專利名稱:蒸發(fā)冷凝用傳熱管的制作方法
本發(fā)明和用于熱泵式冷、暖氣裝置等上的熱交換器有關(guān)，特別是和蒸發(fā)、冷凝用的傳熱管的改良有關(guān)。
以往，作為用于熱泵式冷、暖氣裝置等上的熱交換器，如圖14所示經(jīng)常使用的是由鋁制散熱片1和傳熱管2構(gòu)成的散熱片管熱交換器3，R-22，R-11等的氟里昂系制冷介質(zhì)流過傳熱管2并在它和通過鋁散熱片1間的空氣之間發(fā)生熱交換作用。而且，在這種熱泵式冷、暖氣裝置中由于一個(gè)熱交換器3，既在冬季的暖氣設(shè)備中作為冷凝器動(dòng)作，又在夏季的冷氣設(shè)備中作為蒸發(fā)器動(dòng)作而使用，因此就等于在一個(gè)熱交換器3的傳熱管2內(nèi)，在冬季時(shí)進(jìn)行冷凝傳熱，而在夏季進(jìn)行蒸發(fā)傳熱。作為對這樣使用的傳統(tǒng)的傳熱管2內(nèi)的蒸發(fā)熱傳遞特性的改善措施，已知的有例如在日本專利特公昭61-23065號公報(bào)上揭示的那樣，具有利用鋁系燒結(jié)金屬板的多孔質(zhì)層的傳熱管的制造方法。采用這種制造方法，如圖15所示那樣，把鋁系燒結(jié)多孔板，通過合金化用結(jié)合材料，金屬地粘結(jié)在傳熱管2的壁面上，使在傳熱管2整個(gè)壁面上形成多孔質(zhì)層4，而制冷介質(zhì)的蒸汽則被捕捉在多孔質(zhì)層4內(nèi)形成的空隙中，并成為氣泡核而促進(jìn)氣泡生成，從而得到改善使具有極良好的蒸發(fā)換熱特性。另外，作為關(guān)于“多孔質(zhì)傳熱面的核沸騰換熱特性”的已公開文獻(xiàn)有“日本機(jī)械學(xué)會(huì)論文集(B編)第50卷451號(昭59-3)”，在這卷文獻(xiàn)的第818頁上揭示了用下述方法形成多孔質(zhì)層4，從而得到高性能的氣泡核沸騰換熱的特性，這就是用形成電鍍保護(hù)膜的方法把粒子直徑相同的球形的金屬粒子粘合在傳熱管壁面的全部平滑面上。
此外，作為改善傳熱管2內(nèi)的冷凝換熱特性的方法，已知的有如圖16所示，通過在傳熱管2內(nèi)壁面2a上形成溝5以求增大傳熱面積的方法，或者在“日本機(jī)械學(xué)會(huì)論文集(B編)第51卷467號(昭60-7)”第2436頁上敘述的，如圖17所示，用鋼絲制的一根細(xì)線6在冷凝傳熱管2的整個(gè)外壁面2b上纏繞而成，從而使冷凝換熱特性得到了改善。
然而，如前所述那樣，對用在熱泵式冷、暖氣裝置中的熱交換器傳熱管，則要求能使蒸發(fā)、冷凝換熱特性兩者同時(shí)都得到改善。然而當(dāng)把上述具有由圖15所示的多孔質(zhì)層4的傳熱管2用作冷凝器時(shí)，由于冷凝液因毛細(xì)管力而被保持在多孔質(zhì)層4的空隙中，而使除液情況變壞，因此液膜構(gòu)成熱阻，而使冷凝換熱特性和圖16所示的在傳熱管2的內(nèi)壁面2a上帶有溝5的傳熱管比較時(shí)，其換熱特性稍稍變壞。反之當(dāng)把圖16所示的帶有溝5的傳熱管2用作蒸發(fā)器時(shí)，關(guān)于傳熱面積增大的部份，能使蒸發(fā)換熱特性得到改善，然而當(dāng)和由圖15所示具有多孔層4的傳熱管2比較時(shí)，其特性變得很差，因而存在著不能使在蒸發(fā)，冷凝換熱特性的兩方面同時(shí)得到改善的問題。
本發(fā)明就是為了解決上述那樣的問題而產(chǎn)生的，其目的是為了得到一種在一個(gè)熱交換器用的傳熱管上同時(shí)使蒸發(fā)和冷凝換熱特性都得到改善，而且還可使其成批生產(chǎn)性能提高的蒸發(fā)、冷凝用傳熱管。
本發(fā)明有關(guān)的蒸發(fā)、冷凝用傳熱管是至少在管內(nèi)壁和外壁中的一個(gè)壁面上形成具有空隙的突起部份，與此同時(shí)，要使該突起部和上述壁面的平坦部份混雜在一起那樣構(gòu)成的傳熱管。
