一種蒸發冷凝兼顧型的高效傳熱管的制作方法

本發明屬于空調、制冷系統中的熱交換管技術領域，具體涉及一種蒸發器和冷凝器兼能用的高效傳熱管，適用于蒸發工況和冷凝工況的傳熱性能均得到強化的傳熱管。

背景技術：

已有技術中的蒸發器和冷凝用的換熱管結構是：經機械加工而在管體的外壁上沿著管體的長度方向以螺旋狀態構成凸起于管體表面的并且與管體構成為一體的螺旋翅片，并且在螺旋翅片上形成齒臺或齒尖，藉由齒臺而使兩相鄰螺旋翅片之間形成沿著管體的圓周方向延伸的倒凹穴（適用于蒸發器）。這種換熱管結構有助于截留小氣泡，使氣泡迅速長大并快速溢出，對于增加傳熱強化沸騰蒸發換熱具有積極意義。藉由齒尖刺破凝結液體表面的液膜，破壞其表面的張力，使凝結液體快速滴落，提高凝結換熱性能。

關于核態沸騰機理的研究表明，液體的沸騰需要有汽化核心的存在。在給定加熱表面的過熱度的條件下，只有當汽化核心的半徑大于氣泡生長所需要的最小半徑時，氣泡才能長大，核態沸騰才能進行，而加熱表面上的凹槽和裂縫所形成的空穴最可能成為汽化核心。在沸騰過程中，當氣泡長大并脫離空穴之后，由于液體表面張力的作用，這些空穴所截留的部分蒸汽很難被流入的液體徹底逐出，就成為新的汽化核心，長出新的氣泡，使得沸騰過程不斷持續。由此可知，強化核態沸騰換熱的關鍵在于在加熱表面形成眾多的汽化核心。因此，始于20世紀70年代的強化沸騰傳熱表面的許多開發工作都是圍繞著在加熱表面形成多孔結構展開的，而且在眾多的文獻中可以見諸，例如中國專利授權公告號2257376Y和2662187Y公開的蒸發器用熱交換管，其外表面為頂部壓成T形的螺旋翅片，以構成溝槽結構；中國專利申請公開號CN1100517A公開的熱交換管，其外表面的翅片被壓向一邊傾倒，通過在翅片肩部再壓凹槽而構成空穴結構；中國專利申請公開號CN1731066A公開的熱交換管，其外表面采用機械加工方法形成翅片和橫刺，形成復式空穴結構。上述文獻對熱交換管的外壁表面即習慣所稱的外翅片的結構的共同特點是具有開口略小的溝槽結構或空穴結構，以構造出形成汽化核心的場所，從而達到強化沸騰換熱的效果。

然而，上述專利和專利申請方案由于僅在外翅片上加工凹槽及形成齒臺結構，這種結構在滿液蒸發時具有顯著強化傳熱作用，但當其用冷凝器時強化傳熱作用并不能達到令人滿意的效果。

關于凝結換熱，如美國專利US5996686和中國專利ZL200510041468.6等，通過機加工在管外表面形成外翅片，翅頂部滾花，主要原理是增加外表冷凝面積，結合翅頂部的滾花齒，形成三維翅片結構，利用表面張力在三維翅片結構上的不同分布形成有效的薄液膜區，提高凝結換熱性能，以強化冷凝換熱性能。然而，上述專利和專利申請方案由于僅在外翅片上加工凹槽及形成滾花結構，這種結構在凝結換熱時具有強化傳熱作用，但當其用蒸發器時強化傳熱作用就會顯著下降。

近年來隨著熱泵機組產品既能供熱又可以制冷的原因而受到廣泛歡迎，隨著制冷技術的發展，現在大多數熱泵機組都采用滿液式蒸發器，以提高能效比，在供暖季節，滿液式蒸發器被切換為制冷劑在管外冷凝的冷凝器。這樣對于熱交換器采用的傳熱管對蒸發和冷凝的性能均有較高要求。

對于蒸發和冷凝其傳熱機理也不盡相同，是一對矛盾相反的過程。傳熱表面結構的要求差異較大，蒸發過程中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核態沸騰的汽化核心；而冷凝管則要求表面尖銳，盡可能刺破凝結液體表面的液膜，破壞其表面的張力，使凝結液體快速滴落，以減小傳熱熱阻。如果在該類換熱器中直接采用蒸發型換熱管，則其冷凝性能比常規的冷凝管性能低30％～50％。如直接采用冷凝管，則蒸發工況下性能會降低30％～40％。采用強化蒸發管，造成冬季供熱量不足；而采用常規強化冷凝管，則造成夏季供冷量不足，這樣就會造成制冷工況或供暖工況的能效顯著下降，增加能源的消耗，這種情況有必要得到改善。

