下有益效果：

1.本发明通过在齿主体上形成两个朝两个不同方向延伸的侧齿，内齿成“Y”型，翅片向两侧延伸，并在顶部有凹槽，能够对内部流动流体进一步扰流，侧齿尖部能有效破坏边界层，并强化流体紊流度，当非相变流体流过换热管内壁时，换热管近壁面处的流体边界层被充分破坏，降低热阻，增强换热，这种提升管内强化性能和降低流体压降的齿型有效增大了管内PEC系数，强化了管内的换热，无需再如现有技术中通过增大流速来增强换热，避免了出现压降过大的问题；本发明“Y”型螺纹齿条有间断齿槽，进一步增加了流体流动的额外路径，增强了流体的混合，减少了流体靠近管内表面的边界层堆积。该间断“Y”型强化内齿表面能有效增加换热面积，并使流体在管内发生五次扰动，使紊流程度加剧，并削弱边界层堆积程度，从而较普通螺纹内齿换热能力大幅度增强。

2.本发明还通过在换热管的内壁上通过两个相邻的齿单元中的相邻侧齿之间形成蒸发腔，达到了增大换热管上蒸发腔密度(同面积换热管上蒸发腔分布的密度)的效果，这极利于冷媒的蒸发，提升了该换热管的蒸发强化效率；在冷凝工况时，具有尖端(刺状)结构的两个侧齿有利于刺破冷媒液膜，提高冷凝换热效果；同时在冷凝工况时在周向上有利于冷凝液的排出，降低管壁热阻；从而在制热工况和制冷工况时均能提高换热管的蒸发换热效率和提高换热管的冷凝换热效率。

附图说明

图1为本发明的换热管的局部三维结构图；

图2是图1中O部分的局部放大示意图；

图3为本发明的换热管轴向剖视结构图；

图4为图3中A部分的局部放大结构图；

图5为图3中B部分的局部放大结构图；

图6为本发明的换热管的局部三维结构图(替代实施例)；

图7是图6中C部分的局部放大示意图。

图中附图标记表示为：

1、管基体；2、齿主体；3、侧齿；31、第一侧齿；32、第二侧齿；4、蒸发腔；5、凹槽。

具体实施方式

如图1-7所示，本发明提供一种换热管，其包括：

管基体1和设置在所述管基体1内壁上的齿主体2，所述齿主体2的上端设置两个以上相对设置的侧齿3，包括相对设置的第一侧齿31和第二侧齿32，所述第一侧齿31的顶端朝背离所述第二侧齿32的方向延伸、所述第二侧齿32的顶端朝背离所述第一侧齿31的方向延伸

本发明通过在齿主体上形成两个朝两个不同方向延伸的侧齿，内齿成“Y”型，翅片向两侧延伸，并在顶部有凹槽，能够对内部流动流体进一步扰流，翅片尖部能有效破坏边界层，并强化流体紊流度，当非相变流体流过换热管内壁时，换热管近壁面处的流体边界层被充分破坏，降低热阻，增强换热，这种提升管内强化性能和降低流体压降的齿型有效增大了管内PEC系数，强化了管内的换热，无需再如现有技术中通过增大流速来增强换热，避免了出现压降过大的问题。

优选地，

所述齿主体2和两个所述侧齿3形成为纵向截面为“Y”形的Y形齿；和/或，所述第一侧齿31和/或所述第二侧齿32的自由端为尖端。这是本发明的齿主体与侧齿之间形成的优选结构形式，翅片尖部能有效破坏边界层，并强化流体紊流度，当非相变流体流过换热管内壁时，换热管近壁面处的流体边界层被充分的破坏，降低热阻，增强换热。

优选地，

所述齿主体2和所述侧齿3形成为一个齿单元，所述齿单元为两个以上，且在相邻的两个齿单元中，一个齿单元中的第一侧齿31和另一齿单元中的第二侧齿32之间形成半封闭的蒸发腔4。

本发明还通过在换热管的内壁上通过两个相邻的齿单元中的相邻侧齿之间形成蒸发腔，在相变换热时，达到了增大换热管上蒸发腔密度(同面积换热管上蒸发腔分布的密度)的效果，这极利于冷媒的蒸发，提升了该换热管的蒸发强化效率；在冷凝工况时，具有尖端(刺状)结构的两个侧齿有利于刺破冷媒液膜，提高冷凝换热效果；同时在冷凝工况时在周向上有利于冷凝液的排出，降低管壁热阻；从而在制热工况和制冷工况时均能提高换热管的蒸发换热效率和提高换热管的冷凝换热效率。

