專利名稱：吸收器用的熱交換管及其生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及一種吸收器用的熱交換管，該熱交換管水平地安裝在一個吸收式致冷器、吸收式熱泵等的吸收器內(nèi)，更具體地涉及這樣一種吸收器用的熱交換管，該熱交換管呈現(xiàn)極好的熱交換效率，其每單位長度的質(zhì)量像光滑表面管一樣小，本發(fā)明還涉及一種生產(chǎn)這樣的熱交換管的方法。
背景技術(shù)：
對于上述吸收式致冷器、吸收式熱泵等的吸收器中用的熱交換管，通常使用一種具有光滑的內(nèi)外表面和圓形截面的光滑表面管。但是，這樣一種光滑表面管由于其熱交換能力相當?shù)投荒軡M足改進吸收器性能和減小吸收器尺寸的要求。光滑表面管存在另一問題，就是由于吸收劑的表面張力，當吸收劑向下流動時，沿管子圓周方向向下流動的吸收劑層的寬度縮小。因此，光滑表面管不能允許吸收劑在足以保證有效的熱交換作用的面積內(nèi)接觸其外周面，而管子的外周面往往具有一干面積部分，導致吸收劑的蒸氣吸收效率降低，因此熱交換管的熱交換能力降低。
為了解決上述問題，已經(jīng)提出了如JP-U-2-89270和JP-A-2-176378中公開的那種構(gòu)造的熱交換管。也就是，提出的熱交換管是這樣構(gòu)造的，就是在管子的外周面上形成許多個沿管子軸向延伸的凸部，而在相鄰的凸部之間形成凹部。這些凸部和凹部沿管子的圓周方向排列，形成沿圓周方向連續(xù)的曲面。凹部的曲率半徑大于凸部的曲率半徑。
當這樣一種熱交換管水平地安裝在吸收器中時，滴落或擴散在管子外表面上的吸收劑平滑地流入凹部，因為凹部的曲率半徑大于凸部的曲率半徑。因此，吸收劑平滑地流入和流出凹部，使得吸收劑在管子的整個周面上均勻流動。在凸部和凹部處分別產(chǎn)生吸收劑的馬蘭各尼(Marangoni)對流(它是由于在吸收劑層的表面上吸收劑中所含的表面活性劑分布不均勻而引起的表面張力變化所產(chǎn)生的)，這些馬蘭各尼對流彼此干擾，由此管子外周面上的吸收劑具有沿縱向(即沿管子軸向)的大的紊流程度。這樣，有效地促進了管子外表面上的熱交換，提高了熱交換管的熱交換效率。
上述構(gòu)造的熱交換管提高了熱交換能力。但是，熱交換管有一內(nèi)在問題，就是由于其加熱表面積與光滑表面管的加熱表面積基本上相同，從根本上限制了進一步提高管子的熱交換能力。
另一方面，JP-B-7-111287中公開了一種吸收器用的熱交換器，它有許多個在管子的外周面上形成的沿管子的縱向延伸的凹槽，以及許多個以相當短的間隔在相鄰的凹槽之間形成的翼片。在具有此種結(jié)構(gòu)的熱交換管中，許多個具有相當大深度的凹槽使吸收劑劇烈攪動和吸收劑沿軸向流動，因此吸收劑擴散在管子外表面上。在相鄰凹槽之間形成的許多個翼片保證管子的加熱表面積增大和管子表面對吸收劑的潤濕性提高，由此管子的有效加熱表面積顯著提高。
從JP-B-7-111287中公開的實施例的觀點看，人們認為，上述結(jié)構(gòu)的熱交換管是通過在已知的低翼片管中形成沿管子軸向延伸的凹槽來制備的。存在一個問題，就是此種結(jié)構(gòu)的熱交換管的熱交換能力僅是光滑表面管的熱交換能力的1.4倍，雖然管子的加熱表面積至少是光滑表面管的幾倍。而且，上述構(gòu)造的熱交換管是從用作基礎(chǔ)管子的低翼片管制成的，因此該管子每單位長度的質(zhì)量至少大約是低翼片管的兩倍，導致一個固有的問題，就是熱交換管的材料費用的增大程度高于管子熱交換能力的增大程度。
本發(fā)明的公開內(nèi)容本發(fā)明是鑒于上述情況而研究的，因此本發(fā)明的一個目的是提供一種供吸收器用的熱交換管，它具有與管子的加熱表面積的增大程度相匹配的熱交換能力的增大程度，而其每單位長度的質(zhì)量像光滑表面管一樣小，而且它并不增加材料費用。
上述目的可以通過一種具有這樣結(jié)構(gòu)的供吸收器用的熱交換管來達到，其中在該管子的外周面上設(shè)置許多個凸部，使凸部沿該管子的軸向延伸，每個凸部有一沿管子圓周方向的拱形曲面形狀，這許多個凸部沿管子圓周方向這樣配置，使得在這許多個凸部的相鄰凸部之間形成凹部，而管子的內(nèi)周面對應(yīng)于凸部和凹部成波紋狀，其中在管子的外周面上滴落或擴散一種吸收劑，而在熱交換管的內(nèi)部流過一種冷卻流體，從而冷卻管子外周面上的吸收劑，其特征在于在每個凸部中沿管子的軸向按規(guī)則間隔形成許多個圓周凹槽部分，每個圓周凹槽部分沿管子的圓周方向延伸并在其底部部分在沿管子的軸向和圓周方向的截面中具有彎曲形狀，介于相鄰的圓周凹槽部分之間的凸部的局部部分分別構(gòu)成互相獨立的翼片(翅片，散熱片)，管子的每個沿圓周方向的圓周凹槽部分的對置兩端部分的寬度向著兩端逐漸縮小，使得兩端處的寬度為零。
