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CN201034436Y - 双重强化的蒸发用传热管 - Google Patents

双重强化的蒸发用传热管 Download PDF

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CN201034436Y CNU2007200682186U CN200720068218U CN201034436Y CN 201034436 Y CN201034436 Y CN 201034436Y CN U2007200682186 U CNU2007200682186 U CN U2007200682186U CN 200720068218 U CN200720068218 U CN 200720068218U CN 201034436 Y CN201034436 Y CN 201034436Y
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罗忠
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Abstract

本实用新型一种双重强化的蒸发用传热管属传热设备技术领域，具体涉及一种管外蒸发传热和管内对流换热性能均得到强化的传热管。一种双重强化的蒸发用传热管，应用在管外为制冷剂蒸发换热，管内为载冷液体的换热器中，管主体(1)包括外翅(11)和内翅(12)，外翅为表面形成螺旋状或平行的翅片(11)，翅片(11)之间构成翅间槽(13)，所述的翅间槽(13)的上部被部份覆盖而形成具有较多孔隙(14)的腔体，其中，管主体(1)外部设有螺旋槽(151)或缩放径(152)结构构成的变径段(15)。本实用新型优越性在于(1)可以用简易的方法二次加工后进一步提高现有满液式蒸发管的传热系数达20％以上；(2)尤其适用于降膜式蒸发器，另一方面提高了制冷剂液膜在外表面的均匀分布，增加了换热管的湿润区域。

