沸腾传热管及其制造方法 【技术领域】
本发明涉及沸腾传热管及其制造方法，特别涉及可以提高在浸渍于大型冷冻机的制冷剂液体中的状态下使所述制冷剂液体加热沸腾的传热管的传热性能的沸腾传热管及其制造方法。
背景技术
涡轮冷冻机或螺旋冷冻机等大型冷冻机具有蒸发器，该蒸发器中使用沸腾传热管。沸腾传热管用于加热沸腾制冷剂液体，它浸渍在蒸发器内的制冷剂液体中。对沸腾传热管来说很重要的一点是有效地进行热交换，因此提出在管外周面上形成螺旋状翅片(フインfin)等的方案。例如在管的外表面上形成翅片，在该翅片的顶端设有形成孔的切口，将该翅片顶端压倒后形成可有效地进行沸腾传热的空腔(例如参照专利文献1：特公昭53-25379号公报、专利文献2：特开平11-316096号公报、专利文献3：特开平：1-60332号公报)。
图4所示为现有的沸腾传热管。该沸腾传热管100基于专利文献1所记载的技术思想，在厚度均匀、热传导性优良的金属管101的表面附近以规定间隔形成具有规定截面形状的中空空腔102。并且，在空腔102中，在与空腔102正交的方向上以规定间隔形成与外部(制冷剂液体)连通的孔103。
孔103的合计面积与外表面的总面积之比设定为2～50％。另外，空腔102具有促进沸腾地功能，通过适当设定孔103的开口面积，可以确保空腔102内有残留蒸气泡。
图5所示为其它现有的沸腾传热管。该沸腾传热管200的截面大致呈三角形并且中空的空腔202在金属管201的表面附近以规定间隔形成平行的槽。并且，在空腔202上各自顶部相互连接地纵横形成有规定深度的间隙203、204(与空腔202内部连通)，并分别与空腔202连通(例如参照专利文献4：特公昭64-2878号公报)。
在金属管201的外表面上形成螺旋状的U形槽后，通过压缩U形槽的上端使之变形后形成空腔202。间隙203、204的宽度在0.13mm或以下，从而可以确保空腔202内有残留气泡。
另外，沸腾传热管的制造方法包括使用使切削齿倾斜的切槽形成盘，在外面翅片上按压所述切削齿，利用该切削齿的按压部分在圆周方向上交错形成翅片的凹部和凸部的同时形成螺旋状的外面翅片，并且利用多个翅片形成盘来抑制外面翅片顶端截面面积的减小(例如参照专利文献3、5：特开平7-151485号公报)。这样可以抑制翅片顶端截面面积减小，从而有效地提高传热性能。
然而，对于近年来的热交换器高性能化和小型化的要求，现有沸腾传热管目前的传热性能不够理想，因而要求进一步提高其性能。例如，专利文献1的传热管可以利用空腔很好地进行核沸腾(以发泡点为泡核产生气泡的沸腾)，但难以加热从孔脱离出来的蒸气泡和周围的制冷剂液体，因而难以提高传热性能。
而专利文献2、3、4的传热管在管轴方向上也形成有空腔，因而制冷剂液体从该空腔流入管周方向(圆周方向)的空腔时压力损失变大。另外，管轴方向的空腔和管周方向的空腔交错的部分呈开放状态，制冷剂液体的一部分从管轴方向的空腔流入正在进行泡核沸腾的管周方向的空腔，从而泡核沸腾在该部分容易受到阻碍。
而且，上述沸腾传热管是在充满制冷剂液体的管壳内配置多个传热管来使用。因此，配置在上部的传热管被配置在下部的传热管引起的沸腾所形成的气泡覆盖，因而制冷剂液体的润湿性变差，无法发挥本来的性能。
【发明内容】
本发明的目的是提供一种可以改善制冷剂液体的润湿性并通过促进泡核沸腾来提高传热性能的沸腾传热管及其制造方法。
