专利名称：多面体阵列传热管的制作方法
技术领域：
本发明涉及应用于热交换器的管，更具体地，本发明涉及管内表面能增强传热性能的热交换器。
背景技术：
本领域内一般技术人员公知的是，具有表面增强的管的传热性能优于具有普通壁的管。表面增强已经应用于管的内表面和外表面，包括筋、翅片、涂层和嵌件等等。所有增强设计用于增大管的传热表面积。大多数设计还试图使流体从管中流过或越过管时产生湍流，以便促进流体混合并破坏管表面的边界层。
在大多数空调和冰箱以及发动机冷却中，热交换器是平板翅片和管的类型。在这种热交换器中，利用装在管外部的平板翅片对管外部增强。热交换器还常常通过管内表面改性的形式具有内部传热增强。
在典型平板翅片和管的空调和冰箱热交换器的大部分总长度上，制冷剂以液体和蒸气状态存在。在某些流动状态下并且由于密度的变化，液体制冷剂沿管底部流动并且气态制冷剂沿管顶部流动。如果改进两种状态流体之间的相互混合，即促进液体从冷凝装置中的管上部区域排出，或者促进液体在蒸发装置中通过毛细管作用流过壁中的管，将改进管的传热性能。
为了降低热交换器的制造成本，还需要在保持性能的同时减小传热管的重量。管的内部增强增大了热交换器的传热系数。如果热交换器保持在原始尺寸和体积，或者在保持性能的同时具有减小热交换器尺寸的可能性，则增大此系数将增大热交换量。
因此，所需要的是传热管为冷凝和/或蒸发装置提供优异的性能，并为最终用户提供实用的和经济的特征。
发明内容
本发明通过提供一种热交换器管满足上述需求，该热交换器管包括具有纵轴和具有内表面的管状件，所述内表面沿圆周方向分成至少两个区域。第一部分多个多面体沿至少一个多面体轴形成在内表面上。每个多面体具有四个相对的侧面。多面体具有与多面体轴线平行的第一和第二面，具有与多面体轴线倾斜的第三和第四面。多面体轴线与管的纵轴形成第一螺旋角。笫二部分多个多面体形成在与第一部分多个多面体相邻的内表面上。每个多面体具有四个相对的侧面。多面体具有与多面体轴线平行的第一和第二面，具有与多面体轴线倾斜的第三和第四面。多面体轴线与管的纵轴形成第二螺旋角。第二螺旋角的取向与第一螺旋角的取向相反。对于典型的圆管，可以有四个相等尺寸的区域。但是，如下所述，这些区域可以具有不同尺寸，并可以有总数超过四个的多个区域。
本发明图示在附图中，在所有附图中相似的参考符号表示相同或
相似的部分。在附图中
图l是热交换器壁单个部分的详细图2是本发明热交换器管壁的两个相邻部分展平后的透视图，其中包括图1所示的单个部分；
图3是表示当管用于冷凝应用时，在传热方面本发明管与现有技术管相比较的相对性能的曲线；以及
图4是表示在压降方面本发明管与现有技术管相比的相对性能的曲线。
具体实施例方式
在整个说明书中使用了术语多面体，它定义为由基本平面形成的实体。
本发明的管优选地由铜、铜合金或其它金属或非金属材料制成。管的截面可以是圆形、椭圆形或者甚至是扁平形。管可以圆柱形，具有外径、内径和相应的壁厚。管的内表面形成有本发明的内表面增强。
制造本发明的热交换器管可以在将条带轧制成型并焊接接缝形成管之前，通过将带材一个表面滚轧压花形成增强图案。
在图i中，管io的部分n展平并表示出表面增强13,多个多面
体19从壁16上向外伸出。多面体19排列成多个行20，每个行沿轴线22分布。行20相对于管10的纵轴50形成螺S走角100 (图2 ),这将在下面详细描述。
第一平面25和第二平面28平行于轴线22。第三平面31和第四平面34与轴线22成一个倾斜角。多面体19在壁16上排列成相邻行中心线之间距离为d。距离d可以在0.011英寸到0.037英寸。面31和34形成的顶角h， 1,在5-50度之间。面31和34向下朝管10内壁16延伸，并可以延伸到多面体19的高度的20%到100%。多面体19的长度为1，长度1可以在0.005到0.025英寸之间。第三面31和第四面34相对于多面体19行的轴线22形成一个角75。多面体的高度为H，最大宽度为W,宽度W在0.004到0.01英寸之间。多面体19在面25和面28之间形成角12，角12在5到50度之间。对于所有尺寸的管，每360度圓周上多面体的数量由上述的节距d决定。表面增强13通常是每平方英寸500到10000个多面体。
对于本发明，多面体高度与外径之比为0.005到0.05。再看图2，部分11和相邻部分44展平并表示为相对于管10的纵轴50的一种结构。在部分11中，多面体19的轴线22相对于管10的轴线50形成螺;旋角100，螺旋角100可以在5到40度之间。在一个实施例中，螺旋角100为约15度。
部分44与部分11相邻。多面体19按与上面相同的方式构造。部分11与部分44的差别是多面体19行的轴线46相对于管10的轴线50的取向。在图示的实施例中，轴线46以角200布置，角200为5到40度，通常这个角200是与角100大小相等但方向相反的角。在一个实施例中，角200是15度。虽然相邻部分11和部分44可以具有对称的螺旋角100和200,但非对称的角也是适合的。而且，图2所示的部分11和44具有大致相同尺寸。部分11和44的面积不必相等。对于典型的圆管，通常有四个相等尺寸的部分。
部分11的面31和34是沿轴线150分布的，轴线150与轴线50形成角300。部分44的面31和34是沿轴线250分布的，轴线250与轴线50形成角400。角300和400小于10度并且彼此相等。可以发现，角300和400可以是0度(轴向)。而且，角300和400可以是7度。这种结构减小了管10的压降。
增强13可以通过任何适当的工艺在管壁16内部形成。在使用自动高速工艺制造焊接金属管时，形成增强图案13的一种有效方法是在金属带轧制形成圆形截面并在接缝焊接成管10之前，在金属带一个表面滚轧压花形成。这可以通过将两个滚轧压花站按顺序定位在管的生产线中进行，此生产线是通过轧制成型并在接缝焊接金属带形成管。所述滚轧压花站将定位在供应未加工金属带的源头与带材轧制形成管状的生产线部分之间。每个压花站分别具有图案增强辊以及支撑辊。每个站的支撑辊和图案辊通过适当的装置(未图示)用足够的力压在一起，使一个辊图案表面压入带材一側的表面中，从而形成多面体的纵向侧。第三面31和第四面34是通过具有一系列升高突起的第二辊压入多面体19形成的。
如果管是通过滚轧压花、滚轧成型和缝焊接制造的，则在成品管10中沿焊接线存在这样一个区域，该区域由于此制造工艺的特性，缺少管10圆周的其余部分存在的增强结构或者具有不同增强结构。这个不同结构的区域将不会明显地负面影响管10的热性能或流体流动性再看图3， h表示传热系数，IE表示具有内部增强的管，"光滑" 表示普通管。图3的曲线表示在制冷剂R-22流过管的质量流速的范 围内，三种不同内增强管相对于光滑内表面管的相对冷凝性能 (h(IE)/h(光滑))。管A表示本发明的一个实施例。管B表示具有通 常称为交叉线增强的内表面增强的现有技术管。管C表示另一种现有 技术管， 一般称为鱼骨增强。图3的曲线说明本发明的冷凝传热性能 远远超过交叉线增强的性能，并且略高于鱼骨增强。因此，本发明在 重量相同情况下提供更好的性能，在减小重量情况下提供相同性能， 因此减小了最终用户的成本。
再看图4，其中的曲线表示在制冷剂R-22流过管的质量流速的 范围内，上述管A、 B和C在压降方面的相对性能。图4的曲线表示 本发明的冷凝压降在大部分流速范围内比鱼骨增强的压降低20%以 上。
本发明的多面体阵列通过引导流体流过表面彼此碰撞而形成额外 的湍流。如果流动是气-液两相，就产生足够的湍流，从而气-液界 面撕扯很强烈，从而导致接近完美的气-液混合。本发明的管IO在需 要强烈气-液界面混合的冷凝传热中运行得非常好。
虽然结合某些实施例描述了本发明，但这不将本发明限制在给出 的特定形式上，但相反的是，本发明覆盖那些可以包括在权利要求限 定的本发明精神和范围内的替代、修改和等价物。
权利要求
1.一种热交换器管，包括具有纵轴和具有内表面的管状件，所述内表面沿圆周方向分成至少两个区域；第一部分多个多面体，所述多面体沿至少一个多面体轴形成在内表面上，每个所述多面体具有四个相对的侧面，所述多面体具有与所述多面体轴线平行的第一和第二面，以及具有相对所述多面体轴线倾斜的第三和第四面，所述多面体轴线与管的纵轴形成第一螺旋角；以及第二部分多个多面体，所述多面体形成在与第一部分多个多面体相邻的内表面上并且沿着至少一个多面体轴线形成，每个所述多面体具有四个相对的侧面，所述多面体具有与多面体轴线平行的第一和第二面，以及具有沿相对所述多面体轴线倾斜的轴线的第三和第四面，所述多面体轴线与管的纵轴形成第二螺旋角，第二螺旋角的取向与第一螺旋角的取向相反。
