用于制造传热性能得到增强的传热表面的工具制造技术

提供了一种用于增强传热管道表面的传热性能的经过改进的工具组件。所述工具组件包括杆，所述杆具有切割尖端且被置于杆导中，所述杆导被可滑动地置于设置在工具保持器中的轴杆中。在平衡状态下，所述切割尖端并未从所述工具保持器中延伸出来。当力被施加到所述杆导上时，所述杆导沿所述工具保持器中的所述轴杆在第一方向上移动，从而导致暴露出用于增强所述管道表面的传热性能的所述切割尖端。当力从所述杆导上被去除时，所述杆导沿所述轴杆在与所述第一方向相对的方向上移动从而将所述切割尖端收回所述工具保持器内。通过这种方式，保护了处于不使用状态下的所述尖端。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术主要涉及一种用于形成传热性能得到增强的传热表面的工 具和方法。
技术介绍
本专利技术涉及传热性能得到增强的传热表面，如传热管道的表面(且 特别是内表面)，所述传热性能得到增强的传热表面有利于从表面的 一侧向另一侧进行传热。传热管道通常被用于在制冷、化学、石化以 及食品加工工业中所使用的设备，如泛滥式蒸发器、降膜式蒸发器、 喷雾蒸发器、吸收式冷冻器、冷凝器、直接蒸发冷却器以及单相冷却 器和加热器中。多种传热介质可被用于这些应用情况中，所述多种传 热介质包括，但不限于，纯水、水和乙二醇的混合物、任何类型的制 冷剂(如R-22、 R-134a、 R-123等)、氨、石化流体和其它混合物。理想的传热管道将会允许热量完全不受限制地从管道内部流至管 道外部且反之亦然。然而，传热阻力通常会妨碍热量这样自由地流动 穿过管道。管道对传热的总阻力是通过将从管道外侧至内侧或反之亦 然的各个阻力相加而计算出来的。为了改进管道的传热效率，管道制 造商致力于研究发现降低管道的总阻力的方式。 一种这样的方式是例 如通过在外表面上形成翅片而增强管道外表面的传热性能。作为用于 增强外管道表面传热性能的近期进展的结果(参见例如美国专利Nos. 5, 697, 430和5, 996, 686 )，总的管道阻力中仅有一'J、部分可归因于管 道外侧带来的阻力。例如，在溢流式冷冻器中使用的具有传热性能得 到增强的外表面但具有平滑的内表面的典型蒸发器管道所具有的内阻 力外阻力之比通常为10:1。理想情况下希望获得比率为1:1的内侧阻力与外侧阻力之比。因此，对管道内表面进行改进从而显著地降低管 道侧阻力并改进管道的总传热性能变得更为重要。设置内表面上具有交替的沟槽和脊部的传热管道是已公知的。沟 槽和脊部协同作用从而增强了在管道内进行传输的流体传热介质如水 的紊流。该紊流增强了在接近内管道表面的位置处进行的流体混合从 而减轻或事实上消除了流体介质在接近管道内表面的位置处产生的边 界层积聚。边界层热阻力由于增加了管道的传热阻力而大大降低了传 热性能。沟槽和脊部还提供了用于进行附加传热的额外表面区域。在授权给Withers, Jr.等的美国专利No. 3， 847， 212中教导了该基本前 提。内管道表面上的沟槽和脊部的图案、形状和尺寸可产生变化以便 进一步提高热交换性能。为此目的，管道制造商支出了大量费用以便 试验采用其它可选的设计，这包括授权给Takima等的美国专利No. 5, 791,405、授权给Chiang等的美国专利Nos. 5， 332， 034和5， 458， 191 以及授权给Gaffaney等的美国专利No. 5, 975, 196中披露的那些设计。此外， 一些类型的传热表面通过利用液体相变吸收热量而发挥作 用。因此，传热表面通常包括用于增强沸腾或汽化的表面。通常已公 知的是，可通过增加沸腾表面上的泡核部位、通过在单相传热表面附 近引入搅拌或通过增加冷凝表面上的面积和表面张力效应而增强表面 的传热性能。 一种增强沸腾或蒸发的方法是通过进行烧结、辐射-熔化热特征。然而，采用上述方法形成的空隙或隔室较小且沸腾液体中包 含的杂质可能会阻塞所述空隙或隔室从而降低表面的传热性能。此外， 由于所形成的空隙或隔室具有不均匀的尺寸或尺度，因此传热性能可 能沿表面有所变化。此外，包含沸腾或蒸发表面的已公知传热管道通 常需要用工具进行多个步骤或道次以便形成最终的表面。管道制造商支出了大量费用以便试验采用其它可选的设计，这包 括授权给Nakajima等的美国专利No. 4, 561, 497、授权给Daikoku等 的美国专利No. 4, 602, 681 、授权给Nakayama等的美国专利No. 4, 606, 405、授权给Kuwahara等的美国专利No. 4, 653, 163、授权给 Sasaki等的美国专利No. 4, 678, 029、授权给Lin的美国专利No.4, 794, 984以及授权给Angeli的美国专利No. 5, 351, 397中披露的那 些设计。尽管所有这些表面设计旨在改进表面的传热性能，但工业上仍需 要通过改进已有的设计并产生增强传热性能的新设计从而进一步改进 管道设计。此外，还需要形成可更迅速地且以更成本有效的方式被转 移到传热表面上的设计和图案。如下文中所述，本专利技术的传热表面的 几何结构以及形成所述几何结构的工具显著地改进了传热性能。
