專利名稱：一種三維內表面?zhèn)鳠峁芎陀迷搨鳠峁艿膿Q熱器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種三維內表面?zhèn)鳠峁?，屬傳熱設備技術領域，具體涉及一種外壁光滑，內壁三維強化的傳熱管，特別涉及一種管內蒸發(fā)或冷凝、管外液體對流傳熱的強化傳熱管。
背景技術：
房間空調器的蒸發(fā)器和冷凝器主要形式為使用銅管套鋁翅片的管翅式換熱器，目前銅管普遍使用內螺紋銅管，其管內換熱系數(shù)提高了是光管的1.5～3倍。在現(xiàn)有技術中，內螺紋傳熱管的換熱性能與其換熱面積及內螺紋的形狀(如螺旋角、翅高、翅頂角…)直接相關。中國專利ZL 02232596.4公開了一種“斷續(xù)齒內螺紋無縫高效傳熱管”，是在管內表面制有多條帶螺紋升角的螺旋形等高螺紋齒，沿齒頂脊上開有規(guī)則/不規(guī)則間距的切斷脊式溝槽，由此加大了傳熱管內表面積，并有利于提高制冷劑在管內沿程蒸發(fā)或冷凝時的不同干度狀態(tài)下的管內換熱效率。中國專利ZL02802107.X中公開了“具有帶凹槽的內表面的改進傳熱管”，它通過幾組輥子將預定圖案印到板上，該板卷成型并焊接成管，形成所需的強化內表面。
現(xiàn)有技術的內壁強化的換熱管外徑一般小于10mm，絕大部分以盤管形式供貨，主要用于加熱或冷卻管外空氣的空調器場合；為提高空氣側換熱系數(shù)，減小鋁箔與換熱管外表面的間隙，換熱管必須與板式鋁翅片相脹接，脹接方法分液壓法和機械法兩種，不管哪種方法，在內壁齒型復雜細小時，內壁容易在脹管時變形，與脹管前預測的性能相比，大大降低了換熱性能，這點也制約了該類內壁三維換熱管的市場化。對于焊接管而言，設備投入和加工成本都較高，另外業(yè)界對于焊縫的產品質量和使用壽命的擔憂也有待長期使用的驗證。
在中大型冷凍機(如冷水機組、熱泵機組和熱回收機組)應用中大量采用殼管式的干式蒸發(fā)器或冷凝器(總量50％以上)，與普通空調器不同，其管外是水或其它液體載冷劑或冷卻劑。例如，在干式蒸發(fā)器中管內為制冷劑的蒸發(fā)或冷凝，管外為載冷劑水的對流換熱?，F(xiàn)有技術的換熱管也廣泛采用來復線形式的內螺紋銅管，外徑為9mm～25mm，其內螺紋形狀也是綜合了蒸發(fā)和冷凝換熱要求并優(yōu)化尺寸。而隨著冷凍機能效要求的提高，對于換熱管的換熱性能及管內壓降的要求也進一步提高；另外新環(huán)保制冷劑的逐步采用也對傳統(tǒng)內螺紋管的性能提出了更高要求。
對于這類殼管式換熱器，主要通過管端與管板的脹接來連接換熱管及殼體，因而中間管段的強化表面不會因受壓而變形，另外在該領域目前還未曾采用復雜的三維內表面換熱管，因而在管殼式換熱器中采用三維內表面?zhèn)鳠峁芫哂懈蟮目尚行?。采用?yōu)化的三維內表面可以比單純內螺紋增加換熱面積，提高制冷劑相變的換熱系數(shù)。例如，對于蒸發(fā)工況，管內氣化核心的數(shù)量增多，從而可提高蒸發(fā)傳熱系數(shù)；而對于冷凝工況，優(yōu)化的三維內表面換熱管有利于冷凝液的流動，減薄冷凝液膜，提高冷凝性能。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提出一種無縫的三維內表面?zhèn)鳠峁埽瓤商岣邆鳠峁苷舭l(fā)/冷凝性能，又可以避免在常規(guī)空調器應用中因脹管損傷內壁翅片而降低性能。
