换热管、满液式换热器及热泵空调机组的制作方法

本实用新型涉及空气调节领域，尤其涉及一种换热管、满液式换热器及热泵空调机组。

背景技术：

目前热泵空调机组广泛采用的换热器为满液式换热器。采用满液式换热器的热泵空调机组在制冷工况下，换热管外为低压饱和液态冷媒，冷媒蒸发吸收冷却管内的水的热量，提供低温冷源用于供冷；供暖工况下，满液式换热器转换为冷凝器，换热管外为高压冷媒蒸汽，冷媒蒸汽凝结放热加热换热管内的水，提供高温热源用于供暖。该种热泵空调机组中满液式换热器所采用换热管需要同时满足蒸发换热性能和冷凝换热性能。

蒸发和冷凝虽然都是相变换热，但其原理不同。蒸发需要较多的汽化核心以强化换热效果；而冷凝则需要较大的换热面积使得气态冷媒凝结为液体，同时需要将产生的凝结液体快速排走，避免其在换热表面形成液膜热阻，降低换热性能。

现有热泵空调机组采用的满液式换热器因蒸发和冷凝的工作原理不同，分为满液式蒸发器和满液式冷凝器。同样，作为满液式换热器的核心元器件的换热管也分为满液式蒸发管和满液式冷凝管两种管型。

根据实验数据显示，采用现有的满液式蒸发管做冷凝管使用时，其冷凝性能会比现行单一冷凝用的冷凝管降低30％以上；同样，使用现有的满液式冷凝管做蒸发管使用时，其蒸发性能会比现行单一蒸发用的蒸发管性能衰减35％以上。因此，在不增加换热管数量的前提下，单纯采用传统蒸发管或者冷凝管的满液式换热器，难以满足热泵空调机组在工况调整时对制冷和制热的需要。当然在同一台满液式换热器中，同样尝试过采用蒸发管和冷凝管混合排布以及上层冷凝管下层蒸发管的布管方式，以期该满液式换热器分别作为蒸发器和冷凝器时，均能满足制冷和制热两种工况的需要，但效果依然不甚理想。

基于热泵空调机组对满液式换热器既要求蒸发性能又要求冷凝性能的功能要求，满液式换热器中蒸发冷凝两用换热管的开发成为机组开发的一个瓶颈。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种同时兼顾蒸发性能和冷凝性能的换热管、满液式换热器及热泵空调机组。

本实用新型第一方面提供一种换热管，包括管体和设于所述管体外表面的翅片，所述翅片包括：翅根部，连接于所述管体的外表面并向远离所述管体的方向延伸形成顶部；翅顶部，连接于所述翅根部的顶部，从所述顶部向远离所述管体的方向延伸并形成翅顶部的自由端；和横翅部，连接于所述翅根部的顶部一侧侧面，从所述翅根部向远离所述翅根部的所述一侧侧面方向延伸并形成横翅部的自由端。

在一些实施例中，从所述翅根部至所述翅顶部的自由端所述翅顶部的截面积不变或逐渐减小。

在一些实施例中，多个所述翅片螺旋或平行设于所述管体的外表面，各翅片的所述横翅部朝向同一方向延伸。

在一些实施例中，从所述翅根部至所述横翅部的自由端所述横翅部朝向所述管体的外表面方向倾斜。

在一些实施例中，所述翅片在所述管体外形成通道，所述横翅部将所述通道分隔为靠近所述管体的内腔和沿所述管体的径向位于所述内腔外侧的外腔，所述横翅部与相邻的翅片或翅片段之间具有间隙。

在一些实施例中，所述内腔的壁面上设有凹坑结构。

在一些实施例中，所述翅顶部的与所述横翅部同侧的表面具有从所述翅根部延伸至所述翅顶部的自由端的第一凹槽；和/或，所述翅顶部具有从所述翅根部延伸至所述翅顶部的自由端的第一断口；和/或，所述横翅部的远离所述管体的表面具有从所述翅根部延伸至所述横翅部的自由端的第二凹槽；和/或，所述横翅部具有从所述翅根部延伸至所述横翅部的自由端的第二断口。

在一些实施例中，所述第一凹槽或所述第一断口与所述第二凹槽或所述第二断口对应连接。

在一些实施例中，在所述翅片沿所述管体的一周的区段上，所述第一凹槽和所述第一断口的数量合计为40～95个；和/或，在所述翅片沿所述管体的一周的区段上，所述第二凹槽和所述第二断口的数量合计为40～95个。

