專利名稱：熱交換管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總的涉及熱交換管，更具體地說是涉及熱交換管的外表面的構(gòu)造，該熱交換管用于它所浸入其中的液體的蒸發(fā)。
許多類型的空調(diào)和致冷系統(tǒng)中都有管殼式蒸發(fā)器。管殼式蒸發(fā)器是一種多個管子包含在單個殼體中的熱交換器。通常，諸管子設(shè)置得能提供多個穿過熱交換器的平行流動通道以使一流體冷卻。諸管子浸沒在流過熱交換殼體的致冷劑中。流體通過管子的壁的熱傳遞作用而被冷卻。傳遞的熱量將與諸管子的外表面相接觸的致冷劑汽化。這樣一種蒸發(fā)器的熱傳遞能力主要取決于各根管子的熱傳遞性能。每個管子的外部結(jié)構(gòu)對熱交換管總的傳熱性能是很重要的。
有幾種為人們所熟知的改善熱交換管熱傳遞性能的方法。其中，(1)增加管子表面的熱傳遞面積，以及(2)在與沸騰流體相接觸的管子表面促進泡核沸騰的發(fā)生。在泡核沸騰的過程中，從被加熱表面?zhèn)鬟f出來的熱量使與該表面接觸的液體汽化且蒸汽形成氣泡。表面?zhèn)鞒龅臒崃渴箽馀葜車囊后w蒸發(fā)，氣泡隨之增大。當氣泡足夠大時，克服表面張力而破裂并從表面逸出。當氣泡離開表面時，液體進入由氣泡騰出的空間內(nèi)，使留在該空間內(nèi)蒸汽得到了補充的液體以汽化而形成新的氣泡。在表面連續(xù)生成氣泡，氣泡從表面釋放出來，表面的重新濕潤，以及水汽氣泡的從液體中升起以及混合液體的對流效應(yīng)，都使傳熱表面的傳熱率大大提高。
我們還知道，泡核沸騰的過程可以通過傳熱表面結(jié)構(gòu)的構(gòu)造來增強，使傳熱表面能為截留水汽和促進水汽氣泡的形成提供成核位置。例如，簡單地將一傳熱面弄粗糙就能提供成核位置，這種成核位置就能夠使表面的傳熱特性比類似的光滑表面有所提高。
例如空調(diào)或致冷系統(tǒng)中的蒸發(fā)器的沸騰液體致冷劑中，凹腔型的成核位置能產(chǎn)生氣泡柱和良好的傳熱性能。凹腔型的成核位置是一個表面空腔，其中的空腔開口比下表面空腔的寬度小。周圍液體的過多的注入能注滿一凹腔型成核位置并使之失去活力。將傳熱表面構(gòu)造得使其具有較大的下表面連通通道，而該通道通向表面的開口相對來說則比較小，這樣就能使水汽截留或成核位置的滿溢減少或被防止，從而改善表面的傳熱狀況。
本發(fā)明的熱交換管具有能改進傳熱性能的外表面結(jié)構(gòu)，這種表面結(jié)構(gòu)不但增加了管子外表面面積并且能提供諸凹型空腔，使這些空腔作為成核部位而促進泡核沸騰的發(fā)生，從而改善了熱傳遞性能。
該熱交換管具有一個或多個從其外表面延伸的卷旋翅片。沿卷旋翅片兩側(cè)肩部表面每隔一定間隔在肩部表面上壓有凹槽而凹槽凸出部則從翅片肩部延伸出來。相鄰旋翅片之間的槽內(nèi)的空間每隔一定距離設(shè)有凸齒。卷旋翅片并不是從管子表面垂直延伸，而是彎向其相鄰的翅片。在一個實施例中，卷旋翅片彎曲時不接觸其相鄰的翅片，而是留出了一個間隙供汽化氣體形成的氣泡從管子表面逸出。在另一實施例中，圍繞管子的圓周向每隔一定距離設(shè)置閉合的凹陷部分使相鄰的卷旋翅片在閉合凹陷的區(qū)域內(nèi)相互接觸。
管子外表面的這種結(jié)構(gòu)構(gòu)造增大了與液體相接觸的表面的面積。同時，這種構(gòu)造還提供能促進泡核沸騰的凹型空腔。管子的這兩個特點都有助于提高其傳熱性能。
附圖作為說明書的一部分，各圖中凡是相同的編號均代表相同的元件。


圖1是本發(fā)明的熱交換管的外表面的一部分的透視圖;
圖2是本發(fā)明的熱交換管的外表面的一部分的剖視圖;
