Теплообменная трубка, теплообменник и тепловая насосная установка
Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано для теплообменной трубы теплообменников и в тепловых насосных установках. Теплообменная труба содержит корпус трубы и ребро, расположенное на внешней поверхности корпуса трубы, при этом ребро содержит хвостовую часть, размещенную на внешней поверхности корпуса трубы, поперечную часть ребра, расположенную на верхней части хвостовой части ребра, отходящую в боковом направлении от двух сторон хвостовой части ребра, и верхнюю часть ребра, расположенную на верхней части поперечной части ребра, выполненную в виде пилозубчатой части, при этом к поперечной части ребра проходит вогнутая часть указанной пилозубчатой части. Технический результат - увеличение области теплообмена верхней части ребра и утонение пленки жидкости; указанная верхняя пилозубчатая часть ребра является эффективной для течения хладагента, при этом увеличивается способность к конденсации; и поперечная часть ребра отходит в боковом направлении от двух сторон ребра с образованием нижнего яруса канала и верхнего яруса канала, значимых для испарения и конденсации, и в результате теплообменная труба обладает способностью к испарению и конденсации. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 7 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к области кондиционирования воздуха, и, в частности, относится к теплообменной трубе, теплообменнику и тепловой насосной установке.
Предшествующий уровень техники
Из-за различия функций и принципов работы теплообменники для затопленной тепловой насосной установки подразделяют на затопленный испаритель и затопленный конденсатор, которые представляют собой два теплообменника с различным конструктивным выполнением. Подобным образом, теплообменные трубы как основные компоненты затопленного теплообменника также подразделяют на затопленную испарительную трубу и затопленную конденсаторную трубу.
Исходя из функциональных требований испарения и конденсации, предъявляемых к теплообменнику тепловой насосной установкой, конструкцию теплообменника необходимо изменить и приспособить так, чтобы получить тип конструкции теплообменника, способный удовлетворять требованиям как испарения, так и конденсации. Однако совершенствование испарительной и конденсаторной теплообменной трубы теплообменника является проблемным местом совершенствования упомянутой тепловой насосной установки.
В связи с этим необходимо разработать такую теплообменную трубу, которая может соответствовать как функциям испарения, так и конденсации.
Раскрытие изобретения
В соответствии с одним аспектом некоторых вариантов осуществления изобретения теплообменная труба включает в себя корпус трубы и ребро, расположенное на внешней поверхности корпуса трубы, при этом ребро содержит хвостовую часть, расположенную на внешней поверхности корпуса трубы, поперечную часть ребра, расположенную на верхней части хвостовой части ребра и отходящую в боковом направлении от двух сторон хвостовой части ребра, и верхнюю часть ребра, расположенную на верхней части поперечной части ребра и выполненную в виде пилозубчатой части, при этом к поперечной части ребра проходит вогнутая часть указанной пилозубчатой части.
В некоторых вариантах осуществления ребра расположены на внешней поверхности корпуса трубы по спирали или параллельно, при этом между двумя соседними ребрами образован канал, и в канале между двумя соседними поперечными частями ребер образован зазор.
В некоторых вариантах осуществления ребра расположены на внешней поверхности корпуса трубы по спирали или параллельно, при этом между двумя соседними ребрами образован канал, и поперечная часть ребер разделяет канал на внешнюю полость и внутреннюю полость, при этом внутренняя полость расположена ближе к внешней поверхности корпуса трубы, чем внешняя полость.
В некоторых вариантах осуществления на поверхности стенки внутренней полости образована первая канавка.
В некоторых вариантах осуществления первая канавка образована на внешней поверхности корпуса трубы.
В некоторых вариантах осуществления поперечное сечение первой канавки имеет двутавровую форму, крестообразную форму, Х-образную форму, U-образную форму, форму треугольника или форму многоугольника, имеющего более трех сторон.
В некоторых вариантах осуществления поперечная часть ребра имеет изогнутую форму, или поверхность поперечной части ребра имеет изогнутую форму.
В некоторых вариантах осуществления поперечная часть ребра выполнена с множеством прорезей, причем, по меньшей мере, одна из прорезей проходит к вогнутой части пилозубчатой части.
В некоторых вариантах осуществления каждая из прорезей соответственно соединена с одной соответствующей вогнутой частью пилозубчатой части.
В некоторых вариантах осуществления поперечная часть ребра, по меньшей мере, расположенная с одной стороны хвостовой части ребра, наклонена в сторону внешней поверхности корпуса трубы.
В некоторых вариантах осуществления поперечные части ребра, расположенные с двух сторон хвостовой части ребра, имеют симметричный наклон по направлению к внешней поверхности корпуса трубы.
В некоторых вариантах осуществления поперечное сечение выпуклой части пилозубчатой части имеет трапецеидальную, треугольную или прямоугольную форму и расположено приблизительно вертикально по отношению к оси корпуса трубы.
В некоторых вариантах осуществления поперечное сечение выпуклой части пилозубчатой части имеет прямоугольную форму, форму параллелограмма или трапеции и расположено приблизительно параллельно оси корпуса трубы.
В некоторых вариантах осуществления поперечное сечение вогнутой части пилозубчатой части имеет форму трапеции, треугольника или прямоугольника.
В некоторых вариантах осуществления, по меньшей мере, один элемент из шипа и второй канавки расположен, по меньшей мере, с одной стороны верхней части ребра.
В некоторых вариантах осуществления ребро расположено на внешней поверхности корпуса трубы по спирали, причем на окружной поверхности корпуса трубы в одном сегменте ребра расположено от 40 до 95 выпуклых частей пилозубчатой части .
В некоторых вариантах осуществления внутренняя поверхность корпуса трубы выполнена с резьбой, при этом угол, образованный касательной линией к резьбе и осевой линией корпуса трубы, находится в интервале о 15° до 65°.
В некоторых вариантах осуществления изобретение обеспечивает теплообменник, содержащий раскрытую выше теплообменную трубу.
В некоторых вариантах осуществления изобретение обеспечивает тепловую насосную установку, содержащую раскрытую выше теплообменную трубу.
В некоторых вариантах осуществления тепловая насосная установка представляет собой затопленную тепловую насосную установку.
В соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения теплообменная труба содержит корпус трубы и ребро, расположенное на внешней поверхности корпуса трубы; при этом указанное ребро содержит хвостовую часть ребра, поперечную часть ребра и верхнюю часть ребра, при этом верхняя часть ребра расположена на верхней части поперечной части ребра и выполнена в виде пилозубчатой части, и к поперечной части ребра проходит вогнутая часть пилозубчатой части; такое выполнение значимо для увеличения области теплообмена верхней части ребра и утонения пленки жидкости; пилозубчатая верхняя часть ребра является эффективной для протекания хладагента, увеличивая способность к конденсации; поперечная часть ребра отходит в боковом направлении от двух боковых сторон ребра с образованием нижнего яруса канала и верхнего яруса канала, подходящих для испарения и конденсации так, что теплообменная труба обладает способностью к испарению и конденсации.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 схематично показана теплообменная труба в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения, общий вид;
на фиг. 2 – часть теплообменной трубы в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения;
на фиг. 3 – теплообменная труба в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения, вид в разрезе;
на фиг. 4 – часть теплообменной трубы в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения, вид в увеличенном масштабе;
на фиг. 5 – часть ребра теплообменной трубы в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения, вид в увеличенном масштабе;
на фиг. 6 – часть теплообменной трубы в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения, вид сбоку;
на фиг. 7 – часть ребра теплообменной трубы в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения, вид в увеличенном масштабе.
Варианты осуществления изобретения
Последующее описание ясно и полностью раскрывает технические решения в определенных вариантах осуществления изобретения со ссылками на сопровождающие чертежи. Очевидно, что описанные варианты осуществления являются лишь частью всех возможных вариантов осуществления изобретения. Все другие варианты осуществления, созданные специалистом в данной области техники на основе вариантов осуществления изобретения без приложения каких-либо творческих усилий, включены в объем правовой охраны изобретения.
В описании изобретения следует понимать, что направление или относительное расположение элементов, которое указано с использованием понятий «центр», «продольный», «поперечный», «передний», «задний», «левый», «правый», «вертикальный», «горизонтальный», «верхний (верх)», «нижний (низ)», «внутренний», «внешний» и тому подобных, является направлением или относительным расположением, указанным, исходя из сопровождающих чертежей, которые предназначены только для облегчения понимания описания изобретения и упрощения описания, но не указывают или не подразумевают, что данному устройству или его компоненту должна быть придана определенная ориентация, и конструкция используется и функционирует в приданной ей определенной ориентации. Следовательно, эти чертежи не могут рассматриваться как ограничение объема правовой охраны изобретения.
Одна из задач некоторых вариантов осуществления изобретения заключается в создании теплообменной трубы, выполняющей функции испарения и конденсации, а также в создании теплообменника и тепловой насосной установки.
В некоторых вариантах осуществления, как показано на фиг. 1, теплообменная труба содержит корпус 10 трубы, имеющий гладкую необработанную часть 11, реброобразующую часть 13, образующую ребро по всей окружной поверхности, и переходную часть 12 между упомянутыми гладкой частью 11 и реброобразующей частью 13.
