CN1144018C - 制造可检测泄漏的双层壁换热管的方法及该换热管 - Google Patents

Abstract

一种制造能够检测泄漏的双壁换热管的方法，其中一内管被塞入一外管，当在至少是内管的外表面或外管的内表面上进行表面压型之后，至少内管的外表面或外管的内表面被涂布一层焊接材料。在内管和外管已经被彼此塞入之后，内管被膨胀，这样外管也被膨胀，表面压型形成在两管之间的一个泄漏检测通道处，内管和外管之间的焊接材料被熔化。在这样获得的换热管中，在内管和外管之间接触的位置，存在一薄层任意多孔的焊接材料层，通过将其熔化该层与内管和外管接和在一起。

Description

制造可检测泄漏的双层壁换热管的方法及该换热管

技术领域

本发明涉及一种用于制造可检测泄漏的双层壁换热管的方法，其中，一内管塞入一外管，在至少对内管的外表面或外管的内表面进行表面压型之后，且在内管和外管中一个塞入另一个中之后，使内管膨胀，这样内管的外表面与外管的内表面紧密接触，且表面压型在两管之间至少形成一个泄漏检测通道。

背景技术

DE-A-3000665中公开了这种方法。在这种方法中，内管外表面上表面压型的形状是具有很多尖端的锯齿状，锥型或锥形突出。为了获得适当的热交换，在塞入外管的内管刚一膨胀时，多个凸起的尖端就被压入外管的内壁中。虽然这种加压的结果是内外管之间的接触表面的大小约与未加工的接触表面相似，与不能检测泄漏的整体热交换管所获得的热交换相比，所获得的热交换不能令人满意，而且这种热交换使换热管的耐久性变差。

为了获得改进的热交换，在DE-C-3706408中提出了在泄漏检测通道内充满热交换液。从实验中可以看出，虽然改进了热交换，但与整体的不能检测泄漏的换热管相比，它的热交换仍然相当低。另外，这种已知的组合而成的换热管必须满足特定的条件，以保持泄漏检测功能。泄漏检测通道应当被设计为毛细缝隙且热交换液的沸点应当高于换热管工作温度的最大值。只有这样，由于毛细管作用，正常情况下液体不会从泄漏检测通道中流出，而在发生泄漏的情况下从泄漏检测通道中被压出，表示泄漏的存在。这种复杂系统不仅有特定需求，而且，在使用换热管期间由于热交换液被加热，工作人员还需判断热交换液是否膨胀，不能受热交换液膨胀的干扰，即由于液体(由于膨胀)被从毛细泄漏检测通道中压出，轻易地得出假定发生泄漏的判断。

此外，GB-A-822705公开了一种由三部分组成的换热管，如一外管，一内管和一设置在两管之间并与内管和外管都焊接在一起的螺旋片。这种结构是这样形成的，即首先将三部分彼此组合在一起，且在每两部分之间填置一层焊料。随后使内管膨胀，或外管被加压，从而在外管、螺旋片和内管部件之间形成机械连接，这种机械连接通过焊接处理部件被完善，在变形加工期间或之后对换热管进行热处理。与非焊接连接相比，这种焊接连接的优点是，管和片之间的传递更好，即更完全，可以实现连接。然而，另一方面，由于使用三部分组成换热管，结构更加复杂；当装配三部分时，由于存在可变形的螺旋片，因此各部件彼此之间的定位精度低，这样就获得了沿其长度具有不规则截面的泄漏检测通道；管中的一种变形是通过插入螺旋可变形分隔片而实现的，结果是机械连接的受约束和受限制较小；以及，最后的但不是最不重要的是，通过焊接形成两个交换区域，由于焊料因此其不利于热交换，焊料，例如锡，比待连接部分的材料，例如铜，具有较低的热交换系数。

