專利名稱：傳熱管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及應(yīng)用在熱交換器上的管子以及制造這些管子的方法，這些管子用于在管內(nèi)流體和管外流體間進(jìn)行熱量的傳遞。具體說，本發(fā)明有關(guān)這樣一種傳熱管，即與已有技術(shù)相比較，它具有能夠加強(qiáng)管子傳熱性能的一種內(nèi)表面以及具有較易加工的特點(diǎn)。這類管子適合用在空調(diào)致冷(AC&R)系統(tǒng)或類似系統(tǒng)的熱交換器中。
傳熱管的設(shè)計(jì)者早就認(rèn)識(shí)到，一種具有表面?zhèn)鳠峒訌?qiáng)結(jié)構(gòu)的管子的傳熱性能要優(yōu)于具有光壁的管子的傳熱性能。多種表面加強(qiáng)結(jié)構(gòu)已被應(yīng)用在管子的內(nèi)、外表面上，所述加強(qiáng)結(jié)構(gòu)包括肋片、翅片、涂層以及插嵌件等，這里僅列舉出其中的幾種。幾乎所有的加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)的目的都是為了增加管子的傳熱表面面積。大多數(shù)設(shè)計(jì)還試圖有助于流經(jīng)管子或在管子外流過的流體的擾動(dòng)，以便促進(jìn)流體的混和以及破壞在管子表面上的附面層。
大部分的空調(diào)致冷(AC&R)以及發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻的熱交換器都具有散熱片式管子的型式。在這類熱交換器中，管子的外面采用附設(shè)的散熱片而得到加強(qiáng)。熱交換器管還常常具有對(duì)管子內(nèi)表面作改變而形成的內(nèi)部傳熱加強(qiáng)結(jié)構(gòu)。目前使用中的一種非常有效的內(nèi)表面加強(qiáng)結(jié)構(gòu)是這樣一種形式，即肋片從管內(nèi)壁上延伸出并相對(duì)于管子的縱向軸線平行地或幾乎是平行地伸展。這種管子不但具有良好的傳熱性能，而且加工也比較容易，尤其是通過采用將加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的圖案滾壓到一金屬帶材的一側(cè)面上，然后將帶材滾壓成一管子形狀，最后把所形成的縫隙焊接起來這樣一種方法加工更為容易。
在一種典型的管式熱交換器中，存在許多管接頭。這些接頭通常是通過將第一根管子的末端擴(kuò)展使外擴(kuò)部分的內(nèi)徑略大于管子的原來外徑的方法制成的。然后第二根管子的末端插入第一根管子的所述外擴(kuò)部分內(nèi)，并且兩根管子通過如釬接焊的方法連結(jié)一起。
擴(kuò)展管端的通常方法是借助機(jī)械手段，如將一種錐形擴(kuò)展或外擴(kuò)的工具插進(jìn)管子中。這種外擴(kuò)的方法便將應(yīng)力施加在管壁上。這些應(yīng)力可能使管壁裂開，尤其是，當(dāng)管子是用一種比較軟的金屬例如銅或銅合金制成時(shí)，這種情況更容易發(fā)生；而在空調(diào)致冷(AC&R)的熱交換器中所用的管子一般都是采用所述的軟金屬制成的。具有嚴(yán)重裂縫的外擴(kuò)端的管子必須加以報(bào)廢(scrapped)。這種裂縫問題在具有上述縱向肋的管子中是特別地明顯的。
本發(fā)明的傳熱管具有一個(gè)加工成可提高管子傳熱性能的內(nèi)表面。所述的內(nèi)部加強(qiáng)結(jié)構(gòu)是一種設(shè)置肋條的內(nèi)表面。一種平行槽口圖案以一角度被壓凹并穿過所述肋條并凹入管子內(nèi)壁以使肋間的管內(nèi)壁也形成槽口。經(jīng)過加強(qiáng)的表面增加了管子內(nèi)表面的面積因而提高了管子的傳熱性能。加強(qiáng)的表面還促使導(dǎo)致傳熱性能提高的管內(nèi)流動(dòng)條件的形成。這些槽口還可以阻止裂縫在管壁上的擴(kuò)散從而改善了管子的被擴(kuò)展的能力。
本發(fā)明還包括通過將加強(qiáng)表面滾壓在一銅或銅合金帶材的一側(cè)面上的一種加工管子的方法。這種帶材然后滾壓成形并將管縫焊接起來而成一種在其內(nèi)部具有加強(qiáng)表面的管子。這樣一種加工方法能夠快速而經(jīng)濟(jì)地生產(chǎn)管子。
附圖構(gòu)成說明書的一部分，在所有的附圖中相同標(biāo)號(hào)代表同樣的零件或部分。


圖1是本發(fā)明的傳熱管的立體視圖；圖2是本發(fā)明的傳熱管的剖面視圖；圖3是本發(fā)明傳熱管的加工方法的示意圖；圖4是具有表面加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的一金屬帶材的一部分的示意剖視圖；圖5是傳熱管壁的一部分的示意剖視圖；圖6是具有表面加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的金屬帶材的示意平面視圖；圖7是傳熱管壁一部分的示意平面視圖；圖8是本發(fā)明傳熱管壁的一部分的等軸測(cè)圖；圖9是本發(fā)明傳熱管壁一部分的平面視圖；圖10是通過圖9中X—X線所取的本發(fā)明傳熱管壁的剖視圖；圖11是通過圖9中的線XI—XI所取的本發(fā)明傳熱管壁的剖視圖。
圖1以整個(gè)等軸測(cè)視圖示出本發(fā)明的傳熱管。管子50具有在其上形成內(nèi)表面加強(qiáng)結(jié)構(gòu)52的管壁51。管子50的擴(kuò)大部分56在管子上形成以便與管子50同直徑的第二根管子可以被插入該擴(kuò)大部分以形成一接頭。
圖2以縱剖視圖形式描示出傳熱管50。為清晰起見，圖2僅示出表面加強(qiáng)結(jié)構(gòu)52(圖1)的一條肋條53和一個(gè)槽口54，而在本發(fā)明的管子中實(shí)際上有多個(gè)全部互相平行的肋14從管子50的壁51上延伸出去。肋53與管縱向軸線aT成α角傾斜。槽口54伸進(jìn)并穿過肋53并且還伸進(jìn)壁51內(nèi)。槽口54與管子的縱向軸線aT成β角傾斜。管50具有內(nèi)徑Di，它是從兩肋間管子內(nèi)表面上測(cè)得的。
圖3示意地描述了本發(fā)明的加工方法。在該加工方法中，加強(qiáng)結(jié)構(gòu)52是借助于在金屬帶材滾壓成圓形槽截面和縫焊成管子之前通過滾壓而在金屬帶材的一個(gè)表面上形成。兩個(gè)滾壓臺(tái)10和20設(shè)置在生產(chǎn)線上，位于未經(jīng)加工的金屬帶材進(jìn)給部分和生產(chǎn)線上的金屬帶滾壓成管子形狀的部分之間。每個(gè)滾壓臺(tái)具有其上有加強(qiáng)結(jié)構(gòu)圖案的軋輥11和21以及支承輥12和22。在各個(gè)臺(tái)上的支承輥和圖案軋輥，通過適當(dāng)裝置(未圖示)以足夠的力被相互緊壓在一起，以使在軋輥11上的表面13被壓入金屬帶材30一側(cè)的表面上，從而在帶材上形成加強(qiáng)結(jié)構(gòu)圖案。具有圖案的表面13是與加工完成后管子表面加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的肋部成鏡像對(duì)稱的。在軋輥21上的有圖案的表面23具有一系列的突起部分，它們壓入加強(qiáng)結(jié)構(gòu)圖案31因而形成加工完成后的管子上的槽口。
加強(qiáng)結(jié)構(gòu)圖案31并不延伸到金屬帶材30的側(cè)邊但由具有圖案的表面23所形成的槽口卻延伸到帶材的邊緣。圖4和6以及圖5和7分別圖示出當(dāng)經(jīng)加強(qiáng)的帶材被輥壓成形且管縫被焊接起來形成管子時(shí)所發(fā)生的情形。圖4是帶材30的一剖面視圖。圖6是帶材30的平面視圖。在帶材30的一側(cè)邊上的是焊接區(qū)33＇，而在另一側(cè)邊上的是焊接區(qū)33″。由具有圖案的表面23所形成的槽口(圖3)在帶材的整個(gè)寬度上延伸包括焊接區(qū)33＇和33″。在滾壓成型和管縫焊接好之后，金屬帶材30就變成了管子50。如果管子沿著在與焊縫直徑上相對(duì)的一直線縱向切割并然后展平，則圖5和圖7就分別是管子50的剖面圖和平面視圖。管子50具有單焊區(qū)33，焊珠35通過所述單焊區(qū)。焊接過程使帶材30或管子50上的金屬熔化變形因此在焊珠35上沒有槽口但在焊接過程中未熔化的那部分焊區(qū)33上具有槽口。
圖8是傳熱管50的一部分壁51的軸測(cè)視圖，它描述了表面加強(qiáng)結(jié)構(gòu)52的細(xì)節(jié)。從壁51向外伸出的是多個(gè)肋53。沿著肋以一定間距伸入壁51的是一系列槽口54。在肋上形成槽口時(shí)所排出的材料留作突起部分55，這些突起部分圍繞著肋53上的各槽口54從肋53的各側(cè)向外突伸出。這些突起部分對(duì)管子的傳熱性能具有有益的效果，因?yàn)樗鼈儾坏黾恿吮┞队谠摻?jīng)管子的流體的管子的表面面積，還促進(jìn)了在管子內(nèi)表面附近的流體中的紊流的產(chǎn)生。
圖9是管子50的一部分壁51的平面視圖。圖中示出設(shè)置在壁上的肋53，這些肋上帶有壓入肋和壁51中的槽口54。在槽口和管子縱向軸線之間的角度為β角。
圖10是通過圖9中X—X線所取的壁51的剖視圖。該圖示出肋53的高度為Hr，不包括肋的壁51的厚度為Tw以及槽口圖案伸入壁51的深度為Dnw。
圖11是通過圖9中的線XI—XI所取的壁51的剖視圖。該圖示出槽口54被壓入并穿過肋53并壓進(jìn)壁至深度Dnw。
為使熱量傳遞最佳而同時(shí)又具有最小的流體流動(dòng)阻力，采用本發(fā)明的具有標(biāo)稱外徑16毫米(5/8英寸)或小些的管子應(yīng)具有一種內(nèi)部加強(qiáng)結(jié)構(gòu)，這種加強(qiáng)結(jié)構(gòu)具有上述的一些特點(diǎn)并有以下的參數(shù)a.在肋和管子的縱向軸線之間的角度應(yīng)在0°(即基本平行管軸線)和35°之間，式表示為0°＜α＜35°；b.在槽口軸線與管子的縱向軸線之間的傾角應(yīng)在15°和90°之間；或表示為15°＜β＜90°；c.肋高與管內(nèi)徑之比應(yīng)在0.010和0.050之間；或表示為0.010＜Hr/Di＜0.050；以及d.槽口應(yīng)完全貫穿肋并凹進(jìn)管壁的主要部分；槽口深入管壁的深度應(yīng)小于壁厚的50％，或表示為Dnw/Tw＜0.50。
權(quán)利要求
1.一種傳熱管(50)，它包括一個(gè)具有一內(nèi)表面的壁(51)；其特征在于，它還包括一個(gè)傳熱加強(qiáng)結(jié)構(gòu)圖案(31)，它具有在所述內(nèi)表面上形成的多個(gè)肋(53)以及一個(gè)延伸通過所述肋并進(jìn)入所述壁內(nèi)的平行槽口(54)的圖案；以及一個(gè)在所述壁上的焊接區(qū)域(33)，壁上具有伸入所述壁內(nèi)的平行槽口圖案。
2.如權(quán)利要求1所述的傳熱管，其特征在于，所述管子具有一縱向軸線(aT)以及在所述肋和縱向軸線間的角度(α)是在0°和35°間。
3.如權(quán)利要求1所述的傳熱管，其特征在于，在所述槽口圖案與所述縱向軸線之間的角度(β)是在15°和90°之間。
4.如權(quán)利要求1所述的傳熱管，其特征在于，所述管子具有一內(nèi)徑(Di)，所述肋具有一肋高(Hr)以及所述肋高與所述管的內(nèi)徑之比(Hr/Dr)是在0.010和0.050之間。
全文摘要
一種傳熱管具有一內(nèi)表面，其特點(diǎn)是在所述內(nèi)表面的主區(qū)域上具有一平行槽口圖案，它相對(duì)于肋以一定角度延伸穿過肋并凹入管壁；其制造方法是將肋和槽口圖案壓軋?jiān)谄浇饘賻Р牡囊粋?cè)面上，然后將所述帶材滾壓成其內(nèi)部具有肋和壓凹圖案的管狀而帶材的邊則形成管子的縱向縫，再沿著縱向縫將側(cè)邊連結(jié)，較理想是通過焊接形成管子。這種管結(jié)構(gòu)可增加管子整個(gè)內(nèi)表面積因而可改善管內(nèi)致冷劑的流動(dòng)狀況，由此提高傳熱性能并且在管子擴(kuò)口時(shí)可避免管壁上裂縫的擴(kuò)散。
文檔編號(hào)F28F1/40GK1123401SQ95108479
公開日1996年5月29日 申請(qǐng)日期1995年7月27日 優(yōu)先權(quán)日1994年8月8日
發(fā)明者丹尼爾P·加法尼, 史蒂文J·斯潘塞, 唐納德L·貝內(nèi)特, 漢努T·海斯凱能, 加拉爾德L·里格斯, 愛德華G·羅特曼, 詹姆斯M·薩特利 申請(qǐng)人:運(yùn)載器有限公司