传热管以及用于制造该传热管的方法及工具技术

传热管的内表面由用多个凸起（２）来增强传热，凸起（２）为在管内的流体流动提供了附加的路径，因此增强了在管内流动的传热介质的紊流度。这增加了流体混合而减少了靠近管的内表面的流体介质的边界层堆积，这种堆积增加了热阻并因此影响热传递。凸起（２）还为附加热交换提供了额外的表面积。本发明专利技术的方法包括使用一工具，所述工具能方便的安装到现有制造设备上，其具有切割该管的内表面上的脊以便产生脊层的切割边缘，和提升该脊层以形成凸起（２）的提升边缘。借助这种方法，不用从管的内表面上去除金属就能形成凸起（２），因此消除了废屑，这些废屑会损伤使用所述管的设备。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种在管的内表面上具有凸起的传热管，和在管的内表面上形成凸起的方法及工具。
技术介绍
本专利技术涉及一种具有增强的内表面的传热管，以促进从一侧向管子另一侧的热传递。传热管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、吸收式冷冻器、冷凝器、直接膨胀式冷却器和单相冷却器以及加热器。在这些应用中使用多种传热介质，其包括但不限定于，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、石化液体和其他混合物。理想的传热管允许热量完全不受抑制地从管的内部传递到管的外部，反之亦然。然而，热量的这种通过管的自由传递一般受到传热热阻的阻碍。管对传热的总热阻是通过将从管的外部到管的内部的各个热阻相加来计算的，或者反之亦然。为提高管的热交换效率，管制造商一直在努力寻找减小管的总热阻的方法。一种方法是增强管的外表面，例如通过在外表面形成翅片。作为增强外部管表面的新研究的结果(见例如专利号为5697430和5996686的美国专利)，全部管热阻只有一小部分属于管的外部。例如，在满液式冷冻器中使用的典型蒸发器，具有增强的外表面和光滑的内表面，典型地具有10∶1的内外热阻比。理想地，希望得到1∶1的内外热阻比。因此改进管的内表面来大大减少管的内热阻并提高管的整体传热性能就变得更加重要。在传热管的内表面上设置相互交替的槽和脊是已知的。槽和脊一起增加在管内流动的流体传热介质例如水的紊流度。所述紊流度增加靠近内部管表面的流体混合，从而减少或实际上消除了流体介质靠近管的内表面的边界层堆积。由于管的热交换热阻增加，该边界层热阻明显地降低了传热性能。槽和脊也为另外的热交换提供了额外的面积。这种基本的前提在Wither，Jr等人的专利号为No.3847212的美国专利中有描述。可以改变管内表面上槽和脊的图案、外形和尺寸，以进一步增强传热性能。为此，管制造商已经投入大量资金对可选设计进行试验，这些设计包括在Takima等人的专利号为No.5791405的美国专利、Chiang等人的专利号为No.5332034和5458191的美国专利以及Gaffaney等人的专利号为No.5975196的美国专利中所公开的。然而，一般地，已经证明增强管的内表面比增强外表面要困难的多。而且管的内外表面上的大部分增强都是通过铸造和表面成型而形成的。然而，已经可以通过切割管表面从而形成该增强效果。日本专利申请09108759公开了一种定中心刀片的工具，所述刀片直接在管的内表面上切出一连续的螺旋槽。类似地，日本专利申请10281676公开了一种管胀形塞，该胀形塞配有在管的内表面上切割连续螺旋槽和直立翅片的切割工具。专利号为No.3753364的美国专利公开了用切割工具沿着管的内表面形成一连续槽，所述工具切入管的内表面并向上弯折材料形成连续槽。虽然所有这些管内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修改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、低廉地转印到管上的结构和图案。如下所述，申请人已经开发出了用于传热管的几何形状，以及形成这些几何形状的工具，并且，其结果是显著地提高传热性能。
技术实现思路
