專利名稱：用于熱水器的螺旋槽換熱管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于熱水器技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及處于在管內(nèi)流動的流體的雷諾數(shù)(Re)低于7000區(qū)域的熱水器用螺旋槽換熱管的結(jié)構(gòu)設(shè)計。
背景技術(shù)：
在空調(diào)、熱水器等熱交換裝置中，通常設(shè)有換熱管，其特征為水等流體在換熱管管內(nèi)流動的同時，利用管內(nèi)外的溫差進(jìn)行熱交換。為提高換熱管的傳熱性能，人們利用在換熱管外壁表面設(shè)有溝槽而換熱管內(nèi)壁為螺旋肋的結(jié)構(gòu)來強(qiáng)化換熱。此外，還有一種通過在換熱管內(nèi)壁表面設(shè)置突起部來提高傳熱性能的技術(shù)。
在換熱管內(nèi)壁表面設(shè)置突起部，由于換熱管的傳熱面積會增大，同時對流體也產(chǎn)生擾動作用，從而導(dǎo)致傳熱面上的傳熱系數(shù)增大，使傳熱性能提高。但是，在換熱管內(nèi)壁表面設(shè)置突起部，則由于管摩擦系數(shù)會增大，管內(nèi)流動的壓力損失也會增大。為此，專利文獻(xiàn)1公開了一種技術(shù)即通過在熱水器換熱管內(nèi)壁表面設(shè)置高度為0.45mm～0.6mm的突起部，來促進(jìn)與制冷劑的熱傳遞，同時抑制壓力損失的擴(kuò)大。另外，專利文獻(xiàn)2還公開了一種技術(shù)即換熱管采用螺旋槽管，來提高傳熱性能的技術(shù)。
日本特公平6-70556[專利文獻(xiàn)2]日本特公平2002-228370但是，當(dāng)換熱管內(nèi)流體的流量很低，管內(nèi)流體的流動狀態(tài)處于由層流區(qū)向紊流區(qū)轉(zhuǎn)化過渡區(qū)時，即使設(shè)置上述專利文獻(xiàn)1所公開的高度為0.45mm～0.6mm的突起部，強(qiáng)化傳熱的效果也是甚微。
例如，如圖1所示的熱泵式熱水器，為了有效地利用收費(fèi)低廉的夜間供電，要花長時間將水從約10℃加熱至約90℃。在此，為確保產(chǎn)品的小型化和高效率，將流經(jīng)熱水器換熱管內(nèi)的水流量設(shè)定為非常小的數(shù)值(比如0.8L/min)。對于管內(nèi)水流量較小的熱水器換熱管，一般采用通過縮小換熱管的內(nèi)徑，提高管內(nèi)的流體速度，從而提高傳熱性能。但是，即便如此，由于管內(nèi)的水流量小，管內(nèi)水流的流動狀態(tài)為在水流入口附近為由層流區(qū)向紊流區(qū)轉(zhuǎn)化過渡區(qū)域(Re＝1500～3000)；即使是在流出口附近，也僅達(dá)到紊流初期的程度(Re＝7000)。同時，在水流入口附近為低溫區(qū)域，由于傳熱系數(shù)低，無法實(shí)現(xiàn)有效的熱交換。
同時，當(dāng)換熱管內(nèi)流體的流量很低，管內(nèi)流體的流動狀態(tài)處于由層流區(qū)向紊流區(qū)轉(zhuǎn)化過渡區(qū)時，通過采用螺旋槽管來提高傳熱性能的效果會較低。并且，螺旋槽管的螺旋內(nèi)肋使管壁邊界形成強(qiáng)紊流，當(dāng)螺旋內(nèi)肋高度較大，會造成摩擦系數(shù)的增大，管內(nèi)流動的壓力損失將增加。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種結(jié)構(gòu)簡單，并在低雷諾數(shù)區(qū)域內(nèi)，既能提高傳熱性能，又確保管內(nèi)的壓力損失較小的熱水器用螺旋槽換熱管。
本發(fā)明提出的第1種熱水器換熱管，是一種在管內(nèi)外進(jìn)行熱交換的熱水器用螺旋槽換熱管，管內(nèi)設(shè)有螺旋內(nèi)肋；在處于管內(nèi)流體的雷諾數(shù)(Re)低于7000區(qū)域的至少一部分的熱水器換熱管內(nèi)壁表面上，設(shè)有多個突起部，該突起部的高度H1為0.5mm～1.5mm的突起部。
采用螺旋槽管作為換熱管，通過螺旋內(nèi)肋形成紊流，可獲取提高傳熱性能的效果。但是，在層流區(qū)以及由層流區(qū)向紊流區(qū)過渡的低雷諾數(shù)區(qū)域中，若只采用螺旋槽管來提高傳熱性能，就必須加增加螺旋內(nèi)肋的高度，而螺旋內(nèi)肋高度的增加會提高管內(nèi)摩擦系數(shù)，由此增大管內(nèi)的壓力損失。
于是，在層流區(qū)以及由層流區(qū)向紊流區(qū)過渡的低雷諾數(shù)區(qū)域、即在處于雷諾數(shù)Re低于7000區(qū)域的管段內(nèi)壁表面，設(shè)置多個向管內(nèi)突起且高度為0.5mm～1.5mm的突起部。其結(jié)果，由于管內(nèi)所設(shè)的突起部，既提高了傳熱系數(shù)，又抑制了螺旋槽的深度，并減小了突起部對管內(nèi)壓力損失所造成的影響，從而使熱水器用螺旋槽換熱管的整體性能得到提高。
本發(fā)明提出的第2種熱水器用螺旋槽換熱管，管內(nèi)設(shè)有螺旋內(nèi)肋；是一種在管內(nèi)外進(jìn)行熱交換的熱水器用螺旋槽換熱管，在處于管內(nèi)流體的雷諾數(shù)Re低于7000區(qū)域的至少一部分的管段內(nèi)壁表面上，設(shè)有多個突起高度H1與內(nèi)徑D的比為0.05～0.15的突起部。
當(dāng)管內(nèi)設(shè)有突起部時，管摩擦系數(shù)為雷諾數(shù)Re和相對粗糙度的函數(shù)，在此，為表現(xiàn)出管內(nèi)突起部對管摩擦系數(shù)的影響，使用了在管內(nèi)所設(shè)突起部的高度與管內(nèi)徑之比值(即相對粗糙度)。在由層流區(qū)向紊流區(qū)過渡的低雷諾數(shù)區(qū)域，通過將管內(nèi)壁面的相對粗糙度控制在規(guī)定范圍內(nèi)，就可實(shí)現(xiàn)提高傳熱效果、又將由壓力損失所帶來的影響抑制在最小限度的效果。
為此，在層流區(qū)以及由層流區(qū)向紊流區(qū)過渡的低雷諾數(shù)區(qū)域、即在處于雷諾數(shù)(Re)低于7000區(qū)域的管段內(nèi)壁表面，設(shè)置多個突起高度H1與管內(nèi)徑D的比為0.05～0.15的突起部。其結(jié)果，由于管內(nèi)所設(shè)的突起部，既提高了傳熱系數(shù)，又減小了突起部對管內(nèi)壓力損失所造成的影響，從而使熱水器用螺旋槽換熱管的整體性能得到提高。
本發(fā)明提出的第3種熱水器用螺旋槽換熱管，是一種用于熱水器的熱交換器上，并在管內(nèi)外進(jìn)行熱交換的換熱管，管內(nèi)設(shè)有螺旋內(nèi)肋；在處于管內(nèi)流體的雷諾數(shù)(Re)低于7000區(qū)域的至少一部分的熱水器換熱管內(nèi)壁表面上，設(shè)有多個突起部，其突起高度H1為螺旋內(nèi)肋高度Hm的1～3倍。
當(dāng)具有螺旋槽的換熱管管內(nèi)設(shè)突起部時，通過突起高度H1和螺旋內(nèi)肋高度Hm提高傳熱效果的同時，有必要將壓力損失所造成的影響抑制到最低限度。雷諾數(shù)(Re)低于7000區(qū)域的低雷諾數(shù)區(qū)域中，設(shè)有多個突起高度H1為螺旋內(nèi)肋高度Hm的1～3倍的突起部時，通過螺旋槽管及管內(nèi)所設(shè)的突起部，可提高傳熱系數(shù)的同時，抑制螺旋槽的深度，并且減小突起部對管內(nèi)壓力損失所造成的影響，使熱水器用螺旋槽換熱管的整體性能得到提高。
