專利名稱：降膜式熱交換器管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種降膜式熱交換器管，如用于降膜式蒸發(fā)器中的熱交換器管，可以在形成于管的外表面上的致冷劑(水)降膜與此管中的水流之間進行熱交換，以使致冷劑蒸發(fā)；又如用于降膜式吸熱器中的熱交換器管，可以在滴落或彌散于管的外表面上的吸熱液膜與此管中的流體流之間進行熱交換，以使吸熱液體冷卻。
吸熱式熱交換器，如吸熱式冷凝器，通常會以下述方式被使用即熱交換器的內(nèi)部保持真空狀態(tài)，管外表面上的致冷劑在較低溫度下蒸發(fā)，通過從管中的水中吸收蒸發(fā)潛熱，以在管中獲得冷水。由此獲得的冷水用于空氣調(diào)節(jié)器或類似設(shè)備。
與此熱交換器相對應(yīng)，吸熱器和蒸發(fā)器在同一機體內(nèi)協(xié)同工作。為了連續(xù)地獲得蒸發(fā)過程，由蒸發(fā)器產(chǎn)生的致冷蒸氣，被吸熱形成彌散于熱交換器管表面的吸熱液體。機體的內(nèi)部保持恒定的真空度。相應(yīng)地，為了提高吸熱式冷凝器的致冷能力，有必要增加蒸發(fā)器中產(chǎn)生的致冷蒸氣量，和增加吸熱量或吸熱能力。改善熱交換器管的性能，是提高吸熱能力的最有效的方法。為此，本發(fā)明的申請人曾提出了一種熱交換器管，它具有成形獨立葉片，是由通過在管的外表面上設(shè)置沿管的軸線方向延伸的凹槽和凸臺形成的(日本專利申請?zhí)亻_平9-113066號公報)。
而且，依據(jù)降膜式蒸發(fā)器，如吸熱式水冷卻器，在沿熱交換器管的外部圓周表面流動的致冷劑與在管內(nèi)流過的液體(如水)之間，已經(jīng)進行了熱交換，從而冷卻了管內(nèi)的水。在熱交換器管上流動的致冷劑，擴散到熱交換器管的表面上，在較低的壓力下蒸發(fā)，同時從熱交換器管的表面帶走熱量，從而冷卻熱交換器管中的水。
如上所述，與用于蒸發(fā)器的降膜式熱交換器管相對應(yīng)，致冷劑如純凈水，彌散在管的外表面上，冷水則流經(jīng)管的內(nèi)部。接著，在管的外表面上形成致冷劑液膜。當此致冷劑蒸發(fā)時，流經(jīng)管內(nèi)的冷水被冷卻。既然是這樣，當濕潤并擴散到熱交換器管外表面的致冷劑蒸發(fā)時，蒸發(fā)潛熱從熱傳導(dǎo)表面上喪失。因此，為了有效地冷卻管中的水，有必要盡可能地增大熱交換器管和致冷劑之間的接觸面積，即熱傳導(dǎo)表面(管的外表面)的面積。
為了提供滿足此要求的降膜式熱交換器管，本發(fā)明的申請人曾提出了在管外表面上裝有大量葉片的熱交換器管(日本專利申請?zhí)亻_平7-71889號公報)。依據(jù)這一傳統(tǒng)的熱交換器管，在管的外表面上裝有沿相對于管的軸線方向垂直的方向延伸或以螺旋方式延伸的葉片，并且，沿著這些葉片，在葉片的頂部制有凹槽。而且，穿過每個葉片的上半部分，按預(yù)定節(jié)距制有凹槽。每個凹槽兩側(cè)壁之間形成的夾角在70°-150°范圍之內(nèi)。
此熱交換器管具有下述優(yōu)點，致冷劑的擴散性能極好，若有較大的熱傳導(dǎo)表面面積，會產(chǎn)生比現(xiàn)有技術(shù)水平更優(yōu)異的傳熱性能。
上述在日本專利申請?zhí)亻_平9-113066號公報中所介紹的吸熱器的傳統(tǒng)熱交換器管在管的外表面上以3/25的比率(凹槽/管圓周長度)具有凹槽。因此，此管對于吸熱液體在圓周方向上具有足夠的擴散性能。但是，另一方面，在管的軸線方向上，擴散性能很差，以致于吸熱液在吸收蒸發(fā)器產(chǎn)生的蒸氣之前就離開了管的表面，從而使性能降低。
上述在日本專利申請?zhí)亻_平7-71889號公報中所描述的用于蒸發(fā)器的傳統(tǒng)熱交換器管，已經(jīng)達到了最初預(yù)期的目標。然而，如下所述，隨著近年來對更高性能的日益增長的需求，作為用于蒸發(fā)器的熱交換器管，此管的傳熱性能已經(jīng)不能滿足要求。依據(jù)這一傳統(tǒng)的熱交換器管，在葉片的縱向上制有凹槽，每個葉片的上半部分被分成兩部分，從與葉片的縱向方向垂直的截面看為Y形，每個葉片的切分角度在70°-150°的范圍之間。因此，這些分開的部分關(guān)閉了末端的葉片之間的凹槽，致冷劑向葉片之間的凹槽擴散的能力很差，形成較厚的液膜，從而降低了蒸發(fā)性能。