发明内容

本发明的目的是提高热交换能力，使其与整体热交换管的热交换能力相同或大致相同，此外，泄漏检测通道没有填充介质，这样就可直接，精确和可靠地实现其功能。

根据本发明，上述目的可以通过前文所述的方法来实现，如果

一在将内管和外管彼此塞入之前，至少内管的外表面或外管的内表面涂有一层焊接材料，例如锡；

一使内管膨胀，这样外管也膨胀；

一内管和外管之间的焊接材料层被熔化；

其中，外管的膨胀被实现，这样熔化的焊料层被大部分地从内管和外管之间压出进入到至少一个泄漏检测通道。

通过这些特征，就形成了内管和外管之间的最佳的接触，且在换热管工作期间被保持。

通过内管使外管膨胀，实现的效果是由于降低通过它们之间的热交换介质的温度，内管收缩，由于回弹作用，内管总是持续地跟随着外管，从而总是保持内管和外管之间的紧密接触。

达到和保持紧密接触同样通过将内管和外管焊接在一起而实现和支持。下文的实验显示，例如在铜/不带有连接层的铜的情况下，热交换较高地依赖毗邻的铜表面的性质、接触(夹气)的程度和邻接位置处的压力。经过一定的时间热交换可能相当大地降低。假定其原因是邻接表面层的氧化，在一定程度上是由于在使用热交换管期间温度的变化而使表面相对运动的结果。通过将连接表面与焊料层连接，例如，锡，上述的经过一定的时间热交换降低的现象不再发生。

锡的热交换系数低于铜。因此，似乎是两个毗邻的铜表面之间的锡层在热交换上具有不良影响。然而当本发明的方法被使用时，获得的换热管的热交换几乎完全不与整体铜管不同。这种令人惊讶的效果似乎是由于使这些管的组件膨胀而在内外管之间产生压力的结果。这种压力是通过将锡层熔化，所有的过量的锡被迫使进入泄漏检测通道，仅仅留下非常薄的一层锡，此外这一层锡被熔化在邻接的铜表面上。这样，铜/铜接触被最佳地保持，由于具有(连接物和填充物)锡，没有由于相对位移而相互分离，因此不发生氧化作用，结果是，最佳热交换被保持且没有减少，而且经过一定的时间即在热交换管的工作期间也被保持。

在一定程度上，这种效果是仅使用两个管的结果，这两个管彼此塞入，每一个单独都比较坚硬。由于内管的膨胀，外管也被膨胀，从而在这些管之间的接触区域上产生较高的表面压力，在加热组件期间，位于外管和内管之间的焊料层几乎被全部压出，从而易变形的铜一铜接触已经被提到。当组件由三部分或多个部分组成时，在第一部分膨胀期间，第二和第三部分之间的表面压力将由于“松动”的第二部分而减小，当然，除这部分是螺旋状设计之外，其还可以在轴向被变形。部分原因是转移可被较不精确地确定，如上文所发现的，这可能导致焊料层被不够充分地压出，如果是完全的，会减小热交换。由于热交换依赖于链接中最弱的环结，如果第二和第三部分之间的的热交换较小，整个结构中的热交换小于第一和第二部分之间可能的热交换。这样，为了达到该目的，两部分组成的结构具有关键的优势，即精确的重复性，始终最佳的热交换，如上所述，可测量的值不会与整体换热管不同，且制造简单。

当内管变冷后，为了使外管最好地跟随着内管，优选的是，根据本发明的另一个实施例，由比外管较软的材料制造内管，从而，由于该特征，较硬的外管中的回弹力将比较软的内管的回弹力大，从而在任何情况下外管将比内管更倾向于回弹，且内管和外管之间的紧密邻接接触被最佳地建立并被保持，而且可保证将熔化的焊料层被压出的程度总是保持在理想的程度。

用于形成泄漏检测通道的表面压型可以以许多方式进行。根据本发明的另一个实施例，优选的是，表面压型被这样进行，即在各管的各表面上测量时，压型最多占表面的50％。大范围的测试表明，双层壁换热管具有最佳的泄漏检测特性，如果完全地，热传递几乎不会与整体管有所不同。

根据荷兰使用的非常严格的政府规格，泄漏检测通道必须这样布置，即当在换热管的主要零件部中钻直径为2mm的通孔时，50KPa的水压被施加在管的两侧，从泄漏检测通道中流出的漏出液体必须在300s中被检测到。根据本发明的换热管可满足该条件，且如果与整体换热管相比，不会损失热传递，根据另一实施例，表面压型以一宽度约为2mm、螺距约为4mm的螺旋槽的形式形成。

加热外管和内管组成的部件，熔化焊料层，通过对换热管的进一步的热处理，能够获得有利的效果，例如至少在外管的外表面或内管的内表面上加热焊接翼状元件期间，例如一螺旋形缠绕管的金属螺旋线。

一层焊料可被设置在内管或外管或两者之上，用于形成泄漏检测通道的表面压型的准备时间和存在是独立的。根据本发明，优选的是当内管的外表面涂覆一层焊接材料时，以至少一个螺旋延伸的槽的形式的表面压型随后被设置于其中。如果优选的是在外管的内表面设置一表面压型，例如通过挤出，最好是，内管的外表面被设置一层焊接材料，且外管的内表面设置一以纵向延伸槽的形式存在的表面压型。

按照所涉及的申请，最好是特别注意换热管的末端，以防止两管从末端滑动。在那种情况下，提议在内管和外管组件的每个末端及内管和外管之间的接合处进行银焊接。

作为其选择或补充，还有可能是，内管和外管组件的至少一个末端，至少内管的内表面或外管的外表面被涂覆绝缘漆。如此，对所述的末端保护，以避免在经过的热交换介质的温度突然变化时受到过渡的较大热震荡，例如可能发生在中央加热装置中的。

本发明还涉及具有泄漏检测功能的换热管，包括由一外管和一内管彼此紧密邻接接触而组成的组件，至少一个泄漏检测通道延伸进入且与内管和外管之间的接触面相邻近，例如从DE-A-3000665中可知。为了在这种换热管中实现最佳的热交换，根据本发明提出在内管和外管之间接触的位置，放置一膜状薄层的焊接材料，例如锡，通过将其熔化，使其与内管和外管都连接，在一偏压的作用下，内管和外管彼此邻接，从而膜状薄层可以为多孔，即，局部断开。

为了使泄漏检测通道最适合地被得到且具有最佳可操作性，且基本上不影响换热管的末端，根据本发明的另一实施例，毗邻内管和外管组件的一末端，一通孔被设置在外管中，该通孔与设置在组件中的泄漏检测通道相连通。

如果内管和外管组件的至少一个末端，至少内管的内表面或外管的外表面被涂覆绝缘涂层，末端就可被进一步保护以防止热震荡。如果，为了增加热传递能力，翼状元件，例如螺旋形围绕管的金属螺旋线被焊接在至少是外管的外表面或内管的内表面，其可能省去沿着漆涂层的长度方向的翼状元件。

关于可仿效的如附图所表示的实施例，根据本发明由此获得的方法和换热管，将在下文仅通过实施例作进一步讨论。在附图中：

附图说明

图1从正面示出了局部彼此塞入的内管和外管的一第一组件，一部分内管被切去。

图2示出了沿着图1中线II-II的横截面；

图3示出了相应于图2中全部换热管的横截面；

图4从正面示出了彼此局部塞入第二内管和外管组件，且部分内管和外管被切开；

图5示出了沿着图4中线V-V所截取的横截面；

图6示出了换热管的第三种变形。

具体实施方式

图1示出了内管1局部塞入外管2。内管1由平滑的铜管制成，其外表面首先被放置一薄层锡3，此后，四个均匀间隔开的螺旋状延伸槽4已被设置在镀锡表面。外管2由其内径稍微大于内管1上锡层的外径的光滑铜管组成。

在内管1已经完全被塞入外管2之后，对这样所获得的组件进行变形加工，由此如果希望多于一个步骤，使用一拉心轴(drawingmandril)，内管1被膨胀并被可塑地变形，这样锡层开始紧靠外管的内表面。为了使这种紧靠在由于温度的降低而使内管1收缩的情况下仍然保持，内管1的膨胀一直持续，知道外管2也膨胀，于是，在外管2中产生了一弹性偏压，这种弹性偏压使外管2持续地随着内管1收缩。

在该膨胀操作之后，组件被加热到一定温度，从而锡层3开始熔化。在一定程度上是由于外管2中的弹性偏压，熔化的锡开始流动，从而，一方面，与两毗邻的管表面的铜相熔接，另一方面，被从毗邻的两铜表面之间压到槽4中。这样，在热处理之后，两个铜表面被焊接在一起，锡充满并以这样一种方式补充两个铜表面，它们的实际熔合没有中断。结果是，虽然两个铜表面被锡层结合在一起，但由于外管的偏压，锡层也被缩小成为一多孔的非常薄的膜。而结果是，即使槽的表面与留下的肋状突起具有一样大小，尽管锡比铜具有更低的热交换系数，管组件的热交换几乎不小于一用作比较的固态铜管。

使用锡将两表面结合在一起的结果尤其是，在热传递期间，在收缩或膨胀时，没有位移发生。通过将锡充满两表面之间的任何小的不规则处，并将过量的锡压入槽中，将夹杂的所有空气去除，以防止在铜的接触面上形成氧化物，特别是，在两端(由缺口效应产生的分裂)的铜表面的内部缓慢氧化过程。由于氧化物的形成对于热交换具有很不利的作用，这样也可实现根据本发明的组合换热管的适当的热交换，如上所述其与固体铜管也是可比的，而且在使用期间可以保持。

图2示出了在膨胀操作之前的内管1和外管2的组件；图3示出了在热处理结束之后的该组件。图3中的表示不再示出锡层，该锡层缩小到非常薄的膜，如果不是多孔的，但指出了过量的锡被压入槽4，作为凝固的液滴3’。在图3中还指示出，相对与图2中的情况管已经膨胀，即，管的所有直径被增加了，此外内管1的外径变得等于外管2的内径。

注意，各种尺寸未按比例示出，特别是对于锡层3。在下文中，单独通过示例指出，怎样获得外径为28.3mm，内径为23mm的组合热交换管。

起点是外径为25mm，内径为22mm的中硬铜内管，和外径为28mm，内径为25.6mm的硬铜外管。当管在两个步骤中被彼此插入且被膨胀之后，起整体热交换管作用的组合热交换管被获得，其外径为28.3mm，内径为23mm，内管和外管之间的交接位置(锡膜)位于直径为26mm。包括的总壁厚已从2.7mm降低到2.65mm。冷变形(膨胀)的结果是组合管变得稍微长一点。上述的测量在部件被形成之后已被选择，通过实验，以这样一种程度的膨胀，外管的回弹足够外管跟随内管的突然收缩，这种收缩是由于温度突然从100℃降低到10℃，因此不需要其自身温度的降低。材料的选择(中硬铜用于内管硬铜用于外管)增强了所需要的回弹效果，因为软材料回弹小于硬材料。

在根据图4和5的典型实施例，涂有锡层13的铜内管11被插入一外管12，该外管内表面包括十五个槽14，所述槽通过挤出获得，并沿着管的纵向方向延伸。其中示出的两管的位置与图1中相同，即，在管被完全彼此塞入之后，如前面所述程度的膨胀将发生，之后，通过热处理，锡层13被熔化，从而如上文所述的在内管11的外表面上的纵脊位置的过量的锡被压出，形成余量，将锡膜填充并接合进入纵槽14，形成一泄漏检测通道，这样就形成了具有泄漏检测功能的组合换热管，并作为一整体换热管，具有与根据图3的结构可相比的结构。

图6示出了一换热管，包括一内管21和一外管22，它们紧密地彼此邻接且通过一层锡膜彼此连接，这在上文已经讨论过了。在两管21，22之间的过渡区，一单独的螺旋槽24被形成在内管21的外表面中，该槽形成了一泄漏检测通道。该泄漏检测通道以这样一种状态被定位，即热量释放介质必须不与热量吸收介质接触。如果在内管或外管中形成一裂缝，从该裂缝泄漏的介质将在泄漏检测通道中终止。为了能够使液体存在于泄漏检测通道中，这应当是可以看得出的。为此，开口25被设置在外管22中，该开口与泄漏检测通道连通。开口25可与泄漏检测装置连通，该泄漏检测装置检测介质已经泄漏或其压力发生变化。

已经提到，组合热交换管的裂开对于热交换是非常不利的，那么在本发明的换热管中是怎样避免这种裂开的呢。在这点上，进一步的保护可以通过位于内管21和外管22之间的过渡区处的银焊接26(见图6)来提供，且位于组合换热管的末端中的至少一个。除了这种增强之外或用来代替这种增强的是，可以通过涂布一层绝缘漆27(见图6)使所述末端较少暴露于热冲击。

为了增强热交换，翼或肋可以被设置在外管22的外表面或内管21的内表面上。这种翼或肋可以通过挤压形成。另一种可能是提供一螺旋缠绕金属线28(例如参见图6具有梯形缠绕剖面)，该金属线28呈螺旋状缠绕外管22。通过焊接将该线连接到管。该热处理可以同时进行，用以熔化内管和外管之间的锡层，以获得具有整体换热管功能的组合换热管，正如前面所述的。

