一種無縫傳熱複合銅管的製作方法

2023-07-06 03:14:01 2

本發明涉及一種傳熱管技術領域，尤其是一種無縫傳熱複合銅管。

背景技術：

隨著科學技術的不斷發展，人們的生活質量不斷提高，空調幾乎成了家家戶戶必備的一款電器。空調的耗電量與冷凝器的散熱功率有密切關係，由於銅的導熱性能好，活躍度低，不會與管內的氣液體發生化學反應，現有的空調內常採用銅管制成的光管或者內螺紋管用於熱交換的。又因為銅管的韌性高，硬度低容易變形，所以常在銅管外套設鋁製的散熱片，散熱片與銅管的徑向截面平行且內孔尺寸略大於銅管的外徑，通過擠件讓銅管脹管，從而使銅管外壁與散熱片的內孔緊密貼合，保證冷凝器等散熱功率較高。銅管制成的光管內部光滑，傳熱面積較小從而導致傳熱效率較低；內螺紋管的管內設有螺旋狀的直齒或內齒，有些螺紋齒形的加工製造存在困難，雖然傳熱面積較大，但是在脹管過程中螺紋齒容易發生變形，而使傳熱效率降低，甚至有可能會增大傳熱熱阻。

例如，在中國專利文獻上公開的「一種內螺紋傳熱管」，其公告號為CN100365370C，授權公告日2008年1月30日，公開了一種內螺紋傳熱管，其內表面上有螺旋齒，螺旋齒的橫截面為Y字形，相鄰的兩齒之間有一開口空腔。齒的兩側壁的高度相等或不相等。相鄰兩齒間空腔的最大寬度大於空腔口的寬度。其不足之處在於：Y字形的齒葉會不利於同增加冷媒氣液混合物在銅管內的流通阻力，銅管內部的氣液流動均勻，擾動小，熱交換能力弱，不利於銅管內外熱傳遞；Y字形的齒葉在脹管過程中，易向下彎曲，不利於銅管膨脹從而與散熱片的內孔貼合，影響傳熱效率。

技術實現要素：

本發明要解決現有技術中的傳熱銅管內的螺紋對於冷凝介質的阻力大，脹管後傳熱效率低的不足，提供了一種在有效減小冷凝介質的流動阻力同時能夠在脹管後提供更大的傳熱面積，提高熱交換效率的無縫傳熱複合銅管。

為了達到上述目的，本發明採用如下技術方案。

一種無縫傳熱複合銅管，包括銅管本體，銅管本體內壁設有呈螺旋狀分布的齒形肋，齒形肋包括徑向截面為矩形的齒肋基座和徑向截面為直角梯形的傳熱頂部，傳熱頂部位於齒肋基座的上方；齒肋基座的兩側面通過圓弧狀的過渡面連接在銅管內壁，相鄰的齒肋基座上相向的兩側壁間的距離相同；部分齒形肋的傳熱頂部徑向截面的長底邊貼合在螺旋狀的齒肋基座上靠近銅管本體進口的進側且斜邊朝向齒肋基座靠近銅管本體出口的背側，從而形成齒肋A和齒肋a，部分齒形肋的傳熱頂部徑向截面的長底邊貼合在所述齒肋基座的背側且斜邊朝向進側，形成齒肋B和齒肋b；齒形肋上的邊角設有過渡圓角。

