含壓力傳熱管及其制造方法

專利名稱：含壓力傳熱管及其制造方法
技術領域：
本發明涉及一種熱交換器管，尤其涉及在高壓應用中所使用的熱交換器，例如液壓冷卻器、散熱器、HVAC系統以及C02系統。
背景技術：
對于熱交換器要求在高壓下不能膨脹，并且要求通過在管的內表面上增加凹痕而增加常規管的熱傳輸，還要求可利用用于高壓管技術的更高電導的材料。
還希望通過提供一種具有更厚、更重材料制成底部的管以減少脹鼓來改進高壓管。
并且，某些管由鋁制成，然后被釬焊以生成凹痕。另一種類型的管包括沖壓的微槽以加強。
上述的每一種方法都有缺陷。如果管具有較厚的底壁以防止脹鼓，這會導致比由薄壁材料制成的管要求更重的熱交換器。
不能將釬焊材料容易地應用到某種材料上而且使用釬焊存在環境問題。并且，釬焊工藝由于額外的原材料和附加的加工步驟而增加了成本。
微槽結構使各槽道之間隔離從而限制了傳熱的提高。

發明內容
本發明通過提供一種傳熱管和一種形成具有成形在對置壁上的凹痕部分的傳熱管的方法，從而滿足了上述的所有需求并克服了缺陷。凹痕可以是冷焊或鍛焊，這樣，陷窩或凹痕在管的中間接觸。將布置在管道的第一側的第一凹痕的底部焊接到在管的相對側形成的第二凹痕的底部。


在附圖中圖解了本發明，其中同樣的附圖標記標識全部附圖中相同或類似的部件，其中圖1是本發明的管的局部透視圖；圖2是表示形成管的輥成型裝置的簡圖；圖3是本發明的管的另一實施例的局部透視圖；圖4是本發明的管的另一局部透視圖；圖5是表示在管上形成凹痕的沖壓工序的簡圖；圖6是表示一對在管上形成凹痕的輥的簡圖；圖7是沿著圖1中線7-7的橫截面圖；圖8是具有不同形狀的凹痕的管的平面圖；圖9a是本發明的管的另一實施例的平面圖；圖9a是根據圖9a的線IXB-IXB的剖面圖；圖10是本發明的接點厚度等于零的管的橫截面圖；圖11是凹痕的底壁的另一實施例的橫截面圖；圖12是本發明的管的局部透視圖，其中沿著該管的管軸線在不同區域I，II，III和IV具有不同凹痕。
具體實施例方式
在圖1中，管1具有形成在對置壁2a和2b外側的主外表面200。壁2a和2b由彎曲壁連接。壁2a和2b也具有內表面。管1可以由銅或其它合適的材料構成。管1可由本領域技術人員顯而易見的若干方法所形成。例如如圖2中所示，管1可以這樣形成，取扁材203，利用輥204將其邊緣逐漸卷起成型管，然后將接縫206焊接以連接邊緣。可通過裝置209以連續工序焊接接縫。用于連續焊接管的裝置為通常所公知的，因此在此不再詳細描述。如果管1首先形成圓形輪廓，然后管被壓機210壓平以形成具有對置壁2a和2b的扁管。換句話說，管可成型為扁管結構并焊接成形。同樣，形成管1的其它工藝例如通過拉伸或擠出對于本領域技術人員顯而易見也是合適的。盡管聯系具有基本上扁平對置主表面的管圖解了本發明，但是本發明對于那些具有非扁平主表面的管也是合適的。例如，如圖3中所示，管201上的對置主表面可包括向內彎曲的部分212。其它輪廓也可包括在本發明中。
在圖4中，管1的寬度W范圍可以是從二分之一英寸到5英寸(12.7mm至127mm)。管的高度H的范圍可以從1.5mm至5mm。
凹痕3a和3b可在外側通過冷焊或鍛焊工序形成。冷焊可由沖壓工序形成。在沖壓工序中，具有凸起表面14的一對對置沖模12(圖5)這樣布置使得它們沖壓的管1的主表面成直線排列在管1的對置側。結果，對置的凹痕在每一凹痕底面接觸的接點17處被焊接到一起。換句話說，管1在沖壓以提供鍛焊工序之前可被加熱。同樣，電流EC在冷焊或鍛焊工序期間可通過管1。
