专利名称：：汽化热传导管的制作方法
技术领域：
：本发明涉及一种安装在蒸汽压缩型制冷机械(比如离心式冷冻器、螺杆式冷冻器)的全浸式蒸发器中的汽化热传导管，将之浸没在液态制冷剂(例如，氟利昂，液态氮或类似物)并被用来加热和使液态制冷剂汽化；特别是涉及一种对于低密度的制冷剂在传热性能方面有所改进的汽化热传导管。迄今为止，像这种汽化热传导管已提出了几种传热面式的型式。例如，像公开在已审查过的日本专利申请特公昭53-25379号和特公平4-78917号那样，在传热管的外表面上形成肋片，在每一个肋片的顶部加工有用来构成小孔的凹槽，并将这些肋片弯折形成用于传导汽化热的有效的空腔。此外，例如，像公开在已审查过的日本专利申请特公昭64-2878号和特开平8-219674号那样，在传热管的外表面上以螺旋式结构形成肋片后，通过压缩使肋片的顶部变形从而沿传热管的周边与传热管轴线方向形成空腔并且形成宽度为0.13mm或更小的通道使空腔与外界沟通。还有，例如，像公开在已审查过的日本专利申请特开平4-236097号和特开平7-151485号那样，为了提高传热性能，不仅加速了空腔中的汽化，而且也促进了在传热管外表面上的液态制冷剂与已气化了的制冷剂的扰动。虽然这些传热管在使用如下制冷剂，如三氯氟甲烷、氯二氟代甲烷、或1,1二氯-2,2，三氟乙烷时，在其传热性能方面得到提高，但存在一个问题，就是当使用低密度的制冷剂时，如使用1,1、2-四氟乙烷时，传热性能就会降低，因为传统的传热管有一个很小的开口(通道)，且经由这个开口使空腔与外界相通，这就阻碍了制冷剂流进空腔中，至使空腔中的空间变干。为了避免这个问题，就可能会考虑到一个增加装在全浸式蒸发器中的大量制冷剂的方法，但是这会存在制冷剂填充耗费增加的缺点并且对具有较大体积的热交换器的需求就增加了，而这又使成本进一步提高。为了解决上述问题而作出本发明，因此，本发明的目的是提供一种汽化热传导管，它能提高在使用低密度的制冷剂的情况下的传热性能。根据本发明制作的汽化热传导管包括传热管管体，和在管体的外表面上沿着管体的轴线方向以指定的螺距形成的肋片，同时肋片以沿着管体的周边方向向外伸展方式设置，其中，在每一个肋片上，沿着肋片的长度方向，交替地分布有一些凹槽和凸起，凸起紧接着凹槽或者凹槽紧接着凸起，并且在相邻肋片上的凸起之间的开口宽度(W)为0.13mm＜W≤0.40mm。在这种汽化热传导管中，最好，在一对相邻肋片之间的空腔的顶端处开口的宽度通过肋片在凹槽或凸起处的相互的向内的伸出而变窄。此外，在垂直于传热管轴线的剖面内，每一个凸起的断面轮廓可以设计为梯形。最好，在垂直于传热管轴线的剖面内，在每个凹槽的的相对的两侧表面之间形成的角度(θ)为55度或更小；在垂直于传热管轴线的剖面内，凹槽或凸起在周边方向上的节距(P1)为0.28mm≤P1≤0.55mm；或者在包含有传热管轴线的剖面内，空腔的螺距(P2)为0.50mm≤P2≤0.90mm。而且，最好在传热管的内表面上以螺旋方式设置有加强肋，其中加强肋相对于传热管轴线的升角(α)为41度≤α≤50度，加强肋的高度(h)为0.22mm≤h≤0.45mm，加强肋沿着管体轴线方向的螺距(P3)为2.6mm≤P3≤6.5mm。图1是表示一个与本发明的实施例相应的汽化热传导管的透视2是在该实施例中沿传热管轴线的剖面视图。图3是在该实施例中沿着与传热管轴垂直的方向(图1中的剖面线A-A)的剖面视图。图4是表示该实施例的测试装置的视图。图5是表示传热管内的水流速度与整体传热系数之间关系的图表。图6是表示开口的宽度W与整体传热系数之间关系的图表。图7是表示在凹槽的两相对侧面之间夹角θ与整体传热系数之间关系的图表。