由於受到螺旋狀的齒形肋的導流作用，冷凝介質邊旋轉邊進入銅管本體，且在離心力的作用下往銅管表面靠近，可以使冷凝介質混合均勻，與銅管本體的接觸密度大，方便與銅管完成熱交換。相鄰齒肋組的形狀不同，可以為銅管本體內的冷凝介質提供不同的擾流速度，從而使冷凝介質相互幹擾融合而加強冷凝介質周向的擾動，進而增強銅管本體內壁與中間部位介質的紊流作用，促使不同部位的介質之間快速實現熱量均衡，提高銅管本體內不同部位的熱交換速率。當銅管通過脹管工藝使銅管的外表面貼合在散熱片內孔時，擠件在進入時對齒形肋產生沿齒形肋的側面產生向下的壓力從而完成脹管，同時由於齒形肋受到了擠件的壓力會產生變形，齒形肋包括齒肋基座和傳熱頂部，由於齒肋基座和傳熱頂部是一體結構且傳熱頂部位於齒肋基座的一側，傳熱頂部上的斜面朝向齒肋基座的另一側，脹管時，傳熱頂部的頂角受到擠件的壓力，壓力與齒形肋的豎直軸線存在夾角而傳熱頂部的厚度小於齒肋基座的厚度，會優先變形，傳熱頂部變形後產生一定的傾斜角，增加了傳熱的面積從而可以在脹管後提高傳熱效率。在空調運行時，製冷劑中溶有冷凍油，將齒形肋上的角都製成圓角可以避免稜角形的齒形肋刺破液膜及油膜，致使冷凍油積存在稜角形的凹槽裡而不易被頂部的冷凍油或製冷劑帶出，防止增加傳熱熱阻。

作為優選，過渡面中間位置的切線與齒肋基座中線的夾角α在30度到55度之間。傳熱頂部受到擠件的作用力，部分作用力轉化為橫向的作用力使傳熱頂端發生變形，其餘的作用力沿傳熱頂部的側面向下使銅管發生膨脹，夾角α在30度到55度之間可以確保在過渡面的作用下銅管本體在徑向和切向上受到的作用力接近，從而使脹管過程中銅管的膨脹可靠均勻，提高傳熱效率。

作為優選，傳熱頂部徑向截面的斜邊與長底邊的夾角γ在45度到75度之間。可以確保傳熱頂部的頂角在銅管徑向上受到的作用力大於切向上的作用力，從而使沿齒形肋側面向下的力足夠讓銅管完成脹管，同時防止只在傳熱頂部的頂角發生形變使齒形肋的形變過度，防止產生彎角而影響冷凝介質在銅管內的流動，降低傳熱效率。

作為優選，傳熱頂部的厚度在齒肋基座厚度的1/2到2/3之間，傳熱頂部的高度為對應傳熱頂部的厚度的1.1到1.4倍之間。傳熱頂部的厚度大於齒肋基座的厚度的一半，增加傳熱頂部的強度，使在擠件進入銅管時，傳熱頂部不會輕易彎曲而使齒形肋能傳遞足夠的壓力完成脹管。傳熱頂部的高度大於其厚度可以保證傳熱頂部的抗彎能力弱於抗壓能力，能優先發生彎曲變形而不是擠壓變形，從而在擠件過程中能增大傳熱面積，提高傳熱效率。

作為優選，齒形肋與銅管本體的軸線夾角β為15度到30度之間。β角度過小時擾流效果不佳，冷凝介質在銅管內的流速過快，散熱不完全；β角度過大時冷凝介質流動的阻力過大，產生額外的做功進而會使傳熱管的傳熱效率降低，影響傳熱，15度到30度之間可以在阻力不大的同時保證銅管的擾流作用。

作為優選，齒肋A和齒肋a中的齒形肋單元的尺寸分別沿其傳熱頂部的斜面朝向遞減，齒肋A和齒肋a的最小齒尺寸在其最大齒尺寸的1/4到1/2之間。齒肋A上冷凝介質位於任意角度所受到的阻力都不相同，整個銅管本體內會形成多股速度不同的冷凝氣流，氣流之間相互幹涉形成擾流，極大的增強了銅管本體內部不同空間處冷媒介質之間的熱交換，從而保證銅管本體內的冷媒介質能與外界進行最大限度的熱交換。

作為優選，齒肋A和齒肋a上獨立間隔地設有與銅管本體軸線平行的軸向凹槽，軸向凹槽的深度在所在齒形肋齒頂高的1/2到3/4之間。可以在保證齒形肋導流作用的同時幫助冷凝介質完成跨齒肋的流動，方便內部熱量交換的進行。

