傳熱表面的制作方法


本申請要求2017年1月4日提交的美國申請號15/398417的權益,該申請通過引用整體并入本文。



背景技術:


技術實現要素:

增強的傳熱表面用于許多冷卻應用中,例如,在HVAC工業中,用于制冷和器具,用于電子設備的冷卻,用于發電工業,以及用于石化、精煉和化學加工工業。用于冷凝和蒸發型熱交換器的增強的傳熱管具有高的傳熱系數。本公開的管表面包括理想用作冷凝器管的表面,而形成管的方法中的附加步驟將導致表面理想地用作蒸發器管。

根據本公開的用于在傳熱管的外表面中形成特征的方法包括在所述表面中形成多個通道,其中所述通道基本上彼此平行并且與管的縱向軸線成第一角度延伸。在所述表面中制造多個切口,切口基本上彼此平行并且與管的縱向軸線成第二角度延伸,第二角度不同于第一角度。切割步驟形成從表面延伸的各個翅片段,翅片段由所述通道和所述切口彼此分開。所述翅片段包括與通道基本平行相鄰的第一通道相鄰邊緣、與切口基本平行的第一切口相鄰邊緣、以及由第二通道相鄰邊緣和第二切口相鄰邊緣形成的拐角,拐角從通道底部向上升起并部分延伸到通道中。使用該方法形成的管具有用作冷凝器管的優異品質。

該方法中的附加步驟將產生優異的蒸發器管。在上面討論的切割步驟之后,用輥子壓擠翅片段,使翅片段的邊緣至少部分地在切口上彎曲。壓擠翅片段的步驟還使得翅片段的邊緣至少部分地在通道上延伸。

出于概述本發明的目的,本文已經描述了本發明的某些方面、優點和新穎特征。應該理解,根據本發明的任何一個特定實施例,不一定能夠實現所有這些優點。因此,本發明可以以實現或優化本文所教導的一個優點或一組優點的方式體現或實施,而不一定獲得本文可能教導或建議的其他優點。

附圖的簡要說明

參考以下附圖可以更好地理解本公開。附圖的元素不一定按比例繪制,而是將重點放在清楚地說明本公開的原理上。此外,在幾個視圖中,相同的附圖標記表示相應的部件。本申請包含至少一個彩色執行的繪圖。具有彩色附圖的本專利或專利申請公開的副本將在請求和支付必要費用后由主管局提供。

圖1是根據本公開的示例性實施例的蒸發器傳熱管的外表面的放大照片。

圖2是在表面上形成有通道的管的外表面的放大照片。

圖3是沿圖2的截面A-A截取的圖2的表面的剖視圖。

圖4是管的外表面的放大照片,該管經過切割操作以形成與通道成一定角度的切口。

圖5描繪了根據圖4的切割(但未被軋制)表面的俯視圖。

圖6是圖5的翅片段的放大視圖,沿圖5的細節線“C”截取。

圖7描繪了圖1的表面的放大俯視圖。

圖8是沿圖5的B-B線截取的圖7的表面的剖視圖。

圖9描繪了與現有技術的管相比時根據本發明的冷凝器管的性能數據。

圖10描繪了與現有技術的管相比時根據本發明的蒸發器管的性能數據。

具體實施方式

圖1是用作蒸發器管的傳熱管(未示出)的外表面11的放大照片,該表面11已被翅片化、切割和壓擠以形成有些梯形形狀的多個翅片段12。使用類似于Fujikake的美國專利4,216,826中公開的技術來實現所述翅片化、切割和壓擠。

通道13在翅片段12的相鄰列14之間基本上彼此平行地延伸。通道與管的縱向方向16成“α”角。在一個實施例中,角度α在85和89.5度之間。

切口15以與管的縱向方向16成角度“β”延伸并界定翅片段12。在這方面,翅片段12在相對側上由通道14和切口15界定,如本文進一步討論的。角度β可以在10度和35度之間,并且在一個實施例中是大約15度。

圖2是通道13形成之后、切口15(圖1)制成之前的管的外表面20的放大照片。使用本領域已知的方法形成通道,特別是在Fujikake中公開的方法。在這方面,具有形成翅片的圓盤工具(未示出)的軋制工具(未示出)被壓在管的表面上,同時翅片圓盤旋轉,以形成翅片21。如上面參照圖1所討論的,通道13設置成與管的縱向方向16成角度α(圖1)。翅片21通過通道13彼此分開。

