CN101532795B - 金属热交换管 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种金属热交换管，它具有在管外侧呈螺旋形绕行的、整体成形且连续成形的撑筋，其撑筋基底基本从管壁径向伸出，还具有在相应两相邻撑筋之间的初始槽，其中在初始槽的槽底区域设置至少一凹陷的次级槽，次级槽相对于初始槽通过由相邻撑筋基底的材料形成的一对彼此相对的材料突出部限定，该材料突出部沿初始槽连续延伸，次级槽的横截面在规定的间隔下改变，不影响撑筋的形状，并在相对的材料突出部之间形成间隔，其中其间隔以规定的间隔改变，由此局部形成空化区域。

Description

金属热交换管
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1前序部分的金属热交换管，具有在管外侧呈螺旋形绕行的、整体且连续成形的撑筋。 
这种类型的金属热交换管特别用于在管外侧汽化高纯物质或混合物中液体。 
背景技术
汽化出现在冷却和空调技术的许多领域以及工艺能量技术中。通常采用管束热交换器，在管外侧汽化高纯物质或混合物中液体并在管外侧冷却盐水或水。这种设备称作溢出汽化器。 
通过在管外侧和管内侧增加热传导，明显减小汽化器的尺寸。由此，降低这种设备的制造成本。此外，降低冷却剂的填充量，在目前主要采用的无氯可靠制冷剂中，不能忽略占整个设备成本的制冷剂成本。对于有毒的或可燃的制冷剂，通过降低填充量进一步降低危险性。目前通常的高效管大约比相同直径的平滑管的效率要高4倍。 
在现有技术中由整体轧制的撑筋管制造这种效率的管。整体轧制的撑筋管理解为带撑筋的管，撑筋由光管的壁材料加工出。对此公开了不同的方法，在相邻撑筋之间的通道这样闭合，在其通道与外界之间保留孔或缝隙形式的连通。特别是基本封闭的通道通过弯曲或翻转撑筋(US 3,696,,861；US 5,054,548；US 7,178,361B2)，通过纵割和顶锻撑筋(DE 2758526C2；US 4,577,381)以及通过对撑筋开缺口和顶锻(US 4,660,630；EP 0713072B1；US4,216,826)形成。 
用于溢出式汽化器的高效商业用的撑筋管在管外侧上具有撑筋结构，其撑筋密度为每英寸55-60个撑筋(US 5,669,441；US 5,697,430；DE 19757526C1)。其对应的撑筋距约为0.45-0.40mm。从原理可能通过高密度的撑筋或小的撑筋距改善这种管的效率，因为提高了气泡滋生的密度。小撑筋距需要完全相同的精密工具。然而，精密工具存在较高的断裂危险并很快被磨损。所提供的工具能够可靠加工具有最多每英寸60个撑筋的撑筋密度的撑筋管。另外，随着撑筋距减小，加工管的速度越小，使得制造成本增加。 
此外，公知的是，通过在撑筋之间槽底区域形成附加的结构件，在保持管外侧的撑筋密度不变时获得效率高的汽化结构。由于在槽底区域的撑筋温度高于撑筋尖部区域的温度，这些结构件对于在该区域增加气泡的形成特别重要。例如，对此，EP 0222 100 B1；US 5,186,252；JP 04039596A以及US 2007/0151715 A1进行了公开。这些发明的共同点是，在槽底上的结构件没有凹陷结构，因此，不能充分提高气泡的产生。在EP 1223 400 B1建议，在撑筋之间的槽底上形成凹陷的次级槽，他们沿初始槽连续延伸。其次级槽的横截面保持不变或以规则的间隔改变。 
发明内容
本发明目的在于提供一种高效的热交换管，在管侧的热传导和压力降恒定下用于在管外侧汽化液体。 
本发明通过权利要求1的特征实现。其它回引的权利要求涉及本发明的有利结构和技术方案。 