在一些实施例中，从所述翅根部至所述翅顶部的自由端，所述第一凹槽或所述第一断口的截面相或逐渐变大；和/或，从所述翅根部至所述横翅部的自由端，所述第二凹槽或所述第二断口的截面相等或逐渐变大。

在一些实施例中，所述翅顶部具有尖刺和/或第三凹槽。

在一些实施例中，所述管体的内表面设有螺纹，所述螺纹的切线与所述管体的中心线的夹角为15°～65°。

本实用新型第二方面提供一种满液式换热器，包括根据本实用新型和一方面中任一项所述的换热管。

本实用新型第三方面提供一种热泵空调机组，包括本实用新型第二方面所述的满液式换热器。

基于本实用新型提供的换热管、满液式换热器及热泵空调机组，换热管包括管体和设于管体外表面的翅片；翅片包括翅根部、横翅部和翅顶部，横翅部的设置使翅片间的通道形成利于蒸发和冷凝的内腔和外腔，从而使换热管兼顾蒸发性能和冷凝性能。

通过以下参照附图对本实用新型的示例性实施例的详细描述，本实用新型的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，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为本实用新型一实施例的换热管的局部剖面结构示意图。

图2为图1所示实施例的换热管的局部立体结构示意图。

图3为本实用新型又一实施例的换热管的局部剖面结构示意图。

图4为图3所示实施例的换热管的局部立体结构示意图。

图5为本实用新型又一实施例的换热管的局部剖面结构示意图。

图6为图5所示实施例的换热管的局部立体结构示意图。

图7为本实用新型又一实施例的换热管的局部剖面结构示意图。

图8为图7所示实施例的换热管的局部立体结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本实用新型及其应用或使用的任何限制。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本实用新型的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

图1至图8示出了本实用新型各实施例的换热管的结构。图1至图8中，X代表换热管的轴向；Y代表换热管的周向。

如图1至图8所示，本实用新型各实施例的换热管包括管体1和设于管体1外表面的翅片。

翅片包括翅根部2、翅顶部4和横翅部3。翅根部2连接于管体1的外表面并向远离管体1的方向延伸形成顶部。翅顶部4连接于横翅部3的顶部，从顶部向远离管体1的方向延伸形成翅顶部4人自由端。横翅部3连接于翅根部2的顶部一侧侧面，从翅根部2的该一侧侧面向远离翅根部2的方向延伸形成横翅部3的自由端。

该换热管包括管体1和设于管体1外表面的翅片。翅片包括翅根部2、横翅部3和翅顶部4。横翅部3的设置使翅片间的通道形成利于蒸发和冷凝的内腔和外腔，从而使换热管兼顾蒸发性能和冷凝性能。其中，横翅部3面对管体1的一侧表面与翅根部2以及管体1的外表面形成利于提高蒸发性能的空间。

从翅根部2至翅顶部4的自由端翅顶部4的截面积不变或逐渐减小。该设置利于在翅顶部4的自由端形成相对尖锐的边缘，利于刺破携液的气态冷媒。

在一些实施例中，翅片螺旋或平行设于管体1的外表面，各翅片的横翅部3朝向同一方向延伸。该设置可以利于翅片及其横翅部均匀设置，利于换热管均匀换热。

在一些实施例中，从翅根部2至横翅部3的自由端横翅部3朝向管体1的外表面方向倾斜。可选地，横翅部3被构造成曲线型，或者，横翅部3的表面被构造成曲线型。该设置可以利于冷媒流向内腔7。

在一些实施例中，翅片间形成通道，横翅部3将通道分隔为靠近管体1的内腔7和沿管体1的径向位于内腔7的外侧的外腔6，横翅部3与相邻的翅片或翅片段之间具有间隙5。该间隙5打通了内腔7和外腔6，利于液态冷媒流通，强化了冷凝效果；并且在对冷媒进行蒸发时，利于冷媒的补充和气态冷媒的排出，强化了蒸发功能；利于蒸发和冷凝两种性能均不衰减。理由在于，间隙5利于保证内腔的蒸发气泡逸出；且利于冷媒冷凝时，液态冷媒的排出。内腔7由横翅部3、翅根部2和管体1的外表面围成，主要是形成利于蒸发的小腔，采用的原理主要是泡核沸腾的原理。外腔6由横翅部3和翅顶部4围成，主要是增大换热面积，摊薄液膜，利于冷凝。因此，利于实现蒸发和冷凝两种性能均不衰减。

在一些实施例中，内腔7的壁面上设有凹坑结构11。凹坑结构11可以设于管体1的外表面。可选地，凹坑结构11呈“工”字型、“十”字型、“X”型、“U”型、三角形或三边以上的多边形。

