蒸发器传热管.pdf

本发明公开了一种蒸发器传热管，包括设置于外表面的翅片部和设置于内表面的内齿部，所述内齿部包括高低双层交叉阶梯形排列的一次内齿和二次内齿，所述翅片部设置有二次翅槽、三次翅槽和一次蒸发腔室，所述一次蒸发腔室底部向上延伸设置有四次翅片，所述四次翅片在所述一次蒸发腔室内划分出至少两个小空腔，每个所述一次蒸发腔室内设置有1～4条四次翅片。本发明蒸发器传热管的翅片部设置的翅槽和蒸发腔室，增加了传热管的换热面积和汽化核心数；内齿部内齿的设计降低了冷媒的层流效应，增强了扰流，大大强化了沸腾传热性能。

1、  一种蒸发器传热管，包括设置于外表面的翅片部和设置于内表面的内齿部，其特征在于，所述内齿部包括高低双层交叉阶梯形排列的一次内齿和二次内齿。

2、  根据权利要求1所述的蒸发器传热管，其特征在于，所述内齿条数为在垂直于轴向方向上每周设置35～65条，所述一次内齿的高度范围为0.2～0.35mm，所述二次内齿的高度范围为0.10～0.25mm，一次内齿螺旋角范围为25°～40°，所述一次内齿和二次内齿的交叉角度范围为60°～80°，齿顶角范围为30°～60°。

3、  根据权利要求1所述的蒸发器传热管，其特征在于，所述翅片部上还开设有二次翅槽，所述二次翅槽垂直于所述蒸发器传热管的轴线。

4、  根据权利要求3所述的蒸发器传热管，其特征在于，所述二次翅槽的槽深范围为0.15～0.35mm，槽宽范围为0.15～0.25mm，槽数范围为每周设置60～125个。

5、  根据权利要求3所述的蒸发器传热管，其特征在于，所述翅片部上还开设有三次翅槽，所述三次翅槽与所述蒸发传热管轴线的夹角范围为120°～160°。

6、  根据权利要求5所述的蒸发器传热管，其特征在于，所述三次翅槽的槽深范围为0.15～0.35mm，槽宽范围为0.15～0.25mm，槽数范围为每周60～125个。

7、  根据权利要求1所述的蒸发器传热管，其特征在于，所述翅片部设置有一次蒸发腔室，所述一次蒸发腔室底部向上延伸设置有四次翅片，所述四次翅片在所述一次蒸发腔室内划分出至少两个小空腔，每个所述一次蒸发腔室内设置有1～4条所述四次翅片。