而且，葉片在沿垂直于葉片縱向方向的方向延伸凹槽處斷開。由于凹槽的深度小于葉片的高度，因此，在管的軸線方向不能提供足夠的致冷劑擴散性能。結(jié)果，形成很厚的液膜，降低了蒸發(fā)性能。
本發(fā)明的目的是提供一種降膜式熱交換器管，包括用于降膜式吸熱器的熱交換器管，具有已改善的吸熱液體在管軸線方向上的擴散性能，還包括用于降膜式蒸發(fā)器的熱交換器管，具有更薄的致冷劑更高的蒸發(fā)性能和良好的熱交換性能。
依據(jù)本發(fā)明的降膜式熱交換器管包括形成于管內(nèi)表面的突起中的肋并且相鄰肋之間保持有適當?shù)木嚯x呈螺旋形延伸；形成于管外表面的凹槽并且相鄰凹槽之間保持有適當?shù)木嚯x呈螺旋形延伸；以及形成于管的外表面上并呈螺旋式布置的多個獨立的凸臺。所述凸臺在其上表面上有一個凹口，由此，凸臺上與管內(nèi)表面上的肋正對的區(qū)域低于與肋之間的區(qū)域正對的區(qū)域。形成于管內(nèi)表面的突起中的肋并且相鄰肋之間具有適當?shù)木嚯x呈螺旋形延伸；多個獨立的凸臺，形成于管的外表面上，呈螺旋式布置。上述凸臺在其上表面上有一個凹口，由此，凸臺上與管內(nèi)表面上的肋正對的區(qū)域低于與肋之間的區(qū)域正對的區(qū)域。
在這個降膜式熱交換器管中，管外表面上的凹槽和管內(nèi)表面上的肋最好形成于彼此互相正對的位置上。每個凸臺被制成四邊形錐體，高度為0.20至0.40mm。而且，每個凸臺的面積比率(A)最好在0.25≤A≤0.40范圍內(nèi)，面積比率為上表面面積和下表面面積的比率。而且，從與管的軸線垂直的橫截面的視點來看，獨立凸臺上表面上的凹槽的節(jié)距(P)最好在5.75≤P≤6.75mm的范圍內(nèi)。而且，肋和管的軸線方向之間形成的夾角θ最好在40°≤θ≤44°范圍內(nèi)，而且凸臺在管的軸線方向上的節(jié)距PF最好在0.89≤PF≤1.12mm范圍之內(nèi)。
依據(jù)本發(fā)明，如具有四邊形錐體形狀的獨立凸臺在管的外表面上呈螺旋狀布置。凸臺的上表面上在對應(yīng)于管內(nèi)表面上的肋的區(qū)域有凹口。凸臺的上表面有一個較高的部分和一個較低的部分。由于這種布置，當致冷劑彌散時，較高部位處的致冷劑因表面張力被拉入較低部位處，使凸臺較高部位處的致冷劑薄膜厚度最終減小，從而改善了蒸發(fā)傳熱性能。而且當彌散的致冷劑沿螺旋狀布置的凸臺之間的區(qū)域流動時，致冷劑被導(dǎo)入成形于管外表面上的凹槽，從而降低了存在于其它部分的致冷劑的厚度，改善了蒸發(fā)傳熱性能。
依據(jù)本發(fā)明，在管的外表面上彼此互相獨立的凸臺的邊緣沿管的軸線方向伸展。相應(yīng)地，凸臺之間沿管的軸線方向上的距離在圓周方向上改變，因此，夾在凸臺之間的空間的大小也發(fā)生改變。結(jié)果，在熱交換器管的外表面上，滴落或彌散的液體不能沿管的圓周方向順利地流動，而能沿管的軸線方向順利地流動。因此提高了液體在軸線方向上的擴散能力。
熱交換器管通常由銅或銅合金制成，也可以由鋁、鋁合金、鋼、鈦等材料制成。


圖1是顯示本發(fā)明一實施例的降膜式熱交換器管的一部分的透視圖。
圖2是說明凹口節(jié)距(P)的剖視圖。
圖3是說明肋的前置角的剖視圖。
圖4是顯示了本發(fā)明另一實施例的吸熱式熱交換器管的一部分的透視圖。
圖5是圖4所示的吸熱式熱交換器管的剖視圖，包括管的軸線。
圖6是說明面積比率A的示意圖。
圖7是凸臺的俯視圖。
圖8是垂直于管的軸線的表面的剖視圖。
圖9是顯示用于檢測熱交換器管的性能的檢測儀器的示意圖。
圖10是說明整體傳熱系數(shù)與凸臺節(jié)距之間的對應(yīng)關(guān)系的圖表。