在一些实施例中，翅顶部4的与横翅部3同侧的表面具有从翅根部2延伸至翅顶部4的自由端第一凹槽9；和/或，翅顶部4具有从翅根部2延伸至翅顶部4的自由端的第一断口14；和/或，横翅部3的远离管体1的表面具有从翅根部2延伸至横翅部3的自由端的第二凹槽；和/或，横翅部3具有从翅根部2延伸至横翅部3的自由端的第二断口10。

第一凹槽9或第一断口14可以扩大翅顶部4的换热面积，摊薄液膜，且第一凹槽9或第一断口14利于冷媒流动，提高冷凝性能。第二凹槽或第二断口10有利于流体流向间隙5或穿过第二断口10，利于内腔7中冷媒的补充和蒸发气泡的逸出。

在一些实施例中，横翅部3设有多个第二断口10，每一第二断口10对应连接至翅顶部4的第一凹槽9。第二断口10连接至翅顶部4的第一凹槽9利于冷媒流向内腔7。

可选地，第二断口10可以是长条形，且沿横翅部3的延伸方向延伸。

在一些实施例中，横翅部3上可以设有多个圆形、三角形、方形，或者多于四个边的多边形，或者其他规则或不规则的通孔，以利于冷媒流向内腔7或气态冷媒的排出。

在一些实施例中，第一凹槽9或第一断口14与第二凹槽或第二断口10对应连接。该结构兼顾蒸发性能和冷凝性能，解决了常规冷凝管当蒸发管使用时性能衰减问题；以及解决了常规蒸发管当冷凝管时性能衰减问题。

在翅片沿管体1的一周的区段上，第一凹槽9和第一断口14的数量合计为40～95个。其中包括仅有第一凹槽9而未设第一断口14的情况，或仅设第一凹槽未设第一断口14的情况。该设置可以强化冷凝换热效果。

在翅片沿管体1的一周的区段上，第二凹槽和第二断口10的数量合计为40～95个。其中包括仅设置第二凹槽而不设置第二断口10情况，以及包括不设置第二凹槽而仅设置第二断口10情况。该设置可以强化蒸发效果，利于冷媒补充和气态冷媒的排出。

在一些实施例中，第一凹槽9或第一断口14的截面为矩形、梯形或三角形或弧形；和/或，第二凹槽或第二断口10的截面为矩形、梯形或三角形或弧形。

在一些实施例中，从翅根部2至翅顶部4的自由端，第一凹槽9或第一断口14的截面相或逐渐变大；和/或，从翅根部2至横翅部3的自由端，第二凹槽或第二断口10的截面相等或逐渐变大。该设置利于液态冷媒生成和流动。

在一些实施例中，翅顶部4具有尖刺12和/或第三凹槽13。

尖刺12用于增大翅顶部4的换热面积，冷凝工况时有利于刺破液膜，加快排走冷凝液体。第三凹槽13用于增大翅顶部4的换热面积，摊薄液膜，强化冷凝性能。进一步地，尖刺12和/或第三凹槽13可以设于翅顶部4的两侧，或者设于翅顶部4的顶部。

在一些实施例中，管体1的内表面设有螺纹8，螺纹8的切线与管体1的中心线的夹角为15°～65°。该设置可以增加载冷剂侧的扰动强度，同时螺旋角增加可以增加换热面积。

在一些实施例中，管体1内侧的螺纹8沿周向成多头均布，螺纹8头数n＝30～65。螺纹8头数增加主要是用于增加换热面积，同时增加内侧载冷剂的扰动强度，强化内侧换热。

在一些实施例中，管体1的内侧利用开槽的衬芯滚压形成螺旋状凸起的螺纹8结构。

在一些实施例中，翅片沿管体1表面呈单头螺旋分布；单螺旋分布翅片一致性更好。

本实用新型实施例还提供一种满液式换热器，包括本实用新型实施例的换热管。采用该满液式换热器能够提高热泵空调机组的能效。

本实用新型实施例还提供一种热泵空调机组，包括本实用新型实施例的满液式换热器。在热泵空调机组当中，蒸发和冷凝工作原理和功能均不相同，在工作当中是两个相反的两个过程。冷凝过程是气态冷媒转换成液态冷媒，尽可能摊薄液膜，同时将液态冷媒及时导走，以便该冷凝过程能够持续高效运行，否则冷凝性能会衰减。而蒸发过程将液态冷媒转换成气态冷媒，要求能够提供更多的汽化核心，冷媒能够在换热管表面湿润，提高换热性能。本实用新型一些实施例提供的换热管和满液式换热器能够满足热泵空调机组在工况调整时对制冷和制热的需要。

