專利名稱：熱交換管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及用于殼體-管子式熱交換器的熱交換管。要具體地說，本發(fā)明涉及一種例如用于空調(diào)系統(tǒng)冷凝器中的管子。
殼體一管子式熱交換器在其殼體內(nèi)含多根管子。這些管子一般排列成可以讓要進(jìn)行熱交換的兩種流體中的一種從中流過的諸平行通道。這些管子本身則浸在流過熱交換殼體的第二流體里，熱通過管壁從一種流體傳遞給另一種流體。在一種典型的應(yīng)用里，例如在空調(diào)系統(tǒng)的冷凝器里，流過冷凝器管子的是一種冷卻流體，通常是水，而流過冷凝器殼體的是致冷劑，進(jìn)入的時候它是氣體，離開的時候變成了液體。各管子的傳熱性能對這種熱交換器的總的傳熱性能起著決定性的作用。
有許多眾所周知的改進(jìn)熱交換管傳熱效率的方法。其中一種是增加管子的傳熱面積。即在作冷凝用時，往往是通過最大限度地增加與流體接觸的管子的表面積來改進(jìn)傳熱性能的。
用來增加熱交換管傳熱面積的最普通的方法中的一種是在管子的外表面裝上散熱片。散熱片可以單獨(dú)制造，然后安裝在管子的外表面上，也可以通過某種工序?qū)鼙谶M(jìn)行加工而在管子的外表面上形成散熱片。
除了傳熱面積可以增加以外，帶有散熱片的管子由于另一個原因還會獲得比只有光滑外表面的管子好的冷凝傳熱性能。那就是冷凝致冷劑會在光滑管子的外表面形成一層連續(xù)的液體致冷劑薄膜。這種薄膜的存在降低了通過管壁的傳熱率。薄膜對傳熱的阻力隨著薄膜厚度的增加而增加。由于表面張力作用，散熱片上的薄膜厚度通常小于管子表面主要部分上的薄膜厚度，因而降低了通過散熱片傳熱的阻力。
然而還存在著從熱交換管上獲得與用簡單的散熱片增強(qiáng)的方法相比更為改進(jìn)的冷凝傳熱性能的可能性。
本發(fā)明是一種在其外表面上有肋片的傳熱管。這些肋片上有凹口，這些凹口通常垂直地延伸通過這些肋片，并且在管子的圓周上互相間隔開。
與普通的帶散熱片的管子相比，這些在肋片上的凹口進(jìn)一步增加了管子外表面的面積。此外，凹口之間的帶肋片的表面的形狀有利于致冷劑從肋片處的排出。在絕大多數(shù)使用場合，殼體加管子式的空調(diào)冷凝器是呈水平地或基本上是呈水平地安裝的。由于管子是水平的，帶凹口的肋片形狀有助于冷凝致冷劑從肋片排放入在管子表面上部的肋片之間的槽中，也有助于冷凝后的致冷劑在管子表面的下部從管子上排走。
通過在內(nèi)的芯軸和在外的制肋圓盤之間輥壓管壁以在管子的外表面上形成肋片的散熱片制造機(jī)的刀具組合上加裝一開凹口的輪，能夠容易且經(jīng)濟(jì)地制造出帶凹口的肋片管。
附圖是說明書的一部分。在所有的附圖中，相同的零部件都用相同的標(biāo)號表示。


圖1是本發(fā)明的管子的立體圖;
圖2表明本發(fā)明的管子是如何制造的;
圖3是沿圖5中的3-3線、也是圖1所示本發(fā)明的管子中的細(xì)節(jié)Ⅳ的局部剖視圖;
圖4是沿圖5中的4-4線的本發(fā)明的管子一部分的局部剖視圖;
圖5是本發(fā)明的管子的外表面的一小部分的局部視圖。
圖1是熱交換管10的透視圖。管子10包括管壁11，管子內(nèi)表面12和管子外表面13。從管壁11的外表面上延伸出去的是表面肋片22。管子10有一個從管子外表面13處測得的、除去肋片22高度的外徑Do。
本發(fā)明的管子通過軋制工序可以很容易地制造出來。圖2示出了這樣一種工序。在圖2中，散熱片制造機(jī)60正在加工管子10(它是由可壓制的金屬，例如銅制造的)，以在管子上加工出位于內(nèi)部的肋和位于外部的肋片。散熱片制造機(jī)60有一個或幾個各含有一套刀具組合的刀具軸61，它包括一組制肋片圓盤63和一開凹口輪66。芯軸主軸65伸入管內(nèi)，主軸上固定著芯軸64。
當(dāng)管子10旋轉(zhuǎn)時，管壁11在芯軸64和制肋片圓盤63之間受壓。在壓力作用下，金屬進(jìn)入制肋片圓盤之間的槽內(nèi)，從而在管子的外表面形成脊或肋片。旋轉(zhuǎn)時，管子10在芯軸64和刀具組合62之間(圖2中從左向右)前進(jìn)，結(jié)果在管子上形成若干螺旋肋片。與此同時，在刀具組合在管子10上加工出肋片后，開凹口輪66在肋片金屬上壓出軸向的凹口。
順便說一句，芯軸64可以是如圖2所示的形狀，這樣，經(jīng)過它上面的管壁內(nèi)表面可以壓出某種花紋。一種典型的花紋是一條或若干條螺旋肋。這種花紋能提高流過管子的流體和管壁之間的傳熱效率。