В некоторых вариантах осуществления гладкая часть 11 используется для выполнения протяженного соединения и уплотнения между внешним трубчатым кожухом и теплообменной трубой. При функционировании в составе установки теплообменная труба находится в состоянии вибрации в течение продолжительного периода времени, и переходная часть 12 используется для повышения прочности теплообменной трубы. Внешний диаметр переходной части 12 меньше внешнего диаметра гладкой части 11.
Как показано на фиг. 2, в некоторых вариантах осуществления теплообменная труба содержит корпус 10 трубы и ребро 20 на внешней поверхности корпуса 10. Ребро 20 расположено на реброобразующей части 13 корпуса 10 трубы.
В некоторых вариантах осуществления ребро 20 представляет собой спиральное ребро и проходит на корпусе 10 по спирали, вдоль оси корпуса 10 трубы.
В некоторых вариантах осуществления ребро 20 содержит множество кольцевых ребер, при этом каждое из кольцевых ребер проходит вдоль окружного направления корпуса 10 трубы, и все кольцевые ребра размещены с интервалами вдоль осевого направления корпуса 10 трубы. Кроме того, все кольцевые ребра расположены параллельно.
В некоторых вариантах осуществления ребро 20 содержит множество прямолинейных ребер, при этом направление длины каждого прямолинейного ребра соответствует осевому направлению корпуса 10 трубы, и все прямолинейные ребра расположены с интервалами вдоль окружного направления корпуса 10 трубы. Кроме того, все прямолинейные ребра расположены параллельно друг другу.
Как показано на фиг.4, в некоторых вариантах осуществления ребро 20 содержит хвостовую часть 23 ребра, поперечную часть 21 ребра и верхнюю часть 22 ребра.
В некоторых вариантах осуществления хвостовая часть 23 ребра размещена на внешней поверхности корпуса 10 трубы.
В некоторых вариантах осуществления поперечная часть 21 ребра расположена на верху хвостовой части 23 ребра и отходит в боковом направлении от двух сторон хвостовой части 23 ребра. Часть, расположенная ниже поперечной части 21 ребра, хвостовая часть 21 ребра и внешняя поверхность корпуса 10 трубы образуют полость, эффективную для повышения способности к парообразованию.
В некоторых вариантах осуществления верхняя часть 22 ребра расположена в верхней части поперечной части 21 ребра и выполнена в виде пилозубчатой части; от верхней части 22 ребра до поперечной части 21 ребра проходит вогнутая часть пилозубчатой части, способствующая увеличению области теплообмена верхней части 22 ребра и утонению пленки жидкости; и указанная пилозубчатая верхняя часть 22 ребра является подходящей для протекания хладагента, повышения тем самым способность к конденсации.
В некоторых вариантах осуществления толщина верхней части 22 ребра меньше толщины хвостовой части 23 ребра, что позволяет сформировать острую кромку на верхней части 22 ребра, способствующую рассеканию жидкости, несущей газообразный хладагент.
В некоторых вариантах осуществления верхняя часть 22 ребра образована посредством экструдирования (выдавливания) верхней части ребра 20, при этом толщина верхней части 22 ребра меньше толщины хвостовой части 23 ребра, а поперечная часть 21 ребра отходит в боковом направлении от двух сторон ребра 20 относительно хвостовой части 23 ребра и верхней части 22 ребра.
Как показано на фиг. 2 и фиг. 4, в некоторых вариантах осуществления верхняя часть 22 ребра выполнена в виде пилозубчатой части, при этом вогнутая часть пилозубчатой части проходит до поперечной части 21 ребра, а поперечная часть 21 ребра отходит в боковом направлении от двух сторон ребра 20. Такая конструкция обладает способностью как к испарению, так и к конденсации, и в результате смягчается проблема снижения эффективности, существующая в том случае, когда обычная конденсаторная труба используется в качестве испарительной трубы или обычная испарительная труба используется в качестве конденсаторной трубы.
Как показано на фиг. 4, в некоторых вариантах осуществления ребра 20 расположены на внешней поверхности корпуса 10 трубы по спирали или параллельно, при этом в спиральном теле ребра образован канал, или канал образован между двумя соседними ребрами из множества имеющихся ребер, а между двумя соседними поперечными частями 21 ребер в указанных каналах образован зазор 26.
В некоторых вариантах осуществления зазор 26 образован между двумя соседними поперечными частями 21 ребер в канале и ориентирован вдоль направления протяженности поперечной части 21 ребер.
