专利名称:蒸发冷凝用传热管的制作方法
本发明和用于热泵式冷、暖气装置等上的热交换器有关，特别是和蒸发、冷凝用的传热管的改良有关。
以往，作为用于热泵式冷、暖气装置等上的热交换器，如图14所示经常使用的是由铝制散热片1和传热管2构成的散热片管热交换器3，R-22，R-11等的氟里昂系制冷介质流过传热管2并在它和通过铝散热片1间的空气之间发生热交换作用。而且，在这种热泵式冷、暖气装置中由于一个热交换器3，既在冬季的暖气设备中作为冷凝器动作，又在夏季的冷气设备中作为蒸发器动作而使用，因此就等于在一个热交换器3的传热管2内，在冬季时进行冷凝传热，而在夏季进行蒸发传热。作为对这样使用的传统的传热管2内的蒸发热传递特性的改善措施，已知的有例如在日本专利特公昭61-23065号公报上揭示的那样，具有利用铝系烧结金属板的多孔质层的传热管的制造方法。采用这种制造方法，如图15所示那样，把铝系烧结多孔板，通过合金化用结合材料，金属地粘结在传热管2的壁面上，使在传热管2整个壁面上形成多孔质层4，而制冷介质的蒸汽则被捕捉在多孔质层4内形成的空隙中，并成为气泡核而促进气泡生成，从而得到改善使具有极良好的蒸发换热特性。另外，作为关于“多孔质传热面的核沸腾换热特性”的已公开文献有“日本机械学会论文集(B编)第50卷451号(昭59-3)”，在这卷文献的第818页上揭示了用下述方法形成多孔质层4，从而得到高性能的气泡核沸腾换热的特性，这就是用形成电镀保护膜的方法把粒子直径相同的球形的金属粒子粘合在传热管壁面的全部平滑面上。
此外，作为改善传热管2内的冷凝换热特性的方法，已知的有如图16所示，通过在传热管2内壁面2a上形成沟5以求增大传热面积的方法，或者在“日本机械学会论文集(B编)第51卷467号(昭60-7)”第2436页上叙述的，如图17所示，用钢丝制的一根细线6在冷凝传热管2的整个外壁面2b上缠绕而成，从而使冷凝换热特性得到了改善。
然而，如前所述那样，对用在热泵式冷、暖气装置中的热交换器传热管，则要求能使蒸发、冷凝换热特性两者同时都得到改善。然而当把上述具有由图15所示的多孔质层4的传热管2用作冷凝器时，由于冷凝液因毛细管力而被保持在多孔质层4的空隙中，而使除液情况变坏，因此液膜构成热阻，而使冷凝换热特性和图16所示的在传热管2的内壁面2a上带有沟5的传热管比较时，其换热特性稍稍变坏。反之当把图16所示的带有沟5的传热管2用作蒸发器时，关于传热面积增大的部份，能使蒸发换热特性得到改善，然而当和由图15所示具有多孔层4的传热管2比较时，其特性变得很差，因而存在着不能使在蒸发，冷凝换热特性的两方面同时得到改善的问题。
本发明就是为了解决上述那样的问题而产生的，其目的是为了得到一种在一个热交换器用的传热管上同时使蒸发和冷凝换热特性都得到改善，而且还可使其成批生产性能提高的蒸发、冷凝用传热管。
本发明有关的蒸发、冷凝用传热管是至少在管内壁和外壁中的一个壁面上形成具有空隙的突起部份，与此同时，要使该突起部和上述壁面的平坦部份混杂在一起那样构成的传热管。
本发明的突起部，由于其一部份上是具有空隙，当把这样的传热管作为蒸发器使用时，因被捕捉在空隙中的制冷介质的蒸汽成为气泡核，能促进气泡的发生，从而使蒸发换热特性变好。反之，把这样的传热管作为冷凝器使用时，因突起部份能使传热面积增大的同时，因毛细管的力作用而使管壁面平坦部份的冷凝液膜变薄，因能使热阻减轻，从而能使冷凝换热特性获得改善。
实施例。
以下根据图1乃至图3来对本发明的蒸发、冷凝用传热管的第一实施例进行说明。图中10为在热交换上使用的传热管、此传热管10具有用多孔质层形成的突起部，此多孔质层是在圆管11的内壁面11a上粘结铝系烧结金属，或者涂敷氟树脂，或金属薄膜而形成多层状的，此突起部12是沿上述管11的轴方向，相互靠近排列，且以相互间具有间隔P而在圆周方向上形成环状。
