热交换器管子制造技术

一种具有能提高管子热传递性能的内表面的热交换器管子，其内表面上设有基本上平行于管子纵向轴线延伸的一些筋。这些筋具有一种以与纵向轴线成一倾斜角度与筋相交且凹进筋的平行凹口图案形式。这种筋和凹口的布置方式增加了管子的总内表面面积，也改善管内致冷剂的流动状况从而提高了热传递性能。（*该技术在2013年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术一般涉及用于管内流体和管外流体间进行热传递的热交换器管子，特别涉及一种具有能提高管子热传递性能的内表面的热交换器管子。这样一种管子适合用于空调、致冷(AC&R)或类似系统的热交换器。热传递管子的设计者长期以来已认识到，具有表面提高结构的管子的热传递性能要优于具有光滑壁的管子。许多种的表面提高结构已应用于内、外管表面，仅举几例有筋、散热片、涂层和镶嵌件。几乎所有提高结构设计的共同点是增加管子的热传导表面积。大部分设计还试图加强流经或流过管子的流体中的紊流以便促进流体混合和破坏管子表面处的边界层。很大百分比的AC&R以及发动机冷却，其热交换器都是散热片和管型式。在这种型式的热交换器中，管子是用附设在管子外部的散热片来获得外部提高的。热交换器还常常具有以改变管子内表面的形式的内热传递提高结构。顾名思义，流经冷凝器的流体和流经蒸发器的流体分别经历从气体到液体及从液体到气体的相变。在蒸汽压缩AC&R系统中两种型式的热交换器都是需要的。为了简化进料和储存以及降低制造成本，最好在一个系统中所有热交换器都用相同型式的管子。但是在一种应用中择优考虑的传热管常常在应用于另一使用场合时不能获得同样好的效果。为了在这些情形下，对一给定系统都获得最好的性能，就有必要使用两种型式的管子用于每一种用途。但是至少有一种AC&R系统，即一种可逆蒸汽压缩或热泵型空调系统，其给定热交换器必须完成两种功能。不可能在这样一个系统中针对一单功能实现一给定热交换器最优化而热该交换器必须能够很好完成两种功能。为了简化制造和降低成本以及获得改进的热传递性能，所需要的一种热传递管具有一能在冷凝和蒸发两种应用中都能很好工作的提高热传递内表面。这种热传递内表面必须易于且又能低成本地制造。在一种典型的散热片和管型式的AC&R热交换器管子中，在管子总长的相当大比例的长度上，致冷剂是混流的，即致冷剂存在液体和气体两种状态。由于它们的密度不同，液体致冷剂沿着管底流动，而蒸汽致冷剂沿着顶部流动。如果在两种状态的流体之间的相互混和获得改善，例如通过在冷凝应用中从管子的上部区域加快排出液体或在蒸发应用中通过毛细管作用促使流体沿管子内壁上流，则管子的热传递性能就会获得改善。本专利技术的热交换器管子具有为提高管子热传递性能而构形的内表面。该内部的提高结构是带有基本平行于管子纵向轴线的筋的一个设筋内表面。这些筋具有在倾斜于管子纵向轴线一定角度上平行刻压凹口的图案式样。这种表面增加了管子的内表面面积，因而提高了管子的热传递性能。此外，带凹口的筋改善了管内的流动条件从而也促进热量的传递。这种提高结构的构形在冷凝和蒸发两种应用中都能提到热传递性能的改善。在采用本专利技术其流体流是混合状态并具有高蒸汽含量的管子而制成的散热片及管型式热交换器的领域内，这种结构形式促进了在管子的内表面处的紊流，从而有助于改进热传递性能。在具有较低蒸汽含量的热交换器领域内，这种结构既能在冷凝环境中有助冷凝液排出又能在蒸发的环境中促进使液体沿管壁上升的毛细管运动。本专利技术的管子可适于由铜带或铜合金带制成，在滚压成形前先在带材的一个表面上滚轧出提高结构的图案，然后将带材接缝焊成管子。这种加工方法能迅速和经济地生产出内部热传递提高的管子。下面的附图构成本说明书的一部分。在这些附图各处凡是相同标号都是指同样的结构要素。附图说明图1是本专利技术的热交换器管子的示意图;图2是本专利技术的热交换器管子的纵剖视图;图3是本专利技术的热交换器管壁一部分的示意图;图4是本专利技术的热交换器管壁的部分平面视图;图5是通过图4中Ⅴ-Ⅴ线所取的本专利技术的热交换器管壁的剖视图;图6是沿图4中Ⅵ-Ⅵ线所取的本专利技术的热交换器管壁的剖视图;图7是制造本专利技术热交换器管子的一种方法的示意图;图8是表示的本专利技术的管子与两种已有技术的管子相比较在蒸发应用时，一相对特性的曲线图;图9是表示本专利技术的管子与两种已有技术的管子相比较在冷凝应用时的相对特性曲线图。