本發(fā)明提出的第4種熱水器用螺旋槽換熱管，是一種用于熱水器的熱交換器上，并在管內(nèi)外進(jìn)行熱交換的換熱管，管內(nèi)設(shè)有螺旋內(nèi)肋；在處于管內(nèi)流體的雷諾數(shù)(Re)低于7000區(qū)域的至少一部分的熱水器換熱管內(nèi)壁表面上，設(shè)有多個突起部，并且將多個突起部之間的間隔(P1)與螺旋槽的螺距(Pm)設(shè)定為不同值。當(dāng)突起部與螺旋槽設(shè)置在重疊位置時，管內(nèi)的摩擦系數(shù)會變高，管內(nèi)的壓力損失有可能急速增加。在此，通過將突起部之間的間隔(P1)與螺旋槽的螺距(Pm)設(shè)定為不同值，以使突起部與螺旋槽的位置不重疊，可減少管內(nèi)中壓力損失的急速增加。
本發(fā)明提出的第5種熱水器用螺旋槽換熱管，是一種用于熱水器的熱交換器上，并在管內(nèi)外進(jìn)行熱交換的熱水器換熱管；管內(nèi)設(shè)有螺旋內(nèi)肋；在管內(nèi)流動的流體為水，并且在處于流體進(jìn)口處附近的管段內(nèi)壁表面，設(shè)有多個突起高度H1為0.5mm～1.5mm的突起部。
用于熱水器的熱交換器上的熱水器換熱管進(jìn)口處附近的水流的流動狀態(tài)屬于層流區(qū)以及/或者由層流區(qū)向紊流區(qū)過渡轉(zhuǎn)化的區(qū)域。同時、因熱水器換熱管水流進(jìn)口附近的水溫較低、傳熱系數(shù)也低。在本發(fā)明中，至少在處于水進(jìn)口處附近的管段內(nèi)壁表面，設(shè)置多個突起高度H1為0.5mm～1.5mm的突起部，以期獲得通過在管內(nèi)設(shè)置突起部而提高傳熱系數(shù)的效果。其結(jié)果，由于管內(nèi)所設(shè)的突起部，既提高了傳熱系數(shù)，又減小了突起部對管內(nèi)壓力損失所造成的影響，從而使熱水器換熱管的整體性能得到提高。
本發(fā)明提出的第6種熱水器用螺旋槽換熱管，是一種用于熱水器的熱交換器上，并在管內(nèi)外進(jìn)行熱交換的熱水器換熱管；管內(nèi)設(shè)有螺旋內(nèi)肋；在管內(nèi)流動的流體為水，并且在處于流體進(jìn)口處附近的管段內(nèi)壁表面，設(shè)置多個突起高度H1與管內(nèi)徑D的比為0.05～0.15的突起部。
用于熱水器的熱交換器中，熱水器換熱管進(jìn)口處附近的水流的流動狀態(tài)屬于層流區(qū)以及/或者由層流區(qū)向紊流區(qū)過渡轉(zhuǎn)化的區(qū)域。同時、因熱水器換熱管水流進(jìn)口附近的水溫較低、傳熱系數(shù)也低。在此，在該用于熱水器的熱交換器中，至少在處于水進(jìn)口處附近的換熱管內(nèi)壁表面，設(shè)置多個突起高度H1與管內(nèi)徑D的比為0.05～0.15的突起部。其結(jié)果，由于管內(nèi)所設(shè)的突起部，既提高了傳熱系數(shù)，又減小了突起部對管內(nèi)壓力損失所造成的影響，從而使熱水器用螺旋槽換熱管的整體性能得到提高。
本發(fā)明提出的第7種熱水器用螺旋槽換熱管，是一種用于熱水器的熱交換器上，并在管內(nèi)外進(jìn)行熱交換的熱水器換熱管；管內(nèi)設(shè)有螺旋內(nèi)肋；在管內(nèi)流動的流體為水，并且在處于流體進(jìn)口處附近的管段內(nèi)壁表面，設(shè)置多個突起部，其突起高度H1與螺旋內(nèi)肋高度Hm比為1～3。
熱水器換熱管進(jìn)口處附近的水流的流動狀態(tài)屬于層流區(qū)以及/或者由層流區(qū)向紊流區(qū)過渡轉(zhuǎn)化的區(qū)域。同時、因熱水器換熱管水流進(jìn)口附近的水溫較低、傳熱系數(shù)也低。在此，在設(shè)有螺旋槽的換熱管內(nèi)設(shè)置突起部，提高傳熱系數(shù)。但是，在設(shè)有螺旋槽的換熱管內(nèi)設(shè)置突起部時，有必要通過突起高度H1與螺旋內(nèi)肋高度Hm提高傳熱效果的同時，壓力損失所造成的影響抑制到最低限度。在雷諾數(shù)(Re)低于7000的低雷諾數(shù)區(qū)域中，多個突起部的突起高度H1與螺旋內(nèi)肋高度Hm比為1～3時，由于螺旋槽管及管內(nèi)所設(shè)的突起部，在提高傳熱系數(shù)的同時可抑制螺旋槽的深度，從而減小了突起部對管內(nèi)壓力損失所造成的影響，使熱水器用螺旋槽換熱管的整體性能得到提高。
本發(fā)明提出的第8種熱水器用螺旋槽換熱管，是一種用于熱水器的熱交換器上，并在管內(nèi)外進(jìn)行熱交換的換熱管，管內(nèi)設(shè)有螺旋內(nèi)肋；在管內(nèi)流動的流體為水，并且在處于流體進(jìn)口處附近的管段內(nèi)壁表面上設(shè)有多個突起部，提高傳熱系數(shù)。但是，當(dāng)突起部與螺旋槽設(shè)置在重疊位置時，管內(nèi)的摩擦系數(shù)會變高，管內(nèi)的壓力損失有可能急速增加。在此，將突起部之間的間隔(P1)與螺旋槽的螺距(Pm)設(shè)定為不同值。通過使突起部與螺旋槽的位置不重疊，可減少管內(nèi)中壓力損失的急速增加。
本發(fā)明中提出的第9種熱水器用螺旋槽換熱管為，在所述第1種至第8發(fā)明中的任意一種熱水器用螺旋槽換熱管中，在管內(nèi)流動的流體的流速為0.1m/s～0.6m/s。若熱水器用螺旋槽換熱管管內(nèi)流動的流體的流速最適為0.2m/s～0.4m/s范圍。在管內(nèi)流動的流體的流速低于0.1m/s時，換熱管的傳熱性能非常低。而在管內(nèi)流動的流體的流速高于0.6m/s時，導(dǎo)致螺旋槽管內(nèi)摩擦系數(shù)增加，管內(nèi)的壓力損失增大。由此，在管內(nèi)流動的流體的流速采用0.1m/s～0.6m/s。其結(jié)果，由于螺旋槽與管內(nèi)所設(shè)的突起部，既提高了傳熱系數(shù)，又減小了突起部對管內(nèi)壓力損失所造成的影響，從而使熱水器換熱管的整體性能得到提高。
本發(fā)明提出的第10種熱水器用螺旋槽換熱管為，在所述第1種至第8種發(fā)明中的任意一種熱水器用螺旋槽換熱管中，在突起部任意高度的橫截面形狀可為由圓形，橢圓形或近似圓形等平滑曲線所組成。
作為螺旋槽管內(nèi)突起部對管內(nèi)流體壓力損失的影響要素，除了螺旋內(nèi)肋高度、管內(nèi)流體的雷諾數(shù)、速度、突起部的高度以外，還應(yīng)包括突起部的形狀。當(dāng)突起部形狀為銳角狀時，繞過銳角的水流會產(chǎn)生漩渦，從而使流體的壓力損失變大。
因此，突起部采用以下形狀即在突起部任意高度的橫截面形狀由圓形，橢圓形或近似圓形等平滑曲線所組成。換而言之，由于突起部外側(cè)周邊表面由平滑的曲線組成，與突起部形狀為銳角時相比，可減少脫離漩渦的產(chǎn)生，從而抑制由于管內(nèi)流體的壓力損失所造成的影響，提高熱水器換熱管的整體性能。
本發(fā)明提出的第11種熱水器用螺旋槽換熱管為，在所述第1種至第8種發(fā)明中的任意一種熱水器用螺旋槽換熱管中，在處于流體出口處附近區(qū)域的管段內(nèi)，不設(shè)有突起部，即該管段內(nèi)壁為平滑表面。
