一种柱状翅片降膜蒸发换热管的制作方法

[0001]
本发明涉及一种柱状翅片降膜蒸发换热管，属于换热器技术领域，尤其适用于降膜式蒸发器，包括吸收式热泵系统中的吸收器。


背景技术：

[0002]
目前降膜蒸发器广泛使用在中央空调系统中的蒸发器，包括溴化锂吸收式热泵的蒸发器与吸收器中，具体工作方式为：制冷剂通过顶部的喷淋装置，将制冷剂喷淋到水平排列的换热管上，部分液体通过与换热管内的热流体进行热交换而产生蒸汽，另外一部分未蒸发的液体将沿换热管径向滴落到布置在下方的管子上。由于喷淋器喷淋下的液体以及高处换热管滴落的液体基本呈现滴状或者柱状，滴落处的局部液膜厚度要大于其他地方，因此，为了使换热管表面液膜均匀，不能出现干涸，换热管表面液体需要沿轴向流动的路径与能力。常规使用的螺旋状翅片尽管可以大大提高换热面积，但是凸出的径向翅片阻挡了液体的轴向流动，当液膜分布不均匀时，无法满足液体沿轴向流动的要求，一旦出现局部干涸，则大大减少有效蒸发换热面积。为了解决这个问题，授权公告号为cn 201034434 y的中国实用新型专利中提出一种麻面管，具体讲，就是在轴向延展的螺旋状翅片上，沿翅片外缘径向加工出多个缺口而形成周向齿的方式，制造出多个棱台状的翅片以及沿轴向与径向的流动通路，在毛细力作用下促使换热管表面的喷淋液体得到快速均匀扩散，实验显示该管型的换热效率得到提高。但是在使用过程中，发现该类型的换热管存在有提升其性能的空间。在降膜蒸发器中，一般是通过顶部的喷淋装置以及高处的换热管不断滴落液体的方式对换热管供给液体。但是，高处滴落的液体撞击下面换热管表面时会出现飞溅现象，这些飞溅的液体要么通过换热管之间的间隙直接滴落在换热器底部，不能参加蒸发，要么随机的被蒸汽携带脱离，造成局部布液的不均匀，这会严重影响蒸发器的换热效率；甚至冲出蒸发器危害相连接设备安全。