圖11是說明整體傳熱系數(shù)與面積比率A之間的對應(yīng)關(guān)系的圖表。
圖12是說明整體傳熱系數(shù)與凹槽節(jié)距P之間的對應(yīng)關(guān)系的圖表。
圖13是說明整體傳熱系數(shù)與肋的前置角θ之間的對應(yīng)關(guān)系的圖表。
圖14是說明整體傳熱系數(shù)與凸臺高度FH之間的對應(yīng)關(guān)系的圖表。
圖15是說明整體傳熱系數(shù)與管外表面上的凹槽與管軸線形成的夾角θ之間的對應(yīng)關(guān)系的圖表。
圖16是說明整體傳熱系數(shù)與凸臺邊緣部位延伸部分的面積AF1和夾在凸臺之間的空間的面積AF2的面積比率AF之間的對應(yīng)關(guān)系的圖表。
圖17是說明整體傳熱系數(shù)與凸臺4沿管的圓周方向上的節(jié)距PR之間的對應(yīng)關(guān)系的圖表。
圖18是說明整體傳熱系數(shù)與凸臺上表面面積和下表面面積的面積比率A之間的對應(yīng)關(guān)系的圖表。
圖19是說明整體傳熱系數(shù)與管的外表面上凹槽圓周長度節(jié)距P之間的對應(yīng)關(guān)系的圖表。
圖20是說明整體傳熱系數(shù)與凸臺在垂直于管的軸線方向截面上的節(jié)距PF之間的對應(yīng)關(guān)系的圖表。
下面將參考附圖詳細地說明本發(fā)明的實施例。圖1所示是依據(jù)本發(fā)明第一實施例的降膜式熱交換器管的局部剖分透視圖。圖1展示了管在管的軸線方向和管的圓周方向上的表面的一部分。如圖所示，本實施例的熱交換器管1在管內(nèi)表面上有突起或肋5，沿向管的軸線方向傾斜的方向伸展，即沿螺旋方向伸展。相鄰的肋之間保持適當?shù)木嚯x。在管的外表面上，有以同樣方式螺旋式伸展的凹槽2。管外表面上的凹槽2與管內(nèi)表面上的肋5在互相正對的位置布置。凹槽4位于管內(nèi)表面上夾在肋5之間的區(qū)域，凸面3位于管外表面上夾在凹槽2之間的區(qū)域。
在管的外表面上，布置有螺旋式點狀排列的獨立凸臺6。螺旋狀分布的凸臺6相對于管的軸線方向的傾斜角不同于螺旋狀分布的凹槽2相對于管的軸線方向的傾斜角，凸臺6的布置方向和凹槽2的伸展方向彼此互相交叉。這些凸臺6中，被布置于部分延伸至凹槽2上的凸臺6，在其上表面上與凹槽2正對的位置有凹口。相應(yīng)地，這些凸臺6中的每一個都有位于凸面3上方的部位7和位于凹槽2上方的部位8，并且，部位7比部位8高。因此，在部位7和部位8之間產(chǎn)生了一個臺階。
圖2是圖1中所示的熱交換器管沿垂直于管的軸線方向的線剖開的剖視圖。在管的圓周方向上，凹口表現(xiàn)為凹槽2本身或凸臺6上表面上的凹口(部位8)。相應(yīng)地，凹槽2在管圓周方向上的節(jié)距P在圖2中由箭頭指示。節(jié)距P位于凸臺6上表面的外層。
圖3是圖1所示的熱交換器管沿管的軸線方向剖開的剖視圖。如圖3所示，由螺旋狀伸展的肋5的延伸方向相對于管的軸線方向形成的夾角是θ。θ是由和管的軸線平行延伸的線與管內(nèi)表面上肋5相交形成的。凸臺在管的軸線方向上的節(jié)距(PF)是在凸臺頂部的中央位置標明的節(jié)距。
接著，下面將介紹依據(jù)本實施例的具有上述結(jié)構(gòu)的用于蒸發(fā)器的降膜式熱交換器管的操作方法。首先，水流經(jīng)熱交換器管1的內(nèi)部，并且，致冷劑(水)滴落或彌散于管的外表面上。然后，致冷劑附著在管外表面上形成液膜。呈液膜狀態(tài)的致冷劑在較低壓力下蒸發(fā)，流經(jīng)熱交換器管內(nèi)部的水被致冷劑蒸發(fā)時的蒸發(fā)潛熱所冷卻。
在這種情況下，在管的外表面上，螺旋狀分布的某些獨立的凸臺6，由于在凸臺上表面有較高部位7和較低部位8，分別形成臺階。相應(yīng)地，致冷劑剛一彌散之后，位于較高部位7的致冷劑就被拉進較低部位8的致冷劑中，因此，處于較高部位7上的致冷劑形成一層更薄的液膜。而且，在凸臺6的底部，致冷劑流經(jīng)凸臺之間的空間。然而，由于管外表面上與管內(nèi)表面上的肋5相對應(yīng)的部位是有凹口的凹槽2，致冷劑被導(dǎo)向凹槽2并沿這些凹槽2流動。結(jié)果，其它部位的致冷劑是更薄的薄膜。由于管外表面上的致冷劑是很薄的薄膜，便于致冷劑的蒸發(fā)，從而提高了傳熱性能。