2. 如权利要求1所述的热交换器管，其特征在于所述第一螺旋角 为5到40度。
3. 如权利要求1所述的热交换器管，其特征在于所述第一螺旋角 约为15度。
4. 如权利要求1所述的热交换器管，其特征在于所述第二螺旋角 为5到40度。
5. 如权利要求1所述的热交换器管，其特征在于所述第二螺旋角 约为15度。
6. 如权利要求1所述的热交换器管，其特征在于所述第一和第二 螺旋角相等且相反。
7. 如权利要求1所述的热交换器管，其特征在于所述第一和第二 螺旋角是不对称的。
8. 如权利要求1所述的热交换器管，其特征在于第三和第四面的轴线与管的纵轴之间的角小于10度。
9. 如权利要求1所述的热交换器管，其特征在于第三和第四面的轴线与管的纵轴之间的角约为0度。
10. 如权利要求1所述的热交换器管，其特征在于第三和第四面的轴线与管的纵轴之间的角小于7度。
11. 如权利要求1所述的热交换器管，其特征在于第一部分多个多面体和第二部分多个多面体占据的区域具有与管内表面大约相等的面积。
12. 如权利要求1所述的热交换器管，其特征在于第一部分多个多面体和第二部分多个多面体占据的区域具有不相等的面积。
13. 如权利要求1所述的热交换器管，其特征在于多面体高度与夕卜径之比为约0.005到0.05。
14. 如权利要求1所述的热交换器管，其特征在于至少两个区域包4舌四个区。
15. 如权利要求1所述的热交换器管，其特征在于至少两个区域包括四个以上的域。
16. 如权利要求1所述的热交换器管，其特征在于每平方英寸具有约500到10000个多面体。
17. —种热交换器管，包括具有纵轴和具有内表面的管状件，所述内表面沿圓周方向分成至少两个区域；第一部分多个多面体，所述多面体沿至少一个多面体轴形成在内表面上，每个所述多面体具有四个相对的侧面，所述多面体具有与所述多面体轴线平行的第一和第二面，以及具有相对所述多面体轴线倾斜的第三和第四面，所述多面体轴线与管的纵轴形成第一螺旋角，第一螺旋角为5到40度，第三和第四面的轴线与管的纵轴之间的角约为0度；第二部分多个多面体，所述多面体形成在与第一部分多个多面体相邻的内表面上并且沿着至少一个多面体轴线形成，每个所述多面体具有四个相对的側面，所述多面体具有与多面体轴线平行的第一和第二面，以及具有沿相对所述多面体轴线倾斜的轴线的第三和第四面，所述多面体轴线与管的纵轴形成第二螺旋角，笫二螺旋角为5到40度，第二螺旋角的取向与第一螺旋角的取向相反，第三和第四面的轴线与管的纵轴之间的角约为0度；以及所有多面体具有相同的高度。
18. 如权利要求17所述的热交换器管，其特征在于第一部分多个多面体和第二部分多个多面体占据的区域具有与管内表面大约相等的面积。
19. 如权利要求17所述的热交换器管，其特征在于第一部分多个多面体和第二部分多个多面体占据的区域具有不相等的面积。
20. 如权利要求17所述的热交换器管，其特征在于多面体高度与外径之比约为0.005到0.05。
21. 如权利要求17所述的热交换器管，其特征在于至少两个区域包4舌四个区。
22.如权利要求17所述的热交换器管，其特征在于至少两个区域包括四个以上的域。
23.如权利要求17所述的热交换器管，其特征在于每平方英寸具有约500到10000个多面体。
全文摘要
一种热交换器管，包括具有纵轴和具有内表面的管状件，所述内表面沿圆周方向分成至少两个区域。第一部分多个多面体沿至少一个多面体轴形成在内表面上。第二部分多个多面体形成在与第一部分多个多面体相邻的内表面上。每个所述多面体具有四个相对的侧面。所述多面体具有与所述多面体轴线平行的第一和第二面，并具有与所述多面体轴线倾斜的第三和第四面。第一部分多个多面体的多面体轴线与管的纵轴形成第一螺旋角。第二部分多个多面体的多面体轴线与管的纵轴形成第二螺旋角。第二螺旋角的取向与第一螺旋角的取向相反。
文档编号F28F1/10GK101526323SQ20091013404
公开日2009年9月9日 申请日期2003年11月14日 优先权日2002年11月25日
发明者D·L·贝内特, J·E·布赖恩, 唐良猷 申请人:卢瓦塔埃斯波公司