CN106030233A - 金属热交换器管 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种金属热交换器管，包括在该管的外侧形成的一体的肋。所述肋具有肋底部、肋侧翼和肋尖端。该肋底部基本沿着径向从管壁突出。在肋之间形成通道，在所述肋中设置相互分隔开的通道附加结构。该附加结构将在肋之间的通道划分成区段。附加结构将流可通过的在两个肋之间的通道中的横截面面积减少至少60％，并至少因此在操作过程中限制在通道中的流体流。

Description

金属热交换器管
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的金属热交换器管。
背景技术
在制冷和空调工程的许多部门中以及在加工和电力工程中均发生蒸发现象。通常使用的是管状热交换器，其中液体在管的外部以纯净物或混合物蒸发，并在该过程中在管的内部冷却盐水或水。此设备被认为是溢流式蒸发器。
通过使在该管的外部和内部的热传递更集中，可以极大地减小蒸发器的尺寸。利用该方式，降低了此设备的制造成本。此外，减少了制冷剂的所需体积，这考虑到主要使用的并同时可以形成整个装备成本的不大一部分的无氯安全制冷剂的事实是重要的。此外，今天通常使用的高功率管通常比相同直径的光滑管更有效约四倍。
用于溢流式蒸发器的可商购的最高性能的翅片管在管的外部具有翅片结构，翅片的密度为每英寸55至60个翅片(US 5,669,441 A；US 5,697,430A；DE 197 57 526 C1)。这对应于约0.45至0.40mm的翅片间距。
而且，已知的是，经改进性能的蒸发结构可以制造为翅片间距通过附加结构元件在该管的外部保持相同，所述结构元件被引入在翅片之间的凹槽底部的区域中。
在EP 1 223 400 B1中提出了在翅片之间的凹槽底部上制造底切的次级凹槽，所述次级凹槽沿着主凹槽连续地延伸。所述次级凹槽的横截面可以保持不变或以均匀的间隔变化。
此外，DE 10 2008 013 929 B3公开了在凹槽底部上的结构，所述结构设计为局部腔体，结果，为了在蒸发过程中提高热传递，强化了泡核沸腾的过程。在主凹槽底部附近的腔体的位置有利于蒸发过程，因为在凹槽底部处的超温最大，因此可在那获得用于形成气泡的最高的驱动温差。
在凹槽底部上的结构的其他例子可以出现在EP 0 222 100 B1，US 7,254,964 B2或US 5,186,252 A中。所述结构的普通特征是，结构元件在凹槽底部上不具有底切形状。这些是被引进凹槽底部的缺口或是在通道的下区域中的突出件。较高的突出件在现有技术中被明确地排除，因为其显示为与在通道中的流体流的热交换不利地受到阻碍有关。
发明内容
本发明是基于开发一种热交换器管的目的，所述热交换器具有改进的性能，用于在管的外部蒸发液体。
本发明通过权利要求1的特征来复制。重新提及的其他权利要求书涉及本发明的有利实施例和开发。
本发明包括金属交换器管，所述金属交换器管包括一体的翅片，所述翅片在管的外侧上形成并具有翅片脚、翅片侧翼和翅片尖端，其中翅片脚基本沿着径向从管壁突出，分隔开的附加结构设置在其中的通道在翅片之间形成。附加结构将在翅片之间的通道划分为区段。附加结构将在两个翅片之间的通道中的通流的横截面面积局部地减少至少60％，并因此在操作过程中至少限制在通道中的流体流。
这些金属热交换器管特别用来在管的外部上蒸发来自纯净物或混合物的液体。
这种类型的有效管可以基于一体地轧制的翅片管来制造。一体地轧制的翅片管被理解为指的是翅片管，在所述翅片管中，翅片由光滑管的壁材料形成。在管外部上形成的典型的一体翅片例如成螺旋形地环绕并具有翅片脚、翅片侧翼和翅片尖端，其中翅片脚基本地沿着径向从管壁突出。翅片的数量通过沿着管的轴向计算连续的凸起来建立。
对此已知多种方法，使用这些方法，位于相邻翅片之间的通道被关闭，以使在通道与环境之间的连接以孔或裂缝的形式存在。特别地，此基本关闭的通道通过在翅片上弯曲或折叠、通过切开或翻倒翅片或通过开槽和翻倒该翅片而制成。
在此，本发明基于考虑，即为了在蒸发过程中提高热传递，翅片中间空间由附加结构分成区段。在此，附加结构可以立体形式从通道底部至少部分地由管壁的材料形成。在此，附加结构从通道底部开始以一定间隔优选地设置，并沿着通道的路线从翅片的一个翅片脚开始横向地延伸至相邻地定位的下一个翅片脚。附加机构也可以从翅片脚沿着径向延伸至翅片侧翼并超越它。换句话说：附加结构例如以立体材料突出件的形式从通道底部相对于主凹槽横向地移动，并将所述主凹槽划分为单独区段，例如与横向障碍件类似的篱，该流仅仅可以有条件地穿过该横向障碍件。以此方式，作为通道的主凹槽已经从通道底部开始按一定间隔至少部分地细分。
通过此方式，在中间空间中产生局部过热，泡核沸腾的过程被加强。泡状物的形成然后主要在区段内发生并在泡核位置处开始。在所述泡核位置处，首先形成小气泡或小汽泡。当增长的泡状物到达一定大小时，其自己从表面分离。在泡状物分离过程中，在区段内的剩余的腔体再次被液体淹没，循环再次开始。表面可以此方式构造，使得，当泡状物分离时，小泡状物保持在其后，然后针对新的泡状物形成循环用作泡核位置。
在本发明中，利用在两个翅片之间的通道的分段，所述通道按时间并再次地沿着圆周方向中断，因此至少减少或整体地阻止所产生的泡状物在通道中移动。相应的附加结构以逐渐减小的程度有助于至甚至根本没有有助于沿着通道的液体和蒸汽的交换。
本发明的特定优点在于，液体和蒸汽的交换以局部特定路径以受控方式发生，在区段中的泡核位置的淹没局部地发生。总的来说，利用通道的分段的目标选择，蒸发器管结构可以根据使用参数而有利地优化，因此获得热传递的增加。因为翅片脚在凹槽底部的区域中的温度高于在翅片端部处的温度，因此用于强化在凹槽底部中的泡状物的形成的结构元件也特别地有效。
此外，附加结构也可以将在两个翅片之间的通道中的通流的横截面积局部地减少至少80％。总而言之，利用在通道的分段中的单独通道截面的增加的分离，蒸发器管结构可以根据使用参数进一步地优化，以提高热传递。
在本发明的有利实施例中，附加结构可以完全地局部地关闭在两个翅片之间的通道中的通流的横截面面积。区段因此完全地局部地关闭，用于流体的通过。因此，位于两个区段之间的通道截面关于来自相邻地定位的通道的流体分离。
在本发明的优选改进中，除了个别局部开口，通道可以向外沿着径向关闭。在此，翅片可以具有基本T形的或形的横截面，结果，除了作为局部开口的孔外，在翅片之间的通道被关闭。在蒸发过程中产生的汽泡通过所述开口逃逸。翅片尖端通过可从现有技术中收集到的方法而变形。
通过将根据本发明的区段与除了孔或裂缝外被关闭的通道结合，获得一结构，所述结构在非常宽的操作条件下对于液体的蒸发具有非常高的效果。特别地，结构的热传递系数在热流密度或驱动温差改变的情况下获得一致高的水平。
在本发明的有利改进中，每个区段可存在至少一个局部开口。该最小要求也确保了在蒸发过程中在通道区段中所产生的气泡可逃逸至外界。设计局部开口的大小和形状，使得甚至液体介质也可穿过其并流入通道截面中。使得蒸发过程可维持在局部开口处，相同数量的液体和蒸汽随后必须通过开门沿着相互相对的方向传送。通常使用的是易于弄湿管材料的液体。这种类型的液体可以通过在外管表面中的每个开口穿透通道，甚至由于毛细效应而抵消正压力。
在特定优选改进中，局部开口的数量与区段的数量的比值可以是1:1或6:1。而且优选地，所述比值可以是1:1或3:1。位于翅片之间的通道基本由上翅片区域的材料所关闭，其中在通道区段中的所获得的腔体由开口连接至周围空间。所述开口也可以被构造为孔，所述孔可以相同的大小或以两个或多个大小级别形成。对于多个局部开口在区段上形成所采用的比例，具有两个大小级别的孔可尤其适合。例如，根据规律地反复提出的方案，大的开口沿着通道跟随在每个小开口之后。该结构在通道中产生有向流。液体在毛细压力的帮助下通过小孔优选地引进，并弄湿通道壁，结果产生薄膜。蒸汽在通道的中心累积，并在具有最小的毛细压力的位置处逃逸。同时，大孔必须确定尺寸，以使蒸汽可以充分快速地逃逸，通道在该过程中不干透。随后，与更小的液体孔有关的蒸汽孔的大小和出现率应相互配合。