若根据以上那样构成的本发明的实施例，由于从形成了由多孔质层构成的突起部份12的地方，和上述原来的一样，因能促进发泡，而使传热管10具有极良好的换热特性。此外，在没有形成多孔质层的突起部份12的地方，和具有多孔质层的地方相比，其换热特性毫不疑问要降低若干，然而如果考虑到，和没有其它相变化的传热相比蒸发换热率本来就极高的理由是因为气泡所引起的输送潜热的效果，和气泡发生、脱离而使气泡周围的制冷介质液体受到扰乱的效果所致，特别在象应用热泵那样，其热通量小的场合，后者的效果更大时，则其降低的比例并不怎么大。由于可以认为上述气泡发生、脱离时的扰乱效果大约为气泡直径d的两倍程度，因此，当在图1中所示的间隔P只要为其两倍以下，即P≤4d ……(1)的话，则在没有多孔质层的突起部份12的地方几乎不会发生换热率降低的情形。
上述(1)式中的d用式d = 0.029 φσg ( ρl- ρr)……(2)]]>
给出。(参照“传热概论”甲藤好郎著(养贤堂出版)P.306的式15.5)式中φ为气泡脱离时的接触角，σ为表面张力，ρlρr为液体、气体的密度g为重力加速度。
还有就是在热泵蒸发器中，为了防止液体向压缩机回流，通常使蒸发器出口处的制冷介质成为过热蒸汽。在流过此过热蒸汽的传热管内，由于是蒸汽的单相对流传热，因此和蒸发换热相比，其换热率极低。然而由于在采用了本发明实施例的传热管10中的多孔质层的一列突起部份12是作为紊流促进体起作用，因此即使在这个过热的领域，也能使换热特性得到充份的改善。作为此紊流促进体的效果，在把图1中的突起部份12的突起行列的高度作为H时，经实验查明在10≤P/H≤20……(3)之间，能使其换热率取得最大值。
接下来，对有关上述本发明实施例的传热管10的冷凝换热特性进行了考察，当把在传热管10内壁面11a上冷凝而液化的制冷介质液体13的液膜厚度作为δ，则冷凝换热率h的关系式h＝K/δ……(4)成立。在这里，K为制冷介质液体的导热率。而且在水平放置的平滑管内的冷凝液流动的样子如图2所示。此外，图2中的13是表示制冷液体。然而，若采用根据本发明的实施例的传热管10，邻接的突起部份12间的冷凝液膜14会因多孔质层的突起部份12的毛细管力，而被拉靠近成为如图3所示那样，使在传热管10的内壁面11a的平坦部份15处的冷凝液膜14变薄，根据上述关系式(4)，使传热特性得到改善。这样的效果，用在上述管外壁面上缠绕一根细线的实验得到证明，(参照“日本机械学会论文集”第51卷的467号(昭和60-7)P.2436“利用缠绕细线促进水平管外体积对流冷凝传热”)。
图4为表示本发明的第二实施例，在此实施例中表示了使多孔质层的突起部份12在管内壁11a上成锯齿状散布而形成的传热管10。但是，多孔质层的突起部份，其相邻靠的突起部份12相互间的间隔P以及从管内壁面的平坦部份15起始的高度H被限制在由上述的关系式(1)，(3)所表示的范围内。在这样构成的传热管10中也取得了和上述第一实施例同样的效果。但是，在将这个传热管10作为冷凝器使用时，在多孔质层的突起部份12上因毛细管力而聚集的冷凝液便从突起部份12滴下来。
图5是表示本发明的第三实施例，在此实施例中，多孔质层突起部份12是以螺旋状(线圈状)形成在管内壁11a上，突起部份12的间隔P和高度H也被限制在由关系式(1)，(3)决定的范围内。
图6表示本发明的第四实施例，在此实施例中是沿轴方向在管内壁面11a上形成多孔质层的突起部份12。但是突起部份12的间隔P和高度H被限制在上述关系式(1)，(3)中，在冷凝器中，在多孔质的突起部份12上，因毛细管力而聚集的冷凝液更容易从其上滴下来，能取得和上述第一实施例同样的效果。