在熱水器換熱管的流體出口處，因?yàn)榱黧w的溫度較高，假如流體為水時，管段內(nèi)壁表面有可能附著水垢。如果在此區(qū)域設(shè)置突起部，可能會導(dǎo)致因?yàn)橥黄鸩康拇嬖诜炊觿∷父街暮蠊?。因此，在處于流體溫度較高的流體出口附近的區(qū)域，可通過使用不帶突起部的管子、比如平滑光管，來抑制水垢的產(chǎn)生。
本發(fā)明提出的第12種熱水器用螺旋槽換熱管為，在所述第1種至第8種發(fā)明中的任意一種熱水器用螺旋槽換熱管中，其管段內(nèi)壁表面可為帶內(nèi)肋的表面，所述螺旋內(nèi)肋的高度低于所述突起部的高度H1。
在低雷諾數(shù)區(qū)域，設(shè)于螺旋槽換熱管內(nèi)壁表面的突起部之中、小突起部比起大突起部更有助于傳熱系數(shù)的提高，因此，通過螺旋槽管內(nèi)壁設(shè)置高度高于螺旋內(nèi)肋高度的突起部，以期提高傳熱效果；另一方面，在高雷諾數(shù)區(qū)域，低于突起部高度的螺旋內(nèi)肋更有助于傳熱系數(shù)的提高，因此，在高雷諾數(shù)區(qū)域，通過使用管段內(nèi)壁表面螺旋內(nèi)肋低于突起部高度的帶螺旋內(nèi)肋管，可進(jìn)一步提高熱水器螺旋槽換熱管的傳熱性能。
本發(fā)明提出的第13種熱水器用螺旋槽換熱管為，在所述第1種至第8種發(fā)明中的任意一種熱水器用螺旋槽換熱管中，多個突起部可沿與管軸線平行的方向設(shè)置。
通過沿管軸方向設(shè)置突起部，可以連續(xù)發(fā)生強(qiáng)化傳熱效果。同時，由于流體順管軸方向直線流動，可減小壓力損失的增加，提高熱水器換熱管整體性能。
本發(fā)明提出的第14種熱水器用螺旋槽換熱管為，在所述第1種至第8種發(fā)明中的任意一種熱水器用螺旋槽換熱管中，多個突起部以螺旋狀設(shè)置。通過以螺旋狀設(shè)置突起部，使管內(nèi)流體的流動產(chǎn)生回旋，延長流體在管內(nèi)的通過長度，從而進(jìn)一步提高傳熱性能。
本發(fā)明提出的第15種熱水器用螺旋槽換熱管為，在所述第1種至第8種發(fā)明中的任意一種熱水器用螺旋槽換熱管中，多個突起部可設(shè)置在沿管道直徑方向成對的位置上。
通過將突起部設(shè)置在沿管道直徑方向成對的位置上，可減少突起部附近的橫截面面積，促進(jìn)流體的混合，從而進(jìn)一步提高傳熱性能。
本發(fā)明提出的第16種熱水器用螺旋槽換熱管為，在所述第1種至第8種發(fā)明中的任意一種熱水器換用螺旋槽熱管中，多個突起部間的間隔P與換熱管內(nèi)徑D的比可為0.5～10。
當(dāng)突起部間的間隔P與換熱管內(nèi)徑D的比為0.5以下時，雖然可獲得強(qiáng)化傳熱效果，但在流體上游一側(cè)，由于突起部的影響，壓力損失會擴(kuò)大。而當(dāng)突起部間的間隔P與換熱管內(nèi)徑D的比為10以上時，強(qiáng)化傳熱效果會減小。
在此，通過將突起部間的間隔P與換熱管內(nèi)徑D的比設(shè)定為0.5～10，既保持強(qiáng)化傳熱效果，又減少壓力損失的增加，從而提高熱水器換熱管的整體性能。
本發(fā)明提出的第17種熱水器用螺旋槽換熱管為，在所述第1種至第8種發(fā)明中的任意一種熱水器用螺旋槽換熱管中，在所述多個突起部之間，還可設(shè)有突起高度H2小于0.5mm的小突起部。
雖然，在低雷諾數(shù)區(qū)域，大突起部比小突起部更有助于傳熱系數(shù)的提高；但是，在高雷諾數(shù)區(qū)域，小突起部比起大突起部更有助于提高傳熱系數(shù)。在此，通過在大的突起部之間，設(shè)置小的突起部，以期獲得一種相輔相成的效果，即在雷諾數(shù)低的區(qū)域，通過大突起部提高傳熱性能，在雷諾數(shù)高的區(qū)域，則通過小突起部提高傳熱性能，并由此提高熱交換器的整體性能。
本發(fā)明提出的第18種熱水器用螺旋槽換熱管為，在所述第1種至第8種發(fā)明中的任意一種熱水器用螺旋槽換熱管中，在管段內(nèi)壁表面上，存在未設(shè)有突起部的平滑部。
在沒有突起部的平面部，換熱管內(nèi)的橫截面面積為最大。即在設(shè)有突起部和沒設(shè)突起部之間的管段內(nèi)壁表面形狀的變化最大，傳熱性能得以提高。另一方面，當(dāng)換熱管內(nèi)壁表面不存在平面部時，其效果就會變得如同熱水器換熱管內(nèi)徑被縮小一樣，通過流速加快可獲得強(qiáng)化傳熱效果，但管內(nèi)的壓力損失會變增大。
本發(fā)明提出的第19種熱水器用螺旋槽換熱管為，在所述第1種至第8種發(fā)明中的任意一種熱水器用螺旋槽換熱管中，所述突起部為通過從管外部施加外力而形成，且在直線部形成突起部，而在曲線部則不形成突起部。
當(dāng)采用從外部施加外力的方式在換熱管內(nèi)壁表面形成突起部時，通常為管段外壁面呈現(xiàn)凹陷的同時，在相對應(yīng)的管段內(nèi)壁表面會形成向管內(nèi)突起的突起部。此外，一般來說，換熱管包括有直線部分和曲線部分。而在曲線部分管段，除存在直線部分也存在的管內(nèi)壓力損失外，還存在由于管段彎曲而出現(xiàn)的附加性的壓力損失。如果在曲線部分的內(nèi)壁表面再設(shè)置突起部，曲線部分所具有的壓力損失還可能進(jìn)一步增大；同時，在進(jìn)行彎曲作業(yè)的過程中，在換熱管外壁面的凹陷部位有可能會發(fā)生巨大變形和破損。因此，在直線部管段設(shè)置了突起部，而在曲線部管段沒有設(shè)置突起部。
本發(fā)明提出的第20種熱水器用螺旋槽換熱管為，在所述第1種至第8種發(fā)明中的任意一種熱水器用螺旋槽換熱管中，所述突起部可通過從管外部施加外力而形成，在曲線部的管段上，與彎曲面相交叉的管段內(nèi)則不設(shè)置突起部。
在換熱管的曲線部，與彎曲面相交叉部分的變形量為最大。因此，在換熱管的曲線部，與彎曲面相交叉的管段區(qū)域沒有設(shè)置突起部。例如，當(dāng)換熱管按水平面被彎曲時，在與曲線部的水平面相交叉的管段區(qū)域，就不設(shè)置突起部。
本發(fā)明提出的第21種熱水器用螺旋槽換熱管為，在所述第1種至第8種發(fā)明中的任意一種熱水器用螺旋槽換熱管中，為流動向所述流體提供熱量的第二流體，所述換熱管外部可設(shè)有第二換熱管；所述換熱管的外壁面與所述第二換熱管相接觸；所述突起部可通過擠壓外壁面而在管內(nèi)壁面形成，且形成于所述換熱管與第二換熱管接觸部之外的位置。
在此，由于所述管內(nèi)壁面上的突起部是通過擠壓外壁面而形成，在與內(nèi)壁面形成突起部的部位相對應(yīng)的外壁面上會形成凹陷。在與第二換熱管接觸部位形成突起部。換而言之，如果在所述換熱管的外壁面形成凹陷時，所述換熱管與第二換熱管的接觸不好，從第二換熱管帶來的傳熱效果會降低。因此，通過在與第二換熱管接觸的管段區(qū)域不設(shè)置突起部，可防止降低由第二換熱管所帶來的傳熱效果。


圖1為采用本發(fā)明的螺旋槽換熱管的熱泵式熱水器的實(shí)施例整體結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為圖1中的水熱交換器的示意圖。
圖3為圖2中的螺旋槽換熱管的示意圖。
圖4為螺旋槽換熱管管內(nèi)流動雷諾數(shù)值的坐標(biāo)圖。
圖5(a)為螺旋槽換熱管的剖面?zhèn)纫晥D。
(b)為圖5(a)的A-A剖視圖。