凸臺6最好制成高度在0.20-0.40mm范圍內(nèi)的四邊形錐體。如果凸臺6的高度低于0.20mm，凸臺較高部位和凸臺間底部兩者之間的致冷劑的間隙會變小。這減少了被表面張力拉進凹槽中的致冷劑的量，使得在凸臺6較高部位7處的致冷劑形成較厚的液膜，結(jié)果導(dǎo)致了冷卻性能的降低。另一方面，如果凸臺6高于0.4mm，凸臺較高部位處的致冷劑被表面張力拉入凸臺之間的空間，凸臺較高部位處的致冷劑是更薄的液膜。然而，由于致冷劑被如此容易地拉入凸臺之間的空間，此空間中的致冷劑是很厚的液膜，也降低了冷卻性能。因此，凸臺的高度最好在0.20-0.40mm范圍之內(nèi)。
比率(A)，即凸臺6的上表面的面積(S1)與由凸臺底端的輪廓線確定的凸臺下表面的面積(S2)之比，即(A)＝S1/S2，最好在0.25-0.4的范圍之內(nèi)。面積S1和S2是表面的投影面積。因此，不管是否存在凸的或凹的表面，S1和S2都不會改變。如果面積比率(A)小于0.25，葉片的前端的面積將減小，凸臺前端的致冷劑很容易地流入凸臺之間的空間。因此，凸臺之間的致冷劑是較厚的液膜，降低了冷卻性能。另一方面，如果面積比率(A)超過0.40，凸臺6之間的距離變小，致冷劑的擴散性能不會出現(xiàn)。因此，面積比率(A)應(yīng)設(shè)定為0.25-0.40范圍之內(nèi)的值。
凸臺上表面上的凹槽2在管的圓周方向上的節(jié)距P最好在5.75-6.75mm的范圍內(nèi)。如果凹槽2的節(jié)距(P)小于5.75mm，致冷劑不會被表面張力拉動，致冷劑就會很厚，沒有冷卻效果。另一方面，如果節(jié)距(P)超過6.75mm，盡管存在表面張力，但凹槽減小，也會降低冷卻效果，因此，凹槽2的節(jié)距P最好在5.75-6.75mm的范圍內(nèi)。
由凹槽2在管的軸線方向上形成的夾角θ最好在40°-44°的范圍內(nèi)，如果夾角θ小于40°，致冷劑不會被表面張力拉動，致冷劑液膜較厚，不會有冷卻效果。另一方面，如果θ超過44°，盡管存在表面張力，但凹槽減小，也會降低冷卻效果。因此，由凹槽2在管的軸線方向上形成的夾角θ最好在40°-44°的范圍內(nèi)。
而且，管的外表面上的凸臺6在管的軸線方向上的節(jié)距PF最好在0.89≤PF≤1.12mm的范圍內(nèi)。如果節(jié)距PF小于0.89mm，致冷劑不會很容易地流入凸臺之間的空間，致冷劑在管的表面上的擴散能力變差，從而降低了冷卻性能。另一方面，如果節(jié)距PF超過1.12mm，致冷劑會很容易地流入凸臺之間的空間，以至于凸臺之間的致冷劑很厚，也降低了冷卻性能。
具有圖1中所示的形狀的熱交換器管，可以下述的方式生產(chǎn)。例如，可以采用外徑為16mm，厚度為0.70mm的脫氧磷銅管(JISH3300，C1201-1/2H)，螺旋狀葉片在管的軸線方向上以等定節(jié)距在管的外表面上滾壓來制成，螺旋狀葉片可用齒輪盤在管的圓周方向上以等定節(jié)距壓制而成。因此形成了如圖1中所示的在管的外表面上呈螺旋狀分布的獨立凸臺。而且，在管的內(nèi)表面上，安置一個帶有螺旋狀凹槽的心軸，在管的外表面上制作螺旋狀葉片的同時，在管的內(nèi)表面上制作螺旋狀的肋。因此，可以生產(chǎn)出如圖1中所示的熱交換器管。
所采用的原始管不僅限于脫氧磷銅管，各種其它材料，如銅合金、鋁合金、鋼、鈦等都可用于這種管。而且管材料的熱處理，不僅限于1/2H硬化，也可以是軟化退火回火。
下面將介紹本發(fā)明的第二實施例。下面的實施例適合用于吸熱器的熱交換器管。