图8是表示凹槽的节距P1与整体传热系数之间关系的图表。图9是表示空腔的螺距P2与整体传热系数之间关系的图表。图10是表示加强肋升角α与整体传热系数之间关系的图表。图11是表示加强肋高度h与整体传热系数之间关系的图表。图12是表示加强肋螺距P3与整体传热系数之间关系的图表。下面，将参照附图，对本发明的一个实施例具体地进行说明。图1是表示与本发明的一个实施例相应的汽化热传导管的透视图，图2是沿传热管轴线的剖面视图，图3是沿着与传热管轴线垂直的方向的剖面视图。在管体1的外表面上以如下方式设置有肋片2，即以每一个肋片在倾斜于管体轴线的方向上延伸的方式。肋片2沿着轴线方向以螺距为P2的螺旋形式延伸(见图2)。通过用齿轮或类似物间断性地挤压，在肋片的长度方向上交替地形成凸起4与凹槽5，凸起紧接着凹槽或者凹槽紧接着凸起。肋片2可以是在垂直于管体的轴线的方向上延伸的那种肋片。如图2所示，在一对相邻肋片2之间形成空腔3，并且这对相邻肋片2上的凸起4的相对的顶端与凹槽5相对的底部在空腔3的开口6处各自在顶端彼此相向伸出，从而使得开口6变窄。在沿轴线的剖面内，凸起4之间的开口6的宽度是W。空腔3的螺距与肋片的螺距相同为P2。另一方面，如图3所示，在与管体的轴线垂直方向上所作的剖面内，凸起4沿着管体的周边的方向的节距为P1。凹槽5的相对侧表面之间形成的夹角为θ。如图2所示，在管体1的内表面上，形成有沿着轴线方向以螺旋形状延伸的加强肋7。加强肋7的螺旋升角为α，加强肋7沿轴线方向的螺距为P3且其高度为h。在具有如此结构的汽化热传导管中，由于肋片2的顶部轮廓的凹槽/凸起的结构，在空腔中产生的气泡从凸起4之间的开口6处排泄出来，必需量的液态制冷剂通过凹槽5之间的开口6流进空腔3内。相邻的凹槽5的底部在开口6处沿着管体的轴线方向以方向相对的方式在两者之间伸向空腔3，且对这种伸出在长度上要作出合乎需要的设置以便防止它们彼此接触。通过两个凹槽5的底部的这种伸出，当气泡从开口6释放出来时，空腔3中的气泡则受到扰动，由此而加速汽化。即使当凹槽5的底部构成这种伸出时，凸起4的顶端之间的开口6的宽度(W)最好在0.13mm＜W≤0.40mm的范围内。当开口6的宽度W为0.13mm或更小时，气泡就很难从空腔3内释放出来，空腔中的空间就会变干，结果是传热性能降低。另一方面，当开口6的宽度W大于0.40mm，不但空腔内的气泡就会很容易释放出来，而且液态制冷剂也容易流进空腔3内，由此传热性能也会下降。当凸起4之间的开口6沿着管体的轴线方向增大，当气泡从空腔3中释放出来时，在凸起4之间空腔3的内部产生的气泡就会受到影响当凸起4在垂直于管体轴线的剖面内是梯形轮廓时，在凸起4处，气泡在梯形轮廓的上端(就是较窄的一端)处特别容易被释放，同时在凹槽5处，液态制冷剂在底部处(靠近空腔3的较窄的间隙部分)流进空腔3。这样，即使开口的宽度不窄，气泡从空腔内释放的效率和液态制冷剂流进空腔中的效率也会得到提高并由此而加快汽化。此时，当凹槽的相对两侧面之间的夹角(θ)大于55度时，液态制冷剂就容易流进空腔中，这必然伴随着传热性能的下降。在垂直于传热管轴线的剖面内，凹槽或凸起在传热管周边方向上的节距(P1)最好在0.28mm≤P1≤0.55mm范围内。当节距小于0.28mm时，液态制冷剂就会很难流进空腔中，由此，不但空腔内的空间会变干，而且传热性能也会下降。当节距大于0.55mm时，液态制冷剂就容易流进空腔中，结果是传热性能也会下降。空腔3沿传热管轴线方向上的螺距(P2)最好在0.50mm≤P2≤0.90mm范围内。当螺距P2小于0.50mm时，空腔3比较狭窄，由此，液态制冷剂就会很难流进空腔3中，这必然伴随着在传热性能方面的下降。