可以沿着所述外翅片I的根部间隔分布(单侧间隔分布或者双侧间隔分布)，请参见图5，为双侧连续分布；进一步的，该台阶状结构6的第一表面61 (与侧壁22相邻的表面)与侧壁22的夹角α为30?70° ;进一步的，台阶状结构6的高度Hr(即上述Hl)与翅间槽2的高度H满足如下关系Hr/H彡0.2，此时翅间槽2的高度H为外翅片I的高度或者翅间槽2的顶部的开口 4(相邻外翅片I的横向延伸部8相对延伸形成的间隙)的中心点到翅间槽2底部的距离(当翅间槽2顶部具有延伸材料的顶部覆盖时)。
[0036]图6是本发明的第三具体实施例的管主体5的外表面上的腔体结构立体示意图，如图6所示，台阶状结构6为2层阶梯状(当然还可以多于2层，例如3层、4层甚至更多层)，形成于外翅片I的根部，在翅间槽2内部，分别贴合翅间槽2的底面21和侧壁22，该台阶状结构6可以成对分别位于翅间槽2的两侧，也可以仅仅位于翅间槽2的一侧(另外一侧不进行任何加工)；所述台阶状结构6为2层(至少2层)阶梯状，第一表面61和侧壁22形成尖锐转角，所述尖锐转角的曲率半径是O到0.01mm，例如0.005mm。第二表面62和底面21也形成尖锐转角，所述尖锐转角的曲率半径是O到0.01mm，例如0.005mm。它的第一表面61和第三表面63以及第四表面64和第二表面62分别交汇形成2个凸缘7，2个凸缘7有利于减薄冷凝液膜，增加腔体的液体过热度，增加腔体两侧底部气化核心，从而强化泡核沸腾换热，同时增加了换热面积，从而使得蒸发换热系数在较低的温差下提高了 25%以上；所述台阶状结构6的每一层沿轴向的剖面结构均为矩形(当然也可以是如图5所示的三角形、或其它规则或不规则形状，例如梯形、五边形等等)，各层的高度H1，H2为0.08?0.18mm,宽度Wl，W2为0.1?0.2mm ;所述台阶状结构6可以沿着所述外翅片I的根部连续分布(单侧连续分布或者双侧连续分布)，也可以沿着所述外翅片I的根部间隔分布(单侧间隔分布或者双侧间隔分布)，请参见图6，为双侧间隔分布；进一步的，台阶状结构6的总高度Hr (为上述H1+H2)与翅间槽2的高度H满足如下关系Hr/H ^ 0.2，此时翅间槽2的高度H为外翅片I的高度或者翅间槽2的顶部的开口 4(相邻外翅片I的横向延伸部8相对延伸形成的间隙)的中心点到翅间槽2底部的距离(当翅间槽2顶部具有延伸材料的顶部覆盖时)。
[0037]本发明在管主体5的内表面同时可利用芯头加工出内螺纹(未示出)，以强化管内的换热系数，内螺纹的高度越高，螺纹头数越多，其管内换热强化也越强，但同时会增加管内流体的阻力。因此上述第三具体实施例中，内螺纹的高度均为0.36mm，与轴线的角度C为46度，螺纹头数为38头。这些内螺纹可减薄流体传热边界层的厚度，因此可提高对流换热系数，进一步增加总体换热系数。
[0038]本发明在换热器中的工作过程如下:
[0039]如图7所示，将本发明的管主体5固定在换热器9 (蒸发器)的管板10上，载冷剂(如水)从水室11入口 12流经管主体5内，与外部制冷剂换热，再从水室11出口 13流出；制冷剂从入口 14进入换热器9并浸没管主体5，在管外壁的加热下蒸发，成为气体后从出口15流出换热器9，由于制冷剂蒸发吸热，管内的载冷剂被冷却。由于前述的管主体5的外壁构造有利于强化制冷剂的泡核沸腾，从而有效提高了蒸发换热系数。
[0040]而在管主体5内壁，内螺纹构造可有效提高管内换热系数，从而整体换热系数得到提高，也增大了换热器9的性能和降低金属耗量。
[0041]请参见图8，对根据本发明制作的蒸发传热管的沸腾传热性能进行了测试。测试的蒸发传热管根据本发明的第一具体实施例制作，该管主体5上的外翅片I为螺旋翅片，管主体5加上外翅片I的外径为18.89mm，翅间槽2的高度H为0.62mm，宽度W为0.522mm ;所述台阶状结构6为单层，第一表面61和侧壁22形成尖锐转角，所述尖锐转角的曲率半径是0.005_。第二表面62和底面21也形成尖锐转角，所述尖锐转角的曲率半径是0.005_。它的第一表面61和第二表面62交汇于凸缘7，所述台阶状结构6沿轴向的剖面结构为矩形，高度Hl为0.2mm,宽度Wl为0.2mm ;所述台阶状结构6沿着所述外翅片I的根部双侧连续分布；内螺纹为梯形内螺纹，高度h为0.36mm，间距为1.14mm，与轴线的角度C为46度，螺纹头数为38头。作为对比的热交换管的翅间槽2底部没有进行台阶状结构加工。图8所示的实验结果给出了按本发明制作的蒸发传热管以及按现有技术制作的蒸发传热管的单管试验管外沸腾换热系数之间的比较，实验条件为:制冷剂R134a、饱和温度14.4°C，管主体5内水流速1.6m/s，图中横坐标为热流密度(W/m2)，纵坐标为总传热系数(W/m2K)，图中的实心方块表示根据本发明所得到的蒸发传热管，而实心三角框表示现有技术中的蒸发传热管。从中可以看到，按本发明制作的蒸发传热管由于增设了台阶状结构6，其传热性能与现有技术相比有了显著的提高。
