專利名稱：蒸發(fā)傳熱管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及傳熱設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及蒸發(fā)傳熱管技術(shù)領(lǐng)域，具體是指一種蒸發(fā)傳熱管，用來強(qiáng)化提高滿液式蒸發(fā)器和降膜式蒸發(fā)器的熱交換性能。
背景技術(shù)：
在制冷與空調(diào)用冷凍機(jī)中，滿液式蒸發(fā)器得到了廣泛的應(yīng)用。它們大多為殼管式換熱器，這其中，制冷劑在管外蒸發(fā)相變換熱，載冷劑或冷卻劑(例如水)在管內(nèi)流動(dòng)換熱。因?yàn)橹评鋭﹤?cè)熱阻占主要部分，需要采用強(qiáng)化換熱技術(shù)，對(duì)于蒸發(fā)相變傳熱，有許多專門針對(duì)該類工藝過程的傳熱管。傳統(tǒng)的用于滿液式蒸發(fā)強(qiáng)化表面的傳熱管結(jié)構(gòu)如圖1 圖3所示，其主要原理是利用滿液式蒸發(fā)中泡核沸騰的機(jī)理，通過機(jī)械加工在管主體5的外表面成翅，滾花，平滾輪滾壓，在管主體5的外表面上形成多孔結(jié)構(gòu)或者翅間槽2等，從而提供泡核沸騰的核心，以強(qiáng)化蒸發(fā)換熱。

傳統(tǒng)傳熱管結(jié)構(gòu)描述如下，管主體5的外表面上沿周向分布有螺旋狀延伸或彼此平行的外翅片1，彼此相鄰的外翅片I之間沿周向形成翅間槽2，同時(shí)管主體5的內(nèi)表面分布有來復(fù)線式的內(nèi)螺紋3，具體如圖1所示。進(jìn)一步的，現(xiàn)有技術(shù)中為了形成蒸發(fā)管所需的多孔表面，通常在外翅片I頂部開槽，并且在頂部滾壓，利用翅頂材料彎曲或平展在翅間槽2頂部形成具有較小的開口 4的覆蓋，這種帶有開口 4的頂部覆蓋的翅間槽2有利于泡核沸騰換熱，具體結(jié)構(gòu)如圖2和圖3所示。按圖1加工和制造的傳熱管的參數(shù)如下:管主體5的材料可選用銅和銅合金材料或其他金屬，傳熱管外徑為16 30mm,壁厚為I 1.5mm,采用專用的軋管機(jī)并用擠壓加工的方式進(jìn)行，管內(nèi)和管外同時(shí)一體化加工。管主體5的外表面上加工了沿周向的螺旋的外翅片I和相鄰的螺旋的外翅片I之間的翅間槽2 ;管外表面的外翅片I間的軸向間距P為0.4 0.7mm(P為某一外翅片I的壁厚中心點(diǎn)到相鄰另一外翅片I的壁厚中心點(diǎn)的距離)，翅壁厚為0.10 0.35mm，翅高為0.5 2mm。進(jìn)一步的，加工完圖1所示的傳熱管后，采用滾花刀，通過擠壓外翅片I頂部的材料可以形成切槽,再通過切槽底部材料的延伸形成相對(duì)封閉(帶有開口 4)的翅間槽2的結(jié)構(gòu)，如圖2和圖3所示。通常傳熱管要求盡可能多的制冷劑在表面濕潤，并且管表面需提供更多利于泡核沸騰的汽化核心點(diǎn)(加工管的外表面所形成的凹槽或者裂縫)。目前，隨著制冷空調(diào)工業(yè)的發(fā)展，對(duì)蒸發(fā)器的換熱效率也提出了更高的要求，并且要求在更低的傳熱溫差下實(shí)現(xiàn)泡核沸騰換熱，通常較低傳熱溫差下，蒸發(fā)換熱類型為對(duì)流沸騰，此時(shí)要實(shí)現(xiàn)具有明顯氣泡的泡核沸騰，傳熱管的表面結(jié)構(gòu)則需進(jìn)一步優(yōu)化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服了上述現(xiàn)有技術(shù)中的缺點(diǎn)，提供一種蒸發(fā)傳熱管，該蒸發(fā)傳熱管設(shè)計(jì)巧妙，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔，使得管外表面與管外液體之間的沸騰系數(shù)得到顯著提高、沸騰換熱得到顯著強(qiáng)化，適于大規(guī)模推廣應(yīng)用。