用于制造强化传热表面的方法及工具技术

本发明专利技术涉及强化传热表面和用于制成强化传热表面的方法和工具。特定实施例包括沸腾表面，其包括多个主凹槽、凸起和副凹槽以便形成沸腾腔。沸腾表面借助使用一用于切割管内表面的工具来形成。该工具具有工具轴线和至少一个刀尖，该刀尖带有切割边缘和提升边缘。还披露了用于制造沸腾表面的方法，其包括切入管的内表面以便形成主凹槽，以便切割并提升该内表面从而形成凸起和副凹槽。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术总体上涉及强化传热表面以及一种用于制造强化传热表面的方法及工具。
技术介绍
本专利技术涉及强化传热表面，其有助于从该表面的一侧向另一侧的热传递。传热表面通常用于某些设备中，如在冷冻、化学、石油化工和食品加工工业中使用的满液式蒸发器、降膜式蒸发器、喷雾式蒸发器、吸收式制冷机、冷凝器、直接膨胀式冷却器和单相冷却器以及加热器。在这些应用中使用的多种传热介质包括但不限定于纯水、水乙二醇混合物、任何类型的冷冻剂(例如R-22、R-134a、R-123等)、氨、石化液体和其它混合物。一些类型的传热表面借助液体吸收热量而发生相变来工作。因此，传热表面通常设置有用于强化沸腾或蒸发的表面。通常公知的是，一表面的传热性能可通过增加在沸腾表面上的成核位置、通过在单相传热表面靠近诱导搅动、或通过增加冷凝表面上的面积和表面张力效应来增强。一种强化沸腾或蒸发的方法是借助烧结、辐射-熔化、或滚压边缘方法在传热表面上形成多孔层从而使得传热表面粗糙化。已知的是，具有这种多孔层的传热表面展示出优于光滑表面的传热特性。然而，由上述方法形成的孔穴或小室的尺寸小，并且包含在沸腾液体中的杂质可能堵塞孔穴或小室，从而降低传热表面的传热性能。此外，由于所形成的孔穴或小室在尺寸或大小上不均匀，因此沿传热表面的传热性能可能改变。另外，设置有沸腾或蒸发表面的已知的传热管通常需要多个步骤或加工工序以制成最终的传热表面。传热管制造商投入了大量的财力对代替结构进行实验，它们披露在授权给Nakajima等人的美国专利No.4561497、授权给Daikoku等人的美国专利No.4602681、授权给Nakayama等人的美国专利No.4606405、授权给Kuwahara等人的美国专利No.4653163、授权给Sasaki等人的美国专利No.4678029、授权给Lin的美国专利No.4794984、授权给Angeli的美国专利No.5351397中。虽然所有这些传热表面设计都旨在提高管的传热性能，但在工业界仍需要通过改变那些能增强传热性能的已有设计和开发新设计来继续改进上述管设计。另外，还需要开发能更快速、低廉地转制到管上的结构和图案。如下所述，本专利技术的传热表面的几何形状以及形成这些几何形状的工具显著地提高了传热性能。
技术实现思路
本专利技术的实施例提供一种改进的传热表面，该传热表面可例如形成在管上，并且还提供了一种形成传热表面的方法，所述传热表面可以用于增强管的传热性能，该管至少可用于所有的上述应用场合中(即在冷冻、化学、石油化工和食品加工工业中使用的满液式蒸发器、降膜式蒸发器、喷雾式蒸发器、吸收式制冷机、冷凝器、直接膨胀式冷却器和单相冷却器和加热器)。传热表面由多个腔来增强，所述腔显著地降低了从一种相转变为另一种相的转变时间，例如从沸腾转变为蒸发。这些腔建立了在管内用于流体流动的附加路径，并且由此增加了管内流动的传热介质的紊流度。形成腔的凸起还提供了用于附加热交换的额外表面面积。试验表明具有依据本专利技术的传热管的性能显著提高。本专利技术的特定实施例包括一种使用一可简易地安装到已有制造设备上的工具的方法，所述工具具有希望形成在管表面上的凹槽图案的镜像形式。本专利技术的特定实施例还包括使用一可简易地安装到已有制造设备上的工具，所述工具具有切割边缘以便切入管表面，并且具有提升边缘以便提升管表面以形成凸起。这样，形成凸起并不用从管的内表面去除金属，因此消除了在该管中会损坏设备的废屑。最后，本专利技术的特定实施例包括使用一可简易地安装到已有制造设备上的工具，例如芯轴，以便使得凸起的末端平整或弯曲。在管表面上的凹槽、凸起、和平整的末端在相同或不同的操作工序中形成。在本专利技术的特定实施例中，三个工具固定在单个轴上，并且管表面在一个操作工序中形成。