本發(fā)明的突起部，由于其一部份上是具有空隙，當(dāng)把這樣的傳熱管作為蒸發(fā)器使用時(shí)，因被捕捉在空隙中的制冷介質(zhì)的蒸汽成為氣泡核，能促進(jìn)氣泡的發(fā)生，從而使蒸發(fā)換熱特性變好。反之，把這樣的傳熱管作為冷凝器使用時(shí)，因突起部份能使傳熱面積增大的同時(shí)，因毛細(xì)管的力作用而使管壁面平坦部份的冷凝液膜變薄，因能使熱阻減輕，從而能使冷凝換熱特性獲得改善。
實(shí)施例。
以下根據(jù)圖1乃至圖3來對本發(fā)明的蒸發(fā)、冷凝用傳熱管的第一實(shí)施例進(jìn)行說明。圖中10為在熱交換上使用的傳熱管、此傳熱管10具有用多孔質(zhì)層形成的突起部，此多孔質(zhì)層是在圓管11的內(nèi)壁面11a上粘結(jié)鋁系燒結(jié)金屬，或者涂敷氟樹脂，或金屬薄膜而形成多層狀的，此突起部12是沿上述管11的軸方向，相互靠近排列，且以相互間具有間隔P而在圓周方向上形成環(huán)狀。
若根據(jù)以上那樣構(gòu)成的本發(fā)明的實(shí)施例，由于從形成了由多孔質(zhì)層構(gòu)成的突起部份12的地方，和上述原來的一樣，因能促進(jìn)發(fā)泡，而使傳熱管10具有極良好的換熱特性。此外，在沒有形成多孔質(zhì)層的突起部份12的地方，和具有多孔質(zhì)層的地方相比，其換熱特性毫不疑問要降低若干，然而如果考慮到，和沒有其它相變化的傳熱相比蒸發(fā)換熱率本來就極高的理由是因?yàn)闅馀菟鸬妮斔蜐摕岬男Ч?，和氣泡發(fā)生、脫離而使氣泡周圍的制冷介質(zhì)液體受到擾亂的效果所致，特別在象應(yīng)用熱泵那樣，其熱通量小的場合，后者的效果更大時(shí)，則其降低的比例并不怎么大。由于可以認(rèn)為上述氣泡發(fā)生、脫離時(shí)的擾亂效果大約為氣泡直徑d的兩倍程度，因此，當(dāng)在圖1中所示的間隔P只要為其兩倍以下，即P≤4d ……(1)的話，則在沒有多孔質(zhì)層的突起部份12的地方幾乎不會(huì)發(fā)生換熱率降低的情形。
上述(1)式中的d用式d = 0.029 φσg ( ρl- ρr)……(2)]]>
給出。(參照“傳熱概論”甲藤好郎著(養(yǎng)賢堂出版)P.306的式15.5)式中φ為氣泡脫離時(shí)的接觸角，σ為表面張力，ρlρr為液體、氣體的密度g為重力加速度。
還有就是在熱泵蒸發(fā)器中，為了防止液體向壓縮機(jī)回流，通常使蒸發(fā)器出口處的制冷介質(zhì)成為過熱蒸汽。在流過此過熱蒸汽的傳熱管內(nèi)，由于是蒸汽的單相對流傳熱，因此和蒸發(fā)換熱相比，其換熱率極低。然而由于在采用了本發(fā)明實(shí)施例的傳熱管10中的多孔質(zhì)層的一列突起部份12是作為紊流促進(jìn)體起作用，因此即使在這個(gè)過熱的領(lǐng)域，也能使換熱特性得到充份的改善。作為此紊流促進(jìn)體的效果，在把圖1中的突起部份12的突起行列的高度作為H時(shí)，經(jīng)實(shí)驗(yàn)查明在10≤P/H≤20……(3)之間，能使其換熱率取得最大值。
接下來，對有關(guān)上述本發(fā)明實(shí)施例的傳熱管10的冷凝換熱特性進(jìn)行了考察，當(dāng)把在傳熱管10內(nèi)壁面11a上冷凝而液化的制冷介質(zhì)液體13的液膜厚度作為δ，則冷凝換熱率h的關(guān)系式h＝K/δ……(4)成立。在這里，K為制冷介質(zhì)液體的導(dǎo)熱率。而且在水平放置的平滑管內(nèi)的冷凝液流動(dòng)的樣子如圖2所示。此外，圖2中的13是表示制冷液體。然而，若采用根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的傳熱管10，鄰接的突起部份12間的冷凝液膜14會(huì)因多孔質(zhì)層的突起部份12的毛細(xì)管力，而被拉靠近成為如圖3所示那樣，使在傳熱管10的內(nèi)壁面11a的平坦部份15處的冷凝液膜14變薄，根據(jù)上述關(guān)系式(4)，使傳熱特性得到改善。這樣的效果，用在上述管外壁面上纏繞一根細(xì)線的實(shí)驗(yàn)得到證明，(參照“日本機(jī)械學(xué)會(huì)論文集”第51卷的467號(昭和60-7)P.2436“利用纏繞細(xì)線促進(jìn)水平管外體積對流冷凝傳熱”)。
圖4為表示本發(fā)明的第二實(shí)施例，在此實(shí)施例中表示了使多孔質(zhì)層的突起部份12在管內(nèi)壁11a上成鋸齒狀散布而形成的傳熱管10。但是，多孔質(zhì)層的突起部份，其相鄰靠的突起部份12相互間的間隔P以及從管內(nèi)壁面的平坦部份15起始的高度H被限制在由上述的關(guān)系式(1)，(3)所表示的范圍內(nèi)。在這樣構(gòu)成的傳熱管10中也取得了和上述第一實(shí)施例同樣的效果。但是，在將這個(gè)傳熱管10作為冷凝器使用時(shí)，在多孔質(zhì)層的突起部份12上因毛細(xì)管力而聚集的冷凝液便從突起部份12滴下來。
圖5是表示本發(fā)明的第三實(shí)施例，在此實(shí)施例中，多孔質(zhì)層突起部份12是以螺旋狀(線圈狀)形成在管內(nèi)壁11a上，突起部份12的間隔P和高度H也被限制在由關(guān)系式(1)，(3)決定的范圍內(nèi)。
圖6表示本發(fā)明的第四實(shí)施例，在此實(shí)施例中是沿軸方向在管內(nèi)壁面11a上形成多孔質(zhì)層的突起部份12。但是突起部份12的間隔P和高度H被限制在上述關(guān)系式(1)，(3)中，在冷凝器中，在多孔質(zhì)的突起部份12上，因毛細(xì)管力而聚集的冷凝液更容易從其上滴下來，能取得和上述第一實(shí)施例同樣的效果。
然而，在上述本發(fā)明的第一乃至第四實(shí)施例中是對在管11的內(nèi)壁面11a上形成多孔質(zhì)層的突起部份12的傳熱管10進(jìn)行說明的，但是在業(yè)務(wù)上用的熱泵式冷、暖氣裝置中，用一個(gè)熱交換器供應(yīng)冷、溫水的場合，有時(shí)使用如圖7所示的殼管式熱交換器16。在此圖7中，17為容納傳熱管2的殼體，18為在殼體17上設(shè)置的制冷介質(zhì)蒸汽入口，19為冷凝液的流出口，20為進(jìn)水口，21為溫水出口。在若采用這樣構(gòu)成的殼管式熱交換器16制作溫水的場合，制冷介質(zhì)蒸汽從制冷介質(zhì)蒸汽入口18進(jìn)入殼體17內(nèi)，在傳熱管2的外壁面2b上冷凝液化，并從冷凝液流出口19流出。另一方面，水從進(jìn)水口20向殼體17內(nèi)供給，并流過傳熱管2內(nèi)，被冷凝潛熱加熱后變成溫水，而從溫水出口21流出。此外反過來在制作冷水的場合，制冷介質(zhì)的液體從供給溫水時(shí)的冷凝液體的流出口19進(jìn)入殼體17內(nèi)，在傳熱管2的外壁面2b上蒸發(fā)汽化，并從供給溫水時(shí)的制冷介質(zhì)蒸汽入口18被從殼體17抽出。另一方面，水從進(jìn)水口20向殼體17內(nèi)供給，流經(jīng)傳熱管2，并因蒸汽汽化熱而成為冷水，由出口21取出到外部。
在這樣的熱交換器16中，在傳熱管2的外壁面2b上的蒸發(fā)、冷凝換熱特性的改善是重要的。