在按照本發(fā)明構(gòu)造的熱交換管中，附著在管子外表面上的吸收劑，如LiBr的水溶液，沿管子軸向沿凹部有效地流動和散布，同時沿管子的圓周方向越過凸部向下流動。每個凸部形成拱形曲面形狀。這種配置允許吸收劑在熱交換管的表面上沿管子圓周方向越過凸部平穩(wěn)地流動，并使凸部表面有效地保持與吸收劑的潤濕，由此防止由于管子外周面上存在未受吸收劑潤濕的干表面積而產(chǎn)生的管子熱交換能力的變壞。而且，當吸收劑越過每個凸部向下流動時，可以引起吸收劑的紊流和對流，使大量的濃度相當高的吸收劑有效地移動到吸收劑層的外表面，從而提高蒸氣吸收效率。
另外，上述熱交換管允許管子外表面中形成的凸部和凹部中的吸收劑分別產(chǎn)生馬蘭各尼對流，這些馬蘭各尼對流具有不同的強度，與相應(yīng)的凸部和凹部上形成的吸收劑層的厚度值成正比。凸部和凹部上的吸收劑層的厚度值彼此顯著不同，導致凸部和凹部上產(chǎn)生的馬蘭各尼對流強度顯著不同。吸收劑的這些強度不同的馬蘭各尼對流互相干擾，由此強烈地攪動吸收劑。
再者，在本發(fā)明的供吸收器用的熱交換管中，在沿管子軸向以預(yù)定間隔在各凸部中形成許多個圓周凹槽部分，每個沿管子的圓周方向延伸，而介于相鄰的圓周凹槽部分之間的凸部的局部部分分別構(gòu)成互相獨立的翼片。每個圓周凹槽部分這樣形成，使得該圓周凹槽部分的底部部分在沿管子的軸向和圓周方向的截面中具有彎曲形狀，而圓周凹槽部分沿圓周方向的對置兩端的寬度逐漸縮小，使得在兩端處的寬度為零。當吸收劑向下流在熱交換管的外表面上時，如上所述的圓周凹槽部分的構(gòu)形限制吸收劑沿管子的圓周方向流動，同時促使吸收劑沿管子的軸向流動。因此，與具有翼片的普通管相比，吸收劑沿管子的軸向平穩(wěn)地擴散，使得吸收劑受到其馬蘭各尼對流的有效攪動和其與圓周凹槽部分的碰撞。因此，可以進一步促進熱交換管的熱交換操作。
按照本發(fā)明的一種優(yōu)選形式，熱交換管這樣配置，使圓周凹槽部分相對于凹部的底部沿徑向向外形成，從而防止圓周凹槽部分與凹部的底部連通，而每個圓周凹槽部分的對置兩端部分終止于凸部的對應(yīng)兩側(cè)面。在該配置中，吸收劑沿軸向沿凹部的流動比沿圓周方向沿相鄰翼片之間的圓周凹槽部分的流動更多，這保證吸收劑沿管子軸向的平穩(wěn)流動。
根據(jù)本發(fā)明的供吸收劑用的熱交換管的另一優(yōu)選形式，凸部和凹部是由拉制工序形成的，而圓周凹槽部分是由軋制工序形成的，由此有利地獲得一種具有所要形式的熱交換管。
根據(jù)本發(fā)明的供吸收劑用的熱交換管的又一優(yōu)選形式，在凹部的底部中形成沿管子軸向延伸的軸向凹槽，它們沿管子的圓周方向這樣排列，使得這些軸向凹槽的表面與沿圓周方向的截面中的底部不光滑地鄰接。由于在凹部的底部中形成的軸向凹槽沿管子軸向延伸，因而吸收劑層的厚度沿管子的圓周方向不連續(xù)地變化，由此更加促使凸部和凹部中產(chǎn)生的馬蘭各尼對流發(fā)生干擾。
此外，因為在凹部中形成軸向凹槽，所以進一步增大了凸部上和凹部上吸收劑層的厚度之間的差異。這一配置不僅當合適量的吸收劑滴落在管子上時有效地引起吸收劑的馬蘭各尼對流(如在正常操作中)，而且當小量吸收劑滴落在管子上時還使管子上的吸收劑層具有足夠厚度(如在起動后緊接的操作中)，因此由于馬蘭各尼對流而有效地引起吸收劑的紊流。這樣，可以進一步提高管子的熱交換能力。軸向凹槽的深度太小，以致于不能干擾進出軸向凹槽的吸收劑，因此吸收劑可以沿管子的圓周方向迅速地流動到管子的外表面上。
根據(jù)本發(fā)明的供吸收器用的熱交換管的又一優(yōu)選形式，由于在凸部中形成圓周凹槽部分，管子內(nèi)周面的對應(yīng)于這些圓周凹槽部分的局部部分向著管子的內(nèi)部突出，而管子內(nèi)周面的對應(yīng)于相鄰的圓周凹槽部分之間設(shè)置的翼片的局部部分構(gòu)成凹面部分。因此，管子的周面具有凹面部分和凸面部分，它們沿管子的軸向配置在對應(yīng)于凸部的局部部分中。這種配置使流過管子內(nèi)部的冷卻流體產(chǎn)生紊流，導致有效地提高管子的總的熱傳遞系數(shù)。
