專利名稱：多面體陣列傳熱管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及應(yīng)用于熱交換器的管，更具體地，本發(fā)明涉及管內(nèi)表面能增強(qiáng)傳熱性能的熱交換器。
背景技術(shù)：
本領(lǐng)域內(nèi)一般技術(shù)人員公知的是，具有表面增強(qiáng)的管的傳熱性能優(yōu)于具有普通壁的管。表面增強(qiáng)已經(jīng)應(yīng)用于管的內(nèi)表面和外表面，包括筋、翅片、涂層和嵌件等等。所有增強(qiáng)設(shè)計(jì)用于增大管的傳熱表面積。大多數(shù)設(shè)計(jì)還試圖使流體從管中流過或越過管時(shí)產(chǎn)生湍流，以便促進(jìn)流體混合并破壞管表面的邊界層。
在大多數(shù)空調(diào)和冰箱以及發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻中，熱交換器是平板翅片和管的類型。在這種熱交換器中，利用裝在管外部的平板翅片對(duì)管外部增強(qiáng)。熱交換器還常常通過管內(nèi)表面改性的形式具有內(nèi)部傳熱增強(qiáng)。
在典型平板翅片和管的空調(diào)和冰箱熱交換器的大部分總長(zhǎng)度上，制冷劑以液體和蒸氣狀態(tài)存在。在某些流動(dòng)狀態(tài)下并且由于密度的變化，液體制冷劑沿管底部流動(dòng)并且氣態(tài)制冷劑沿管頂部流動(dòng)。如果改進(jìn)兩種狀態(tài)流體之間的相互混合，即促進(jìn)液體從冷凝裝置中的管上部區(qū)域排出，或者促進(jìn)液體在蒸發(fā)裝置中通過毛細(xì)管作用流過壁中的管，將改進(jìn)管的傳熱性能。
為了降低熱交換器的制造成本，還需要在保持性能的同時(shí)減小傳熱管的重量。管的內(nèi)部增強(qiáng)增大了熱交換器的傳熱系數(shù)。如果熱交換器保持在原始尺寸和體積，或者在保持性能的同時(shí)具有減小熱交換器尺寸的可能性，則增大此系數(shù)將增大熱交換量。
因此，所需要的是傳熱管為冷凝和/或蒸發(fā)裝置提供優(yōu)異的性能，并為最終用戶提供實(shí)用的和經(jīng)濟(jì)的特征。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明通過提供一種熱交換器管滿足上述需求，該熱交換器管包括具有縱軸和具有內(nèi)表面的管狀件，所述內(nèi)表面沿圓周方向分成至少兩個(gè)區(qū)域。第一部分多個(gè)多面體沿至少一個(gè)多面體軸形成在內(nèi)表面上。每個(gè)多面體具有四個(gè)相對(duì)的側(cè)面。多面體具有與多面體軸線平行的第一和第二面，具有與多面體軸線傾斜的第三和第四面。多面體軸線與管的縱軸形成第一螺旋角。笫二部分多個(gè)多面體形成在與第一部分多個(gè)多面體相鄰的內(nèi)表面上。每個(gè)多面體具有四個(gè)相對(duì)的側(cè)面。多面體具有與多面體軸線平行的第一和第二面，具有與多面體軸線傾斜的第三和第四面。多面體軸線與管的縱軸形成第二螺旋角。第二螺旋角的取向與第一螺旋角的取向相反。對(duì)于典型的圓管，可以有四個(gè)相等尺寸的區(qū)域。但是，如下所述，這些區(qū)域可以具有不同尺寸，并可以有總數(shù)超過四個(gè)的多個(gè)區(qū)域。


本發(fā)明圖示在附圖中，在所有附圖中相似的參考符號(hào)表示相同或
相似的部分。在附圖中
圖l是熱交換器壁單個(gè)部分的詳細(xì)圖2是本發(fā)明熱交換器管壁的兩個(gè)相鄰部分展平后的透視圖，其中包括圖1所示的單個(gè)部分；
圖3是表示當(dāng)管用于冷凝應(yīng)用時(shí)，在傳熱方面本發(fā)明管與現(xiàn)有技術(shù)管相比較的相對(duì)性能的曲線；以及
圖4是表示在壓降方面本發(fā)明管與現(xiàn)有技術(shù)管相比的相對(duì)性能的曲線。
具體實(shí)施例方式
在整個(gè)說明書中使用了術(shù)語多面體，它定義為由基本平面形成的實(shí)體。
本發(fā)明的管優(yōu)選地由銅、銅合金或其它金屬或非金屬材料制成。管的截面可以是圓形、橢圓形或者甚至是扁平形。管可以圓柱形，具有外徑、內(nèi)徑和相應(yīng)的壁厚。管的內(nèi)表面形成有本發(fā)明的內(nèi)表面增強(qiáng)。
制造本發(fā)明的熱交換器管可以在將條帶軋制成型并焊接接縫形成管之前，通過將帶材一個(gè)表面滾軋壓花形成增強(qiáng)圖案。
在圖i中，管io的部分n展平并表示出表面增強(qiáng)13,多個(gè)多面
體19從壁16上向外伸出。多面體19排列成多個(gè)行20，每個(gè)行沿軸線22分布。行20相對(duì)于管10的縱軸50形成螺S走角100 (圖2 ),這將在下面詳細(xì)描述。
第一平面25和第二平面28平行于軸線22。第三平面31和第四平面34與軸線22成一個(gè)傾斜角。多面體19在壁16上排列成相鄰行中心線之間距離為d。距離d可以在0.011英寸到0.037英寸。面31和34形成的頂角h， 1,在5-50度之間。面31和34向下朝管10內(nèi)壁16延伸，并可以延伸到多面體19的高度的20%到100%。多面體19的長(zhǎng)度為1，長(zhǎng)度1可以在0.005到0.025英寸之間。第三面31和第四面34相對(duì)于多面體19行的軸線22形成一個(gè)角75。多面體的高度為H，最大寬度為W,寬度W在0.004到0.01英寸之間。多面體19在面25和面28之間形成角12，角12在5到50度之間。對(duì)于所有尺寸的管，每360度圓周上多面體的數(shù)量由上述的節(jié)距d決定。表面增強(qiáng)13通常是每平方英寸500到10000個(gè)多面體。
對(duì)于本發(fā)明，多面體高度與外徑之比為0.005到0.05。再看圖2，部分11和相鄰部分44展平并表示為相對(duì)于管10的縱軸50的一種結(jié)構(gòu)。在部分11中，多面體19的軸線22相對(duì)于管10的軸線50形成螺;旋角100，螺旋角100可以在5到40度之間。在一個(gè)實(shí)施例中，螺旋角100為約15度。
部分44與部分11相鄰。多面體19按與上面相同的方式構(gòu)造。部分11與部分44的差別是多面體19行的軸線46相對(duì)于管10的軸線50的取向。在圖示的實(shí)施例中，軸線46以角200布置，角200為5到40度，通常這個(gè)角200是與角100大小相等但方向相反的角。在一個(gè)實(shí)施例中，角200是15度。雖然相鄰部分11和部分44可以具有對(duì)稱的螺旋角100和200,但非對(duì)稱的角也是適合的。而且，圖2所示的部分11和44具有大致相同尺寸。部分11和44的面積不必相等。對(duì)于典型的圓管，通常有四個(gè)相等尺寸的部分。
部分11的面31和34是沿軸線150分布的，軸線150與軸線50形成角300。部分44的面31和34是沿軸線250分布的，軸線250與軸線50形成角400。角300和400小于10度并且彼此相等。可以發(fā)現(xiàn)，角300和400可以是0度(軸向)。而且，角300和400可以是7度。這種結(jié)構(gòu)減小了管10的壓降。
增強(qiáng)13可以通過任何適當(dāng)?shù)墓に囋诠鼙?6內(nèi)部形成。在使用自動(dòng)高速工藝制造焊接金屬管時(shí)，形成增強(qiáng)圖案13的一種有效方法是在金屬帶軋制形成圓形截面并在接縫焊接成管10之前，在金屬帶一個(gè)表面滾軋壓花形成。這可以通過將兩個(gè)滾軋壓花站按順序定位在管的生產(chǎn)線中進(jìn)行，此生產(chǎn)線是通過軋制成型并在接縫焊接金屬帶形成管。所述滾軋壓花站將定位在供應(yīng)未加工金屬帶的源頭與帶材軋制形成管狀的生產(chǎn)線部分之間。每個(gè)壓花站分別具有圖案增強(qiáng)輥以及支撐輥。每個(gè)站的支撐輥和圖案輥通過適當(dāng)?shù)难b置(未圖示)用足夠的力壓在一起，使一個(gè)輥圖案表面壓入帶材一側(cè)的表面中，從而形成多面體的縱向側(cè)。第三面31和第四面34是通過具有一系列升高突起的第二輥壓入多面體19形成的。
