CN107110615B - 具有多个加强部的热传递管 - Google Patents

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Abstract

一种热传递管，其包括具有多个凹槽的内表面。所述多个凹槽至少包括第一凹槽和第二凹槽，其中，第一凹槽沿着管的长度轴向地延伸，并且第二凹槽与第一凹槽相交。

Description

具有多个加强部的热传递管
相关申请的交叉引用
本申请要求于2015年10月5日提交的美国专利申请No.14/874,708的优先权，并且本申请还要求于2014年10月6日提交的美国临时申请No.62/060,051的权益。以上申请的全部公开内容通过参引并入本文中。
技术领域
本公开涉及其中包括轴向凹槽和非轴向凹槽的热传递管。
背景技术
本部分提供与本公开相关的背景信息，这些背景信息不一定是现有技术。
铜管通常用于例如空调、冰箱或热泵中的冷凝器管。虽然铜提供优良的热传递，但铜是昂贵的材料。因此，目前使用诸如铝之类的材料来形成冷凝器管。
发明内容
本部分提供本公开的总体概述，并且本部分不是本公开的全部范围或所有特征的全面公开。
本公开提供一种热传递管。该热传递管包括具有多个凹槽的内表面。所述多个凹槽至少包括第一凹槽和第二凹槽，其中，第一凹槽沿着管的长度延伸，并且第二凹槽与第一凹槽相交。
该热传递管可以包括成螺旋形地形成的第二凹槽。
该热传递管还可以包括至少与第一凹槽相交的第三凹槽。
第三凹槽可以与第二凹槽相交。
第三凹槽可以成螺旋形地形成。
热传递管可以包括铝。
本公开还提供一种形成热传递管的方法。该方法包括挤压管，从而在管的内表面上包括多个轴向的第一凹槽；以及利用第一成形工具在所述内表面上形成多个第二凹槽，其中，第二凹槽与第一凹槽相交。在成形过程中，位于第一凹槽之间的脊部可以变形成部分或完全地阻塞第一凹槽。
第一成形工具可以包括具有第一螺距和第一高度的多个螺纹。替代性地，第一成形工具可以包括将第二凹槽压入到管中的扩张工具或凸轮。
第一成形工具可以形成螺旋定向的第二凹槽，所述第二凹槽可以是连续的或不连续的，从而形成离散的环或其他路径。
根据该方法，还可以利用第二成形工具在所述内表面上形成多个第三凹槽。
第三凹槽可以与第一凹槽相交。
第三凹槽可以与第二凹槽相交。
第二成形工具可以包括具有第二螺距和第二高度的多个螺纹，以及/或者与第一成形工具相比具有不同的形状。
第二凹槽和第三凹槽可以各自成螺旋形地形成。
该方法还可以包括从挤压的管切割出一定长度的管的步骤。
所述一定长度的管可以在形成第二凹槽之前从挤压的管切割。
替代性地，所述一定长度的管可以在形成第二凹槽之后从挤压的管切割。
该方法还可以包括使热传递管弯折成发夹状管。
根据该方法，热传递管可以包括铝。
其他应用领域将通过文中提供的描述变得清楚。本发明内容部分中的描述和具体示例仅意在说明的目的而非意在限制本公开的范围。
附图说明
本文中所描述的附图仅出于对选定的实施方式进行说明而不是对所有可能的实施方式进行说明的目的，并且不意在限制本公开的范围。
图1是根据本公开的原理的示例性热传递管的截面图；
图2是根据本公开的原理的示例性热传递管的一部分的立体图；
图3是根据本公开的原理的用于在热传递管中形成凹槽的成形工具的立体图；
图4是根据本公开的原理的另一示例性热传递管的一部分的立体图；
图5是根据本公开的原理的示例性热传递管的一部分的显微图，其中，在形成第二凹槽的过程中，第一凹槽被由位于第一凹槽之间的脊部变形的材料完全阻塞；
图6是根据本公开的原理的示例性热传递管的一部分的显微图，其中，在形成第二凹槽的过程中，位于第一凹槽之间的脊部变形成突出到第一凹槽中，但没有完全阻塞凹槽；
图7是示出了利用制冷剂410a的7mm管的热传递效果的图表，其中，第二凹槽与第一凹槽相比具有不同的深度，其中，深度百分比为第二凹槽切入到位于第一凹槽之间的脊部中的百分比(例如，在30％的情况下，第二凹槽切穿脊部的顶部的30％，以及在100％的情况下，第二凹槽完全切穿脊部，使得第一凹槽和第二凹槽两者具有相同的深度)；
图8是示出了利用制冷剂410a的7mm管的热传递效果的图表，其中，将包括第一凹槽的管与包括第一凹槽和第二凹槽的管以及包括第一凹槽、第二凹槽和第三凹槽的管进行了比较；以及
图9是示出了利用制冷剂410a的7mm管的热传递效果的图表，其中，将包括第一凹槽的管与图5中示出的管以及图6中示出的管进行了比较。
贯穿附图中的若干视图，相应的附图标记指示相应的部件。
具体实施方式
现在将参照附图对示例性实施方式进行更全面的描述。
图1示出了管10，管10包括由脊部13隔开的多个第一凹槽12。管10是大致筒形的并且包括限定外径OD的外表面14以及限定内径ID的内表面16。管10可以由诸如铜、铝、不锈钢或本领域技术人员已知的任何其他材料之类的材料形成。优选地，管10用于在空调冷凝器、蒸发器或热泵中运载制冷剂。
管10可以被挤压成包括第一凹槽12。如示出的，第一凹槽12是有助于使管10的内表面面积增大的轴向凹槽12。然而，应当理解的是，在不背离本公开的范围的情况下，第一凹槽12可以成螺旋形地形成。通过使管10的内表面面积增大，则会在由管10运载的制冷剂与管10之间发生更大量的热传递。凹槽12的数目和尺寸可以改变。如图1中所示，管10包括五十八个第一凹槽12。然而，在不背离本公开的范围的情况下，管10可以包括更多数目或更少数目的第一凹槽12。此外，虽然第一凹槽12被示出为包括被倒圆的底部18，但是应当理解的是，在不背离本公开的范围的情况下，第一凹槽12可以是方形、椭圆形或V形的。管10的厚度T在约三分之一英寸的范围内。然而，管10根据需要而可以具有更大或更小的厚度。
为了使管10的热传递能力进一步提高，管10可以被进一步加工成包括第二凹槽20。如图2中所示，第二凹槽20非轴向地形成以与第一凹槽12相交。第二凹槽20与第一凹槽12一起使用形成了使由管10运载的制冷剂与管10之间的热传递最大化的复杂的内表面16。第二凹槽20可以形成为与第一凹槽12正交，或者第二凹槽20可以成螺旋形地形成为与第一凹槽12相交。第二凹槽20可以沿管10的长度连续地形成或不连续地形成。第二凹槽20可以使位于第一凹槽之间的脊部的材料移位，以在实际上可以是连续的或不连续的第二凹槽的任一侧或两侧上形成脊部来阻挡或限制第一凹槽中的流动流体。
图3示出了可用于形成第二凹槽20的成形工具22。成形工具22包括由旋转工具(未示出)驱动的近端部分24，并且成形工具22包括远端部分26。成形工具22的远端部分26还包括螺纹部28，螺纹部28在成形工具22旋转时将在管10中形成第二凹槽20。可以根据需要改变螺纹30之间的螺距或间距S。此外，可以根据需要调节螺纹30的高度H。就这一点而言，螺纹30的高度H可以形成为大于、等于或小于第一凹槽12的深度D，使得第二凹槽20具有与第一凹槽12的深度相比而不同的深度(例如，更大或更小)。使第二凹槽20的深度不同会影响制冷剂与管10之间的热交换。如图7中最佳地所示，当第二凹槽20的深度为第一凹槽12的深度的30％时，热传递增加。图7还示出了第二凹槽20的深度为第一凹槽12的深度的50％或100％的情况也使制冷剂与管10之间的热交换增加。
另外，可以根据需要对螺纹30相对于成形工具22的轴线A设置的角度α进行调整。无论如何，应当理解的是，间距S、高度H和角度α中的每一者均可以基于管10的内径ID和管10中的制冷剂的期望流量来选择和调整。还应当理解的是，第二凹槽20也可以通过下述各种工具来形成，所述工具可以布置在管中以使第一凹槽变形从而产生第二凹槽20。
现在参照图4，可以观察到的是，管10可以包括第一凹槽12、第二凹槽20和第三凹槽32。与第二凹槽20类似，第三凹槽32非轴向地形成以与第一凹槽12相交。第三凹槽32也可以与第二凹槽20相交。第三凹槽32与第一凹槽12和第二凹槽20一起使用形成了使由管10运载的制冷剂与管10之间的热传递最大化的复杂的内表面16。第三凹槽32可以形成为与第一凹槽12正交，或者第三凹槽32可以成螺旋形地形成为与第一凹槽12相交。此外，第三凹槽32可以通过与用于形成第二凹槽20的成形工具22类似的成形工具22来形成，其中，间距S、高度H和角度α不同。第三凹槽32可以具有与第一凹槽12和第二凹槽20完全不同的形状，或者第三凹槽32可以沿着与第一凹槽12和第二凹槽20完全不同的路径行进，并且第三凹槽32可以连续地形成或者不连续地形成。
现在参照图5和图6，可以观察到的是，第一凹槽12(其在图5和图6中从左向右行进)会由于第二凹槽20和/或第三凹槽32的形成而被完全阻塞(图5)或部分阻塞(图6)。在这方面，用于形成第二凹槽20和/或第三凹槽32的工具22在第二凹槽20和/或第三凹槽32的形成期间会使位于第一凹槽12之间的脊部13变形，使得脊部13的部分变形或被迫进入到第一凹槽12中。通过迫使脊部13进入到第一凹槽12中，制冷剂与管10之间的热传递由于第一凹槽12中的流动的限制而增加，其中，第一凹槽12中的流动的限制使管10中的制冷剂的流动的紊流增加。当第一凹槽12之间的脊部13变形成完全阻塞或限制第一凹槽12中的流动时，热传递效果最为显著。然而，应当理解的是，第一凹槽12被变形部分部分地阻塞也实现了管10与制冷剂之间的热传递的增加(图9)。
与仅包括轴向凹槽的管10相比，第二凹槽20和/或第三凹槽32的使用有助于将管10的热传递性能提高多达30％(图8)。在这方面，在仅包括轴向凹槽的常规管中，制冷剂流往往沉积到轴向凹槽中并沿着轴向凹槽行进，这在管内形成了阻止以及/或者限制制冷剂与管之间的热传递的制冷剂边界层。第二凹槽20和/或第三凹槽32的使用扰乱了制冷剂穿过第一凹槽12的流动，从而防止制冷剂边界层的形成。在这方面，制冷剂的流动由于第一凹槽12与第二凹槽20和/或第三凹槽32中的每一者的相交而被扰乱，这使得制冷剂流动从第一凹槽20中断并且还在制冷剂流中产生使热传递增加的紊流。
为了形成管10，一定长度(例如，500英尺)的管被挤压成包括第一凹槽12。选择期望长度的管10，并且从一定长度的管切割出期望的长度。然后进行二次处理以形成第二凹槽20和/或第三凹槽32。具体地，选择下述成形工具22，该成形工具22的螺纹30具有期望的间距S、高度H和角度α。成形工具22插入管10中并旋转以形成第二凹槽20和/或第三凹槽32。可以通过进行多个成形工具22的单次操作或多个成形工具22的多次操作来形成第二凹槽20和/或第三凹槽32。因此，应当理解的是，管10还可以包括任意数目的凹槽(未示出)等。
在至少形成第二凹槽20之后，管10随后可以弯折成期望的构型(例如，发夹状构型)。替代性地，管10可以在形成第二凹槽20和/或第三凹槽32之前弯折成期望的构型。另外，应当理解的是，二次处理可以在从一定长度的管切割出管10之前或之后进行，并且还可以在向管10施加在管10的膨胀期间使用的润滑剂之前或之后进行。
替代性地，第二凹槽20可以在将管10切割至最终长度之前以连续的方式(例如，延伸)形成。成形工具可以设计成使得该工具在连续处理中自转，从而使该处理简化。该连续处理可以结合其他现有工艺比如挤压或切割来进行，或者该连续处理可以作为单独的圈到圈的操作来进行。
出于说明和描述的目的，已经提供了对实施方式的以上描述。以上描述并不意在穷举或限定本公开。特定实施方式的各个元件或特征通常并不限于该特定实施方式，而是即使并未具体示出或描述，所述各个元件或特征仍能够在适用的情况下进行互换并且能够用于选定的实施方式。特定实施方式的各个元件或特征也可以以许多方式改变。这种改变不应当被视为背离本公开，并且所有这种修改意在被包括在本公开的范围内。

Claims (20)

1.一种热传递管，包括具有多个凹槽的内表面，所述多个凹槽至少包括第一凹槽和第二凹槽，
其中，所述第一凹槽各自沿着所述管的长度轴向延伸并且在朝向所述管的中心的径向方向上敞开，相邻的第一凹槽由脊部隔开，
所述第二凹槽与所述第一凹槽相交，
在所述第二凹槽与所述第一凹槽相交的位置处，所述第一凹槽中的每个第一凹槽在所述管的轴向方向上被完全阻塞，而不会通过将所述相邻的第一凹槽隔开的所述脊部的变形进入到所述相邻的第一凹槽中的一个第一凹槽中的材料而在所述径向方向上被阻塞，并且
其中，所述脊部的变形进入到所述相邻的第一凹槽中的一个第一凹槽中的所述材料限制通过所述一个第一凹槽的流动。
2.根据权利要求1所述的热传递管，其中，所述第二凹槽成螺旋形地形成。
3.根据权利要求1所述的热传递管，还包括至少与所述第一凹槽相交的第三凹槽。
4.根据权利要求3所述的热传递管，其中，所述第三凹槽与所述第二凹槽相交。
5.根据权利要求4所述的热传递管，其中，所述第三凹槽成螺旋形地形成。
6.根据权利要求1所述的热传递管，其中，所述热传递管包括铝。
7.根据权利要求1所述的热传递管，其中，所述第二凹槽的深度大于所述第一凹槽的深度。
8.一种形成热传递管的方法，包括：
对管件进行挤压，从而在所述管件的内表面上包括多个轴向的第一凹槽，相邻的第一凹槽由脊部隔开；以及
利用第一成形工具在所述内表面上形成多个第二凹槽，使得所述第二凹槽与所述第一凹槽相交，
其中，在形成多个所述第二凹槽的过程中，在所述第二凹槽与所述第一凹槽相交的位置处，所述第一成形工具使将所述相邻的第一凹槽隔开的所述脊部的材料变形，使得所述第一凹槽中的每个第一凹槽在所述管件的轴向方向上被完全阻塞，而不会在径向方向上被阻塞，并且
其中，所述脊部的变形进入到所述相邻的第一凹槽中的一个第一凹槽中的所述材料限制通过所述一个第一凹槽的流动。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述第一成形工具包括具有第一螺距和第一高度的多个螺纹。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述第一成形工具形成螺旋定向的所述第二凹槽。
11.根据权利要求8所述的方法，还包括利用第二成形工具在所述内表面上形成多个第三凹槽。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述第三凹槽与所述第一凹槽相交。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述第三凹槽与所述第二凹槽相交。
14.根据权利要求11所述的方法，其中，所述第二成形工具包括具有第二螺距和第二高度的多个螺纹。
15.根据权利要求11所述的方法，其中，所述第二凹槽和所述第三凹槽各自成螺旋形地形成。
16.根据权利要求8所述的方法，还包括从挤压的所述管件切割出预定长度的管。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述预定长度的管在形成所述第二凹槽之前从挤压的所述管件切割。
18.根据权利要求16所述的方法，其中，所述预定长度的管在形成所述第二凹槽之后从挤压的所述管件切割。
19.根据权利要求8所述的方法，还包括使所述热传递管弯折成发夹状管。
20.根据权利要求8所述的方法，其中，所述热传递管包括铝。
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