然而，在上述本发明的第一乃至第四实施例中是对在管11的内壁面11a上形成多孔质层的突起部份12的传热管10进行说明的，但是在业务上用的热泵式冷、暖气装置中，用一个热交换器供应冷、温水的场合，有时使用如图7所示的壳管式热交换器16。在此图7中，17为容纳传热管2的壳体，18为在壳体17上设置的制冷介质蒸汽入口，19为冷凝液的流出口，20为进水口，21为温水出口。在若采用这样构成的壳管式热交换器16制作温水的场合，制冷介质蒸汽从制冷介质蒸汽入口18进入壳体17内，在传热管2的外壁面2b上冷凝液化，并从冷凝液流出口19流出。另一方面，水从进水口20向壳体17内供给，并流过传热管2内，被冷凝潜热加热后变成温水，而从温水出口21流出。此外反过来在制作冷水的场合，制冷介质的液体从供给温水时的冷凝液体的流出口19进入壳体17内，在传热管2的外壁面2b上蒸发汽化，并从供给温水时的制冷介质蒸汽入口18被从壳体17抽出。另一方面，水从进水口20向壳体17内供给，流经传热管2，并因蒸汽汽化热而成为冷水，由出口21取出到外部。
在这样的热交换器16中，在传热管2的外壁面2b上的蒸发、冷凝换热特性的改善是重要的。
图8是表示本发明的第五实施例，表示了在管外壁面11b上形成有和上述第一实施例同样的多孔质层的突起部份12的传热管10。在这个传热管10中，和第一实施例同样，间隔P和高度H由式(1)，(3)所限制的突起部份12也在管外壁面11b上沿管11的圆周方向形成，从而取得和第一实施例同样的效果。
图9表示本发明的第六实施例，和上述第二实施例同样，在管外壁面11b上形成成锯齿状散布的突起部份12，并取得和第二实施例同样的效果。
此外，不用说，把在上述第三、第四实施例中所示的突起部份12形成在管外壁面11b上也具有同样的效果。
此外，由于当使突起部份12中所邻近的突起行列的间隔P过于小时，则如图3所示的薄液膜部份14变小，故换热特性的效果变得极低。
如象以上那样，在上述的本发明的第一乃至第六实施例中，是对在管11的内外壁面11a，11b上所形成的突起部份12是由多孔质层形成的传热管进行了说明，然而象图10乃至图12所示第七乃至第九实施例那样，即使把由多根钢丝组成的细线22捻合起来的捻合线23作为突起部份12，并把如下形成的突起部份12形成在管11的内壁面11a上，即把突起部份12相互间的间隔P和从管内壁面11a上形成的平坦部份开始的高度H限制在上述关系式(1)，(3)的范围以内，但由于在捻合线23的细线22间形成的空隙起到和上述实施例的多孔质层同样的作用，因而能期待得到同样的效果。
此外，用捻合线23形成的突起部份12和管内壁面11a之间的接触，能利用捻合线23的弹性力来进行，制作起来非常容易，因而能使成批生产率提高。
此外，在图10乃至图12的实施例中，是对在管11内壁面11a上形成用捻合线23形成的突起部份12的构成进行了说明，然而如图13所示那样，勿用说即使在管11的外壁面11b上形成由捻合线23构成的突起部12，也能获得同样效果。
此外，以上是对若根据本发明的上述实施例，无论放在管内壁面或外壁面中任一壁面上形成的具有空隙的突起部份的传热管进行了说明，然而即使若按照希望，在管的内或外壁面上均形成上述突起部的构造，不用说也能期待获得同样的效果。
如以上那样，若根据本发明，由于是至少在管内壁面和外壁面的壁面上形成具有空隙的突起部份的同时，使此突起部份和上述壁面的平坦部份混杂那样构成的传热管，因此在一个热交换器中，能同时改善蒸发、冷凝换热特性，与此同时，由于能使原来把用于蒸发器的传热管和用于冷凝器的传热管分成两种类制造的情形变成只用一种类进行制造就能满足需求，因而具有使成批生产率提高等经济价值极大的效果。