根據(jù)本發(fā)明，本發(fā)明的上述供吸收器用的熱交換管可以通過一種生產(chǎn)供吸收器用的熱交換管的方法而有利地生產(chǎn)，在吸收器中一種吸收劑滴落或擴散在熱交換管的外周面上，而一種冷卻流體流過熱交換管的內(nèi)部，從而冷卻熱交換管外周面上的吸收劑，該方法的特征在于包括(a)將一個圓筒形坯料管拉制成波紋管的第一步驟，該波紋管這樣構(gòu)造，使得在管子的外周面上設(shè)置許多個凸部，使凸部沿該管子的軸向延伸，每個凸部有一沿管子圓周方向的拱形曲面形狀，這許多個凸部沿管子的圓周方向這樣配置，使得在這許多個凸部的相鄰凸部之間形成凹部，而管子的內(nèi)周面對應(yīng)于凸部和凹部成波紋狀；以及(b)使該波紋管接受一軋制過程的第二步驟，從而在每個凸部中沿軸向以規(guī)則的間隔形成許多個圓周凹槽部分，每個凹槽部分沿管子的圓周方向延伸并有一底部部分，在沿管子的軸向和圓周方向的截面中具有曲面形狀，介于相鄰的圓周凹槽部分之間的凸部的局部部分分別構(gòu)成互相獨立的翼片，每個沿管子圓周方向的圓周凹槽部分的對置兩端部分的寬度向著兩端逐漸縮小，使得兩端處的寬度為零。
按照本發(fā)明的生產(chǎn)供吸收器用的熱交換管的方法，圓筒形坯料管在第一步驟中接受拉制過程而在管子中形成軸向凹槽(從而形成波紋管)，然后在第二步驟中接受軋制過程而在管子上形成翼片。這樣，可以得到具有所要形狀的熱交換管而不會在每個凸部中形成的相鄰翼片之間出現(xiàn)毛刺。每個如上生產(chǎn)的翼片的高度向著沿管子圓周方向的對置兩端逐漸縮小，而每個由軋制過程形成的圓周凹槽部分的寬度向著沿管子圓周方向的對置兩端逐漸縮小，使得兩端處的寬度為零。
在上述構(gòu)造的供吸收器用的熱交換管中，每個沿管子軸向延伸的凸部在管子外表面上形成而具有沿管子圓周方向的拱形曲面形狀，沿管子的圓周方向設(shè)置了許多個凸部。在這種配置中，滴落在管子外周面上的吸收劑可以容易地沿管子的圓周方向和軸向流動。設(shè)置在管子圓周方向上的凸部的數(shù)目并不特別限制，但可以根據(jù)熱交換管直徑等合適地選定。如果管子上設(shè)置的凸部數(shù)目過少，該管子就不能呈現(xiàn)充分的熱交換能力。如果管子上設(shè)置的凸部數(shù)目過多，管子就不易制造。通常，設(shè)置凸部的間距為約3-9mm(以坯料管外徑為基礎(chǔ)的管子圓周長度除以凸部數(shù)目)。為了在管子外表面上形成所需數(shù)目的凸部，每個凸部的曲率半徑最好為0.5-5.0mm。
在相鄰凸部之間形成的凹部可以根據(jù)凸部形狀來形成。在任何情況下，凹部由管子的介于相應(yīng)的相鄰凸部之間并與它們鄰接的相應(yīng)部分構(gòu)成。凹部中的管子壁厚基本上等于凸部中的管子壁厚(因此在管子的內(nèi)表面中形成凹面部分和凸面部分，它們分別與凸部和凹部對應(yīng))。另外，凹部通常具有約0.3-1.2mm的厚度，因為深度太大的凹部不易于制造管子，并減小熱交換管流體通道的截面積，增大管內(nèi)壓力損失。每個凹部的深度指從凹部底部表面(如果有軸向凹槽就從軸向凹槽底部表面)延伸的垂線到與該凹部相鄰的兩凸部頂點相切的直線之間的長度。
本發(fā)明的供吸收器用的熱交換管的特征也在于，這許多個每個沿管子圓周方向延伸的圓周凹槽部分是在每個凸部中沿管子軸向的預(yù)定間隔處形成的，因此介于相鄰的圓周凹槽部分之間的凸部的局部部分分別構(gòu)成獨立的翼片。也就是，翼片具有管子的橫截面的形狀，它類似于凸部的橫截面形狀，即拱形曲面形狀，因為翼片由凸部的不形成圓周凹槽部分的對應(yīng)部分構(gòu)成。另一方面，翼片沿管子縱截面的形狀由相鄰的圓周凹槽部分的縱截面形狀決定。
按照本發(fā)明，決定翼片的沿管子縱截面的形狀的圓周凹槽部分是這樣形成的，使得每個圓周凹槽部分的底部部分在沿管子軸向和圓周方向的截面中具有曲面形狀，而每個圓周凹槽部分沿管子圓周方向的對置兩端部分的寬度向著兩端逐漸縮小，在兩端處寬度為零。圓周凹槽部分最好形成具有彎曲形狀如u形和拱形，同時滿足諸如翼片高度、相鄰翼片之間間隔和相鄰翼片的對置兩端之間間隔之類的尺寸要求。
如果凸部上形成的翼片高度太小，管子加熱表面積與吸收劑的接觸面積就不如預(yù)期的足夠大。另一方面，如果翼片高度太大，這些翼片可以分隔管子外表面上形成的吸收劑層。通常，翼片的高度為約0.3-1.5mm。特別希望圓周凹槽部分這樣形成，就是圓周凹槽部分的深度不到凹部的底部，以便特別促進吸收劑沿管子軸向的擴展。每個翼片的高度指一條從介于相鄰翼片之間的圓周凹槽部分的底部表面延伸的垂線到與該兩個相鄰翼片頂點相切的直線的長度。
