CN105849493B - 用于热交换的管以及用于改善热交换的方法 - Google Patents

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Abstract

用于处在管(1)中的第一流体与处在管(1)的外部的第二流体之间的热交换的管(1)和方法，管(1)在第一端部(3)与第二端部(5)之间延伸，管(1)包括内管(1')和布置在内管(1')的外部的外管(1″)，内管(1')以流体密封方式在第一端部(3)处被连接到外管(1″)，第一端部(3)被流体供给管(7)围绕并被附接到流体供给管，且在第二端部(5)中存在内管(1')与外管(1″)之间的通道。

Description

用于热交换的管以及用于改善热交换的方法
技术领域
本发明涉及一种热交换管。更具体地，涉及一种用于处在管中的第一流体与处在管外的第二流体之间的热交换的管，该管在第一端部与第二端部之间被第二流体围绕。
背景技术
下面的描述特别针对储罐中流体的加热，但是本发明不限于此。
当加热封闭储罐中的生活用水时，例如，公知的是将螺旋管放置在储罐中的水下，并使液体以相对较高的温度穿过螺旋管，以便在螺旋管中的流体与储罐中的水之间进行热交换。这种储罐例如根据本申请人的专利NO326440，基本上是已知的。
管中的流体可以是能量载体，其构成热泵系统的一部分。因此流体可以是处于高压(典型地在25bar-30bar的量级)条件下的液体。根据供水网络中的压力，储罐中的水通常的压力将处在4-7bar的量级。用于加热生活用水的储罐通常会设有安全阀，如果压力超过通常为9bar的预定水平，则该安全阀打开。
随着时间的推移，储罐中的生活用水可在储罐内的管中腐蚀出孔。管例如可以是螺旋管。如果呈压力下的液体形式的所述能量载体从螺旋管释放出来并进入储罐的水中，那么进入的液体就将立即变成气态，从而引起储罐中的压力显著增加。立即且显著的压力增加将不能通过所述安全阀或其他已知安全装置排放。从而有可能发生具有相当大破坏潜力的爆炸。
即使在能量载体并不是处于高压下的液体的情况下，从健康角度来看，如果其与储罐中的生活用水混合，也可能是不适宜的。
由于上述风险，一些国家的有关当局除其他事项外，还要求加热管(例如加热盘管)即所谓的热水器应接受定期目测检查和泄漏测试，这类加热管含有气体或液体且在用于生活用水的封闭的储罐中被放置在水下。对于被放置在已借助焊接而被封闭的储罐中的加热盘管来说，若没有在储罐中实施必须的广泛和昂贵的介入(插入，intervention)的话，那么这种检查就不可能实现。
发明内容
本发明的目的在于弥补或减少现有技术的至少一个缺点，或至少提供了对现有技术的有益的替代。
该目的是通过以下描述的和随附权利要求书中详细说明的特征来实现的。
根据本发明的第一方案，提供了一种用于处在管中的第一流体与处在管的外部的第二流体之间的热交换的管，该管在第一端部与第二端部之间延伸。该管包括内管和布置在内管的外部的外管，内管以流体密封方式在第一端部处被连接到外管，第一端部被流体供给管围绕并被附接到流体供给管，且在第二端部中存在内管与外管之间的通道。
在管的第一端部处，外管由此被连接到内管，而在管的第二端部处，内管与外管之间存在一个或多个开口部。在一个实施例中，内管与外管之间在管的第一端部处没有实体连接。由此，内管、位于内管与外管之间的密封件、以及外管形成椭圆状的U形体，U形的底部被定位在管的第一端部处，而U形的顶部被定位在管的第二端部处。
如果处在管的外部的流体不与第二端部中的开口通道流体连通，则通过流体供给管供应的流体将被送到内管中。这具有内管暴露于处在内管中的流体而外管暴露于处在外管的外部的流体的效果。此外，两管例如都暴露于存在于外管与内管之间的空气。
为了使第一流体与第二流体之间能够进行良好的热交换，同时使得穿透外管的任何流体能够通过第二端部的开口通道排出，内管的外径小于外管的内径。
管可被布置在储罐中，该储罐设置有用于接收管的第一端部的第一开口和用于接收管的第二端部的第二开口。储罐可以是但不限于是例如用于加热液体的储罐。例如，液体可以是生活用水。