如圖6中所示的另一實施例，對置凹痕3a和3b可通過具有凸起表面23以壓花/變形管1的一對輥20焊接而成。輥20上的凸起表面23這樣布置從而在管1的對置主表面上的凹痕3a和3b在每一凹痕底面接觸的接點17處被焊接到一起。管1在由箭頭21所指示的方向穿過輥20。在上述輥壓工序中，管1也可在與輥20接合前被加熱。同樣，電流可在輥壓工序期間通過管1。
在圖7中，形成在管1的對置側的凹痕3a和3b對準布置，從而每一凹痕3a的底部被冷焊到凹痕3b的底部以形成多個柱狀部分4。由于柱狀部分4而使得致冷劑出現紊流，因此改善了傳熱能力。
管1具有限定了主表面200的第一壁2a和第二壁2b，所述主表面彼此基本上平行并以間隔開的關系布置。致冷劑通路24形成在由第一和第二壁環繞的間隙中。多個凹痕3a和3b通過從每一對置的第一和第二壁2a和2b的外側凸出相應的部分而形成，因此，多個對應于凹痕3a和3b的凸起25形成在致冷劑通路24側。
在平面圖中，每一凹痕為橢圓形，橢圓的主軸線沿著管1的縱軸線29。如圖7中所示，對置凹痕3a和3b的頭部制成在焊接區域220處彼此接觸，從而柱狀部分4形成在第一和第二壁2a和2b之間，并且每一個都具有橢圓形橫截面。柱狀部分4的橫截面形狀并不局限于橢圓，圓形、卵形等都是可以的。轉向圖8，接點17的形狀或幾何結構也可包括其它形狀例如菱形30、三角形33、淚珠形36、雙淚珠形39、六角形40、卵形41并包括但不局限于多邊形。對于任意形狀的接點17，當量直徑De＝4A/C(此處A等于接點的總面積和C等于包圍接點的線的長度)。對于本發明，當量直徑范圍在0.5mm至30mm之間。
接點17的面積(圖4中所示的lxw)的范圍在0.5mm2至1000mm2之間。如圖9中所示，由凹痕3a所致的基本上圓形的接點42形成在沿著管1的縱軸線29布置的偏移列上。對于兩種類型的接點，由接點42占據的主表面的百分比范圍可在2-80％之間。
接點厚度的范圍從大約管壁厚度的180％降至0。在圖10中，壁厚范圍降至了0，因為對置凹痕3a和3b可切穿管1從而嵌片50脫離管1。當出現這種狀況時，對置壁環繞密封移除嵌片50處的孔53。
凹痕3a、3b的間距P(圖1)在管軸線29方向上在2mm至1英寸(25.4mm)之間變化。
接點密度在每平方英寸0.1-100個接點(每cm2為0.015-15.5個接點)之間變化。
轉向圖11，在出現焊接處的凹痕3a和3b底部的對置表面可具有平的或不平的表面。例如，對置凹痕可具有脊形表面65，所述脊形表面形狀互補以增加用于焊接的對置凹痕3a和3b接合處的表面積。包括凸和凹表面等的其它形式也是合適的。
管1的內表面可為光滑的或可配置有內部增強件，例如軸向或螺旋布置并具有或不具有網紋的翅片(fin)。圖9中所示的管具有圖形一致的接點42。另外，如圖12中所示，管的主表面沿著縱向或管軸線29可劃分為連續的區域70、73、76和79。每一單獨區域可配置如上所述的不同方案的接點，以改變管1的傳熱特性。尤其是，接點的方案可沿著軸線29變化以提供沿著管2長度變化的蒸汽性質。接點布置在區域70。接點布置在區域73。如所示，在區域70的接點100大于在區域73的接點103。同樣，區域73的接點密度大于區域70的接點密度。繼續在軸線方向上，區域76的接點大于但密度小于區域73的接點。區域79的接點在所有區域中最小且最密。