В некоторых вариантах осуществления в канале между двумя соседними поперечными частями 21 ребер вдоль направления протяженности поперечной части 21 ребер образована часть перекрытия, и зазор 26 находится в промежутке между соседними поперечными частями 21 ребер в направлении высоты ребра. Кроме того, одна из поперечных частей 21 ребер расположена в направлении высоты ребра выше, чем соседняя поперечная часть 21 ребер. Или самый конец (положение части перекрытия) одной из поперечных частей 21 ребер расположен выше самого конца (положение части перекрытия) соседней поперечной части 21 ребер в направлении высоты ребра.
В некоторых вариантах осуществления в канале между соседними поперечными частями 21 ребер образован зазор 26, и верхний ярус канала сообщается по текучей среде с нижним ярусом канала посредством зазора между двумя соседними ребрами 20, что является значимым для циркуляции жидкого хладагента, и улучшается процесс конденсации; кроме того, когда происходит испарение, эффективным решением оказывается добавление жидкого хладагента и отвод газообразного хладагента, и в результате процесс испарения улучшается; при этом характеристики испарения и конденсации не ухудшаются.
В некоторых вариантах осуществления ребра 20 расположены на внешней поверхности корпуса 10 трубы по спирали или параллельно, поперечные части 21 ребер разделяют канал, образованный двумя соседними ребрами 20, на внешнюю полость 24 и внутреннюю полость 25, при этом внутренняя полость 25 расположена ближе к внешней поверхности корпуса 10 трубы, чем внешняя полость 24.
В некоторых вариантах осуществления поперечная часть 21 ребер разделяет канал, образованный между двумя соседними ребрами 20, на внешнюю полость 24 и внутреннюю полость 25. Зазор 26 образован в канале между соседними поперечными частями 21 ребер, что является значимым, как для выпуска пузырьков, образованных в нижнем ярусе канала, осуществляющем функцию испарения, так и для отвода жидкого хладагента во время конденсации хладагента. Внутренняя полость 25 охвачена поперечными частями 21 ребер, хвостовыми частями 23 ребер и внешней поверхностью корпуса 10 трубы и, по существу, представляет собой небольшую полость, эффективную для испарения, главным образом, за счет реализации принципа пузырькового кипения. Внешняя полость 24 охвачена поперечными частями 21 ребер, и верхними частями 22 ребер, и преимущественно увеличивает область теплообмена и утоняет пленку жидкости, что способствует процессу конденсации. В результате характеристики испарения и конденсации не ухудшаются.
В некоторых вариантах осуществления на поверхности стенки внутренней полости 25 выполнена первая канавка 251, в результате чего внутренняя поверхность внутренней полости 25 становится неровной и подходящей для создания центра парообразования, необходимого для процесса испарения, благодаря чему интенсифицируется испарительный теплообмен.
В некоторых вариантах осуществления первая канавка 251 расположена на внешней поверхности корпуса 10 трубы. Вторичный хладагент вводится в корпус 10 трубы и используется для теплообмена с хладагентом, циркулирующим с внешней стороны корпуса 10 трубы, при этом первая канавка 251 расположена на внешней поверхности корпуса 10 трубы, что является значимым для создания центра парообразования на внешней поверхности корпуса 10 трубы; и увеличивается область теплообмена по сравнению с внешней поверхностью исходного гладкого корпуса 10 трубы. В дополнение к этому, на внешней поверхности корпуса 10 трубы между двух соседних ребер 20 выполнено множество первых канавок 251, ориентированных в направлении канала.
В некоторых вариантах осуществления внешнюю поверхность корпуса 10 трубы подвергают галтовке и выравнивают с помощью гладкого галтовочного барабана, в результате чего формируется структура поверхности с множеством углублений на внешней поверхности корпуса 10 трубы, и тем самым обеспечивается создание центров парообразования, необходимых для испарения, и улучшение испарительного теплообмена.
В некоторых вариантах осуществления первая канавка 251 выполнена на поверхности хвостовой части 23 ребра, что является значимым для формирования центра парообразования. Помимо этого, первая канавка 251 расположена вдоль направления высоты хвостовой части 23 ребра, за счет чего облегчается протекание хладагента вдоль первой канавки 251.
В некоторых вариантах осуществления поперечное сечение первой канавки 251 имеет двутавровую форму, крестообразную форму, Х-образную форму, U-образную форму, круглую форму, форму треугольника, прямоугольника, форму многоугольника (более четырех сторон) или другие правильные или неправильные формы.
Внутренняя полость 25 содержит множество первых канавок 251. Негладкая структура поверхности является значимой для увеличения неровностей внутренней полости 25, поскольку такая структура образует центры парообразования и улучшает процесс испарения.