以下结合图1至图8对本实用新型各实施例进行详细说明。

如图1和图2所示，换热管主要包括管体1及管体1上的翅片。翅片包括翅根部2、翅顶部4和横翅部3。翅根部2连接于管体1的外表面并向远离管体1的方向延伸形成顶部。翅顶部4连接于横翅部3的顶部并从顶部向远离管体1的方向延伸形成自由端。横翅部3连接于翅根部2的顶部一侧并从翅根部2向远离翅根部2的方向延伸形成自由端。

如图1和图2所示，在翅根部2上形成单侧延伸的横翅部3以及翅顶部4，横翅部3与相邻翅根部2的壁面形成间隙5。横翅部3与翅顶部4及相邻翅片相应壁面形成外腔6。横翅部3与翅根部2侧壁、管体1外表面以及相邻翅片相应壁面形成内腔7。管体1内表面形成螺纹8。对翅片单侧壁面进行侧面滚花，通过控制滚花深度和宽度，在侧壁面形成间断的第一凹槽9，并在横翅部3上形成第二断口10。多个第一凹槽9和多个第二断口10沿管体1的圆周方向均布。

横翅部3的自由端相对于与翅根部2相连的根部稍微向下倾斜。具体表现为与水平方向具有固定角度的直线倾斜或者角度逐渐变化的弧线倾斜。

在管体1外壁面也即内腔7底部形成不同形状的凹坑结构11。每个内腔7内形成多个凹坑结构11。多个凹坑结构11优选地沿翅片形成的流道方向均布，例如，在翅片为沿管体1的周向布置时，多个凹坑结构沿管体1的圆周方向均布。

如图2所示，本实施例中，凹坑结构11为十字形凹坑结构11。

通过设置凹坑结构11使内腔7内的表面粗糙不平，利于形成蒸发所需要的汽化核心，强化蒸发换热。

在一些实施例中，凹坑结构11可以设于管体1的外表面。由于管体1内通入载冷剂，用于与管体1外的冷媒换热，将凹坑结构11设于管体1的外表面，利于在管体1外表面形成汽化核心，强化蒸发换热；凹坑结构11还可以在原有平滑的管体1的外表面的基础上增加换热面积。进一步地，在管体1的外表面上沿翅片间的通道方向设有多个凹坑结构11。

可选地，利用平滑的滚光轮在管体1的外表面进行滚光压平处理，这样在管体1的外表面可以形成多坑表面结构，以提供蒸发所需要的汽化核心，强化蒸发换热。

在一些实施例中，凹坑结构11可以设于翅根部2的表面，利于形成汽化核心。进一步地，凹坑结构11可以沿翅根部2的高度方向设置，以利于冷媒沿凹坑结构11的流动。

在一些实施例中，凹坑结构11还可以呈“工”字型、“X”型、“U”型、圆形、三角形、四边形、大于四边的多边形，或者其他不规则或规则的形状等。

在内腔7设置多个凹坑结构11利于增加内腔7的粗糙度，利于形成汽化核心，强化蒸发功能。

本实施例中，换热管翅片型式为沿管体1表面呈单头螺旋分布。在一些实施例中，换热管翅片型式也可以为沿管体1表面呈多头螺旋分布，或多个翅片沿管体1表面平行分布。

可选地，翅片包括多个环形翅片，单个环形翅片沿管体1的圆周向设置，且各环形翅片沿管体1的轴向间隔布置。进一步地，各环形翅片平行设置。

可选地，翅片包括多个直线型翅片，单个直线型翅片的长度方向与管体1的轴向一致，各直线型翅片沿管体1的圆周向间隔布置。进一步地，各直线型翅片平行设置。

本实用新型实施例中翅片2的高度、横翅部3的宽度及间隙5、第一凹槽9、第二断口10宽度是影响蒸发性能和冷凝性能的关键特征参数。翅根部2的高度及横翅部3的宽度组合可以形成不同容积的内腔7和外腔6，可对蒸发性能和冷凝性能进行平衡。

本实用新型实施例可以在专门的翅片辊轧机上进行加工，采用挤压成型无屑加工工艺，利用刀具组合和衬芯开槽模具进行辊轧而成。管体1内侧利用开槽的衬芯滚压形成螺旋状凸起的螺纹8，螺纹8与换热管中心线成一定倾斜角度，角度一般控制在15～65°；螺纹8沿周向成多头均布，螺纹8头数一般为30～65。