相鄰翼片具有約0.9-4.0mm的間隔。形成翼片的間隔最好不要太小，因為否則吸收劑很難流入相鄰翼片之間的圓周凹槽部分，而如果一旦流入，即使吸收劑濃度相當?shù)?，也往往停留在圓周凹槽部分中。形成翼片的間隔最好也不要太大。因為否則管子的加熱表面積不能像需要的那樣增大。相鄰翼片之間的間隔指相鄰翼片之一的選定部分與相鄰翼片之另一的相應(yīng)部分之間沿管子軸向的距離。
另外，相鄰翼片的頂端之間的間隔最好為約0.45-3.0mm，從而使?jié)舛茸兓秶軐挼牟煌談┍阌诹魅雸A周凹槽部分，并從而防止吸收劑不必要地長時間停留在圓周凹槽部分中。相鄰翼片的頂端之間的間隔指相鄰翼片的對置兩側(cè)面的頂端之間的直線長度。
本發(fā)明的供吸收器用的熱交換管其特征最好在于，管子內(nèi)表面的對應(yīng)于凸部的局部部分的形狀決定于圓周凹槽部分的截面形狀，使得當沿管子軸向的截面(沿管子縱向截面)觀看時，其形狀與凸部中的管子外表面的形狀相反。也就是，管子外表面中形成的圓周凹槽部分在管子內(nèi)表面上提供凸面或突出部分，而介于管子外表面中相鄰圓周凹槽部分之間的翼片構(gòu)成管子內(nèi)表面中的凹面部分。熱交換管的這一特征構(gòu)造可以通過在第一步驟中完成拉制過程和在第二步驟中完成軋制過程而容易地獲得。例如顛倒這些步驟的順序是不可行的。在管子外表面上形成的每個翼片取彎曲板的形式，使得管子在翼片部分處基本上沒有增大壁厚，保證熱交換管的每單位長度的質(zhì)量基本上等于基礎(chǔ)管如凹槽管(波紋管)和光滑表面管。在管子內(nèi)表面上形成的凹面和凸面部分使流過管子內(nèi)部的冷卻流體發(fā)生紊流，導致提高管子的總的熱傳遞系數(shù)。
本發(fā)明的熱交換管最好具有在凹部的底部中形成的軸向凹槽，從而促進吸收劑的紊流。這些軸向凹槽在凹部的底部中這樣形成，使得每個軸向凹槽的表面不是與沿管子圓周方向的相應(yīng)凸部和凹部光滑地鄰接。也就是，當沿垂直于管子軸線的截面平面觀看時，軸向凹槽的外彎曲表面連接沿管子圓周方向的相應(yīng)凸部和凹部的外彎曲表面，使得軸向凹槽部分的彎曲表面與凸部和凹部的彎曲表面相交，在相交點沒有與那些曲線共同相切的線。在這些相交處，沒有共同的切線。
軸向凹槽的橫截面形狀并不特別限制，可以利用各種形狀如u形、V形、矩形和梯形。最好是，軸向凹槽的深度為約0.01-0.15mm，從而防止吸收劑不必要地停留于其中。
上述熱交換管可以用該技術(shù)中熟知的各種材料制成。為了獲得一種熱交換能力極好的熱交換管，最好使用一種導熱性極好的材料，如銅和銅合金。通常，制成的熱交換管具有約6.35-25.4mm的直徑。
如上所述的本發(fā)明的供吸收器用的熱交換管基本上如下地生產(chǎn)首先，通過一種如JP-B-2-89270、JP-A-2-176378和JP--A-7-24522中公開的已知方法獲得本發(fā)明中使用的一種合適的波紋管。然后，使獲得的波紋管接受軋制過程，使得僅在凸部中形成圓周凹槽部分，并提供由介于相鄰的圓周凹槽部分之間的凸部的局部部分構(gòu)成的翼片，由此獲得所要的供吸收器用的熱交換管。
根據(jù)本發(fā)明，波紋管是通過使圓筒形坯料管接受冷拉制過程來獲得的。所要的波紋管可以以另外的方式通過熱擠壓合適成分的銅管來獲得。
在本發(fā)明的熱交換管中，在相應(yīng)的凹部中形成的軸向凹槽的表面與相應(yīng)凸部和凹部不光滑地鄰接。具有這樣一種結(jié)構(gòu)的熱交換管可以形狀高度穩(wěn)定地容易地生產(chǎn)，辦法是利用在生產(chǎn)上述管子的方法中通常用于處理一根具有不同直徑的管子的技術(shù)。
在本發(fā)明的熱交換管中，在管子外表面上形成的凸部和凹部不一定要沿管子軸向筆直延伸，而可以沿管子軸向螺旋形地延伸。在這種情況下，凸部和凹部的螺線角最好不大于15°，因為過大的螺線角會減小沿圓周方向流過凸部的吸收劑量，導致管子的熱交換能力變壞。
具有螺旋形凸部和凹部的熱交換管可以如下地容易地生產(chǎn)首先，利用具有螺旋形凸部和凹部的模具進行拉制過程，或者在使坯料管和模具相對轉(zhuǎn)動時拉制坯料管，從而獲得一個螺旋形地形成凸部和凹部的加工后管子。然后，使獲得的管子接受軋制過程以形成適當?shù)膱A周凹槽部分。
附圖的簡要說明

圖1是表示本發(fā)明的一種供吸收器用的熱交換管的一個實施例的透視圖。
