[发明专利]热交换管

说明书

本发明涉及热交换器，更具体地涉及一种具有螺旋传热鳍片的热交换器。

在某些制冷应用中，比如冷凝器或蒸发器中，被冷却的液体经过一管子，而液体致冷剂与此管子的外表面相接触。致冷剂从液态变成蒸汽状态，于是从管内的待冷却液体吸收热量。如何选择管子的外部结构在决定管子的沸腾特性和总的传热率方面有非常大的影响。

已经发现核化沸腾点的产生可加强对沸腾液体的热传递。已经有理论认为在热交换器表面提供蒸汽截留空腔可产生核化沸腾点。

在核化沸腾时，热交换器表面使邻近截留蒸汽泡的液体过热。当此液体在液汽交界面处汽化时热量传给汽泡，汽泡变大直到弹力和冲力克服了表面张力，而汽泡从表面破裂。当汽泡离开表面时，新的液体浸湿了现已空出的区域，而剩下的蒸汽又增加了液体源以使蒸汽形成下一个汽泡。液体的汽化、邻近于热传递表面的已加热液体的连续剥离以及由于汽泡对液池的搅动而产生的传统效果使热交换器表面的热传递率提高了。蒸汽截留空腔内发生的热传递的机理最准确地描述成薄层蒸发。我们知道在形成蒸汽泡的区域表面热传递率较高。结果，总的热传递率趋向于随着热交换器表面每单位面积上蒸汽截留点的密集度而增加。比如授予Webb的美国专利No.3，696，861的题为“具有高的沸腾热传递系数的热传递表面”的专利。在Webb的专利中，热交换器上的鳍片沿单一方向卷向邻近的一个鳍片以在相邻鳍片间形成狭窄的缝隙。在Webb专利中，理论表明了这些狭窄缝隙产生了表面下的蒸汽截留点或截留空腔，还表明这些狭窄缝隙起着将截留点或截留空腔与沸腾液体相连通的凹腔开口的作用。

在沸腾热传递理论中我们也知道相邻鳍片间具有连续缝隙的管子会降低性能，即来自周围环境的过多流量的液体致冷剂会吸入及涌入蒸汽截留点或使截留点失效。

已经论及了涌入问题，而且建议了采用具有通过表面开口或细孔与环境连通的表面下通道的加强管，其中开口或细孔与封闭部分相交替。作为例子，这种管子示于Mathur等人的题为“高性能热传递管”的美国专利No.4，438，807中。Mathur专利提供了交替的开口和封闭部分，其中只在内肋上面或管内形成的凹部上面的那些位置才有空腔的开口。

题为“制造加强的热传递表面的装置”的美国专利No.4，765，058中揭示了一种鳍片管，它具有多个由于弯过邻近鳍片而构成的表面下通道，这些通道通过大量的均匀间隔且大致固定尺寸的表面细孔与外部空间相连通。

此No.4，765，058专利指出了表面下通道的尺寸以及管子表面上细孔的尺寸、数目、形状对R-11的应用特别关键。已经发现根据此专利所制造的管件为采用如R-11之类的低压致冷剂提供了一种性能非常高的蒸发器管。然而已经发现根据此专利的细孔密度对于比如R-22的较高压力的致冷剂没有带来所希望的高性能热传递特性。

R-11是大家知道的氯氟碳（CFC'S）致冷剂族中的一员。最近，越来越多的科学舆论认为，CFC'S的辐射会促使消除用来保护地球表面免受紫外辐射有害作用的平流臭氧层。国际条约及联邦和各州的法规中都在考虑将来对CFC'S的使用、制造、进口及处理制定法规。R-22是大家知道的氢氯氟碳（HCFC'S）化合物族中的一员。人们相信，由于存在氢成分，HCFC'S在较低大气层中基本分解了，结果其消除臭氧的能力大大低于R-11和其他CFC致冻剂。因此将来希望更广泛地使用R-22。

当结合如R-22之类的高压致冷剂使用时提供最佳热传导的高性能沸腾管包括一导热的基座部件以将热量从其一侧的热源传至另一侧的沸腾液体。多个隔开的鳍片从与沸腾液体接触的一侧延伸。每个鳍片都有一个与基座部件及一尖端部件相连的底座部分。尖端部分向下一个邻近的鳍片弯曲以在相邻鳍片间形成一个表面下通道。此表面下通道具有交替的封闭部分和开口部分，在封闭部分处的尖端部分的一段另外再弯曲一些以使这段尖端部分与相邻的鳍片接触，在开口部分处，弯曲的尖端部分与相邻的鳍片隔开。每个开口部分的横截面积从0.00142厘米²至0.00284厘米²，这样开口部分形成了某一尺寸的交替的凹部开口以提高高压致冷剂的最佳沸腾。较可取地，开口部分的总开口面积为另一侧的整个表面积的14%至28%。

图1是鳍片管的前视图，显示了多个鳍片形式，提供了本发明的核心沸腾表面;

图2是包括一蒸发器的制冷系统示意图，蒸发器中可采用本发明的核心沸腾表面;

图3是美国专利No.4，765，058的已有技术传热管的立体图;

图3a是图3的一部分管子表面的放大图;