(c)為圖5(b)的B-B剖視圖。
圖6為實(shí)驗(yàn)1結(jié)果的坐標(biāo)圖。
圖7為實(shí)驗(yàn)2結(jié)果的坐標(biāo)圖。
圖8為實(shí)驗(yàn)3結(jié)果的坐標(biāo)圖。
圖9為實(shí)驗(yàn)4結(jié)果的坐標(biāo)圖。
圖10為實(shí)施例1的螺旋槽換熱管平面圖。
圖11為實(shí)施例2的螺旋槽換熱管平面圖。
圖12(a)為實(shí)施例3的螺旋槽換熱管平面圖。
(b)為實(shí)施例3的螺旋槽換熱管側(cè)視圖。
圖13為實(shí)施例4的螺旋槽換熱管平面圖。
圖14為實(shí)施例5的螺旋槽換熱管平面圖。
(a)為實(shí)施例5的螺旋槽換熱管平面圖。
(b)為實(shí)施例5的螺旋槽換熱管側(cè)視圖。
圖15為實(shí)施例6的螺旋槽換熱管平面圖。
圖16為實(shí)施例7的螺旋槽換熱管平面圖。
圖17為實(shí)施例8的螺旋槽換熱管平面圖。
圖18為實(shí)施例9的螺旋槽換熱管平面圖。
圖19(a)為實(shí)施例10的螺旋槽換熱管平面圖。
(b)為實(shí)施例10的螺旋槽換熱管側(cè)視圖。
圖20為實(shí)施例11的螺旋槽換熱管平面圖。
圖21
(a)螺旋槽換熱管側(cè)視圖。
(b)高鰭換熱管側(cè)視圖。
(c)花紋狀換熱管側(cè)視圖。
符號說明1供熱循環(huán)系統(tǒng)100熱泵式熱水器2制冷劑循環(huán)系統(tǒng)311水流入口312水流出口313，413，513，613突起部315小突起部316，416，516，616螺旋內(nèi)肋644微翅/肋具體實(shí)施方式
下面，結(jié)合附圖及實(shí)施例詳細(xì)說明本發(fā)明提出的一種熱水器用螺旋槽換熱管。
圖1為一種采用本發(fā)明的螺旋槽換熱管的熱泵式熱水器的實(shí)施例整體結(jié)構(gòu)圖。圖中，熱泵式熱水器具有蓄熱部分1和熱泵部分2兩組設(shè)備。蓄熱部分1由以下設(shè)備依次按順序連接構(gòu)成自來水管11、蓄熱水罐12、循環(huán)水泵13、供水管3、構(gòu)成水熱交換器30的螺旋槽換熱管31、溫水管16、混合閥17、供熱管18。在此，自來水由供水管11供應(yīng)到蓄熱水罐12；通過循環(huán)水泵13將溫度較低的水從蓄熱水罐12的底部，提供給水熱交換器30的螺旋槽換熱管31進(jìn)行加熱；被加熱后的溫水流入蓄熱水罐的上部；由蓄熱水罐12的上部經(jīng)過溫水管16排出的高溫溫水，再通過混合閥17，與混合水管19的冷水進(jìn)行混合；通過這個混合閥17，調(diào)節(jié)供熱水的溫度，再經(jīng)過供熱管18提供給用戶。
其次，熱泵部分2擁有制冷劑循環(huán)回路，該制冷劑循環(huán)回路通過制冷劑管32，依次按順序連接以下設(shè)備構(gòu)成壓縮機(jī)21、水熱交換器30、膨脹閥23、空氣熱交換器24。制冷劑經(jīng)過壓縮機(jī)21高壓壓縮后，被送至水熱交換器30；在水熱交換器中完成熱交換的制冷劑，通過膨脹閥23，提供給空氣熱交換器24；制冷劑在吸收周圍的熱量后，被還流至壓縮機(jī)21。
圖2為上述熱泵式熱水器中水熱交換器30的示意圖。如圖2所示，水熱交換器30由螺旋槽換熱管31和制冷劑管31構(gòu)成。螺旋槽換熱管31的形狀為在同一平面上盤旋成長圓狀，并形成水通道W。制冷劑管32按螺旋狀纏繞在換熱管31的外周，形成冷卻通道R。并且，將盤旋狀螺旋槽換熱管31的外周一側(cè)設(shè)定為水流入口311，將螺旋槽換熱管31的中心一側(cè)設(shè)定為水流出口312。在水熱交換器30中，制冷劑管32中的制冷劑在制冷劑流入322從A22方向流入并放熱；其后，在制冷劑流出口321從A21方向流出。在水流入口311處從A11方向供給的自來水，通過該熱量進(jìn)行加熱，成為溫水后在水流出口312處流向A12。
其次，對螺旋槽換熱管31進(jìn)行說明。如圖3所示，在螺旋槽換熱管31的管段內(nèi)壁表面形成高度為Hm的螺旋槽316，并在管軸方向上下對稱地設(shè)置有多個高度為H1的突起部313。在圖3中，從紙面方向看，只表示出設(shè)置在上方的突起部313。在本實(shí)施例中，換熱管31水流入口311處的水溫設(shè)定為10℃、水流出口312處的水溫設(shè)定為90℃。在此，螺旋槽換熱管內(nèi)的水流量為0.8L/min。同時，螺旋槽換熱管的外徑最佳為8mm～14mm(內(nèi)徑為6mm～12mm)范圍內(nèi)。
螺旋槽換熱管31的管內(nèi)流動的雷諾數(shù)Re如圖4所示，螺旋槽換熱管31水流入口處311的雷諾數(shù)Re約為2000，管內(nèi)流動為層流區(qū)。隨著水的流動，從流入口311流入的水與圖2中所示的制冷劑管32進(jìn)行熱交換，水溫會升高。由于水溫上升，水的粘性系數(shù)變小，雷諾數(shù)Re逐漸增大。在圖4中，水流出口312處的雷諾數(shù)Re約為7000，管內(nèi)流動處于從層流向紊流過渡轉(zhuǎn)移區(qū)域。在此，為驗(yàn)證螺旋槽換熱管31管段內(nèi)壁表面所設(shè)多個突起部313在不同情況下對傳熱性能的提高以及壓力損失所造成的影響，特進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)(1)實(shí)驗(yàn)1圖5(a)為螺旋槽換熱管31的剖面?zhèn)纫晥D。在實(shí)驗(yàn)1中，在管內(nèi)徑D為8mm的管段內(nèi)壁表面，設(shè)置有螺距Pm為10mm、深度為Hm的螺旋槽，同時按管軸方向間隔P為15mm，上下對稱設(shè)置高度H1為1.0mm的突起部。圖5(b)為圖5(a)的A-A剖視圖，圖5(c)是圖5(b)的B-B剖視圖。從圖5(a)和圖5(b)中可知，突起部313是通過從外部擠壓而內(nèi)壁表面形成的。同時，從圖5(c)可知，突起部313的橫斷面圖的形狀為橢圓形。此外，螺旋槽換熱管31的內(nèi)壁表面還存在未設(shè)突起部的平面部31a。
圖6(a)表示的是以下兩種情況下的傳熱性能即在管內(nèi)為層流區(qū)以及從層流區(qū)向紊流區(qū)過渡的低雷諾數(shù)區(qū)域的各雷諾數(shù)Re的條件下，采用未設(shè)突起部的螺旋槽管和采用設(shè)置有螺旋內(nèi)肋高度Hm+突起高度H1為1.2mm的螺旋槽管時的情況。在此，X軸表示的是雷諾數(shù)Re的數(shù)值。Y軸表示的是設(shè)有突起部313螺旋槽換熱管以及未設(shè)突起部的螺旋槽換熱管的努塞爾數(shù)Nu和平滑管的努塞爾數(shù)Nuo之比(Nu/Nuo)。在此，努塞爾數(shù)作為體現(xiàn)熱量從固體壁面向流體傳遞性能指標(biāo)對傳熱系數(shù)數(shù)值進(jìn)行了無量綱化，其數(shù)值越大，由固體壁面向流體的熱量傳遞越容易。因此，Nu/Nuo的比值越大，由突起部以及螺旋槽而帶來的換熱管強(qiáng)化傳熱效果越大。實(shí)線和虛線分別表示的是設(shè)置有突起部313的螺旋槽換熱管和未設(shè)置有突起部的螺旋槽換熱管狀態(tài)下的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。從圖6(a)可知，未設(shè)置有突起部的螺旋槽換熱管的傳熱效果與雷諾數(shù)無關(guān)，約為平滑管的3倍。而設(shè)置有高度H1為1.2mm的突起部313的情況下，當(dāng)雷諾數(shù)Re為4000以下時，通過突起部313而獲得的強(qiáng)化傳熱的效果比較明顯；而當(dāng)雷諾數(shù)Re為4000以上時，通過在管段內(nèi)壁表面設(shè)置突起部313所獲得的強(qiáng)化傳熱的效果則比較緩慢。