圖3是本發(fā)明管子上的一肋片的徑向剖視圖。肋片22從管壁11上突起的高度為Hf。凹口23徑向進(jìn)入并軸向穿過肋片。各凹口23近似呈V形，具有陡得幾乎垂直的相對面31以及一個平底32，凹口向下延伸進(jìn)入肋片的深度為Dn。
圖4是幾個相鄰肋片的軸向剖視圖。各肋片的橫截面近似呈梯形。在聯(lián)系圖2所描述的工序里，凹口23是在肋片22上壓出，而不是從肋片22上切割出來的，因此從凹口里排開的金屬仍然連在肋片22上而形成橫向的凸出部分24，它們從肋片的側(cè)面軸向延伸出去。從相鄰肋片延伸出來的橫向凸出部分可以正好在這些肋片間的中途相遇，是否相遇取決于凹口深度等因素。橫向凸出部分的存在進(jìn)一步增加了管子暴露在管子外面的流體里的表面積，從而增加了管子的傳熱性能。
圖5是管子10外表面13一部分的平面圖。圖5示出了由A標(biāo)志的三個相鄰肋片22一組里的凹口23，它們?nèi)齻€是軸向?qū)R的，在相鄰肋片組B里的凹口互相之間是軸向?qū)R的，但與A組里的凹口不成一直線。這種排列起因于在圖5所示的管子的生產(chǎn)工序中，在開凹口輪66(圖2)上的牙齒的軸向?qū)挾葯M跨三條肋片，一次在三條肋片上同時壓出凹口。此外，它們與相鄰的三條肋片一組上的凹口不呈軸向?qū)R的，這是因?yàn)殚_凹口的輪66的圓周不能被管子10的圓周均勻地除盡。但是，開凹口輪牙齒的寬度和兩圓周之比對于管子的傳熱性能來說是不重要的。凹口相對于肋片呈軸向垂直，或近似垂直，對于生產(chǎn)制造刀具來說是比較容易也是比較經(jīng)濟(jì)的。
對在致冷劑冷凝環(huán)境中工作的開凹口的肋片管進(jìn)行的性能試驗(yàn)表明，這種管子所具有的傳熱特性系數(shù)超過一般的散熱片管子約40%。
用于性能試驗(yàn)的是一段標(biāo)稱外徑為19毫米(3/4英寸)的銅管，這種銅管在其長度方向上每厘米有17條肋片(即每英寸上有43條肋片)。在作試驗(yàn)的管子上，肋片高度對管子外徑之比在0.035至0.053之間;在管子的外周上每厘米有11個凹口(每英寸28個凹口);而凹口的深度是肋片高度的0.4倍。
對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行外推的結(jié)果表明具有12.5毫米(1/2英寸)到25毫米(1英寸)的標(biāo)稱外徑、在管子的長度方向上具有每厘米10到30條肋片的管子也可以得到類似的性能a)肋片高度對管子外徑之比在0.025到0.075之間，或Hf＝(0.025-0.075)Do;
b)在管子外周上每厘米凹口的數(shù)目在5到20個之間(即每英寸有14到50個凹口);
c)凹口的深度在肋片高度的0.2-0.8之間，或Dn＝(0.2-0.8)Hf。
權(quán)利要求
1.一種具有改進(jìn)的外表面形狀的熱交換管(10)，其特征在于，這種改進(jìn)包括至少有一條螺旋肋片(22)，所述螺旋肋片的高度與所述管子的外徑之比在0.025至0.075之間，肋片螺旋形地圍繞于所述管子的外表面，在每厘米上有20到30條肋片(每英寸51到75肋片)；以及徑向延伸入所述螺旋肋片中并基本上軸向地穿過所述螺旋肋片的凹口(23)，凹口進(jìn)入肋片的深度是所述螺旋肋片高度的0.2-0.8，相互之間有間隔地位于所述管子的圓周上。
2.如權(quán)利要求1所述的熱交換管，其特征在于，所述螺旋肋片的高度與所述管子的外徑之比在0.035至0.053之間;在管子外周上每厘米有11個凹口(每英寸28個凹口);而所述凹口的深度是所述螺旋肋片高度的0.4倍。
3.如權(quán)利要求1所述的熱交換管，其特征在于，還包括凸出部分(24)，它是由在形成所述凹口時從所述螺旋肋片上排開的材料所形成的，這些凸出部分從所述螺旋肋片上橫向延伸出去。
全文摘要
一種例如用于殼體-管子式空調(diào)系統(tǒng)冷凝器的熱交換管(10)，在冷凝器中，流經(jīng)熱交換管外面的流體通過將熱傳遞給流經(jīng)管子的冷卻流體而冷凝，此管至少有一條環(huán)繞著它外表面(13)呈螺旋形的螺旋肋片(22)。在肋片的長度方向上壓出多個彼此之間有間距的凹口(23)。由于凹口是在肋片上壓出來而不是從肋片上切割出來的，從肋片上排開從而形成凹口的金屬形成從肋片壁上伸出的橫向凸出部分。帶凹口的肋片增加了管子外部的傳熱表面積，并使冷凝在管子上的冷凝薄膜變薄，并且有利于冷凝物從肋片上排放以及離開管子，從而提高了管子的傳熱性能。
文檔編號F28F13/18GK1076271SQ9310151
公開日1993年9月15日 申請日期1993年2月12日 優(yōu)先權(quán)日1992年3月2日
發(fā)明者羅伯特H·L·奇恩, 丹尼爾P·加芬尼, 艾伯特J·卡爾費(fèi)茲 申請人:運(yùn)載器有限公司