在一些实施例中，管体1的两端为未设置有翅片的光管段，中部为设置有翅片的翅片段。可选地，在光管段与翅片段之间还可以设置过渡段。光管段用于满液式换热器管壳与换热管之间的胀接和密封。过渡段用于提高换热管的强度。过渡段的外径可选地小于光管段的外径。

在一些实施例中，横翅部3被构造成曲线型，或者，横翅部3的表面被构造成曲线型。横翅部3本体或表面被构造成曲线型利于增大换热面积，摊薄液膜，且利于冷媒的流动。

本实施例的换热管在制冷工况下作为蒸发管使用。管体1外侧液态冷媒主要在内腔7内进行蒸发。首先液态冷媒由外腔6经由间隙5或第二断口10进入内腔7，内腔7底部的管体1表面温度较高，具备蒸发所需要的过热度；同时内腔7底部的管体1表面具有凹坑结构11，增大了翅根部2位的粗糙度，并在翅根部2形成大量蒸发所需的汽化核心；饱和液态冷媒在具有一定过热度和大量汽化核心的内腔7内蒸发，蒸发产生的大量气泡通过间隙5或第二断口10排出，同时内腔7内的液态冷媒也通过间隙5或者第二断口10补充。

本实施例的换热管在采暖工况下作为冷凝管使用。管体1外侧高压气态冷媒主要在外腔6内进行凝结，翅片的翅顶部4以及其上的第一凹槽9均为通过挤压成型，使得翅顶部4以及第一凹槽9两侧比较尖锐，有利于刺破冷媒气泡，使得气态冷媒快速凝结为液态，外腔6侧壁面的第一凹槽9及倾斜的横翅部3增大了外腔6的表面积，对气态冷媒的凝结换热尤为重要。由于横翅部3是倾斜的或者弯曲的，其上凝结产生的液态冷媒在表面张力及其重力综合作用下向下流动，并及时经过间隙5排至内腔7进行进一步的冷却，由于内腔7环向连通，最终积累到一定量的液态冷媒经过换热管最下方排出换热管表面。

本实用新型实施例利用横翅部3形成适合蒸发换热的内腔7和适合凝结换热的外腔6，并根据相应的功能原理对各自部分进行强化，使得该换热管蒸发性能和冷凝性能均得到提高，满足了热泵空调机组的制冷工况和采暖工况的要求，并使得热泵空调机组的能效进一步提高。

如图3和图4所示，该实施例与图1和图2所示的实施例的主要差别在于，在翅顶部4上形成尖刺12和第三凹槽13。尖刺12和第三凹槽13位于两个相邻的第一凹槽9之间。且多个尖刺12以及多个第三凹槽13分别沿翅片形成的通道走向均布。尖刺12和第三凹槽13的设置使得换热管作为冷凝管使用时，进一步增加了换热面积，尖刺12还可以刺破冷媒气泡，使气态冷媒快速凝结为液态，进一步强化了冷凝效果。

本实用新型实施例未说明的部分均可以参考其它实施例的相关描述。

如图5和图6所示，该实施例与图1和图2所示的实施例的不同之处在于，以第一断口14代替第一凹槽9。可以通过挤压方式在翅顶部4形成一定深度的第一断口14，且断口深度到达横翅部3的位置。多个第一断口14和第二断口10分别沿管体1的圆周方向均布。

本实用新型实施例未说明的部分均可以参考其它实施例的相关描述。

如图7、图8所示，该实施例与图5和图6所示的实施例的差别在于，在翅顶部4朝向横翅部3的一侧表面上，通过挤压形成尖刺12和第三凹槽13，尖刺12和第三凹槽13位于两个相邻第一断口14之间，且多个尖刺12和多个第三凹槽13均沿翅片形成的通道走向均布。在换热管作为冷凝管使用时，进一步增加了换热面积，尖刺12可以刺破冷媒气泡，使得气态冷媒快速凝结为液态，进一步强化了冷凝效果。

本实用新型实施例未说明的部分均可以参考其它实施例的相关描述。

根据以上描述可知，本实用新型实施例至少实现以下技术效果之一：

换热管能同时兼顾蒸发性能和冷凝性能，满足热泵空调机组对制冷工况及采暖工况下对换热管性能的要求；提升热泵空调机组的能效；降低热泵空调机组成本；加速热泵空调机组的推广应用。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本实用新型技术方案的精神，其均应涵盖在本实用新型请求保护的技术方案范围当中。