根据本专利技术形成的管适用于许多设备中，包括例如，用于HVAC(采暖、通风和空调)、冷冻、化学、石化和食品加工工业的设备。可以改变凸起的物理几何形状以使管适应具体的设备和流体介质。附图说明通过结合附图阅读下面优选实施方案的详细描述，本专利技术的这些和其它特征、目的和优点将变得更清楚。在附图中图1是位于依据本专利技术的实施例的传热管的内径上的部分形成的沸腾表面的立体图。图2A是图1所示的实施例的部分形成的沸腾表面的立体图。图2B是图2A所示的部分形成的沸腾表面的显微视图。图2C是图2A所示的部分形成的沸腾表面的截面图。图3A是依据本专利技术的替代实施例的传热管的内径上的沸腾表面的立体图。图3B是图3A所示的沸腾表面的截面图。图3C是图3A所示的沸腾表面的顶视显微视图。图3D是图3A所示的沸腾表面的截面的显微视图。图4A是依据本专利技术的替代实施例的传热管的内径上的沸腾表面的立体图。图4B是图4A所示的传热管的截面图。图5A是依据本专利技术的替代实施例的传热管的内径上的沸腾表面的立体图。图5B是图5A所示的沸腾表面的截面的显微视图。图5C是图5A所示的沸腾表面的截面图。图6是依据本专利技术的实施例的工具的立体图。图7A是依据本专利技术的替代实施例的工具的立体图。图7B是图7A所示的工具的侧视图。图7C是图7A所示的工具的底视平面图。图7D是图7A所示的工具的顶视平面图。图8A是依据本专利技术的另一实施例的工具的立体图。图8B是图8A所示的工具的侧视图。图8C是图8A所示的工具的底视平面图。图8D是图8A所示的工具的顶视平面图。图9A是依据本专利技术的另一实施例的工具的立体图。图9B是由图9所示的工具制成的沸腾表面的立体9C是图9所示的沸腾表面的显微视图。图10是用于制造依据本专利技术的传热管的制造设备的实施例的立体图。图11是依据本专利技术的另一实施例的工具的立体图。图12A是依据本专利技术的替代实施例的传热管的内径上的沸腾表面的立体图。图12B是图12A所示的沸腾表面的截面的显微视图。图13A是借助本专利技术的实施例的切割刀尖制成的沸腾表面的截面图。图13B是借助本专利技术的替代实施例的切割/提升刀尖制成的沸腾表面的截面图。图13C是依据本专利技术的实施例的用于制成图13A和13B所示的沸腾表面的切割/提升刀尖的截面图。图13D是依据本专利技术的实施例的用于制成图13A和13B所示的沸腾表面的切割/提升刀尖的立体图。图14是对于热通量的纵横比的效果的曲线图。图15是对于热通量的每英寸凸起(翅片)的效果的曲线图。图16是带有微小翅片的铜传热表面的不同类型的热通量的比较曲线图。具体实施例方式应当理解的是，根据本专利技术的管通常可以用于任何需要将热量从管的一侧传递到管的另一侧的设备中，例如多相(均为纯液体或气体或液/气混合体)蒸发器和冷凝器，但不局限于此。虽然下面的描述为本专利技术的管提供理想的尺寸，但本专利技术的管决不局限于这些尺寸。相反，管的理想几何形状依赖于多个因素，这些因素中不重要的因素是流经管的流体的属性。本领域技术人员应当知道如何改变管的内表面的几何形状，以便使得在各种设备和以各种流体使用的管的传热最大化。另外，尽管在附图中传热表面形成在管的内表面上，但是应当理解该传热表面也适于在管的外表面上使用，或在平表面上使用，例如用于微型电子装置。如图1所示，本专利技术的特定实施例包括在管100的内表面104上带有主凹槽108的传热表面。本领域的普通技术人员应当理解，主凹槽108的数量可基于使用传热表面的应用场合并且本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种管，其包括：内表面、外表面、和纵向轴线，其中该内表面包括至少一个凸起，所述凸起由以下形成：　　　　具有主凹槽切割深度的至少两个主凹槽；和　　　　具有副凹槽切割深度的至少一个副凹槽，该副凹槽切割深度至少与所述至少两个主凹槽中的每一主凹槽的主凹槽切割深度一样大；　　　　其中，主凹槽、凸起、和副凹槽形成一沸腾腔。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：P托尔斯，N佐布科夫，
申请(专利权)人：沃尔弗林管子公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]