专利名称：一种强化传热管的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种强化传热管，用作制冷和空调系统中的蒸发器和冷凝 器的热交换部件，属于热交换部件技术领域。
背景技术：
在制冷、空调、过程工程、石油化工以及能源与动力工程等领域，都要涉 及到液体在管束外表面的沸腾或凝结。尤其是制冷和空调系统中所用的蒸发 器和冷凝器，制冷剂在管外沸腾或凝结时的相变换热热阻与管内强制对流换 热热阻相当甚至大于管内强制对流换热热阻，因此，强化管外的相变换热对 于提高蒸发器和冷凝器的传热性能可以起到显著的效果。
关于核态沸腾机理的研究表明，液体的沸腾需要有汽化核心的存在。在给 定的加热表面的过热度条件下，只有当汽化核心的半径大于气泡生长所需的 最小半径，气泡才能长大，核态沸腾才能进行。而加热表面上的凹槽和/或裂 缝所形成的空穴最可能成为汽化核心。在沸腾过程中，当气泡长大脱离空穴 后，由于液体表面张力的作用，这些空穴所截留的部分蒸汽很难被流入液体 彻底逐出，就成为新的汽化核心，长出新的气泡，从而使沸腾过程不断持续。 由此可知，要强化核态沸腾换热，关键在于在加热表面形成众多的汽化核心。
因此，始于20世纪70年代的强化沸腾传热表面的许多开发工作都是围绕着 在加热表面形成众多结构展开的，而且在众多的文献中可以见诸，例如中国 专利ZL95246323.7(授权公告号CN2257376Y)和中国专利ZL03207498.0(授 权公告号CN2662187Y)公开的蒸发器用热交换管，其外表面为顶部压成T 形的螺旋翅片，以构成沟槽结构；中国专利ZL95118177.7 (授权公告号 CN1090750C)和中国专利ZL02263461.4(授权公告号CN2557913Y)公开的热 交换管，其外表面没有具有沿圆周方向均布着斜齿的螺旋翅片，通过对翅片 施压使翅片齿顶向两侧延展而构成空穴结构；中国专利申请公开说明书
CN1366170A (申请号02101870.7)公开的热交换管，其外表面采用机械加工 方法形成翅片，在翅片之间的初级沟槽的槽底形成次级沟槽；中国专利公开 号CN1100517A (申请号94116309.1)公开的热交换管，其外表面的翅片被压 成朝向一边倾倒，通过在翅片肩部再压凹槽而构成空穴结构；中国专利 ZL02264793.7 (授权公告号CN2572324Y)公开的蒸发器用热交换管，其外 表面采用机械加工方法形成具有锯齿结构的螺旋片，并在锯齿顶部压出斜槽， 藉(借)以构成空穴结构；中国专利申请公开说明书CN1731066A (申请号 200510041468.6)公幵的热交换管，其外表面采用机械加工方法形成翅片和横 刺，形成复式空穴结构。
上述文献对热交换管的外壁表面即习惯所称的外翅片的结构的共同特点 是具有开口略小的沟槽结构或空穴结构，以构造出形成汽化核心的场所或称 载体，从而达到强化沸腾换热的效果。
近年来，人们仍在致力于对翅片表面的结构进行探索，期取获得更多数量 的汽化核心，使相变换热的换热系数进一步提高的传热管，这种传热管即使 对于没有相变传热过程并能确保强化传热管在不降低其机械强度的条件下大 大增加换热面积，增强流体流过换热面时的扰动，破坏速度边界层和温度边 界层，从而提高换热性，并使传热管的重量有所下降。
然而，在已公幵的文献中尚未见诸有表现于蒸发器和冷凝器热交换管管外 的外翅片的结构能体现出具有显著提高相变换热系数的技术启示。 发明内容
本实用新型的任务是要提供一种能使外翅片的表面具有较大换热面积以 体现理想的传热性能的强化传热管。
