CN1084873C - 传热管 - Google Patents

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Abstract

一种内表面有能增强管子的传热性能的结构的传热管。螺旋肋从管子的内表面突出。肋上压出有与之交叉并以小角度倾斜于管子纵向轴线的许多平行的槽口。肋和槽的这种结构增加了管子内表面的总面积，也可改善管内致冷剂的流动条件，从而提高传热性能。这种管子适用于致冷剂蒸发器和冷凝器。

Description

传热管
本发明总地涉及用在热交换器中用于管内流体与管外流体之间进行传热的管子。本发明尤其涉及具有能增强管子传热性能的内表面的传热管，空调和致冷(AC和R)或类似系统中的热交换器都含有这样的管子。
传热管的设计师们早已认识到表面增强型管子的传热性能优于光滑表面的管子。制造厂商已在广泛应用各种内外表面有增强结构的管子，这些结构包括各种肋片、翅片、涂层和嵌入件等，不胜枚举。几乎所有增强设计的一个共同点就是试图增加管子的传热面积。大多数设计还试图使在管内或管外流动的流体中形成紊流，以便促进流体混合并破坏管子表面的边界层。
大多数空调和致冷系统中以及发动机冷却系统中，热交换器是套片管子型的。在这类热交换器中，固定在管子外表面上的片子是管外增强结构。传热管往往还有在管子内壁上的内侧传热增强结构。
许多已有技术的金属传热管的内表面增强是用某种方法加工管子使其内壁上形成肋条。这些肋条大多是以螺旋形式沿管子表面延伸，这是一种广为采用的结构，因为螺旋肋比其它形式的肋一般相对容易成形。虽然充分混合、紊流和最大可能的内传热表面面积对提高传热效率是合乎需要的。然而，高的肋高度和大的肋螺旋角会引起大的流动阻力，甚至大到使流动压力损失变得不可接受。过大的压力损失需要过大的泵送动力，从而造成系统总效率降低。在如何构造内表面增强结构方面还要考虑管壁的强度和完整性。
顾名思意，流过冷凝器的流体经过一个从气体到液体的相变，而流过蒸发器的流体是从液相变为气相。这两种类型的热交换器都是蒸气压缩空调和致冷系统中所需要的。为了简化采购和库存以及降低制造成本，最好是在一个系统的所有热交换器中采用同一类型的管材。但是，用在一种场合为最佳的传热管材用在另一种场合时都往往不能表现出同样好的性能。为了在这些情况下在一给定的系统中获得最好的性能，必须用两种类型的管材，每一类型针对一种功用。但是至少有这样一种空调和致冷系统，其中，一给定的热交换器必须执行两种功能，即可逆蒸气压缩或称热泵型空调系统。在这样一个系统中，使一给定热交换器针对单一功能最佳化是不可能的，因而所选的传热管必须能很好地执行两种功能。
在典型的套片管子式空调和致冷热交换器的管路总长的相当大一部分长度内，致冷剂流的流动是混合的，即，致冷剂是以液态和气态两种形式存在。由于密度的不同，液态致冷剂沿管子底部流动，而气态致冷剂沿管子顶部流动。如果能改进两种状态的流体的相互混合，例如，在冷凝应用场合中促进液体从管子上部区域向下滴流或在蒸发应用场合中依靠毛细管作用使流体沿管子内壁向上爬流，就能改善管子的传热性能。
为了获得改善的传热性能以及简化制造和降低成本，需要有这样的传热管：它有制造简便的增强传热内表面，有至少可以接受的低的流体流动阻力，并能在冷凝和蒸发两种应用场合下很好地执行其功能。内传热表面必须易于制造且制造成本低。
本发明的传热管有一个构造成能增强管子的传热性能的内表面，内壁增强结构是一种由与管子纵向轴线成一角度延伸的许多螺旋肋形成的有肋内表面。这些肋有许多压入其内的平行槽口，槽口以一个小角度倾斜于管子的纵向轴线。内表面的这种结构增加了其面积，从而增强了管子的传热性能。此外，带有槽口的肋能改进管内的流动条件，从而促进传热，但又不会使流过管子的流动损失明显增大。这种增强结构在冷凝和蒸发应用中都能改善传热性能。在应用本发明的管子构成的套片管子热交换器的场合，在其中的流体是以混合状态流动并且蒸气含量高的情况下，这种结构能促使管子内表面处形成紊流，从而起到提高传热性能的作用。在蒸气含量低的热交换器中，这种结构既能在冷凝环境中促进冷凝液向下滴流，又能在蒸发环境中促使液体依靠毛细管作用向管壁上爬流。
尽管本发明的管子可用多种制造工艺来制造，但它特别适合于用铜或铜合金板条来制造，先在板条的一个表面上滚压出增强结构，然后卷成管状并缝焊成管材。用这种制造工艺能迅速而经济地生产出内侧增强型的传热管材。
各附图构成说明书的一部分，在所有各图中，同一标号代表相同的部分。
图1是本发明之传热管的立体示意图；
图2是本发明之传热管的剖视图；
图3是本发明之传热管的一块管壁的等角视图；
图4是本发明之传热管的一块管壁的平面图；
图5是通过图4中的V-V线截取的本发明之传热管壁的剖面图；
图6是通过图4中的VI-VI线截取的本发明之传热管壁的剖面图。
图1以一完整的等角视图示出了本发明的传热管。管子50有管壁51以及在其上的内表面增强结构52。
图2以一剖视图示出了传热管50。为清晰起见，图2中仅示出表面增强结构52(图1)的一条肋53和一个槽口54，但在本发明的管子中，有许多条肋53从管子50的壁51突出。肋53以螺旋角α倾斜于管子的纵向轴线aT。槽口轴线aN以θ角倾斜于肋53。管子10有一个从管子内表面的两条肋之间测量的内径D2。
图3是传热管50的一部分壁的等角视图，其描绘出了表面增强结构52的细节。许多根螺旋肋53从壁51向外突出。沿肋条以一定间隔设有一系列槽口54。下面将描述，槽口54是用滚压工艺成形在肋53上的。在槽口成形的过程中，被排挤的材料形成了突起55，突起55在肋53的两侧在该肋上的各槽口54周围向外突出。由于这些突起既增加了管子的暴露于管内流动的流体的内表面面积，还能使靠近管子内表面流动的流体产生紊流，所以，它们对管子的传热性能有良好作用。
图4是管子50的壁51的一部分的平面图，其示出了以肋间距Sr设置在壁上的肋53。槽口54以槽间距Sn压入成形在肋上。槽口与肋之间的夹角为角θ。
图5是通过图4中的线V-V截取的壁51的剖面图。示出了肋53的高度Hr和间距Sr。
图6是通过图4中的线VI-VI截取的壁51的剖面图。示出了槽口54的两相对槽面56之间的角度γ和压进肋54的深度Dn以及相邻槽的间距Sn。
为了兼得最佳的传热性能和最小的流体流动阻力，实施本发明并且公称外径不超过20毫米(
Figure C9510901300061
英寸)的管子应该有具有上述特点和下列参数的内表面增强结构：
a.肋螺旋角应在5至45度之间，或写成
                  5°≤α≤45°；
b.肋的高度与管子内径之比应在0.015至0.03之间，或写成
                  0.015≤Hr/D2≤0.03；
c.每单位长度管子内周长的肋数应是每厘米10至24条肋之间(每英寸26至60条之间)；
d.槽口轴线与管子纵向轴线之间的夹角应小于15度，或写成
                  θ＜15°最好是小于8度；
e.一条肋上的槽口间距与管子内径之比应在0.025至0.1之间，或写成
                0.025≤Sn/D2≤0.1；
f.一个槽口的两相对槽面之间的角度应小于90度，或写成
                γ＜90°；和
g.槽口深度应至少是肋高度的40％，或写成
                Dn/Hr≥0.4。
增强结构52可通过任何合适的工艺成形在管子的内壁上。在采用现代自动化高速加工工艺制造金属缝焊管材中，一个有效的方法是，在板条卷成圆环截面和缝焊成管子之前，在金属板条的一个表面上滚压出增强结构。如果是通过滚压、卷板成形和缝隙焊接制造管子，由于制造工艺的必然结果，有可能沿成品管子的焊缝存在这样一个区域，该区域没有管子内周的其余部分具有的增强结构或有一种与之不同的增强结构。这个结构不同的区域将不会对管子的传热或流体流动性能有任何明显的不利影响。

Claims (6)

1.一种传热管(50)，它具有：有内表面的壁(51)、纵向轴线(aT)、许多成形在所述内表面上的螺旋肋(53)以及以对所述肋倾斜的倾斜角(θ)压入所述肋内成形的许多平行槽口(54)，所述槽口具有在两相对槽面(56)之间的小于90度的角度，以及在0.5-0.2毫米(0.02-0.08英寸)之间的间距(Sn)，其特征在于，肋(53)相对于传热管(51)的纵向轴线(aT)的倾斜角(α)在5与45度之间，槽口(54)相对于所述肋(53)的倾斜角不大于15度。
2.如权利要求1所述的传热管，其特征在于，槽口(54)相对于所述肋的所述倾斜角(θ)小于8度。
3.如权利要求1所述的传热管，其特征在于，所述肋的高度(HR)与所述管子的内径(D2)之比(HR/D2)在0.015-0.03之间。
4.如权利要求1所述的传热管，其特征在于，每单位长度管子内周长(πD2)的肋数为10-24条每厘米(26-60条每英寸)。
5.如权利要求1所述的传热管，其特征在于，槽口的深度Dn与肋的高度(Hr)之比(Dn/Hr)至少是0.4。
6.如权利要求1所述的传热管，其特征在于，由在所述肋上成形所述槽口时从该肋排挤开的材料形成的突起(55)在所述肋的每一槽口附近从所述肋的两相对侧面向外突出。
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