圖2是圖1所示的熱交換管的橫截面圖。
圖3是圖1所示的熱交換管的凸部的縱截面的放大圖。
圖4是沿垂直于熱交換管軸線的截面的截面圖，表示用于生產(chǎn)圖1中所示的熱交換管的軋制過程。
圖5是用于說明利用軋制盤對一個凸部進行軋制過程的視圖。
圖6是一個局部放大圖，表示軋制過程前后的橫截面中凸部形狀的細節(jié)和軋制過程后翼片形狀的細節(jié)。
圖7(a)-(c)是表示通過軋制過程在凸部上形成的圓周凹槽部分和翼片的構(gòu)形的視圖，其中圖7(a)、圖7(b)和圖7(c)分別是凸部的透視圖、頂視圖和側(cè)視圖。
圖8表示許多個熱交換管的配置的一個例子，這些熱交換管每個示于圖1中，它們被設(shè)置在一個吸收器中。
圖9是設(shè)置在圖8所示吸收器的上部中的熱交換管的橫截面圖。
圖10是圖9所示的供吸收器用的熱交換管的凸部的縱截面的放大圖。
圖11是熱交換管凸部的類似于圖3的縱截面放大圖，表示本發(fā)明的供吸收器用的熱交換管的翼片構(gòu)形的另一例子。
圖12是一種熱交換管凸部的類似于圖3的縱截面放大圖，表示本發(fā)明的供吸收器用的熱交換管的翼片構(gòu)形的又一例子。
實施本發(fā)明的最佳方式為了進一步闡明本發(fā)明，將描述本發(fā)明的實施例。應(yīng)當理解，本發(fā)明不受這些實施例的細節(jié)的限制。同時應(yīng)當理解，以該技術(shù)專業(yè)人員的知識為基礎(chǔ)，可以對下述實施例和上述結(jié)構(gòu)細節(jié)進行各種變化、修改和改進而并不偏離本發(fā)明的精神。
首先參照圖1-3，圖中示出本發(fā)明一個實施例的吸收器用的熱交換管2。該熱交換管2用由材料C1220(JIS H3300)制成的磷-脫氧銅管(外徑16mmφ，壁厚0.6mm)制備，該管作為圓筒形坯料管提供。該坯料管受到利用模具的冷拉制操作，從而形成具有沿管子軸向延伸的凸部和凹部的波紋管。然后，該波紋管受到利用軋制盤的軋制過程，該軋制盤如通常用于生產(chǎn)帶翼片的管子的軋制過程中所用的，使得在凸部中沿管子軸向以預(yù)定間隔形成圓周凹槽部分，每個凹槽沿管子的圓周方向延伸。這樣，得到了熱交換管2。
更具體地說，如圖2中所示，在直徑d為16mmφ的熱交換管2的外周面上，每個具有拱形曲面形狀的凸部4和在相鄰凸部4之間形成的凹部6沿管子的圓周方向交錯地設(shè)置。這些凸部4和凹部6沿管子的軸向平直地延伸。每個凹部6的深度D1為0.5mm。另外，在每個凸部4中形成圓周凹槽部分8，每個凹槽8沿管子的圓周方向延伸，這些凹槽沿管子的軸向以預(yù)定間隔配置。介于相鄰的圓周凹槽部分8之間的凸部4的局部部分分別構(gòu)成相互獨立的翼片10。再者，在凹部6的底部中分別形成深度D2為0.03mm的軸向凹槽12，使得軸向凹槽12的表面與凸部4和凹部6不光滑地鄰接。此外，軸向凹槽12不是在凸部4中形成，而是在凹部6中形成。這一結(jié)構(gòu)還增大凸部4上一層吸收劑的厚部和凹部6上一層吸收劑的厚度之間的差異，并因此增大在凸部4中發(fā)生的馬蘭各尼對流的強度和凹部中發(fā)生的馬蘭各尼對流的強度之間的差異。
接著參照圖3，圖示熱交換管2沿縱向截面的局部放大圖。詳細說來，圓周凹槽部分8這樣形成于凸部4中，使得成直角延伸到凸部，而介于相鄰的圓周凹槽部分8之間的凸部4的局部部分構(gòu)成翼片10。每個翼片10在縱向截面有一基本上曲面的形狀，其高度F為0.8mm。各個翼片10以2.0mm的間隔P設(shè)置，在相鄰翼片10的端面之間的距離W為0.9mm。翼片10具有基本上曲面的形狀將不容易阻擋吸收劑沿管子軸向的流動，并有利于形成吸收劑層和吸收劑沿管子的圓周方向流動。
熱交換管2有一內(nèi)周面，該內(nèi)周面包括對應(yīng)于凸部4的局部部分。在每個局部部分中形成突出部14和凹面部分16，它們沿管子的軸向交錯配置。也就是，這些突出部14是由對應(yīng)于圓周凹槽部分8的管子內(nèi)周面的突入管子內(nèi)部的局部突出部形成的，而凹面部分16是由對應(yīng)于設(shè)置在相鄰圓周凹槽部分8之間的翼片10的管子內(nèi)周面的局部部分形成的。這些突出部14和凹面部分16構(gòu)成管子內(nèi)周面的波紋狀結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)促進通過管子內(nèi)部的冷卻流體的紊流，改進熱交換管2的熱交換能力。另外，有效地限制了翼片部分處熱交換管2的壁厚的增大，因此本發(fā)明的熱交換管2的單位重量可以做得像光滑表面管子一樣小。