本实用新型的任务是这样来完成的， 一种强化传热管，它包括管体和由所 述的管体上的材料沿管体的半径方向延展并且在管体的外表面绕管体呈螺旋 状延伸而成的与管体构成为一体的外翅片，所述的外翅片的至少一个侧表面 上构成有微尺度槽道。
本实用新型所述的管体的内壁上构成有内翅片。 本实用新型所述的内翅片呈螺旋状态地构成于管体的内壁上。 本实用新型所述的微尺度槽道以网状形态地构成于外翅片的至少一个侧 表面上。
本实用新型所述的微尺度槽道的槽宽为0.001—0.5mm，槽深为O.OOl — 0.2mm。
本实用新型所述的微尺度槽道之间的平均间距为0.005—5.0mm。
本实用新型所述的平均间距为相邻微尺度槽道的中心线所围的面积除以 这两条中心线的长度的算术平均值。
本实用新型所述的外翅片的上部构成有凹槽，两相邻凹槽之间形成有齿 台，所述凹槽的深度小于外翅片的高度，而凹槽和齿台将外翅片构成锯齿状， 齿台所面向凹槽的对应两侧的一对齿台侧表面中的至少一个齿台侧表面上开 设有至少1条从齿台根部向顶部延伸的弧形微尺度槽道。
本实用新型所述的弧形微尺度槽道的宽度为0.001—0.5mm，深度为0.001 —0.2mm。
本实用新型所述的齿台的顶部两侧各延伸有齿顶边缘，并且相邻外翅片上 的翅顶边缘相互接应而藉以使两相邻外翅片之间的空间构成封闭的空穴结 构。
本实用新型推荐的强化传热管与已有技术中的翅片管相比的优点由于在 外翅片的至少一侧的侧表面上构成有微尺度槽道，因此有助于使外翅片的表 面增大换热面积以及提高了对流体的扰动，强化了管外强迫对流换热，使传 热系数得到显著改善；当本实用新型的强化传热管用于蒸发器时，微尺度槽 道可大增加汽化核心的数目，使沸腾换热在低热流密度的情况下得到强化； 当本实用新型的强化传热管用于冷凝器时，微尺度槽道能改善外翅片表面液 膜厚度的分布，使得凝结换热得到强化。
图1为本实用新型强化传热管的一实施例结构图。
图2为本实用新型强化传热管的另一实施例结构图。 图3为图1结构的强化传热管的制作示意图。 图4为图2结构的强化传热管的制作示意图。 图5为图4的A—A剖视放大示意图。 图6为微尺度槽道的位置计算示意图。 图7为微尺度槽道开槽刀的结构示意图。 图8为微尺度槽道开槽刀的另一种实施例结构放大示意图。 图9为管体与刀具在不同转速比时的微尺度槽道的槽道轨迹示意图。
具体实施方式
实施例l:
请见图1，在具有内翅片17的管体1的外壁上一次加工成型轧制出外翅 片2，制作出一种强化传热管，外翅片2由管体1上的材料沿管体1半径方向 向外延展形成，并与管体l为一整体结构，它们之间设有接触热阻，外翅片2 在管体1外表面绕管体1以螺旋状延伸；在轧制外翅片2的同时，由刀具在 外翅片2的侧表面上加工出密集的微尺度槽道3，这些微尺度槽道3是微尺度 槽道开槽刀9 (图3、图4示)在与外翅片2作相对转动时划出的一簇密集曲 线，在外翅片2的两侧表面上，这簇曲线形成网格状的结构，该网格状结构 的微尺度槽道3具体尺寸参数为槽宽O.lmm，槽深0.02 mm，平均间距0.5 mm。 这种网格状的微尺度槽道3的结构增加了扰动，破坏了边界层，并且显著增 加换热面积，强化传热过程。对于沸腾换热，相当于在外翅片2的表面增加 了大量汽化半径极小的汽化核心；对于凝结换热，可改变液膜的张力分布， 从总体上进一步减薄液膜厚度，提高换热性能。由于在微尺度槽道3的加工 过程中被挤出的那部分材料还会使外翅片2的高度略有增加，但不会使管体1 的强度降低，因此可以在传热性能得到进一步提高的同时降低管体l的重量。