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的蒸發(fā)傳熱管，包括管主體，所述管主體的外表面上間隔設(shè)置有外翅片，彼此相鄰的外翅片之間形成翅間槽，其特點(diǎn)是，所述蒸發(fā)傳熱管還包括臺(tái)階狀結(jié)構(gòu)，所述臺(tái)階狀結(jié)構(gòu)分別貼合所述翅間槽的底面和其中一個(gè)側(cè)壁，所述臺(tái)階狀結(jié)構(gòu)包括第一表面、第二表面和至少一個(gè)由兩表面相交形成的凸緣，所述第一表面和所述第二表面分別與所述側(cè)壁和所述底面相交。較佳地，所述第一表面和所述側(cè)壁形成尖銳轉(zhuǎn)角，所述尖銳轉(zhuǎn)角的曲率半徑是O到 0.0lmnin較佳地，所述第二表面和所述底面形成尖銳轉(zhuǎn)角，所述尖銳轉(zhuǎn)角的曲率半徑是O到 0.0lmnin較佳地，所述 凸緣為尖銳轉(zhuǎn)角，所述尖銳轉(zhuǎn)角的曲率半徑是O到0.01_。較佳地，所述第一表面和所述側(cè)壁形成的角度< 90°，或所述第二表面和所述底面形成的角度<90°。更佳地，所述第一表面和所述側(cè)壁形成的角度為30° 70°，或所述第二表面和所述底面形成的角度為30° 70°。較佳地，所述臺(tái)階狀結(jié)構(gòu)的橫截面為三角形、四邊形、五邊形或階梯形。較佳地，所述臺(tái)階狀結(jié)構(gòu)的高度為0.05mm 0.25mm,寬度為0.05mm 0.20mm.。較佳地，所述臺(tái)階狀結(jié)構(gòu)的高度Hr與所述翅間槽的高度H滿足下列關(guān)系:Hr/H > 0.2。較佳地，所述臺(tái)階狀結(jié)構(gòu)的數(shù)目為2以上，間隔分布在所述翅間槽的一側(cè)或兩側(cè)。較佳地，所述凸緣由所述第一表面和所述第二表面相交形成。較佳地，所述臺(tái)階狀結(jié)構(gòu)還包括相互連接的第三表面和第四表面，所述凸緣的數(shù)目為2，分別由所述第一表面和所述第三表面相交而成以及由所述第四表面和所述第二表面相交而成。較佳地，所述外翅片在所述管主體的外表面上沿所述管主體的周向螺旋狀延伸分布或彼此平行分布，所述翅間槽沿所述管主體的周向形成。較佳地，所述外翅片具有橫向延伸部，所述橫向延伸部由所述外翅片的頂部橫向延伸形成。較佳地，所述管主體的內(nèi)表面設(shè)置有內(nèi)螺紋。本發(fā)明的有益效果具體在于:本發(fā)明的蒸發(fā)傳熱管包括管主體和臺(tái)階狀結(jié)構(gòu)，所述管主體的外表面上間隔設(shè)置有外翅片，彼此相鄰的外翅片之間形成翅間槽，所述臺(tái)階狀結(jié)構(gòu)分別貼合所述翅間槽的底面和其中一個(gè)側(cè)壁，所述臺(tái)階狀結(jié)構(gòu)包括第一表面、第二表面和至少一個(gè)由兩表面相交形成的凸緣，所述第一表面和所述第二表面分別與所述側(cè)壁和所述底面相交，從而第一表面和側(cè)壁之間形成的狹縫、第二表面和側(cè)壁之間形成的狹縫以及凸緣可以使得冷凝液膜變薄，有利于增加蒸發(fā)腔體底部的泡核核心，形成泡核沸騰所需的氣化核心，強(qiáng)化泡核沸騰換熱，同時(shí)增加了換熱面積，從而使得蒸發(fā)換熱系數(shù)在較低的溫差下顯著提高，設(shè)計(jì)巧妙，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔，使得管外表面與管外液體之間的沸騰系數(shù)得到顯著提高、沸騰換熱得到顯著強(qiáng)化，適于大規(guī)模推廣應(yīng)用。