В некоторых вариантах осуществления поперечная часть 21 ребра имеет изогнутую форму, или поверхность поперечной части 21 ребра имеет изогнутую форму. Тело или поверхность поперечной части 21 ребра имеет изогнутую форму, что способствует увеличению области теплообмена, утонению пленки жидкости и протеканию хладагента.
В некоторых вариантах осуществления поперечная часть 21 ребра выполнена с прорезью 211, эффективной для протекания через неё текучей среды; наличие прорези облегчает добавление хладагента и выход пузырьков при парообразовании.
В некоторых вариантах осуществления поперечная часть 21 ребра выполнена с множеством прорезей 211, причем каждая из прорезей 211 проходит к одной соответствующей вогнутой части пилозубчатой части верхней части 22 ребра. Выполнение прорезей 211 облегчает протекание хладагента; кроме того, прорези 211 проходят до вогнутых частей верхней части 22 ребер, и тем самым содействуют протеканию хладагента к внутренней полости 25.
В некоторых вариантах осуществления прорезь 211 имеет форму длинной полосы и проходит в направлении протяженности поперечной части 21 ребра (вдоль канала).
В некоторых вариантах осуществления поперечная часть 21 ребра содержит множество сквозных отверстий, имеющих круглую форму, треугольную или квадратную форму, или форму многоугольника (более четырех сторон), или другую правильную или неправильную форму. Наличие этих отверстий способствует протеканию хладагента к внутренней полости 25 или выпуску газообразного хладагента.
В некоторых вариантах осуществления поперечная часть 21 ребра, по меньшей мере, расположенная с одной стороны от хвостовой части 23 ребра, имеет наклон в сторону внешней поверхности корпуса 10 трубы, что способствует протеканию хладагента к внутренней полости 25.
В некоторых вариантах осуществления поперечные части 21 ребра, по меньшей мере, расположенные с двух сторон от хвостовой части 23 ребра, имеют симметричный наклон по направлению к внешней поверхности корпуса 10 трубы, и поперечное сечение хвостовой части 23 ребра вместе с сечением поперечных частей 21 ребра, проходящих с двух сторон от верхней части хвостовой части 23 ребра, имеет форму наподобие зонтика (как показано на фиг. 6), что способствует протеканию хладагента к внутренней полости 25.
В некоторых вариантах осуществления поперечные части 21 ребра, находящиеся с двух сторон хвостовой части 23 ребра, расположены горизонтально.
В некоторых вариантах осуществления первое поперечное сечение выпуклой части пилозубчатой части верхней части 22 ребра имеет форму трапеции, треугольника или прямоугольника и в целом расположено приблизительно вертикально по отношению к оси корпуса 10 трубы.
В некоторых вариантах осуществления второе поперечное сечение выпуклой части пилозубчатой верхней части 22 ребра имеет форму прямоугольника, параллелограмма или трапецеидальную форму и в целом расположено приблизительно параллельно оси корпуса 10 трубы. Как показано на фиг. 5, угол β1 равен 90°, если второе поперечное сечение имеет форму прямоугольника, или угол β1 является острым или тупым, если второе поперечное сечение имеет форму параллелограмма или трапеции.
В некоторых вариантах осуществления вогнутая часть пилозубчатой верхней части 22 ребра имеет форму трапеции, треугольника или прямоугольника.
В некоторых вариантах осуществления верхняя часть 22 ребра выполнена, по меньшей мере, с одним шипом 221 (показан на фиг. 6) и второй канавкой 222 (показана на фиг. 7).
Шип 221 расположен, по меньшей мере, с одной стороны верхней части 22 ребра и увеличивает область теплообмена верхней части 22 ребра, при этом способствует рассеканию пленки жидкости и ускорению отвода сконденсированной жидкости. Вторая канавка 222 расположена, по меньшей мере, с одной стороны верхней части 22 ребра и способствует увеличению области теплообмена верхней части 22 ребра, в результате чего утоняется пленка жидкости и повышается эффективность процесса конденсации. Помимо этого, вторые канавки 222 расположены с двух сторон верхней части 22 ребра или расположены на верхнем участке верхней части 22 ребра.
В некоторых вариантах осуществления ребро 20 расположено на внешней поверхности корпуса 10 трубы по спирали, при этом в сегменте ребра 20 на окружной поверхности корпуса 10 трубы имеется от 40 до 95 выпуклых частей пилозубчатой верхней части 22 ребра.
Кроме того, в поперечной части 21 ребра выполнено множество прорезей, и каждая из прорезей 211 проходит к соответствующей вогнутой части пилозубчатой верхней части 22 ребра, и количество указанных прорезей составляет от 40 до 95, и в результате достигается улучшение процесса испарения и облегчается добавление хладагента и выпуск газообразного хладагента.
В некоторых вариантах осуществления внутренняя поверхность корпуса 10 трубы выполнена с резьбой 14, при этом увеличивается внешняя поверхность корпуса 10 трубы; угол β2, образованный между касательной линией резьбы 14 и осевой линией корпуса 10 трубы (показан на фиг. 3), находится в интервале от 15° до 65°, то есть, угол β2, образованный винтовой линией и осью трубы, находится в интервале от 15° до 65°; резьба обеспечивает увеличение интенсивности возмущения на стороне вторичного хладагента, и за счет увеличения угла винтовой линии с осью увеличивается область теплообмена.
В некоторых вариантах осуществления множество витков резьбы 14 распределено на внутренней поверхности корпуса 10 трубы равномерно в окружном направлении, при этом количество n витков резьбы находится в пределах от 30 до 65. Шаг резьбы выбирают, главным образом, так, чтобы обеспечить увеличение области теплообмена и повышение интенсивности возмущения вторичного хладагента на внутренней поверхности, в результате чего увеличивается теплоотдача с внутренней стороны корпуса трубы.
В некоторых вариантах осуществления осуществляют прокатку внутренней стороны корпуса 10 трубы с использованием вводимого внутрь трубы стержня оправки с канавками для образования выступающей внутренней спиральной резьбовой структуры.
В некоторых вариантах осуществления ребра 20 распределены по поверхности корпуса 10 трубы по однозаходной спирали, и благодаря такому распределению ребра сформированы более равномерно и с большей плотностью.
В некоторых вариантах осуществления нижняя часть выпуклой части пилозубчатой верхней части 22 ребра имеет форму трещины, что облегчает технологию обработки и протекание хладагента.
В некоторых вариантах осуществления ребро 20 на теплообменной трубе формируется с помощью специальной прокатной клети для ребер, и прокатка осуществляется с использованием комбинации режущих инструментов, пресс-формы с внутренним стержнем для формирования канавок и технологического процесса безостаточного экструдирования (выдавливания) с последующим термоформованием, в котором обе стороны трубы упрочняются одновременно. Поскольку со стороны хладагента к теплообменной трубе предъявляются более высокие требования по степени очистки, наличие обрезков меди исключается за счет использования безостаточной обработки экструдированием с последующим термоформованием. Кроме того, за счет комбинации экструдирования с последующим термоформованием повышается прочность.
В некоторых вариантах осуществления, если ширина h1 канала, образованного между ребрами, составляет от 0,254 мм до 0,558 мм, принимается во внимание эффект конденсации в верхнем ярусе. Если зазор слишком мал, нижний ярус испарительной полости может образовать препятствие, что создает неблагоприятные условия для отвода сконденсированной жидкости из верхнего яруса, и в результате эффект конденсации уменьшается.
В некоторых вариантах осуществления, как показано на фиг. 3, толщина h2 ребра 20 находится в интервале от 0,15 мм до 0,305 мм. Если ребро 20 слишком тонкое, то оно является не вполне подходящим для прокатки двух сторон ребра 20 с формированием поперечной части 21 ребра; а если толщина ребра 20 слишком большая, то это приводит к образованию слишком малой, даже тесной, переполненной полости, что является неблагоприятным с точки зрения деформации испарительной полости.
В определенном варианте осуществления корпус 10 трубы выполнен с внешним диаметром 19,05 мм и толщиной стенки 1,15 мм. На основе корпуса 10 трубы посредством комбинированного формования экструдируется (выдавливается) определенная выступающая спиральная структура (ребро 20). Экструдированная выступающая структура подвергается прокатке с использованием комбинации режущих инструментов, в результате чего на верхней части 22 ребра образуются пилозубчатые части. Во-первых, в результате увеличивается область поверхности теплообменной трубы, и с помощью накатки образуется шероховатая и неровная внешняя поверхность, что способствует процессу конденсации; во-вторых, уменьшается толщина жидкой пленки хладагента. При этом вследствие деформации, обусловленной обработкой, в нижней части пилозубчатой верхней части 22 ребра формируются естественные трещины. Две стороны ребра подвергают экструдированию для формирования поперечной части 21 ребра, переходящей в канавку ребра, одновременно экструдируется спиральное ребро. При этом между соседними поперечными частями 21 ребер размещают уплотнительную прокладку толщиной 0,1 мм с образованием зазора 26, жидкость отводится по каналам среди ребер, и тем самым усиливается эффект конденсации. Верхнюю часть ребра экструдируют (подвергают выдавливанию) с образованием пилозубчатой части, и прорезь 211 образуется естественным образом, в то же время экструдируют ребро с переходом в канавку (две боковые стороны ребра).