8、  根据权利要求7所述的蒸发器传热管，其特征在于，所述四次翅片的翅高范围为0.10～0.25mm，翅宽范围为0.05～0.15mm。

9、  根据权利要求1～8中任一项所述的蒸发器传热管，其特征在于，所述翅片部的翅片形状为T形、倒三角形或倒梯形。

10、  根据权利要求9中任一项所述的蒸发传热管，其特征在于，所述一次内齿的齿顶与所述二次内齿的齿底圆滑过渡形成高低双层交叉阶梯形内齿。

蒸发器传热管
技术领域
本发明涉及制冷技术领域，特别是涉及一种蒸发器传热管。
背景技术
在03年以前，我国制冷空调设备普遍采用推荐性的技术标准，没有规定强制性的能效标准，造成我国制冷空调设备的能效比相对世界先进水平有较大差距。为了改变这种落后状态，我国分别于2004年颁布实施了《家用电冰箱能效限定值及能效等级》，于2005年3月1日起实施了《房间空气调节器能效限定值及能效等级》、《冷水机组能效限定值及能效等级》、《单元式空气调节机能效限定值及能效等级》。其中，国家能效标准《房间空气调节器能效限定值及能效等级》中不但规定了当前的能源效率等级指标，还规定了2009年将实施的空调器能效标准技术要求。
为了达到国家规定的上述制冷空调设备的能效标准，制冷空调设备研发人员一般采用以下三种途径来提高电制冷机组的能效：a.开发高效新型压缩机b.提高换热器的传热效率c.优化电制冷设备的系统设计。
对于传热管制造行业来说，要提高制冷空调设备的能效，主要是通过开发高效传热管提高换热器的传热效率来实现。现有技术中制造和使用的各种高效传热管，虽然在一定程度提高了两器(蒸发器和冷凝器)的性能，但都存在着共同的问题：1、只专注于传热管外表面传热面积的开发，而忽视传热管外表面在制冷剂吸热蒸发时，汽化核心的维持，即连续不断的产生气泡而维持蒸发的高效性。一般情况下，汽化核心数的产生并不难做到，在壁面上加工一些毛刺或小凹槽，均能实现气化核心数的增加。而汽化核心的维持，即能够连续不断地产生气泡，才是影响蒸发器传热高效性的重要因素。而能够连续不断地产生气泡与各个凹穴的积汽能力有关系，只有具有永久积汽能力的凹穴，才是真正的活化穴也就是汽化核心的源头。2、对于传热管内表面关注不够，致使传热管内壁层流过大，紊流不足，传热效率不高而使制冷系统效率不佳。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种传热效率高的蒸发器传热管。
为了解决上述问题，本发明公开了一种蒸发器传热管，包括设置于外表面的翅片部和设置于内表面的内齿部，所述内齿部包括高低双层交叉阶梯形排列的一次内齿和二次内齿。
优选的，所述内齿条数为在垂直于轴向方向上每周设置35～65条，所述一次内齿的高度范围为0.2～0.35mm，所述二次内齿的高度范围为0.10～0.25mm，一次内齿螺旋角范围为25°～40°，所述一次内齿和二次内齿的交叉角度范围为60°～80°，齿顶角范围为30°～60°。
优选的，所述翅片部上还开设有二次翅槽，所述二次翅槽垂直于所述蒸发器传热管的轴线。
优选的，所述二次翅槽的槽深范围为0.15～0.35mm，槽宽范围为0.15～0.25mm，槽数范围为每周设置60～125个。
优选的，所述翅片部上还开设有三次翅槽，所述三次翅槽与所述蒸发传热管轴线的夹角范围为120°～160°。
优选的，所述三次翅槽的槽深范围为0.15～0.35mm，槽宽范围为0.15～0.25mm，槽数范围为每周60～125个。
优选的，所述翅片部设置有一次蒸发腔室，所述一次蒸发腔室底部向上延伸设置有四次翅片，所述四次翅片在所述一次蒸发腔室内划分出至少两个小空腔，每个所述一次蒸发腔室内设置有1～4条所述四次翅片。
优选的，所述四次翅片的翅高范围为0.10～0.25mm，翅宽范围为0.05～0.15mm。
优选的，所述翅片部的翅片形状为T形、倒三角形或倒梯形。
优选的，所述一次内齿的齿顶与所述二次内齿的齿底圆滑过渡形成高低双层交叉阶梯形内齿。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明传热管的内表面的内齿部设置有高低双层交叉阶梯形的一次内齿和二次内齿。该交叉阶梯型内齿的设计，不但有效增加了内表面与冷媒的接触面积，而且强化了管内冷媒流动中的扰流，使冷媒的传热过程更加高效。在传热管外表面制作各种腔、室，使得换热面积增加，汽化核心数增加，同时该双重凹陷型凹腔，对不同湿润性能的制冷剂，均具有稳定的集汽能力，能形成稳定的汽化核心，因而能使换热管的蒸发性能大大加强。因该种结构，借助于特殊流道结构(狭缝)使气泡生成后，可形成气泡聚合，并形成大面积的泡底液体微层蒸发，形成真正的活化穴，大大强化了沸腾传热性能。