圖4所示是本發(fā)明的第二實施例中用于吸熱器的熱交換器管的一部分的透視圖。圖5是被包括管的軸線的平面剖開的剖視圖。圖8是沿垂直于管的軸線的平面剖開的剖視圖。熱交換器管31在其內(nèi)表面上有許多肋32，沿偏離管的軸線的方向的方向螺旋狀延伸。在熱交換器管31的外表面上與肋32正對的區(qū)域中，有以同樣方式螺旋狀延伸的凹槽33。在熱交換器管31的外表面上還有互相獨立的凸臺34。這些凸臺34基本上是四邊形錐體形狀，這些凸臺34在每個平行于管軸方向的凸臺的兩邊有沿管軸方向伸展的伸展部分35。每個凸臺34的上表面有凹口36，在與管的外表面上的凹槽33正對的區(qū)域(即也與管的內(nèi)表面上的肋32正對的區(qū)域)下凹。
在用于吸熱器的具有上述結(jié)構(gòu)的熱交換器管中，凸臺34在外表面上互相獨立布置，其邊緣部分沿管的軸線方向延伸形成延伸部分35。相應(yīng)地，夾在凸臺之間的空間在管的軸線方向上相對于在管的圓周方向上來說，變得不均勻。這種結(jié)構(gòu)便于滴落或彌散于熱交換器管的外表面上的吸熱液體(LiBr)沿管的軸線方向的流動，提高了吸熱液體的擴散能力。傳統(tǒng)的這種類型的熱交換器管，管的直徑為15.88mm，其厚度約為1.2mm或更大。但是，根據(jù)本實施例，通過改造管的加工方法，管的壁厚可定為0.75mm或更少。采用這種布置，在管的外表面上，與管的內(nèi)表面上的肋32部分即管的內(nèi)表面上的突出部分正對的區(qū)域上形成了凹槽33。由于這些凹槽33的產(chǎn)生，管的外表面上的吸熱液體沿管的圓周方向的流動速度和其上沒有凹槽33的情形相比變得更慢，從而提高了吸熱液體在管軸線方向上的擴散能力。
在這種情況下，如果每個基本形狀為四邊形錐體的獨立凸臺34的面積比率A，即凸臺的上表面的面積與凸臺下表面的面積之比，小于0.25，每個葉片的上表面的面積將減小。因此，滴落或彌散于管的外表面上的液體很容易地流入夾在凸臺之間的空間，并且Marangoni對流也被打斷。而且，當面積比率(A)超過0.40時，凸臺之間的空間變窄，以至于吸熱液不能順利地流入此空間，降低了傳熱性能。因此，凸臺的上表面的面積與凸臺下表面的面積比率(A)最好在0.25-0.40范圍之內(nèi)。
而且，如圖8所示，在垂直于管的軸線的剖視圖中，如果凸臺34的上表面上的凹槽36的圓周長度上的節(jié)距P小于5.75mm，液體在管的圓周方向上的流動速度減小，但是吸熱液體在管的外表面上變厚，降低了傳熱性能。另一方面，如果節(jié)距P超過6.75mm，液體在管的圓周方向上的流動速度增加，吸熱液體在管的軸線方向上的擴散能力變差。因此，凹口36的節(jié)距P最好在5.75-6.75mm的范圍內(nèi)。
如果管外表面上凹槽33與管的軸線方向上形成的夾角θ小于30°，液體在管的圓周方向上的流動速度減小，降低了傳熱性能。另一方面，如果夾角θ超過50°，液體在管的圓周方向上的流動速度增加，這會降低吸熱液體在管的軸線方向上的擴散能力。因此，夾角θ最好設(shè)定為30°-50°的范圍之間的值。
如圖5所示，如果凸臺34在管的軸線方向上的節(jié)距PF小于0.62mm，凸臺34之間的空間會變窄，吸熱液體不能順利地流入此空間，因而降低了傳熱性能。另一方面，如果節(jié)距PF超過1.33mm，凸臺34之間的空間會變得太寬，從而降低了沿管軸線方向的擴散性能。因此，凸臺34在管的軸線方向上的節(jié)距PF最好在0.62-1.33m的范圍內(nèi)。
而且，如圖8所示，如果凸臺在管的圓周方向上的節(jié)距PR小于0.50mm，吸熱液體沿管的軸線上的擴散能力降低，從而降低了傳熱性能。另一方面，如果節(jié)距PR超過1.20mm，滴落或彌散在熱交換器管31上的吸熱液體在管的圓周方向上會變得很容易流動，從而降低了吸熱液體的擴散性能。
而且，如圖6和圖7所示，如果面積比率AF，即凸臺邊緣部位的伸展部分35的面積AF1與凸臺34之間的空間的面積AF2的比率，AF＝AF1/AF2，小于0.05，滴落或彌散在熱交換器管上的吸熱液體在管的圓周方向上的流動會變得很容易，從而降低了吸熱液體的擴散性能。另一方面，如果面積比率超過0.65，滴落或彌散在熱交換器管上的吸熱液體不能很順利地在凸臺之間流動，從而降低了吸熱液體的擴散性能。因此，面積比率AF最好在0.05-0.65范圍之內(nèi)。例1下面將介紹與超出本發(fā)明權(quán)利要求4-8的范圍的對比例子相比較，可驗證上述數(shù)值范圍的效果的例子。