圖3是沿圖4中線3-3剖開的、本發(fā)明的熱交換管的外表面的部分剖視圖，所示出的是制造過程中的一個中間階段;
圖4是沿圖3中線4-4剖開的、本發(fā)明的熱交換管的外表面的部分視圖，所示出的是制造過程中的一個中間階段;
圖5是本發(fā)明的熱交換管的示意圖，圖中示出了管子制造過程中的各個步驟。
圖1是根據(jù)本發(fā)明制造的熱交換管10的外表面的一部分的透視圖。卷旋翅片21同時沿管子10的縱軸作螺旋延伸及沿管子10的壁11的外表面12作徑向向外延伸。在每個卷旋翅片之間是一個槽31。管子上可以有一個或多個旋翅片。這種類型的熱交換管的通常的制造方法是將管壁在一內(nèi)部心軸和一外部成翅工具之間滾軋。如果用這種方法的話，卷旋翅片的數(shù)量就取決于外部成翅工具的數(shù)量和布置。
卷旋翅片包括與外表面12相接的根部22、本體23和端部24。本體23的外表面是肩部25。每個卷旋翅片都傾斜以覆蓋一相鄰的槽31，這樣就形成了一下表面通道。沿肩部25每隔一定距離設(shè)有凹槽41。當這些凹槽在制造過程中通過一成槽工具制造成形時，成槽工具會從本體23上排移一部分材料。被排移的這部分材料將在最接近根部22的凹槽41部分從肩部25向外延伸而形成凸出部分42。在槽31內(nèi)有多個齒32并從外表面12延伸。在本發(fā)明的一個實施例中，圍繞管子的周向每隔一段距離設(shè)有閉合的凹陷部分51。
圖2是本發(fā)明的熱交換管外表面的一部分的剖視圖。在此圖中可以看到很多從管子10的外表面12延伸的卷旋翅片21。在大部分外表面上卷旋翅片的端部24雖然是傾斜的，但并不碰到相鄰的翅片。因而在卷旋翅片的端部24和相鄰翅片間就有了一寬度為G的開口間隙。在閉合凹陷部分51處(見圖1)，端部24′幾乎或完全與相鄰翅片相接觸，因而只留下一個很小的開口間隙或者根本沒有間隙。
圖3和圖4示出了卷旋翅片結(jié)構(gòu)的細節(jié)情況。要注意的是，這些圖示出的是在管子10制造過程中卷旋翅片21被彎曲前的一中間階段。在相鄰卷旋翅片21之間的槽31內(nèi)設(shè)有從表面12向上延伸高度為Ht的齒32。卷旋翅片21的兩邊肩部25上則每隔一段距離設(shè)有肩部凹槽41。凹槽向卷旋翅片21內(nèi)延伸的深度為Dn。制造肩部凹槽過程中被排移的材料在最接近翅片根部22的凹槽41末端從肩部25向外凸出。凹槽和凹槽凸出部分的設(shè)置增加了管子10的外表面面積，同時也促進了泡核沸騰。圖3示出的肩部凹槽41和齒32是對齊的，但情況可以是也可以不是這樣，當這些特征是在制造過程中不同階段安排到管子上時就更是如此。
圖5用圖解的方式示出了本發(fā)明的熱交換管在軋制工藝制造過程中不同階段的狀況，它有助于對管子的構(gòu)造的理解。圖中是管子10的剖面圖，它被分成了六個區(qū)域，每個區(qū)域均用一字母表示。A區(qū)域是管子未經(jīng)任何加工時的情況。制造管子的第一步是在壁11上軋制出卷旋翅片21，并在相鄰卷旋翅片間留下一個槽31。管子這時就呈現(xiàn)出B區(qū)域的狀況。第二步，在槽31內(nèi)形成齒32(見C區(qū)域)。第三步，在卷旋翅片21上形成肩部凹槽41和凸出部分42(見D區(qū)域)。接著將卷旋翅片21傾斜以使其覆蓋槽31，但不與相鄰的翅片相接觸(見E區(qū)域)。最后，本發(fā)明的一實施例中，如F區(qū)域所示，圍繞管子10的周向每隔一段距離軋制出閉合凹陷部51，從而使相鄰翅片間的間隙在靠近凹部51處閉合。
當本發(fā)明的管子按某些幾何和尺寸關(guān)系制造時，可以達到最佳傳熱性和最佳可加工性。最佳的翅片間距是0.36到0.64mm(0.014到0.025英吋)。G，是一卷旋翅片與其相鄰翅片之間的間隙的寬度，它的值應(yīng)該在0.025到0.203mm之間(0.001-0.008英吋)。Ht是槽中齒的高度，它的值應(yīng)在0.051到0.178mm之間(0.002到0.007英吋)。翅片每個卷旋應(yīng)有25到250個齒。Dn，是卷旋翅片肩部凹槽的最大深度，它的值應(yīng)該是0.051mm(0.002英吋)左右。翅片每個卷旋應(yīng)有25到250個凹槽。在具有閉合凹陷部分的本發(fā)明的實施例中，翅片每個卷旋應(yīng)有40到80個凹陷部分。
權(quán)利要求
1.一種改進型的傳熱管(10)，用于在所述管子內(nèi)部流過的流體和與所述管子的外表面(12)相接觸的沸騰流體之間的傳熱，它包括至少一個形成在所述外表面上的卷旋翅片，所述卷旋翅片沿所述管子的縱軸方向螺旋延伸，并且，從所述外表面徑向延伸，所述翅片具有與所述外表面相接的一根部(22)，從所述根部延伸并具有兩個相對肩部(25)的本體(23)，從所述本體延伸的一末端部(24)，以及一個形成在相鄰的所述卷旋翅片之間的所述外表面上的槽(31)，管子的改進之處包括諸凹槽(41)，它們位于所述肩部內(nèi)，諸凸齒(32)，它們從所述槽內(nèi)的外表面向上延伸，以及，所述末端部，它向一側(cè)傾斜，這樣所述末端部就覆蓋在一相鄰槽的上面以形成一下表面通道，所述下表面通道在所述末端與相鄰的所述卷旋翅片間具有一開口。
2.如權(quán)利要求1所述的熱交換管，其特征在于，翅片的間距是0.36到0.64mm(0.014到0.025英吋)。
3.如權(quán)利要求1所述的熱交換管，其特征在于，所述開口間隙(G)的值在0.025到0.203mm之間(0.001到0.008英吋)。
4.如權(quán)利要求1所述的熱交換管，其特征在于，所述凸齒從外表面向上延伸0.051到0.178mm(0.002到0.007英吋)。
5.如權(quán)利要求1所述的熱交換管，其特征在于，每個翅片卷旋的所述槽內(nèi)有25到250個齒。
6.個凹槽處從所述肩部延伸的凸出部分(42)。
7.如權(quán)利要求1所述的熱交換管，其特征在于，所述凹槽(41)的最大深度為0.051mm(0.002英吋)。
8.如權(quán)利要求1所述的熱交換管，其特征在于，每個翅片卷旋有25到250個凹槽。
9.如權(quán)利要求1所述的熱交換管，其特征在于，它還包括沿所述卷旋翅片的閉合凹陷部分(51)，其中一個翅片卷旋中所述末端部分充份傾斜得與相鄰一翅片卷旋的肩部非常接近。
10.如權(quán)利要求9所述的熱交換管，其特征在于，每個翅片卷旋有40到80個所述閉合凹陷部分。
全文摘要
一種用于熱交換的管子，用來在流過管子的流體和圍繞管子外部流動的流體之間傳遞熱量，在熱交換過程中管子外部的流體泡核沸騰。管子有一個或多個從其外表面延伸的卷旋翅片。卷旋翅片的兩個側(cè)面上每隔一段距離設(shè)有從翅片側(cè)部表面延伸的肩部凹槽。相鄰卷旋翅片間的槽內(nèi)沿周向每隔一段距離設(shè)有凸齒。卷旋翅片從管子表面并非垂直延伸，而是傾斜的，一個翅片卷旋這樣就覆蓋住了相鄰的一個槽，可是它并不與相鄰的卷旋翅片接觸，因而就形成了一個具有開口間隙的凹腔型泡核沸騰空腔。在一實施例中，開口間隙沿管子的周向延伸。在另一實施例中，彎曲的卷旋翅片圍繞管子的周向每隔一段距離設(shè)置凹陷，這樣，一卷旋翅片就十分靠近其相鄰翅片并在凹陷附近閉合所述間隙。
文檔編號F28F1/12GK1100517SQ94116309
公開日1995年3月22日 申請日期1994年9月13日 優(yōu)先權(quán)日1993年9月13日
發(fā)明者劉星, 史蒂文·J·斯潘塞, 尼爾坎斯·S·古普特, 羅伯特·H·L·基亞, 丹尼爾·加夫尼 申請人:運載器有限公司