本发明包括金属热交换管，它具有在管外侧呈螺旋形绕行的、整体成形且连续成形的撑筋，其撑筋基底基本从管壁径向伸出，还具有在相应两相邻撑筋之间的初始槽，其中在初始槽的槽底区域设置至少一凹陷的次级槽，次级槽相对于初始槽通过由相邻撑筋基底的材料形成的一对彼此相对的材料突出部限定，该材料突出部沿初始槽连续延伸，次级槽的横截面在规定的间隔下改变，不影响撑筋的形状，并在相对的材料突出部之间形成间隔，其中其间隔以规定的间隔改变，由此局部形成空化区域。 
本发明构思在于，为了提高在汽化时的热传导，提高气泡汽化的过程。气泡的产生在滋生区开始。这些滋生位置多是小的气体或蒸汽封闭区。在变大的气泡达到一定尺寸时，他们从表面离开。随着气泡离开，滋生区涌进液体，滋生区去活化。其表面这样构成，在气泡离开时保留小的气泡，他们用于滋生区产生新循环气泡。这借助在表面设置具有开口的空化区域实现。空化区域的开口相对于位于开口下的空腔变小。通过其开口实现液体和蒸汽的交换。 
在本发明中，通过相对材料突出部之间的间隔实现初始槽和次级槽之间的连通，能够使得初始槽和次级槽之间的液体和蒸汽进行交换。本发明的特别优点在于，在相对材料突出部之间的间隔按本发明规定的间隔变化时，凹陷次级槽产生气泡的作用是特别大的。由此，根据目的控制液体和蒸汽的交换并防止弄湿空化区域的气泡滋生区。空化区域的位置靠近初始槽底对于汽化过程特别有利，因为在槽底大多是超温加热并因此提供对产生气泡的最大的工作温差。 
在本发明的特别优选的技术方案中，其在相对的材料突出部之间的间隔以规定的间隔取值为零。由此，次级槽在一定的区域相对于初始槽封闭。在该区域相对材料突出部接触，而没有材料的终结。气泡反复通过向着初始槽中部敞开的空化区域扩散，液体优选从靠近初级槽封闭区域的侧面流入空化区域。扩散的气泡不会受到流入液态的工作介质阻碍并无阻碍地进入初始槽。液态和蒸汽的相应流动区域在空间上彼此分开。对此，在初级槽的封闭区域，形成空化区域之间的小通道，它与初始槽不连通，但可以通过其通道例如平衡彼此相邻空化区域之间的压力差。 
优选的是在材料突出部之间的间隔值为零的区域基本闭合次级槽。在该技术方案中，通过次级槽的一部分不再与空化区域彼此连通。 
在本发明的优选实施方式中，在相对的材料突出部之间的最大间隔为0.03mm至0.1mm。对此优选的是在相对的材料突出部之间的最大间隔为0.06mm至0.09mm。 
在一优选实施方式中，在相对材料突出部之间的间隔值不为零的区域在循环方向测得的长度在0.2mm至0.5mm之间。由此，获得接续空化区域和之间区域的最佳协调。 
在本发明的另一优选实施方式中，撑筋尖部这样成形，它在径向盖住初始槽并局部封闭并由此形成螺旋形循环、局部封闭的空腔。撑筋尖部例如具有基本呈T形的横截面，它具有能够扩散蒸汽泡的孔形的凹口。 
专利文献EP 1 223 400 B1能够引入本说明书，构成与本发明的技术方案进一步进行有意的组合。 
下面参照示意性附图进一步描述本发明的实施例。其中： 
附图说明
图1是本发明一段管外侧的局部视图； 
图2是图1一段管的前视图； 
图3是具有局部封闭次级槽的本发明一段管的外侧局部视图； 
图4是图3一段管的前视图； 
图5是具有在空化区域之间完全封闭初始槽的本发明一段管的外侧视图； 
图6是图5一段管的前视图。 
彼此相应的部件在所有附图中采用相同的附图标记。 
1    金属热交换管，撑筋管 
2    撑筋 
3    撑筋基底 
4    撑筋尖部，撑筋的远侧区域 
5    管壁 
6    初始槽 
7    槽底 
8    初级槽 
9    材料突出部 
10   空化区域 
11   孔 
S    相对材料突出部之间的间隔 
Smax 相对材料突出部之间的最大间隔 
Smin 相对材料突出部之间的最小间隔 
L    循环方向区域的长度，其中间隔S不等于零 