圖3是圖2的表面20的剖面圖。如圖所示,翅片21從通道底部30向上延伸。每個翅片21包括成角度的側邊緣31,使得翅片21的基部32比翅片21的頂部33寬。在形成翅片21之后,將切割圓盤(未示出)施加到表面20以形成切口15(圖1)。

圖4是切割操作完成之后、表面11被軋制之前的圖1的表面11的放大的成角度照片。如上面參照圖1所討論的,切口15設置成與管的縱向方向16成角度β。在所示實施例中,角度β通常為15度。切割操作形成各個翅片段12。

圖5是圖4的表面在切割之后和軋制之前的俯視圖。各個翅片段12由通道13和切口15分開。

圖6是圖5的翅片段12的放大細節圖,沿圖5的細節線“C”截取。翅片段12包括切口相鄰側面61和62以及通道相鄰側面60和63。側面60通常與通道13平行,但側面61-63中沒有一個包括直線。側面62通常與切口15平行。側面61和62在拐角64處彼此相遇。拐角64略微尖銳,并且在通道13上方上升并延伸到通道13中。

在該過程的這一點上,在切割翅片段12之后,管表面(如圖4和5中所示)非常適用于冷凝器管。如果需要蒸發器管表面,則進行最終的軋制操作以產生圖1所示的表面。在這方面,在形成切口15之后,執行軋制操作,由此施加輥子(未示出)到表面上以形成翅片段12的最終形狀(圖7)。

圖7描繪了圖1的蒸發器管表面11的放大俯視圖,示出了由相對側上的通道13和相對側上的切口15界定的多個翅片段12。在這方面,每個翅片段12包括四個邊緣:與通道重疊邊緣52相對的通道側邊緣51,以及與切口重疊邊緣54相對的切口側邊緣53。通道側邊緣51通常平行于通道13,但是如圖所示具有略微彎曲的邊緣,由軋制操作引起。切口側邊緣53通常平行于切口15,但是如圖所示具有略微彎曲的邊緣,由軋制操作引起。

由軋制操作引起,通道重疊邊緣52至少部分地與通道13重疊,如圖所示。因此,軋制操作使通道重疊邊緣52變形,使其與通道13重疊。類似地,由軋制操作引起,切口重疊邊緣54至少部分地與切口15重疊,如圖所示。切口重疊邊緣54與通道重疊邊緣52相鄰。切口側邊緣53與通道側邊緣51相鄰。

圖8是沿圖7的剖面線BB截取的圖7的表面11的剖面圖。翅片段12的桿86從通道底部82向上延伸。切口底部81設置在通道底部82上方,因為切口不如通道那么深。與通道13重疊的通道重疊邊緣52和與切口15重疊的切口重疊邊緣54(圖5)在邊緣52和54、桿86以及切口15的下方形成腔84。

通道重疊邊緣52朝向通道向下彎曲,并且在一些位置(由附圖標記83表示)可以在切口底部81下方延伸。

圖9描繪了與光滑管91相比時根據本發明的3/4"冷凝器管92的性能數據(在圖9中注釋為“新表面”)。管表面的傳熱性能可通過測試表面的熱阻來評估。將熱阻相對于熱通量范圍繪制,以評估每單位面積不同熱負荷水平下的表面效率。較低的熱阻表明更有效的傳熱過程。

圖10描繪了與典型的現有技術結構化表面管71和光滑管72相比時,根據本發明的3/4"蒸發器管70的性能數據(在圖10中注釋為“新表面”)。管表面的傳熱性能可以通過測試表面的熱阻來評估。將熱阻相對于熱通量范圍繪制,以評估每單位面積不同熱負荷水平下的表面效率。較低的熱阻表明更有效的傳熱過程。

根據本公開的蒸發器或冷凝器管表面通常用于沸騰傳熱應用,而單個管或一束管用于熱交換器。制冷劑蒸發器是使用所公開的表面的一個示例。

這里討論的實施例用于增強的管表面。然而,作為本領域技術人員,可以應用相同的原理和方法來增強平坦表面。

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