專利名稱：傳熱管的制作方法
技術領域：
本發明總的涉及傳熱管，更具體地說，是涉及傳熱管的外表面的構造，該傳熱管用于使它所浸放其中的液體的蒸發。
許多類型的空調和致冷系統中都有管殼式蒸發器。管殼式蒸發器是一種多個管子包含在單個殼體中的熱交換器。通常，諸管子設置得能提供多個穿過熱交熱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。每個管子的外部結構對熱交換管的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生。在泡核沸騰的過程中，從被加熱表面傳遞出來的熱量使與該表面接觸的液體汽化且蒸汽形成氣泡。表面傳出的熱量使氣泡中的蒸氣過熱，氣泡隨之增大。當汽泡足夠大時，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，使留在該空間內蒸汽得到了補充的液體以汽化而形成新的氣泡。在表面連續生成氣泡，氣泡從表面釋放出來，表面的重新顯潤，以及水汽氣泡的從液體中升起以及混合液體的對流效應，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構的構造來增強，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。
例如空調或致冷系統中的蒸發器的沸騰液體致冷劑中，凹腔型的成核位置能產生穩定的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，其中的空腔開口比空腔的表面下的容積小。周圍液體的過多的注入能使一凹腔型成核位置溢出并使之失去活力。將傳熱表面構造得使其具有較大的表面下連通通道，而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。
本發明是提供一種具有一個或多個設在其外表面上的卷旋翅片的熱交換管。多個凹槽圍繞管子周緣每隔一定間距以一斜角延伸過卷旋翅片。在一卷旋翅片上相鄰的一對凹槽之間形成一翅片尖端。翅片尖端的末端扁平并且比翅片根部寬。末端寬度在相鄰的卷旋翅片上的尖端末端之間有重疊從而在各卷旋翅片之間形成凹腔。
與一傳統型翅片管相比翅片上的凹槽還增加了管子的外表面面積。而且，扁平翅片尖端構造而藉這些尖端形成的凹腔促進了管子外表面上成核的沸騰。
通過在一內心軸和外成翅機之間滾軋管壁能在管子外表面上形成翅片的成翅機的刀具組之外加上一個凹槽盤就能簡便和經濟地完成這種帶槽的翅片管的制造。
所附的各附圖構成本說明書的一部分，在各附圖中，凡相同的標號均表示相同的構件。
圖1是本發明的管子的示意圖。
圖2是示出了本發明的管子是如何制造的視圖。
圖3是本發明的管子的部分外表面的平面視圖。
圖4是本發明的管子的單卷旋翅片的一部分的平面視圖。
圖5是本發明的管子的單卷旋翅片的一般截面剖視圖。
圖5A、5B、5C和5D是分別沿圖4中線5A—5A、5B—5B、5C—5D、5D—5D截取的、本發明的管子的單卷旋翅片的截面剖視圖。
圖1是熱交換管或傳熱管10的示意圖。熱交換管10包括管壁11、管內表面12和管外表面13。從管壁11的外表面延伸出來的是外翅片22。管子10具有外徑Do，Do中包含翅片的高度。
