[發(fā)明專利]熱交換管及使用該熱交換管的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210015012.2
• 申請日: 2012-01-12
• 公開（公告）號: CN102589337A
• 公開（公告）日: 2012-07-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 艾潤·K·威斯那薩恩;托馬斯·A·漢茨戈;瑞法科特·A·赤瑪
• 申請（專利權(quán)）人: 摩丁制造公司
• 主分類號: F28F1/02
• 分類號: F28F1/02;F28F1/10;F01B31/08
• 代理公司: 北京東方億思知識產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司 11258
• 代理人: 王安武

相關(guān)申請的交叉引用

本申請要求2011年1月13日提交的美國臨時(shí)專利申請No.61/432,282，該申請的全部內(nèi)容通過引用結(jié)合于此。

背景技術(shù)

管狀結(jié)構(gòu)(或“管”)可用于將流體輸送通過熱交換器、同時(shí)將熱能(熱量)傳遞到通過管的外表面的另一種流體或從該另一種流體傳遞熱能，從而在維持兩種流體的物理分離的情況下實(shí)現(xiàn)熱傳遞。以示例的方式，發(fā)現(xiàn)這樣的結(jié)構(gòu)在工業(yè)蒸汽發(fā)電或工藝流體熱交換、自動(dòng)熱交換組件以及空間加熱和冷卻和其他熱交換應(yīng)用中具有特殊的實(shí)用性。管本身的幾何形狀隨著應(yīng)用的不同而變化，并且包括圓筒形、橢圓形、長方形以及對于給定的使用情況所需要的其他形狀。

在很多情況下，需要提高流動(dòng)通過管和管的內(nèi)壁表面的流體之間的傳熱率，從而減小熱交換設(shè)備的總體所需尺寸。這樣的提高可通過結(jié)合在流體流動(dòng)通過管時(shí)擾亂流體的特征、從而消除或減少流體邊界層在內(nèi)壁表面上的形成來實(shí)現(xiàn)。已知由于熱能的傳遞需要通過流體的與管壁相鄰的相對緩慢移動(dòng)層來傳導(dǎo)、因此流體邊界層抑制大體積流體與管壁之間的有效熱傳遞。

雖然在本領(lǐng)域中已知擾亂流動(dòng)的很多方法，但在某些領(lǐng)域中(例如汽車散熱器)通常使用的一種方法是設(shè)置從管壁延伸到流動(dòng)體積中的突起。這些突起妨礙流體邊界層的形成并且促成流體流中的紊流，以提高傳熱率。這類突起通常稱作“凹痕”，并且這樣的管稱為“凹痕”管。

作為通常不良的副作用，由這種突起產(chǎn)生的紊流也傾向于導(dǎo)致使流體移動(dòng)通過管所需的抽運(yùn)功率增大。這使得一方面提高熱傳遞性能的優(yōu)勢與另一更面增大壓降的缺點(diǎn)之間的權(quán)衡成為必要。熱交換器設(shè)計(jì)者試圖優(yōu)化該權(quán)衡已經(jīng)產(chǎn)生了新的凹痕幾何形狀和樣式的不斷發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的某些實(shí)施例提供了一種將流體輸送通過熱交換器的管。所述管包括兩個(gè)對立的寬闊且基本平坦的側(cè)面，其沿著管的縱向方向從管的第一端延伸到管的第二端，以至少部分地限定兩者之間的流動(dòng)體積。管包括第一多個(gè)突起，其位于第一端和第二端之間并且從兩個(gè)對立的寬闊且基本平坦的側(cè)面中的一個(gè)延伸到流動(dòng)體積中。突起沿著縱向方向?qū)R并且在第一多個(gè)突起的相鄰?fù)黄鹬g具有沿縱向方向的第一中心到中心間距。管還包括第二多個(gè)突起，其位于第一多個(gè)突起與第二端之間并且從一個(gè)寬闊且基本平坦的側(cè)面延伸到流動(dòng)體積中。第二多個(gè)突起沿著縱向方向與第一多個(gè)突起對齊并且在第二多個(gè)突起的相鄰?fù)黄鹬g具有沿縱向方向的第二中心到中心間距。最遠(yuǎn)離第一端的第一多個(gè)突起的一個(gè)突起與最靠近第一端的第二多個(gè)突起的一個(gè)突起之間、沿縱向方向的中心到中心間距是第一中心到中心間距的至少2.5倍，并且第一多個(gè)突起的所述一個(gè)突起與第二多個(gè)突起的所述一個(gè)突起通過一個(gè)寬闊且基本平坦的側(cè)面的基本沒有突起的部分分開。

在某些實(shí)施例中，最遠(yuǎn)離第一端的第一多個(gè)突起的所述一個(gè)突起與最靠近第一端的第二多個(gè)突起的所述一個(gè)突起之間、沿縱向方向的中心到中心間距是第二中心到中心間距的至少2.5倍。

在本發(fā)明的某些實(shí)施例中，管還包括第三多個(gè)突起，其位于第一和第二端之間并且從兩個(gè)寬闊且基本平坦的側(cè)面中的另一個(gè)延伸到流動(dòng)體積中。第三多個(gè)突起沿著縱向方向與第一多個(gè)突起對齊并且在第三多個(gè)突起的相鄰?fù)黄鹬g具有沿縱向方向的第三中心到中心間距。第三多個(gè)突起中的至少一個(gè)突起比第一多個(gè)突起中的任意一個(gè)更加遠(yuǎn)離第一端并且比第二多個(gè)突起中的任意一個(gè)更加靠近第一端。

根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例，所述管包括兩個(gè)對立的寬闊且基本平坦的側(cè)面，其沿著管的縱向方向從管的第一端延伸到管的第二端，以至少部分地限定兩者之間的流動(dòng)體積。管還包括第一多個(gè)突起，其布置在兩個(gè)對立的寬闊且基本平坦的側(cè)面的至少一個(gè)上并且延伸到流動(dòng)體積中。垂直于寬闊且基本平坦的側(cè)面的第一平面通過第一多個(gè)突起的各個(gè)的質(zhì)心，并且具有在15°和75°之間的相對于縱向方向的角度。管還包括第二多個(gè)突起，其布置在兩個(gè)對立的寬闊且基本平坦的側(cè)面的至少一個(gè)上以限定與第一平面平行的第二平面。第二平面通過第二多個(gè)突起的各個(gè)的質(zhì)心。管還包括第三多個(gè)突起，其布置在兩個(gè)對立的寬闊且基本平坦的側(cè)面的至少一個(gè)上以限定與第一平面平行的第三平面，第三平面通過第三多個(gè)突起的各個(gè)的質(zhì)心。管在第一和第二平面之間以及第二與第三平面之間的、兩個(gè)對立的寬闊且基本平坦的側(cè)面的至少一個(gè)上沒有其他的突起，并且第二平面與第三平面之間的間距是第一平面與第二平面之間的間距的至少兩倍。

在某些實(shí)施例中，第一平面與縱向方向之間的角度在30度與60度之間。在某些實(shí)施例中，第二平面與第三平面之間的間距是第一平面與第二平面之間的間距的至少2.5倍。