作為優選，銅管本體內設有若干條排列在銅管本體內不同徑向平面的月牙形的阻流塊，阻流塊的中間高度在所接觸到的齒形肋平均齒頂高的1/2到2/3之間。阻流塊為月牙形，所以對中間位置的擾流作用最強並向兩邊逐漸減弱，從而使冷凝氣流向阻流塊的兩邊擴散，破壞在齒形肋形成的螺旋形氣流，幫助熱交換的進行，增強銅管的傳熱效率。

作為優選，阻流塊在銅管本體內部對應的圓心角為20度到40度之間。阻流塊對應的圓心角小於單個齒肋組的圓心角，從而使阻流塊最多涉及兩個相鄰的齒肋組，阻流塊的阻流作用間斷的作用在齒肋上且主要集中在阻流塊的中間位置，防止對齒形肋的導流作用產生大的幹擾。

作為優選，接觸到齒肋A和齒肋a的阻流塊設在軸向凹槽的後方。齒形肋內的冷凝介質進入軸向凹槽後，部分冷凝介質改道從軸向凹槽流過從而跨齒肋流動，剩餘的沿原齒肋流動，除了位於軸向凹槽最前方的齒形肋，其他齒形肋形成的凹槽內的氣流都有所增加，阻流塊可以使這些冷凝介質部分回流到原齒形肋形成的凹槽內，使內部的冷凝氣流互相融合，從而增強銅管的擾流性能，增強銅管的傳熱效率。

本發明的有益之處在於：

由於受到齒形肋的導流作用，冷凝介質邊旋轉邊進入銅管，且在離心力的作用下往銅管表面靠近，可以使冷凝介質混合均勻，與銅管本體的接觸密度大，方便與銅管完成熱交換。

相鄰齒肋組的形狀不同，可以為銅管內的冷凝介質提供不同的擾流速度，從而使冷凝介質相互幹擾融合而加強冷凝介質周向的擾動，進而增強銅管本體內壁與中間部位介質的紊流作用，促使不同部位的介質之間快速實現熱量均衡，提高銅管本體內不同部位的熱交換速率。

齒形肋包括齒肋基座和傳熱頂部，由於齒肋基座和傳熱頂部是一體結構且傳熱頂部位於齒肋基座的一側，傳熱頂部上的斜面朝向齒肋基座的另一側，脹管時，傳熱頂部的頂角受到擠件的壓力，壓力與齒形肋的豎直軸線存在夾角而傳熱頂部的厚度小於齒肋基座的厚度，會優先變形，傳熱頂部變形後產生一定的傾斜角，增加了傳熱的面積從而可以在脹管後提高傳熱效率。

附圖說明

圖1是本發明中一種實施例的結構示意圖。

圖2是圖1中A處的局部放大圖。

圖3是圖1的銅管本體內B-B部位的展開示意圖。

圖4是本發明一種實施例脹管後的結構示意圖。

圖5是圖4中C處的冷凝介質流場示意圖。

圖中：銅管本體1 過渡面12 齒形肋2 齒肋A201 齒肋B202 齒肋a203 齒肋b204 齒肋基座21 傳熱頂部22 軸向凹槽3 阻流塊4。

具體實施方式

下面結合附圖與具體實施例對本發明進行進一步的說明。

如圖1、圖2和圖3所示，一種無縫傳熱複合銅管，包括銅管本體1，銅管本體1內壁設有呈螺旋狀分布的齒形肋2，齒形肋2與銅管本體1的軸線夾角β為20度。齒形肋2包括徑向截面為矩形的齒肋基座21和徑向截面為直角梯形的傳熱頂部22，傳熱頂部22位於齒肋基座21的上方；傳熱頂部22徑向截面的斜邊與長底邊的夾角γ在70度。傳熱頂部22的厚度在齒肋基座21厚度的1/2，傳熱頂部22的高度為對應傳熱頂部22的厚度的1.2倍。齒肋基座21的兩側面通過圓弧狀的過渡面12連接在銅管內壁，過渡面12中間位置的切線與齒肋基座21中線的夾角α為45度。相鄰的齒肋基座21上相向的兩側壁間的距離相同。

