專利名稱：傳熱管及其制造方法和用途的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體涉及傳熱管及其制造方法和用途。更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及一種改進(jìn)的沸騰管及其制造方法，以及該管在改進(jìn)的制冷劑蒸發(fā)器或冷卻器中的用途。
背景技術(shù)：
工業(yè)用空調(diào)和制冷系統(tǒng)的一個(gè)組成裝置是制冷劑蒸發(fā)器或冷卻器。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，冷卻器吸收進(jìn)入設(shè)備的冷卻介質(zhì)的熱量，并將再生的冷卻介質(zhì)送入空調(diào)或制冷系統(tǒng)，以對(duì)設(shè)備、裝置或給定區(qū)域進(jìn)行冷卻。制冷劑蒸發(fā)器或冷卻器用液態(tài)制冷劑或其他工作流體完成該項(xiàng)功能。制冷劑蒸發(fā)器或冷卻器降低冷卻介質(zhì)例如水(或其他流體)的溫度，降到低于周?chē)h(huán)境的溫度以供空調(diào)或制冷系統(tǒng)使用。
一種類(lèi)型的冷卻器是溢流式冷卻器。在溢流式冷卻器中，多個(gè)傳熱管完全浸入兩相沸騰的制冷劑中。制冷劑通常采用有特定沸騰溫度的烴的氟氯化合物(即“氟里昂”)。冷卻介質(zhì)，通常是水，由冷卻器處理。冷卻介質(zhì)進(jìn)入蒸發(fā)器并被送入浸于沸騰的液態(tài)制冷劑內(nèi)的多個(gè)傳熱管中，由此，這些傳熱管通常被稱為“沸騰管”。通過(guò)多個(gè)傳熱管的冷卻介質(zhì)將其熱量傳給沸騰的制冷劑，其自身得到冷卻。從沸騰的制冷劑中出來(lái)的蒸汽被送入壓縮機(jī)，該壓縮機(jī)將蒸汽壓縮至高溫高壓狀態(tài)。高溫高壓的蒸汽接著進(jìn)入冷凝器被冷凝，隨后進(jìn)入膨脹裝置和蒸發(fā)器以降低溫度和壓力。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以想到前述發(fā)生就是熟知的制冷循環(huán)。
眾所周知，浸入制冷劑的沸騰管的換熱能力可以通過(guò)在傳熱管外表面形成翅片得以提高。通過(guò)改進(jìn)沸騰管和冷卻介質(zhì)接觸的內(nèi)表面可以提高換熱能力也是公知的。改進(jìn)換熱管內(nèi)表面的一個(gè)例子可參見(jiàn)授權(quán)給Wither，Jr.等人的美國(guó)專利3847212，該專利公開(kāi)了在換熱管內(nèi)表面形成脊?fàn)钔蛊鸬姆椒ā?br> 通過(guò)改進(jìn)翅片進(jìn)一步提高換熱能力也是公知的。例如一些沸騰管被制成泡核沸騰管。泡核沸騰管的外表面形成多重空腔或孔隙(通常稱為沸騰或泡核區(qū))，用以提供可以形成小的制冷劑汽泡的開(kāi)口。汽泡總是在泡核區(qū)的底部或根部形成并逐漸變大，直至脫離管子外表面。汽泡脫離之后，另外的液態(tài)制冷劑填補(bǔ)空缺，這個(gè)過(guò)程不斷重復(fù)，形成其他汽泡。這樣，液態(tài)制冷劑在金屬管外表面上的多個(gè)泡核沸騰區(qū)被沸騰或蒸發(fā)。
授權(quán)給Cunningham等人的美國(guó)專利4660630公開(kāi)了通過(guò)對(duì)管子外表面上的翅片切凹槽或開(kāi)槽以形成泡核沸騰空腔或孔隙。凹槽在和翅片平面基本垂直的方向上形成。管件內(nèi)表面包括螺旋凸起。該專利也公開(kāi)了交叉開(kāi)槽的操作方法，該方法將翅片端部變形，形成比表面開(kāi)口更寬的泡核沸騰空腔(或通道)。這種結(jié)構(gòu)允許汽泡向外穿過(guò)空腔，到達(dá)或穿過(guò)更窄的表面開(kāi)口，更加強(qiáng)化了傳熱。按照Cunningham等人的專利制造出的各種換熱管由Wolverine Tube公司經(jīng)銷(xiāo)，其商標(biāo)為T(mén)URBO-B。商標(biāo)為T(mén)URBO-BII的另一種泡核沸騰管，其凹槽和翅片平面成銳角。