附图说明
图1是本发明蒸发器传热管实施例的剖视图；
图2是本发明实施例的内齿结构示意图；
图3是本发明实施例的局部立体示意图；
图4是本发明实施例一次蒸发腔室的剖视图；
图5是图1中A部分的放大图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明优选实施例作详细描述。
本发明在蒸发器传热管的外表面创造增加换热面积、增加汽化核心数、维持汽化核心、减小传热热阻、降低温差损失的条件，使制冷剂的蒸发传热过程更趋于理想过程。同时，在内表面通过强化扰流、减少或降低冷媒的层流效应，使冷媒的传热过程更加高效、更趋于理想过程。通过改善并强化传热管内、外表面的综合传热效率，从而达到改善和提高凝结传热性能的目的，进而优化蒸发器性能。
参照图1，示出了本发明蒸发器传热管实施例的剖视图，包括光端部5、设置有翅片的翅片部1、连接光端部5与翅片部1的过渡部3和设置传热管内表面的内齿部13，每条内齿13在排列方向上与传热管轴线的夹角即内齿螺旋角β的范围可以为：25°～40°。
其中，光端部5的直径D范围可以为：12～26mm，光端部5的壁厚T优选范围可以为：1.1～1.2mm。
翅片部1包括有一次翅片11、内齿13和相邻一次翅片11之间形成的一次蒸发腔室15。所述一次翅片11设置于传热管的外表面，一次翅片数FPI的范围可以为：40～60个/英寸，即在传热管轴向方向的每英寸长度内可以设置一次翅片40～60个。
参照图2，示出了本发明实施例的内齿结构示意图，内齿部13包括一次内齿131和二次内齿132，每条内齿13是由一次内齿131和二次内齿132交叉排列成高低双层交叉的阶梯形组成。该内齿13的结构是通过在光面传热管的内管壁经过一内部的螺纹芯头和外部的三组刀片组之间的旋轧加工而成。在每个蒸发器传热管的内壁上，旋轧出的内齿13的条数范围可以为：35～65条/周，即所述内齿在垂直于轴向方向上每周可以设置35～65条。
其中，上述一次内齿131和二次内齿132的形状可以为倒三角形或类似于梯形，在本发明实施例中，优选为类似于梯形状，并且上述二次内齿132的齿顶与一次内齿131可圆滑过渡形成高低双层交叉阶梯形内齿。上述一次内齿131的高度Rh1范围可以为：0.2～0.35mm，所述二次内齿132的高度Rh2范围可以为：0.10～0.25mm；所述一次内齿131和二次内齿132所依附的翅片部底壁厚Tf范围可以为：0.5～0.7mm；一次内齿螺旋角等同于每条内齿13在排列方向上与传热管轴线的夹角即内齿螺旋角β的范围可以为：25°～40°。一次内齿131和二内次齿132的交叉角α范围可以为：60°～80°。一次内齿131的齿顶角θ范围可以为30°～60°，如图4所示。
由于蒸发器传热管的工作原理为：管外流体为制冷剂，管内为冷媒水，管外制冷剂通过传热管吸收冷媒水热量而蒸发，同时使冷媒水温度降低而达到制冷效果。所以，本发明实施例采用交叉阶梯形内齿的设计，不仅有效地增大了内表面积，并且有效减少了冷媒的层流效应，极大地强化了扰流，使冷媒的传热过程更加高效、更加趋于理想过程，即符合格里谷里希效应。
在有效改善蒸发器传热管内表面结构的基础上，本发明实施例还对上述蒸发器传热管的外表面进行了改进，具体结构参照图1和图3～5所示。
在传热管的外表面上设置有一次翅片11，该一次翅片11的形状约成T形，且一次翅片11的翅高Fh1的范围可以是：0.5～1.0mm，数目FPI范围可以为：40～60个/英寸，即在传热管轴向方向的每英寸长度内可以设置一次翅片40～60个。相邻的一次翅片11之间形成一次蒸发腔室15，所述一次蒸发腔室15的宽度即为一次缝宽Ew，上述一次缝宽Ew范围可以为：0.35～0.65mm。所述相邻一次翅片11的上部之间形成蒸发翅口150，所述蒸发翅口150的蒸发翅缝宽Eg范围可以为：0.10～0.20mm。
在本发明实施例中，所述一次翅片11的截面并不限于是T型，也可以是倒三角形、倒梯形等，只要在相邻一次翅片11间容易形成便于气泡成形的一次蒸发腔室15即可。