圖6(b)表示的是以下情況下管內(nèi)壓力損失的變化情況即在管內(nèi)為層流區(qū)以及發(fā)生從層流區(qū)向紊流區(qū)過渡轉(zhuǎn)化的低雷諾數(shù)區(qū)域的各雷諾數(shù)Re的條件下，采用未設(shè)突起部的螺旋槽管和采用設(shè)置有螺旋內(nèi)肋高度Hm+突起高度H1為1.2mm的螺旋槽管時管內(nèi)壓力損失隨雷諾數(shù)Re的變化情況。在此，X軸表示的是雷諾數(shù)Re的數(shù)值。Y軸表示的是設(shè)有突起部313螺旋槽換熱管31的范寧摩擦系數(shù)f和未設(shè)突起部的平滑管的范寧摩擦系數(shù)fo之比(f/fo)。在此，范寧摩擦系數(shù)為表示管內(nèi)壓力損失的無量綱量，其數(shù)值越大，管內(nèi)的壓力損失也越大。因此，f/fo的比值越大，管內(nèi)的水壓損失也會變得越大。實(shí)線和虛線分別表示的是設(shè)置有突起部313的螺旋槽換熱管和未設(shè)置有突起部的平滑管狀態(tài)下的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。從圖6(b)可知，當(dāng)雷諾數(shù)Re為7000以下時，由設(shè)置在管段內(nèi)壁表面的突起部313而帶來的管內(nèi)壓力損失的增大部分，會基本保持穩(wěn)定。
(2)實(shí)驗(yàn)2在實(shí)驗(yàn)2中，為確認(rèn)突起部313的設(shè)定高度H1對傳熱性能及管內(nèi)的壓力損失所造成的影響，在調(diào)整管段內(nèi)壁表面突起部313的高度H1的條件下實(shí)施了實(shí)驗(yàn)。圖7(a)表示的是在管內(nèi)徑為8mm的換熱管內(nèi)，按管軸方向間隔為15mm，上下對稱設(shè)置高度H1不同的突起部時的傳熱性能。在此，X軸表示的是突起部313高度H1的數(shù)值。Y軸表示的是設(shè)有突起部313螺旋槽換熱管31的努塞爾數(shù)Nu和未設(shè)突起部的平滑管的努塞爾數(shù)Nuo之比(Nu/Nuo)。實(shí)線和虛線分別表示的是雷諾數(shù)Re為4000和2000狀態(tài)下的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。從圖7(a)可知，當(dāng)雷諾數(shù)Re為4000和2000時，均顯示為突起部313高度H1越高，傳熱性能的提高也越顯著。
圖7(b)表示的是管內(nèi)壓力損失的變化情況。在此，X軸表示的是設(shè)有突起部313螺旋槽換熱管31的范寧摩擦系數(shù)f和未設(shè)有突起部的平滑管的范寧摩擦系數(shù)fo之比值(f/fo)。實(shí)線和虛線分別表示的是雷諾數(shù)Re為4000和2000狀態(tài)下的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。從圖7(b)可知，當(dāng)雷諾數(shù)Re為4000和2000時，均顯示為突起部313高度H1越高，管內(nèi)的壓力損失越大。特別是，H1變?yōu)?.0mm以上時，管內(nèi)壓力損失的增加尤為突出。
圖7(c)表示的是在管內(nèi)徑為8mm的換熱管內(nèi)，以15mm間隔(按管軸方向)，上下對稱設(shè)置高度H1不同的突起部時的換熱管整體性能。也就是說，它表示的是對傳熱性能提高和抑制壓力損失進(jìn)行綜合考慮后的性能。在此，X軸表示的是突起部高度H1的數(shù)值。Y軸表示的是下列兩種比值相除后的數(shù)值，即用設(shè)有突起部換熱管的范寧摩擦系數(shù)f和未設(shè)有突起部的平滑管的范寧摩擦系數(shù)fo之比值(f/fo)，除以設(shè)有突起部換熱管的努塞爾數(shù)Nu和未設(shè)有突起部平滑管的努塞爾數(shù)Nuo之比值(Nu/Nuo)后的數(shù)值。如上所述，Nu/Nuo的比值越大，傳熱性能提高程度越高；f/fo的比值越大，則管內(nèi)的水壓損失越大。因此，以f/fo比值除以Nu/Nuo比值后的數(shù)值越大，可以獲得既可提高傳熱性能，同時還可抑制由突起部所造成的對管內(nèi)壓力損失的影響，從而使得熱水器換熱管整體性能得到提高。
在圖7(c)中，實(shí)線和虛線分別表示的是，雷諾數(shù)Re為4000和2000狀態(tài)下的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。從圖7(c)可知，當(dāng)雷諾數(shù)Re為2000，設(shè)置在熱水器換熱管內(nèi)壁表面的突起部高度為0.79mm時，以f/fo比值除以Nu/Nuo比值后的得到的數(shù)值為最大，當(dāng)突起部高度超過2.0mm時，其數(shù)值明顯變小。也就是說，在低雷諾數(shù)區(qū)域，當(dāng)突起部的高度在0.5mm～1.5mm的范圍內(nèi)時，可使得熱水器換熱管整體性能得以提高。特別是，將突起部高度設(shè)定在0.5mm～0.79mm的范圍內(nèi)為宜。
(3)實(shí)驗(yàn)3在實(shí)驗(yàn)3中，沒有直接將突起部313的高度H1作為指標(biāo)，而是將相對粗糙度(H1/D)作為指標(biāo)。為了確認(rèn)相對粗糙度(H1/D)對傳熱性能和管內(nèi)流動的壓力損失所造成的影響，在調(diào)整相對粗度(H1/D)的條件下實(shí)施了實(shí)驗(yàn)。圖8(a)表示的是當(dāng)雷諾數(shù)Re為2000和4000狀態(tài)時，具有不同相對粗糙度(H1/D)的螺旋槽換熱管傳熱性能的結(jié)果。在此，X軸表示的是相對粗糙度(H1/D)的數(shù)值。Y軸表示的是設(shè)有突起部313的螺旋槽換熱管31的努塞爾數(shù)Nu和未設(shè)突起部的平滑管努塞爾數(shù)Nuo之比值(Nu/Nuo)。從圖8(a)可知，突起部的相對粗糙度(H1/D)越大，傳熱性能提高得越顯著。此外，從圖8(a)的虛線可知，在雷諾數(shù)2000的狀態(tài)下，當(dāng)相對粗糙度(H1/D)數(shù)值為0.1以下時，由突起部所帶來的強(qiáng)化傳熱的效果甚微。
圖8(b)表示的是管內(nèi)壓力損失的變化情況。在此，X軸表示的是相對粗糙度(H1/D)的數(shù)值。Y軸表示的是設(shè)有突起部313的螺旋槽換熱管的范寧摩擦系數(shù)f和未設(shè)有突起部的平滑管的范寧摩擦系數(shù)fo之比值(f/fo)。實(shí)線和虛線分別表示的是雷諾數(shù)Re為4000和2000狀態(tài)下的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。從圖8(b)可知，當(dāng)雷諾數(shù)Re為4000和2000時，均顯示為突起部313高度H1/D越高，管內(nèi)的壓力損失越大。特別是，H1/D為0.12以上時，管內(nèi)壓力損失的增加尤為突出。
