一种降膜换热管、降膜换热器和空调器的制作方法

本发明属于换热技术领域，具体涉及一种降膜换热管、降膜换热器和空调器。

背景技术：

随着我国能源政策从建国初期的以煤等化石燃料为主到现在大力发展电力等清洁能源为主的转变，以及近年来北方冬季供暖“煤改电”对环保节能的高涨需求，空调领域对换热器性能的要求越来越高。降膜式热泵由于具有冷媒灌注量少，可自由切换制冷和制暖工况，以及可节省一套循环水供应管路等优点，被越来越广泛地应用于需要同时满足夏季制冷和冬季制暖的北方地区。在降膜式热泵系统中，用于换热的降膜式热泵管是影响其性能高低的关键换热器件。蒸发工况时，要求降膜式热泵管具有常规降膜式蒸发管可形成半封闭蒸发腔的齿型结构和齿顶均液引流结构特征；在冷凝工况时，要求降膜式热泵管具有常规冷凝管的瘦高齿和尖锐结构特征。现在一般多采用降膜式蒸发管直接作为降膜式热泵管，无法使冷凝工况达到最佳，且该种换热管在市场上种类不多。

由于现有技术中存在降膜换热管的换热效率较低，无法既能满足高效降膜蒸发的需要，又能满足管外冷凝的需要，亦不能满足加工方便、成本低的市场要求等技术问题，因此本发明研究设计出一种降膜换热管、降膜换热器和空调器。

技术实现要素：

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的降膜换热管的换热效率较低，无法既能满足高效降膜蒸发的需要、又能满足管外冷凝的需要的缺陷，从而提供一种降膜换热管、降膜换热器和空调器。

本发明提供一种降膜换热管，其包括：

管基体和设置在所述管基体外壁上的竖齿，所述竖齿从所述管基体的外壁处以远离所述外壁的方向伸出，在所述竖齿的顶部设置有朝第一方向水平凸出的第一侧齿，在所述竖齿的顶部和底部之间的侧壁上沿第二方向还凸出的设置有第二侧齿，所述第一方向与所述第二方向相反；

所述竖齿有多个、且沿所述管基体的轴向和/或周向排布，在相邻的第一侧齿和竖齿之间、相邻的第一侧齿和第二侧齿之间和相邻的第二侧齿和竖齿之间以及彼此相接的第一侧齿和竖齿之间、和彼此相接的第二侧齿和竖齿之间均能形成半封闭的蒸发腔。

优选地，

所述第一侧齿和/或所述第二侧齿的自由端形成为尖端；和/或，所述竖齿和所述第一侧齿一体成型；和/或，所述竖齿和所述第二侧齿一体成型。

优选地，

所述第一侧齿的齿顶部距所述竖齿的齿根高度h1为0.6mm-1.2mm；和/或，所述第二侧齿的齿顶部距所述竖齿的齿根高度h2为0.3-0.6mm；和/或，所述竖齿宽度l1为0.1mm-0.4mm；和/或，相邻的竖齿的第一侧齿之间的最小距离l2为0.05mm-0.2mm；和/或，相邻的竖齿的第一侧齿之间的最小距离l3为0.1mm-0.4mm。

优选地，

在所述第一侧齿和/或在所述第二侧齿的与所述管基体的相背一侧表面上设置有至少一个滚花结构。

优选地，

在所述第一侧齿和/或在所述第二侧齿的与所述管基体的相背一侧表面上设置有至少一个凸台结构。

优选地，

所述第一侧齿的上端面从与所述竖齿相接的位置至其自由端为倾斜向下延伸的平面；和/或，所述第二侧齿的上端面从与所述竖齿相接的位置至其自由端为倾斜向下延伸的平面。

优选地，

在所述管基体的外壁上还以朝向管基体内部的方向设置有至少一个凹槽，所述凹槽位于所述第二侧齿的下方、且位于半封闭的所述蒸发腔内。

优选地，

所述凹槽为s形槽或菱形且间断分布的槽。

优选地，

所述竖齿、所述第一侧齿和所述第二侧齿组成一组齿单元，且所述管基体上设置有多个所述齿单元；多个所述齿单元在所述管基体的外壁上沿着螺旋线进行排布，形成一组螺旋齿；所述管基体的外壁上排布设置有多组螺旋齿，且多组螺旋齿之间间隔设置。