僅作為實例，接點密度可增加、減小或沿著連續區域變化。同樣，接點大小可增加、減小或以類似方式變化。同樣，接點形狀可在軸線方向以連續區域的形式變化。
對于本領域技術人員顯而易見的是，有一些對焊接有貢獻的因素。這些因素包括表面潔凈度(表面應當干凈并且沒有氧化層)、接點的變形率，連接表面的總變形量、連接前的表面積、以及每一接點的固定變形量。與沖壓冷焊工序相關的是，沖壓范圍、力的性質和力的速度顯然是最重要的因素。
已經確定的是，具有焊接的接縫形式的內部開槽銅管相對于冷焊尤其好，然而，其它類型的傳熱管對于本發明也是合適的。
上述方法和裝置提供了有對置凹痕形成的接點。所述接點改善了高壓HVACR管的傳熱性能并提供了在維持容許壓力降以最大化傳熱時兩個階段的性能以及流動性能。接點可由本領域技術人員顯而易見的任何類型的冷焊形成。接點也可鍛焊而成。接點由不需要金屬切割、釬焊或附加的填充材料的金屬加工工序形成。
在該說明書中所使用的術語“焊接”指通過分界面的永久變形而使金屬接合。
本發明所描述的首先是與扁平銅管有關，然而，本發明同樣可應用于其它材料和其它輪廓的管。
盡管已經聯系某些實施例描述了本發明，但是并不旨在將本發明的范圍限制到所公開的特定形式，相反，旨在覆蓋包括在由所附加的權利要求書所限定的發明的精神和范圍內所作的變化、修改和等效物。
權利要求
1.一種在縱向上具有管軸線的傳熱管，所述管包括第一壁，具有一外表面和一內表面，在該外表面和內表面之間限定了第一壁厚度，該第一壁具有多個沿著第一壁的外表面形成的第一凹痕部分；第二壁，具有一外表面和一內表面，在該外表面和內表面之間限定了第二壁厚度，該第二壁相對于第一壁間隔開布置，第二壁具有形成在其內的并與第一凹痕部分對準布置的多個第二凹痕部分，第二凹痕部分沿著第二壁的外表面布置；第一端壁，將第一壁與第二壁連接；第二端壁，與第一端壁相對布置并將第一端壁連接到第二端壁上；和，其中，位于第一和第二凹痕部分處的第一和第二壁的每個內表面通過冷焊焊接到一起以形成接點。
2.如權利要求1所述的傳熱管，其特征在于，第一和第二凹痕部分通過沖壓形成。
3.如權利要求1所述的傳熱管，其特征在于，通過將管的外表面與布置在輥上的凸出表面結合而形成第一和第二凹痕部分。
4.如權利要求1所述的傳熱管，其特征在于，電流在冷焊期間經過管。
5.如權利要求1所述的傳熱管，其特征在于，第一和第二凹痕部分的形狀從由橢圓、圓形、卵形、菱形、三角形、淚珠形、雙淚珠形、以及多邊形組成的組中選擇。
6.如權利要求1所述的傳熱管，其特征在于，當量直徑在0.5至30mm之間。
7.如權利要求1所述的傳熱管，其特征在于，焊接發生處的接點的面積在0.5mm2至1000mm2之間。
8.如權利要求1所述的傳熱管，其特征在于，第一壁的外表面限定了第一壁面積，每個第一凹痕部分的外表面限定了第一凹痕部分面積，總的第一凹痕部分面積包括第一壁面積的2-80％。
9.如權利要求1所述的傳熱管，其特征在于，接點的厚度在0至約第一壁厚度的180％之間變化。
10.如權利要求1所述的傳熱管，其特征在于，間距沿著管軸線方向在2mm至1英寸之間。
11.如權利要求1所述的傳熱管，其特征在于，接點的密度為每平方英寸0.1-100個接點。