本發明的管子可以通過滾軋加工而較方便地制造。圖2示出了這種加工方法。在圖2中，成翅機60運轉在由一種可鍛的金屬例如銅制成的管子10上，以在管子上加工出內肋和外翅。成翅機60具有一個或多個刀軸61，每一軸含有刀具組62，由一些成翅盤63、凹槽輪66和光滑輪67組成。在管內延伸的是其上裝有心軸64的心軸軸65。
當管子10旋轉時，管壁11壓在心軸64和成翅盤63之間。在壓力下，金屬流入成翅盤之間的凹槽內從而在管子的外表面上形成一脊或翅片。由于管子旋轉，管子10在心軸64和刀具組62(圖2中從左至右)向前推進從而在管子上形成一些螺旋卷旋翅片，其數目隨成翅機上使用的刀具組61的數目而變。在同一次加工過程中在刀具組62在管子10上形成翅片后，凹槽輪66將斜槽壓入翅片隨后光滑輪67平整和展開翅片的末端。
心軸64如圖2所示，它將以某種式樣的花紋壓入從其上經過的管子管壁的內表面。一種典型的花紋是一個或多個螺旋卷旋肋條。這種花紋能提高流過管子的流體和管壁之間的熱交換效率。
圖3以平面視圖示出了管子外表面的一部分。從管子10的外表面13延伸的是一些卷旋翅片20。每隔一段距離傾斜地延伸穿過每一卷旋翅片的是凹槽30的花紋。在一給定的卷旋翅片中每一對相鄰凹槽之間是一具有一末端23的翅片尖端22。相鄰卷旋翅片之間的翅片節距或間距為Pf。
圖4是本發明的管子的單卷旋翅片的一部分的平面圖。凹槽底座31與管子縱軸AT間的傾斜夾角是角α。翅片末端23與管子縱軸AT間的傾斜角是β。在管子的制造過程中(參看圖2)，由于旋轉和推進管子10、凹槽輪66和光滑輪67間的相互作用，尖端22的軸線從凹槽輪輪齒和卷旋翅片之間的角度稍稍偏過從而使末端軸線角β相對于角α傾斜，即β≠α。
圖5是本發明的管子的單卷旋翅片的偽截面剖視圖。我們使用術語“偽”是由于從卷旋翅片的任一部分截取的截面不大可能完全如圖5所示的截面。但是該圖有助于說明管子的眾多特征。卷旋翅片20自管壁11向外延伸。卷旋翅片20具有鄰近部分21和尖端22。在示出的偽截面中延伸穿過翅片的是一具有凹槽底座32的凹槽。卷旋翅片20的總體高度是Hf。鄰近部分21的寬度Wr并且尖端22的寬度的最大尺寸是Wt。尖端22的外末端是末端23。深入卷旋翅片的凹槽距離或凹槽深度是Dn。在制造加工過程中凹槽輪66(圖2)不是將凹槽從卷旋翅片上切割下而是將凹槽壓入卷旋翅片。來自卷旋翅片的凹槽部分的多余材料移至相鄰凹槽間的區域內并從卷旋翅片的側邊向外移以及朝著卷旋翅片側邊上的管壁11向外移。因此，Wt明顯大于Wr并且足夠大從而使在相鄰卷旋翅片上的末端相互重疊從而在相鄰卷旋翅片之間以及在重疊的末端下形成凹腔。
圖5A、5B、5C和5D是分別沿圖4中線5A—5A、5B—5B、5C—5C和5D—5D截取的卷旋翅片20的截面剖視圖。這些視圖與圖5的偽視圖相比更準確地示出了在各點處的帶槽卷旋翅片20的結構。結合圖5所述的帶槽卷旋翅片的特征同樣適用于圖5A、5B、5C和5D的說明。
我們對一根據本發明制得的樣管進行了測試，該管具有一為1.9厘米(3/4英寸)的公稱外直徑(Do)，0.61毫米(0.0241英寸)的翅片高度，每厘米管長具有22個卷旋翅片的翅片密度(每英寸56個卷旋翅片)，每圓周卷旋翅片有122個凹槽，凹槽的軸線與管子縱軸(AT)的傾斜夾角為45度以及0.20毫米(0.008英寸)的槽深。該測試的樣管具有三個卷旋翅片，或者，用技術行話來說具有三個“翅曲”。