本發(fā)明目的通過下述技術方案實現(xiàn)一種三維內表面?zhèn)鳠峁?，包括傳熱管主體，其中管內由主齒和副齒形成三維凸臺或交叉部分。由于三維內表面凸臺的存在，可保障在蒸發(fā)過程中，沿程不同制冷劑干度的情形下，換熱管內表面能保持濕潤，有利于整段管內蒸發(fā)持續(xù)高效進行；對于冷凝工況，因三維凸臺形成了表面各點處的曲率不同，有利于冷凝液的流動，并降低液膜的厚度，從而減少熱阻，提高冷凝性能。
在上述方案基礎上，所述的內表面具有強化換熱表面，成品管兩端或中間段有光端或無齒段，光端位置和無齒段長度可根據(jù)用途及性能要求調整。以便于脹管，增加使用的可靠性。
所述的管主體可以是常規(guī)直管結構、波紋管、外徑周期變化或非周期變化的縮放管結構中的任一種。因為根據(jù)現(xiàn)有的技術，這些方法都可以強化換熱管的傳熱，可以理解在本發(fā)明的基礎上，按這些結構形式，進行二次加工可進一步提高換熱管內的蒸發(fā)和冷凝換熱系數(shù)的同時提高管外的對流換熱系數(shù)。
所述的管主體的內表面分布有來復線式的內螺紋，管內表面由主齒和副齒形成三維凸臺，該三維凸臺沿軸線和徑向分布。
所述的三維凸臺有方形、長方形、平行四邊形、呈棱錐形或棱臺形中的一種或其組合。
其中，管內表面的凸臺間的軸向間距為0.4～1.4mm，凸臺的徑向間距為0.3～1.2mm，周向長度小于或等于軸向長度，凸臺的高度為0.1～0.4mm。
所述的主齒和副齒形成相反角度，主齒與軸線成b角為0～30°，副齒與軸線成a角為0～-30°。
所述的主齒齒距d1+d2為0.4～1.4mm，副齒齒距e1+e2為0.3～1.2mm，d1為0～1.0mm，d2為0.3～1.0mm，e1為0～0.9mm，e2為0.3～1.0mm，三維凸臺高度為0.1～0.45mm。凸臺間沿主副齒形成較長的渠道，因毛細作用，能夠改善液體在兩相物態(tài)轉化中的環(huán)流效應和擾流效應，同時也增加了內表面積。
本發(fā)明三維內表面?zhèn)鳠峁苡糜趥鳠峁芘c管板脹接或焊接，構成換熱器的一部分。
更進一步是用于冷水機組或熱泵機組，將傳熱管使用在管內為制冷劑相變換熱，管外為載冷劑或冷卻劑的換熱器中。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比有如下的優(yōu)點和效果(1)管內通過加工形成三維形狀，增加了管內的換熱面積，通過優(yōu)化尺寸，增強管內紊流流動，蒸發(fā)或冷凝的相變換熱系數(shù)增加了30％以上，首次實現(xiàn)了三維內表面換熱管在冷水機組的干式蒸發(fā)器或冷凝器中的應用；(2)與焊接管或其他多道加工工序成型的傳統(tǒng)換熱管相比，應用金屬擠壓加工工藝原理，采用專用機床一次性成型，加工效率高；(3)用于殼管式換熱器中，可在換熱管兩端或中間任意位置留出一定長度的光管段，供脹管或隔板支撐；(4)在該換熱管的基礎上進行波紋管或縮放管加工，在進一步提高換熱管內的蒸發(fā)和冷凝換熱系數(shù)的同時提高管外的對流換熱系數(shù)。


圖1是本發(fā)明內表面示意圖。
圖2本發(fā)明內表面軸側面示意圖。
圖3是本發(fā)明內表面齒形示意圖。
圖4是本發(fā)明長度方向光端示意圖。
圖5是本發(fā)明工藝示意圖。