12.如權利要求1所述的傳熱管，其特征在于，第一和第二壁為彎曲的。
13.如權利要求1所述的傳熱管，其特征在于，第一和第二凹痕部分的內表面為平坦的。
14.如權利要求1所述的傳熱管，其特征在于，第一和第二凹痕部分的內表面為彎曲的。
15.如權利要求1所述的傳熱管，其特征在于，第一和第二凹痕部分的內表面為脊形。
16.如權利要求1所述的傳熱管，其特征在于，第一凹痕部分的內表面具有與第二凹痕部分內表面互補的彎曲形狀。
17.如權利要求1所述的傳熱管，其特征在于，第一和第二壁的內表面是基本上光滑的。
18.如權利要求1所述的傳熱管，其特征在于，第一和第二壁的內表面利用翅片增強。
19.如權利要求1所述的傳熱管，其特征在于，管具有沿著管軸線布置的區域。
20.如權利要求19所述的傳熱管，其特征在于，接點的密度沿著管軸線方向在連續區域內變化。
21.如權利要求19所述的傳熱管，其特征在于，接點的密度沿著管軸線方向在連續區域內增加。
22.如權利要求19所述的傳熱管，其特征在于，接點的密度沿著管軸線方向在連續區域內減小。
23.如權利要求19所述的傳熱管，其特征在于，接點的密度在連續區域內沿著管軸線方向在第一密度和大于第一密度的第二密度之間交變。
24.如權利要求19所述的傳熱管，其特征在于，接點的尺寸沿著管軸線方向在連續區域內增加。
25.如權利要求19所述的傳熱管，其特征在于，接點的尺寸沿著管軸線方向在連續區域內減小。
26.如權利要求19所述的傳熱管，其特征在于，接點的尺寸在連續區域內在第一接點尺寸和第二接點尺寸之間交變，第二接點尺寸大于第一接點尺寸。
27.如權利要求1所述的傳熱管，其特征在于，管為內部增強銅管。
28.如權利要求21所述的傳熱管，其特征在于，管由輥壓成形并在接縫處被焊接。
29.如權利要求21所述的傳熱管，其特征在于，管被擠壓出。
30.如權利要求21所述的傳熱管，其特征在于，管首先成形為圓形橫截面，然后由壓機壓平。
31.一種形成傳熱管的方法，該方法包括形成一具有第一壁、第二壁、第一端壁和第二端壁的管，所述第一壁具有一外表面和一內表面，在該外表面和內表面之間限定了第一壁厚度，所述第二壁具有一外表面和一內表面，在該外表面和內表面之間限定了第二壁厚度，第二壁相對于第一壁間隔開布置，第一端壁將第一壁連接到第二壁上，第二端壁相對第一端壁布置并將第一端壁連接到第二端壁上；和在第一壁中形成多個第一凹痕部分，并在第二壁形成多個第二凹痕部分，這樣在第一和第二凹痕部分處的第一和第二壁的內表面被冷焊到一起形成接點。
32.一種沿縱向具有管軸線的傳熱管，該管包括第一壁，具有一外表面和一內表面，在該外表面和內表面之間限定了第一壁厚度，該第一壁具有多個沿著第一壁的外表面形成的第一凹痕部分；第二壁，具有一外表面和一內表面，在該外表面和內表面之間限定了第二壁厚度，第二壁相對于第一壁間隔開地布置，第二壁具有形成在其內的并與第一凹痕部分對準布置的多個第二凹痕部分，第二凹痕部分沿著第二壁的外表面布置；第一端壁，將第一壁與第二壁連接；第二端壁，與第一端壁相對布置并將第一端壁連接到第二端壁上；和，其中，位于第一和第二凹痕部分處的第一和第二壁的每個內表面通過鍛焊焊接到一起以形成接點。
33.如權利要求32所述的傳熱管，其特征在于，第一和第二凹痕部分形狀從由橢圓、圓形、卵形、菱形、三角形、淚珠形、雙淚珠形、以及多邊形所組成的組中選擇。