在一些傳熱管中，翅片成形后被滾壓和/或碾平以在大的空腔或通道上層疊產(chǎn)生較窄的間隙，這些空腔或通道由翅片根部和相鄰的一對(duì)翅片的側(cè)面界定。以下美國(guó)專利中的管件是上述傳熱管的示例授權(quán)給Cunningham等人的美國(guó)專利4660630；授權(quán)給Zohler的美國(guó)專利4765058；授權(quán)給Zohler的美國(guó)專利5054548；授權(quán)給Nishizawa等人的美國(guó)專利5186252；授權(quán)給Chiang等人的美國(guó)專利5333682。
控制泡核沸騰孔隙的密度和大小已在已有技術(shù)中公開(kāi)。此外，孔隙大小和制冷劑類(lèi)型之間的相互關(guān)系也在已有技術(shù)中公開(kāi)。例如，授權(quán)給Bohler的美國(guó)專利5146979提出使用的管的泡核沸騰孔隙的大小在0.000220至0.000440平方英寸(孔隙總面積占總外表面積的14％-28％)范圍內(nèi)時(shí)，可以提高使用高壓制冷劑的性能。再例如，授權(quán)給Thors等的美國(guó)專利5697430也公開(kāi)了一種具有多個(gè)在徑向向外延伸的螺旋翅片的換熱管。該管的內(nèi)表面有許多螺旋脊?fàn)钔蛊稹Ｍ獗砻娴某崞?jīng)開(kāi)凹槽形成了有孔隙的泡核沸騰區(qū)。翅片和凹槽隔開(kāi)使孔隙平均面積小于0.00009平方英寸，孔隙密度為每平方英寸管件外表面至少2000個(gè)。內(nèi)表面上的螺旋脊?fàn)钔蛊鹩蓄A(yù)定的脊高和間距，并以預(yù)定的螺旋角定位。按照上述發(fā)明制造的管件已經(jīng)以TURBO-BIII為商標(biāo)進(jìn)行生產(chǎn)和銷(xiāo)售。
工業(yè)上繼續(xù)探究新的改進(jìn)的設(shè)計(jì)來(lái)增強(qiáng)傳熱和冷卻器性能。例如，美國(guó)專利5333628公開(kāi)了一種具有外部表面的傳熱管，為促進(jìn)泡核沸騰，不僅增加了管子外表面面積，還提供了泡核區(qū)的再入腔。同樣的，美國(guó)專利6167950公開(kāi)了一種冷凝器用傳熱管，有凹槽和翅片的表面促進(jìn)制冷劑從翅片中溢出。由上述的技術(shù)進(jìn)步可知，提高泡核沸騰傳熱管的傳熱性能并將其生產(chǎn)成本和制冷系統(tǒng)操作成本維持在最低水平仍然是一個(gè)目標(biāo)。這些目標(biāo)包括設(shè)計(jì)更有效的傳熱管和冷卻器，以及這種傳熱管的生產(chǎn)方法。基于上述目的，本發(fā)明旨在總體上改進(jìn)換熱管的性能，特別是用在溢流式冷卻器或降膜式冷卻器中的換熱管性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明通過(guò)形成和提供加強(qiáng)的泡核沸騰空腔來(lái)改進(jìn)現(xiàn)有的傳熱管和制冷劑蒸發(fā)器，這種改進(jìn)增強(qiáng)了管子換熱能力，其結(jié)果是提高了使用一根或多根這種管子的冷卻器的性能?？梢岳斫猓景l(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例包含或包括一個(gè)具有至少一個(gè)雙腔沸騰空腔或孔隙的管子。盡管這里揭示的傳熱管使用在高壓沸騰制冷劑中特別有效，它們同樣可用于低壓制冷劑。