为了能够在尽可能小的空间中提供大的热交换区域，同时使得存在于内管与外管之间的任何液体能够借助重力，通过位于管的第二端部处的开口通道被排出，管的至少一部分以螺旋方式被布置在第一端部与第二端部之间。在这种情况下，第一端部被放置在比第二端部高的高度处。
在本发明的第二方案中，提供了一种改善处在内管中的第一流体与处在外管的外部的第二流体之间的热交换的方法，外管被布置在内管的外部，且内管的外径小于外管的内径，该方法包括：
在管的第一端部中，在内管与外管之间设置流体密封连接部；
将所述第一端部插入到流体供给管的一部分中，以形成流体供给管与内管之间的流体连通，并将外管附接到流体供给管；以及
在管的第二端部中，保持外管的内表面与内管的外表面之间的通道。
附图说明
下文中，描述了优选实施例的示例，其在附图中可见，附图中：
图1a示出了用于加热生活用水的具有内部螺旋管的储罐，该螺旋管具有通过位于储罐的壁中的开口突出的第一端部和第二端部；
图1b示出了通过图1a的I-I的截面；
图2以较大比例示出了已知种类的螺旋管的端部；
图3以较大比例示出了图1a的细节A，但是没有示出储罐的壁部；以及
图4以较大比例示出了图1a的细节B，但是没有示出储罐的壁部。
具体实施方式
诸如“之上”、“之下”、“下面”、“上面”、“左”、“右”的位置标识指的是图中所示位置。
在各个附图中，相同的附图标记表示相同或相应的元件。
在这些附图中，附图标记“1”表示根据本发明的管，其用于处在管1中的第一流体与处在管1外的第二流体之间的热交换。管1具有第一端部3和第二端部5。
在图1a和图1b中，管1被设置在封闭储罐20的内部。该储罐例如可为用于加热生活用水的储罐、和/或用于借助所谓的散热器或借助用于所谓的水性热(water-borne heat)的管道系统来加热建筑的储罐。
本发明非常适合与根据NO326440的本申请人的发明一起使用。
管1的第一端部3通过位于储罐20的侧部中的上切口22突出，而管1的第二端部5通过位于储罐20的侧部中的下切口24突出。在所示实施例中，管1以螺旋方式被布置在端部3、5之间。
本领域技术人员将理解，在这种螺旋管中，对于具有22mm外径的管来说，管1的壁可相对地薄，例如为0.8mm。为了增强通过储罐20的切口22、24的管1，并有助于管1在管1的第一端部3处和管1的第二端部5处分别连接到供给管(图中未示出)和回流管(图中未示出)，管1连接到护套7。如在示出根据现有技术的管1的图2中所示，护套7围绕管1的端部。在所示实施例中，护套7(该护套在本文中构成供给管或回流管的一部分)的厚度数倍于管1的厚度。
护套7的内径互补地适配于管1的外径，由此当管1的端部已经插入护套7中时，管1与护套7之间形成紧密配合。
图2示出了管1，该管借助于呈填角焊缝9的形式的焊接连接，来附接到护套7。图2示出了典型入口部和典型出口部两者，其用于处在管1中的第一流体与处在管1外的第二流体之间的热交换的管。图2中示出的管1具有如上所述的显著缺点。同样已知的是，代替所示的焊接连接、或补充所示的焊接连接，管1和护套7还可通过螺纹来连接。
图3示出了例如图1所示的储罐20的入口部，但是没有示出储罐自身的壁。护套7围绕管1的第一端部3。根据本发明的管与图2所示的现有技术的管本质上不同。
管1包括内管1'和外管1”，外管1”被布置在内管1'的外部。如图3所示，内管1'的端面在长度方面适配于外管1”，使得在第一端部3中，管1'、1”基本具有相同的轴向长度(范围)。
内管1'和外管1”的端部借助于密封装置11接合在一起。密封装置11的目的之一是防止液体进入位于内管1'和外管1”之间的空间。因此，如图3中的箭头Fi所示，所述流体从护套7流入内管1'。
在优选的实施例中，密封装置11是通过焊接连接(在图3中被示出为对头焊缝)来提供的。
如果在第一端部，例如由于外管1”比内管1'更深地延伸到护套7中，内管1'具有与外管1”不同的轴向长度(图中未示出)，则例如可利用填角焊缝来提供管1'与管1”之间的密封。