上面的表1介紹了管的內(nèi)表面和外表面的尺寸。在表1中，每個標記代表下述尺寸D0原始管的外徑(mm)T原始管的壁厚(mm)DF葉片制造件的最大外徑(mm)FH凸臺的高度(mm)FW底壁的厚度(mm)PF凸臺的節(jié)距(mm)A凸臺的面積比率P凹槽的節(jié)距(mm)θ肋與管的軸線方向形成的夾角(°)K0整體傳熱系數(shù)(Kcal/m2·h℃)圖9所示是用來完成熱交換器管的性能測定的測試儀器。空腔9的內(nèi)部被隔板9a分別分成蒸發(fā)器和吸熱器兩個內(nèi)腔。在每一個隔開的內(nèi)腔里，熱交換器管10被水平布置，并相應(yīng)地串聯(lián)連接。蒸氣可以從隔板9a的頂部流過。
在蒸發(fā)器中，水從進水口11中被導(dǎo)入熱交換器管10，從熱交換器管10的頂端出水口12排出。在這些熱交換器管10的上側(cè)，有一個用于將致冷劑導(dǎo)入內(nèi)腔中的致冷劑入口13。致冷劑(水)從致冷劑入口13向下流到這些熱交換器管10上。致冷劑泵21把從致冷劑出口24流出的集中在內(nèi)腔中的致冷劑送到致冷劑入口13。
另一方面，在吸熱器中，冷卻水被從冷卻水入口17導(dǎo)入位于底端的熱交換器管10中，冷卻水經(jīng)位于頂端的冷卻水出口18從熱交換器管10中被排出。在這些熱交換器管10的上方，有一個把LiBr水溶液導(dǎo)入內(nèi)腔中的LiBr水溶液入口15，LiBr水溶液從這個LiBr水溶液入口15向下流到熱交換器管10上。集中在內(nèi)腔9底部的LiBr水溶液由泵22經(jīng)LiBr水溶液出口16被排出。在內(nèi)腔9中，還有一個數(shù)字流體壓力計20和閥門19，用于從內(nèi)腔中排出氣體。
在蒸發(fā)器中，通過致冷劑的蒸發(fā)冷卻了在熱交換器管10中流動的水的致冷劑，一部分以液體形態(tài)集中在內(nèi)腔的底部，其余致冷劑以蒸氣形態(tài)經(jīng)隔板9a的頂部進入吸熱器。然后致冷劑蒸氣被向下流到熱交換器管10上的LiBr水溶液吸收。
檢測蒸發(fā)器性能的測試條件如下所述蒸發(fā)壓力6.0mmHg致冷劑彌散量1.00 kg/m·min冷水流速1.50m/sec(以管端截面為基準設(shè)置)出口處冷水的溫度7.0℃管的排列1排×4層(每層節(jié)距24mm)回路數(shù)4回路檢測吸熱器性能的測試條件如下所述蒸發(fā)壓力6.0mmHg入口處LiBr水溶液的濃度重量的63％入口處LiBr水溶液的溫度46℃冷水流速1.50m/sec出口處冷水的溫度32℃管的排列1排×6層(每層節(jié)距24mm)回路數(shù)6回路表面活化劑添加二乙基己醛LiBr水溶液的吸熱液體量0.027kg/ms整體傳熱系數(shù)K0按下述公式(1)由獲得的測量值計算得出。
K0＝Q/(ΔT/A0)..(1)其中Q=G·Cp·(Tin-Tout)ΔTm＝(Tin-Tout)/In{(Tin-Te)/(Tout-Te)}A0＝π·D0·L·NQ蒸發(fā)器冷卻能力(Kcal/h)G蒸發(fā)器中水的流量(kg/h)Cp水的比熱(kcal/kg·℃)
Tin入口處水的溫度(℃)Tout出口處水的溫度(℃)ΔTmTin(入口處水的溫度)和Tout(出口處水的溫度)的算術(shù)平均溫度差值(℃)Te致冷劑的蒸發(fā)溫度(℃)K0整體傳熱系數(shù)(kcal/m2·h·℃)A0原始管的標準外表面面積(m2)D0原始管的外徑(m)L管的有效長度(m)N管的數(shù)量(根)圖10是說明由公式(1)計算得出的整體傳熱系數(shù)與凸臺節(jié)距PF之間的對應(yīng)關(guān)系的圖表。圖11是說明整體傳熱系數(shù)與面積比率A之間的對應(yīng)關(guān)系的圖表。圖12是說明整體傳熱系數(shù)與凹槽節(jié)距P之間的對應(yīng)關(guān)系的圖表。圖13是說明整體傳熱系數(shù)與肋的前置角θ之間的對應(yīng)關(guān)系的圖表。圖14是說明整體傳熱系數(shù)與凸臺高度FH之間的對應(yīng)關(guān)系的圖表。如圖10至14及表1所示，當致冷劑以1.0kg/m/sec的速度彌散時，例子A1至A13的整體傳熱系數(shù)高于比較例B1至B15的整體傳熱系數(shù)。