本發(fā)明包括一種改進(jìn)的傳熱管。本發(fā)明改進(jìn)的傳熱管適用于沸騰式或降膜式蒸發(fā)應(yīng)用，該傳熱管的外表面和沸騰的液態(tài)制冷劑接觸。在優(yōu)選實(shí)施例中，傳熱管外表面形成有多個(gè)徑向向外延伸的螺旋翅片。翅片上開(kāi)有凹槽，端部彎曲形成泡核沸騰空腔。翅片根部也可開(kāi)凹槽以增加泡核沸騰空腔的體積和大小。翅片的頂表面彎曲并碾壓以形成第二個(gè)空腔。這種結(jié)構(gòu)限定出雙腔孔隙或通道來(lái)增加汽泡的產(chǎn)生。管子內(nèi)表面也被增強(qiáng)，例如，沿內(nèi)表面提供螺旋脊?fàn)钔蛊?，進(jìn)一步增強(qiáng)流經(jīng)傳熱管的冷卻介質(zhì)和傳熱管浸入其中的制冷劑之間的傳熱。當(dāng)然，本發(fā)明不局限于任何特殊的內(nèi)表面增強(qiáng)措施。
本發(fā)明還包括改進(jìn)的傳熱管的制造方法。本發(fā)明方法的優(yōu)選實(shí)施例包括以下步驟在傳熱管外表面上形成多個(gè)沿徑向向外延伸的翅片，彎曲傳熱管外表面上的翅片，開(kāi)凹槽并彎曲剩余的(在凹槽之間的)材料形成雙腔泡核沸騰區(qū)，增強(qiáng)流經(jīng)傳熱管的冷卻介質(zhì)和傳熱管浸入其中的制冷劑之間的傳熱。
本發(fā)明還包括改進(jìn)的制冷劑蒸發(fā)器。改進(jìn)的蒸發(fā)器或冷卻器包括至少一個(gè)按照本發(fā)明制造的傳熱管，該傳熱管適用于沸騰式蒸發(fā)器或降膜式蒸發(fā)器。在優(yōu)選實(shí)施例中，傳熱管的外部包括許多沿徑向向外延伸的翅片。翅片開(kāi)有凹槽。彎曲翅片以增加進(jìn)行熱交換的可用面積，并形成雙腔泡核沸騰區(qū)，從而增強(qiáng)傳熱性能。
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種改進(jìn)的傳熱管。
本發(fā)明的又一目的是提供一種適于溢流式蒸發(fā)器和降膜式蒸發(fā)器使用的改進(jìn)的傳熱管。
本發(fā)明的又一目的是提供一種限定了至少一個(gè)雙腔泡核沸騰區(qū)的改進(jìn)的傳熱管。
本發(fā)明的又一目的是提供一種適于沸騰式蒸發(fā)器和降膜式蒸發(fā)器使用的傳熱管的制造方法，在該傳熱管的外表面具有至少一個(gè)雙腔泡核沸騰區(qū)以增強(qiáng)傳熱管的傳熱能力。
本發(fā)明的又一目的是提供一種改進(jìn)的泡核沸騰管，管子外表面上的翅片彎曲，為對(duì)流蒸發(fā)提供額外的表面積，從而增強(qiáng)傳熱管換熱能力。
本發(fā)明的又一目的是提供一種在管外表面上具有表面增強(qiáng)措施的傳熱管，可由翅片產(chǎn)生裝置在其外表面一次加工成形。
本發(fā)明的又一目的是提供一種包括對(duì)內(nèi)表面進(jìn)行表面增強(qiáng)的傳熱管，促進(jìn)管內(nèi)液體流動(dòng)，增加內(nèi)表面積，并促進(jìn)流體和內(nèi)表面的接觸，從而進(jìn)一步增強(qiáng)傳熱管的換熱能力。
本發(fā)明的又一目的是提供一種限定了至少一個(gè)雙腔泡核沸騰區(qū)的改進(jìn)的傳熱管的制造方法。
本發(fā)明的又一目的是提供一種改進(jìn)的制冷劑蒸發(fā)器。
本發(fā)明的又一目的是提供一種具有至少一個(gè)帶有至少一個(gè)雙腔泡核沸騰區(qū)的傳熱管的改進(jìn)的制冷劑蒸發(fā)器。
本發(fā)明的又一目的是提供一種具有多個(gè)傳熱管的改進(jìn)的制冷劑蒸發(fā)器，每根管上有多個(gè)雙腔泡核沸騰區(qū)。
本發(fā)明的又一目的是提供一種具有至少一個(gè)有雙腔泡核沸騰區(qū)的傳熱管的改進(jìn)的制冷劑蒸發(fā)器。