在所示实施例中，内管1'的外径小于外管1”的内径。这是必要的，为的是除了其他之外，能够通过位于管1的第二端部1”处的开放通道，将可能进入由管1'、管1”、以及位于管的第一端部3处的流体密封连接部所限定出的空间的任何流体(例如液体)排出。该开放通道将在下面图4的说明中被更详细地描述。这种排水可以给出关于内管1'或外管1”被损坏的警告。
借助于本身类型已知的传感器装置可提出该警告，该传感器装置被布置成能够基于处在内管1'内的那种流体或处在储罐20中的液体的一者或两者的检测来发出信号。
参见关于图2所示的现有技术，其中处在管1的外部的流体与处在管1的内部的流体之间的热交换通过单一管壁来进行，本领域技术人员可容易地得出这样的结论，通过根据本发明的双管1'、1”进行的热交换可能较差。即，除了其他因素之外，因为管1的多个部分，在内管1'的外表面与外管1”的内表面之间可存在一定距离。
然而，对比试验已经令人惊奇地表明，图1中所示的根据现有技术设有“单盘管”的那种储罐20的热交换容量实际上与根据本发明的设有“双盘管”的相应的储罐20相同。对此，一种可能的解释可以是，由经过护套7流到内管1'中的流体提供给护套7的热量是经由以下途径被送到外管的：护套7的内表面与外管1”的外表面之间的接触部；焊缝9；以及经由密封装置11(在其包括金属、或具有良好导热性能的其他材料的情况下)。因此密封装置11将在内管1”(内管暴露于被送入管1内的流体)与外管1”之间形成一个“桥”。
特别是在管1以螺旋方式被布置在第一端部3与第二端部5之间的情况下，内管1'的多个部分将靠在外管1”的多个部分上，因此在管1'、1”之间形成多个“热传导桥”，而与此同时，流体可从入口部3进入位于管1'、1”之间的空间并通过出口部5流出。对于具有足够程度的所述热传导桥来说，先决条件是在内管1'的外径与外管1”的内径之间有相对较小的差值。在上述试验中，具有25mm外径的外管1”与同轴地放置的具有22mm外径的内管1'之间的径向距离是0.7mm。
图4示出了例如图1a中所示的储罐20的出口部，但是没有示出储罐自身的壁。护套7围绕管1的第二端部5。根据本发明的管1与图2所示的现有技术的管本质上不同。
在图4中，内管1'的端部的轴向长度比外管1”的端部大。此外，内管1'通过护套7延伸，并因此从护套7的两个端部突出。内管1'的端部形成有比管的其余部分更大的直径，使得内管1'可围绕未示出的回流管的一部分。
在管1的第二端部5中，与管1的第一端部3对比，内管1'与外管1”之间没有实体的连接。因此，内管1'与外管1”之间存在的任何流体可通过由于内管1'的外径小于外管1”的内径而形成的通道被传送出去。如果在内管1'或外管1”中出现泄漏，则流体(无论流体包括气体还是液体)将在内管1'与外管1”之间形成的空间或通路中被传送到管1之外，并进一步经由护套7从储罐20被排出。如上所述，传感器装置26可进行感测，并给出信号到信号收发器26'，信号收发器可给出泄漏已经发生的警告。这种传感器装置26和信号收发器26'在图4中原理性地示出。
在一个实施例中，来自信号收发器26'的信号可被传输到例如热泵(图中未示出)的控制装置、或某些形成通过螺旋管1的流体循环的其他装置的控制装置，以使得循环停止且热交换停止。替代地或附加地，使用者可通过一些其他方式(例如借助于SMS)被警告。
管1的第二端部借助于外管1”与护套7的端部之间的焊接连接部9被附接到护套7。
如图4所示，外管1”仅延伸到护套7内有限距离。不使外管1”延伸穿过全部的或大部分的护套，其目的是在护套7与外管1”之间提供尽可能小的接触表面。因此，例如图1所示的储罐20中的加热水与储罐20的外面之间的热传递将会是可能的最小值。
代替图3和图4中所示的焊接连接部9，外管1”与护套7之间的连接可以借助例如螺纹连接或借助粘合剂来形成。