從測試數據而得的推論顯示了本發明的管子的卷旋外表面結構適用于具有從12.5毫米(1/2英寸)至25毫米(1英寸)的公稱外直徑的管子，其中a)每厘米管長有13至28個卷旋翅片(每英寸有33至62個卷旋翅片)，即，翅片節距為0.036至0.84毫米(0.014至0.033英寸)，或者0.036毫為≤Pf≤0.84毫米(0.014英寸≤Pf≤0.033英寸)，b)翅片高度與管子外徑之比在0.02和0.05之間，或者0.02≤Hf/Do≤0.05；c)卷旋翅片上凹槽的密度為每厘米有17至32個凹槽(每英寸42至81個凹槽)；d)凹槽軸線和管子縱軸之間的夾角在40至70度之間，或者40°≤α≤70°e)凹槽深度為翅片高度的0.2至0.8倍，或者0.2≤Dn/Hf≤0.8卷旋翅片或“翹曲翅片”的最佳數目更多地取決于制造的簡易性而不是卷旋翅片數目對熱交換性能的作用大小。
翹曲數的增加增加了能設在管子表面上的卷旋翅片的分布率但也增加了成翅工具上的應力。
權利要求
1.一種改進的熱交換管或傳熱管(10)，其特征在于至少一個外卷旋翅片圍繞所述管子螺旋形設置；多個凹槽(30)圍繞所述管子每隔一定距離徑向地延伸入所述卷旋翅片；每一所述凹槽具有一與所述管子的縱軸(AT)成一傾斜角(α)的底座軸線；所述多個凹槽將所述卷旋翅片分成一鄰近部分(21)和一具有一單一扁平末端(23)的尖端部分(22)，所述尖端部分位于一對相鄰的所述凹槽之間并具有一既大于所述鄰近部分的最大寬度(Wr)又足夠大的最大寬度(Wt)，從而使所述尖端與兩相鄰的卷旋翅片的尖端重疊，和一與所述凹槽底座軸線傾斜的末端軸線。
2.如權利要求1所述的熱交換管，其特征在于每厘米管子上有13至28個卷旋翅片(每英寸33至70個卷旋翅片)；所述卷旋翅片的高度(Hf)與所述管子的外徑Do)之比(Hf/Do)在0.02和0.05之間；所述卷旋翅片上的所述凹槽密度為每厘米有17至32個凹槽(每英寸42至81個凹槽)；所述凹槽底座軸線與所述管子縱軸之間的夾角在40至70度之間；所述凹槽的深度是所述卷旋翅片高度的0.2至0.8倍。
3.一種熱交換管(10)，它包括一具有一外表面(13)的管壁(11)；至少一個由一成翅盤(63)和心軸(64)的相互作用形成的卷旋翅片(20)，它從所述管子的外表面延伸。藉一凹槽輪(66)構成的多個凹槽(30)，它圍繞所述管子的圓周每隔一定間距徑向地伸入所述卷旋翅片，并將所述卷旋翅片分成一鄰近部分和一尖端部分(22)，每一所述凹槽具有一與所述管子的縱軸(AT)呈一傾斜角(α)的底座軸線；所述尖端部分(22)具有藉所述凹槽輪和一光滑輪(67)而形成的一扁平末端(23)，位于一對相鄰的所述凹槽之間，并與兩相鄰卷旋翅片上的相似扁平末端重疊，所述末端位于一對相鄰的所述凹槽之間并具有一大于所述鄰近部分的最大寬度(Wr)的最大寬度(Wt)并具有一與所述凹槽底座軸線傾斜呈(β)角的末端軸線。
全文摘要
一種用在一熱交換器中的熱交換或傳熱管，其中熱量在一流過管子的流體和一圍繞管子外部流動的流體之間交換并且在熱交換過程中管子外部的流體泡核沸騰。管子至少有一個繞其外表面螺旋延伸的卷旋翅片。一種凹槽花紋圍繞管子圓周每隔一定間距以一斜角延伸過卷旋翅片。在每對相鄰凹槽間有一尖端。而末端扁平。尖端最大寬度大于卷旋鄰近部分的寬度并足夠寬以與兩相鄰卷旋翅片上的尖端末端重疊，因此在相鄰卷旋翅片之間以及重疊的末端下形成凹腔。
文檔編號B21C37/20GK1129316SQ9511817
公開日1996年8月21日 申請日期1995年11月17日 優先權日1994年11月17日
發明者史蒂文J·斯潘塞 申請人:運載器有限公司