本發(fā)明的又一目的是提供一種通過(guò)彎曲翅片限定多腔泡核沸騰區(qū)制造傳熱管的方法。
本發(fā)明的這些目的和其他特征及優(yōu)點(diǎn)將通過(guò)閱讀具體發(fā)明內(nèi)容包括附圖來(lái)證明和理解。


圖1是按照本發(fā)明制造的制冷劑蒸發(fā)器示意圖。
圖2是按照本發(fā)明制造的傳熱管的軸向剖面局部放大圖。
圖3是按照本發(fā)明制造的傳熱管的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的軸向剖面局部放大圖。
圖4是圖2的傳熱管進(jìn)行翅片彎曲后的外表面的顯微照相。
圖5是圖4沿線3-3的剖面圖。
圖6是圖4沿線4-4的剖面圖。
圖7是按照本發(fā)明制造的傳熱管翅片彎曲之前進(jìn)行根部和翅片上開(kāi)凹槽操作之后的外表面的顯微照相。
圖8是圖3傳熱管外表面的示意圖。
圖9是本發(fā)明的傳熱管和美國(guó)專利5697430公開(kāi)的傳熱管效率因子的比較圖表。
圖10是本發(fā)明的傳熱管和美國(guó)專利5697430公開(kāi)的傳熱管內(nèi)部傳熱性能的比較圖表。
圖11是本發(fā)明的傳熱管和美國(guó)專利5697430公開(kāi)的傳熱管的壓降的比較圖表。
圖12是制冷劑為HFC-134a時(shí)傳熱管在不同的熱通量Q/Ao下的總傳熱系數(shù)Uo的比較圖表。
具體實(shí)施例方式
下面詳細(xì)說(shuō)明附圖，在附圖里，相同的數(shù)字表示相同的部件。附圖1表示按照本發(fā)明制造的多個(gè)傳熱管，以10表示。傳熱管10置于制冷劑蒸發(fā)器14內(nèi)。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，單根管10a、10b、10c是制冷機(jī)的蒸發(fā)器14內(nèi)使用的可能幾百個(gè)傳熱管10中有代表性的。傳熱管10可以以任何合適的方式固定以完成本發(fā)明。蒸發(fā)器14包括沸騰制冷劑15，制冷劑15從冷凝器經(jīng)開(kāi)口20進(jìn)入蒸發(fā)器14的外殼18。外殼18中的沸騰制冷劑15有兩相，液相和汽相。制冷劑蒸汽通過(guò)蒸汽出口21脫離外殼18。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，制冷劑蒸汽送入壓縮機(jī)，被壓縮成高溫高壓蒸汽，以備公知的制冷循環(huán)使用。
在此詳細(xì)描述多個(gè)傳熱管10a-c，它們以任何合適的方式放入并懸置在外殼18內(nèi)。例如傳熱管10a-c可以由擋板或類(lèi)似物支承。制冷劑蒸發(fā)器的這種結(jié)構(gòu)公知于現(xiàn)有技術(shù)。冷卻介質(zhì)，經(jīng)常是水，通過(guò)入口21進(jìn)入蒸發(fā)器14并進(jìn)入入口集箱24。以相對(duì)較熱的狀態(tài)進(jìn)入蒸發(fā)器的冷卻介質(zhì)從集箱24進(jìn)入多個(gè)傳熱管10a-c，在此冷卻介質(zhì)將其熱量傳給沸騰制冷劑15。冷卻后的冷卻介質(zhì)流過(guò)傳熱管10a-c并從中流出進(jìn)入出口集箱27。再生后的冷卻介質(zhì)經(jīng)出口28流出蒸發(fā)器14。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解溢流式蒸發(fā)器僅是制冷劑蒸發(fā)器的一個(gè)例子。該領(lǐng)域中已知的還有幾種其他類(lèi)型的蒸發(fā)器，包括吸收式制冷機(jī)用蒸發(fā)器，以及降膜制冷機(jī)中采用的蒸發(fā)器。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以想到本發(fā)明可普遍用于冷卻器和蒸發(fā)器，并且本發(fā)明不局限于商標(biāo)和類(lèi)型。