依據(jù)本發(fā)明，達到了提高致冷劑的擴散性能的效果，由于致冷劑液膜和吸熱液體的薄膜的形成，極大地提高了其蒸發(fā)性能和吸熱性能。例子A1-A13中的熱交換器管有更高的蒸發(fā)傳熱性能和吸熱傳熱性能。因此，依據(jù)本發(fā)明，同樣類型的熱交換器管可以安裝在蒸發(fā)器和吸熱器中。例2下面將介紹為驗證圖4-8中所示的本發(fā)明的第二實施例的效果而進行的測試的結(jié)果。下面的表2和表3介紹了管的內(nèi)表面和外表面的尺寸，表2介紹了本發(fā)明的例子，表3介紹了比較例。
表2
表3
<p>在表2和表3中，每個標記代表下述尺寸D0原始管的外徑(mm)T原始管的壁厚(mm)DF葉片制造件的外徑(mm)FW底壁的厚度(mm)PF凸臺在管的軸線方向上的節(jié)距(mm)A凸臺的面積比率P凹槽的節(jié)距(mm)PR凸臺在管的圓周方向上的節(jié)距(mm)AF凸臺邊緣部位延伸部分的面積AF1和夾在凸臺之間的空間的面積AF2的面積比率。
θ管外表面上凹槽33與管的軸線方向形成的夾角測試條件如下所述容器內(nèi)壓力6.0mmHg入口處LiBr水溶液的濃度重量的63％入口處LiBr水溶液的溫度46℃冷水流速1.50m/sec入口處冷水的溫度32℃LiBr水溶液的流量0.017-0.035kg/ms表面活化劑添加二乙基己醛管的排列1排×6層(每層節(jié)距26mm)回路數(shù)6回路冷卻水流量以管(原始管)末端部位的截面為基準設(shè)置。而且，LiBr水溶液的流量是沿管的一側(cè)流下的吸熱液體的流量。整體傳熱系數(shù)Ko是按上述公式(1)由獲得的測量數(shù)據(jù)計算得出。
圖15是說明由公式(1)計算得出的整體傳熱系數(shù)與管外表面上的凹槽33與管軸線形成的夾角θ之間的對應(yīng)關(guān)系的圖表。圖16是說明整體傳熱系數(shù)與凸臺邊緣部位延伸部分35的面積AF1和夾在凸臺之間的空間的面積AF2的面積比率AF之間的對應(yīng)關(guān)系的圖表。圖17是說明整體傳熱系數(shù)與凸臺34沿管的圓周方向上的節(jié)距PR之間的對應(yīng)關(guān)系的圖表。圖18是說明整體傳熱系數(shù)與凸臺34上表面面積和下表面面積的面積比率A之間的對應(yīng)關(guān)系的圖表。圖19是說明整體傳熱系數(shù)與管的外表面上凹槽33圓周長度節(jié)距P之間的對應(yīng)關(guān)系的圖表。圖20是說明整體傳熱系數(shù)與凸臺34在垂直于管的軸線方向截面上的節(jié)距PF之間的對應(yīng)關(guān)系的圖表。如圖15至20及表2和表3所示，滿足本發(fā)明權(quán)利要求9-15的例子C1至C14的整體傳熱系數(shù)高于比較例D1至D17的整體傳熱系數(shù)。
如上所述，依據(jù)本發(fā)明，由于獨立凸臺邊緣沿管的軸線方向延伸形成延伸部分，并且由于管外表面上有凹槽，吸熱液體在管的圓周方向和管的軸線方向上顯示出改善的擴散性能，從而提高了吸熱傳熱性能。這使得提供一種高性能的小型儀器成為可能，并且減少了制作熱交換器管的材料用量。
權(quán)利要求
1.一種用于提高管的外表面上液膜與此管中的水流之間進行熱交換的降膜式熱交換管，其特征在于，它包括形成于管內(nèi)表面的突起中的肋并且相鄰肋之間保持有適當?shù)木嚯x呈螺旋形延伸；形成于管外表面的凹槽并且相鄰凹槽之間保持有適當?shù)木嚯x呈螺旋形延伸；以及形成于管的外表面上并呈螺旋式布置的多個獨立的凸臺，上述凸臺在其上表面上有一個凹口，由此，凸臺上與管內(nèi)表面上的肋正對的區(qū)域低于與肋之間的區(qū)域正對的區(qū)域。