如上所述，這種構(gòu)造的熱交換管2易于由相應(yīng)的圓筒形坯料管生產(chǎn)，辦法是使該坯料管相繼接受一拉制過程和一軋制過程，這些過程(工藝)在該技術(shù)中是已知的。更具體地說，坯料管首先接受一普通的冷拉制過程，以生產(chǎn)一波紋管20，該管具有多個在外周面上形成的沿管子軸向延伸的凸部4，每個凸部當沿管子的圓周方向觀看時具有拱形彎曲形狀。凸部4沿管子的圓周部分這樣配置，使得在相鄰的凸部4之間形成凹部6，該凸部4和凹部6具有基本相等的壁厚。這樣獲得的波紋管20接受利用圖4所示的軋制盤22的軋制過程。在圖4的配置中，圍繞待軋制的波紋管20設(shè)置三組軋制盤22，使該三組軋制盤22彼此相等間隔120°。每組軋制盤由多個軋制盤22組成，它們互相同軸地設(shè)置并作為一個單元一起轉(zhuǎn)動。隨著各組軋制盤的旋轉(zhuǎn)，每個軋制盤22壓在波紋管20的凸部4上，使波紋管20的凸部4接受軋制過程。
接著參照圖5，圖中示出利用軋制過程在一個凸部4中形成圓周凹槽部分8的方式，也就是，形成翼片10的方式?？梢宰⒁獾?，在圖5的左側(cè)示出軋制過程的幾個階段的截面圖，它們是以沿垂直于管子軸線的平面中的截面示出的，而在圖5的右側(cè)示出軋制過程的幾個階段的立面圖，它們是在左側(cè)圖中示出的管子的右側(cè)面上看到的立面圖。另外，軋制過程的進行從圖5(a)階段開始，以圖5(d)階段結(jié)束。如該技術(shù)中熟知的，圓周凹槽部分8(翼片10)不是由一個軋制盤22形成的，而是由屬于相應(yīng)各組的軋制盤22的單個軋制盤22逐漸形成的，使得不同組的軋制盤22壓緊每個凸部4，因此在相鄰軋制盤22之間同時形成翼片10，使得當軋制過程進行時，每個翼片10的高度沿管子的徑向向外方向逐漸增大，如右側(cè)各圖中所示。
如圖6中所示，通過上述軋制過程，在每個凸部4上沿管子軸向交替地形成具有預(yù)定高度的圓周凹槽部分8和翼片10，由此產(chǎn)生所要的熱交換管2。如圖5、圖6和圖7的放大圖中明顯看到的，每個由軋制過程形成的圓周凹槽部分8有一曲面形狀，更具體地說，在其底部在沿管子的軸向和圓周方向兩者的截面中有一弧形曲面形狀。而且，當沿管子的圓周方向觀看時，圓周凹槽部分8的兩個對置端部的寬度逐漸減小到零，這從圖7(b)中明顯看到，圖7(b)是圓周凹槽部分(8)的頂視平面圖。也就是，每個介于相鄰翼片10之間的圓周凹槽部分8具有如沿管子的圓周方向看到的對置端部部分。當端部部分向著其兩端延伸時，換句話說，向著相應(yīng)的凹部6延伸時，這些凹槽部分的寬度逐漸縮小，使得在圓周凹槽部分的兩端處寬度為零。比起普通的帶翼片的熱交換管來，這種結(jié)構(gòu)限制吸收劑沿圓周方向流動，而允許吸收劑更易于沿軸向流動。這樣，由于因吸收劑的馬蘭各尼對流而產(chǎn)生的吸收劑紊流和吸收劑的各層與圓周凹槽部分8的撞擊，進一步改善了熱交換管2的熱交換效果。
最好是，上述構(gòu)造的圓周凹槽部分8相對于凹部6的底部沿徑向向外形成，從而阻止圓周凹槽部分8與相應(yīng)的凹部6連通，而圓周凹槽部分8沿圓周方向的對置兩端終止于凸部4的相應(yīng)兩側(cè)面上。這種配置進一步有效地促進了吸收劑沿管子軸向中的凹部6的流動。
可以注意到，在吸收式制冷機的吸收器30內(nèi)通常安置許多個上述構(gòu)造的熱交換管2，使這些熱交換管2沿垂直方向配置，而每個熱交換管有一水平姿態(tài)。使作為冷卻流體的冷卻水流過熱交換管2的內(nèi)部，以便有效地冷卻熱交換管2的外表面上的吸收劑。更具體地說，吸收劑36，如包括表面活性劑的溴化鋰水溶液，從安置在熱交換管2上方的散布器(噴灑器)32的散布噴嘴34滴落或散布在熱交換管2上。散布在熱交換管2上的吸收劑36具有較高的濃度，因此吸收劑在熱交換管2的外周面上平滑地向下流動，同時吸收存在于吸收器30內(nèi)部的蒸氣。在吸收蒸氣時產(chǎn)生的熱從吸收劑36傳遞給流過熱交換管2內(nèi)部的冷卻水，從而有效地冷卻了吸收劑36。
