[發明專利]一種滿液式蒸發器用換熱管

在審

• 申請號: 201811336135.X
• 申請日: 2018-11-12
• 公開（公告）號: CN109269337A
• 公開（公告）日: 2019-01-25
• 發明（設計）人: 李小利;王斌;馬青川;李玉海;董桂梅;張俊峰;任鼎
• 申請（專利權）人: 煙臺恒輝銅業有限公司
• 主分類號: F28F1/00
• 分類號: F28F1/00;F28F1/42;F25B39/02
• 代理公司: 煙臺雙聯專利事務所(普通合伙) 37225
• 代理人: 梁翠榮

本發明公開了一種滿液式蒸發器用換熱管，其蒸發表面段包括換熱管本體（2）、翅片（10）、T形翅片（4），相鄰的T形翅片（4）與T形翅片（4）之間周向延伸的螺旋狀槽道底面構成空穴結構（5）；換熱管本體（2）內表面設有沿周向均勻分布的突出的肋條，相鄰肋條之間形成螺旋槽道（3）；相鄰的T形翅片之間留有縫隙（6），每個T形翅片（4）上均設有棱錐形翅片（7），本發明表面的四棱四溝槽棱錐形翅片上產生的汽泡以及脫離壁面后，周圍液體及時補充空泡空間，造成液膜的擾動與壓力的沖擊作用影響了空穴內的液體以及壁面處的汽化核心，使得液體迅速轉化成氣體，消除了“熱滯后”現象，無需外部設備以及耗能，經濟，簡單。

技術領域：

本發明公開了一種蒸發器用傳熱管，尤其涉及一種滿液式蒸發器用換熱管，適用于制冷空調系統中的滿液式蒸發器。

背景技術：

滿液式蒸發器是制冷系統中常用重要部件。在滿液式蒸發器中，制冷劑在蒸發器內將換熱管淹沒，當熱流體在管內流過時，熱量從熱流體傳遞給管外的制冷劑，導致制冷劑沸騰相變產生蒸汽。