2.按照權(quán)利要求1所述的降膜式熱交換器管，其特征在于，管外表面上的凹槽和管內(nèi)表面上的肋被形成為彼此互相正對的位置。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的降膜式熱交換器管，其特征在于，每個凸臺都是四邊形錐體。
4.按照權(quán)利要求3所述的降膜式熱交換器管，其特征在于，每個凸臺的高度在0.20-0.40mm的范圍之內(nèi)。
5.按照權(quán)利要求1至4中任一項權(quán)利要求所述的降膜式熱交換器管，其特征在于，每個凸臺的面積比率(A)在0.25≤A≤0.40范圍內(nèi)，面積比率為上表面面積和下表面面積的比率。
6.按照權(quán)利要求1至5中任一項權(quán)利要求所述的降膜式熱交換器管，其特征在于，從與管的軸線垂直的橫截面的視點來看，獨立凸臺上表面上的凹槽的節(jié)距(P)在5.75≤P≤6.75mm的范圍內(nèi)。
7.按照權(quán)利要求1至6中任一項權(quán)利要求所述的降膜式熱交換器管，其特征在于，肋和管的軸線方向之間形成的夾角θ在40°≤θ≤44°范圍內(nèi)。
8.按照權(quán)利要求1至7中任一項權(quán)利要求所述的降膜式熱交換器管，其特征在于，凸臺在管的軸線方向上的節(jié)距PF在0.89≤PF≤1.1mm范圍之內(nèi)。
9.按照權(quán)利要求1所述的降膜式熱交換器管，其特征在于，所述凸臺的邊緣伸向管的軸線方向，并且熱交換器管被用于吸熱器。
10.按照權(quán)利要求9所述的降膜式熱交換器管，其特征在于，每個凸臺的面積比率(A)在0.25≤A≤0.40范圍內(nèi)，面積比率為上表面面積和下表面面積的比率。
11.按照權(quán)利要求9或10所述的降膜式熱交換器管，其特征在于，從與管的軸線垂直的橫截面的視點來看，獨立凸臺上表面上的凹槽的節(jié)距(P)在5.75≤P≤6.75mm的范圍內(nèi)。
12.按照權(quán)利要求9至11中任一項權(quán)利要求所述的降膜式熱交換器管，其特征在于，管外表面上的凹槽和管的軸線方向之間形成的夾角θ在30°≤θ≤50°范圍內(nèi)。
13.按照權(quán)利要求9至12中任一項權(quán)利要求所述的降膜式熱交換器管，其特征在于，凸臺在管的軸線方向上的節(jié)距PF在0.62≤PF≤1.3mm的范圍內(nèi)。
14.按照權(quán)利要求9至13中任一項權(quán)利要求所述的降膜式熱交換器管，其特征在于，凸臺在管的圓周方向上的節(jié)距PR在0.50≤PR≤1.2mm的范圍內(nèi)。
15.按照權(quán)利要求9至14中任一項權(quán)利要求所述的降膜式熱交換器管，其特征在于，面積比率AF，即凸臺邊緣部位的伸展部分的面積AF1與凸臺之間的空間的面積AF2的比率，在0.05≤AF≤0.65范圍之內(nèi)。
全文摘要
一種熱交換管包括形成于管內(nèi)表面的突起中的肋并且相鄰肋之間保持有適當?shù)木嚯x呈螺旋形延伸；形成于管外表面的凹槽并且相鄰凹槽之間保持有適當?shù)木嚯x呈螺旋形延伸；以及形成于管的外表面上并呈螺旋式布置的多個獨立的凸臺，上述凸臺在其上表面上有一個凹口，由此，凸臺上與管內(nèi)表面上的肋正對的區(qū)域低于與肋之間的區(qū)域正對的區(qū)域。而且，管外表面上的凹槽和管內(nèi)表面上的肋最好形成為彼此互相正對的位置。
文檔編號F28F1/42GK1239218SQ99103308
公開日1999年12月22日 申請日期1999年3月15日 優(yōu)先權(quán)日1998年3月13日
發(fā)明者高橋宏行, 佐伯主稅, 古川雅裕, 伊良皆數(shù)恭 申請人:株式會社神戶制鋼所, 三洋電機株式會社