优选地，

在管基体的横截面内，所述齿单元沿周向设有6～90个，周向间距0.1～6mm；和/或，所述齿主体2厚度L为0.2～5mm；和/或，所述第一侧齿31和所述第二侧齿32的齿顶角角度θ为0.05～180°；和/或，所述齿主体2的高度h1为0.15～0.6mm；和/或，所述侧齿高度h2为0.05～0.45mm。这是本发明的齿单元、齿主体的齿顶高度、厚度以及夹角的优选尺寸关系，能够有效地增大侧齿间的蒸发腔的空间体积，并且不能使得齿顶之间距离太小而导致流体无法进入蒸发腔中。

优选地，

多个所述齿单元沿螺旋线在所述管基体1的内壁上沿着螺旋线进行排布，形成一组螺旋齿。通过螺旋齿的形式能够使得在换热管外壁沿着螺旋线对流体产生换热增强的作用，即包括蒸发时提供沿螺旋线布置的多个蒸发腔，以及在冷凝时沿着螺旋形布置的多个翅尖，能够分别增强对流体包括蒸发和冷凝在内的换热效果。

优选地，

替代实施例(参见图6-7)，在每排所述螺旋齿中，多个所述齿单元为间断依次排布，两个相邻所述齿单元之间形成有凹槽5。通过螺旋齿的形式能够使得在换热管外壁沿着螺旋线对流体产生换热增强的作用，即包括蒸发时提供沿螺旋线布置的多个蒸发腔，以及在冷凝时沿着螺旋形布置的多个刺尖，能够分别增强对流体包括蒸发和冷凝在内的换热效果。本发明“Y”型螺纹齿条有间断齿槽，进一步增加了流体流动的额外路径，增强了流体的混合，减少了流体靠近管内表面的边界层堆积。该间断“Y”型强化内齿表面能有效增加换热面积，并使流体在管内发生五次扰动，使紊流程度加剧，并削弱边界层堆积程度，从而较普通螺纹内齿换热能力大幅度增强。

优选地，

所述凹槽5的整体高度h3为0.15～0.6mm；和/或，所述凹槽的宽度为0.1～3.0mm。本发明间断的内齿结构改变了换热管的流体的流型，相比连续的内螺纹齿，其将流体的流型由二维流动转变为三维流动，大大增强了流体的湍流程度，强化了换热。同时，齿的间断性降低了内壁对流体的阻力，降低了单管进出口压降，由于采用的是间断齿，相对于连续齿减轻了单根换热管的重量，降低了换热管成本。

优选地，

所述螺旋齿的螺旋角β为0～75°，和/或，所述管基体1的外壁上排布设置有多排螺旋齿，且多排螺旋齿之间间隔设置。这是本发明的多个螺旋齿的优选布置形式，能够通过间隔布置的螺旋齿对流体形成间隔的阻流的作用，并形成旋转流动，从而进一步提高对流体沿轴向方向的蒸发换热效果和冷凝换热效果。

本发明还提供一种换热器，其包括前任一项所述的换热管。本发明通过在齿主体上形成两个朝两个不同方向延伸的侧齿，能够在换热管的内壁上通过两个相邻的齿单元中的相邻侧齿之间形成蒸发腔，达到了增大换热管上蒸发腔密度(同面积换热管上蒸发腔分布的密度)的效果，这极利于冷媒的蒸发，提升了该换热管的蒸发强化效率；在冷凝工况时，具有尖端(刺状)结构的两个侧齿有利于刺破冷媒液膜，提高冷凝换热效果；同时在冷凝工况时在周向上有利于冷凝液的排出，降低管壁热阻；从而在制热工况和制冷工况时均能提高换热管的蒸发换热效率和提高换热管的冷凝换热效率。

本发明还提供一种空调器，其包括前任一项所述的换热管或前述的换热器。

本发明采用以下方案来实现：具有间断“Y”型强化内齿的换热管，包括传热管的管体和管体内侧的翅片(即齿主体)，所述翅片沿轴向螺旋盘绕在管体内，翅片根部与管体相连为一体，其中所述齿主体和侧齿成“Y”型，翅片周向有间隙；“Y”型螺纹翅片沿螺纹有间断翅槽。为增强管内换热，通常采用管内螺纹内齿的形式加强扰动、破坏边界层，但仅靠单一螺纹内齿一次扰动对换热效果增强作用有限，在“高效节能”换热器设计要求下，需要进一步降低管内热阻，从而增强换热管的传热能力。本发明的目的是提供一种新型管内齿形结构的强化换热管，能够进一步增强管内换热。

