專利名稱：傳熱管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總的涉及一種用于管殼式熱交換器的傳熱管。更具體地說，本發(fā)明涉及一種在空調(diào)系統(tǒng)的冷凝器中使用的管子。
管殼式熱交換器具有許多容納在一殼體內(nèi)的管子。通常，這些管子設(shè)置得可以提供多個平行流動的通路以使兩種流體中的一種流體流過，熱交換或熱傳遞就在這兩種流體之間進(jìn)行。所述多個管子浸設(shè)在流過熱交換器殼體的第二流體中。通過管壁將熱量從一流體傳遞到另一流體。在典型的應(yīng)用中，即在空調(diào)系統(tǒng)冷凝器中、一通常是水的冷卻流體流過冷凝器的各個管子。致冷劑則流過冷凝器殼體，致冷劑以氣體進(jìn)入以液體排出。各根管子的熱傳遞能力在很大程度上決定了這種熱交換器的總體熱傳遞性能。
有一些為人們所熟知的改善傳熱管熱傳遞效率的方法。其中之一是增加管子的傳熱面積。在冷凝應(yīng)用中，通過將與流體接觸的管子表面面積最大化而提高熱傳遞性能。
在為增加熱交換管的熱傳遞面積而使用的最普遍的方法中，一種方法是在管子的外表面上設(shè)置翅片。各翅片可以單獨(dú)地制造然后連接于管子外表面或者通過某種加工方法直接在管子的外表面上形成翅片。
除了增加熱傳遞面積之外，帶翅片的管子還呈現(xiàn)出比具有光滑外表面的管子更佳的冷凝熱交換性能。這里因?yàn)?，冷凝用致冷劑在光滑管子的外表面上形成一液體致冷劑的連續(xù)膜。這連續(xù)膜的存在降低了穿過管壁的傳熱率。膜的厚度越大，阻礙熱傳遞的熱阻就越大。由于面張力，翅片上的膜厚通常低于管子表面的主要部分，因此降低了翅片的熱傳遞阻力。
但是，對簡單地用翅片增強(qiáng)性能的管子來說，還有可能在熱交換管的冷凝熱傳遞性能上作進(jìn)一步的改進(jìn)。這種管子揭示在于1993年4月20日授權(quán)于張先生等人的美國專利5,203,404中(′404管子)，該專利的受讓人與本發(fā)明的受讓人相同。
本發(fā)明是提供一種具有一個或多個設(shè)在其外表面上的卷旋翅片的傳熱管。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。
與一傳統(tǒng)型翅片管子相比，本發(fā)明翅片上的凹槽進(jìn)一步增加了管子的外表面面積。而且，凹槽間的帶翅片的表面的構(gòu)造促進(jìn)了致冷劑從翅片中排出。在大多數(shù)應(yīng)用中，在管殼式空調(diào)冷凝器中的各個管子是水平或近似水平設(shè)置的。采用這些水平設(shè)置的管子，帶凹槽的卷旋翅片促進(jìn)了冷凝致冷劑從翅片排入管子表面上部分上的翅片間的凹槽，并也促進(jìn)了經(jīng)冷凝的致冷劑排離管子表面的較下部分上的管子。
與已有技術(shù)中的參數(shù)相同的管子例如′404管子相比，本發(fā)明的管子上的卷旋翅片內(nèi)的凹槽密度相對較高。因此外表面面積更大。而且，每卷旋轉(zhuǎn)數(shù)上增加的凹槽數(shù)使凹槽間的翅片表面比已有技術(shù)中的管子例如′404管子更尖或更銳利，因此本發(fā)明的構(gòu)造進(jìn)一步促進(jìn)了經(jīng)冷凝的致冷劑從管子的排出。
通過將一輔助凹槽盤加設(shè)于一種成翅機(jī)的刀具組上，帶槽翅片管的制造就能簡便和經(jīng)濟(jì)地完成。這種成翅機(jī)通過在一內(nèi)心軸和外成翅盤間滾軋管壁而在管子外表面上形成翅片。
所附的各附圖構(gòu)成本說明書的一部分，在各附圖中，凡相同的標(biāo)號均表示相同的構(gòu)件。


圖1是本發(fā)明的管子的示意圖。
圖2是示出本發(fā)明的管子是如何制造的視圖。
圖3是本發(fā)明的管子的部分外表面的平面視圖。
圖4是本發(fā)明的管子的單卷旋翅片的一部分的平面視圖。
圖5是本發(fā)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-5C、5D-5D截取的、本發(fā)明的管子的單卷旋翅片的截面剖視圖。
圖1是傳熱管10的示意圖。傳熱管10包括管壁11、管內(nèi)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。包含翅片高度在內(nèi)，管子10具有外徑D0。
本發(fā)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(jī)60運(yùn)轉(zhuǎn)在管子10上，管子是由一種可鍛的金屬例如銅制成，以在管子上加工出內(nèi)肋和外翅。成翅機(jī)60具有一個或多個刀軸61，每一刀軸含有刀具組62，由一些成翅盤63和凹槽輪66組成。在管子10內(nèi)延伸的是心軸軸65，一心軸64與其相連。
當(dāng)管子10旋轉(zhuǎn)時(shí)管壁11壓制在心軸65和成翅盤63之間。在壓力下，金屬流入成翅盤之間的凹槽內(nèi)從而在管子的外表面上形成一脊或翅片。當(dāng)管子旋轉(zhuǎn)時(shí)，管子10在心軸64和刀具組62(圖2中從左至右)向前推進(jìn)從而在管子上形成一些螺旋卷旋翅片，其數(shù)目隨刀具組62上的成翅盤63的盤數(shù)和成翅機(jī)60上使用的刀具軸61的數(shù)目而變。在同一次操作中在刀具組62在管子10上形成翅片后，凹槽輪66將斜槽壓在翅片的金屬上。
心軸可以如圖2所示的方式形成，即它將將某種式樣的花紋壓入從其上經(jīng)過的管子管壁的內(nèi)表面。一種典型的花紋是一個或多個螺旋卷旋肋條。這種花紋能提高在流體流過管子和管壁之間的熱傳遞效率。