В некоторых вариантах осуществления принцип работы теплообменной трубы заключается в следующем.
Теплообменная труба используется в качестве испарительной трубы при рабочих параметрах охлаждения: жидкий хладагент с внешней стороны корпуса 10 трубы испаряется, главным образом, во внутренней полости 25; сначала жидкий хладагент поступает из внешней полости 24 во внутреннюю полость 25, по меньшей мере, через один зазор 26 и прорезь 211, температура поверхности корпуса 10 трубы в нижней части внутренней полости 25 высокая, и существует необходимая для парообразования степень перегрева; поверхность корпуса 10 трубы в нижней части внутренней полости снабжена множеством первых канавок 251, при этом увеличивается неровность хвостовой части ребра, и на хвостовой части ребра формируется большое количество центров парообразования; жидкий хладагент в насыщенном состоянии испаряется во внутренней полости 25 с определенной степенью перегрева при наличии большого количества центров парообразования, и большое количество пузырьков, генерируемых при испарении, выходит, по меньшей мере, через зазор 26 или прорезь 211; жидкий хладагент во внутренней полости 25 также восполняется, по меньшей мере, через зазор 26 или прорезь 211.
Теплообменная труба используется в качестве конденсаторной трубы при рабочих условиях нагревания: газообразный хладагент высокого давления с внешней стороны трубы конденсируется, главным образом, во внешней полости 24, и пилозубчатая верхняя часть 22 ребра формируется на ребре 20 с помощью экструзии, так что две боковые поверхности выпуклой части верхней части 22 ребра образуют остроугольный профиль, пузырьки хладагента разрушаются, и газообразный хладагент быстро конденсируется с образованием жидкости. Вогнутая часть верхней части 22 ребра и поперечная часть 21 ребра, наклоненная в сторону внешней поверхности корпуса 10 трубы, значительно увеличивают область поверхности внешней полости 24, что в особенности благоприятно для конденсации газообразного хладагента и процесса теплообмена.
Поскольку поперечная часть 21 ребра наклонена или изогнута, жидкий хладагент, образовавшийся на поперечной части 21 ребра за счет конденсации, стекает вниз под результирующим действием поверхностного натяжения или сил гравитации жидкого хладагента и регулярно поступает во внутреннюю полость 25, по меньшей мере, через зазор 26 или прорезь 211 для последующего охлаждения. Благодаря окружному сообщению внутренней полости 25 определенное количество накопившегося жидкого хладагента в конечном итоге отводится с поверхности теплообменной трубы через нижнюю часть теплообменной трубы.
Некоторые варианты осуществления обеспечивают теплообменник, содержащий описанную выше теплообменную трубу.
Некоторые варианты осуществления обеспечивают тепловую насосную установку, содержащую описанный выше теплообменник. За счет использования описанного выше теплообменника энергетическая эффективность тепловой насосной установки увеличивается.
В некоторых вариантах осуществления тепловая насосная установка представляет собой затопленную тепловую насосную установку.
В затопленной тепловой насосной установке в основе процессов испарения и конденсации лежат различные физические закономерности и функциональные назначения, и во время работы установки они представляют собой два процесса противоположного характера. Процесс конденсации происходит с превращением газообразного хладагента в жидкий хладагент, насколько это возможно, в виде тонкой пленки жидкости, и жидкий хладагент постоянно отводится, так что процесс конденсации происходит непрерывно и эффективно, иначе процесс конденсации будет ухудшаться. Процесс испарения происходит с превращением жидкого хладагента в газообразный хладагент, и для испарения необходимо обеспечить большее количество центров парообразования, при этом хладагент смачивает поверхность теплообменной трубы, в результате характеристики теплообмена улучшаются.
Теплообменная труба и теплообменник в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения соответствуют требованиям, предъявляемым к охлаждению и нагреванию в тепловой насосной установке при установлении рабочих параметров.
Следует понимать, что в описании изобретения понятия «первый», «второй», «третий» и тому подобные для конкретизации составных частей используются лишь для удобства распознавания этих частей. Если не оговорено иное, вышеупомянутые понятия не имеют особого значения и не могут рассматриваться как ограничения объема правовой защиты изобретения.
Наконец, следует отметить, что рассмотренные выше варианты осуществления предназначены лишь для пояснения технических решений изобретения, а не для их ограничения. Хотя изобретение было рассмотрено подробно со ссылками на предпочтительные варианты осуществления, специалисту в данной области техники понятно, что могут быть осуществлены модификации конкретных вариантов осуществления изобретения и произведены эквивалентные замены технических признаков; и эти модификации и эквивалентные замены должны попадать под действие объема правовой защиты технических решений, охарактеризованных в пунктах формулы изобретения без выхода за пределы сущности технических решений согласно изобретению.