34.如權利要求32所述的傳熱管，其特征在于，當量直徑在0.5至30mm之間。
35.如權利要求32所述的傳熱管，其特征在于，焊接發生處的接點面積在0.5mm2至1000mm2之間。
36.如權利要求32所述的傳熱管，其特征在于，第一壁的外表面限定了第一壁面積，每個第一凹痕部分的外表面限定了第一凹痕部分面積，總的第一凹痕部分面積包括第一壁面積的2-80％。
37.如權利要求32所述的傳熱管，其特征在于，接點的厚度在從0至第一壁厚度的約180％之間變化。
38.如權利要求32所述的傳熱管，其特征在于，間距沿著管軸線方向在2mm至1英寸之間。
39.如權利要求32所述的傳熱管，其特征在于，接點的密度為每平方英寸0.1-100個接點。
40.如權利要求32所述的傳熱管，其特征在于，第一和第二壁為彎曲的。
41.如權利要求32所述的傳熱管，其特征在于，第一和第二凹痕部分的內表面為平坦的。
42.如權利要求32所述的傳熱管，其特征在于，第一和第二凹痕部分的內表面為彎曲的。
43.如權利要求32所述的傳熱管，其特征在于，第一和第二凹痕部分的內表面為脊形。
44.如權利要求32所述的傳熱管，其特征在于，第一凹痕部分的內表面具有與第二凹痕部分的內表面互補的彎曲形狀。
45.如權利要求32所述的傳熱管，其特征在于，第一和第二壁的內表面是基本上光滑的。
46.如權利要求32所述的傳熱管，其特征在于，第一和第二壁的內表面利用翅片增強。
47.如權利要求32所述的傳熱管，其特征在于，管具有沿著管軸線布置的區域。
48.如權利要求47所述的傳熱管，其特征在于，接點的密度沿著管軸線方向在連續區域內變化。
49.如權利要求47所述的傳熱管，其特征在于，接點的密度沿著管軸線方向在連續區域內增加。
50.如權利要求47所述的傳熱管，其特征在于，接點的密度沿著管軸線方向在連續區域內減小。
51.如權利要求47所述的傳熱管，其特征在于，接點的密度在連續區域內沿著管軸線方向在第一密度和大于第一密度的第二密度之間交變。
52.如權利要求47所述的傳熱管，其特征在于，接點的尺寸沿著管軸線方向在連續區域內增加。
53.如權利要求47所述的傳熱管，其特征在于，接點的尺寸沿著管軸線方向在連續區域內減小。
54.如權利要求47所述的傳熱管，其特征在于，接點的尺寸在連續區域內在第一接點尺寸和第二接點尺寸之間交變，第二接點尺寸大于第一接點尺寸。
55.如權利要求32所述的傳熱管，其特征在于，管為內部增強銅管。
56.如權利要求32所述的傳熱管，其特征在于，管由輥壓成形并在接縫處被焊接。
57.如權利要求32所述的傳熱管，其特征在于，管被擠壓出。
58.如權利要求32所述的傳熱管，其特征在于，管首先成形為圓形橫截面然后由壓機壓平。
全文摘要
一種傳熱管和一種形成具有成形在對置壁上的凹痕的傳熱管的方法。凹痕可以被冷焊或鍛焊，從而陷窩或凹痕在管的中間接觸。布置在管道的第一側的第一凹痕的底部焊接到形成在管的相對側的第二凹痕的底部上。
文檔編號F28F3/04GK1826503SQ200480020036
公開日2006年8月30日 申請日期2004年7月14日 優先權日2003年7月15日
發明者E·G·羅特曼, D·L·本內特, T·L·格伯爾, S·安德森, 唐良猷 申請人:奧托庫姆普銅產品公司