[发明专利]一种满液式蒸发器用换热管

说明书

本发明公开了一种满液式蒸发器用换热管，其蒸发表面段包括换热管本体（2）、翅片（10）、T形翅片（4），相邻的T形翅片（4）与T形翅片（4）之间周向延伸的螺旋状槽道底面构成空穴结构（5）；换热管本体（2）内表面设有沿周向均匀分布的突出的肋条，相邻肋条之间形成螺旋槽道（3）；相邻的T形翅片之间留有缝隙（6），每个T形翅片（4）上均设有棱锥形翅片（7），本发明表面的四棱四沟槽棱锥形翅片上产生的汽泡以及脱离壁面后，周围液体及时补充空泡空间，造成液膜的扰动与压力的冲击作用影响了空穴内的液体以及壁面处的汽化核心，使得液体迅速转化成气体，消除了“热滞后”现象，无需外部设备以及耗能，经济，简单。

技术领域：

本发明公开了一种蒸发器用传热管，尤其涉及一种满液式蒸发器用换热管，适用于制冷空调系统中的满液式蒸发器。

背景技术：

满液式蒸发器是制冷系统中常用重要部件。在满液式蒸发器中，制冷剂在蒸发器内将换热管淹没，当热流体在管内流过时，热量从热流体传递给管外的制冷剂，导致制冷剂沸腾相变产生蒸汽。

目前流行的蒸发换热管是在表面上加工出螺旋状翅片，所述翅片顶部沿翅片螺旋方向加工出切口，同一翅片上均匀布置的切口之间形成凸台。通过对凸台的机械压轧，使得凸台向翅片两侧延伸，达到覆盖翅片之间的槽道程度，形成空穴结构；且相邻各个凸台延伸部分之间留有缝隙作为空穴的排汽口。俗称这种翅片为T形翅片，空穴内生成的汽泡通过孔口排出空穴，形成池沸腾现象。汽泡离开空穴后，管外的制冷剂会及时通过孔口流入空穴，为下次汽泡的生成准备条件。中国专利95118177.7公开了这种蒸发换热管的技术，由于这种空穴结构容易生成大量的汽化核心，加快汽泡生长的速度与脱体频率，因而，提高了沸腾换热系数。实验证明，这种空穴结构换热管的换热系数比光管提高3倍以上。为了提高蒸发管的换热性能，技术人员通过改进加工技术，不断增加径向分布翅片的密度，减小翅片间距，缩小空穴的尺寸，以便增加汽化核心和气泡数量，提高蒸发换热系数。在增加空腔数目以便增加蒸汽泡的数目，进而达到提高换热系数的指导思想下，空穴的体积越来越小。以前，蒸发换热管每英寸有43个径向分布的翅片，而现在可以达到每英寸60片翅片以上，相应的空穴体积大大缩小了。随着空穴的体积减小，热滞后现象更严重了。所谓热滞后是指：对表面加热，热流密度从小到大逐渐增加时，一些表面，如多孔介质表面或者具有空穴结构的表面，起始沸腾的壁面温度必须大于稳定沸腾时的壁面温度，才能出现气泡，产生沸腾。而且，一旦出现沸腾产生气泡后，壁面温度又迅速降低，达到正常稳定沸腾的壁面温度，依然保持沸腾现象，这个过程在图上（壁面过热度与热流密度沸腾曲线图）沿横坐标出现明显的凸起，这种现象在传热学上称为热滞后，俗称“温度过头”。实验显示，有些情况下，需要产生10度以上的壁面 “温度过头”，才能出现沸腾。这种现象的存在影响了设备的正常使用。传统传热学对沸腾热滞后现象无法进行合理解释，在上世纪90年代，一些研究者引入非线性理论对沸腾系统进行了研究，创立了非线性沸腾传热学。非线性传热学指出：传统传热学中，仅对单个汽化核心或气泡进行动力学分析和计算，而忽视了多个核心或者气泡之间的相互影响。非线性传热学中认为，当过热度达到一定值时，系统将进入特别平衡区，此时，系统内部会发生关联的非线性相互作用。具体讲，若以某潜在的气泡为中心，半径R2面积内的汽化核心密度分布以及汽泡的长大、发展都会受到邻近的气泡或者汽化核心，包括，以半径R1面积以内的汽化核心密度分布影响，这种影响称为空间相关性。一般说来，空间相关性随着R1点和R2点间距离有关，距离越小相关性越大，相互的影响也越强烈。该理论还指出：从自然对流到核态沸腾的转变实际上对应汽液界面失稳的亚临界分岔。壁面过热度和扰动是促使液体形态突变过程中两个关键因素。根据非线性沸腾传热学的理论，可以很好理解热滞后现象：当换热管表面的空穴很小时，空穴的壁面相互接近，壁面上的汽化核心相互之间具有强烈的相关性，形成束缚和约束，即使壁面过热度达到了正常稳定沸腾时的过热度，依然无法发展成为汽泡，形成亚临界分岔。继续提高壁面温度，即提高壁面过热度，使之超出正常稳定沸腾时的过热度，才能出现沸腾；这就很好解释了“温度过头”的物理原理。另外，实验中观察到，壁面温度超出正常稳定沸腾时的过热度，产生沸腾，出现气泡后，壁面温度会迅速减低，达到正常稳定沸腾时的过热度，依然保持正常的沸腾现象。其物理原因在于扰动的作用。具体讲，由于平衡状态下的涨落现象与随机性的作用，单个气化核心或几个气化核心可以成长为汽泡。一旦出现气泡并脱离，会产生了压力场以及温度场的扰动，就可以使得其余汽化核心顺利发展成为汽泡，这时，在强烈的扰动作用下，即使小的壁面过热度也可以使得沸腾发生。因此，壁面过热度又恢复到稳定沸腾时的壁面过热度了。此后，气泡不断出现并脱离壁面，不断造成扰动，壁面过热度就不再出现温度过头的现象了。在非线性传热学理论的指导下，人们认识到：在一定过热度条件下，施加扰动就可以克服汽化核心点之间的相关影响，进而控制热滞后。因而相继出现了消除热滞后现象的多种技术，分别介绍如下：技术一，在液体中添加纳米粒子，通过固体粒子在液体中的运动，施加扰动，控制热滞后现象的出现；技术二，设置喷管对换热面进行射流，产生扰动，控制了热滞后；技术三，采用声空化技术对加热面施加扰动，控制热滞后。所谓声空化是指向液体辐射超声波，在周期性的声压作用下，液体中会出现大量微小气泡，随着周期性声压的变化，微小气泡周期性的膨胀和溃灭运动。在其周期性振荡，特别溃灭过程中，会瞬间在局部产生高温、高压，因而产生强烈的冲击波和高速射流。中国专利200810222960.7公开了声空化强化传热的技术以及实验装置，中国专利201410103160.9公开了强化声空化的装置。以上的技术虽然有很好的效应，但是需要增加设备以及消耗能量，目前还未得到普遍应用。