具体实施方式
图1示出了本发明一段管外侧的视图。整体轧制的撑筋管1具有在管外侧呈螺旋线绕行的撑筋2，在其之间形成初始槽6。撑筋2不间断地沿延迟线在管外侧连续延伸。撑筋基底3基本从管壁5径向伸出。所建议的撑筋管1在相应两相邻撑筋2之间的初始槽6延伸的槽底7区域形成凹陷的次级槽8。次级槽8相对于初始槽6通过由相邻撑筋基底3的材料形成的一对彼此相对的材料突出部9限定。该材料突出部9沿初始槽6连续延伸，其中在相对的材料突出部9之间形成间隔S，它在规定的间隔下改变。在改变次级槽8的横截面时，不影响撑筋2的形状。通过与间隔S相关的改变其横截面局部形成空化区域( 
Figure G200910001510XD00041
)10，它特别有利于形成气泡滋生(Blasenkeimbildung)。 
通过在相对的材料突出部9之间的间隔S形成初始槽6和次级槽8之间的连通，能够使得初始槽6和次级槽8之间的液体和蒸汽进行交换。在材料突出部9之间的小间隔S区域，液体优选从初始槽6进入次级槽8。液体在次级槽8中汽化。在这里形成的蒸汽优选从在材料突出部9之间具有的较大间隔次级槽8即空化区域10排出。排出的气泡形成在初始槽6中进一步汽化液体的滋生区(Keimstellen)。为了在初始槽6中进一步汽化液体，优选的是，撑筋2连续在管外侧沿初始槽6延伸。通过所示的次级槽8的开口宽度的变化，借助进入的液体和排出的蒸汽在彼此分开的区域 产生，调节初始槽6和次级槽8之间的液体和蒸汽的交换。这些有利的特点没有揭示例如根据EP 1 223 400 B1加工的现有技术的管，因为次级槽8的开口宽度是变化的，而不存在分别用于液体进入忽然蒸汽排出的开口宽度并因此没有优选的区域。从槽底7测量在材料突出部9之间的大间隔区域的次级槽8在径向的延伸量最大为撑筋2高度的15％。在加工的带撑筋管1上的撑筋高度为从槽底7的最深位置测量到整个成形带撑筋管的尖部4。 
图2示出了图1一段管的前视图。在该局部视图中，在管外侧呈螺旋线绕行的撑筋2分布在图面中。在两撑筋2之间形成初始槽6。撑筋基底3基本从管壁5径向伸出。在相应两相邻撑筋2之间的初始槽6延伸的槽底7区域形成凹陷的次级槽8。次级槽8相对于初始槽6通过相对的材料突出部9限定。 
材料突出部9垂直于图面沿初始槽6连续延伸，其中在相对的材料突出部9之间形成间隔S，它在规定的间隔下改变。在不同的面，在空化区域10之间的S取最小值Smin，在空化区域10的最高位置取值为Smax。通过改变横截面局部形成空化区域10的开口宽度，它特别有利于形成气泡滋生。 
图3示出了具有局部封闭次级槽8的本发明一段管1的外侧视图。次级槽8以规定的间隔相对于初始槽6完全被封闭。对应于这种情况，在确定区域材料突出部9之间的间隔减为零。次级槽8相对于初始槽6在之间的区域具有开口，其中在相应边缘开口的宽度逐渐减小。 
图4示出了图3一段管的前视图。材料突出部9垂直于图面沿初始槽6连续延伸，其中在相对的材料突出部9之间形成间隔S，它在规定的间隔下改变。在空化区域最高位置区域不改变图2中值Smax的时，在空化区域10之间的S取值为Smin＝0。在该区域相对的材料突出部9接触，而没有材料的终结。气泡反复通过向着初始槽6中部敞开的空化区域10扩散。液体在开口的边缘流入空化区域。在初级槽8的封闭区域，形成空化区域10之间的小通道，它与初始槽6不连通，但可以通过其通道例如平衡彼此相邻空化区域10之间的压力差。不封闭初级槽区域的长度L优选在0.2mm至0.5mm之间。 