为了实现上述目的，本发明的第1技术方案是提供一种沸腾传热管，它包括管主体、为在所述管主体外周面的圆周方向上形成螺旋状或环状的空腔而连续铲起所述管主体外周面形成的翅片、按压所述翅片顶端后形成的槽、以及形成在所述槽上并以规定间隔使所述空腔与外部连通的多个孔。
根据该结构，在形成在管主体外周面圆周方向上的空腔上形成翅片，在该翅片的顶端形成槽，并在槽上形成孔，从而有效加热浸渍有沸腾传热管的制冷剂液体，并在促进制冷剂液体沸腾的同时使蒸气泡的脱离及制冷剂液体的流入顺利进行，因而通过改善制冷剂液体的润湿性而得到良好的传热性能，并且可以实现热交换器的高性能化和小型化。
为了实现上述目的，本发明的第2技术方案是提供一种沸腾传热管的制造方法，在管主体外周面的圆周方向上形成螺旋状或环状的空腔，使用刨刀(バイトbite)在所述圆周方向上连续铲起所述空腔的顶端而形成翅片，利用有槽滚筒按压所述翅片的顶端后形成槽，同时在所述槽上以规定间隔形成使所述空腔与外部连通的孔。
根据该方法，使用刨刀在形成在管主体外周面圆周方向上的空腔上形成翅片，并且在翅片的顶端使用有槽滚筒形成槽，在槽上形成孔，从而有效加热浸渍有沸腾传热管的制冷剂液体，并在促进制冷剂液体沸腾的同时使蒸气泡的脱离及制冷剂液体的流入顺利进行，因而改善制冷剂液体的润湿性并得到良好的传热性能，结果可以实现热交换器的高性能化和小型化。
根据本发明的沸腾传热管及其制造方法，在外周面上沿圆周方向形成槽，通过该槽对制冷剂液体进行有效加热，在促进制冷剂液体沸腾的同时使伴随泡核沸腾的制冷剂气泡的脱离及制冷剂液体的流入顺利进行，从而得到良好的传热性能，并且可以实现使用沸腾传热管的热交换器的高性能化和小型化。
【附图说明】
图1是表示本发明实施例的沸腾传热管的立体图。
图2是表示图1的沸腾传热管的俯视图。
图3是表示本发明实施例的沸腾传热管的制造过程中翅片的槽加工和孔加工，其中(a)是表示翅片槽加工的立体图，(b)是表示利用有槽滚筒进行孔加工的立体图。
图4是表示为现有沸腾传热管的立体图。
图5是表示为它现有沸腾传热管的立体图。
【具体实施方式】
图1和图2所示为本发明实施例的沸腾传热管。沸腾传热管1在结构上包括使用传热性能优良的铜、铜合金、铝等的金属管的管2和利用刨刀等加工工具在该管2的表面附近铲起的翅片3。
翅片3具有在管2的圆周方向上形成螺旋状或环状的空腔31和以规定间隔使该空腔31与外部(制冷剂液体)连通的孔32。翅片3的表面是在孔32和孔32之间顺次形成凸部33和凹部34的凹凸面，凸部33的一面设置为倾斜面。
空腔31在管周方向上连续，并且相对管轴正交或倾斜。凸部33和凹部34形成的槽35相对管轴具有规定角度(例如10～60°)和规定深度(例如0.1～0.5mm)，孔32位于该槽35的延长线上。
上述角度是蒸气泡从空腔31的脱离和水等制冷剂液体向空腔31的流入能够顺利进行的最佳值。脱离出来的蒸气泡在向与重力相反的方向移动时，如果与管轴平行(0°)，凸部33产生阻力，气泡的脱离难以顺利进行。而在60°以上时，孔32变得细长，气泡的脱离仍然难以顺利进行。因此，10～60°的角度比较合适。另外，凹部34的深度如果过浅则表面积减小，而如果过深则利用有槽滚筒等形成孔32时的阻力变大，空腔31的加工变得困难。因此，槽35的深度为0.1～0.5mm比较合适。
而且，空腔31在管轴方向上以规定间隔形成。管轴方向的间隔如果过小则泡核沸腾区域减小，而如果间隔过大则来自传热壁的热传导变差。因此，管轴方向的间隔为0.1～0.8mm比较合适。