圖8是表示本發(fā)明的第五實(shí)施例，表示了在管外壁面11b上形成有和上述第一實(shí)施例同樣的多孔質(zhì)層的突起部份12的傳熱管10。在這個(gè)傳熱管10中，和第一實(shí)施例同樣，間隔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的圓周方向形成，從而取得和第一實(shí)施例同樣的效果。
圖9表示本發(fā)明的第六實(shí)施例，和上述第二實(shí)施例同樣，在管外壁面11b上形成成鋸齒狀散布的突起部份12，并取得和第二實(shí)施例同樣的效果。
此外，不用說，把在上述第三、第四實(shí)施例中所示的突起部份12形成在管外壁面11b上也具有同樣的效果。
此外，由于當(dāng)使突起部份12中所鄰近的突起行列的間隔P過于小時(shí)，則如圖3所示的薄液膜部份14變小，故換熱特性的效果變得極低。
如象以上那樣，在上述的本發(fā)明的第一乃至第六實(shí)施例中，是對在管11的內(nèi)外壁面11a，11b上所形成的突起部份12是由多孔質(zhì)層形成的傳熱管進(jìn)行了說明，然而象圖10乃至圖12所示第七乃至第九實(shí)施例那樣，即使把由多根鋼絲組成的細(xì)線22捻合起來的捻合線23作為突起部份12，并把如下形成的突起部份12形成在管11的內(nèi)壁面11a上，即把突起部份12相互間的間隔P和從管內(nèi)壁面11a上形成的平坦部份開始的高度H限制在上述關(guān)系式(1)，(3)的范圍以內(nèi)，但由于在捻合線23的細(xì)線22間形成的空隙起到和上述實(shí)施例的多孔質(zhì)層同樣的作用，因而能期待得到同樣的效果。
此外，用捻合線23形成的突起部份12和管內(nèi)壁面11a之間的接觸，能利用捻合線23的彈性力來進(jìn)行，制作起來非常容易，因而能使成批生產(chǎn)率提高。
此外，在圖10乃至圖12的實(shí)施例中，是對在管11內(nèi)壁面11a上形成用捻合線23形成的突起部份12的構(gòu)成進(jìn)行了說明，然而如圖13所示那樣，勿用說即使在管11的外壁面11b上形成由捻合線23構(gòu)成的突起部12，也能獲得同樣效果。
此外，以上是對若根據(jù)本發(fā)明的上述實(shí)施例，無論放在管內(nèi)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傳熱管進(jìn)行了說明，然而即使若按照希望，在管的內(nèi)或外壁面上均形成上述突起部的構(gòu)造，不用說也能期待獲得同樣的效果。
如以上那樣，若根據(jù)本發(fā)明，由于是至少在管內(nèi)壁面和外壁面的壁面上形成具有空隙的突起部份的同時(shí)，使此突起部份和上述壁面的平坦部份混雜那樣構(gòu)成的傳熱管，因此在一個(gè)熱交換器中，能同時(shí)改善蒸發(fā)、冷凝換熱特性，與此同時(shí)，由于能使原來把用于蒸發(fā)器的傳熱管和用于冷凝器的傳熱管分成兩種類制造的情形變成只用一種類進(jìn)行制造就能滿足需求，因而具有使成批生產(chǎn)率提高等經(jīng)濟(jì)價(jià)值極大的效果。
對附圖的簡單說明圖1(a，b)為表示本發(fā)明的蒸發(fā)、冷凝用傳熱管第一實(shí)施例，(a)為其橫剖面圖，(b)為沿Ⅰ-Ⅰ線的縱剖面圖，圖2(a，b)是為說明平滑管內(nèi)冷凝液流動(dòng)情況，(a)為橫剖面圖，(b)為沿Ⅱ-Ⅱ線的縱剖面圖，圖3為表示相同傳熱管內(nèi)的突起部份和冷凝液膜的關(guān)系的橫剖面圖，圖4為表示本發(fā)明的第二實(shí)施例，表示突起部份在管內(nèi)壁面上呈鋸齒狀散布狀態(tài)，(a)為橫剖面圖，(b)為沿Ⅳ-Ⅳ線的縱剖面圖，圖5，(a，b)為表示本發(fā)明的第三實(shí)施例，(a)為表示突起部份在管內(nèi)壁面上呈螺旋狀設(