圖1是傳統(tǒng)的具有翅片的傳熱管的第一具體實(shí)施例的軸剖面示意圖。圖2是傳統(tǒng)的具有翅片的傳熱管的第二具體實(shí)施例的軸剖面示意圖。圖3是傳統(tǒng)的具有翅片的傳熱管的第三具體實(shí)施例的軸剖面示意圖。圖4是本發(fā)明的第一具體實(shí)施例的剖視局部立體示意圖。圖5是本發(fā)明的第二具體實(shí)施例的剖視局部立體示意圖。圖6是本發(fā)明的第三具體實(shí)施例的剖視局部立體示意圖。圖7是本發(fā)明的蒸發(fā)傳熱管在滿液式蒸發(fā)器中應(yīng)用的主視剖視示意圖。圖8是實(shí)驗(yàn)測(cè)定的按本發(fā)明制作的蒸發(fā)傳熱管以及按現(xiàn)有技術(shù)制作的蒸發(fā)傳熱管的管外蒸發(fā)換熱系數(shù)隨熱流密度的變化關(guān)系圖。
具體實(shí)施例方式
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為了能夠更清楚地理解本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容，特舉以下實(shí)施例詳細(xì)說明。根據(jù)泡核沸騰的機(jī)理，在圖1、圖2和圖3所示結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，研究發(fā)現(xiàn)如果在外翅片I的根部采用模具擠壓翅間槽2底部一側(cè)或者雙側(cè)的材料，在翅間槽2底部形成臺(tái)階狀結(jié)構(gòu)6，則更加有利于形成泡核沸騰所需的氣化核心。圖4是本發(fā)明的第一具體實(shí)施例的管主體5的外表面上的腔體結(jié)構(gòu)立體示意圖，如圖4所示，臺(tái)階狀結(jié)構(gòu)6形成于外翅片I的根部，在翅間槽2內(nèi)部，分別貼合翅間槽2的底面21和側(cè)壁22，該臺(tái)階狀結(jié)構(gòu)6可以成對(duì)分別位于翅間槽2的兩側(cè)，也可以僅僅位于翅間槽2的一側(cè)(另外一側(cè)不進(jìn)行任何加工)；所述臺(tái)階狀結(jié)構(gòu)6為單層，第一表面61和側(cè)壁22形成尖銳轉(zhuǎn)角，所述尖銳轉(zhuǎn)角的曲率半徑是O到0.01mm，例如0.005mm。第二表面62和底面21也形成尖銳轉(zhuǎn)角，所述尖銳轉(zhuǎn)角的曲率半徑是O到0.01mm，例如0.005mm。它的第一表面61和第二表面62交匯于凸緣7，凸緣7為尖銳轉(zhuǎn)角，所述尖銳轉(zhuǎn)角的曲率半徑是O到0.01mm，例如0.005mm。規(guī)定尖銳轉(zhuǎn)角的曲率半徑是O到0.01mm，表明兩個(gè)平面相交位置為非連續(xù)過渡或者說是非平滑過渡，形成尖銳轉(zhuǎn)折，該凸緣7有利于減薄冷凝液膜，增加腔體兩側(cè)底部氣化核心，從而強(qiáng)化泡核沸騰換熱，同時(shí)增加了換熱面積，從而使得蒸發(fā)換熱系數(shù)在較低的溫差下提高了 25%以上；所述臺(tái)階狀結(jié)構(gòu)6沿軸向的剖面結(jié)構(gòu)為矩形，高度Hl為0.05 0.25mm,寬度Wl為0.05 0.20mm ;所述臺(tái)階狀結(jié)構(gòu)6可以沿著所述外翅片I的根部連續(xù)分布(單側(cè)連續(xù)分布或者雙側(cè)連續(xù)分布)，也可以沿著所述外翅片I的根部間隔分布(單側(cè)間隔分布或者雙側(cè)間隔分布)，請(qǐng)參見圖4，為雙側(cè)連續(xù)分布；進(jìn)一步的，臺(tái)階狀結(jié)構(gòu)6的高度Hr (即上述Hl)與翅間槽2的高度H滿足如下關(guān)系Hr/H> 0.2，此時(shí)翅間槽2的高度H為外翅片I的高度或者翅間槽2的頂部的開口 4 (相鄰?fù)獬崞琁的橫向延伸部8相對(duì)延伸形成的間隙)的中心點(diǎn)到翅間槽2底部的距離(當(dāng)翅間槽2頂部具有延伸材料的頂部覆蓋時(shí))。