[0042]通常，增大表面粗糙度可使核态沸腾状态的热流密度有很大的增加。因为粗糙表面拥有大量可捕获蒸汽的洞穴，它们为气泡的生长提供了更多和更大的成核场所。在气泡生长期间，沿在翅间槽2内壁形成薄液膜，薄液膜迅速蒸发而产生大量蒸汽。
[0043]对翅间槽2的腔体内部而言，翅根部过热度最大，液体容易蒸发，本发明通过在翅根部加工出台阶状结构6，对于蒸发换热主要有以下优点:
[0044]籲可以增加翅根的粗糙度和增加表面积；
[0045]籲台阶状结构6与翅间槽2的侧壁22和底面21形成的尖锐转角可减小孔腔内部液膜的厚度，进一部强化局部的液膜沸腾，经过对比试验发现，当尖锐转角的曲率半径小于0.0lmm时，换热效果增加5%以上，较为明显；
[0046]籲台阶状结构6在腔体内形成缝隙的结构有利于增加翅根部位置泡核沸腾的核心，从而配合强化整个腔体的沸腾换热。
[0047]综上，本发明的蒸发传热管设计巧妙，结构简洁，使得管外表面与管外液体之间的沸腾系数得到显著提高、沸腾换热得到显著强化，适于大规模推广应用。在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。
【主权项】
1.一种蒸发传热管，包括管主体，所述管主体的外表面上间隔设置有外翅片，彼此相邻的外翅片之间形成翅间槽，其特征在于，所述蒸发传热管还包括台阶状结构，所述台阶状结构分别贴合所述翅间槽的底面和其中一个侧壁，所述台阶状结构包括第一表面、第二表面和至少一个由两表面相交形成的凸缘，所述第一表面和所述第二表面分别与所述侧壁和所述底面相交。2.根据权利要求1所述的蒸发传热管，其特征在于，所述第一表面和所述侧壁形成尖锐转角，所述尖锐转角的曲率半径是O到0.01mm。3.根据权利要求1所述的蒸发传热管，其特征在于，所述第二表面和所述底面形成尖锐转角，所述尖锐转角的曲率半径是O到0.01mm。4.根据权利要求1所述的蒸发传热管，其特征在于，所述凸缘为尖锐转角，所述尖锐转角的曲率半径是O到0.01mm。5.根据权利要求1所述的蒸发传热管，其特征在于，所述第一表面和所述侧壁形成的角度<90°，或所述第二表面和所述底面形成的角度< 90°。6.根据权利要求5所述的蒸发传热管，其特征在于，所述第一表面和所述侧壁形成的角度为30°?70°，或所述第二表面和所述底面形成的角度为30°?70°。7.根据权利要求1所述的蒸发传热管，其特征在于，所述台阶状结构的横截面为三角形、四边形、五边形或阶梯形。8.根据权利要求1所述的蒸发传热管，其特征在于，所述台阶状结构的高度为0.15mm ?0.25mm,宽度为 0.15mm ?0.20mm.。9.根据权利要求1所述的蒸发传热管，其特征在于，所述台阶状结构的高度Hr与所述翅间槽的高度H满足下列关系:Hr/H ^ 0.2ο10.根据权利要求1所述的蒸发传热管，其特征在于，所述台阶状结构的数目为2以上，间隔分布在所述翅间槽的一侧或两侧。11.根据权利要求1所述的蒸发传热管，其特征在于，所述凸缘由所述第一表面和所述第二表面相交形成。12.根据权利要求1所述的蒸发传热管，其特征在于，所述台阶状结构还包括相互连接的第三表面和第四表面，所述凸缘的数目为2，分别由所述第一表面和所述第三表面相交而成以及由所述第四表面和所述第二表面相交而成。13.根据权利要求1所述的蒸发传热管，其特征在于，所述外翅片在所述管主体的外表面上沿所述管主体的周向螺旋状延伸分布或彼此平行分布，所述翅间槽沿所述管主体的周向形成。14.根据权利要求1所述的蒸发传热管，其特征在于，所述外翅片具有横向延伸部，所述横向延伸部由所述外翅片的顶部横向延伸形成。15.根据权利要求1所述的蒸发传热管，其特征在于，所述管主体的内表面设置有内螺纹。
【专利摘要】本发明涉及一种蒸发传热管，包括管主体和台阶状结构，管主体的外表面上间隔设置有外翅片，彼此相邻的外翅片之间形成翅间槽，台阶状结构分别贴合翅间槽的底面和其中一个侧壁，台阶状结构包括第一表面、第二表面和至少一个由两表面相交形成的凸缘，第一和第二表面分别与侧壁和底面相交。较佳地，第一表面和侧壁形成尖锐转角，第二表面和底面形成尖锐转角，曲率半径是0到0.01mm。第一表面和侧壁形成的角度≤90°，或第二表面和底面形成的角度≤90°。台阶状结构的高度Hr与翅间槽的高度H满足下列关系：Hr/H≥0.2。本发明设计巧妙，结构简洁，使得管外表面与管外液体之间的沸腾系数得到显著提高、沸腾换热得到显著强化，适于大规模推广应用。
【IPC分类】F28F1/42
【公开号】CN104903673
【申请号】CN201380045361
【发明人】安德烈亚斯·比尤特勒, 安德烈亚斯·施维塔拉, 曹建英, 罗忠
【申请人】威兰德-沃克公开股份有限公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2013年11月6日
【公告号】CN102980431A, CN103217045A, EP2917675A1, US20150247681, WO2014072047A1