技術實現要素：

本發明的任務在于提供一種既有助于顯著增大管外蒸發換熱表面而藉以增加汽化核心以利由蒸汽形成的汽泡迅速長大并迅速溢出、又有利于改善傳熱效果而藉以強化蒸發換熱過程、還有特有的表面結構益于刺破凝結液體表面的液膜，破壞其表面的張力，使凝結液體快速流動滴落，以減小傳熱熱阻高效熱交換管。此換熱管可同時適用于蒸發器和冷凝器切換使用的場合，直接滿足采用滿液式蒸發器的熱泵機組換熱管的設計要求。

本發明的任務是這樣來完成的，一種蒸發冷凝兼顧型的高效傳熱管，包括管體以及由所述管體上的材料沿著所述管體的半徑方向延伸并且在所述管體的外表面繞管體呈螺旋狀態延伸而成的與所述管體構成為一體的外翅片，在外翅片的頂部形成第一尖銳部，在所述第一尖銳部上以間隔狀態構成有凹槽。

更進一步的，在所述外翅片的腰部一側或兩側設有沿著該外翅片延伸方向連續分布的突臺結構，并在所述突臺結構遠離所述外翅片的一端形成第二尖銳部。

更進一步的，在所述第二尖銳部上以間隔狀態構成有強化傳熱結構孔。

更進一步的，所述強化傳熱結構孔為半圓、小半圓或者大半圓，但不是整圓；或為缺邊三角形或缺邊梯形；數量為50-200個。

更進一步的，在所述外翅片的腰部上且在突臺結構以下設有均勻分布的延伸到外翅片底部的微小槽道。

更進一步的，所述凹槽的橫截面為缺邊三角形或缺邊梯形；外翅片的高度為0.5㎜-1.5㎜；凹槽的深度為0.1㎜-0.4㎜。

更進一步的，突臺結構到外翅片底部的距離為0.3㎜-1.1㎜；所述突臺結構與相鄰外翅腰部相對側的突臺結構或側面的間距為0.1㎜-0.4㎜。

更進一步的，所述微小槽道的深度為0.01㎜-0.25㎜，寬度為0.05㎜-0.5㎜；所述兩個相鄰微小槽道的夾角為2°-90°。

更進一步的，所述管體的內表面具有內螺紋肋。

更進一步的，所述內螺紋肋其高度為0.1mm-0.5mm，數量為8-75條，螺旋角度10°-70°。

有益效果：本發明與現有技術相比較，其具有以下有益效果：

本發明蒸發器和冷凝器用的高效傳熱管由于在外翅片的頂部設計了凹槽結構以及在外翅片腰部設計了突臺結構以及在突臺結構上設計強化傳熱結構孔，顯著增大管外換熱表面的面積以及核態沸騰的孔穴數量而藉以增加汽化核心；且突臺結構和相鄰一個外翅片上相對側的突臺結構以及相鄰兩個外翅片腰部以下空間形成了開口尺寸小(開口尺寸根據所用制冷劑不盡相同)內部空間稍大的倒凹形空間結構同時這些空間結構有又彼此相連通，并配合外翅片腰部延伸到底部的微小槽道所構成的汽化核心而形成的沸騰汽泡儲能并迅速長大并溢出，同時由于相鄰兩個外翅片腰部凹形空間彼此連通，沸騰汽泡溢出后形成的空間又被制冷液體迅速補充，這樣就完成一個沸騰傳熱循環，顯著提高了沸騰傳熱的效果；同時，切換用作冷凝器場合時，通過傳熱管外翅片的頂部采用翅頂狀的凹槽以及外翅片腰部設置的尖銳突臺以及強化傳熱結構孔邊緣的尖銳均可用作強化冷凝效果的鋸齒狀，這些結構對于強化冷凝換熱非常有利。同時上述結構的設計也能顯著增大管外換熱表面的面積而進一步提升冷凝換熱效果。同時還設置了微小槽道，槽道內壁表面光滑，冷凝換熱時凝結產生的液體可伸著槽道在重力作用下迅速往下流動滴落，進而強化了冷凝換熱效果。