如果管是通過滾軋壓花、滾軋成型和縫焊接制造的，則在成品管10中沿焊接線存在這樣一個(gè)區(qū)域，該區(qū)域由于此制造工藝的特性，缺少管10圓周的其余部分存在的增強(qiáng)結(jié)構(gòu)或者具有不同增強(qiáng)結(jié)構(gòu)。這個(gè)不同結(jié)構(gòu)的區(qū)域?qū)⒉粫?huì)明顯地負(fù)面影響管10的熱性能或流體流動(dòng)性再看圖3， h表示傳熱系數(shù)，IE表示具有內(nèi)部增強(qiáng)的管，"光滑" 表示普通管。圖3的曲線表示在制冷劑R-22流過管的質(zhì)量流速的范 圍內(nèi)，三種不同內(nèi)增強(qiáng)管相對(duì)于光滑內(nèi)表面管的相對(duì)冷凝性能 (h(IE)/h(光滑))。管A表示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例。管B表示具有通 常稱為交叉線增強(qiáng)的內(nèi)表面增強(qiáng)的現(xiàn)有技術(shù)管。管C表示另一種現(xiàn)有 技術(shù)管， 一般稱為魚骨增強(qiáng)。圖3的曲線說明本發(fā)明的冷凝傳熱性能 遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過交叉線增強(qiáng)的性能，并且略高于魚骨增強(qiáng)。因此，本發(fā)明在 重量相同情況下提供更好的性能，在減小重量情況下提供相同性能， 因此減小了最終用戶的成本。
再看圖4，其中的曲線表示在制冷劑R-22流過管的質(zhì)量流速的 范圍內(nèi)，上述管A、 B和C在壓降方面的相對(duì)性能。圖4的曲線表示 本發(fā)明的冷凝壓降在大部分流速范圍內(nèi)比魚骨增強(qiáng)的壓降低20%以 上。
本發(fā)明的多面體陣列通過引導(dǎo)流體流過表面彼此碰撞而形成額外 的湍流。如果流動(dòng)是氣-液兩相，就產(chǎn)生足夠的湍流，從而氣-液界 面撕扯很強(qiáng)烈，從而導(dǎo)致接近完美的氣-液混合。本發(fā)明的管IO在需 要強(qiáng)烈氣-液界面混合的冷凝傳熱中運(yùn)行得非常好。
雖然結(jié)合某些實(shí)施例描述了本發(fā)明，但這不將本發(fā)明限制在給出 的特定形式上，但相反的是，本發(fā)明覆蓋那些可以包括在權(quán)利要求限 定的本發(fā)明精神和范圍內(nèi)的替代、修改和等價(jià)物。
權(quán)利要求
1.一種熱交換器管，包括具有縱軸和具有內(nèi)表面的管狀件，所述內(nèi)表面沿圓周方向分成至少兩個(gè)區(qū)域；第一部分多個(gè)多面體，所述多面體沿至少一個(gè)多面體軸形成在內(nèi)表面上，每個(gè)所述多面體具有四個(gè)相對(duì)的側(cè)面，所述多面體具有與所述多面體軸線平行的第一和第二面，以及具有相對(duì)所述多面體軸線傾斜的第三和第四面，所述多面體軸線與管的縱軸形成第一螺旋角；以及第二部分多個(gè)多面體，所述多面體形成在與第一部分多個(gè)多面體相鄰的內(nèi)表面上并且沿著至少一個(gè)多面體軸線形成，每個(gè)所述多面體具有四個(gè)相對(duì)的側(cè)面，所述多面體具有與多面體軸線平行的第一和第二面，以及具有沿相對(duì)所述多面體軸線傾斜的軸線的第三和第四面，所述多面體軸線與管的縱軸形成第二螺旋角，第二螺旋角的取向與第一螺旋角的取向相反。
2. 如權(quán)利要求1所述的熱交換器管，其特征在于所述第一螺旋角 為5到40度。
3. 如權(quán)利要求1所述的熱交換器管，其特征在于所述第一螺旋角 約為15度。
4. 如權(quán)利要求1所述的熱交換器管，其特征在于所述第二螺旋角 為5到40度。
5. 如權(quán)利要求1所述的熱交換器管，其特征在于所述第二螺旋角 約為15度。
6. 如權(quán)利要求1所述的熱交換器管，其特征在于所述第一和第二 螺旋角相等且相反。
7. 如權(quán)利要求1所述的熱交換器管，其特征在于所述第一和第二 螺旋角是不對(duì)稱的。
8. 如權(quán)利要求1所述的熱交換器管，其特征在于第三和第四面的軸線與管的縱軸之間的角小于10度。
9. 如權(quán)利要求1所述的熱交換器管，其特征在于第三和第四面的軸線與管的縱軸之間的角約為0度。