水等制冷剂液体由空腔31的内壁面加热。制冷剂液体由于加热而沸腾，从空腔31内活跃地产生蒸气泡。该蒸气泡膨大到某种程度的大小后开始通过多个孔32开始脱离，但通过减小孔32的尺寸，蒸气泡没有全部脱离，蒸气泡的一部分变成小气泡残留在空腔31内。
另一方面，在凸部33和凹部34中，由于表面积比平滑表面增加，因而可以有效地加热制冷剂液体。另外，与脱离的蒸气泡相对应量的制冷剂液体从凹部34流入空腔31内。新流入空腔31内的制冷剂液体由于在流入前预先由外面的槽35的侧壁面加热而温度上升，因而以较少的热量就可使其达到沸腾温度。因此，以空腔31内残留的气泡为泡核，蒸气泡急速膨大。
从空腔31内脱离的蒸气泡比制冷剂液体的密度小，因而向上方移动。与该气泡相对应的制冷剂液体从凹部34流入空腔31内，因为该部分洼下，蒸气泡从空腔31内出来的路线与加热的液体流入空腔31内的路线不同，因而制冷剂液体可以顺利流入空腔31内。
一般情况下，用于水的传热管在壳体内组装有多根，但根据上述结构的沸腾传热管1，其外周面上形成有螺旋状的微小槽35，因而即使被组装在热交换器的上方，下方产生的气泡也难以侵入凹部34，制冷剂液体润湿良好，因此与现有结构相比可以提高传热效率。
图3表示沸腾传热管1制造过程中翅片的槽加工和孔加工。以下根据图3说明沸腾传热管1的制造方法。
首先准备外周面平滑且里面已经加工好槽2a的管2。槽2a由在规定间隔上形成螺旋状或环状的肋2b形成。该肋2b对促进管内流体的传热是不可缺少的。
然后，如图3(a)所示，使用刀尖角为60°的刨刀41，在使刨刀41沿管2的圆周方向转动的同时使管2沿管轴方向移动，铲起翅片3，并且规定的切入角度、切入量以及所形成的翅片3的间隔均为规定大小。在此，刨刀41的切入角度为24°，切入量为0.35mm。另外，调整刨刀41的转动速度和管2的移动速度，使空腔31在管轴方向上的间隔为0.5mm。利用如上形状和使用方法的刨刀41铲起翅片3，因而翅片3的顶端相对管轴不垂直，而是根据刨刀41的刀尖角形成倾斜的形状。
然后，如图3(b)所示，将沿圆周方向以规定间隔设有斜槽42a的有槽滚筒42按压在管2的外表面上。一边按压管2一边使有槽滚筒42沿管2的圆周方向转动，同时沿管轴方向牵拉管2，从而通过有槽滚筒42按压翅片3的顶端。这样，在管2的外周面上形成深度为0.2mm、相对管轴成45°角的槽35，同时形成空腔31。此时，外周面的槽35的凸部33在有槽滚筒42的槽42a的限制下发生弯折，并向相邻的凸部33突出。调整有槽滚筒42的压入量，使该突出量可达到相邻的凸部33，并且联通空腔31和外部的孔32不被堵塞。
这样就可得到在管周方向上连续的空腔31相对管轴倾斜延伸的图1和图2所示的沸腾传热管1。流入空腔31内的制冷剂液体在空腔31内被加热后沸腾，并活跃地产生蒸气泡。另外，由于相对管轴成一定角度的凸部33和凹部34使蒸气泡从空腔31内出来的路线与加热的液体流入的路线不同，因而与脱离出的蒸气泡相对应量的制冷剂液体流入，并且制冷剂液体向空腔31的流入顺利进行的同时可有效地对制冷剂液体进行加热。因此，以空腔31内残留的蒸气泡为泡核，蒸气泡急速膨大。另外，凸部33和凹部34在沸腾传热管1的外表面上形成螺旋状的微小槽35，因此随着从空腔31内脱离的蒸气泡一边被搅拌一边向上移动，周围的制冷剂液体也被搅拌，从而可以减轻制冷剂液体温度的不均匀。如上所述，本发明实施例的沸腾传热管1可以提高传热效率。