圖2是典型傳熱管10的局部平面放大圖。與圖2相匹配，圖3是優(yōu)選傳熱管16的剖面放大圖。首先看圖2，傳熱管10具有一個(gè)外表面30，一個(gè)內(nèi)表面35，內(nèi)表面上有許多脊?fàn)钔蛊?8。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以想到管內(nèi)表面可以是光滑的，也可以有脊?fàn)钔蛊鸹虬疾郏蛞云渌绞皆鰪?qiáng)換熱。因此，可以理解為本發(fā)明實(shí)施例盡管顯示的是許多脊?fàn)钔蛊?，但這并不限定本發(fā)明。
轉(zhuǎn)到典型實(shí)施例，在管內(nèi)表面上的脊?fàn)钔蛊?8的間距為“p”，寬度為“b”，高度為“e”，每個(gè)值都由圖3確定。間距“p”限定脊?fàn)钔蛊?8之間的距離，高度“e”限定脊?fàn)钔蛊?8的頂端39和脊?fàn)钔蛊?8的最內(nèi)側(cè)之間的距離，寬度“b”由脊?fàn)钔蛊?8和頂端39相接觸的外側(cè)最上端處測(cè)量得出。螺旋角“θ”由管的軸線處測(cè)量，也由圖3示出。因此，可以理解，傳熱管10(典型實(shí)施例中的)的內(nèi)表面35具有螺旋脊?fàn)钔蛊?8，并且這些脊?fàn)钔蛊鹩蓄A(yù)定的脊高和間距，并按一定螺旋角對(duì)齊。這些預(yù)定的尺寸可以根據(jù)特殊要求而更改。例如授權(quán)給Wither，Jr.的美國(guó)專利3847212公開(kāi)了以較大間距(0.333英寸)和較大螺旋角(51°)排列的數(shù)量較少的脊?fàn)钔蛊?。?yōu)化選擇這些參數(shù)可更好地增強(qiáng)傳熱管的換熱能力。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以想到這種內(nèi)表面增強(qiáng)措施，不需在此進(jìn)行詳述。例如，授權(quán)給Wither，Jr.等人的美國(guó)專利3847212公開(kāi)了這種內(nèi)表面增強(qiáng)措施的結(jié)構(gòu)和成型方法。
傳熱管10的外表面30一般講開(kāi)始是光滑的。因此可以理解，隨后，對(duì)外表面30加工變形或增強(qiáng)來(lái)產(chǎn)生多個(gè)翅片50，進(jìn)而如下所述，提供多重雙腔泡核沸騰區(qū)55。盡管本發(fā)明詳細(xì)描述的是雙腔泡核沸騰區(qū)，也可以想到本發(fā)明包括的傳熱管具有多于兩腔的泡核沸騰區(qū)。這些區(qū)域55，通常指空腔或孔隙，包括通常置于管外表面30上或其下的管結(jié)構(gòu)上的開(kāi)口56。開(kāi)口56作為小循環(huán)系統(tǒng)來(lái)引導(dǎo)液態(tài)制冷劑進(jìn)入回路或通道，以使制冷劑和泡核區(qū)相接觸。這種類(lèi)型的開(kāi)口一般由在管外裝翅片而產(chǎn)生，通常在翅片頂端形成縱向凹槽或缺口，然后加工外表面使之變形，從而在傳熱管表面上得到平坦的區(qū)域，但在翅片根部有通道。
更詳細(xì)地說(shuō)明圖2和圖3，傳熱管10的外表面30在其上形成有多個(gè)翅片50。翅片50可以使用傳統(tǒng)的加翅機(jī)械以已知的方法制作，例如，可參考授權(quán)給Cunningham等人的美國(guó)專利4729155。使用的輥軸數(shù)量取決于制造因素如管子大小、生產(chǎn)能力等。輥軸按一個(gè)合適的增量環(huán)繞管子設(shè)置，每個(gè)輥軸優(yōu)選地以和管子軸線成一定角度的方向裝配。
更詳細(xì)地說(shuō)明圖7和圖8，加翅盤(pán)在管子外表面按壓或加工變形金屬形成翅片50，以及相對(duì)較深的凹槽或通道52?？梢钥闯?，通道52在翅片50之間形成，并且兩者都環(huán)繞傳熱管10。由圖3可以看出，翅片50有一定高度，其由通道52(或凹槽)的內(nèi)側(cè)部分57到翅片的外側(cè)表面58處測(cè)量。另外，翅片50的數(shù)量可以根據(jù)不同的應(yīng)用而變化。翅片高度的優(yōu)選范圍是0.015到0.060英寸，每英寸翅片數(shù)的優(yōu)選范圍是40到70，但這不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限定。由此可以理解，制作翅片的過(guò)程生成了多個(gè)第一通道52，如圖7和圖8所示。
翅片成形后，再對(duì)每個(gè)翅片50的外表面57進(jìn)行開(kāi)槽從而得到多個(gè)第二通道62。這種開(kāi)槽可由開(kāi)槽盤(pán)來(lái)實(shí)現(xiàn)(例如可參見(jiàn)授權(quán)給Cunningham的美國(guó)專利4729155)。第二通道62位于與第一通道52成一定角度的位置，并與其相互連接，如圖7和圖8所示。美國(guó)專利5697430中公開(kāi)的開(kāi)槽操作是完成這種開(kāi)槽操作的適宜的方法，這樣，限定出了第二通道62，并形成了許多凹槽64。
開(kāi)槽之后，翅片50的外表面57由壓縮盤(pán)碾平或彎曲(例如可參見(jiàn)授權(quán)給Cunningham的美國(guó)專利4729155)。這一步驟碾平或彎曲每個(gè)翅片的頂端或頭部，制造出如圖7和圖8所示的外形?？梢岳斫猓笆龅牟僮髟谕ǖ?2和62的交界處生成多個(gè)孔隙70。這些孔隙70限定出泡核沸騰區(qū)，每個(gè)泡核沸騰區(qū)由孔隙的尺寸來(lái)限定。更詳細(xì)地，見(jiàn)圖3，第一次碾平或彎曲操作形成了主泡核沸騰空腔72。
碾平之后，翅片50被一個(gè)滾壓工具再次滾壓或彎曲。滾壓操作越過(guò)碾平的翅片頂端施加作用力。翅片50被用工具彎曲或滾壓從而至少部分地覆蓋翅片凹槽64，這樣就在彎曲的翅片50和翅片凹槽64之間形成了第二泡核沸騰空腔74。第二空腔74在主空腔30上提供額外的翅片面積，以促成更強(qiáng)的對(duì)流和泡核沸騰。這樣，孔隙70在通道52和62的交界處生成。每個(gè)孔隙70有孔隙開(kāi)口，其決定蒸汽從沸騰或泡核區(qū)溢出的開(kāi)口尺寸。本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例限定了兩個(gè)空腔，主空腔72和第二空腔74，來(lái)增強(qiáng)傳熱管的性能。
傳熱管10優(yōu)選地在翅片(“翅片根部區(qū)域”)之間的第一通道52上開(kāi)凹槽，這樣就在根部表面上形成根部凹槽。開(kāi)凹槽由根部開(kāi)槽盤(pán)來(lái)完成。盡管在根部區(qū)域可能要開(kāi)各種形狀和大小的根部凹槽，但是根部凹槽通常優(yōu)選地制成梯形。盡管環(huán)繞每個(gè)凹槽20一周可以形成任何數(shù)量的根部凹槽，但一個(gè)圓周根部凹槽的推薦個(gè)數(shù)是至少20到100個(gè)，優(yōu)選47個(gè)。另外，根部凹槽26優(yōu)選的深度范圍是0.0005英寸至0.005英寸，最優(yōu)值是0.0028英寸。
對(duì)傳熱管10的內(nèi)表面35和外表面30的增強(qiáng)措施增加了傳熱管的總效率，這是通過(guò)增加外部(ho)和內(nèi)部(hi)的傳熱系數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，進(jìn)而增加了總傳熱系數(shù)(Uo)，同時(shí)降低了從管子一側(cè)到另一側(cè)的總熱阻(RT)。傳熱管10內(nèi)表面35的各個(gè)參數(shù)通過(guò)增加流體可能接觸的表面積來(lái)增加內(nèi)部傳熱系數(shù)(hi)，并且允許傳熱管10內(nèi)的流體在傳熱管10的整個(gè)管長(zhǎng)形成渦流。渦流可以使流體和內(nèi)表面14處于較好的傳熱接觸狀態(tài)，但是避免了過(guò)多的湍流，這些湍流將產(chǎn)生不希望有的壓降。
此外，傳熱管外表面30的根部開(kāi)槽以及彎曲(和傳統(tǒng)的碾平相反)翅片50增加了管外的熱交換，也因此增加了外傳熱系數(shù)(ho)。根部凹槽增加了泡核沸騰空腔的大小和表面積以及泡核區(qū)的數(shù)量，有助于保持表面濕度，這樣在需要的位置就會(huì)有表面張力，表面張力有助于促進(jìn)更薄的膜態(tài)沸騰。翅片彎曲的結(jié)果是在每個(gè)主空腔50上形成了更多的空腔(如第二空腔74)，這些空腔用于向制冷劑傳導(dǎo)更多的熱量，上升的汽泡以對(duì)流和/或泡核沸騰的方式脫離第二空腔60，傳熱穿過(guò)液體和蒸汽的中間相，其中泡核沸騰取決于熱通量和液體/蒸汽沿傳熱管外表面的運(yùn)動(dòng)。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以想到，外部沸騰系數(shù)是泡核沸騰項(xiàng)和對(duì)流分量的函數(shù)。盡管泡核沸騰是傳熱的主要因素，對(duì)流項(xiàng)也很重要，而在溢流式蒸發(fā)器制冷機(jī)中，對(duì)流項(xiàng)是更重要的因素。
本發(fā)明的傳熱管10在各方面都勝過(guò)美國(guó)專利5697430公開(kāi)的傳熱管(在后面的表格和圖表中稱為“T-BIII管”)，在如今普遍商業(yè)化應(yīng)用的傳熱管中，本發(fā)明傳熱管的蒸發(fā)性能是最好的。為了對(duì)本發(fā)明改進(jìn)的傳熱管10(在后面的表格和圖表中稱為新管)和T-BIII管進(jìn)行比較，表1列出了新管和T-BIII管的尺寸特征。
表1具有多起點(diǎn)的內(nèi)部脊?fàn)钔蛊鸬你~管的尺寸特征

表2比較了新管和T-BIII管的內(nèi)部性能參數(shù)。在管側(cè)水流速度恒為5GPM，平均水溫恒為50°F的條件下對(duì)兩種管進(jìn)行比較。表2是對(duì)標(biāo)稱外徑為3/4英寸的傳熱管進(jìn)行的比較。
表2具有多起點(diǎn)的內(nèi)部脊?fàn)钔蛊鸬脑囼?yàn)用銅管的管側(cè)性能特征

上述數(shù)據(jù)表明了新管壓降的減少和傳熱效率的增加。由表2和圖11可以看出，相對(duì)于具有光滑內(nèi)壁的管子，在5GPM的恒定流速下，新管的壓降率(Δpe/Δps)比T-BIII管小約5％。由表2和圖10還可以看出，新管的斯坦頓數(shù)比(Ste/Sts)比T-BIII管高約2％。壓降和斯坦頓數(shù)比可以綜合至傳熱相對(duì)壓降的總比率，定義為“效率因子”(η)，和光滑內(nèi)壁管相比，這是壓降與傳熱的總測(cè)量值。流速為5GPM時(shí)，新管的效率因子η為0.82，而T-BIII管的為0.78，新管提高了約5％，如圖9所示。流速為7GPM(通常的操作條件)時(shí)，效率因子將得到更大的提高。
表3比較了新管和T-BIII管的外部性能參數(shù)。管子長(zhǎng)8英尺，分別懸吊于溫度低于58.3華氏溫度的制冷劑儲(chǔ)槽中。水流速保持在5.3英尺/秒，入口水溫使所有管子的平均熱通量保持在7000Btu/hr ft2的定值。管子由銅制成，有3/4英寸的標(biāo)稱外徑，并有相同的壁厚。所有測(cè)試中制冷劑均不含油。
