专利名称：多面体阵列热传导管的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于热交换器的管，更特别地，本发明涉及具有一内表面的热交换器管，该内表面能够提高管的热传导性能。
背景技术：
本领域技术人员都知道，具有表面加强件的管的热传导性能优于平壁管。表面加强件用于内和外管表面，包括肋、散热片、涂层和插件等等。所有的加强件设计都试图增大管的热传导面积。多数设计还试图在流经或流过管的流体中产生涡流，从而促进流体混合，并分解管表面的边界层。
在很大比例的空调和制冷装置，以及发动机冷却装置中，热交换器都是散热片和管型。在这种热交换器中，通过固定到管外部的散热片的使用而对管进行外部加强。热交换器管还经常具有管内表面变形形式的内部热传导加强件。
在普通散热片和管式空调和制冷热交换器的相当比例全长中，致冷剂以液态和汽态存在。在某些流速之下并由于密度的变化，液态致冷剂沿管的底部流动，汽态致冷剂沿顶部流动。如果在两个状态的流体之间的混合增强了，例如通过在冷凝时促进液体从管上部区域排放，或者在汽化时通过毛细作用促进液体在壁中向管上部流动，则管的热交换性能将提高。
还期望相同类型的管用于系统中的所有热交换器。因此，热交换器必须在冷凝和汽化应用中都令人满意地工作。
为了降低热交换器的制造成本，还期望在保持性能的同时降低热交换器的重量。
因此，需要的是一种热传导管，该热传导管对于冷凝和汽化应用都提供适当的性能，并向最终用户提供实际的和经济的特征。
发明概述本发明的热交换器管通过提供增强热交换性能的特征的管而满足了上述要求，从而在重量相同时，管的热传导性能优于现有技术管，在重量减小时，管的热传导性能等于现有技术管，压降性能优于现有技术管。
本发明的热交换器管具有构造用于增强管的热传导性能的内表面。在一优选实施例中，内增强件具有多个从管的内壁延伸的多面体。在一优选实施例中，多面体设置成基本平行于管纵轴线的列。但该列可从纵轴线最大偏移40度。多面体具有基本平行于多面体轴线设置的第一和第二平面。多面体具有相对于管纵轴线以一角度倾斜设置的第三和第四表面。产生的表面增加了管的内表面积，因而提高了管的热交换性能。另外，多面体改进了管中的流动条件，这同样改进了热传导。
本发明的管适用于通过在板带的一个表面上用压辊轧花加强图案，将板带轧制成形和缝焊成管，而用铜或铜合金板带制造。这种制造工艺能够快速和经济地制造复杂的、内部加强的热传导管。
附图简介
图1是本发明中热交换器管的立视图，示出管的一部分的切口。
图2是本发明中热交换器管的壁的一部分的透视图。
图3是沿图1中3-3线所取的本发明中热交换器管壁的剖视图。
图4是一图表，示出当管用于冷凝应用时，本发明的管相对于现有技术管的相对性能。
图5是一图表，示出本发明的管相对于现有技术管在压降上的相对性能。
优选实施例的描述本说明书中使用术语多面体，它定义为由基本平的表面构成的固体。
首先参照图1，管10最好由铜、铜合金或其它导热材料制成。管10最好是具有一外径、一内径和相应壁厚的圆柱形。内表面最好制有内表面加强件13。本发明的热交换器管10最好通过在将一铜或铜合金板带轧制成形并缝焊成管10之前将在该板带的一个表面上用压辊轧花所述加强件图案13而形成。
转向图2，示出用于壁16一部分的表面加强件13。多个多面体19从壁16向外延伸。多面体19最好是沿管10的纵轴线设置，但它们可以以一0至40度的角度从该轴线偏移。当该角度为0度时，一第一平面22和一第二平面25基本平行于管10的纵轴线。一第三平面28和一第四平面31相对于该纵轴线成一角度倾斜地设置。该第三和第四表面28和31与该纵轴线之间的倾角为角β。β可以是5至90度之间的任何角度，但β最好在5至40度范围内。
多面体19设置在壁16上，相邻列的中心线之间的距离为d。距离d可在0.011英寸至0.037英寸范围内，但优选的范围是0.015英寸至0.027英寸。在第三和第四表面28和31之间测量的多面体19的最大长度是L该长度l可以是0.005至0.025英寸，但优选长度是约0.0145英寸。与多面体19相邻的一凹陷区域32下降到一深度D。D在-0.001至0.001范围内，但最好是0.0005英寸(其中负值表示管内壁上方的距离)。
表面28和31形成一顶角l1，该顶角l1在20至50度范围内，最好是约44度。
转向图3，该多面体19具有高度H和一最大宽度W。宽度W在0.004至0.01英寸范围内，最好是0.0056英寸。该多面体19在相对表面22和25之间有一角度l2。角度l2在10至50度范围内，最好是约15度。对于管的所有尺寸，每360度弧度中的多面体数量是由上述的节距d确定的。
为了以最小的流动阻力获得最优的热传导，体现本发明的管应具有一内部加强件，该内部加强件具有上述特征和下列参数多面体的多面体轴线99应相对于管的纵轴线以一0至40度的角度设置；多面体高度H与管的内径之比应该在0.015至0.04之间。纵轴线与第三和第四表面28和31之间的倾角β应为5度至40度之间。与多面体19相邻的凹陷区域32应该最好延伸到壁16内表面中-0.001至0.001，最好是0.0005英寸(负值表示在管内壁上方的距离)。相对表面28与31之间的顶角l1应该在20至50度之间，最好是44度。同样，多面体19之间的空间的截面积S(图3中所示)与多面体19的高度H之间的比应该在0.1毫米至0.6毫米。假设多面体的高度(H)保持不变，通过增大多面体19之间的截面积，截面积S与高度之间的比增大，管的重量及产生的成本降低。
多面体19(图2中最佳示出)由两种图案在内壁16中被轧花之后保留的材料制成。第一种图案最好是沿管10的纵轴线制成，并确定了多面体19的长度，但如上所述，它们可以有一最大到40度的偏移。第二种图案相对于纵轴线倾斜，并确定了多面体19的宽度。第二种图案最好比第一种图案更深地伸入管10的内壁16中。产生的表面加强件13应最好在每平方英寸内壁16上形成2400至4400个多面体19。尽管最好是2400至4400，但该数量可以在每平方英寸2000至10000个多面体范围内。
加强件13可以通过任何适当的工艺形成在管壁16的内部。在使用自动高速工艺制造缝焊金属管时，一种有效的方法是在将一板带轧制成形为圆形截面并缝焊成管10之前通过压辊在该板带的一个表面上轧花而形成所述加强件图案13。这可以通过将两个压辊轧花工位按顺序定位在生产线上，将金属板带轧制成形和缝焊成管而完成。这些工位可定位在未加工金属板带供应源与生产线上板带已轧制成形为管状的部分之间。每个轧花工位分别具有一个图案加强辊和一支承辊。每个工位中的支承辊和图案辊由适当的装置以足够的力压在一起(未示出)，使一个辊上的图案表面印在板带一侧表面上，从而形成多面体的纵向侧面。第三和第四表面28和31将由一第二辊成形，该第二辊具有压入多面体19中的一组突出的凸起。
如果管通过压辊轧花、轧制成形和缝焊制成，很可能沿已加工管10的焊接线将有一区域，该区域不是由于制造工艺的性质而缺少环绕管10圆周剩余部分出现的加强结构，就是具有不同的加强结构。具有不同结构的该区域不会以一显著的方式对管10的热或流体流动性能产生负面影响。
转向图4，h代表热传导系数，IE代表具有内部加强件的管，“平滑”表示平管。图4中的曲线示出与具有平滑内表面的管相比，当流经管的致冷剂R-22在一个质量流量比范围内时，三种不同的内部加强管的相对冷凝性能(h(IE)/h(平滑))。管A是本发明的一个实施例，其S/H比为0.264毫米，β角为15度，多面体列定向成基本平行于管的纵向轴线。管B表示与美国专利No.4658892中公开的管类似的具有螺旋内部肋的现有技术管。管C是本发明另一实施例，其S/H比为0.506毫米，β角为15度，多面体列定向成基本平行于管的纵向轴线。
图4中的图表示出，在一较宽的流速范围内，管A的性能优于管B，而管C的性能大致等于管B。管A设计成具有与管B相同的重量，管C设计成重量轻于管B。因此，本发明在同等重量情况下提供了更好的性能，在重量减小的情况下提供了同等性能，因而降低了最终用户的成本。
转向图5，该曲线示出当流经管的致冷剂R-22在一个质量流量比范围内时，上述管A、B和C的压降的相对性能。图5中的图表示出，在致冷剂R-22的流速在一较宽范围内时，与管B相比，管A的压降上升相对较小，管C的压降明显减小。
因此，本发明的管为最终用户提供了优越的性能，而不用对它们的制造增加任何明显的复杂性。
尽管本发明结合某些优选实施例进行了描述，但并不会将本发明的范围限定为所列出的特殊形式，相反，它将覆盖包括在由附属权利要求限定的本发明的精神和范围内的这些替换、修改和等同物。
权利要求
1．一种热交换器管，包括一管状件，该管状件具有一限定了一内径的内表面并具有一纵轴线；形成于该内表面上的多个多面体，每个多面体具有四个相对侧面和一个高度，这些多面体具有彼此相对的第一和第二表面，这些多面体具有第三和第四表面，该第三和第四表面彼此相对和倾斜并设置成以一角度与该纵轴线倾斜。
2．如权利要求1所述的热交换器管，其特征在于，该多面体沿一多面体轴线设置，该多面体轴线设置成与该管状件的纵轴线成一0至40度的角度。
3．如权利要求1所述的热交换器管，其特征在于，该第三和第四表面与该纵轴线相交的角度为5度至40度。
4．如权利要求1所述的热交换器管，其特征在于，该内表面与该第三和第四表面相邻的部分凹陷在该内表面其余部分的下方。
5．如权利要求4所述的热交换器管，其特征在于，该凹陷部分在该内表面上方0.001英寸至该内表面下方0.001英寸范围内。
6．如权利要求1所述的热交换器管，其特征在于，相邻多面体限定了一个具有一截面积(S)的空间。
7．如权利要求6所述的热交换器管，其特征在于，该截面积(S)与多面体高度之比为0.1毫米至0.6毫米。
8．如权利要求1所述的热交换器管，其特征在于，相邻多面体列之间的距离为约0.011至0.037英寸。
9．如权利要求8所述的热交换器管，其特征在于，每平方英寸有2000至10000个多面体。
10．如权利要求1所述的热交换器管，其特征在于，每平方英寸有约2400至4400个多面体。
11．如权利要求1所述的热交换器管，其特征在于，该多面体相邻的第三和第四表面之间的顶角为20-50度。
12．如权利要求1所述的热交换器管，其特征在于，相邻的第一和第二表面之间的角度为10至50度。
13．一种热交换器管，包括一管状件，该管状件具有一限定了一内径的内表面并具有一纵轴线；及形成于该内表面上的多个多面体，每个多面体具有四个相对侧面和一个高度，这些多面体具有彼此相对的第一和第二表面，这些多面体具有第三和第四表面，该第三和第四表面彼此相对和倾斜并设置成以一角度相对于所述纵轴线倾斜；这些多面体在相邻多面体之间限定了一具有一截面积(S)的空间，该截面积与多面体高度的比值为0.1-0.6毫米。
14．如权利要求13所述的热交换器管，其特征在于，该多面体沿一多面体轴线设置，该多面体轴线设置成与该管状件的纵轴线成一0至40度的角度。
15．如权利要求13所述的热交换器管，其特征在于，该第三和第四表面与该纵轴线相交的角度为5度至40度。
16．如权利要求13所述的热交换器管，其特征在于，该内表面与该第三和第四表面相邻的部分凹陷在该内表面其余部分的下方。
17．如权利要求16所述的热交换器管，其特征在于，该凹陷部分在该内表面上方0.001英寸至该内表面下方0.001英寸范围内。
18．如权利要求13所述的热交换器管，其特征在于，相邻列多面体之间的距离为约0.011至0.037英寸。
19．如权利要求13所述的热交换器管，其特征在于，每平方英寸有2000至10000个多面体。
20．如权利要求13所述的热交换器管，其特征在于，每平方英寸有约2400至4400个多面体。
21．如权利要求13所述的热交换器管，其特征在于，该多面体相邻的第三和第四表面之间的顶角为20-50度。
22．如权利要求13所述的热交换器管，其特征在于，相邻的第一和第二表面之间的角度为10至50度。
23．一种热交换器管，包括一管状件，该管状件具有一限定了一内径的内表面并具有一纵轴线；及形成于该内表面上的多个多面体，每个多面体具有四个相对侧面和一个高度，这些多面体设置成基本平行于该纵轴线延伸的列，这些多面体具有彼此相对并基本平行于该纵轴线延伸的第一和第二表面，这些多面体具有第三和第四表面，该第三和第四表面彼此相对和倾斜并设置成以一角度相对于该纵轴线倾斜，这些多面体沿一多面体轴线设置，该多面体轴线相对于该管状件的轴线以一0至40度的角度设置，第三和第四表面与该纵轴线相交的角度为5至40度，这些多面体在相邻多面体之间限定了一个具有一截面积的空间，该截面积与该高度的比值为0.1毫米-0.6毫米，这些多面体设置成在每平方英寸管上有2000至10000个多面体。
全文摘要
一种热交换器管,具有设置用来增强管的热传导性能的内表面。该内部加强件具有多个从管的内壁延伸的多面体。这些多面体具有设置成基本平行于多面体轴线的第一和第二平面。这些多面体具有以一角度相对于管的纵轴线倾斜设置的第三和第四表面。产生的表面增加了管的内表面积并改进了表面的涡流特性,因而提高了管的热传导性能。
文档编号F28F1/10GK1325485SQ99812966
公开日2001年12月5日 申请日期1999年11月1日 优先权日1998年11月2日
发明者唐纳德·L·贝内特, 唐良猷 申请人:奥托库姆普铜富兰克林公司