Description

双重强化的蒸发用传热管
技术领域
本实用新型一种双重强化的蒸发用传热管属传热设备技术领域，具体涉及一种管外蒸发传热和管内对流换热性能均得到强化的传热管。
背景技术
在制冷与空调用冷冻机中，满液式蒸发器得到了广泛的应用。它们大多为壳管式换热器，这其中，制冷剂在管外蒸发，载冷剂(例如水)在管内受迫流动换热。因为通常制冷剂侧热阻占主要部分，需优先采用强化传热技术，对于蒸发相变传热，有许多专门针对该类工艺过程的传热管。如用于满液式蒸发强化的有美国专利5697430和中国专利02101870.7等，其主要通过机加工在管外表面成翅，滚花，加平滚轮滚压，在管表面形成多孔结构，以提供泡核沸腾的核心，以强化蒸发换热。通常这些传热管也在管内附有内螺纹，以提高管内侧换热性能。这些传热管机理是利用了满液式蒸发中泡核沸腾的特点，例如蒸发管要求尽可能多的制冷剂在表面湿润，并且管表面需提供更多利于泡核沸腾的核心点。
近年来，类似于满液式蒸发器的另一种降膜式蒸发器也得到一定范围的应用，它们采用制冷剂直接分布在换热管表面，并且在管外表面上蒸发。这类换热器对于传热管的要求主要有两个方面：一个是局部的蒸发性能高(类似于传统满液式蒸发器的要求)，另一方面是要求制冷剂在表面能够均匀分布，尽量少的区域被干燥。而传统的满液式蒸发管基本上沉浸在制冷剂液面以下，不存在液膜表面分布的问题。
发明内容
本实用新型需要解决的技术问题是：提出可适用于满液式或降膜式蒸发器的一种双重强化的蒸发用传热管，该种换热管既可强化蒸发换热性能又可同时强化管内紊流对流换热的传热管。
解决本实用新型技术问题的方案是：一种双重强化的蒸发用传热管，应用在管外为制冷剂蒸发换热，管内为载冷液体的换热器中，管主体包括外翅和内翅，外翅为表面形成螺旋状或平行的翅片，翅片之间构成翅间槽，所述的翅间槽的上部被部份覆盖而形成具有较多孔隙的腔体，其中，管主体外部设有螺旋槽或缩放径结构构成的变径段。实现上述解决方案的结构可以通过对现有的满液式蒸发管进行二次加工提高其换热系数，从而提高能效和降低成本。
波纹管、缩放径型异型管均是现有技术中常用强化传热的措施，本实用新型采用简单的加工方法，将两类结构有机结合在一起，进一步强化了传热，并且没有多消耗金属材料。本实用新型的特殊构造设计，使得它在管内形成的内螺纹按复合的螺旋曲面分布，这种情况下，使得内部流体的边界层更易被破坏，紊流换热得到强化；并且按实测的结果，管外的蒸发换热系数也得到了提高。这种二次加工取得的效果不仅仅局限于单相流传热的强化，还包括对于管外蒸发相变换热的强化作用。
在上述技术方案基础上，所述的外翅片间的轴向间距a为0.3～0.7mm，齿壁厚b为0.1～0.5mm，齿高f为0.3～1.5mm。
所述内翅表面各种内螺纹里脊高度为0.1～0.5mm，头数为8～50头。
通常螺旋槽深越深，螺旋槽波纹节距越小，对于管内紊流传热强化的倍数越高，但是水侧阻力也越大。考虑到水侧阻力控制在合理的范围内，比如将相同流速下，将阻力控制在普通内螺纹强化内表面的1.5倍以内，则本实用新型的螺旋槽或缩放径结构的节距e与管主体外径的比值控制在0.25～2之间，深度d与外径比值控制在0.02～0.2之间。
其螺旋槽的旋向与内螺纹旋向一致或相反，螺旋槽的旋向与内螺纹旋向一致时管内阻力较小；可以为单螺旋方向或双螺旋方向，双螺旋形式可用于管内流速较低的场合。
其螺旋线型为连续型或断续型，断续形式对于管内为层流或过度流的换热更有利。
本实用新型换热管因对管主体的二次加工会导致管内流体在高流速范围内阻力增加，但因增加的压降与制冷剂侧无关，因此，可以在传热性能和容许压降之间平衡和优化，另外，也可以采用更大管径的新型传热管或通过采用较低的管内流体设计流速来减少压降。而且，当传热管提高20％的换热系数，则新的换热器设计允许换热管长度减小20％，这对于压降的平衡也是有利的。
本实用新型与现有技术相比有如下的优点和效果：
(1)可以用简易的方法二次加工后进一步提高现有满液式蒸发管的传热系数达20％以上；
(2)尤其适用于降膜式蒸发器，另一方面提高了制冷剂液膜在外表面的均匀分布，增加了换热管的湿润区域。
以下通过附图及实施例详述本实用新型，但不限于实施例所公开的技术方案。
附图说明
图1是本实用新型平面示意图。
图2是本实用新型局部详图A。
图3是本实用新型局部平面图B。
图4是本实用新型局部平面图C。
图5是本实用新型外表实测图。
图6是本实用新型实施例1平面示意图。
图7是本实用新型实施例2平面示意图。
图8是本实用新型实施例3平面示意图。
图9本实用新型使用在满液式蒸发器的应用原理图。
图10是本实用新型使用在降膜式蒸发器的应用原理图。
图中标号：
1--传热管主体      1’--螺旋槽加工前传热管主体
11--外翅           12--内翅          13--翅间槽     14--孔隙
15--变径段         151--螺旋槽       152--缩放径
1511--左旋螺旋槽   1512--右旋螺旋槽
2--制冷剂入口      3--水室出口       4--制冷剂出口
5--制冷剂分布器    6--换热器         7--管板        8--水室
9--水室入口        10--制冷剂循环装置(例如泵)。
具体实施方式
实施例1
本实用新型提出的传热管，采用双重强化的方式，其结构如图1本实用新型平面示意图、图2本实用新型局部详图A、图5是本实用新型外表实测图和6是本实施例1平面示意图所示：
一种双重强化的蒸发用传热管，应用在管外为制冷剂蒸发换热，管内为载冷液体的换热器中，管主体1包括外翅11和内翅12，管主体1材料可选用铜和铜合金材料或其他金属，换热管外径为19mm，壁厚为1.25mm，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。其中，外翅片11顶部经过开槽加工，在管主体1的外表面沿周向分布形成螺旋状或平行的翅片；外翅片11之间沿周向形成翅间槽13；通过采用翅片的材料或外来的材料进行滚压加工及利用材料的延展性，使所述的翅间槽13的上部被部份覆盖而形成具有较多孔隙14的腔体，如图5所示，该表面主要用于满液式蒸发场合；外翅11数为每米1890个，外翅高度为1mm。在管主体1内同时利用芯头加工出内翅12，以强化管内的换热系数，通过二次加工，在管主体1外部形成螺旋槽151或缩放径152结构构成的变径段15。经测试，外表面蒸发传热系数可达到光管的20倍以上。
如图3本实用新型局部平面图B所示，外翅片11间的轴向间距a为0.3～0.7mm，齿壁厚b为0.1～0.5mm，齿高f为0.3～1.5mm。
图4是本实用新型局部平面图C所示，管内利用芯头可同时加工有来复线形式的内螺纹形成内翅12，以强化管内的传热。内螺纹的高度c均为0.36mm，与轴线的角度β为46度，内螺纹头数为38头。因为管主体1内壁增加内翅12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，管内热阻占的比例显著增加，对管内进一步强化，可以有效提高整体的传热系数。管主体的内表面的传热性能与内螺纹的头数及高度成正比，但过多的头数及过高的里脊高度机械加工难度很大，并且也增加了材料，通常内螺纹12里脊高度为0.1～0.5mm，头数为8～50头。
如图6所示，通过对该螺旋槽加工前传热管主体1’再次加工，使管主体1外表面加工出螺旋槽，变径段15的节距e为14mm，节距e与管主体1外径的比值在0.25～2之间；深度d为1.3mm，深度d与外径的比值在0.02～0.2之间。
其螺旋槽151的旋向与内螺纹旋向一致或相反，包括单螺旋线或双螺旋线。
其螺旋线型为连续型或断续型。
采用换热管在制冷剂R134a中蒸发测试时，工况为饱和温度14.6℃，热流密度17kW/m2.K，管内流速为1.6m/s，该实施例比现有技术传热管总体换热系数高出16.5％以上。
实施例2
按图7本实用新型实施例2平面示意图所示，先按与实施例1相同的方法加工出管主体1’，再通过车床或专用设备在主体1’一定距离上收缩外径的缩放径152，其节距e’为15mm，收口深度d’为1mm，这样形成了缩放管的形状，可在管内流速较大的范围内提高管内换热性能。
如图9本实用新型使用在满液式蒸发器的应用原理图所示，将本实用新型管主体1固定在换热器6(蒸发器)的管板7上，载冷剂(如水)从水室8的水室入口9流经实用新型管主体1的管内，与管外制冷剂换热，再从水室8的出口10流出；制冷剂从入口2进入换热器6并浸没了管主体1，在管外壁的加热下蒸发，成为气体后从制冷剂出口4流出换热器6，由于制冷剂蒸发吸热，本实用新型管内的载冷剂被冷却。由于前述的管主体1的外壁构造有利于强化制冷剂的泡核沸腾，而管内构造进一步提高了载冷剂侧紊流换热系数，从而有效提高了总体换热系数；
实施例3
如图8是本实用新型实施例3平面示意图所示，先按与实施例1相同的方法加工出管主体1’，在依次通过车床或专用设备在其上加工出左旋螺旋槽1511及和右旋螺旋槽1512，其节距均为16mm，螺旋槽深度均为1.2mm。
如图10本实用新型使用在降膜式蒸发器的应用原理图，将本实用新型管主体1固定在换热器6(蒸发器)的管板7上，载冷剂(如水)从水室8的水室入口9流经实用新型管主体1的管内，与管外制冷剂换热，再从水室8的水室出口3流出；制冷剂从制冷剂入口2(一部分通过循环装置循环)进入换热器6并通过制冷剂分布器均匀地分布在管主体1，在管外壁的加热下蒸发，成为气体后从制冷剂出口4流出换热器，由于制冷剂降膜蒸发吸热，本实用新型管主体1内的载冷剂被冷却。由于前述的管主体1的外壁构造有利于强化制冷剂的降膜沸腾，管内构造进一步提高了载冷剂侧紊流换热系数，从而有效提高了总体换热系数。