技术实现要素：

[0003]
本发明的目的在于克服上述已有技术的不足而一种斜顶柱状翅片降膜蒸发换热管。
[0004]
本发明提供的技术方案如下：一种柱状翅片降膜蒸发换热管，其包括光段与蒸发表面段两部分，蒸发表面段为换热表面，蒸发表面段包括换热管管体、换热管本体外表面设置的沿换热管轴线呈螺旋状分布的翅片，其特征在于翅片由均匀排列的长方形柱状翅片构成，长方形柱状翅片的顶面为倾斜面，倾斜面朝向换热管轴向；相邻的长方形柱状翅片之间的轴向间隙形成轴向沟槽，相邻的长方形柱状翅片之间的周向间隙形成周向沟槽7），轴向沟槽和周向沟槽形成交错的网状沟槽，周向沟槽底部设有均匀分布的多条微斜槽，微斜槽的两端延伸至长方形柱状翅片的根部。
[0005]
进一步地，垂直于微斜槽的法向截面为三角形。
[0006]
进一步地，所述的微斜槽与换热管管体的轴线夹角为20~60
°
；微斜槽的深度为
0.03—0.10mm，上开口宽0.03—0.3mm，沿换热管管体圆周方向上设置60—100条。
[0007]
进一步地，所述的微斜槽与换热管管体的轴线夹角为45
°
，微斜槽的深度为0.05mm，上开口宽0.15mm，沿换热管管体圆周方向上设置70条。
[0008]
进一步地，所述的换热管管体内表面设置螺旋升角为20~60
°
的8—40条三角形槽道5，深度为0.10—0.45mm。
[0009]
进一步地，所述的长方形柱状翅片与重力方向夹角为30—45
°
。
[0010]
进一步地，所述的长方形柱状翅片沿轴向每英寸设有144个。
[0011]
进一步地，所述的长方形柱状翅片的高度为0.15—0.5mm；柱状截面的长宽比为（1.1—4）：1。
[0012]
进一步地，所述的长方形柱状翅片的高度为0.35mm，柱状截面的长为0.57mm，宽为0.45mm。
[0013]
进一步地，所述的轴向沟槽宽度为0.1—1.0mm，周向沟槽的宽度为0.3—0.8mm。
[0014]
本发明的有益效果是：
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一、在降膜蒸发器中，换热管表面的液体是由上面的换热管滴落液体的方式提供。滴落的液体与固体平面的撞击产生了液体的破碎以及反弹形成液体飞溅。另外，数值计算的结果显示，换热管之间的蒸汽速度可以达到10m/s以上，飞溅的液体离开固体表面后立即被蒸汽所携带；由于蒸发器中换热管之间的蒸汽的流动并不均匀，所以蒸汽携带飞溅液滴的流动与换热管表面的粘附具有随机性，因而会加重液体分布的不均匀性；有时飞溅的液体通过换热管之间的间隙直接滴落到换热器底部，没有与换热管接触，减少了蒸汽的产量。蒸汽中裹挟的液滴不能排出蒸发器，否则会给下一级的设备，即压缩机，带来危害。综上所述，如何减少液体的飞溅，甚至消除液体飞溅，将是提高换热效率的重要途径。液体的飞溅除了与液体的初速有关外，即，撞击壁面的动能外，还与液体的撞击角有关（撞击角：液滴的滴落方向与表面的夹角）当撞击角小于90
°
时，下落液滴的动量可分解为垂直于壁面和沿着壁面两部分动量，显然倾斜表面可以消弱反弹的动能，因而降低液滴反弹的几率。实验中通过高速摄影的照片发现，随撞击角的减小，临界速度（产生飞溅现象的液滴速度）增大，直到撞击角减小到30
°
时，继续提高液滴的速度，也不会出现飞溅现象。同时，随撞击角的减小，斜面上的液膜流动速度逐渐加大，表面的液膜厚度明显减小。
[0016]
二、当长方形柱状翅片的顶部为倾斜面后，消除了从高处滴落液体的破碎及飞溅，于是更多液体沿柱状翅片流入根部的沟槽内。液膜厚度是影响蒸发传热过程的主要因素，为了避免液体在沟槽内形成厚膜，本发明通过调控固体表面亲疏水性能进行优化。具体做法是在径向沟槽底部设置有多条微斜槽，微斜槽两端延长至柱体翅片根部，与换热管轴线夹角为45
°
。根据实验观察与测试，发现具有多条微斜槽的表面造成了规则粗糙表面，可以改变表面的湿润性。对光滑表面的测量表明，其表面与液体之间的接触角为80
°
左右；但是当其表面设置多条微斜槽后，其表面接触角改变为105
--
135
°
。众所周知，当接触角小于90
°
时,定义该表面为亲水表面；而当接触角大于90
°
时，则定义为疏水表面。因此，当表面设有微斜槽后，表面由亲水性改变成为了疏水性表面。当沟槽底部形成疏水表面后，液体在其上往往形成珠状或条索形状，减小了流动阻力，提高了流动速度，减薄了液膜厚度。另外一方面，当沟槽底部表面覆盖液体后，由于疏水表面的侵润性差，液体不能完全占满微斜槽，其中存有空气，此时，表面形成固-液-气组成的复合边界，即称为粗糙表面的cassie状态。复
合边界可以提供更多的汽化核心，强化沸腾换热效率，提高蒸发换热系数。
[0017]
三，长方形柱状翅片的好处是其加工模具制造简单、方便，便于翅片的斜顶以及沟槽底部表面微斜槽的加工。
[0018]
此外，在加强换热管外侧的蒸发换热效率的同时，本发明通过换热管内表面设置螺旋三角形槽道以提高管内的对流换热系数，根据实验，本发明的管外蒸发换热系数比光管的蒸发换热系数提高了40%以上；比授权公告号为cn 201034434 y的中国实用新型专利中提出一种麻面管提高10%左右。同时，液滴在本发明的换热管表面的铺展直径比授权公告号为cn 201034434 y的中国实用新型专利中提出一种麻面管表面的铺展直径增加了13%以上。
附图说明
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图1为本发明的结构示意图；
[0020]
图2为本发明蒸发表面段的纵向剖面示意图；
[0021]
图3为本发明蒸发表面段的横截面示意图
[0022]
图4为本发明长方形柱状翅片的截面图；
[0023]
图5 为本发明的微斜槽法向截面图；
[0024]
图6为本发明与光管型降膜蒸发管及常规微型柱状型降膜蒸发换热管的换热实验数据比较图。
[0025]
图中符号说明：
[0026]
光管型降膜蒸发管的蒸发换热系数（根据试验关联公式计算）；
[0027]
-ꢀ-ꢀ-
常规微型柱状型降膜蒸发换热管的换热系数（根据试验关联公式计算）；
[0028]
本发明柱状翅片降膜蒸发换热管的换热系数试验点。
具体实施方式
[0029]
下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细说明：
[0030]
下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细说明：
[0031]
如图1-图6所示，一种柱状翅片降膜蒸发换热管，为的管件，其包括光段1与蒸发表面段两部分，蒸发表面段为换热表面，蒸发表面段包括换热管管体、换热管本体外表面设置的沿换热管轴线呈螺旋状分布的翅片，翅片由均匀排列的长方形柱状翅片2构成，长方形柱状翅片2沿轴向每英寸设有144个，长方形柱状翅片2的高度为0.15—0.5mm（优选0.35mm）；柱状截面的长宽比为（1.1—4）：1，优选长方形柱状翅片2的柱状截面的长为0.57mm，宽为0.45mm。长方形柱状翅片2的顶面3为倾斜面，与重力方向夹角为30—45度，倾斜面朝向换热管轴向。相邻的长方形柱状翅片2之间的轴向间隙形成轴向沟槽6，相邻的长方形柱状翅片2之间的周向间隙形成周向沟槽7，轴向沟槽6和周向沟槽7形成轴向与周向交错的网状沟槽，轴向沟槽6的宽度为0.1—1.0mm，周向沟槽7的宽度为0.3—0.8mm。周向沟槽7底部设有均匀分布的多条微斜槽4，微斜槽4的两端延伸至长方形柱状翅片2的根部，垂直于微斜槽4的法向截面为三角形，微斜槽4与换热管管体的轴线夹角为20~60
°
（优选45
°
）；微斜槽4的深度为0.03—0.10mm（优选0.05mm），上开口宽0.03—0.3mm（优选0.15mm），沿换热管管体圆周方向上设置60—100条（优选70条）。换热管管体内表面设置螺旋升角为
20~60
°
（优选43
°
）的8—40条（优选25条）三角形槽道5，深度为0.10—0.45mm（优选0.3mm）。
[0032]
应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分都属于现有技术。以上的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。