因此，本發明達到了蒸發冷凝兼顧，并可高效傳熱的效果。

附圖說明

下面通過附圖及實施例詳述本發明。但本發明不限于本實施例。

圖1為本發明的立體結構示意圖。

圖2為圖1所示本發明的側視圖。

具體實施方式

本發明所述的一種蒸發冷凝兼顧型的高效傳熱管，包括管體1以及由管體1上的材料沿著管體1的半徑方向延伸并且在管體1的外表面繞管體1呈螺旋狀態延伸而成的與管體1構成為一體的外翅片2，所述外翅片2的頂部形成第一尖銳部，在第一尖銳部以間隔狀態構成有凹槽21，所述凹槽21的橫截面為缺邊三角形或缺邊梯形。

在外翅片2的腰部一側或兩側設有沿著該外翅片2延伸方向分布連續的突臺結構22，優選的，所述突臺結構22遠離管體1的一側面水平，靠近管體1的一側面沿遠離外翅片2方向向上傾斜，在突臺結構22遠離外翅片2一端形成第二尖銳部，在所述第二尖銳部上以間隔狀態構成有強化傳熱結構孔221，所述強化傳熱結構孔221可為半圓、小半圓或者大半圓，但不是整圓；或所述強化傳熱結構孔221形狀為缺邊三角形(即∧形狀)或缺邊梯形。本發明中，優選的，所述強化傳熱結構孔221數量為50-200個。

同時在所述外翅片2的腰部上(即突臺結構22部分以下)有均勻分布的延伸到外翅片2底部的微小槽道23，槽道內壁表面光滑。所述管體1的內表面具有內螺紋肋3，其高度為0.1mm-0.5mm，數量為8-75條，螺旋角度10°-70°。

本發明的原理及作用如下：由于在傳熱管外翅片2的頂部設計了由凹槽21以及外翅片2腰部的突臺結構22以及突臺結構22上的強化傳熱結構孔，因而可以顯著增大管外換熱表面的面積以及核態沸騰的孔穴數量而藉以增加汽化核心，使蒸汽形成的汽泡迅速生成和長大并且迅速溢出；由于在外翅片2的腰部一側或兩側設計有帶尖銳部的突臺結構22和相鄰一個外翅片2上相對側的尖銳突臺以及相鄰兩個外翅片腰部以下空間形成了開口尺寸小(開口尺寸根據所用制冷劑不盡相同)內部空間稍大的倒凹形空間結構同時這些空間結構有又彼此相連通，并配合外翅片2腰部延伸到底部的微小槽道23所構成的汽化核心而形成的沸騰汽泡儲能并迅速長大并溢出，同時由于相鄰兩個外翅片腰部凹形空間彼此連通，沸騰汽泡溢出后形成的空間又被制冷液體迅速補充，這樣就完成一個沸騰傳熱循環，顯著提高了沸騰傳熱的效果。為了防止汽化核心半徑過大或過小，本發明中，外翅片2的高度為0.5㎜-1.5㎜；凹槽21的深度為0.1㎜-0.4㎜；突臺結構22到外翅片2底部的距離為0.3㎜-1.1㎜，其與相鄰外翅（2）腰部相對側的突臺結構（22）或側面的間距為0.1㎜-0.4㎜；微小槽道23的深度為0.01㎜-0.25㎜，寬度為0.05㎜-0.5㎜。

當中央空調熱泵機組蒸發器切換用作冷凝器場合時，傳熱管外翅片2的頂部設計了翅頂狀的凹槽21，通常可用作強化冷凝效果的鋸齒狀，以及外翅片腰部的尖銳突臺22以及尖銳突臺22上的強化傳熱結構孔邊緣的尖銳也可用作強化冷凝效果的鋸齒狀，這些結構對于強化冷凝換熱非常有利。同時上述結構的設計也能顯著增大管外換熱表面的面積而進一步提升冷凝換熱效果。同時在所述外翅片2的腰部上(即突臺結構22部分以下)有均勻分布的延伸到外翅片2底部的微小槽道23，槽道內壁表面光滑，冷凝換熱時凝結產生的液體可伸著槽道在重力作用下迅速往下流動滴落，進而強化了冷凝換熱效果。為了得到較好的冷凝效果，本發明中，兩個相鄰微小槽道23的夾角為2°-90°。

上面所述的實施例僅僅是對本發明的優選實施方式進行描述，并非對本發明的構思和范圍進行限定。在不脫離本發明設計構思的前提下，本領域普通人員對本發明的技術方案做出的各種變型和改進，均應落入到本發明的保護范圍，本發明請求保護的技術內容，已經全部記載在權利要求書中。