Claims (6)

1.一种双重强化的蒸发用传热管，应用在管外为制冷剂蒸发换热，管内为载冷液体的换热器中，管主体(1)包括外翅(11)和内翅(12)，其中，外翅为表面形成螺旋状或平行的翅片(11)，翅片(11)之间构成翅间槽(13)，所述的翅间槽(13)的上部被部份覆盖而形成具有较多孔隙(14)的腔体，其特征在于：管主体(1)外部设有螺旋槽(151)或缩放径(152)结构构成的变径段(15)。
2.根据权利要求1所述的双重强化的蒸发用传热管，其特征在于外翅片(11)间的轴向间距a为0.3～0.7mm，齿壁厚b为0.1～0.5mm，齿高f为0.3～1.5mm。
3.根据权利要求1所述的双重强化的蒸发用传热管，其特征在于所述内翅(12)表面各种内螺纹里脊高度为0.1～0.5mm，头数为8～50头。
4.根据权利要求1所述的双重强化的蒸发用传热管，其特征在于变径段(15)的节距e与管主体(1)外径的比值为0.25～2之间，深度d与外径的比值为0.02～0.2之间。
5.根据权利要求1所述的双重强化的蒸发用传热管，其特征在于螺旋槽(151)的旋向与内螺纹旋向一致或相反，包括单螺旋线或双螺旋线。
6.根据权利要求5所述的双重强化的蒸发用传热管，其特征在于螺旋线型为连续型或断续型。
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