请见图2，当上述强化传热管用于冷凝器的热交换管时，在轧制出外翅片
2并在外翅片2的侧表面上刻划出微尺度槽道3之后，还要用齿顶开槽刀11 (图4示)在外翅2上切割出凹槽4，相邻凹槽4之间形成有齿台5，凹槽4 的深度小于外翅片2的高度，并且凹槽4与齿台5将外翅片2构成锯齿状； 与此同时，微尺度槽道开槽刀9 (图3、图4示)在凹槽4两侧相对的齿台5 表面上刻划出至少一条从齿台5根部向顶部延伸的弧形微尺度槽道6，该弧形 微尺度槽道6是由微尺度槽道开槽刀9在齿台5侧表面作相对转动时划出的。 齿台5侧表面上附加的弧形微尺度槽道6能改善齿台5侧表面上液膜的表面 张力分布，有助于提高总体凝结换热性能。
仍见图2，当上述强化传热管用于蒸发器的热交换管时，在经过上述的加 工后，在外翅片2的侧面上刻出微尺度槽道3以及齿台5侧表面刻出弧形微 尺度槽道6之后，还要使齿台5顶部的材料向两侧延展构成翅顶边缘5a，翅 顶边缘5a与由相邻外翅片2的齿台5顶部的材料同样地向两侧延展构成的翅 顶边缘5a相互接应，从而使得两相邻外翅片2之间的空间呈空穴结构，而外 翅片2侧面的微尺度槽道3以及齿台5侧表面的弧形微尺度槽道6则成为空 穴的内部结构，这些微尺度槽道3和弧形微尺度槽道6不仅增加了空穴的内 部换热面积，更重要的是保证了空穴在较低过热度时仍然具有小直径的汽化 核心，使空穴始终处于活化状态，使热交换管在低热流密度时仍然具有较高 的换热性能。当本实用新型的强化传热管用于蒸发器的热交换管时，也可以 不设齿台5以及弧形微尺度槽道6。
请见图3和图6，配备外翅片开槽刀7、外翅片成型刀8和微尺度槽道开 槽刀9，并且将这组刀具安装在刀架16 (也可称刀轴)上，其中，微尺度槽 道开槽刀9的边缘均匀设有多个刀口 10 (图6示)，外翅片2是在管体1上通 过挤压方法一次加工成型的，典型的尺寸是管体1在外翅片2根部的直径为 20 nim。在管体1与上述刀具的相对转动过程中，由外翅片开槽刀7和外翅片 成型刀8成型出高度为2 nmi的外翅片2，同时由微尺度槽道开槽刀9上的刀口10 (图6示)在外翅片2的侧面上刻划出有规则的槽宽为0.08 imn、槽深为0.05 咖、平均槽距为0.5咖的微尺度槽道3。这里所提到的平均槽距的定义为相 邻微尺度槽道3的中心线所围的面积除以这两条中心线的长度的算术平均值。
请具体见图6，微尺度槽道3在外翅片2侧表面的位置是这样来计算的， 设微尺度槽道3在外翅片2上最深的位置的半径为r,刀口 10到微尺度槽道 开槽刀9轴心的距离为R，管体l旋转的角速度为cop微尺度槽道开槽刀9 旋转的角速度为"2，时间为t，如果把坐标系设在管体1上，随着管体l旋 转，即相当于管体l不动，微尺度槽道开槽刀9除了以"2自转外还绕管体1 的轴心位置(X， Y) = (O， O)以角速度c^公转，那么，刀口10在外翅片 2的侧表面刻划出的轨迹可以用下式计算<formula>formula see original document page 8</formula>
其中，
e=arctan(Y' /X' )+o^ t X' =r+R—R Cos ( co2 t) Y' =—R Sin ( w2 t)
请见图9，该图给出了更多的在外翅片2的侧表面刻划出的微尺度槽道3 的形状，计算参数为微尺度槽道3在外翅片2上最深的位置的半径r-8mm， 刀口 10到微尺度槽道开槽刀9轴心的距离R-20咖，相邻刀口 10之间的间距 S=limn，转速成比"2/o^分别为0.35、 0.40、 0.47、 0.65和1.20,具体由图9 中的五幅单列的图9a、图9b、图9c、图9d和图9e分别示意了微尺度槽道3 的形状。