10. 如權(quán)利要求1所述的熱交換器管，其特征在于第三和第四面的軸線與管的縱軸之間的角小于7度。
11. 如權(quán)利要求1所述的熱交換器管，其特征在于第一部分多個(gè)多面體和第二部分多個(gè)多面體占據(jù)的區(qū)域具有與管內(nèi)表面大約相等的面積。
12. 如權(quán)利要求1所述的熱交換器管，其特征在于第一部分多個(gè)多面體和第二部分多個(gè)多面體占據(jù)的區(qū)域具有不相等的面積。
13. 如權(quán)利要求1所述的熱交換器管，其特征在于多面體高度與夕卜徑之比為約0.005到0.05。
14. 如權(quán)利要求1所述的熱交換器管，其特征在于至少兩個(gè)區(qū)域包4舌四個(gè)區(qū)。
15. 如權(quán)利要求1所述的熱交換器管，其特征在于至少兩個(gè)區(qū)域包括四個(gè)以上的域。
16. 如權(quán)利要求1所述的熱交換器管，其特征在于每平方英寸具有約500到10000個(gè)多面體。
17. —種熱交換器管，包括具有縱軸和具有內(nèi)表面的管狀件，所述內(nèi)表面沿圓周方向分成至少兩個(gè)區(qū)域；第一部分多個(gè)多面體，所述多面體沿至少一個(gè)多面體軸形成在內(nèi)表面上，每個(gè)所述多面體具有四個(gè)相對(duì)的側(cè)面，所述多面體具有與所述多面體軸線平行的第一和第二面，以及具有相對(duì)所述多面體軸線傾斜的第三和第四面，所述多面體軸線與管的縱軸形成第一螺旋角，第一螺旋角為5到40度，第三和第四面的軸線與管的縱軸之間的角約為0度；第二部分多個(gè)多面體，所述多面體形成在與第一部分多個(gè)多面體相鄰的內(nèi)表面上并且沿著至少一個(gè)多面體軸線形成，每個(gè)所述多面體具有四個(gè)相對(duì)的側(cè)面，所述多面體具有與多面體軸線平行的第一和第二面，以及具有沿相對(duì)所述多面體軸線傾斜的軸線的第三和第四面，所述多面體軸線與管的縱軸形成第二螺旋角，笫二螺旋角為5到40度，第二螺旋角的取向與第一螺旋角的取向相反，第三和第四面的軸線與管的縱軸之間的角約為0度；以及所有多面體具有相同的高度。
18. 如權(quán)利要求17所述的熱交換器管，其特征在于第一部分多個(gè)多面體和第二部分多個(gè)多面體占據(jù)的區(qū)域具有與管內(nèi)表面大約相等的面積。
19. 如權(quán)利要求17所述的熱交換器管，其特征在于第一部分多個(gè)多面體和第二部分多個(gè)多面體占據(jù)的區(qū)域具有不相等的面積。
20. 如權(quán)利要求17所述的熱交換器管，其特征在于多面體高度與外徑之比約為0.005到0.05。
21. 如權(quán)利要求17所述的熱交換器管，其特征在于至少兩個(gè)區(qū)域包4舌四個(gè)區(qū)。
22.如權(quán)利要求17所述的熱交換器管，其特征在于至少兩個(gè)區(qū)域包括四個(gè)以上的域。
23.如權(quán)利要求17所述的熱交換器管，其特征在于每平方英寸具有約500到10000個(gè)多面體。
全文摘要
一種熱交換器管，包括具有縱軸和具有內(nèi)表面的管狀件，所述內(nèi)表面沿圓周方向分成至少兩個(gè)區(qū)域。第一部分多個(gè)多面體沿至少一個(gè)多面體軸形成在內(nèi)表面上。第二部分多個(gè)多面體形成在與第一部分多個(gè)多面體相鄰的內(nèi)表面上。每個(gè)所述多面體具有四個(gè)相對(duì)的側(cè)面。所述多面體具有與所述多面體軸線平行的第一和第二面，并具有與所述多面體軸線傾斜的第三和第四面。第一部分多個(gè)多面體的多面體軸線與管的縱軸形成第一螺旋角。第二部分多個(gè)多面體的多面體軸線與管的縱軸形成第二螺旋角。第二螺旋角的取向與第一螺旋角的取向相反。
文檔編號(hào)F28F1/10GK101526323SQ20091013404
公開日2009年9月9日 申請(qǐng)日期2003年11月14日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月25日
發(fā)明者D·L·貝內(nèi)特, J·E·布賴恩, 唐良猷 申請(qǐng)人:盧瓦塔埃斯波公司