表3具有多起點(diǎn)的內(nèi)部脊?fàn)钔蛊鸬脑囼?yàn)用銅管的外側(cè)和總的性能特征。

圖11是新管和T-BIII管在HFC-134a制冷劑中不同熱通量Q/Ao下的總傳熱系數(shù)Uo的比較圖表。水流速為5GPM，熱通量為7000(Btu/hr ft2)時(shí)，新管的總傳熱系數(shù)比T-BIII管提高15％(也見(jiàn)表3)。
前面所述是為了說(shuō)明、解釋和描述本發(fā)明的實(shí)施例。進(jìn)一步的修改和改進(jìn)這些實(shí)施例對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員是顯而易見(jiàn)的，都將被認(rèn)為是不脫離本發(fā)明要旨或下述權(quán)利要求的保護(hù)范圍。另外，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員能夠根據(jù)本發(fā)明的公開(kāi)，得到具有獨(dú)特外形的翅片，其生成了具有多重空腔的泡核沸騰區(qū)，例如雙腔。本發(fā)明提供這種獨(dú)特外形不需削掉任何金屬來(lái)生成孔隙，并且提供一種制造改進(jìn)的傳熱管的改進(jìn)的制造方法。然而需要進(jìn)一步指出的是，在溢流式冷卻器中使用一個(gè)或更多這種傳熱管可以提高冷凝卻器的傳熱性能。因此，前述對(duì)代表性的優(yōu)選實(shí)施例和本發(fā)明的解釋和描述將在權(quán)利要求書(shū)中闡明。
權(quán)利要求
1.一種適于制冷劑蒸發(fā)器使用的傳熱管，包括一個(gè)外表面，所述外表面包括多個(gè)徑向向外延伸的螺旋翅片，相鄰翅片之間延伸有通道，所述翅片被開(kāi)槽來(lái)限定凹槽；至少一個(gè)泡核沸騰孔隙，在凹槽和通道交界處形成；翅片被開(kāi)槽和彎曲以使相鄰翅片形成通道，該通道在相鄰泡核沸騰孔隙之間延伸，由此所述孔隙限定一個(gè)主泡核沸騰空腔；以及翅片進(jìn)一步彎曲以便限定第二泡核沸騰空腔。
2.一種制造傳熱管的方法，該傳熱管用于與制冷劑接觸，其內(nèi)表面用于與有待再生的冷卻介質(zhì)接觸，該方法包括(a)在管子內(nèi)側(cè)形成多個(gè)螺旋脊?fàn)钔蛊穑?b)在管子外表面形成多個(gè)徑向向外延伸的翅片；(c)對(duì)所述翅片開(kāi)凹槽，以便通過(guò)在第一方向上形成多個(gè)第一凹槽并在第二方向上形成多個(gè)第二凹槽來(lái)提供一個(gè)主泡核沸騰空腔；以及(d)彎曲所述翅片以便提供與所述主泡核沸騰空腔相連通的第二主泡核沸騰空腔，其中，該過(guò)程在所述凹槽的交界處限定一個(gè)泡核沸騰孔隙，所述孔隙具有一個(gè)主空腔和一個(gè)第二空腔。
3.一種改進(jìn)的制冷劑蒸發(fā)器，包括一個(gè)外殼；包含在所述外殼內(nèi)的制冷劑；以及包含在所述外殼內(nèi)并浸入所述制冷劑中的至少一個(gè)傳熱管，所述傳熱管包括至少一個(gè)限定出主空腔和第二空腔的泡核沸騰孔隙。
全文摘要
本發(fā)明提供一種改進(jìn)的傳熱管及其改進(jìn)的制造方法和用途。本發(fā)明還提供一種制冷劑蒸發(fā)器用沸騰管(10)，其上至少具有一個(gè)雙腔泡核沸騰區(qū)(55)。本發(fā)明還提供了一種包括至少一個(gè)上述沸騰管的制冷劑蒸發(fā)器，以及上述沸騰管的制造方法。
文檔編號(hào)F28F13/18GK1826504SQ03808746
公開(kāi)日2006年8月30日 申請(qǐng)日期2003年4月21日 優(yōu)先權(quán)日2002年4月19日
發(fā)明者佩圖爾·托爾斯, 湯米·泰勒 申請(qǐng)人:沃爾弗林管子公司