如图6所示的微尺度槽道3的计算参数为r=16 mm， R=40咖，"2/" 1==r/R=0.4，微尺度槽道开槽刀9上相邻刀口 10的间距为S=l咖。
请见图7，微尺度槽道开槽刀9可以这样制作，由两边缘设有齿状的刀口
10的圆盘形薄刀片12组成，齿的形状可以是三角形的锯齿，也可以是矩形齿， 或者其它形状,本实施例择三角形的锯齿。两片薄刀12片之间夹有凹垫片13， 两端即背向凹垫片13的一侧各有一凸垫片14，凹、凸垫片13、 14的直径均 小于薄刀片12的直径，刀具被紧固后，薄刀片12的刀口 IO沿刀具轴向向两 侧略微翘起。由于凹、凸垫片13、 14的直径小于薄刀片12，因此薄刀片12 具有一定的弹性，不会在外翅片2上形成过于深的切口。对于外翅片2的截 面为梯形的传热管建议使用这种薄刀片12。
请见图8，微尺度槽道开槽刀9还可以这样制作，将微尺度槽道开槽刀9 构成为边缘设有齿状刀口的圆盘状刀片15，并且使圆盘状刀片15的齿状刀口 15a交替向两个侧面偏转，形成图示的齿状刀口 15a，齿的形状可以是三角形 的锯齿，也可以是矩形，或者其它形状，本实施例择三角形的锯齿。
请见图4和图5并且结合图2，以制作作为冷凝管使用的并且由图2示意 的本实用新型的强化传热管为例。
具体结构包括管体l、在管体1外壁面上形成的外翅片2，在外翅片2上 切割出有凹槽4，两相邻凹槽4之间形成有齿台5，凹槽4的深度小于外翅片 2的高度，凹槽4和齿台5将外翅片2构成锯齿状，凹槽4两侧相对的齿台5 表面有1至2条从齿台5根部向顶中延展的弧形微尺度槽道6 (图5示)并且 在外翅片2的两侧的侧表面上构成有微尺度槽道3，外翅片2高1.2 mm，齿台 5高0.8 nnn、微尺度槽道3和弧形微尺度槽道6的槽宽各为0.05 mm、槽深各为 0.01咖。
制作时，采用外翅片开槽刀7和外翅片成型刀8组成第一组加工刀具组在 管体1外壁面上形成外翅片2;采用翅顶开槽刀11和微尺度槽道开槽刀9组 成第二组加工刀具，微尺度槽道开槽刀9的边缘均匀设有多个刀口 10，这组 刀具以特定的转速成旋转，转速比"2/0)1==1.14*1711，翅顶开槽刀ll在外翅 片2上切割出凹槽4，微尺度槽道开槽刀9是一片由图8所示的边缘设有齿状
刀口 15a的圆盘刀片15，圆盘边缘的锯齿的齿距为0.5 nm，并且交错向圆盘 两侧倾斜，锯齿的齿尖形成齿状刀口 15a并且在凹槽4与相邻凹槽4相对的 侧面上刻划出一组从齿台5根部向顶部延展的弧形微尺度槽道6，这组刀具对 外翅片2的加工方式由图4所示;采用外翅片成型刀8和微尺度槽道开槽刀9 组成第三组加工刀具，微尺度槽道开槽刀9的边缘均匀设有多个刀口 10，这 组刀具以转速比o)2/co,r/R旋转，由外翅片成型刀8切除在切割凹槽4的过 程中自凹槽4底部向外翅片2两侧延展伸出的多余部分的材料翅片，微尺度 槽道开槽刀9在外翅片2的侧面上刻划出有规则的密集的微尺度槽道3。
仍请见图4和图5并且结合图2，以制作作为蒸发管使用的并且由图2示 意的本实用新型的强化传热管为例。