在参照图6的实施例中，内管同样被设置翼状元件，同样以这样一种形式即螺旋缠绕金属线29螺旋状缠绕并被固定在支撑管30上，该管被同心地插入内管21。如果需要，内管21的内表面可以是镀锡的，从而在如上所述的热处理过程中，远离支撑管30的缠绕金属线29的末端被固定在内管21的内表面上。

容易理解，在本发明的如权利要求所列出的框架中，还可以进行几种可能的修改和变型。这样，为了形成上文中的示范实施例所讨论的泄漏检测通道，在外管的内表面或内管的外表面上形成槽。当然，槽也可形成在两表面上，或者是多个槽通过另外的槽相互连通，产生或多或少有凸边的表面。此外，所提到的铜和锡作为使用的材料；然而，并不排出使用其它材料。此外，在某种情况下，可以省去用于熔化的热处理，并部分地将锡层压出，例如当膨胀伴随着热扩展，这样焊接材料在膨胀过程中已经熔化。

Claims (16)

1、一种制造能够检测泄漏的双壁换热管的方法，其中一内管被塞入一外管，当在至少是内管的外表面或外管的内表面上进行表面压型之后，且在内管和外管已经被彼此塞入之后，内管被膨胀，这样内管的外表面与外管的内表面保持紧密接触，表面压型形成在两管之间的至少一个泄漏检测通道处，其特征在于，

一在将内管和外管彼此塞入之前，至少是内管的外表面或外管的内表面上被涂上一层焊接材料；

一内管的膨胀使外管也被膨胀；

一内管和外管之间的焊接材料层被熔化；

其中外管的膨胀的结果是，熔化的焊料层被大部分地从内管和外管之间压入至少一个泄漏检测通道。

2、如权利要求1所述的方法，其特征在于，内管由一种比外管更软的材料制成。

3、如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，表面压型是这样进行的，当在各管的各表面上测量时，压型至多占表面的50％。

4、如权利要求3所述的方法，其特征在于，表面压型以螺旋槽的形式形成，螺旋槽的槽宽约为2mm，螺距约为4mm。

5、如权利要求1所述的方法，其特征在于，通过至少在外管的外表面或内管的内表面上焊接翼状元件而产生热量，所述翼状元件可以具有成螺旋形环绕管件的金属螺旋线形式。

6、如权利要求1所述的方法，其特征在于，内管的外表面被涂覆一层焊接材料，随后，以至少是螺旋延伸槽的形式的表面压型在其中形成。

7、如权利要求1所述的方法，其特征在于，内管的外表面涂有一层焊接材料，外管的内表面被形成纵向延伸槽的形式的表面压型。

8、如权利要求1所述的方法，其特征在于，在内管和外管组件的每个末端，在内管和外管之间的接缝处进行银焊接。

9、如权利要求1所述的方法，其特征在于，在内管和外管组件的至少一个末端，至少内管的内表面或外管的外表面被涂覆一层绝缘漆。

10、一种能够检测泄漏的换热管，包括一组件，该组件包括一外管和一内管，两管彼此紧密接触，至少一个泄漏检测通道延伸进入并靠近内管和外管之间接触面，其特征在于，在内管和外管之间的接触位置，存在一薄层焊接材料膜层，通过将其熔化，其与内管和外管都接触，内管和外管在一偏压的作用下彼此紧靠。

11、如权利要求10所述的换热管，其特征在于，邻近内管和外管组件的末端，在外管中形成一通孔，该通孔与设置在组件中的每个泄漏检测通道连通。

12、如权利要求10或11所述的换热管，其特征在于，内管和外管组件的至少一个末端，至少内管的内表面或外管的外表面涂布有一层绝缘漆层。

13、如权利要求10或11所述的换热管，其特征在于，至少在外管的外表面或内管的内表面上焊接翼状元件，该翼状元件是螺旋缠绕管的金属螺旋线。

14、如权利要求10或11所述的换热管，其特征在于，至少在外管的外表面或内管的内表面上，焊接翼状元件，该翼状元件是螺旋缠绕管的金属螺旋线，且沿着漆涂层的长度这些翼状元件被省去。

15、如权利要求10或11所述的换热管，其特征在于，在各管的各表面上测量时，表面成型至多占表面的50％。

16、如权利要求15所述的方法，其特征在于，表面成型为一螺旋槽，其槽宽约为2mm，螺距约为4mm。

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