专利名称：传热管及包含该传热管的传热传质设备的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及蒸发器技术领域，具体而言，涉及一种传热管及包含该传热管的传热传质设备。
背景技术：
能源是经济发展和社会进步的重要物质基础，与材料、信息构成现代化社会的三大支柱。能源不仅是国民经济发展的动力，而且是衡量综合国力和人民生活水平以及国家文明发达程度的指标。石油、化工、动力、冶金、制冷等产业是我国的支柱产业，也均为高能耗的传统产业，其能耗约占总能耗的40%。在这些高能耗工业中，换热器传热性能的高低， 直接影响着工业系统的能耗水平。在各种不同类型的换热器中，壳管式换热器因制造简单、 成本低、适用性强以及操作维护方便等优点而应用最为普遍。然而，目前我国工业系统使用的壳管式换热器90%以上是采用传统的圆形光滑表面传热管。此类换热器的体积庞大、材耗多、过程系统的能耗也高，亟待改进。探索新的强化传热机理并开发出高效的强化传热技术，是提高换热器传热效能的有效途经，这仍然是当今传热学领域的热点研究课题。蒸发是上述高能耗工业中常见的操作过程，提高蒸发器的传热和蒸发效率对于减少设备投资和节能降耗都有重要意义。工业上使用的蒸发器有多种类型，而最常见的是管壳式结构，所采用的传热管主要为光滑管。光滑管的沸腾传热系数很低，从而导致蒸发器的传热性能低下，换热器体积庞大，成本高。此外光滑表面的过热度较高，临界热负荷低，操作空间狭窄，蒸发过程的稳定性不易控制。
实用新型内容本实用新型旨在提供一种传热管及包含该传热管的传热传质设备，以解决现有技术中光滑管沸腾传热系数低，从而导致蒸发器的传热性能低下，换热器体积庞大，成本较高的问题。为了实现上述目的，根据本实用新型的一个方面，提供了一种传热管，包括两段传热管接头，分别设置在传热管两端；扭曲管体，设置在两段传热管接头中间，连接两段传热管接头，并具有扭曲的表面管体结构。进一步地，扭曲管体具有螺旋扭曲表面管体结构。进一步地，螺旋扭曲表面管体结构为单螺旋扭曲表面管体结构。进一步地，螺旋扭曲表面管体结构的截面轮廓为椭圆形。进一步地，传热管的扭曲管体具有跟随扭曲管体的表面管体结构变化而变化的管道内壁。进一步地，传热管的外壁具有多孔结构。进一步地，传热管的外壁上的多孔结构包括多个沿传热管径向方向设置的小孔， 以及沿轴向方向跟随外壁的结构变化而变化的隧道，小孔与隧道相连通。进一步地，小孔在轴向方向上的排布跟随传热管的外壁的结构变化而变化。[0013]进一步地，隧道具有沿轴向方向不断变化的径向截面。根据本实用新型的另一方面，提供了一种传热传质设备，包括上述的传热管。根据本实用新型的技术方案，传热管包括设置在其两端的传热管接头和连接两段传热管接头的扭曲管体，该扭曲管体具有扭曲的表面管体结构。当液体流经本实用新型的传热管外表面时，扭曲的表面管体结构使液体产生漩流和分离流，破坏了介质传热边界层的稳定性，减薄了介质传热滞流层的厚度，提高了蒸发传热管外表面的对流换热系数。在传热管的外壁上设置有多孔结构，提供了充足的人工活化核心，提高了传热管外表面的沸腾传热系数。同时，介质在传热管内流动时，扭曲管体造成的螺旋变化的通道，也使得流经管体内表面的液体产生漩流和分离流而提高传热管内的对流换热系数。
构成本实用新型的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中图1示出了根据本实用新型的实施例的传热管的结构示意图；图2示出了根据图1的A处的截面图；图3示出了根据图1的B处的截面图；图4示出了根据图1的C处的截面图；图5示出了根据图1的D处的截面图；图6示出了根据图1的E处的截面图；以及图7示出了根据图1的F处的外管壁的局部放大立体剖视结构示意图。
具体实施方式
下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。如图1至图6所示，根据本实用新型的实施例，传热管包括设置在传热管两端的两段传热管接头11，以及设置在两段传热管接头11之间，并连接两段传热管接头11的扭曲管体12，该扭曲管体12具有扭曲的表面管体结构。两段传热管接头11与扭曲管体12可以为一体化结构，也可以有多段管体组合而成。扭曲管体12的起伏的表面管体结构可以为沿轴向方向扭曲的表面管体结构，也可以为沿轴向方向上下波动的表面管体结构。在本实施例中，扭曲管体12具有螺旋扭曲表面管体结构，传热管接头11为内管道为光滑圆管道的圆形管体。