[发明专利]传热管以及用于制造该传热管的方法及工具

说明书

本申请是申请日为03年6月10日、申请号为03819282.9、发明名称为“传热管以及用于制造该传热管的方法及工具”的中国发明专利申请的分案申请。 

技术领域

本发明涉及一种在管的内表面上具有凸起的传热管，和在管的内表面上形成凸起的方法及工具。 

背景技术

本发明涉及一种具有增强的内表面的传热管，以促进从一侧向管子另一侧的热传递。传热管通常用于某些设备中，如在冷冻、化学、石油化工和食品加工工业中使用的满液式蒸发器、降膜式蒸发器、喷雾式蒸发器、吸收式冷冻器、冷凝器、直接膨胀式冷却器和单相冷却器以及加热器。在这些应用中使用多种传热介质，其包括但不限定于，纯水、水乙二醇混合物、任何类型的冷冻剂(例如R-22、R-134a、R-123等)、氨、石化液体和其他混合物。 

理想的传热管允许热量完全不受抑制地从管的内部传递到管的外部，反之亦然。然而，热量的这种通过管的自由传递一般受到传热热阻的阻碍。管对传热的总热阻是通过将从管的外部到管的内部的各个热阻相加来计算的，或者反之亦然。为提高管的热交换效率，管制造商一直在努力寻找减小管的总热阻的方法。一种方法是增强管的外表面，例如通过在外表面形成翅片。作为增强外部管表面的新研究的结果(见例如专利号为5697430和5996686的美国专利)，全部管热阻只有一小部分属于管的外部。例如，在满液式冷冻器中使用的典型蒸发器，具有增强的外表面和光滑的内表面，典型地具有10：1的内外热阻比。理想地，希望得到1：1的内外热阻比。因此改进管的内表面来大大减少管的内热阻并提高管的整体传热性能就变得更加重要。 

在传热管的内表面上设置相互交替的槽和脊是已知的。槽和脊一起增加在管内流动的流体传热介质例如水的紊流度。所述紊流度增加靠近内部管表面的流体混合，从而减少或实际上消除了流体介质靠近管的内表面的边界层堆积。 由于管的热交换热阻增加，该边界层热阻明显地降低了传热性能。槽和脊也为另外的热交换提供了额外的面积。这种基本的前提在Wither，Jr等人的专利号为No.3847212的美国专利中有描述。 

可以改变管内表面上槽和脊的图案、外形和尺寸，以进一步增强传热性能。为此，管制造商已经投入大量资金对可选设计进行试验，这些设计包括在Takima等人的专利号为No.5791405的美国专利、Chiang等人的专利号为No.5332034和5458191的美国专利以及Gaffaney等人的专利号为No.5975196的美国专利中所公开的。 

然而，一般地，已经证明增强管的内表面比增强外表面要困难的多。而且管的内外表面上的大部分增强都是通过铸造和表面成型而形成的。然而，已经可以通过切割管表面从而形成该增强效果。 

日本专利申请09108759公开了一种定中心刀片的工具，所述刀片直接在管的内表面上切出一连续的螺旋槽。类似地，日本专利申请10281676公开了一种管胀形塞，该胀形塞配有在管的内表面上切割连续螺旋槽和直立翅片的切割工具。专利号为No.3753364的美国专利公开了用切割工具沿着管的内表面形成一连续槽，所述工具切入管的内表面并向上弯折材料形成连续槽。 

虽然所有这些管内表面设计都旨在提高管的传热性能，但在工业界仍需要通过修改那些能增强传热性能的已有设计和开发新设计来继续改进上述管设计。另外，还需要开发能更快速、低廉地转印到管上的结构和图案。如下所述，申请人已经开发出了用于传热管的几何形状，以及形成这些几何形状的工具，并且，其结果是显著地提高传热性能。 

发明内容

本发明提供一种改进的传热管表面和形成其的方法，所述表面可以用于增强管的传热性能，该管至少用于所有上述设备中(即在冷冻、化学、石油化工和食品加工工业中使用的满液式蒸发器、降膜式蒸发器、喷雾式蒸发器、吸收式冷冻器、冷凝器、直接膨胀式冷却器和单相冷却器和加热器)。管的内表面由多个凸起来增强，所述凸起显著减少管侧热阻并提高整体传热性能。凸起为管内的流体流动提供了额外的路径，由此增加了管内流动的传热介质的紊流度。这增加了流体混合，以便减少流体介质靠近管的内表面的边界层堆积，这种堆 积增加了热阻并因此抑制了传热。凸起也为额外的热交换提供额外的表面积。根据本发明形成的凸起能沿着管的内表面形成比简单脊多达五倍的表面积。试验表明具有本发明的凸起的管的性能显著提高。