圖8(c)表示的是具有不同相對粗糙度(H1/D)的螺旋槽換熱管的傳熱性能的結(jié)果。在此，X軸表示的是相對粗糙度(H1/D)的數(shù)值。Y軸表示的是下列兩種比值相除后的數(shù)值，即用設(shè)有突起部換熱管的范寧摩擦系數(shù)f和未設(shè)有突起部的平滑管的范寧摩擦系數(shù)fo之比值(f/fo)，除以設(shè)有突起部換熱管的努塞爾數(shù)Nu和未設(shè)有突起部平滑管的努塞爾數(shù)Nuo之比值(Nu/Nuo)后的數(shù)值。如上所述，Nu/Nuo的比值越大，傳熱性能提高得越顯著；f/fo的比值越大，則管內(nèi)的水壓損失也越大。因此，以f/fo比值除以Nu/Nuo比值后的數(shù)值越大，可以獲得即可提高傳熱性能，同時還可抑制由突起部所造成的對管內(nèi)壓力損失的影響，從而使得換熱管整體性能得到提高。從圖8(c)可知，當(dāng)雷諾數(shù)Re為2000，設(shè)置在換熱管內(nèi)壁表面的突起部的相對粗糙度(H1/D)為0.1時，以f/fo比值除以Nu/Nuo比值為最大，當(dāng)突起部的相對粗糙度(H1/D)超過0.20時，其數(shù)值明顯變小。也就是說，在低雷諾數(shù)Re區(qū)域，當(dāng)突起部的相對粗糙度(H1/D)在0.05～0.15的范圍內(nèi)時，可使得換熱管整體性能得以提高。特別是，突起部的相對粗糙度(H1/D)設(shè)定在0.05～0.15的范圍內(nèi)為宜。
(4)實(shí)驗(yàn)4在實(shí)驗(yàn)4中，不僅把突起部313的高度作為指標(biāo)，還把突起部的突起高度H1與螺旋內(nèi)肋高度Hm之比(H1/Hm)作為指標(biāo)。為了確認(rèn)該相對高度(H1/Hm)對傳熱性能和管內(nèi)流動的壓力損失所造成的影響，在調(diào)整相對高度(H1/Hm)的條件下實(shí)施了實(shí)驗(yàn)。圖9(a)表示的是當(dāng)雷諾數(shù)Re為2000和4000狀態(tài)時，具有不同相對高度(H1/Hm)的螺旋槽換熱管時的傳熱性能的結(jié)果。在此，X軸表示的是相對高度(H1/Hm)的數(shù)值。Y軸表示的是設(shè)有突起部313的螺旋槽換熱管31的努塞爾數(shù)Nu和未設(shè)突起部的平滑管努塞爾數(shù)Nuo之比值(Nu/Nuo)。從圖9(a)可知，突起部的相對高度(H1/Hm)越大，傳熱性能提高得越顯著。此外，從圖9(a)的虛線可知，在雷諾數(shù)2000的狀態(tài)下，當(dāng)相對高度(H1/Hm)數(shù)值為0.5以下時，由突起部所帶來的強(qiáng)化傳熱的效果甚微。
圖9(b)表示的是管內(nèi)壓力損失的變化情況。在此，X軸表示的是相對高度(H1/Hm)的數(shù)值。Y軸表示的設(shè)有突起部313的螺旋槽換熱管31的范寧摩擦系數(shù)f和未設(shè)有突起部的平滑管的范寧摩擦系數(shù)fo之比值(f/fo)。實(shí)線和虛線分別表示的是雷諾數(shù)Re為4000和2000狀態(tài)下的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。從圖9(b)可知，當(dāng)雷諾數(shù)Re為4000和2000時，均顯示為突起部313d的相對高度(H1/Hm)越高，管內(nèi)的壓力損失越大。特別是，突起部的相對高度(H1/Hm)為1.8以上時，管內(nèi)壓力損失的增加尤為突出。
圖9(c)表示的是突起部具有不同相對高度(H1/Hm)的情況下?lián)Q熱管整體性能的結(jié)果。在此，X軸表示的是相對高度(H1/Hm)的數(shù)值。Y軸表示的是下列兩種比值相除后的數(shù)值，即用設(shè)有突起部換熱管的范寧摩擦系數(shù)f和未設(shè)有突起部的平滑管的范寧摩擦系數(shù)fo之比值(f/fo)，除以設(shè)有突起部換熱管的努塞爾數(shù)Nu和未設(shè)有突起部平滑管的努塞爾數(shù)Nuo之比值(Nu/Nuo)后的數(shù)值。從圖9(c)可知，當(dāng)雷諾數(shù)Re為2000，設(shè)置在換熱管內(nèi)壁表面的突起部的相對高度(H1/Hm)為1.8時，以f/fo比值除以Nu/Nuo比值為最大，當(dāng)突起部的相對高度(H1/Hm)超過3.0時，其數(shù)值明顯變小。也就是說，在低雷諾數(shù)Re區(qū)域，當(dāng)突起部的相對高度(H1/Hm)在1.0～3.0的范圍內(nèi)時，可使得換熱管整體性能得以提高。特別是，突起部的相對高度(H1/Hm)設(shè)定在1.0～2.0的范圍內(nèi)為宜。
本發(fā)明的熱水器用螺旋槽換熱管結(jié)構(gòu)的各種變化通過以下實(shí)施例進(jìn)一步說明如下(下面各實(shí)施例中管內(nèi)徑D、螺旋螺旋內(nèi)肋高度Hm、突起部高度H1、H2及突起部的間隔、溝槽深度等參數(shù)的數(shù)值只是用于舉例而以，本發(fā)明在權(quán)利要求書中所要求保護(hù)的各參數(shù)的數(shù)值范圍·及上述實(shí)驗(yàn)中各種取值均可用于下面各實(shí)施例中)實(shí)施例1實(shí)施例1中所采用的螺旋槽換熱管31的構(gòu)造，如圖10所示。如圖10(a)所示，在管內(nèi)徑D為8mm的平滑管41內(nèi)，按管軸方向間隔Pm為10mm，設(shè)有高度Hm為0.5mm的螺旋內(nèi)肋416。如圖10(b)所示，按管軸方向間隔為15mm，上下對稱設(shè)有高度H1為1mm的突起部413。在此，通過對多數(shù)突起部的間隔(P1)和螺旋槽的螺距(Pm)設(shè)定不同值，將突起部與螺旋槽設(shè)置在不重疊的位置上，從而可抑制管內(nèi)壓力損失的急劇增加。
實(shí)施例2
在本實(shí)施例2的螺旋槽換熱管51中，如圖11所示，在高度H1為1.0mm的突起部513之間，設(shè)置有高度H2為0.3mm的小突起部515。圖中，516為螺旋槽，51a為平滑部。雖然在低雷諾數(shù)區(qū)域，大的突起部比小的突起部更有助于提高傳熱系數(shù)，但在高雷諾數(shù)區(qū)域，則是小的突起部比大的突起部更有助于提高傳熱系數(shù)。在此，通過在高度H1為1.0mm的突起部513之間設(shè)置高度H2為0.3mm的小突起部515，就可以獲得一種相輔相成效果，即在雷諾數(shù)較低區(qū)域，通過螺旋槽516和突起部513來提高傳熱性能，在雷諾數(shù)較高區(qū)域，則通過螺旋槽516和小突起部515來提高傳熱性能，并由此使熱交換器整體性能得到提高。
實(shí)施例3如圖12所示，實(shí)施例3中所采用的螺旋槽換熱管61，在管內(nèi)壁表面沿螺旋C1設(shè)置突起部613。圖12(a)為螺旋槽換熱管61的平面圖，圖12(b)為螺旋槽換熱管61的側(cè)視圖。在此，突起部613的高度H1為1.0mm、圓周方向的間隔P1為6mm、管軸方向的間隔P2為6mm。