参照图3，示出了本发明实施例的局部立体示意图，所述一次翅片11还开设有垂直于蒸发器传热管中心轴线的二次翅槽101、与蒸发器传热管中心轴线夹角范围为120°～160°的三次翅槽103。本发明实施例中，所述三次翅槽103与中心轴线的夹角优选为135°。所述二次翅槽101的二次槽深H2范围可以为：0.15～0.35mm，二次槽宽L2范围可以为：0.15～0.25mm，二次槽数范围可以为：60～125个/周。所述三次翅槽103的三次槽深H3范围可以为：0.15～0.35mm，三次槽宽L3范围可以为：0.15～0.25mm，三次槽数范围可以为：60～125个/周。上述二次翅槽101与三次翅槽103相互贯通，因此制冷剂流体可以在上述的二次翅槽101与三次翅槽103中充满及流动，从而有效增大了蒸发器传热管的外表面与制冷剂之间的接触换热面积。翅片部的相邻两个一次翅片11之间形成有一次蒸发腔室15，所述一次蒸发腔室15的截面大致为椭圆形，且蒸发腔室15的最宽距离即为一次翅缝宽Ew。所述一次蒸发腔室15与上述二次翅槽101和三次翅槽103是贯通的，因此在蒸发器传热管工作过程中，制冷剂同时也充满所述一次蒸发腔室15，进一步增加了蒸发器传热管与制冷剂之间的热交换面积。
此外，在本发明的另一优选实施例中，所述一次蒸发腔室15的底壁上还向上延伸了若干个四次翅片151，在本发明实施例中，每个一次蒸发腔室15内的四次翅片151的四次翅片条数范围可以为：1～4条/槽，优选的，四次翅片条数为3条/槽，所述四次翅片151的四次翅片高H4范围可以为0.10～0.25mm，四次翅片宽L4范围可以为：0.05～0.15mm。所述四次翅片151将所述一次蒸发腔室15的底部分成若干个小腔室152。在一次蒸发腔室15内的小腔室152底壁处的制冷剂膜极易形成核沸腾，继而蒸发，形成气泡，气泡中的蒸汽过度吸收热量使得气泡的体积变大，当气泡的体积足够大时，表面张力被克服，气泡离开一次蒸发腔室15的底壁经蒸发翅口150离开传热管，然后周围的制冷剂液体又经蒸发翅口150进入气泡腾出的小腔室152及一次蒸发腔15内，如此形成成核沸腾-蒸发-液体填充-成核沸腾这样的循环过程，加速热交换过程。因此，这种在一次蒸发腔室15内设置四次翅片151形成多个小腔室152的结构，大大增强了气泡核沸腾所需要的汽化核心，使制冷剂液体更易于成核汽化，加速了汽化过程。
上述本发明实施例中，考虑到金属材料的传热性能和性价比，蒸发器传热管优选采用铜材料制成，也可以选用铜合金、铝、铝合金、低碳钢等金属材料。
综上所述，本发明实施例提供的一次蒸发腔室的多腔室结构，大大增强了气泡核沸腾所需的汽化核心，使冷剂液体更易于成核汽化，加速了汽化过程；另外，二次翅槽、三次翅槽的设计，在进一步增加扰流的同时，也是蒸发气泡逸出及制冷剂不断补充的通道，因而使换热性能进一步提高。此外，与外翅形相匹配的合理的外翅数的设计，也使翅数与翅形达到了最优化组合，使换热性能进一步增加，从而提高了管外蒸发换热效率。
本发明实施例提供的蒸发器传热管结构，在传热管外表面制作各种腔、室，使得换热面积增加，汽化核心数增加。同时，该双重凹陷型凹腔，对不同湿润性能的制冷剂，均具有稳定的集汽能力，能形成稳定的汽化核心，因而能使换热管的蒸发性能大大加强。因该种结构，借助于特殊流道结构(狭缝)使气泡生成后，可形成气泡聚合，并形成大面积的泡底液体微层蒸发，形成真正的活化穴，大大强化了沸腾传热性能。
本发明实施例提供的蒸发器传热管的内齿形可以为类似于梯形状且齿顶和齿底可圆滑过渡的高低双层交叉阶梯形内齿。该交叉阶梯型内齿的设计，在充分有效的增大内表面积的同时，使得管内冷媒的流动更趋于消除层流而极大地强化扰流，使冷媒的传热过程更加高效、更趋于理想过程。
总之，管内换热性能的提高、管外换热性能的提高、再配以合理的壁厚、外径，这三方面进行最优化组合，使得蒸发器传热管整体的换热系数显著提高，进而有利于提高蒸发器整体的换热效果。因此，将此类传热管用于电制冷机组的满液式蒸发器，将使整个机组在整体效果上更具特点。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。
以上对本发明所提供的一种蒸发器传热管进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的结构及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。