為比較臺(tái)階狀結(jié)構(gòu)6的不同寬度Wl及高度Hl的組合對(duì)于換熱管單管試驗(yàn)管外沸騰換熱系數(shù)的影響，特制作不同尺寸組合的樣品并分別展開蒸發(fā)試驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)條件為:制冷劑R134a、飽和溫度14.4°C，熱流密度為22000 (W/m2).以W1=0、Hl=O樣品(現(xiàn)有技術(shù))測(cè)試值換熱作為基準(zhǔn)值，其余樣品的管外換熱系數(shù)與其相比的百分比值計(jì)入表I。如下表，可以看出當(dāng)Wl、Hl均大于0.05mm時(shí)，換熱性能有明顯提高，而HD0.25mm及W1>0.20mm時(shí)換熱性能相對(duì)于Hl=0.25、Wl=0.20時(shí)略有降低，主要是臺(tái)階尺寸接近于蒸發(fā)腔體內(nèi)部的尺寸，相對(duì)的兩組臺(tái)階狀結(jié)構(gòu)6很接近，另外實(shí)際生產(chǎn)中加工也很難。綜合考慮傳熱性能提升及機(jī)械加工的便利程度，特優(yōu)選高度Hl為0.05 0.25mm,寬度Wl為0.05 0.20mm。表權(quán)利要求
1.一種蒸發(fā)傳熱管，包括管主體，所述管主體的外表面上間隔設(shè)置有外翅片，彼此相鄰的外翅片之間形成翅間槽，其特征在于，所述蒸發(fā)傳熱管還包括臺(tái)階狀結(jié)構(gòu)，所述臺(tái)階狀結(jié)構(gòu)分別貼合所述翅間槽的底面和其中一個(gè)側(cè)壁，所述臺(tái)階狀結(jié)構(gòu)包括第一表面、第二表面和至少一個(gè)由兩表面相交形成的凸緣，所述第一表面和所述第二表面分別與所述側(cè)壁和所述底面相交。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蒸發(fā)傳熱管，其特征在于，所述第一表面和所述側(cè)壁形成尖銳轉(zhuǎn)角，所述尖銳轉(zhuǎn)角的曲率半徑是O到0.01mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蒸發(fā)傳熱管，其特征在于，所述第二表面和所述底面形成尖銳轉(zhuǎn)角，所述尖銳轉(zhuǎn)角的曲率半徑是O到0.01mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蒸發(fā)傳熱管，其特征在于，所述凸緣為尖銳轉(zhuǎn)角，所述尖銳轉(zhuǎn)角的曲率半徑是O到0.01mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蒸發(fā)傳熱管，其特征在于，所述第一表面和所述側(cè)壁形成的角度<90°，或所述第二表面 和所述底面形成的角度<90°。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的蒸發(fā)傳熱管，其特征在于，所述第一表面和所述側(cè)壁形成的角度為30° 70°，或所述第二表面和所述底面形成的角度為30° 70°。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蒸發(fā)傳熱管，其特征在于，所述臺(tái)階狀結(jié)構(gòu)的橫截面為三角形、四邊形、五邊形或階梯形。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蒸發(fā)傳熱管，其特征在于，所述臺(tái)階狀結(jié)構(gòu)的高度為0.05mm 0.25mm,寬度為 0.05mm 0.20mm.。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蒸發(fā)傳熱管，其特征在于，所述臺(tái)階狀結(jié)構(gòu)的高度Hr與所述翅間槽的高度H滿足下列關(guān)系:Hr/H彡0.2。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蒸發(fā)傳熱管，其特征在于，所述臺(tái)階狀結(jié)構(gòu)的數(shù)目為2以上，間隔分布在所述翅間槽的一側(cè)或兩側(cè)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蒸發(fā)傳熱管，其特征在于，所述凸緣由所述第一表面和所述第二表面相交形成。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蒸發(fā)傳熱管，其特征在于，所述臺(tái)階狀結(jié)構(gòu)還包括相互連接的第三表面和第四表面，所述凸緣的數(shù)目為2，分別由所述第一表面和所述第三表面相交而成以及由所述第四表面和所述第二表面相交而成。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蒸發(fā)傳熱管，其特征在于，所述外翅片在所述管主體的外表面上沿所述管主體的周向螺旋狀延伸分布或彼此平行分布，所述翅間槽沿所述管主體的周向形成。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蒸發(fā)傳熱管，其特征在于，所述外翅片具有橫向延伸部，所述橫向延伸部由所述外翅片的頂部橫向延伸形成。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蒸發(fā)傳熱管，其特征在于，所述管主體的內(nèi)表面設(shè)置有內(nèi)螺紋。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種蒸發(fā)傳熱管，包括管主體和臺(tái)階狀結(jié)構(gòu)，管主體的外表面上間隔設(shè)置有外翅片，彼此相鄰的外翅片之間形成翅間槽，臺(tái)階狀結(jié)構(gòu)分別貼合翅間槽的底面和其中一個(gè)側(cè)壁，臺(tái)階狀結(jié)構(gòu)包括第一表面、第二表面和至少一個(gè)由兩表面相交形成的凸緣，第一和第二表面分別與側(cè)壁和底面相交。較佳地，第一表面和側(cè)壁形成尖銳轉(zhuǎn)角，第二表面和底面形成尖銳轉(zhuǎn)角，曲率半徑是0到0.01mm。第一表面和側(cè)壁形成的角度≤90°，或第二表面和底面形成的角度≤90°。臺(tái)階狀結(jié)構(gòu)的高度Hr與翅間槽的高度H滿足下列關(guān)系Hr/H≥0.2。本發(fā)明設(shè)計(jì)巧妙，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔，使得管外表面與管外液體之間的沸騰系數(shù)得到顯著提高、沸騰換熱得到顯著強(qiáng)化，適于大規(guī)模推廣應(yīng)用。
文檔編號(hào)F28F13/02GK103217045SQ20131012895
公開日2013年7月24日 申請(qǐng)日期2013年4月15日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月12日
發(fā)明者曹建英, 羅忠, 安德烈亞斯·比尤特勒, 安德烈亞斯·施維塔拉 申請(qǐng)人:沃林/維蘭德傳熱技術(shù)有限責(zé)任公司