圖1中，齒肋A201、齒肋B202、齒肋a203和齒肋b204各佔銅管本體內壁1/4，齒肋A201和齒肋a203的傳熱頂部22徑向截面的長底邊貼合在螺旋狀的齒肋基座21上靠近銅管本體1進口的進側且斜邊朝向齒肋基座21靠近銅管出口的背側，齒肋B202和齒肋b204的傳熱頂部22徑向截面的長底邊貼合在所述齒肋基座21的背側且斜邊朝向進側；齒肋B202和齒肋b204中各齒形肋的大小相同，齒肋A201和齒肋a203中的齒形肋單元的尺寸分別沿其傳熱頂部22的斜面朝向遞減，齒肋A201和齒肋a203的最小齒尺寸為其最大齒尺寸的0.4。齒肋A201和齒肋a203上獨立間隔地設有與銅管本體1軸線平行的軸向凹槽3，軸向凹槽3的深度在最小齒頂高的2/3，軸向凹槽的槽寬為最大齒肋寬度的2/3。銅管本體1內設有18塊排列在銅管本體內不同徑向平面的月牙形的阻流塊4，阻流塊的寬度與齒肋B的齒肋基座的寬度相等，阻流塊4在銅管本體1內部對應的圓心角為30度，從而保證阻流塊作用銅管本體內的每條母線上，使阻流塊對冷凝介質的擾流平穩均勻。阻流塊4的中間高度在所接觸到的齒形肋平均齒頂高的1/2。接觸到齒肋A201和齒肋a203的阻流塊4設在軸向凹槽3的後方。齒形肋2上的角都為圓角，圓角的半徑為角相鄰的兩邊中較短邊的1/2。

如圖4和圖5所示，銅管本體1經過脹管過程後，齒形肋上的傳熱頂部的斜面位置由於被擠壓往齒肋的外側變形，冷凝介質在銅管本體1內循環時，由於齒形肋2的導流作用發生轉動，在離心力的作用下，冷凝介質向銅管本體1的內表面靠近，齒肋A201上靠近銅管本體1進口的進側為平滑的豎面，對冷凝介質的導流作用強，對冷凝介質的流速的限制也較大，齒肋A201中的齒形肋單元的尺寸分別沿其傳熱頂部22的斜面朝向逐漸遞減，對冷凝介質的流速阻礙小，尺寸較小的齒形肋上的冷凝介質流速較快。相對銅管本體1的進口，尺寸較小的齒形肋設在尺寸較大齒形肋的後方，當尺寸較大處的冷凝介質螺旋前進到尺寸較小的齒形肋上時與尺寸較小齒形肋內的冷凝介質混合從而出現紊流，增強銅管本體1內部的擾流能力，齒肋A範圍內的冷凝介質集中堆積在齒肋A的側面向管內流動，先通過軸向凹槽3完成分流和紊流，緊接著冷凝介質流到阻流塊上，在阻流塊的作用下再次紊流，使冷凝介質容易跨齒肋流動，齒肋a內的冷凝介質流場和齒肋A201相同。齒肋B202中各齒形肋的大小相同，且斜面朝向與齒肋A201相反，齒肋B202上靠近銅管本體1進口的進側為傳熱頂部22的短側面、傳熱頂部22的斜面、齒肋基座21的側面和齒肋基座21的頂面組成的波浪形的側面，導流作用較弱，齒肋A201內的冷凝介質經尺寸遞減的齒形肋2完成周向擾流後，擴散到齒肋B202上，經過齒肋B202上波浪形的側面後，沿齒肋B202的側面逐漸沿周向擴散，使介質流在擴散擾動的過程中與齒形肋2的接觸頻繁且混合較均勻，從而增強了銅管本體1的散熱性能。齒肋b204內的冷凝介質流場與齒肋B202中相同。