實(shí)施例4如圖13所示，在實(shí)施例4中所采用的螺旋槽換熱管63是，在設(shè)有深度為0.5mm的螺旋槽636的換熱管中，包括設(shè)有突起部633的區(qū)域63a和未設(shè)有突起部的平滑面區(qū)域63b。在此，未設(shè)有突起部的平滑面區(qū)域63b為位于水流出口632的附近的區(qū)域。在換熱管63的水流出口632附近，作為流體的水的溫度較高，有可能在管壁上形成水垢。如果在這樣的區(qū)域設(shè)置突起部，則可能會加劇水垢的附著。因此，對處于水溫較高的水流出口632附近的區(qū)域63b，可通過不設(shè)置突起部，來抑制水垢的產(chǎn)生。
實(shí)施例5如圖14所示，實(shí)施例5中所采用螺旋槽換熱管64的特征為在設(shè)有高度為0.5mm的螺旋內(nèi)肋646和高度為0.2mm的微翅/肋644的內(nèi)壁，按管軸方向間隔為15mm，上下對稱設(shè)有高度H1為1.0mm的突起部643。在此，螺旋內(nèi)肋646以粗實(shí)線表示，微翅/肋644以細(xì)實(shí)線表示。通過在帶有微翅/肋644的管內(nèi)設(shè)置突起部643，可獲得由螺旋內(nèi)肋646、微翅/肋644和突起部643共設(shè)所帶來的相輔相成效果，以提高換熱管整體性能。
實(shí)施例6如圖15所示，在實(shí)施例6所使用的螺旋槽換熱管65，由區(qū)域65a和區(qū)域65b構(gòu)成。在處于水流出口652附近的區(qū)域65b，采用未設(shè)有突起部的螺旋槽換熱管，其它區(qū)域65a，在設(shè)有高度為0.5mm的螺旋槽656和深度為0.2mm的微翅/肋654的帶槽管內(nèi)，設(shè)置有高度為1.0mm的突起部653。螺旋內(nèi)肋656以粗實(shí)線，微翅/肋654以細(xì)實(shí)線表示。由此，既可獲得由螺旋內(nèi)肋656、微翅/肋654和突起部653共設(shè)所帶來的相輔相成效果即提高換熱管整體性能。
實(shí)施例7如圖16所示，在實(shí)施例7所采用的螺旋槽換熱管66，由區(qū)域66a、區(qū)域66b、區(qū)域66c等三個區(qū)域構(gòu)成。對于從水流入口661到管內(nèi)雷諾數(shù)Re低于4000的區(qū)域66a，采用以下特征的熱水器換熱管，即在設(shè)有高度為0.5mm的螺旋內(nèi)肋666和高度為0.2mm的微翅/肋664的管內(nèi)，設(shè)置高度為1.0mm的突起部663；對處于水流出口662附近的區(qū)域66c，采用設(shè)有高度為0.5mm的螺旋內(nèi)肋666的螺旋槽管；在區(qū)域66a和區(qū)域66c之間，采用設(shè)有高度為0.5mm的螺旋內(nèi)肋666和高度為0.2mm的微翅/肋664的換熱管66b。在此，螺旋內(nèi)肋666以粗實(shí)線，微翅/肋664以細(xì)實(shí)線表示。由此，獲得一種相輔相成效果在雷諾數(shù)較低區(qū)域，通過突起部663和微翅/肋664與螺旋內(nèi)肋666來提高傳熱性能，在雷諾數(shù)較高區(qū)域，則通過微翅/肋664和螺旋內(nèi)肋666來提高傳熱性能，從而使熱交換器的整體性能得到提高。同時，高的水流出口662附近區(qū)域66c中，通過螺旋內(nèi)肋666還可抑制水垢的發(fā)生。
實(shí)施例8如圖17所示，在實(shí)施例8所采用的換熱管67，由區(qū)域67a、區(qū)域67b、區(qū)域67c等三個區(qū)域構(gòu)成。對于從水流入口671到管內(nèi)雷諾數(shù)Re低于4000的區(qū)域67a，采用設(shè)有高度為0.5mm的螺旋內(nèi)肋676和高度為1.0mm的突起部673的換熱管；對處于水流出口672附近的區(qū)域67c，采用設(shè)有高度為0.5mm的螺旋內(nèi)肋676的螺旋槽換熱管；在區(qū)域67a和區(qū)域67c之間，采用設(shè)有高度為0.5mm的螺旋內(nèi)肋676和高度為0.2mm的微翅/肋674的換熱管67b。在此，螺旋內(nèi)肋676以粗實(shí)線，微翅/肋674以細(xì)實(shí)線表示。由此，可獲得一種相輔相成效果，即在雷諾數(shù)較低區(qū)域，通過螺旋內(nèi)肋676和突起部673來提高傳熱性能，在雷諾數(shù)較高區(qū)域，則通過螺旋內(nèi)肋676和微翅/肋674來提高傳熱性能，從而使熱交換器的整體性能得到提高。同時，在水溫較高的水流出口672附近區(qū)域67c中，通過螺旋內(nèi)肋676還可抑制水垢的發(fā)生。
實(shí)施例9如圖18所示，在實(shí)施例9中所采用的螺旋槽換熱管68的特征為在直線部684管內(nèi)設(shè)有突起部683，但在曲線部B1～B7(圖中虛線框部分)管內(nèi)未設(shè)突起部。這樣，既可避免由于在曲線部B1～B7管段內(nèi)壁表面設(shè)置突起部而造成的管內(nèi)壓力損失的增大，也可避免在實(shí)施彎曲作業(yè)過程中發(fā)生大規(guī)模變形和破損，圖中686為螺旋內(nèi)肋，681為水流入口，682為水流出口。
實(shí)施例10圖19(a)為實(shí)施例10所采用的螺旋槽換熱管69的平面圖，圖19(b)則是螺旋槽換熱管69的側(cè)視圖。在此，在直線部694的管段內(nèi)壁設(shè)有突起部693，而在曲線部C-C處，在與彎曲面S1相交叉的管段內(nèi)壁695沒有設(shè)置突起部，圖中696為螺旋內(nèi)肋，691為水流入口，692為水流出口。
實(shí)施例11
如圖20所示，在實(shí)施例11中所采用的螺旋槽換熱管70的特征為，在螺旋槽換熱管的外壁面71和制冷劑管72的接觸部位未設(shè)突起部。如果在與制冷劑管72的纏繞部位相對應(yīng)的換熱管外壁面設(shè)有凹陷，則制冷劑管72與換熱管外壁面71的接觸不良，有可能降低從制冷劑管72的傳熱效果。因此，通過在沒有纏繞制冷劑管72的換熱管管段部位內(nèi)設(shè)置突起部713，可防止制從冷劑管72的傳熱效果的降低。
其他在上述實(shí)驗(yàn)及實(shí)施例中，如圖21(a)所示，采用了在帶有螺旋槽的螺旋槽換熱管中設(shè)有突起部的換熱管。此外，可采用如圖21(b)所示的在高鰭管上設(shè)有突起部的換熱管，亦可采用如圖21(c)所示的在花狀管上設(shè)有突起部的換熱管。
權(quán)利要求
1.一種用于熱水器的螺旋槽換熱管，在管內(nèi)外進(jìn)行熱交換，其特征在于管內(nèi)設(shè)有螺旋內(nèi)肋；在處于管內(nèi)流體的雷諾數(shù)Re低于7000區(qū)域的至少一部分的管段內(nèi)壁表面，設(shè)有多個突起部，該突起部的高度H1為0.5mm～1.5mm。
2.一種用于熱水器的螺旋槽換熱管，在管內(nèi)外進(jìn)行熱交換，其特征在于管內(nèi)設(shè)有螺旋內(nèi)肋；在處于管內(nèi)流體的雷諾數(shù)Re低于7000區(qū)域的至少一部分的管段內(nèi)壁表面，設(shè)有多個突起部，該突起部的高度H1與內(nèi)徑D的比為H1∶D＝1∶0.05～0.15。
3.一種用于熱水器的螺旋槽換熱管，在管內(nèi)外進(jìn)行熱交換，其特征在于管內(nèi)設(shè)有螺旋內(nèi)肋；在處于管內(nèi)流體的雷諾數(shù)(Re)低于7000區(qū)域的至少一部分的管段內(nèi)壁表面，設(shè)有多個突起部，該突起部的高度H1與螺旋內(nèi)肋高度Hm的比為H1∶Hm＝1∶1～3。