对附图的简单说明图1(a，b)为表示本发明的蒸发、冷凝用传热管第一实施例，(a)为其横剖面图，(b)为沿Ⅰ-Ⅰ线的纵剖面图，图2(a，b)是为说明平滑管内冷凝液流动情况，(a)为横剖面图，(b)为沿Ⅱ-Ⅱ线的纵剖面图，图3为表示相同传热管内的突起部份和冷凝液膜的关系的横剖面图，图4为表示本发明的第二实施例，表示突起部份在管内壁面上呈锯齿状散布状态，(a)为横剖面图，(b)为沿Ⅳ-Ⅳ线的纵剖面图，图5，(a，b)为表示本发明的第三实施例，(a)为表示突起部份在管内壁面上呈螺旋状设置状态的横剖面图，(b)为沿Ⅴ-Ⅴ线的纵剖面图，图6(a，b)为表示本发明的第四实施例，(a)为表示突起部份在管内壁面上沿管轴方向形成状态的横剖面图，(b)为沿Ⅵ-Ⅵ线的纵剖面图，图7(a，b)为概略说明用于热泵式冷、暖气装置中的壳管式热交换器，(a)为简要横剖面图，(b)为沿Ⅶ-Ⅶ线的简要纵剖面图，图8(a，b)为表示本发明的第五实施例，(a)为突起部份在管外壁面上形成状态的横剖面图，(b)为沿Ⅷ-Ⅷ线的纵剖面图，图9(a，b)为表示本发明的第六实施例，(a)表示突起部份在管外壁面上呈锯齿状散布状态的横剖面图，(b)为沿Ⅸ-Ⅸ线的纵剖面图，图10(a，b)，图11(a，b)，图12(a，b)，为分别表示本发明的第七乃至第九实施例，其中各图(a)是表示把使多根钢丝捻合的捻合线作为突起部份，将此在管内壁面上形成的状态，是和图1(a)，图5(a)，图6(a)相当的图，其中各图(b)是和图1(b)，图5(b)，图6(b)相当的图。此外，图13(b)表示本发明第十实施例，(a)是表示由捻合线构成的突起部在管外壁面上呈螺旋状形成状态的剖面图，(b)为沿Ⅺ-Ⅺ线的纵剖面图，图14(a，b)是表示原来的散热片管热交换器，(a)为其简要正视图，(b)为其侧视图，图15(a，b)是表示原来的传热管的构成，(a)为多孔质层在管内壁面上形成状态的横剖面图，(b)为同结构的纵剖面图，图16(a，b)表示原来的冷凝管，(a)为横剖面图，(b)为纵剖面图，图17(a，b)是表示原来的冷凝管，(a)为横剖面图，(b)为纵剖面图。
10为传热管，11为管，11(a)为管内壁面，11(b)为管外壁面，12为突起部份，13为冷凝液，15为平坦部份，22为细线，23为捻合线。
此外，图中同一符号表示同一或相当的部份。
权利要求
1.一种蒸发、冷凝用传热管，其特征是在管内壁面和外壁面的至少一个壁面上形成具有空隙的突起部份的同时，并使该突起部份和上述壁面的平坦部份混合起来构成。
2.根据权利要求
1所述的传热管，其特征在于具有空隙的突起部份是由粘接了铝系烧结金属或金属粒子多孔质层组成。
3.根据权利要求
1所述的传热管，其特征是具有空隙的突起部份是用使多根细线捻合起来的捻合线形成。
4.根据权利要求
1，2或3中任一项的传热管，其特征在于具有空隙的突起部份，是当把汽泡直径作为d时，用至少以式P≤4d，10≤P/H≤20表示的间隔P和高度H在管壁面上混合形成。
专利摘要
本发明是有关用于热泵式冷、暖气设备的热交换器传热管，在至少在传热管的内壁面或外壁面的一壁面上形成具有空隙的突起部分的同时，使其突起部分和壁面的平坦部分混合形成，从而提供既可能作蒸发器用，又可作冷凝器用的传热管。
文档编号F28F1/12GK87107184SQ87107184
公开日1988年8月17日 申请日期1987年10月26日
发明者吉田孝形, 藤井雅雄, 佐久間清 申请人:三菱电机有限公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan