[发明专利]热交换管及使用该热交换管的方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2011年1月13日提交的美国临时专利申请No.61/432,282，该申请的全部内容通过引用结合于此。

背景技术

管状结构(或“管”)可用于将流体输送通过热交换器、同时将热能(热量)传递到通过管的外表面的另一种流体或从该另一种流体传递热能，从而在维持两种流体的物理分离的情况下实现热传递。以示例的方式，发现这样的结构在工业蒸汽发电或工艺流体热交换、自动热交换组件以及空间加热和冷却和其他热交换应用中具有特殊的实用性。管本身的几何形状随着应用的不同而变化，并且包括圆筒形、椭圆形、长方形以及对于给定的使用情况所需要的其他形状。

在很多情况下，需要提高流动通过管和管的内壁表面的流体之间的传热率，从而减小热交换设备的总体所需尺寸。这样的提高可通过结合在流体流动通过管时扰乱流体的特征、从而消除或减少流体边界层在内壁表面上的形成来实现。已知由于热能的传递需要通过流体的与管壁相邻的相对缓慢移动层来传导、因此流体边界层抑制大体积流体与管壁之间的有效热传递。

虽然在本领域中已知扰乱流动的很多方法，但在某些领域中(例如汽车散热器)通常使用的一种方法是设置从管壁延伸到流动体积中的突起。这些突起妨碍流体边界层的形成并且促成流体流中的紊流，以提高传热率。这类突起通常称作“凹痕”，并且这样的管称为“凹痕”管。

作为通常不良的副作用，由这种突起产生的紊流也倾向于导致使流体移动通过管所需的抽运功率增大。这使得一方面提高热传递性能的优势与另一更面增大压降的缺点之间的权衡成为必要。热交换器设计者试图优化该权衡已经产生了新的凹痕几何形状和样式的不断发展。

发明内容

本发明的某些实施例提供了一种将流体输送通过热交换器的管。所述管包括两个对立的宽阔且基本平坦的侧面，其沿着管的纵向方向从管的第一端延伸到管的第二端，以至少部分地限定两者之间的流动体积。管包括第一多个突起，其位于第一端和第二端之间并且从两个对立的宽阔且基本平坦的侧面中的一个延伸到流动体积中。突起沿着纵向方向对齐并且在第一多个突起的相邻突起之间具有沿纵向方向的第一中心到中心间距。管还包括第二多个突起，其位于第一多个突起与第二端之间并且从一个宽阔且基本平坦的侧面延伸到流动体积中。第二多个突起沿着纵向方向与第一多个突起对齐并且在第二多个突起的相邻突起之间具有沿纵向方向的第二中心到中心间距。最远离第一端的第一多个突起的一个突起与最靠近第一端的第二多个突起的一个突起之间、沿纵向方向的中心到中心间距是第一中心到中心间距的至少2.5倍，并且第一多个突起的所述一个突起与第二多个突起的所述一个突起通过一个宽阔且基本平坦的侧面的基本没有突起的部分分开。

在某些实施例中，最远离第一端的第一多个突起的所述一个突起与最靠近第一端的第二多个突起的所述一个突起之间、沿纵向方向的中心到中心间距是第二中心到中心间距的至少2.5倍。

在本发明的某些实施例中，管还包括第三多个突起，其位于第一和第二端之间并且从两个宽阔且基本平坦的侧面中的另一个延伸到流动体积中。第三多个突起沿着纵向方向与第一多个突起对齐并且在第三多个突起的相邻突起之间具有沿纵向方向的第三中心到中心间距。第三多个突起中的至少一个突起比第一多个突起中的任意一个更加远离第一端并且比第二多个突起中的任意一个更加靠近第一端。

根据本发明的某些实施例，所述管包括两个对立的宽阔且基本平坦的侧面，其沿着管的纵向方向从管的第一端延伸到管的第二端，以至少部分地限定两者之间的流动体积。管还包括第一多个突起，其布置在两个对立的宽阔且基本平坦的侧面的至少一个上并且延伸到流动体积中。垂直于宽阔且基本平坦的侧面的第一平面通过第一多个突起的各个的质心，并且具有在15°和75°之间的相对于纵向方向的角度。管还包括第二多个突起，其布置在两个对立的宽阔且基本平坦的侧面的至少一个上以限定与第一平面平行的第二平面。第二平面通过第二多个突起的各个的质心。管还包括第三多个突起，其布置在两个对立的宽阔且基本平坦的侧面的至少一个上以限定与第一平面平行的第三平面，第三平面通过第三多个突起的各个的质心。管在第一和第二平面之间以及第二与第三平面之间的、两个对立的宽阔且基本平坦的侧面的至少一个上没有其他的突起，并且第二平面与第三平面之间的间距是第一平面与第二平面之间的间距的至少两倍。

在某些实施例中，第一平面与纵向方向之间的角度在30度与60度之间。在某些实施例中，第二平面与第三平面之间的间距是第一平面与第二平面之间的间距的至少2.5倍。