圖6是本發(fā)明應用實施例圖。
其中圖5中標號芯桿—2；主芯頭—21；副芯頭—22；滾壓體—3；定徑環(huán)—4；精整套—5。
圖6中標號管主體—1；換熱器—6；管板—61；腔室入口—7；腔室出口—8；水室入口—9；水室出口--10。
具體實施例方式
本發(fā)明提出的一種三維內表面?zhèn)鳠峁埽捎们鎻秃系姆绞?，其結構如圖1本發(fā)明內表面示意圖，圖2為本發(fā)明三維內表面?zhèn)鳠峁茌S側面示意圖和圖3是本發(fā)明內表面齒形示意圖所示，一種三維內表面?zhèn)鳠峁?，包括傳熱管主體1，其管內由主齒和副齒形成三維凸臺11或交叉部分，該三維凸臺11沿軸線和徑向分布。管兩端可帶有光端12、13，以便于脹管，以增加使用的可靠性。內表面具有強化換熱表面，成品管兩端或中間段有光端或無齒段，光端位置和無齒段長度可調。
該凸臺有方形、長方形、平行四邊形，也可呈棱錐形或棱臺形，使內表面形成了三維的強化表面。主齒和副齒形成相反的角度，但是角度可以不相等，齒形可以是梯形或三角形。主齒和副齒的高度可以相等，也可以有高低分別。
本發(fā)明的實施例中，主齒與軸線成b角度為0～30°，副齒與軸線角度a為0～-30°，主齒高度h2為0.1～0.4mm，副齒高度h1為0.1～0.4mm，主齒齒形角為5～30°，副齒齒形角為5～30°，主齒齒距d1+d2為0.4～1.4mm，副齒齒距e1+e2為0.3～1.2mm，d1為0～1.0mm，d2為0.4～1.0mm，e1為0～0.9mm，e2為0.3～1.0mm。三維凸臺高度為0.1～0.4mm，因為應用于殼管式換熱器，在換熱管的加工中，按圖4本發(fā)明長度方向光端示意圖所示，可以在管兩端或管中間任意位置留出光端，便于脹管。
本發(fā)明的加工工藝；按圖5本發(fā)明工藝示意圖所示，加工和制造本發(fā)明換熱管。管主體1材料可選用銅和銅合金材料或其他金屬，換熱管外徑為9～25mm，壁厚為0.5～1mm，采用專用的旋壓機和拉床用旋壓和拉伸的方式進行成形加工，管內和管外同時一體化加工，在管主體內表面上加工成三維凸臺形狀的內螺紋形復雜曲面，形成三維形狀的里脊。
加工方式是一次成型的方式，在芯桿2上有兩個芯頭，分別是主芯頭21和副芯頭22，滾壓體3在銅管周圍高速旋轉形成主齒和副齒，定徑環(huán)4由平面和斜面組成，調整滾壓體3在定徑環(huán)4中的位置，可以實現(xiàn)光端的加工。精整套5是對已加工的銅管進行精加工以便生產標準的產品。
在需要留有光管的位置，利用電氣控制在該位置滾壓體收起即可，經過一段設定的行程繼續(xù)加工，內壁成型。
按前列的管內壁成型工序后，管主體外表面可二次加工成波紋形式或截面軸向變化的形狀，進一步增強管內換熱。
如圖6本發(fā)明應用實施例圖所示，用本發(fā)明實現(xiàn)熱交換的方式如下將本發(fā)明管體1固定在換熱器6(如干式蒸發(fā)器)的管板61上，制冷劑(如氟里昂)從腔室入口7流經本發(fā)明主管體1的管內，與管外載冷劑(如水)換熱，沿程蒸發(fā)，成為過熱蒸汽，再從腔室出口8流出；載冷劑(如水)通過水室入口9進入換熱器，通過折流板后從水室出口10流出換熱器。由于前述的傳熱管管體1的內壁為三維的內螺紋構造，有利于提高管內相變換熱系數(shù)，而在管外熱阻較大的場合，換熱管的波紋加工，可有效的進一步提高管內外換熱面積及換熱系數(shù)，從而管件整體換熱系數(shù)得到有效的提高，也提高了換熱器6的性能。