更具體地說，如圖9和10中所示，從安置在熱交換管2(未示出)上方的散布器32的散布噴嘴34滴落的吸收劑36，首先沿管子2的圓周方向交替地經(jīng)過凸部4和凹部6向下流到熱交換管的外周面上。在凸部4和凹部6中產(chǎn)生吸收劑36的馬蘭各尼對流，這種對流取決于凸部4和凹部6上吸收劑36層的厚度值。每一凸部4上的吸收劑層厚度顯著地小于每一凹部6上的吸收劑層厚度。因此，沿熱交換管2的軸向，凸部4中產(chǎn)生的吸收劑36的馬蘭各尼對流的強度相當?shù)?，而凹?中產(chǎn)生的吸收劑36的馬蘭各尼對流的強度相當高。這些在相應(yīng)的凸部4和凹部6上產(chǎn)生的馬蘭各尼對流互相干擾，由此顯著地促進了沿管子軸向的吸收劑36的紊流。
在本發(fā)明的熱交換管2中，如圖10中同時示出的，吸收劑36可以進入介于相鄰翼片10之間的圓周凹槽部分8中，導致有效地增大熱交換管2與吸收劑36的接觸面積。因此，按照本發(fā)明構(gòu)造的供吸收劑用的熱交換管2呈現(xiàn)提高的熱交換能力。
在按照本發(fā)明構(gòu)造的熱交換管2中，在凹部6的底部中形成軸向凹槽12，使得每個凹部6上的吸收劑36的層具有相當大的厚度。因此，如在吸收系統(tǒng)的正常操作中那樣，當合適數(shù)量的吸收劑36滴在熱交換管2上時，就會在很大程度上產(chǎn)生吸收劑36的馬蘭各尼對流。而且，即使當?shù)温湓跓峤粨Q管2上的吸收劑量相當小時(如在吸收系統(tǒng)起動后緊接的操作中那樣)，吸收劑36收集在軸向凹槽12中，從而在凹部6上形成具有所要厚度的吸收劑36的層，使得凹部6上產(chǎn)生的馬蘭各尼對流的強度有效地增大，由此保證改善熱交換管2的熱交換能力。軸向凹槽12做成具有相當小的深度0.03mm，該深度太小而不會干擾通過凹部6的吸收劑36的流動，使得滴落在熱交換管2的外表面上的吸收劑36沿管子的圓周方向平滑地移動，因此，與普通使用的熱交換管比較，上述構(gòu)造的熱交換管2，通過在凹部6中簡單地形成軸向凹槽12從而增大外周面上的吸收劑36的量，可以改進其熱交換效率。
應(yīng)當理解，根據(jù)本發(fā)明的吸收器用的熱交換管不限于上述構(gòu)造例示的細節(jié)。例如，翼片10可以做成沿縱向截面具有如圖11或12中示出的形狀。在具有如圖11所示的以預(yù)定間隔在凸部4中形成的翼片10的熱交換管中，每個翼片10有一個如縱向截面中看到的平面頂部表面。在具有如圖12所示的以預(yù)定間隔在凸部4中形成的翼片10的熱交換管中，每個翼片10有一個如縱向截面中看到的寬度極小的頂部。這些具有此種構(gòu)造的熱交換管，與上述熱交換管2一樣，具有極好的吸收劑紊流作用。
裝有上述熱交換管2的吸收器在下述條件下操作吸收器的內(nèi)壓=6.6毫米汞柱；吸收劑濃度=63.5質(zhì)量％；而吸收劑的流量=1.0升/分·米。測量了熱交換管2的熱交換能力。測量表明，本發(fā)明的熱交換管2的總熱傳遞系數(shù)是作為熱交換管2基礎(chǔ)的波紋管20的約1.2倍，是光滑表面管的約1.5倍。熱交換管2的實際加熱表面積為波紋管或光滑管的約1.2倍。已經(jīng)證實，熱交換管2的熱交換能力的增大程度是加熱表面積的增大程度。
從上述說明可以清楚，在本發(fā)明的熱交換管中，安置在相鄰翼片之間的圓周凹槽部分被做成具有曲面形狀，使得有效地流入沿周面的凹槽部分中的吸收劑與吸收劑濃度無關(guān)，從而阻止吸收劑在沿圓周凹槽部分中不必要地停留，由此形成的吸收劑層得到合適的厚度。因此，有利地增大了熱交換管與吸收劑接觸的表面積，由此有效地改善了熱交換管的熱交換能力。其次，圓周凹槽部分做成這樣，使得每個圓周凹槽部分的沿圓周方向的對置的兩端部部分具有逐漸縮小的寬度，以致在對置兩端部處的寬度等于零。這樣。圓周凹槽部分幾乎不阻擋吸收劑沿管子軸向的流動和吸收劑的馬蘭各尼對流，導致吸收劑的強烈紊流，由此改善了熱交換管的熱交換能力。再者，在管子的每個凸部上形成一層具有開孔的吸收劑，該層吸收劑與凹部上形成的吸收劑層是連續(xù)的，允許吸收劑沿軸向流動和吸收劑產(chǎn)生馬蘭各尼對流。因此，在相應(yīng)的凸部和凹部中產(chǎn)生的吸收劑的馬蘭各尼對流彼此干擾，以致產(chǎn)生相當強的吸收劑紊流，由此進一步改善了熱交換管的熱交換能力。工業(yè)應(yīng)用性從上述說明可以清楚，本發(fā)明涉及一種供吸收器用的熱交換管和一種生產(chǎn)該熱交換管的方法，該熱交換管水平地安置在該吸收器中，用于吸收式致冷機、吸收式熱泵等等。特別是，本發(fā)明提供的熱交換管能保證極好的熱交換效率而其每單位長度的質(zhì)量與光滑表面管的一樣小，本發(fā)明提供的方法可以有利地生產(chǎn)該熱交換管。
權(quán)利要求