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(jié)距或間距為Pf。
圖4是本發(fā)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間的傾斜夾角是β。在管子的制造過程中(參看圖2)，由于旋轉(zhuǎn)地推進(jìn)的管子10和凹槽輪66之間的相互作用，尖端22的軸線從凹槽輪輪齒和卷旋翅片之間的角度起稍稍偏斜從而使末端軸線角β相對于角α傾斜，即β≠α。
圖5是本發(fā)明的管子的單卷旋翅片的偽截面剖視圖。我們使用術(shù)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的寬度是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。進(jìn)入卷旋翅片的凹槽的距離或凹槽深度是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(qū)域內(nèi)并從卷旋翅片的側(cè)邊向外移以及朝著卷旋翅片側(cè)邊上的管壁11移動。因此，Wt明顯大于Wr。
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(zhǔn)確地示出了在各點(diǎn)處的帶槽卷旋翅片20的結(jié)構(gòu)。結(jié)合圖5如以上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(jù)本發(fā)明制得的樣管進(jìn)行了測試，該管具有一為1.9厘米(3/4英寸)的公稱外直徑(D0)，0.65毫米(0.0257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。該被測試的樣管具有三個卷旋翅片?；蛘?，用技術(shù)行話來說具有三個“翹曲”，測試數(shù)據(jù)表明，該樣管的從致冷劑到管壁的熱傳遞是具有一光滑外表面的傳統(tǒng)型管子的20倍。
從測試數(shù)據(jù)而得的推論顯示了本發(fā)明的管子的卷旋外表面結(jié)構(gòu)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70個卷旋翅片)，即，翅片節(jié)距為0.036至0.84毫米(0.014至0.033英寸)，或者0.36毫米≤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0.04之間，或者0.02≤Hf/D0≤0.055；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)凹槽節(jié)距為翅片高度的0.2至0.8倍，或者0.2≤Dn/Hf≤0.8卷旋翅片或“翹曲翹片”的最佳數(shù)目更多地取決于制造的簡易性而不是數(shù)目對熱交換性能的作用大小。
翹曲數(shù)的增加增加了能設(shè)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(yīng)力。
權(quán)利要求
1.一種改進(jìn)的傳熱管(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(shè)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)和一具有一單尖端(23)的尖端部分(22)，所述尖端部分處在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呈一夾角(β)的末端軸線。
2.如權(quán)利要求1所述的傳熱管，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(D0)之比(Hf/D0)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。
3.一種傳熱管，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)和一從所述管子外表面延伸的心軸(64)的相互作用形成的卷旋翅片(20)；藉一凹槽輪(66)構(gòu)成的多個凹槽(30)，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；所述尖端部分具有一單個末端(23)，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
一種用在一管殼式空調(diào)系統(tǒng)冷凝器中的傳熱管，其中流過位于管子外部的熱交換器的流體通過將熱量傳遞給一流過各管子的冷卻流體而冷凝。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。卷旋翅片、凹槽和尖端是通過在一心軸和一成翅盤組之間，然后在心軸和一凹槽輪之間，滾軋管壁而形成在管上。在制造管子過程中由于管子和凹槽輪的旋轉(zhuǎn)和推進(jìn)的相互作用，尖端頂端軸線的傾斜角β相對于凹槽角傾斜。尖端的最大寬度(W
文檔編號F28F1/36GK1147624SQ95118179
公開日1997年4月16日 申請日期1995年11月17日 優(yōu)先權(quán)日1994年11月17日
發(fā)明者尼爾坎斯S·古普葦, 劉新, 史帝文J·斯潘塞, 羅伯特H·L·張, 丹尼爾·加夫尼 申請人:運(yùn)載器有限公司