本发明具有如下益效果：本发明中的内齿与轴向有一定螺旋角度，一定数量的螺纹齿条能使流体在管内螺旋旋转，从而增强扰动，而且一定高度的内齿还能破坏边界层，并增加换热面积从而增强换热；另外内齿成“Y”型，在翅片顶部有“Y”型翅片，翅片向两侧延伸，并在顶部有凹槽，能够对内部流动流体进一步扰流，翅片尖部能有效破坏边界层，并强化流体紊流度；进而，“Y”型螺纹齿条有间断齿槽，增加了流体流动的额外路径，增强了流体的混合，减少了流体靠近管内表面的边界层堆积。该间断“Y”型强化内齿表面能有效增加换热面积，并使流体在管内发生五次扰动，使紊流程度加剧，并削弱边界层堆积程度，从而较普通螺纹内齿换热能力大幅度增强。

在相变传热时，“Y”型内齿还能提供蒸发汽化核心，以及有效刺穿冷凝液膜，从而促进管内制冷剂相变传热性能。管内流体在经过管内“Y”型内齿时，首先沿螺旋线旋转扰动，增强紊流，同时一定高度的“Y”内齿能破坏边界层；“Y”型内齿的两个小翅能进一步对流体进行多次扰动，尖锐小翅能有效刺穿边界层、防止边界层流体堆积；螺旋线上存在的间断凹槽，还能使流体交叉流动，流体流经凹槽时激烈碰撞，进一步增强紊流程度，使管内换热效率增强、管内热阻降低，从而能够提高换热管的总换热效率。

在一具体实施例中，换热管内径16.4mm，“Y”型内齿周向个数45条，整体高度h1为0.4mm，“Y”型翅片高度h2为0.15mm；翅片厚度为0.3mm，翅片角度θ为60°，螺旋角β为45°；螺旋线上凹槽间距1mm，凹槽高度为0.3mm。在管内水单相传热时，经测试，该管型比同参数的普通螺纹内齿管侧换热性能提高约30％。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种换热管，其特征在于：包括：

管基体(1)和设置在所述管基体(1)内壁上的齿主体(2)，所述齿主体(2)的上端设置两个以上相对设置的侧齿(3)，包括相对设置的第一侧齿(31)和第二侧齿(32)，所述第一侧齿(31)的顶端朝背离所述第二侧齿(32)的方向延伸、所述第二侧齿(32)的顶端朝背离所述第一侧齿(31)的方向延伸。

2.根据权利要求1所述的换热管，其特征在于：

所述齿主体(2)和两个所述侧齿(3)形成为纵向截面为“Y”形的Y形齿；和/或，所述第一侧齿(31)和/或所述第二侧齿(32)的自由端为尖端。

3.根据权利要求1或2所述的换热管，其特征在于：

所述齿主体(2)和所述侧齿(3)形成为一个齿单元，所述齿单元为两个以上，且在相邻的两个齿单元中，一个齿单元中的第一侧齿(31)和另一齿单元中的第二侧齿(32)之间形成半封闭的蒸发腔(4)。

4.根据权利要求3所述的换热管，其特征在于：

在管基体的横截面内，所述齿单元沿周向设有6～90个，周向间距0.1～6mm；和/或，所述齿主体(2)厚度L为0.2～5mm；和/或，所述第一侧齿(31)和所述第二侧齿(32)的齿顶角角度θ为0.05～180°；和/或，所述齿主体(2)的高度h1为0.15～0.6mm；和/或，所述侧齿高度h2为0.05～0.45mm。

5.根据权利要求3-4中任一项所述的换热管，其特征在于：

多个所述齿单元沿螺旋线在所述管基体(1)的内壁上沿着螺旋线进行排布，形成一组螺旋齿。

6.根据权利要求5所述的换热管，其特征在于：

在每排所述螺旋齿中，多个所述齿单元为间断依次排布，两个相邻所述齿单元之间形成有凹槽(5)。

7.根据权利要求6所述的换热管，其特征在于：

所述凹槽(5)的整体高度h3为0.15～0.6mm；和/或，所述凹槽的宽度为0.1～3.0mm。

8.根据权利要求5所述的换热管，其特征在于：

所述螺旋齿的螺旋角β为0～75°，和/或，所述管基体(1)的外壁上排布设置有多排螺旋齿，且多排螺旋齿之间间隔设置。

9.一种换热器，其特征在于：包括权利要求1-8中任一项所述的换热管。

10.一种空调器，其特征在于：包括权利要求1-8中任一项所述的换热管或权利要求9所述的换热器。

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