傳熱管及包含該傳熱管的傳熱傳質設備的製作方法

2023-05-10 16:32:46

專利名稱：傳熱管及包含該傳熱管的傳熱傳質設備的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及蒸發器技術領域，具體而言，涉及一種傳熱管及包含該傳熱管的傳熱傳質設備。
背景技術：
能源是經濟發展和社會進步的重要物質基礎，與材料、信息構成現代化社會的三大支柱。能源不僅是國民經濟發展的動力，而且是衡量綜合國力和人民生活水平以及國家文明發達程度的指標。石油、化工、動力、冶金、製冷等產業是我國的支柱產業，也均為高能耗的傳統產業，其能耗約佔總能耗的40%。在這些高能耗工業中，換熱器傳熱性能的高低， 直接影響著工業系統的能耗水平。在各種不同類型的換熱器中，殼管式換熱器因製造簡單、 成本低、適用性強以及操作維護方便等優點而應用最為普遍。然而，目前我國工業系統使用的殼管式換熱器90%以上是採用傳統的圓形光滑表面傳熱管。此類換熱器的體積龐大、材耗多、過程系統的能耗也高，亟待改進。探索新的強化傳熱機理並開發出高效的強化傳熱技術，是提高換熱器傳熱效能的有效途經，這仍然是當今傳熱學領域的熱點研究課題。蒸發是上述高能耗工業中常見的操作過程，提高蒸發器的傳熱和蒸發效率對於減少設備投資和節能降耗都有重要意義。工業上使用的蒸發器有多種類型，而最常見的是管殼式結構，所採用的傳熱管主要為光滑管。光滑管的沸騰傳熱係數很低，從而導致蒸發器的傳熱性能低下，換熱器體積龐大，成本高。此外光滑表面的過熱度較高，臨界熱負荷低，操作空間狹窄，蒸發過程的穩定性不易控制。

實用新型內容本實用新型旨在提供一種傳熱管及包含該傳熱管的傳熱傳質設備，以解決現有技術中光滑管沸騰傳熱係數低，從而導致蒸發器的傳熱性能低下，換熱器體積龐大，成本較高的問題。為了實現上述目的，根據本實用新型的一個方面，提供了一種傳熱管，包括兩段傳熱管接頭，分別設置在傳熱管兩端；扭曲管體，設置在兩段傳熱管接頭中間，連接兩段傳熱管接頭，並具有扭曲的表面管體結構。進一步地，扭曲管體具有螺旋扭曲表面管體結構。進一步地，螺旋扭曲表面管體結構為單螺旋扭曲表面管體結構。進一步地，螺旋扭曲表面管體結構的截面輪廓為橢圓形。進一步地，傳熱管的扭曲管體具有跟隨扭曲管體的表面管體結構變化而變化的管道內壁。進一步地，傳熱管的外壁具有多孔結構。進一步地，傳熱管的外壁上的多孔結構包括多個沿傳熱管徑向方向設置的小孔， 以及沿軸向方向跟隨外壁的結構變化而變化的隧道，小孔與隧道相連通。進一步地，小孔在軸向方向上的排布跟隨傳熱管的外壁的結構變化而變化。[0013]進一步地，隧道具有沿軸向方向不斷變化的徑向截面。根據本實用新型的另一方面，提供了一種傳熱傳質設備，包括上述的傳熱管。根據本實用新型的技術方案，傳熱管包括設置在其兩端的傳熱管接頭和連接兩段傳熱管接頭的扭曲管體，該扭曲管體具有扭曲的表面管體結構。當液體流經本實用新型的傳熱管外表面時，扭曲的表面管體結構使液體產生漩流和分離流，破壞了介質傳熱邊界層的穩定性，減薄了介質傳熱滯流層的厚度，提高了蒸發傳熱管外表面的對流換熱係數。在傳熱管的外壁上設置有多孔結構，提供了充足的人工活化核心，提高了傳熱管外表面的沸騰傳熱係數。同時，介質在傳熱管內流動時，扭曲管體造成的螺旋變化的通道，也使得流經管體內表面的液體產生漩流和分離流而提高傳熱管內的對流換熱係數。

構成本實用新型的一部分的附圖用來提供對本實用新型的進一步理解，本實用新型的示意性實施例及其說明用於解釋本實用新型，並不構成對本實用新型的不當限定。在附圖中圖1示出了根據本實用新型的實施例的傳熱管的結構示意圖；圖2示出了根據圖1的A處的截面圖；圖3示出了根據圖1的B處的截面圖；圖4示出了根據圖1的C處的截面圖；圖5示出了根據圖1的D處的截面圖；圖6示出了根據圖1的E處的截面圖；以及圖7示出了根據圖1的F處的外管壁的局部放大立體剖視結構示意圖。
具體實施方式
下文中將參考附圖並結合實施例來詳細說明本實用新型。需要說明的是，在不衝突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特徵可以相互組合。如圖1至圖6所示，根據本實用新型的實施例，傳熱管包括設置在傳熱管兩端的兩段傳熱管接頭11，以及設置在兩段傳熱管接頭11之間，並連接兩段傳熱管接頭11的扭曲管體12，該扭曲管體12具有扭曲的表面管體結構。兩段傳熱管接頭11與扭曲管體12可以為一體化結構，也可以有多段管體組合而成。扭曲管體12的起伏的表面管體結構可以為沿軸向方向扭曲的表面管體結構，也可以為沿軸向方向上下波動的表面管體結構。在本實施例中，扭曲管體12具有螺旋扭曲表面管體結構，傳熱管接頭11為內管道為光滑圓管道的圓形管體。傳熱管兩端的傳熱管接頭11為表面光滑的圓形管體結構，其長度較短，內管道也為圓形，這種圓形管體使得傳熱管的兩端的管口部位容易加工，可以根據所要連接的結構將圓形管體的端部改造為與之相對應的連接結構，使用簡單方便，適用性更強。傳熱管中間部分的扭曲管體12，是本實施例的傳熱管的主要部分，在傳熱管上佔據了大部分的長度，其表面的扭曲結構，使得傳熱管安裝使用之後，當液體流經傳熱管外表面時，會由於其表面結構的起伏而產生分離流，破壞介質傳熱邊界層在的穩定性，減薄介質傳熱滯流層的厚度，提高蒸發傳熱管外表面的對流換熱係數，從而提高傳熱管的工作效率。而具有螺旋扭曲表面管體結構的扭曲管體12，使得液體沿著傳熱管表面流動時，會隨著螺旋扭曲表面而形成周期性的漩流以及分離流，進一步降低液體在管體外表面的粘著，提高液體與傳熱管內介質的換熱效率，提高換熱管的管內對流換熱係數，有效防止管體表面的過熱度較高的問題，使得蒸發過程更加容易控制。在本實施例中，扭曲管體12為單螺旋扭曲表面管體結構，可以直接通過對圓形管體的中間部分經過機械滾壓形成，而且可以使得圓形管體內的圓形管道在機械滾壓的作用過程中，跟隨管體外表面的結構變化發生相應的變化，使得單螺旋扭曲管體的內外管體都形成扭曲的結構，加工程序簡單，實現容易，而且能夠具有良好的效果。從圖1至圖6中還可以看出，本實施例的傳熱管，扭曲管體12的螺旋扭曲表面管體結構的截面輪廓為橢圓形，並且沿軸向方向呈現出不同角度的橢圓形管體。扭曲管體12 為螺旋扭曲橢圓管體，能夠通過機械滾壓加工形成，工藝簡單，可以有效降低加工扭曲管體 12的成本，並且能夠直接通過加工圓形管體獲得，具有更大適用性。本實施例的扭曲管體 12是採用機械滾壓二次成型獲得，加工過程中不存在對金屬的切削，材料利用率較高。扭曲管體12的截面輪廓還可以為方形、鼓形或者其它的多種形狀，只要其滿足能夠形成螺旋扭曲的管體結構這一條件，都可以作為扭曲管體12的截面輪廓。螺旋扭曲結構可以為單螺旋扭曲結構，也可以為雙螺旋扭曲結構。單螺旋扭曲結構加工簡單，製造容易， 容易大規模應用，比較易於實施，能夠有效節約成本。雙螺旋扭曲結構使得傳熱管的管體表面形成更多的周期性的漩流以及分離流，更加有效降低液體在管體外表面的粘著，防止管體表面的過熱度較高的問題。扭曲管體12的內管道可以為與傳熱管接頭11的內管道相同的光滑結構，也可以為非光滑的內壁表面結構。優選地，傳熱管的扭曲管體12具有跟隨其表面管體結構變化而變化的管道內壁結構，以便於在對傳熱管的外表面結構進行加工時，也能夠使傳熱管的內管道根據外表面的結構變化而產生相應的變化，降低內管道加工難度。在本實施例中，扭曲管體12的內管道為跟隨其外壁變化的螺旋扭曲橢圓形管道，當介質流經換熱管的內管道時，也能夠跟隨內管道的螺旋表面結構產生周期性的漩流和分離流，從而能夠降低液體對內管壁的粘著，提高管內介質與管外液體的熱交換，進一步提高換熱管的換熱效率。從圖7中可以看出，根據本實用新型的傳熱管，其外壁20具有多孔結構，多孔結構能夠為換熱管提供充足的人工活化核心，提高傳熱管外表面的沸騰傳熱係數。傳熱管外壁 20上的多孔結構包括多個沿傳熱管徑向方向設置的小孔21，以及沿軸向方向跟隨外壁20 的結構變化而變化的隧道22。小孔21在軸向方向上的排布跟隨傳熱管的外壁20的結構變化而變化。隧道22設置在外壁20的外表面下方，並位於小孔21的底部，將在軸向方向上位於同一條變化曲線上的小孔21連接在一起。當液體從換熱管外表面經過時，會進入外壁20上的多孔結構內，小孔21限制了液體進入隧道22的量，使得沸騰蒸發所需克服的傳熱阻力減小。蒸發產生的氣體從鄰近小孔21中逸出後，外部液體馬上由小孔21進入隧道 22進行補充，並繼續進行蒸發過程，然後不斷進行重複的蒸發過程，從而提高傳熱管外表面的沸騰傳熱係數。結合參見圖1，小孔21可以為圓孔、方孔、橢圓孔、三角孔、菱形孔或者其它形狀的小孔，每個小孔都沿扭曲管體12的徑向方向設置。當液體流經傳熱管外表面時，會經過這些小孔21進入隧道22，並在隧道內吸熱蒸發，蒸發產生的氣體從鄰近小孔21逸出，外部液
5體又通過小孔21對隧道內液體進行補充，使液體快速吸熱並蒸發。在本實施例中，小孔21 為一種開口成不規則三角形的孔隙，孔隙沿管軸方向呈螺旋狀排列。隧道22的截面可以為圓形、方形、橢圓形、三角形、菱形或者其它的形狀，並在軸向方向上將小孔連通，使得進入小孔中的液體能夠與換熱管有更加充分的換熱效果。優選地，隧道22沿軸向方向具有不斷變化的徑向截面。在本實施例中，隧道22的一側側壁為光滑表面，另一側的相對側壁具有起伏的壁面結構，從而使隧道22的流道形成不規則的流動路徑，使得從小孔進入隧道22的液體具有更加充分的流動狀態。小孔21之間的距離以及小孔的大小的選擇，可以使得傳熱管應用於不同的傳熱傳質設備。當兩相鄰小孔21的孔隙中心間距為0. 8mm，孔徑為0. 08mm，孔隙沿管軸方向呈螺旋狀排列時，該種傳熱管可用於中央空調機組滿液式蒸發器。當兩相鄰小孔21的孔隙中心間距為2. Omm,孔徑為1. Omm,孔隙沿管軸方向呈螺旋狀排列時，該種傳熱管可用於石油化工的熱虹吸再沸器。根據本實用新型的實施例的傳熱傳質設備，包括上述的傳熱管。該傳熱管主要應用於食品加工、冶金、海水淡化、石油化工、製冷空調等工業中的傳熱傳質設備的臥式蒸發
ο下面根據傳熱管的工作原理對本實施例的傳熱管的工作過程加以說明。當液體流經根據本實用新型的高效傳熱管外表面時，扭曲的傳熱管表面使流過的液體形成周期性的漩流和分離流，破壞介質傳熱邊界層的穩定性，減薄介質傳熱滯流層的厚度，從而提高蒸發傳熱管外表面的對流換熱係數。傳熱管表面地多孔結構為傳熱管提供了充足的人工活化核心，提高了傳熱管外表面的沸騰傳熱係數。另一方面，加熱的介質在高效傳熱管內流動時，螺旋變化的橢圓通道使介質也會產生漩流和分離流，以提高傳熱管內的對流換熱係數。由於蒸發器的傳熱性能是由管內、管外換熱係數以及汙垢係數等決定的，根據本實用新型的傳熱管不僅提高了蒸發器管外的傳熱係數，同時也提高了管內的傳熱係數，使得蒸發器的總傳熱係數大幅提高。因此，採用同樣換熱面積的高效蒸發傳熱管，可以大大降低蒸發器的傳熱面積，減小蒸發器的體積，降低製造和運行成本。從以上的描述中，可以看出，本實用新型上述的實施例實現了如下技術效果提高了蒸發器的傳熱傳質性能，與現有機械加工表面多孔傳熱管相比，可提高蒸發器總傳熱係數15% -30%。能提供大量人工氣化核心，強化了蒸發傳熱傳質過程，同時也能夠提高傳熱管內和傳熱管外的液體對流換熱係數，強化自然對流和強制對流換熱，進一步提高蒸發器的換熱效率。結構簡單，採用機械滾壓二次成型，加工過程中不存在對金屬的切削，材料利用率高。以上所述僅為本實用新型的優選實施例而已，並不用於限制本實用新型，對於本領域的技術人員來說，本實用新型可以有各種更改和變化。凡在本實用新型的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護範圍之內。
權利要求1.一種傳熱管，其特徵在於，包括兩段傳熱管接頭(11)，分別設置在所述傳熱管兩端；扭曲管體(12)，設置在兩段所述傳熱管接頭(11)中間，連接兩段所述傳熱管接頭 (11)，並具有扭曲的表面管體結構。
2.根據權利要求1所述的傳熱管，其特徵在於，所述扭曲管體(12)的表面管體結構為螺旋扭曲表面管體結構。
3.根據權利要求2所述的傳熱管，其特徵在於，所述螺旋扭曲表面管體結構為單螺旋扭曲表面管體結構。
4.根據權利要求2所述的傳熱管，其特徵在於，所述螺旋扭曲表面管體結構的截面輪廓為橢圓形。
5.根據權利要求1至4中任一項所述的傳熱管，其特徵在於，所述傳熱管的所述扭曲管體(1 具有跟隨所述扭曲管體(1 的表面管體結構變化而變化的管道內壁。
6.根據權利要求1至4中任一項所述的傳熱管，其特徵在於，所述傳熱管的外壁00) 具有多孔結構。
7.根據權利要求6所述的傳熱管，其特徵在於，所述傳熱管的所述外壁OO)上的多孔結構包括多個沿所述傳熱管徑向方向設置的小孔01)，以及沿軸向方向跟隨所述外壁 (20)的結構變化而變化的隧道(22)，所述小孔與所述隧道02)相連通。
8.根據權利要求7所述的傳熱管，其特徵在於，所述小孔在軸向方向上的排布跟隨所述傳熱管的所述外壁OO)的結構變化而變化。
9.根據權利要求8所述的傳熱管，其特徵在於，所述隧道02)具有沿軸向方向不斷變化的徑向截面。
10.一種傳熱傳質設備，其特徵在於，包括權利要求1至9中任一項所述的傳熱管。
專利摘要本實用新型提供了一種傳熱管及包含該傳熱管的傳熱傳質設備。該傳熱管包括兩段傳熱管接頭(11)，分別設置在傳熱管兩端；扭曲管體(12)，設置在兩段傳熱管接頭(11)中間，連接兩段傳熱管接頭(11)，並具有扭曲的表面管體結構。根據本實用新型的傳熱管，既可強化蒸發過程的傳熱與傳質，又能同時提高管內和管外的自然對流和強制對流換熱係數，大大降低蒸發器的製造成本。
文檔編號F28F1/08GK201964818SQ201120096798
公開日2011年9月7日 申請日期2011年4月2日 優先權日2011年4月2日
發明者萬仁傑, 劉華, 張孝進, 胡東兵, 胡海利, 胡立書, 許晶, 陳紅, 顏家桃 申請人:珠海格力節能環保製冷技術研究中心有限公司