技术实现思路
本专利技术涉及一种工具组件，所述工具组件可用于改进传热表面， 例如可形成于管道上的表面，并由此增强在至少所有上述应用(即在 制冷、化学、石化以及食品加工工业中所使用的泛滥式蒸发器、降膜 式蒸发器、喷雾蒸发器、吸收式冷冻器、冷凝器、直接蒸发冷却器以 及单相冷却器和加热器)中所使用的管道的传热性能。所述工具组件包括杆，所述杆具有被成形以便形成所需表面且被 置于工具保持器中的尖端。所述工具组件被构造以使得在使用时所述 尖端从所述保持器中延伸出来以便对所述管道表面进行切割，但在完 成切割时所述尖端缩回所述工具保持器内。通过这种方式，防止了所 述尖端在不使用时受到切损或变钝。所述杆优选由碳化物制成。可获 得的最坚固碳化物仅以杆的形式存在。因此，对于本专利技术的杆构型而 言，所述尖端可由最坚固的现有材料形成以便进行切割。所述杆的尖 端可具有不同的几何结构以便形成不同表面。然而，无论所述杆的尖 端具有何种几何结构，在必须更换所述杆之前可对所述杆的尖端进行 多次重新成形。这样就显著地降低了工具加工和材料成本。此外，所 述杆可从所述工具组件上被去除。因此，当尖端受到切损或变钝时， 所述杆可被去除以便对其尖端进行重新成形或连同所述尖端一起被更 换。所述工具组件可被用于在所述管道表面上形成多个突部以便显著 地降低管道侧阻力并改进总的传热性能。所述突部形成了用于所述管 道内的流体流的附加路径并由此增强了在所述管道内流动的传热介质 的紊流。这样就促进了流体混合从而减轻了流体介质在接近管道的内 表面处产生的边界层积聚现象，这种积聚增加了阻力且因此阻碍了传热。所述突部还提供了额外的表面区域以便进行附加的传热。与通过 简单的脊部所实现的表面区域相比，根据本专利技术形成的突部可导致沿 管道的内表面形成多五倍的表面区域。所述工具组件还可用于形成显著减少了从一个相态向下一个相态 转变例如从单相向蒸发转变的转变时间的多个腔体。所迷腔体导致在 所述腔体内产生了薄膜沸腾，且在所述传热系数与膜厚成反比的情况 下由此增强了传热。形成腔体的突部还提供了额外的表面区域以便进 行附加的热交换。本专利技术的方法包括利用所述工具组件，所述工具组件可易于被添 加到现有的制造设备上，并且使切割尖端切割通过位于所述管道表面 上的脊部或者直接切割进入所述管道表面内以便形成多个层并且提升 所述层从而形成突部。通过这种方式使得在不用从所述管道的内表面 上去除金属的情况下形成所述突部，由此消除了可能损伤利用所述管 道的设备的碎片。最后，所述方法还可包括使所述突部的尖端变平或 弯曲。可在同一操作或不同操作中在所述管道表面上形成所述沟槽、 突部和变平的尖端。所述工具组件可被用于增强传热管道的内表面或外表面的传热性 能或可被用于平的传热本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于切割金属的工具组件，所述工具组件包括：ａ．包括纵向轴线、外部顶壁、外部底壁、外部外壁和至少一根大体上中空的轴杆的保持器，其中所述至少一根轴杆延伸通过所述保持器并且包括第一开口和第二开口；ｂ．至少一个杆组件，所述杆组件 包括：ｉ．具有头端和尾端的杆导；ｉｉ．杆，所述杆具有被成形以便具有尖端几何结构的尖端并被置于所述杆导中，其中所述尖端从所述杆导的所述头端延伸出来，其中所述至少一个杆组件被置于所述保持器的所述至少一根轴杆中且其中所述杆 导的所述头端能够从所述至少一根轴杆的所述第一开口延伸出来且其中所述杆导的所述尾端能够从所述至少一根轴杆的所述第二开口延伸出来；ｃ．垫圈，所述垫圈被置于大体上邻近所述保持器的所述外部底壁的位置处且适于在力被施加在所述垫圈上时将压力施加 到所述杆导的所述尾端上，从而导致所述至少一个杆组件沿所述至少一根轴杆移动一定距离且所述尖端延伸超出所述保持器的所述外壁；ｄ．隔板，所述隔板被置于大体上邻近所述保持器的所述外部顶壁的位置处且适于将压力施加到所述杆导的所述头端上，从而导 致所述至少一个杆组件沿所述至少一根轴杆的至少一部分移动从而使所述尖端缩回所述保持器的所述外壁内；和ｅ．偏压元件，所述偏压元件被置于大体上邻近所述隔板的位置处。...

【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索尔斯，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]