本专利技术提供一种改进的传热管表面和形成其的方法，所述表面可以用于增强管的传热性能，该管至少用于所有上述设备中(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、吸收式冷冻器、冷凝器、直接膨胀式冷却器和单相冷却器和加热器)。管的内表面由多个凸起来增强，所述凸起显著减少管侧热阻并提高整体传热性能。凸起为管内的流体流动提供了额外的路径，由此增加了管内流动的传热介质的紊流度。这增加了流体混合，以便减少流体介质靠近管的内表面的边界层堆积，这种堆积增加了热阻并因此抑制了传热。凸起也为额外的热交换提供额外的表面积。根据本专利技术形成的凸起能沿着管的内表面形成比简单脊多达五倍的表面积。试验表明具有本专利技术的凸起的管的性能显著提高。本专利技术的方法包括使用一种工具，其能简易地安装到已有制造设备上，所述工具具有切割边缘以便割断管内表面上的脊以形成脊层，并且具有提升边缘以便提升脊层以形成凸起。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。管的内表面上的凸起可以在与形成脊的相同的或不同的操作中形成。根据本申请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。本专利技术的一个目的是提供改进的传热管。本专利技术的另一目的是提供一种在其内表面上具有凸起的改进的传热管。本专利技术的另一目的是提供一种形成在内表面上具有凸起的改进的传热管的方法。本专利技术另一目的是提供一种用来形成改进的传热管的新工具。本专利技术的另一目的是提供一种用来在传热管的内表面上形成凸起的工具。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他特征、目的和优点将变得更清楚。附图说明图1a为本专利技术的管的一个实施方案的部分形成的内表面的局部透视图。图1b为图1a中箭头a所示方向的侧视图。图1c为与图1b类似的侧视图，不同之处是凸起在不垂直于轴线S的方向中从管的内表面凸起。图1d为图1a中箭头b所示方向的管的正视图。图1e为图1a所示管的顶视图。图2为本专利技术的管的一个实施方案的内表面的显微视图。图3为本专利技术的管的-可选实施方案的内表面的显微视图。图4为能用来制造根据本专利技术的管的制造设备的一个实施方案的侧视图。图5为图4的设备的透视图。图6a为本专利技术的工具的一个实施方案的透视图。图6b为图6a所示工具的侧视图。图6c为图6b的工具的底视图。图6d为图6b的工具的顶视图。图7a为本专利技术的工具的可选实施方案的透视图。图7b为图7a所示工具的侧视图。图7c为图7b的工具的底视图。图7d为图7b的工具的顶视图。图8a为本专利技术管的可选实施方案的部分成形内表面的局部透视图，其中横切脊的深度小于螺旋脊高度。图8b为本专利技术管的可选实施方案的部分成形内表面的局部透视图，其中横切脊的深度大于螺旋脊高度。图9a为根据本专利技术的管的另一实施方案的内表面的局部顶视图。图9b为图9a中箭头22方向示出的管的正视图。图10a为本专利技术的管的内表面的局部视图，示出了工具在g方向中靠近脊用以在g方向中从脊切割凸起。图10b为本专利技术的管的可选内表面的局部视图，示出了工具在g方向中靠近脊用以在g方向中从脊切割凸起。图11a为根据本专利技术的管的内表面的示意图，示出了脊和槽之间的角度方向，其中脊和槽为相反向的螺旋。图11b为根据本专利技术的管的内表面的示意图，示出了脊和槽之间的角度方向，其中脊和槽为相同向的螺旋。图12为条形图，比较了多个现有技术的管和根据本专利技术的管的管侧热交换系数。图13为条形图，比较了多个现有技术的管和根据本专利技术的管的整体热交换系数。具体实施例方式图1a-e示出了本专利技术的管21的一个实施方案的部分地成形的内表面18。内表面18包括多个凸起2。凸起2由内表面18上形成的脊1形成。脊1首先形成在内表面18上。随后切割脊1产生脊层4，随后提升脊层4以本文档来自技高网...

【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从沿该管的该内表面形成的脊按切割深度切割成的凸起。

【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]