这种传热管包括管体l、在管体1外壁面上形成的外翅片2，在外翅片2 的侧表面上形成有密集的微尺度槽道3，以及在外翅片2上还切割出有凹槽4， 且两相邻凹槽4之间形成有齿台5，凹槽4的深度小于外翅片2的高度，凹槽 4和齿台5将外翅片2构成锯齿状，用平滚轮将齿台5顶部的材料向两侧延展 构成翅顶边缘5a，翅顶边缘5a与由相邻外翅片2的齿台5顶部的材料同样地 向两侧延展构成的翅顶边缘5a互相接应，从而使得两相邻外翅片2之间呈空 穴结构，而外翅片2侧面的微尺度槽道3则成为空穴的内部微结构。本实施 例所得到的外翅片2的高度为0.98咖，微尺度槽道3的槽宽0.02咖、槽深0.01咖。 在制作过程中，采用两把微尺度槽道开槽刀9，微尺度槽道开槽刀9的边缘的 齿状的刀口 10的齿距为0.5咖，两把微尺度槽道开槽刀9的刀口 10错幵半个 齿距，转速比co2/"^-r/Rp从而在外翅片2的侧表面刻划出间距为0.25咖
的网格状分布的微尺度槽道表面结构。
权利要求1.一种强化传热管，它包括管体(1)和由所述的管体(1)上的材料沿管体(1)的半径方向延展并且在管体(1)的外表面绕管体(1)呈螺旋状延伸而成的与管体(1)构成为一体的外翅片(2)，其特征在于所述的外翅片(2)的至少一个侧表面上构成有微尺度槽道(3)。
2、 根据权利要求1所述的强化传热管，其特征在于所述的管体(l)的内壁 上构成有内翅片(17)。
3、 根据权利要求2所述的强化传热管，其特征在于所述的内翅片(17)呈 螺旋状态地构成于管体(l)的内壁上。
4、 根据权利要求1所述的强化传热管，其特征在于所述的微尺度槽道(3) 以网状形态地构成于外翅片(2)的至少一个侧表面上。
5、 根据权利要求1或4所述的强化传热管，其特征在于所述的微尺度槽 道(3)的槽宽为0.001—0.5mm，槽深为0.001—0.2mm。
6、 根据权利要求1或4所述的强化传热管，其特征在于所述的微尺度槽 道(3)之间的平均间距为0.005—5.0mm。
7、 根据权利要求6所述的强化传热管，其特征在于所述的平均间距为相邻微 尺度槽道(3)的中心线所围的面积除以这两条中心线的长度的算术平均值。
8、 根据权利要求1或4所述的强化传热管，其特征在于所述的外翅片(2) 的上部构成有凹槽(4),两相邻凹槽(4)之间形成有齿台(5),所述凹槽(4)的深 度小于外翅片(2)的高度，而凹槽(4)和齿台(5)将外翅片(2)构成锯齿状，齿台 (5)所面向凹槽(4)的对应两侧的一对齿台侧表面中的至少一个齿台侧表面上 开设有至少1条从齿台(5)根部向顶部延伸的弧形微尺度槽道(6)。
9、 根据权利要求8所述的强化传热管，其特征在于所述的弧形微尺度槽 道(6)的宽度为0.001—0.5mm，深度为0.001-0.2mm。
10、 根据权利要求8所述的强化传热管，其特征在于所述的齿台(5)的顶 部两侧各延伸有齿顶边缘(5a)，并且相邻外翅片(2)上的翅顶边缘(5a)相互接 应而藉以使两相邻外翅片(2)之间的空间构成封闭的空穴结构。
专利摘要一种强化传热管，属于热交换部件技术领域。它包括管体和由所述的管体上的材料沿管体的半径方向延展并且在管体的外表面绕管体呈螺旋状延伸而成的与管体构成为一体的外翅片，所述的外翅片的至少一个侧表面上构成有微尺度槽道。优点由于在外翅片的至少一侧的侧表面上构成有微尺度槽道，因此有助于使外翅片的表面增大换热面积以及提高了对流体的扰动，强化了管外强迫对流换热，使传热系数得到显著改善；当本实用新型的强化传热管用于蒸发器时，微尺度槽道可大增加汽化核心的数目，使沸腾换热在低热流密度的情况下得到强化；当本实用新型的强化传热管用于冷凝器时，微尺度槽道能改善外翅片表面液膜厚度的分布，使得凝结换热得到强化。
文档编号F28F1/10GK201199139SQ20082003289
公开日2009年2月25日 申请日期2008年3月12日 优先权日2008年3月12日
发明者周浩平, 张春明, 行 罗, 陆明华 申请人:江苏萃隆精密铜管股份有限公司;上海理工大学