1. Теплообменная труба, включающая в себя корпус (10) трубы и ребро (20), расположенное на внешней поверхности корпуса (10) трубы, при этом ребро содержит хвостовую часть (23), расположенную на внешней поверхности корпуса (10) трубы, поперечную часть (21) ребра, расположенную на верхней части хвостовой части (23) ребра и отходящую в боковом направлении от двух сторон хвостовой части (23) ребра, и верхнюю часть (22) ребра, расположенную на верхней части поперечной части (21) ребра и выполненную в виде пилозубчатой части, при этом к поперечной части (21) ребра проходит вогнутая часть указанной пилозубчатой части.
2. Теплообменная труба по п. 1, в которой ребра (20) расположены на внешней поверхности корпуса (10) трубы по спирали или параллельно, при этом между двумя соседними ребрами (20) образован канал, и в канале между двумя соседними поперечными частями (21) ребер образован зазор (26).
3. Теплообменная труба по п. 1, в которой ребра (20) расположены на внешней поверхности корпуса (10) трубы по спирали или параллельно, при этом между двумя соседними ребрами (20) образован канал, и поперечная часть (21) ребер разделяет канал на внешнюю полость (24) и внутреннюю полость (25), при этом внутренняя полость (25) расположена ближе к внешней поверхности корпуса (10) трубы, чем внешняя полость (24).
4. Теплообменная труба по п. 3, в которой на поверхности стенки внутренней полости (25) образована первая канавка (251).
5. Теплообменная труба по п. 4, в которой первая канавка (251) образована на внешней поверхности корпуса (10) трубы.
6. Теплообменная труба по п. 4, в которой поперечное сечение первой канавки (251) имеет двутавровую форму, крестообразную форму, Х-образную форму, U-образную форму, форму треугольника или форму многоугольника, имеющего более трех сторон.
7. Теплообменная труба по п. 1, в которой поперечная часть (21) ребра имеет изогнутую форму или поверхность поперечной части (21) ребра имеет изогнутую форму.
8. Теплообменная труба по п. 1, в которой поперечная часть (21) ребра выполнена с множеством прорезей (211), причем по меньшей мере одна из прорезей (211) проходит к вогнутой части пилозубчатой части.
9. Теплообменная труба по п. 8, в которой каждая из прорезей (211) соответственно соединена с одной соответствующей вогнутой частью пилозубчатой части.
10. Теплообменная труба по п. 1, в которой поперечная часть (21) ребра, по меньшей мере, расположенная с одной стороны хвостовой части (23) ребра, наклонена в сторону внешней поверхности корпуса (10) трубы.
11. Теплообменная труба по п. 10, в которой поперечные части (21) ребра, расположенные с двух сторон хвостовой части (23) ребра, имеют симметричный наклон по направлению к внешней поверхности корпуса (10) трубы.
12. Теплообменная труба по п. 1, в которой поперечное сечение выпуклой части пилозубчатой части имеет трапецеидальную, треугольную или прямоугольную форму и расположено вертикально по отношению к оси корпуса (10) трубы.
13. Теплообменная труба по п. 1, в которой поперечное сечение выпуклой части пилозубчатой части имеет прямоугольную форму, форму параллелограмма или трапеции и расположено параллельно оси корпуса (10) трубы.
14. Теплообменная труба по п. 1, в которой поперечное сечение вогнутой части пилозубчатой части имеет форму трапеции, треугольника или прямоугольника.
15. Теплообменная труба по п. 1, в которой по меньшей мере один элемент из шипа (221) и второй канавки (222) расположен по меньшей мере с одной стороны верхней части (22) ребра.
16. Теплообменная труба по п. 1, в которой ребро (20) расположено на внешней поверхности корпуса (10) трубы по спирали, причем на окружной поверхности корпуса (10) трубы в одном сегменте ребра (20) расположено от 40 до 95 выпуклых частей пилозубчатой части.
17. Теплообменная труба по п. 1, в которой внутренняя поверхность корпуса (10) трубы выполнена с резьбой (14), при этом угол, образованный касательной линией к резьбе (14) и осевой линией корпуса (10) трубы, находится в интервале от 15° до 65°.
18. Теплообменник, содержащий теплообменную трубу по любому из пп. 1-17.
19. Тепловая насосная установка, содержащая теплообменник по п. 18.
20. Тепловая насосная установка по п. 19, представляющая собой затопленную тепловую насосную установку.