本发明还提供一种降膜换热器，其包括前任一项所述的降膜换热管。

本发明还提供一种空调器，其包括前任一项所述的降膜换热管或前述的降膜换热器。

本发明提供的一种降膜换热管、降膜换热器和空调器具有如下有益效果：

1.本发明通过在管基体外壁上设置的竖齿和在竖齿顶部朝第一方向横向延伸的第一侧齿、以及在竖齿侧壁顶部和底部之间的位置上横向延伸的第二侧齿，能够在竖齿和与之相邻的第一侧齿之间、相邻的第一侧齿和第二侧齿之间和相邻的第二侧齿和竖齿之间以及彼此相接的第一侧齿和竖齿之间、和彼此相接的第二侧齿和竖齿之间均能形成半封闭的蒸发腔，相对于现有技术能够进一步有效增加了蒸发腔的体积空间，提高蒸发换热效果；在换热管作为蒸发管时，制冷剂流体进入半封闭的蒸发腔内吸热蒸发，产生大量气泡，气泡从顶部缺口排除的过程中，由于蒸发腔的半封闭的形状使其内部冷媒产生了强烈的湍流扰动，提升了换热效率；通过第一侧齿和第二侧齿的自由端还能在该换热管作为冷凝管时刺破液膜，相对于现有技术中能够增加刺破液膜的侧齿的数量，增强刺破液膜的效果，使冷媒液体快速流向齿底部，快速地排走冷媒液滴，使冷凝过程一直高效地进行；从而在制热工况和制冷工况时均能提高换热管的蒸发换热效率和提高换热管的冷凝换热效率；

2.还通过第一侧齿和第二侧齿上端面的滚花结构和/或凸台结构，可对传热管外表面多余的制冷剂进行引流，避免制冷剂堆积在传热管外表面，一方面可防止管外表面形成过厚的液膜不利于传热，以及造成下排管缺少制冷剂而发生干蒸；另一方面，可防止上排制冷剂滴落在过厚的液膜上造成制冷剂飞溅、而不能参与换热，提高传热效率；减少下排管缺少制冷剂造成干蒸的情况，防止制冷剂不能和传热管接触造成蒸发器效率降低；

3.竖齿根部设有凹槽，能够在蒸发工况时增加汽化核心，从而能够促进蒸发传热；侧齿的向下倾斜的斜面还能对流体起到导流作用，将流体导流至蒸发腔中，提高蒸发换热效果；

4.第一侧齿和第二侧齿形成为尖状齿时，当该换热管作为冷凝管时，冷媒气体在腔壁上冷凝成液体，此时，尖状齿的第一齿上的尖翅会刺破液膜，使冷媒液体快速流向齿底部，而齿底部由于表面积较大，故积累的液膜较薄，同时会快速地排走冷媒液滴，使冷凝过程一直高效地进行；齿形更加多样化，从而在制热工况和制冷工况时均能提高换热管的蒸发换热效率和提高换热管的冷凝换热效率。

附图说明

图1为本发明的降膜换热管的局部三维结构图；

图2为本发明的降膜换热管的轴向剖视示意图；

图3为本发明的降膜换热管的替代方式一的三维结构图；

图4为本发明的降膜换热管的替代方式二的三维结构图；

图5为本发明的降膜换热管的替代方式三的三维结构图

图6为本发明的降膜换热管的替代方式四的三维结构图；。

图中附图标记表示为：

1、管基体；2、齿单元；21、竖齿；22、第一侧齿；23、第二侧齿；3、滚花结构；4、凸台结构；5、凹槽；6、蒸发腔。

具体实施方式

如图1-6所示，本发明提供一种降膜换热管，其包括：

管基体1和设置在所述管基体1外壁上的竖齿21，所述竖齿21从所述管基体1的外壁处以远离所述外壁的方向伸出，在所述竖齿21的顶部设置有朝第一方向水平凸出的第一侧齿22，在所述竖齿21的顶部和底部之间的侧壁上沿第二方向还凸出的设置有第二侧齿23(竖齿21、第一侧齿22和第二侧齿23合为齿单元2，该齿单元优选一体成型)，所述第一方向与所述第二方向相反；

所述竖齿有多个、且沿所述管基体1的轴向和/或周向排布，在相邻的第一侧齿22和竖齿21之间、相邻的第一侧齿22和第二侧齿23之间和相邻的第二侧齿23和竖齿21之间以及彼此相接的第一侧齿22和竖齿21之间、和彼此相接的第二侧齿23和竖齿21之间均能形成半封闭的蒸发腔6。