图5示出了具有在空化区域之间完全封闭初始槽8的本发明一段管1的外侧视图。如图所示，这进一步表明在材料突出部9之间的间隔值减为零的区域这样形成材料突出部9是有利的，其材料突出部9一直移到次级槽8的底部并因此在该区域闭合次级槽8。由此，在之间的区域形成局部的完全在管周围方向限定延伸的空化区域10，作为初始槽6底部的凹陷空腔。这种空化区域10作为较远的形成气泡晶核使 用，因为在这种结构中能够控制液体的尾流并不排出特别小的气泡。这些气泡在通过朝着初始槽6中部敞开的空化区域10扩散。液体在开口的边缘流入空化区域。不封闭初级槽区域的长度L优选在0.2mm至0.5mm之间。 
图6示出了图5一段管的前视图。如图所示，在材料突出部9之间的间隔值减为零的区域形成材料突出部9。其材料突出部一直移到次级槽8的底部并因此在该区域闭合次级槽8。 
在相对的材料突出部9之间的间隔S在0mm至0.1mm之间变化。在其间隔取值为最大值Smax的区域，其值特别在0.03mm至0.1mm优选为0.06mm至0.09mm。 
除了在初始槽6的槽底7上形成凹陷的次级槽8外，适合这样形成撑筋尖部作为撑筋2的远侧区域4，它在径向局部封闭了初始槽6并形成局部封闭的空腔。初始槽6与外界的连通采用孔11或缝隙的形式，排出来自于初始槽6的蒸汽泡。撑筋尖部4采用现有技术中的方法。初始槽6本身也是凹陷的槽。 
本发明的空化区域10与涉及孔11或缝隙的初始槽6组合获得结构的进一步特征在于，该结构通过很宽的工作条件范围对于汽化液体具有很高的效率。特别是在热流密度或工作温差变化时能使得结构的放热系数基本保持在较高的水平。 
本发明的技术方案涉及结构性的管，提高了管外侧的放热系数。为了不改变对内侧的主要部分的热传导阻力，对内侧的放热系数同样通过适合的内结构提高。 
管束热交换器的热交换管通常至少具有结构性的部分以及平的端头和平的隔离件。平的端头或隔离件限定了结构性部件。因此，管可以无问题地安装在管束热交换器中，结构性部件的外径不会大于平的端头或隔离件的外径。 

Claims (8)

1.金属热交换管(1)，具有在管外侧呈螺旋形绕行的、整体成形且连续成形的撑筋(2)，其撑筋基底(3)基本从管壁(5)径向伸出，还具有在相应两相邻撑筋(2)之间的初始槽(6)，其中在初始槽(6)的槽底(7)区域设置至少一凹陷的次级槽(8)，次级槽(8)相对于初始槽(6)通过由相邻撑筋基底(3)的材料形成的一对彼此相对的材料突出部(9)限定，该材料突出部(9)沿初始槽(6)连续延伸，次级槽(8)的横截面在规定的间隔下改变，不影响撑筋(2)的形状，并在相对的材料突出部(9)之间形成间隔S，其特征在于：其间隔S以规定的间隔改变，由此局部形成空化区域(10)；其中，间隔S在空化区域（10）之间的区域取最小值Smin，在空化区域(10)的最高位置取最大值Smax。
2.如权利要求1的金属热交换管，其特征在于：其在相对的材料突出部(9)之间的间隔S以规定的间隔取值为零。
3.如权利要求2的金属热交换管，其特征在于：在材料突出部(9)之间的间隔值为零的区域基本闭合次级槽(8)。
4.如权利要求1的金属热交换管，其特征在于：在相对的材料突出部(9)之间的最大间隔(Smax)为0.03mm至0.1mm。
5.如权利要求4的金属热交换管，其特征在于：在相对的材料突出部(9)之间的最大间隔(Smax)为0.06mm至0.09mm。
6.如权利要求2-5之一的金属热交换管，其特征在于：在相对材料突出部(9)之间的间隔值不为零的区域在循环方向测得的长度L在0.2mm至0.5mm之间。
7.如权利要求1-5之一的金属热交换管，其特征在于：撑筋尖部(4)这样成形，它在径向盖住初始槽(6)并局部封闭并由此形成螺旋形循环、局部封闭的空腔。
8.如权利要求6的金属热交换管，其特征在于：撑筋尖部(4)这样成形，它在径向盖住初始槽(6)并局部封闭并由此形成螺旋形循环、局部封闭的空腔。 
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