传热管两端的传热管接头11为表面光滑的圆形管体结构，其长度较短，内管道也为圆形，这种圆形管体使得传热管的两端的管口部位容易加工，可以根据所要连接的结构将圆形管体的端部改造为与之相对应的连接结构，使用简单方便，适用性更强。传热管中间部分的扭曲管体12，是本实施例的传热管的主要部分，在传热管上占据了大部分的长度，其表面的扭曲结构，使得传热管安装使用之后，当液体流经传热管外表面时，会由于其表面结构的起伏而产生分离流，破坏介质传热边界层在的稳定性，减薄介质传热滞流层的厚度，提高蒸发传热管外表面的对流换热系数，从而提高传热管的工作效率。而具有螺旋扭曲表面管体结构的扭曲管体12，使得液体沿着传热管表面流动时，会随着螺旋扭曲表面而形成周期性的漩流以及分离流，进一步降低液体在管体外表面的粘着，提高液体与传热管内介质的换热效率，提高换热管的管内对流换热系数，有效防止管体表面的过热度较高的问题，使得蒸发过程更加容易控制。在本实施例中，扭曲管体12为单螺旋扭曲表面管体结构，可以直接通过对圆形管体的中间部分经过机械滚压形成，而且可以使得圆形管体内的圆形管道在机械滚压的作用过程中，跟随管体外表面的结构变化发生相应的变化，使得单螺旋扭曲管体的内外管体都形成扭曲的结构，加工程序简单，实现容易，而且能够具有良好的效果。从图1至图6中还可以看出，本实施例的传热管，扭曲管体12的螺旋扭曲表面管体结构的截面轮廓为椭圆形，并且沿轴向方向呈现出不同角度的椭圆形管体。扭曲管体12 为螺旋扭曲椭圆管体，能够通过机械滚压加工形成，工艺简单，可以有效降低加工扭曲管体 12的成本，并且能够直接通过加工圆形管体获得，具有更大适用性。本实施例的扭曲管体 12是采用机械滚压二次成型获得，加工过程中不存在对金属的切削，材料利用率较高。扭曲管体12的截面轮廓还可以为方形、鼓形或者其它的多种形状，只要其满足能够形成螺旋扭曲的管体结构这一条件，都可以作为扭曲管体12的截面轮廓。螺旋扭曲结构可以为单螺旋扭曲结构，也可以为双螺旋扭曲结构。单螺旋扭曲结构加工简单，制造容易， 容易大规模应用，比较易于实施，能够有效节约成本。双螺旋扭曲结构使得传热管的管体表面形成更多的周期性的漩流以及分离流，更加有效降低液体在管体外表面的粘着，防止管体表面的过热度较高的问题。扭曲管体12的内管道可以为与传热管接头11的内管道相同的光滑结构，也可以为非光滑的内壁表面结构。优选地，传热管的扭曲管体12具有跟随其表面管体结构变化而变化的管道内壁结构，以便于在对传热管的外表面结构进行加工时，也能够使传热管的内管道根据外表面的结构变化而产生相应的变化，降低内管道加工难度。在本实施例中，扭曲管体12的内管道为跟随其外壁变化的螺旋扭曲椭圆形管道，当介质流经换热管的内管道时，也能够跟随内管道的螺旋表面结构产生周期性的漩流和分离流，从而能够降低液体对内管壁的粘着，提高管内介质与管外液体的热交换，进一步提高换热管的换热效率。从图7中可以看出，根据本实用新型的传热管，其外壁20具有多孔结构，多孔结构能够为换热管提供充足的人工活化核心，提高传热管外表面的沸腾传热系数。传热管外壁 20上的多孔结构包括多个沿传热管径向方向设置的小孔21，以及沿轴向方向跟随外壁20 的结构变化而变化的隧道22。小孔21在轴向方向上的排布跟随传热管的外壁20的结构变化而变化。隧道22设置在外壁20的外表面下方，并位于小孔21的底部，将在轴向方向上位于同一条变化曲线上的小孔21连接在一起。当液体从换热管外表面经过时，会进入外壁20上的多孔结构内，小孔21限制了液体进入隧道22的量，使得沸腾蒸发所需克服的传热阻力减小。蒸发产生的气体从邻近小孔21中逸出后，外部液体马上由小孔21进入隧道 22进行补充，并继续进行蒸发过程，然后不断进行重复的蒸发过程，从而提高传热管外表面的沸腾传热系数。结合参见图1，小孔21可以为圆孔、方孔、椭圆孔、三角孔、菱形孔或者其它形状的小孔，每个小孔都沿扭曲管体12的径向方向设置。当液体流经传热管外表面时，会经过这些小孔21进入隧道22，并在隧道内吸热蒸发，蒸发产生的气体从邻近小孔21逸出，外部液
5体又通过小孔21对隧道内液体进行补充，使液体快速吸热并蒸发。在本实施例中，小孔21 为一种开口成不规则三角形的孔隙，孔隙沿管轴方向呈螺旋状排列。隧道22的截面可以为圆形、方形、椭圆形、三角形、菱形或者其它的形状，并在轴向方向上将小孔连通，使得进入小孔中的液体能够与换热管有更加充分的换热效果。优选地，隧道22沿轴向方向具有不断变化的径向截面。在本实施例中，隧道22的一侧侧壁为光滑表面，另一侧的相对侧壁具有起伏的壁面结构，从而使隧道22的流道形成不规则的流动路径，使得从小孔进入隧道22的液体具有更加充分的流动状态。小孔21之间的距离以及小孔的大小的选择，可以使得传热管应用于不同的传热传质设备。当两相邻小孔21的孔隙中心间距为0. 8mm，孔径为0. 08mm，孔隙沿管轴方向呈螺旋状排列时，该种传热管可用于中央空调机组满液式蒸发器。当两相邻小孔21的孔隙中心间距为2. Omm,孔径为1. Omm,孔隙沿管轴方向呈螺旋状排列时，该种传热管可用于石油化工的热虹吸再沸器。根据本实用新型的实施例的传热传质设备，包括上述的传热管。该传热管主要应用于食品加工、冶金、海水淡化、石油化工、制冷空调等工业中的传热传质设备的卧式蒸发
ο下面根据传热管的工作原理对本实施例的传热管的工作过程加以说明。当液体流经根据本实用新型的高效传热管外表面时，扭曲的传热管表面使流过的液体形成周期性的漩流和分离流，破坏介质传热边界层的稳定性，减薄介质传热滞流层的厚度，从而提高蒸发传热管外表面的对流换热系数。传热管表面地多孔结构为传热管提供了充足的人工活化核心，提高了传热管外表面的沸腾传热系数。另一方面，加热的介质在高效传热管内流动时，螺旋变化的椭圆通道使介质也会产生漩流和分离流，以提高传热管内的对流换热系数。由于蒸发器的传热性能是由管内、管外换热系数以及污垢系数等决定的，根据本实用新型的传热管不仅提高了蒸发器管外的传热系数，同时也提高了管内的传热系数，使得蒸发器的总传热系数大幅提高。因此，采用同样换热面积的高效蒸发传热管，可以大大降低蒸发器的传热面积，减小蒸发器的体积，降低制造和运行成本。从以上的描述中，可以看出，本实用新型上述的实施例实现了如下技术效果提高了蒸发器的传热传质性能，与现有机械加工表面多孔传热管相比，可提高蒸发器总传热系数15% -30%。能提供大量人工气化核心，强化了蒸发传热传质过程，同时也能够提高传热管内和传热管外的液体对流换热系数，强化自然对流和强制对流换热，进一步提高蒸发器的换热效率。结构简单，采用机械滚压二次成型，加工过程中不存在对金属的切削，材料利用率高。以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
权利要求1.一种传热管，其特征在于，包括两段传热管接头(11)，分别设置在所述传热管两端；扭曲管体(12)，设置在两段所述传热管接头(11)中间，连接两段所述传热管接头 (11)，并具有扭曲的表面管体结构。
2.根据权利要求1所述的传热管，其特征在于，所述扭曲管体(12)的表面管体结构为螺旋扭曲表面管体结构。
3.根据权利要求2所述的传热管，其特征在于，所述螺旋扭曲表面管体结构为单螺旋扭曲表面管体结构。
4.根据权利要求2所述的传热管，其特征在于，所述螺旋扭曲表面管体结构的截面轮廓为椭圆形。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的传热管，其特征在于，所述传热管的所述扭曲管体(1 具有跟随所述扭曲管体(1 的表面管体结构变化而变化的管道内壁。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的传热管，其特征在于，所述传热管的外壁00) 具有多孔结构。
7.根据权利要求6所述的传热管，其特征在于，所述传热管的所述外壁OO)上的多孔结构包括多个沿所述传热管径向方向设置的小孔01)，以及沿轴向方向跟随所述外壁 (20)的结构变化而变化的隧道(22)，所述小孔与所述隧道02)相连通。
8.根据权利要求7所述的传热管，其特征在于，所述小孔在轴向方向上的排布跟随所述传热管的所述外壁OO)的结构变化而变化。
9.根据权利要求8所述的传热管，其特征在于，所述隧道02)具有沿轴向方向不断变化的径向截面。
10.一种传热传质设备，其特征在于，包括权利要求1至9中任一项所述的传热管。
专利摘要本实用新型提供了一种传热管及包含该传热管的传热传质设备。该传热管包括两段传热管接头(11)，分别设置在传热管两端；扭曲管体(12)，设置在两段传热管接头(11)中间，连接两段传热管接头(11)，并具有扭曲的表面管体结构。根据本实用新型的传热管，既可强化蒸发过程的传热与传质，又能同时提高管内和管外的自然对流和强制对流换热系数，大大降低蒸发器的制造成本。
文档编号F28F1/08GK201964818SQ201120096798
公开日2011年9月7日 申请日期2011年4月2日 优先权日2011年4月2日
发明者万仁杰, 刘华, 张孝进, 胡东兵, 胡海利, 胡立书, 许晶, 陈红, 颜家桃 申请人:珠海格力节能环保制冷技术研究中心有限公司