当螺距P2大于0.90mm时，在单位长度内的空腔的个数就会比较少，这也必然伴随着传热性能的下降。在管体的内表面上以螺旋形式构成的加强肋7相对于传热管轴线方向的螺旋升角(α)最好在41度≤α≤50度范围内，加强肋的高度(h)在0.22mm≤h≤0.45mm范围内，加强肋沿着传热管轴线方向的螺距(P3)在2.6mm≤P3≤6.5mm范围内。当加强肋7的相对于传热管轴线方向的螺旋升角(α)小于41度时，在传热管内表面附近的液体受到的干扰效应较小。这样，流到空腔3中的液态制冷剂就很难通过加热而汽化，因此传热性能提高的效果较小。另一方面，当螺旋升角(α)大于50度时，在传热管内表面附近的压力损失就会增加，这样泵的功率就会增大，这自然伴随着效率低下。当加强肋的高度低于0.22mm时，在传热管内表面附近的液体受到的干扰效应较小，因而，流进空腔中的液体很难被汽化，因此这伴随产生的是传热性能的提高较小。另一方面，当加强肋的高度高于0.45mm时，空腔中的空间容易变干，这又不但使传热性能下降，而且使压力损失增大，结果是用于抽冷却水的泵的功率增大了。当加强肋的螺距P3等于或小于2.6mm时，在传热管内表面附近的液体受到的干扰效应较小，因而，传热性能很难得到提高。另一方面，当加强肋的螺距P3大于6.5mm，在传热管内表面附近的液体中就会形成流速边界层和热边界层，这会使传热性能的增加比较小。虽然传热管的组成材质通常为铜或铜合金，但是用铜或铜的合金之外的其他金属作为传热管的材质来实施本发明，也能够产生相同的效果。实施例于是，就制造了与本发明的实施例相应的汽化热传导管并在此对其特性进行了测试。作为汽化热传导管的传热性能的已测定的测试条件列在下面的表1中。表1下面，将对测试装置和测试方法予以说明。图4是表示用于测定传热性能的测试装置。冷凝器20具有一个将一些传热管21垂直排列并使传热管21的轴线保持水平的构件。将冷却水从进口22处注入传热管21中并将其通过出口23排出。将制冷剂蒸汽从位于传热管21上方的进口24处注入到传热管21的周边空间，冷凝后液态制冷剂从出口25处被送往蒸发器30。在全浸式蒸发器30中，待测试的试样传热管31被浸没在制冷剂36中且使传热管的轴线方向保持水平，从位于全浸式蒸发器30的下方的进口32处供给液态制冷剂，经过加热后产生的来自于试样传热管31的制冷剂蒸汽则从位于全浸式蒸发器30的上方的出口33处排出，之后，制冷剂蒸汽被送进蒸发器20的制冷剂蒸汽进口24。在试样传热管31中，从进口34处注入水并在冷却后将水通过出口35排出。以这样的方式构成的测试装置具有一个通过管道将冷凝器20、外壳和管状的热交换器、以及全浸式蒸发器30连接起来的结构，其中全浸式蒸发器30中产生的制冷剂蒸汽通过位于全浸式蒸发器上方的管道中的进口24导入冷凝器20中，制冷剂蒸汽在传热管21的外表面上被正在从传热管21中流过的冷却水冷凝，这样冷凝后的制冷剂通过位于冷凝器下方的管道返回到全浸式蒸发器中。测试方法按照下述情况进行。使水以恒定的流速流进位于全浸式蒸发器30内的试样传热管31中并对水的进口温度进行调节使之保持恒定。另一方面，通过改变通过冷凝器20中传热管的冷却水的流速来调整蒸发压力以便设置测试条件。在水的流速、进出口温度和蒸发压力在各自指定的条件下建立稳定状态后，就可以进行测试了。图5是实施例1～5(1-1～5)与每英寸26个肋片的传统实施方式的低肋片传热管之间在整体传热系数方面的对比结果，图中用传热管末端光滑内表面积作出的计算结果的传热系数对应于冷却水的流速。图6到图12表示传热管末端光滑内表面积的整体传热系数与相应的变量开口宽度W、凹槽角度θ、凹槽节距P1、空腔螺距P2、螺旋升角α、加强肋高度h和加强肋螺距P3的关系图。相关数据列在下面的表2至表10中。在表2至表10中，测试序号1-1～1-34满足在本发明申请要求的所有权利要求中指定的所有条件，测试序号2-1～2-17则不满足所有要求中的一个。例如，测试序号2-1～2-3则不满足W的限制，测试序号2-4～2-5则不满足θ的限制，测试序号2-6～2-8则不满足P1的限制，测试序号2-9～2-11则不满足P2的限制，测试序号2-12～2-13则不满足α的限制，测试序号2-14～2-15则不满足h的限制，测试序号2-16～2-17则不满足P3的限制。正如附图与表格所示，与测试序号2-1～2-17相比较，测试序号1-1～1-34显示出较高的整体传热系数。表2表3</tables>表4表5表6</tables>表7表8表9表10如上所述，通过采用本发明所述的汽化热传导管，甚至在使用低密度的制冷剂时，能有效的加快汽化热的传导并且能获得具有极好的传热性能的汽化热传导管。相应地，本发明能够实现热交换器的性能的提高，尺寸和重量的下降，使用元件数量的减少，制冷剂充填量的减少，以及制冷器的效率的提高等等。权利要求1.一种汽化热传导管，其特征在于，它包含有传热管管体，和在传热管管体的外表面上沿着管体的轴线方向以规定的间距形成的肋片，并沿着管体的周边方向以伸展方式布置，其中沿着肋片的长度方向，每一个肋片上都交替地分布有一些凹槽和凸起，凸起紧接着凹槽或者凹槽紧接着凸起，在凸起之间的开口宽度(W)为0.13mm＜W≤0.40mm。2.根据权利要求1所述的汽化热传导管，其特征在于一对相邻肋片之间的空腔的顶端处开口的宽度由于肋片在凹槽和/或凸起处的相互的向内的伸出而变窄。3.根据权利要求1或2所述的汽化热传导管，其特征在于在垂直于传热管轴线的剖面内，每一个凸起的断面轮廓设计为梯形。4.根据权利要求1至3中的任何一项权利要求所述的汽化热传导管，其特征在于在垂直于传热管轴线的剖面内，在每个凹槽的相对的两侧表面之间形成夹角的角度(θ)为55度或更小。5.根据权利要求1至4中的任何一项权利要求所述的汽化热传导管，其特征在于在垂直于传热管轴线的剖面内，凹槽或凸起在周边方向上的节距(P1)为0.28mm≤P1≤0.55mm。6.根据权利要求1至5中的任何一项权利要求所述的汽化热传导管，其特征在于在包含有传热管轴线的剖面内，空腔的间距(P2)为0.50mm≤P2≤0.90mm。7.根据权利要求1至6中的任何一项权利要求所述的汽化热传导管，其特征在于在传热管的内表面上以螺旋形式设置有加强肋。8.根据权利要求7所述的汽化热传导管，其特征在于加强肋相对于传热管轴线的升角(α)在41度≤α≤50度范围内，加强肋的高度(h)在0.22mm≤h≤0.45mm范围内，加强肋沿着管体轴线方向的螺距(P3)在2.6mm≤P3≤6.5mm范围内。全文摘要一种汽化热传导管，管体有肋片，肋片形成凸起与凹槽。凸起轮廓外形为梯形，开口宽度(W)为0.13mm〈W≤0.40mm，凹槽角度(θ)为55度或更小，凹槽或凸起节距(P1)为0.28mm≤P1≤0.55mm，空腔螺距(P2)为0.50mm≤P2≤0.90mm。加强肋的升角(α)为41度≤α≤50度，加强肋的高度(h)为0.22mm≤h≤0.45mm，加强肋螺距(P3)为2.6mm≤P3≤6.5mm。文档编号F28F13/18GK1227911SQ9910278公开日1999年9月8日申请日期1999年3月3日优先权日1998年3月4日发明者高桥宏行,佐伯主税申请人:株式会社神户制钢所