因为事实上由内管1'、位于内管1'与外管1”之间的密封件11、以及外管1”形成了上述的U形，在管1的端部3与端部5之间将没有空气的流通。这种流通将会减少内管1'中的流体对储罐20中的液体的热传递量，这是因为一部分的能量将被耗费在加热流过的空气上。如果以对应于图4所示的第二端部5的端部来替换图3所示的第一端部3的话，则会发生空气的流通。

Claims (6)

1.被布置在用于加热液体的储罐中的管(1)，所述管与热泵系统的压缩机流体连通，所述管具有第一端部(3)与第二端部(5)，所述管(1)从储罐(20)的壁中的第一开口(22)延伸到所述储罐(20)的壁中的第二开口(24)，所述管(1)的至少一部分在所述第一端部(3)与所述第二端部(5)之间以螺旋方式延伸，所述管(1)用于第一流体与第二流体之间的热交换，所述第一流体是在热泵系统中循环的能量载体，所述第二流体处于所述储罐(20)中且处于所述管(1)的外部，所述第一端部(3)被布置在所述储罐(20)中的所述第一开口(22)处，且所述第二端部(5)被布置在所述储罐(20)中的所述第二开口(24)处，其中，所述管(1)包括平滑的内管(1')和被布置在所述内管(1')的外部的平滑的外管(1”)，所述内管(1')以流体密封方式在所述第一端部(3)处被连接到所述外管(1”)，其特征在于，所述第一端部(3)被与所述压缩机流体连通的流体供给管所围绕并被附接到所述流体供给管，且在所述第二端部(5)中存在位于所述内管(1')与所述外管(1”)之间的通道，而且所述流体供给管借助焊缝(9)被附接到所述外管(1”)，且所述内管(1')与所述外管(1”)之间在所述第一端部(3)处的流体密封连接部是借助焊缝(11)来设置的，由此所述内管(1')和所述外管(1”)形成U形的管(1)且所述内管(1')与所述外管(1”)之间形成热传导桥，且所述内管(1')的外径小于所述外管(1”)的内径，从而沿着所述管(1)的整个长度，在至少部分的所述内管(1')与所述外管(1”)之间形成空间，由此存在于所述内管(1')与所述外管(1”)之间的流体能够通过位于所述管的第二端部(5)处的所述通道，从所述管(1)的第一端部(3)处的所述流体密封连接部被传送出去。
2.根据权利要求1所述的管，其中，所述流体供给管包括借助焊缝(9)接连接到所述外管(1”)的增强护套(7)。
3.根据前述任一项权利要求所述的管，其中，所述内管(1')在所述第二端部(5)处被连接到流体回流管，且其中，所述流体供给管和所述流体回流管构成部分的封闭回路。
4.一种制造根据权利要求1所述的管(1)以改善处在内管(1')中的第一流体与处在外管(1”)的外部的第二流体之间的热交换的方法，所述外管(1”)的主要部分被布置在所述内管(1')的外部，其特征在于，所述方法包括：
通过将平滑的内管(1')插入平滑的外管(1”)来形成U形的管(1)，所述内管(1')的外径被设置成小于所述外管(1”)的内径，由此沿着所述管(1)的整个长度，至少部分的所述内管(1')与所述外管(1”)之间设置有空间，所述管具有第一端部(3)和第二端部(5)，且在所述第一端部(3)处借助焊缝(11)将所述内管(1')附接到所述外管(1”)以形成流体密封连接部，而在所述管(1)的所述第二端部(5)中，保持所述外管(1”)的内表面与所述内管(1')的外表面之间的通道；
将U形的所述管(1)的所述第一端部(3)插入护套(7)；
借助焊缝(9)将所述外管(1”)连接到所述护套(7)，所述焊缝(9)将所述护套(7)的端部连接到所述外管(1”)的外表面，使得所述焊缝(11、9)与所述护套(7)形成从所述内管(1')到所述外管(1”)的热传导桥。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，在所述第二端部(5)中，所述内管(1')被放置成与流体回流管流体连通。
6.根据权利要求4或5所述的方法，其中，响应于处在所述内管(1')中的流体与处在所述外管(1”)的外部的流体中的至少一种流体的传感器装置(26)连接到信号发射器。
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