【高效传热铜管在空调与制冷电器中的节能应用】
是解决能源不足的重要措施，应用日益广泛的空调机及冷冻机冰箱等制冷电器设备，提高其换热效率，节约能耗，使其小型化与高性能化。由于这些装置是通过换热器进行热交换，换热器中的主要元件又是换热铜管，因此，强化传热的一项重要步骤就是把传统的光面铜管加工出直条状或螺旋状的凸筋、翅片或波纹等，即新发展起来“高效传热铜管”。
由拉伸法生产的南方冶金学院高效管研究中心试制的Φ9．52mm×0．36mm空调机用高效传热铜管，内表面有65条螺旋角为25℃、筋高约0．15mm的螺旋状凸筋，平均壁厚为0．36mm，与光面管壁厚相同；单管蒸发换热系数为同规格光面铜管的2．5倍，而流阻却只为后者的1．035倍；KC－33A空调器采用该产品后性能系数达2．76(国家标准为2．26、国外先进指标为2．5)，较光面铜管提高了14%，可节电12．4%；空调器的换热面积减小12%以上，即可节省铜管及铝翅片材料12%以上，使空调器在高性能化与小型化方向迈进一大步。高效传热管是通过其形状或表面状态的改变来强化传热的。根据传热学理论，在换热器(管)中交换的热量为：Q=K．A．Δt式中K为总传热系数；Δt为换热介质的传热温差；A为换热面积。由公式可知，在温差条件不变的情况下，增加传热量的主要措施是增加传热系数K(强化传热过程)与增加传热面积A。这里以Φ9．25mm×0．36mm内螺纹高效传热管为例，说明其大幅度提高传热效率的原因。当它安装在空调机的蒸发器内进行沸腾传热时，强化传热过程得到强化，主要原因为：(1)增加了传热面积。其内周边长度可为同规格光面管内圆周长的1．3～1．5倍，即其传热面积由此也扩大了相应倍数；(2)由于沟槽的毛细吸效应增加了与液体致冷剂的润湿表面积；(3)由于螺旋沟槽对液体致冷剂的紊流效应。包括氟里昂在内的所有传热介质都是粘性流体，在光面管情况下其流动主要为层流形式，流层间热交换以传导方式为主，层间存在热阻，不利于管内、外介质热交换；而内螺纹管却加剧了流体内部的相对位移，大幅度减薄了管内层流厚度，扩大了紊流范围，加剧了流体分子间的相互碰撞与掺和，分子之间不断交换动量与能量，加强了对流传热，进而强化了管子内、外介质的热交换；(4)增加了液体致冷剂沸腾成核的数目。凸筋或翅片(特别是不连续)的尖顶与凹谷都为沸腾汽泡成核提供了条件，从而加强了沸腾传热效果。当它安装在冷凝器内进行冷凝传热时，传热过程得以强化，主要是由于：①增加了传热面积；②表面强力效应。由于这种效应，使冷凝的致冷剂易进入沟槽内，从而减小了冷凝面内筋(翅)顶上的液膜厚度，进而强化了介质的冷凝传热过程。根据这一原理设计的纵槽管冷凝器被大量使用在化工、石油化工等工业部门就是这个原因。由上可见，高效传热管应根据其使用目的与条件的不同，设计出最佳的管子参数，从而出现了种类繁多的高效传热铜管。空调管装机后的内外总传热系数K为：1／K=1／K1+1／K2
式中K1——空气侧(管外)传热系数；K2——致冷剂侧(管内)传热系数。由于空气侧传热系数K1，通常比致冷剂侧的传热系数K2小得多，所以在提高总传热系数K方面，改进K1及增加空气侧的传热面积极为重要。为此，日本日立公司发展了一种称为“中凸形散热翅片”，由此种翅片与内螺旋凸筋铜管匹配安装的换热器的总传热系数K值，甚至比用波纹平铝翅片匹配安装的，对于蒸发器约高出1．45倍，对于冷凝器约要高出1．65倍。
高效传热铜管在我国的研制生产与应用相对日本和西欧一些国家起步较晚。近年有些厂家与单位进行了一些试制与应用工作，然而就总体而言，高效传热管的品种较少，应用范围较窄，未能形成系列产品。为此，下面简要介绍一下国外的几种系列产品及其应用范围。外光内螺旋凸筋管：规格有Φ7．94mm×0．36mm、Φ9．25mm×0．36mm、Φ12．7mm×0．40mm及
15．88mm×0．59mm，内螺旋凸筋高度为0．12～0．30mm，螺旋角有25℃及18℃2种，这类管子主要用于室内空调、中央空调、水冷凝器、冷冻机与冰箱等。外波纹与内螺旋凸筋管：标准规格范围为外径Φ12．7mm～19．05mm，平均壁厚0．5～1．0mm，外波纹波距8mm，波谷深0．7mm，内螺旋凸筋参数同上。用于内部为双相流体与外部为单相流体系统，如水冷凝装置与冷冻机等。外光与内矩形直筋管：规格范围为外径Φ8mm～25．4mm，平均壁厚1．03～1．40mm，矩形凸筋高度0．35～0．50mm，筋条数30～72。由于结构简单、造价低、流阻较小及传热性能比光面管高2～3倍，被广泛用于余热回收交换器、太阳能装集器以及金属模、机械设备、电子设备与汽车等的冷却与升温。外光与内矩形螺旋凸筋(连续式带凹口)管：标准规格范围为外径Φ8mm～19．05mm，平均壁厚0．35～1．0mm，主要应用于风冷装置、油冷却器以及各种冷冻机。高效沸腾管：是根据沸腾现象，通过管子外表面不均匀细小结构，如表面成形许多小凹口以及连接这些开口的表层下环形通道，可使汽泡连续产生，从而可以获得极高的沸腾传热系数。标准规格范围为外径
12．7mm～25．4mm，壁厚0．65～1．5mm．主要应用于离心式冷冻机、水冷器以及在小温差条件下运行的壳式与列管式热交换器。高效冷凝管：外表面根据冷凝原理设计有特殊形状的翅片，如尖锐的锯齿状翅片等，使得冷凝液膜很薄，以获得很好的传热性能。标准规格范围为外径
12．7mm～25．4mm，壁厚1．09～1．57mm。主要应用于离心式冷冻机、水冷凝器以及其他壳式与列管式热交换器。带有层间通道的双层管：外管的外表面与内层管的内表面均有光面或带翅片，二层管之间均匀布有轴向梯形断面通道。因此，这种双层管种类与规格很多。主要应用于热泵水加热器、太阳能水加热器中的再生式换热器以及需要检漏的热交换系统中。其他种类的高效传热铜管：如光面波纹管、扭转麻花管、铝芯翅片管及带槽烛芯型热管等。其中烛芯管被广泛用于大功率可控硅整流器、二极管与马达轴的冷却以及太阳能收集器的热集管等。高效传热铜管，以其优良的特性和良好的经济与社会效益，将被广泛地应用于我国的空调、冷冻、冰箱以及其它工业部门。然而，高效传管作为一类新产品、新技术在我国的推广应用，还需要生产厂家与应用厂家的紧密配合。应用厂家(如空调、冷冻与冰箱制造厂)要敢于使用包括高效传热铜管在内的新材料、新技术，要研究改进为适应高效传热铜管使用、更好发挥其优良特性的工装条件，甚至改进产品的结构。(南方冶金学院高效管研究中心姚若浩、杨贵平、钟建华撰)