權利要求
1.一種三維內表面?zhèn)鳠峁?，包括傳熱管主體，其特征在于管內由主齒和副齒形成三維凸臺或交叉部分。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種三維內表面?zhèn)鳠峁埽涮卣髟谟?，內表面具有強化換熱表面，成品管兩端或中間段有光端或無齒段，光端位置和無齒段長度可調。
3.根據(jù)權利要求1所述的三維內表面?zhèn)鳠峁?，其特征在于所述的管主體可以是常規(guī)直管結構、波紋管、外徑周期變化或非周期變化的縮放管結構中的一種。
4.根據(jù)權利要求1所述的三維內表面?zhèn)鳠峁?，其特征在于所述的管主體的內表面分布有來復線式的內螺紋，管內表面由主齒和副齒形成的三維凸臺，該三維凸臺沿軸線和徑向分布。
5.根據(jù)權利要求4所述的三維內表面?zhèn)鳠峁?，其特征在于所述的凸臺有方形、長方形、平行四邊形、呈棱錐形或棱臺形中的一種或其組合。
6.根據(jù)權利要求4所述的三維內表面?zhèn)鳠峁埽涮卣髟谟诠軆缺砻娴耐古_間的軸向間距為0.4～1.4mm，翅臺的徑向間距為0.3～1.2mm，周向長度小于或等于軸向長度，翅臺(2)的高度為0.1～0.4mm。
7.根據(jù)權利要求4所述的三維內表面?zhèn)鳠峁?，特征在于主齒和副齒形成相反角度，主齒與軸線成B角度為0～30°，副齒與軸線成A角度為0～-30°。
8.根據(jù)權利要求4所述的三維內表面?zhèn)鳠峁埽涮卣髟谟谥鼾X齒距d1+d2為0.4～1.4mm，副齒齒距e1+e2為0.3～1.2mm，d1為0～1.0mm，d2為0.3～1.0mm，e1為0～0.9mm，e2為0.3～1.0mm，三維凸臺高度為0.1～0.45mm。
9.一種利用權利要求1所述的三維內表面?zhèn)鳠峁艿挠猛?，其特征在于傳熱管與管板脹接或焊接，構成換熱器的一部分。
10.根據(jù)權利要求9所述的用途，其特征在于，用于冷水機組或熱泵機組，將傳熱管使用在管內為制冷劑相變換熱，管外為載冷劑或冷卻劑的換熱器中。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種三維內表面?zhèn)鳠峁埽貏e涉及一種管內蒸發(fā)或冷凝、管外液體對流傳熱的強化傳熱管。本發(fā)明一種三維內表面?zhèn)鳠峁?，包括傳熱管主體，其中，管內由主齒和副齒形成三維凸臺或交叉部分。首次應用于冷水機組的干式蒸發(fā)器或冷凝器中。本發(fā)明突破以往內螺紋高效管內螺紋形狀結構，在管內表面制有多個獨立的凸臺，該凸臺有方形、長方形、平行四邊形，也可呈棱錐形或棱臺形，從而增加了傳熱管的內表面積，改善了管內制冷劑蒸發(fā)或冷凝的換熱效果，使熱交換效率有顯著的提高。本發(fā)明可采用金屬擠壓工藝一次成型，加工效率高，應用于殼管式換熱器中，兩端或中間位置留有光端，便于脹管，同時避免了常規(guī)空調器應用中因脹管損傷內壁翅片而降低性能。
文檔編號F28F1/10GK1858541SQ20061002748
公開日2006年11月8日 申請日期2006年6月9日 優(yōu)先權日2006年6月9日
發(fā)明者曹建英, 羅忠 申請人:高克聯(lián)管件(上海)有限公司