目前流行的蒸發換熱管是在表面上加工出螺旋狀翅片，所述翅片頂部沿翅片螺旋方向加工出切口，同一翅片上均勻布置的切口之間形成凸臺。通過對凸臺的機械壓軋，使得凸臺向翅片兩側延伸，達到覆蓋翅片之間的槽道程度，形成空穴結構；且相鄰各個凸臺延伸部分之間留有縫隙作為空穴的排汽口。俗稱這種翅片為T形翅片，空穴內生成的汽泡通過孔口排出空穴，形成池沸騰現象。汽泡離開空穴后，管外的制冷劑會及時通過孔口流入空穴，為下次汽泡的生成準備條件。中國專利95118177.7公開了這種蒸發換熱管的技術，由于這種空穴結構容易生成大量的汽化核心，加快汽泡生長的速度與脫體頻率，因而，提高了沸騰換熱系數。實驗證明，這種空穴結構換熱管的換熱系數比光管提高3倍以上。為了提高蒸發管的換熱性能，技術人員通過改進加工技術，不斷增加徑向分布翅片的密度，減小翅片間距，縮小空穴的尺寸，以便增加汽化核心和氣泡數量，提高蒸發換熱系數。在增加空腔數目以便增加蒸汽泡的數目，進而達到提高換熱系數的指導思想下，空穴的體積越來越小。以前，蒸發換熱管每英寸有43個徑向分布的翅片，而現在可以達到每英寸60片翅片以上，相應的空穴體積大大縮小了。隨著空穴的體積減小，熱滯后現象更嚴重了。所謂熱滯后是指：對表面加熱，熱流密度從小到大逐漸增加時，一些表面，如多孔介質表面或者具有空穴結構的表面，起始沸騰的壁面溫度必須大于穩定沸騰時的壁面溫度，才能出現氣泡，產生沸騰。而且，一旦出現沸騰產生氣泡后，壁面溫度又迅速降低，達到正常穩定沸騰的壁面溫度，依然保持沸騰現象，這個過程在圖上（壁面過熱度與熱流密度沸騰曲線圖）沿橫坐標出現明顯的凸起，這種現象在傳熱學上稱為熱滯后，俗稱“溫度過頭”。實驗顯示，有些情況下，需要產生10度以上的壁面 “溫度過頭”，才能出現沸騰。這種現象的存在影響了設備的正常使用。傳統傳熱學對沸騰熱滯后現象無法進行合理解釋，在上世紀90年代，一些研究者引入非線性理論對沸騰系統進行了研究，創立了非線性沸騰傳熱學。非線性傳熱學指出：傳統傳熱學中，僅對單個汽化核心或氣泡進行動力學分析和計算，而忽視了多個核心或者氣泡之間的相互影響。非線性傳熱學中認為，當過熱度達到一定值時，系統將進入特別平衡區，此時，系統內部會發生關聯的非線性相互作用。具體講，若以某潛在的氣泡為中心，半徑R2面積內的汽化核心密度分布以及汽泡的長大、發展都會受到鄰近的氣泡或者汽化核心，包括，以半徑R1面積以內的汽化核心密度分布影響，這種影響稱為空間相關性。一般說來，空間相關性隨著R1點和R2點間距離有關，距離越小相關性越大，相互的影響也越強烈。該理論還指出：從自然對流到核態沸騰的轉變實際上對應汽液界面失穩的亞臨界分岔。壁面過熱度和擾動是促使液體形態突變過程中兩個關鍵因素。根據非線性沸騰傳熱學的理論，可以很好理解熱滯后現象：當換熱管表面的空穴很小時，空穴的壁面相互接近，壁面上的汽化核心相互之間具有強烈的相關性，形成束縛和約束，即使壁面過熱度達到了正常穩定沸騰時的過熱度，依然無法發展成為汽泡，形成亞臨界分岔。繼續提高壁面溫度，即提高壁面過熱度，使之超出正常穩定沸騰時的過熱度，才能出現沸騰；這就很好解釋了“溫度過頭”的物理原理。另外，實驗中觀察到，壁面溫度超出正常穩定沸騰時的過熱度，產生沸騰，出現氣泡后，壁面溫度會迅速減低，達到正常穩定沸騰時的過熱度，依然保持正常的沸騰現象。其物理原因在于擾動的作用。具體講，由于平衡狀態下的漲落現象與隨機性的作用，單個氣化核心或幾個氣化核心可以成長為汽泡。一旦出現氣泡并脫離，會產生了壓力場以及溫度場的擾動，就可以使得其余汽化核心順利發展成為汽泡，這時，在強烈的擾動作用下，即使小的壁面過熱度也可以使得沸騰發生。因此，壁面過熱度又恢復到穩定沸騰時的壁面過熱度了。此后，氣泡不斷出現并脫離壁面，不斷造成擾動，壁面過熱度就不再出現溫度過頭的現象了。在非線性傳熱學理論的指導下，人們認識到：在一定過熱度條件下，施加擾動就可以克服汽化核心點之間的相關影響，進而控制熱滯后。因而相繼出現了消除熱滯后現象的多種技術，分別介紹如下：技術一，在液體中添加納米粒子，通過固體粒子在液體中的運動，施加擾動，控制熱滯后現象的出現；技術二，設置噴管對換熱面進行射流，產生擾動，控制了熱滯后；技術三，采用聲空化技術對加熱面施加擾動，控制熱滯后。所謂聲空化是指向液體輻射超聲波，在周期性的聲壓作用下，液體中會出現大量微小氣泡，隨著周期性聲壓的變化，微小氣泡周期性的膨脹和潰滅運動。在其周期性振蕩，特別潰滅過程中，會瞬間在局部產生高溫、高壓，因而產生強烈的沖擊波和高速射流。中國專利200810222960.7公開了聲空化強化傳熱的技術以及實驗裝置，中國專利201410103160.9公開了強化聲空化的裝置。以上的技術雖然有很好的效應，但是需要增加設備以及消耗能量，目前還未得到普遍應用。