图1以整体等角轴测视图方式示出本专利技术的热交换器管子。管子50具有在其上形成有内表面提高结构52的管壁51。图2以纵剖视图方式表示热交换器管50。为清晰起见，在图2中仅表示表面提高结构52(图1)的单个筋53，而在本专利技术的管子中，实际上是有很多相互平行，从管子50的壁51上伸出的筋。筋53以α角度与管子的纵向轴线aT倾斜。管子10具有从在筋之间的管内表面测得的内径Di。图3是表示表面提高结构52细节情况的热交换器管子50的部分壁51的一个等角轴侧视图。在沿这些筋的一定间距设有一系列的凹口54。正如将在下面所述的，这些凹口54是用滚压方法在筋53上形成，当这些在凹口成形时，从一个给定筋53的每倾围绕该筋的每个凹口54向外突出一个由移动的材料所留成的突起55。由于这些突起既增加管子暴露于流经管子的流体的表面积，又促进管子内表面附近流体流的紊流，因此对管子的热传递性能有有益的效果。图4是管子50的一部分壁51的平面视图。该图示出以筋间距Sr设置在壁上的筋53。凹口54以凹口间距Sn凹进这些筋。凹口和筋之间的倾角为角β。图5是通过图4中Ⅴ-Ⅴ线所致的壁51剖视图。该图示出，这些筋53具有高度Hr及筋间距Sr。图6是通过图4中线Ⅵ-Ⅵ所取的壁51剖视图。该图表示出这些凹口54的相对表面间具有的角度并且凹陷于筋54至Dn深度。相邻凹口之间的间距为Sn。为了得到符合最小流体流动阻力要求的最佳的热传递性能，采用本专利技术并具有20mm(3/4英寸)或小于20mm公称外径的管子应具有如上述所述特点和以下参数的内部提高结构a.这些筋的轴线应基本上平行于管子的纵向轴线，或α＝0°;b.管子的筋高与内径之比应在0.02和0.04之间，或0.02≤Hr/Di≤0.04;c.筋的轴线与凹口轴线之间的倾角应在20°和90°之间，或20°≤β≤90°;d.筋上凹口间距和管子内径之比应在0.025和0.07之间，或0.025≤Sn/Di≤0.07;e.凹口深度应为筋高的百分之四十和百分之百之间，或0.4≤Dn/Hr≤1.0;以及f.凹口相对表面间的角度应小于90°，或γ≤90°;提高结构52可用任何合适的加工方法在管壁51的内壁上形成。在用现代自动高速加工方法制造接缝焊金属管中，一种有效的方法是在将管片滚压成形为圆截面并接缝焊成为管子前，通过在金属带的一个表面上滚轧出凹凸纹来得到提高结构式样。图7表示出这种方法是如何实现的。在生产线上分别设置两个凹凸纹滚轧台10和20，用于在未加工金属带供给源和将金属带滚压成形为管形的那部分生产线之间将金属片滚压成形并接缝成管子。每个凹凸纹滚轧台都分别有一个提高热传递性能图案的轧辊，11和21，以及分别为12和22的背辊。用合适的装置(未图示)对每个台上的背辊和带图案轧辊，共同施加足够的压力，使例如在辊11上的图案表面13压入金属带30一侧表面上，由此在金属片上形成提高结构的式样。带图案表面13是完工管子表面上提高结构的轴向筋部分的镜面对称面。辊21上的带图案表面23有一系列突起部分压入由带图案表面13成形的筋内，并在完工管子的筋上形成许多凹口。如果管子是通过滚轧图案、滚轧成形和接缝焊的方法制成的，则用于这种加工方法本身的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种改进的热交换器管子（５０），它包括有：具有一内表面的壁（５１）、一个内径（Ｄｉ）、一根纵向轴线（ａ↓［Ｔ］）以及在所述内表面上形成的许多筋（５３），每个所述的筋具有两相对侧面和一高度（Ｈｒ）并基本上平行于所述纵向轴线延伸，其特征在于，一种排列方式的平行凹口（５４）凹进所述筋至少百分之四十筋高的深度（Ｄ↓［ｎ］）并与所述纵向轴线倾斜一角度（β）；所述的筋高与所述管子内径之比在０. ０２和０. ０４之间；以及筋凹口间距与管子内径之比在０. ０２５和０. ０７之间。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：罗伯特HL强，杰克L埃斯福姆斯，
申请(专利权)人：运载器有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]