1．一種供吸收器用的熱交換管，具有這樣一種結(jié)構(gòu)，其中在所述管子的外周面上設(shè)置許多個凸部，使凸部沿該管子的軸向延伸，每個凸部有一沿所述管子圓周方向的拱形曲面形狀，這許多個凸部沿所述管子的圓周方向這樣配置，使得在所述許多個凸部的相鄰凸部之間形成凹部，而所述管子的內(nèi)周面對應(yīng)于所述凸部和凹部成波紋狀，其中在所述管子的外周面上滴落或擴散一種吸收劑，而在所述熱交換管的內(nèi)部流過一種冷卻流體，從而冷卻所述管子外周面上的所述吸收劑，其特征在于在每個所述凸部中沿所述管子的軸向間隔地形成許多個圓周凹槽部分，每個所述圓周凹槽部分沿所述管子的圓周方向延伸并在其底部部分在沿所述管子的軸向和圓周方向的截面中具有彎曲形狀，介于相鄰的所述圓周凹槽部分之間的所述凸部的局部部分分別構(gòu)成互相獨立的翼片，所述管子的每個沿圓周方向的所述圓周凹槽部分的對置兩端部分的寬度向著兩端逐漸縮小，使得兩端處的寬度為零。
2．一種如權(quán)利要求1所述的供吸收器用的熱交換管，其特征是所述圓周凹槽部分相對于所述凹部的底部沿徑向向外形成，從而防止所述圓周凹槽部分與所述凹部的底部連通，而每個所述圓周凹槽部分的所述對置兩端部分終止于所述各凸部的相應(yīng)兩側(cè)面上。
3．一種如權(quán)利要求1或2所述的供吸收器用的熱交換管，其特征是，所述凸部和凹部用拉制工藝制成，而所述圓周凹槽部分是用軋制工藝制成的。
4．一種如權(quán)利要求1-3中任何一項所述的供吸收器用的熱交換管，其特征是，沿所述管子的軸向延伸的各軸向凹槽設(shè)置在所述凹部的底部中，并沿所述管子的圓周方向這樣配置，使得當沿圓周方向的截面中觀看時，所述軸向凹槽的表面與所述底部不光滑地鄰接。
5．一種如權(quán)利要求1-4中任何一項所述的供吸收器用的熱交換管，其特征是對應(yīng)于所述圓周凹槽部分的所述內(nèi)周面的局部部分向著所述管子的內(nèi)部突出，而對應(yīng)于設(shè)置在相鄰的所述圓周凹槽部分之間的所述翼片的所述內(nèi)周面的局部部分構(gòu)成凹面部分。
6．一種生產(chǎn)供吸收器用的熱交換管的方法，其中在所述熱交換管的外周面上滴落或擴散一種吸收劑，而一種冷卻流體流過所述熱交換管的內(nèi)部，以便冷卻所述熱交換管外周面上的所述吸收劑，所述方法的特征在于包括將一個圓筒形坯料管拉制成波紋管的第一步驟，該波紋管這樣構(gòu)造，使得在所述管子的外周面上設(shè)置許多個凸部，使凸部沿該管子的軸向延伸，每個凸部有一沿所述管子圓周方向的拱形曲面形狀，這許多個凸部沿所述管子的圓周方向這樣配置，使得在所述許多個凸部的相鄰凸部之間形成凹部，而所述管子的內(nèi)周面對應(yīng)于所述凸部和凹部成波紋狀；和使所述波紋管接受一軋制過程的第二步驟，從而在每個所述凸部中沿所述管子軸向以規(guī)則間隔形成許多個圓周凹槽部分，每個圓周凹槽部分沿所述管子的圓周方向延伸并有一個底部部分，該底部部分在沿所述管子的軸向和圓周方向的截面中具有彎曲形狀，介于相鄰的所述圓周凹槽部分之間的所述凸部的局部部分分別構(gòu)成互相獨立的翼片，每個沿管子圓周方向的所述圓周凹槽部分的對置兩端部分的寬度向著兩端逐漸縮小，使得兩端處的寬度為零。
全文摘要
一種吸收器用的熱交換管,該管具有與其加熱表面積的增大程度匹配的改進的熱交換能力,而其每單元長度的質(zhì)量與光滑表面管的一樣小,因而不增加材料費用。熱交換管(2)的結(jié)構(gòu)是在其外周面上設(shè)置許多個沿管子軸向延伸的凸部(4),每個凸部有一沿管子圓周方向的拱形曲面形狀,凸部沿管子圓周方向配置成使相鄰凸部(4)之間形成凹部6,而管子內(nèi)周面對應(yīng)于凸部(4)和凹部(6)成波紋狀。在管子外周面上滴落擴散吸收劑,而在熱交換管內(nèi)部流過冷卻流體,從而冷卻管子外周面上的吸收劑。在每個凸部(4)中沿管子軸向間隔地形成許多個沿管子圓周方向延伸的凹槽部分(8),每個凹槽部分的底部在管子軸向和圓周方向的截面中為曲面,因此介于相鄰凹槽部分(8)之間的凸部(4)的局部部分構(gòu)成獨立的翼片(10)。并且凹槽部分(8)的在管子圓周方向的對置兩端部分的寬度向著兩端逐漸縮小最終匯聚。
文檔編號F28D3/02GK1211312SQ97192260
公開日1999年3月17日 申請日期1997年12月10日 優(yōu)先權(quán)日1996年12月13日
發(fā)明者山崎志奧, 佐佐木直榮, 江口明生 申請人:三洋電機株式會社, 住友輕金屬工業(yè)株式會社