4.一種用于熱水器的螺旋槽換熱管，在管內(nèi)外進(jìn)行熱交換，其特征在于管內(nèi)設(shè)有螺旋內(nèi)肋；在處于管內(nèi)流體的雷諾R低于7000區(qū)域的至少一部分的管段內(nèi)壁表面，設(shè)有多個突起部，所述多個突起部間的間隔(P1)與所述螺旋槽的槽距Pm為不同值。
5.一種用于熱水器的螺旋槽換熱管，使用在熱水器的熱交換器上，并在管內(nèi)外進(jìn)行熱交換，其特征在于管內(nèi)設(shè)有螺旋內(nèi)肋；在管內(nèi)流動的流體為水，且在處于流體進(jìn)口處附近的管段內(nèi)壁表面，設(shè)有多個突起部，該突起部的高度H1為0.5mm～1.5mm。
6.一種用于熱水器的螺旋槽換熱管，使用在熱水器上的熱交換器上，并在管內(nèi)外進(jìn)行熱交換，其特征在于管內(nèi)設(shè)有螺旋內(nèi)肋；在管內(nèi)流動的流體為水，且在處于流體進(jìn)口處附近的管段內(nèi)壁表面，設(shè)有多個突起部，該突起部的高度H1與內(nèi)徑D的比為H1∶D＝1∶0.05～0.15。
7.一種用于熱水器的螺旋槽換熱管，使用在熱水器上的熱交換器上，并在管內(nèi)外進(jìn)行熱交換，其特征在于管內(nèi)設(shè)有螺旋內(nèi)肋；在管內(nèi)流動的流體為水，且在處于流體進(jìn)口處附近的管段內(nèi)壁表面，設(shè)有多個突起部，該突起部的高度H1與螺旋內(nèi)肋高度Hm的比為H1∶Hm＝1∶1～3。
8.一種用于熱水器的螺旋槽換熱管，使用在熱水器上的熱交換器上，并在管內(nèi)外進(jìn)行熱交換，其特征在于管內(nèi)設(shè)有螺旋內(nèi)肋；在管內(nèi)流動的流體為水，且在處于流體進(jìn)口處附近的管段內(nèi)壁表面，設(shè)有多個突起部，所述多個突起部間的間隔P1與所述螺旋槽的槽距Pm為不同值。
9.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3、4、5、6、7或8所述的一種用于熱水器的螺旋槽換熱管，其特征在于在所述管內(nèi)流動的流體的流速為0.1m/s～0.6m/s。
10.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3、4、5、6、7或8所述的一種用于熱水器的螺旋槽換熱管，其特征在于所述突起部的橫截面形狀為圓形、橢圓形或由近似圓形的平滑曲線所組成的形狀。
11.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3、4、5、6、7或8所述的一種用于熱水器的螺旋槽換熱管，其特征在于在處于流體出口處附近區(qū)域的管段內(nèi)壁為平滑表面。
12.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3、4、5、6、7或8所述的一種用于熱水器的螺旋槽換熱管，其特征在于所述內(nèi)肋的高度低于所述突起部的高度H1。
13.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3、4、5、6、7或8所述的一種用于熱水器的螺旋槽換熱管，其特征在于在所述管段內(nèi)壁沿與管軸線平行的方向設(shè)所述多個突起部。
14.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3、4、5、6、7或8所述的一種用于熱水器的螺旋槽換熱管，其特征在于在所述管段內(nèi)壁沿螺旋方向設(shè)所述多個突起部。
15.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3、4、5、6、7或8所述的一種用于熱水器的螺旋槽換熱管，其特征在于所述管段內(nèi)壁沿管道直徑方向成對的位置設(shè)所述多個突起部。
16.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3、4、5、6、7或8所述的一種用于熱水器的螺旋槽換熱管，其特征在于所述多個突起部間的間隔L與內(nèi)徑D的比為LD＝0.5～10。
17.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3、4、5、6、7或8所述的一種用于熱水器的螺旋槽換熱管，其特征在于在所述多個突起部之間，還設(shè)有突起高度H2小于0.5mm的小突起部。
18.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3、4、5、6、7或8所述的一種用于熱水器的螺旋槽換熱管，其特征在于在所述管段內(nèi)壁表面上，處于設(shè)有突起部的兩段內(nèi)壁之間的一段管內(nèi)壁為平滑面。
19.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3、4、5、6、7或8所述的一種用于熱水器的螺旋槽換熱管，其特征在于所述突起部是通過從管外部施加外力而形成，且在直線部管段內(nèi)壁設(shè)有所述突起部，在曲線部管段內(nèi)壁為平滑面。
20.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3、4、5、6、7或8所述的一種用于熱水器的螺旋槽換熱管，其特征在于所述突起部是通過從管外部施加外力而形成，在曲線部的管段上與彎曲面相交叉的管段內(nèi)壁為平滑面。
21.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3、4、5、6、7或8所述的一種用于熱水器的螺旋槽換熱管，其特征在于所述用于熱水器的螺旋槽換熱管外部設(shè)有第二換熱管，在所述第二換熱管內(nèi)流動的第二流體與所述流體進(jìn)行熱交換，所述用于熱水器的螺旋槽換熱管的外壁面與所述第二換熱管相接觸，所述管內(nèi)壁面上的突起部是通過按壓外壁面而形成，且所述用于熱水器的螺旋槽換熱管與第二換熱管接觸位置的內(nèi)管壁為平滑面。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于熱水器的螺旋槽換熱管，屬于熱水器技術(shù)領(lǐng)域，該螺旋槽換熱管用于在管內(nèi)外進(jìn)行熱交換，管內(nèi)設(shè)有螺旋內(nèi)肋；在處于管內(nèi)流體的雷諾數(shù)Re低于7000區(qū)域的至少一部分的管段內(nèi)壁表面或在處于流體進(jìn)口處附近的管段內(nèi)壁表面，設(shè)有多個突起部，該突起部的高度H1為0.5mm～1.5mm；或該突起部的高度H1與內(nèi)徑D的比為0.05～0.15；或突起部的高度H1與螺旋內(nèi)肋高度Hm的比為1～3。本發(fā)明的特點(diǎn)為利用簡單的結(jié)構(gòu)，可在低雷諾數(shù)區(qū)域，既可提高傳熱性能，又可確保管內(nèi)的壓力損失較小。
文檔編號F28F1/40GK1924507SQ20061011302
公開日2007年3月7日 申請日期2006年9月8日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月8日
發(fā)明者李志信, 孟繼安, 沼田光春, 笠井一成 申請人:清華大學(xué), 大金工業(yè)株式會社