本发明通过在管基体外壁上设置的竖齿和在竖齿顶部朝第一方向横向延伸的第一侧齿、以及在竖齿侧壁顶部和底部之间的位置上横向延伸的第二侧齿，能够在竖齿和与之相邻的第一侧齿之间、相邻的第一侧齿和第二侧齿之间和相邻的第二侧齿和竖齿之间以及彼此相接的第一侧齿和竖齿之间、和彼此相接的第二侧齿和竖齿之间均能形成半封闭的蒸发腔，相对于现有技术能够进一步有效增加了蒸发腔的体积空间，提高蒸发换热效果；在换热管作为蒸发管时，制冷剂流体进入半封闭的蒸发腔内吸热蒸发，产生大量气泡，气泡从顶部缺口排除的过程中，由于蒸发腔的半封闭的形状使其内部冷媒产生了强烈的湍流扰动，提升了换热效率；通过第一侧齿和第二侧齿的自由端还能在该换热管作为冷凝管时刺破液膜，相对于现有技术中能够增加刺破液膜的侧齿的数量，增强刺破液膜的效果，使冷媒液体快速流向齿底部，快速地排走冷媒液滴，使冷凝过程一直高效地进行；从而在制热工况和制冷工况时均能提高换热管的蒸发换热效率和提高换热管的冷凝换热效率。

优选地，

所述第一侧齿22和/或所述第二侧齿23的自由端形成为尖端；和/或，所述竖齿21和所述第一侧齿22一体成型；和/或，所述竖齿21和所述第二侧齿23一体成型。这是本发明的侧齿和竖齿的进一步优选结构形式，第一侧齿和第二侧齿形成为尖状齿时，当该换热管作为冷凝管时，冷媒气体在腔壁上冷凝成液体，此时，尖状齿的第一齿上的尖翅会刺破液膜，使冷媒液体快速流向齿底部，而齿底部由于表面积较大，故积累的液膜较薄，同时会快速地排走冷媒液滴，使冷凝过程一直高效地进行；齿形更加多样化，从而在制热工况和制冷工况时均能提高换热管的蒸发换热效率和提高换热管的冷凝换热效率；通过竖齿与侧齿之间一体成型的方式能够增强齿单元的结构强度，增强换热。

优选地，

所述第一侧齿22的齿顶部距所述竖齿21的齿根高度h1为0.6mm-1.2mm；优选为1.0mm；和/或，所述第二侧齿23的齿顶部距所述竖齿21的齿根高度h2为0.3-0.6mm，优选为0.5mm；和/或，所述竖齿21宽度l1为0.1mm-0.4mm，优选为0.3mm；和/或，相邻的竖齿21的第一侧齿22之间的最小距离l2为0.05mm-0.2mm，优选为0.1mm；和/或，相邻的竖齿21的第一侧齿22之间的最小距离l3为0.1mm-0.4mm，优选为0.2mm。

这是本发明的竖齿、侧齿以及蒸发腔(即空穴)的优选尺寸布置形式，翅片中部的横向翅片与翅片根部之间形成的下部腔体，与相邻翅片间构成了独立的空穴，该空穴能够作为核态沸腾所需的汽化核心，从而能够强化蒸发换热；空穴沿螺旋相连形成的环形通道，利于制冷剂环向流动，增强制冷剂蒸发时汽液相的扰动，从而增强换热效果；每个空穴间存在轴向和周向间隙，利于制冷剂进入空穴，保证制冷剂蒸发时制冷剂能够源源不断的补入，和制冷剂蒸汽的排出，使蒸发能持续进行，形成连续不断的蒸发过程；本发明由于增加了侧齿，使得竖齿两个方向均能有效地形成蒸发腔结构，增强汽化核心，提高蒸发换热。

优选地，

如图3所示，在所述第一侧齿22和/或在所述第二侧齿23的与所述管基体1的相背一侧表面上设置有至少一个滚花结构3；和/或，

如图4所示，在所述第一侧齿22和/或在所述第二侧齿23的与所述管基体1的相背一侧表面上设置有至少一个凸台结构4。

通过第一侧齿和第二侧齿上端面的滚花结构和/或凸台结构，可对传热管外表面多余的制冷剂进行引流，避免制冷剂堆积在传热管外表面，一方面可防止管外表面形成过厚的液膜不利于传热，以及造成下排管缺少制冷剂而发生干蒸；另一方面，可防止上排制冷剂滴落在过厚的液膜上造成制冷剂飞溅、而不能参与换热，提高传热效率；减少下排管缺少制冷剂造成干蒸的情况，防止制冷剂不能和传热管接触造成蒸发器效率降低；