shè)置狀態(tài)的橫剖面圖，(b)為沿Ⅴ-Ⅴ線的縱剖面圖，圖6(a，b)為表示本發(fā)明的第四實(shí)施例，(a)為表示突起部份在管內(nèi)壁面上沿管軸方向形成狀態(tài)的橫剖面圖，(b)為沿Ⅵ-Ⅵ線的縱剖面圖，圖7(a，b)為概略說明用于熱泵式冷、暖氣裝置中的殼管式熱交換器，(a)為簡要橫剖面圖，(b)為沿Ⅶ-Ⅶ線的簡要縱剖面圖，圖8(a，b)為表示本發(fā)明的第五實(shí)施例，(a)為突起部份在管外壁面上形成狀態(tài)的橫剖面圖，(b)為沿Ⅷ-Ⅷ線的縱剖面圖，圖9(a，b)為表示本發(fā)明的第六實(shí)施例，(a)表示突起部份在管外壁面上呈鋸齒狀散布狀態(tài)的橫剖面圖，(b)為沿Ⅸ-Ⅸ線的縱剖面圖，圖10(a，b)，圖11(a，b)，圖12(a，b)，為分別表示本發(fā)明的第七乃至第九實(shí)施例，其中各圖(a)是表示把使多根鋼絲捻合的捻合線作為突起部份，將此在管內(nèi)壁面上形成的狀態(tài)，是和圖1(a)，圖5(a)，圖6(a)相當(dāng)?shù)膱D，其中各圖(b)是和圖1(b)，圖5(b)，圖6(b)相當(dāng)?shù)膱D。此外，圖13(b)表示本發(fā)明第十實(shí)施例，(a)是表示由捻合線構(gòu)成的突起部在管外壁面上呈螺旋狀形成狀態(tài)的剖面圖，(b)為沿Ⅺ-Ⅺ線的縱剖面圖，圖14(a，b)是表示原來的散熱片管熱交換器，(a)為其簡要正視圖，(b)為其側(cè)視圖，圖15(a，b)是表示原來的傳熱管的構(gòu)成，(a)為多孔質(zhì)層在管內(nèi)壁面上形成狀態(tài)的橫剖面圖，(b)為同結(jié)構(gòu)的縱剖面圖，圖16(a，b)表示原來的冷凝管，(a)為橫剖面圖，(b)為縱剖面圖，圖17(a，b)是表示原來的冷凝管，(a)為橫剖面圖，(b)為縱剖面圖。
10為傳熱管，11為管，11(a)為管內(nèi)壁面，11(b)為管外壁面，12為突起部份，13為冷凝液，15為平坦部份，22為細(xì)線，23為捻合線。
此外，圖中同一符號表示同一或相當(dāng)?shù)牟糠荨?br>權(quán)利要求
1.一種蒸發(fā)、冷凝用傳熱管，其特征是在管內(nèi)壁面和外壁面的至少一個(gè)壁面上形成具有空隙的突起部份的同時(shí)，并使該突起部份和上述壁面的平坦部份混合起來構(gòu)成。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的傳熱管，其特征在于具有空隙的突起部份是由粘接了鋁系燒結(jié)金屬或金屬粒子多孔質(zhì)層組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的傳熱管，其特征是具有空隙的突起部份是用使多根細(xì)線捻合起來的捻合線形成。
4.根據(jù)權(quán)利要求
1，2或3中任一項(xiàng)的傳熱管，其特征在于具有空隙的突起部份，是當(dāng)把汽泡直徑作為d時(shí)，用至少以式P≤4d，10≤P/H≤20表示的間隔P和高度H在管壁面上混合形成。
專利摘要
本發(fā)明是有關(guān)用于熱泵式冷、暖氣設(shè)備的熱交換器傳熱管，在至少在傳熱管的內(nèi)壁面或外壁面的一壁面上形成具有空隙的突起部分的同時(shí)，使其突起部分和壁面的平坦部分混合形成，從而提供既可能作蒸發(fā)器用，又可作冷凝器用的傳熱管。
文檔編號F28F1/12GK87107184SQ87107184
公開日1988年8月17日 申請日期1987年10月26日
發(fā)明者吉田孝形, 藤井雅雄, 佐久間清 申請人:三菱電機(jī)有限公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan