[发明专利]内部加肋的传热导管

说明书

本发明涉及用于热交换器中在管道内外流体间进行传热的各种管子，特别涉及一种在其内表面设有肋以改善管子的传热性能的热交换器管子。这样一种管子适用于空调、冷冻和类似系统的热交换器中。

长期以来，热传导管的设计者们已认识到具有表面加强件的管子的热传导性能要优于光滑壁管子的热传导性能。有许多种的表面加强件已应用在内、外的管子两表面上，仅举少数例子如就有肋片、散热片、复盖层和插入件等。几乎所有加强件的设计通常都是为了增加管子的热传导面积。大部分的设计目的还为了有助于流经管内或越过管子的流体中的湍流以促进流体的混和和在管子表面的边界层的破坏。

例如，在空调和冷冻系统和液冷发动机的散热器中的流体空气型热交换器中，常常使用板状散热片使管道在其外表面得到加强。在具有内表面加强件的标称外径为20毫米（3/4英寸）或更小外径的热交换器管子中，加强件通常是一种设置在管内表面上的螺旋形肋结构。

在管内表面上的螺旋形肋加强件是以两种方式提高管子的热传导性能。第一种方式是加工所形成肋的管壁增加了管子的热传导面积。第二种方式是肋促进在管内流动的流体中的湍流。湍流减小了在管子内表面上抑制层流边界层的热传导厚度。

如果上述的仅仅是内表面加强的传热管子的性能优化的有效因素，那么任务将是简单的。这可以简单地在单位长度的管子上密集许多尽可能高的肋来完成。在一种螺旋状肋加强件中，这就意味着使用尽可能大的肋螺旋角。

然而这并非那样容易。散热片的密度和散热片高度的增加将导致管子的流体流动阻力的增加。高流动阻力导致通过管子的流体压力损失的增加并要求获得通过管子的给定流速的泵力增加。肋的密度和高度的增加还要求管壁的材料量增加。这是为了提供形成肋的同时保持最小的有效壁厚并由此确保管内的合适冲击强度所必需的材料。

本发明的目的是要获得在内部加强的热传导管内的高的传热效率而同时又能保证合适的管子冲击强度而且管壁材料最少和通过管子的流体流动特性又能接受。

本发明是通过一种在其内表面上设有螺旋肋的热传导管子来达到目的。肋螺旋角、肋高和肋密度的范围已经选择以优化传热效率而又能提供合适的管壁强度和流体的流率。

这种管子可用任何的成形加工方法用任何合适的材料制成，而特别适合由铜或铜合金材料制成，其加工方法为先在一金属带的一表面滚压凸出内加强件，然后将该金属带卷成管状，然后将该卷成管形的金属带滚焊成管子。然而如果采用这种方法制成管子，螺旋槽围绕在管子的整个圆周上并不是连续的。在焊缝附近就会有一个不含有加强件的区域。这个未加强区对管子性能的影响是很小的。

所有附图作为本说明书的一部份。在所有附图中相同的标号表示相同的零件。

图1是本发明的热传导管的带剖面的示意图;

图2是本发明的传热导管的横剖视图;

图3是本发明的传热导管的管壁一部分的示意横剖视图;

图4和图5是本发明的传热导管的两个实施例的管壁的部分横剖视图;

图6是用于制造本发明的传热导管的一种压纹金属带的部分立体图;

图7是本发明的传热导管的管壁的部分横剖视图，图中示出在管子由金属带卷成管形和经滚焊制成时，其未被加强的焊区。

图1以剖视示意表示作为本发明的具体实例的一个传热导管。在图1中，传热导管10有它的基本上延伸于整个内表面上的表面加强件11。

图2以横剖正视图表示传热导管10。为清楚起见，只示出轴向的表面加强件11（图1）中的单个肋14，但是在本发明的加强件中，多个肋14，都相互平行地从管10的壁13上伸出。肋14以与纵向轴线a₁成角α倾斜。管子10有从肋间的管子内表面测得的内径Di。

图3是本发明的传热导管10的管壁13的一部分的横剖示意视图，表示在管内表面上的加肋加强件的细节。向内伸出的（向着管子10的中心）是多个肋14。每个肋14有底宽度W_R和高度H_R。肋片顶角β是在肋14的第一和第二侧平面17在它们延伸相交而形成的角度。在肋14之间形成的是多个槽15。