优选地，

所述第一侧齿22的上端面从与所述竖齿21相接的位置至其自由端为倾斜向下延伸的平面；和/或，所述第二侧齿23的上端面从与所述竖齿21相接的位置至其自由端为倾斜向下延伸的平面。侧齿的向下倾斜的斜面还能对流体起到导流作用，将流体导流至蒸发腔中，提高蒸发换热效果，使得在增大换热面积的同时避免了凝结液体过多停留侧齿上。

优选地，

在所述管基体1的外壁上还以朝向管基体内部的方向设置有至少一个凹槽5，所述凹槽5位于所述第二侧齿23的下方、且位于半封闭的所述蒸发腔6内。竖齿根部设有凹槽，能够在蒸发工况时增加汽化核心，从而能够促进蒸发传热。

优选地，

所述凹槽5为s形槽(如图5所示)或菱形且间断分布的槽(如图6所示)。这是本发明的能够增强汽化核心的凹槽的优选结构形式。

优选地，

所述竖齿21、所述第一侧齿22和所述第二侧齿23组成一组齿单元2，且所述管基体1上设置有多个所述齿单元；多个所述齿单元在所述管基体1的外壁上沿着螺旋线进行排布，形成一组螺旋齿；所述管基体1的外壁上排布设置有多组螺旋齿，且多组螺旋齿之间间隔设置。通过螺旋齿的形式能够使得在换热管外壁沿着螺旋线对流体产生换热增强的作用，即包括蒸发时提供沿螺旋线布置的多个蒸发腔，以及在冷凝时沿着螺旋形布置的多个翅尖，能够分别增强对流体包括蒸发和冷凝在内的换热效果。能够通过间隔布置的螺旋齿对流体形成间隔的阻流的作用，从而进一步提高对流体沿轴向方向的蒸发换热效果和冷凝换热效果。

本发明还提供一种降膜换热器，其包括前任一项所述的降膜换热管。本发明通过在管基体外壁上设置的竖齿和在竖齿顶部朝第一方向横向延伸的第一侧齿、以及在竖齿侧壁顶部和底部之间的位置上横向延伸的第二侧齿，能够在竖齿和与之相邻的第一侧齿之间、相邻的第一侧齿和第二侧齿之间和相邻的第二侧齿和竖齿之间以及彼此相接的第一侧齿和竖齿之间、和彼此相接的第二侧齿和竖齿之间均能形成半封闭的蒸发腔，相对于现有技术能够进一步有效增加了蒸发腔的体积空间，提高蒸发换热效果；在换热管作为蒸发管时，制冷剂流体进入半封闭的蒸发腔内吸热蒸发，产生大量气泡，气泡从顶部缺口排除的过程中，由于蒸发腔的半封闭的形状使其内部冷媒产生了强烈的湍流扰动，提升了换热效率；通过第一侧齿和第二侧齿的自由端还能在该换热管作为冷凝管时刺破液膜，相对于现有技术中能够增加刺破液膜的侧齿的数量，增强刺破液膜的效果，使冷媒液体快速流向齿底部，快速地排走冷媒液滴，使冷凝过程一直高效地进行；从而在制热工况和制冷工况时均能提高换热管的蒸发换热效率和提高换热管的冷凝换热效率。

本发明还提供一种空调器，其包括前任一项所述的降膜换热管或前述的降膜换热器。本发明开发了一种具有异型外齿结构的降膜式热泵管；通过在齿顶滚花或者加工凸台结构以及其异型齿结构来强化降膜蒸发传热和冷凝传热。

一种具有异型外齿结构的降膜式热泵管，其原理在于通过在齿顶滚花或者加工凸台结构以及其异型齿结构来强化降膜蒸发传热和冷凝传热。图3和图4所展示的外齿结构增大了换热管外壁的换热面积，均可强化蒸发传热和冷凝传热。在降膜蒸发工况时，图3的齿顶的滚花结构或者图4齿顶的凸台结构能够有效将液态冷媒均匀地在换热管轴向和周向进行拓展均液，下部半封闭结构形成的蒸发腔结构极大地强化了冷媒的沸腾传热过程，同时突出的下侧齿结构增强腔内冷媒扰流，进一步强化蒸发换热。在冷凝工况时，上下侧齿的边缘可刺破液膜，降低热阻；滚花或者凸台结构能够快速地将冷凝下来的液态冷媒导流至换热管下部，下部的腔体可快速排液。

为进一步加强该换热管的蒸发强化作用，可在其齿底加工具有s形或者菱形间断分布的凹槽来增大蒸发腔内的汽化核心密度，槽型如图5，图6所示。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。