以有利的方式，第一附加结构可以是来自通道底部的沿着径向向外指向的突出件。通过此方式，也局部限定液体和蒸汽的交换。在此，在主凹槽底部上方的通道的分段特别有利于蒸发过程，因为在凹槽底部处存在最大的超温，因此可在那获得用于形成气泡的最高的驱动温差。
在本发明的优选实施例中，第一附加结构可以至少由在两个一体地环绕的翅片之间的通道底部的材料形成。通过此方式，一体地粘结的连接件被维持用于从管壁至各自的结构元件中的良好的热交换。来自通道底部的均质材料的通道的分段特别有利于蒸发过程。
在特定优选实施例中，由通道底部形成的第一附加结构可以具有在0.15mm与1mm之间的高度。附加结构的该尺寸的确定特别易于与高性能翅片管配合，并由外部结构的结构尺寸优选地位于亚毫米至毫米的范围内的事实所支持。
在本发明的进一步有利改进中，第二附加结构可以经由侧向突出件至少由一体地环绕的翅片的翅片侧翼形成。这可以可替代地由通道底部的材料形成或附加地形成为进一步的突起件。
在本发明的优选实施例中，可以沿着朝向通道底部的方向至少由来自翅片尖端的至少一个翅片形成。结果，通道也可以通过多个互补结构元件的组合从下方和/或从侧面和/或从上面逐渐减小希望的量或完全关闭。通道总是被细分为在翅片之间的离散区段。
在另一附加实施例中，附加结构可经由附加材料至少部分地设置。在此，附加材料可以在结构和关于与选择用于操作的流体相互作用方面与热交换器管的剩余部分的材料不同。例如，在此也可以设想使用与被使用的流体有关的具有不同表面性能的材料。
以有利的方式，附加结构可以具有不对称的形状。在此，在垂直于管轴线延伸的截平面中显示结构的不对称。不对称的形状可另外有利于蒸发过程，尤其如果形成相对大的表面。不对称可在附加结构在通道底部上和也在翅片尖端处的情况下形成。
在本发明的优选实施例中，附接结构可在垂直于管轴线延伸的截平面中具有梯形的横截面。与一体地轧制的翅片管结构结合的梯形横截面是技术上易于控制的结构元件。在此，在梯形的另外平行主侧面中的可发生轻微的制造造成的不对称。
以有利的方式，由附加结构减少的在两个翅片之间的通道中的相应的通流界面面积可以变化。以此方式，可在通道中创建局部地或多或少的连续的区域。为此目的，例如，在通道底部上的附加结构可以具有不同的高度。
附图说明
本发明的示例性实施例通过参考示意图更详细地解释，其中：
图1示意地显示具有由附加结构细分的区段的热交换器管的横截面的局部视图；
图2示意地显示在翅片尖端的区域中具有改变的附加结构的另一热交换器管的横截面的局部视图，以及
图3示意地显示具有实际上关闭的区段的热交换器管的横截面的局部视图。
具体实施方式
在所有附图中，相互对应的零件设置有相同的附图标记。
图1示意地显示根据本发明的具有由附加结构7细分的区段8的热交换器管1的横截面的局部视图。整体轧制的热交换管1在该管的外侧上具有螺旋形环绕的翅片2，在所述翅片2之间形成一主凹槽作为通道6。翅片2沿着在管外侧上的一螺旋线连续不中断地延伸。翅片脚3从管壁10大致沿径向突出。在已制成的热交换器管1上，从通道底部61的最低点开始，从翅片脚3越过翅片侧翼4至完全形成的翅片管的翅片尖端5来测量翅片的高度H。推荐一种热交换器管1，其中，采用立体突出件71形式的附加结构7设置在通道底部61的区域内。所述突出件71被称为第一附加结构，并从通道底部61由管壁10的材料形成。该立体突出件71优选以固定间隔设置在通道底部61中，并沿着通道的路线从翅片2的翅片脚3横向地延伸至位于其上的下一个翅片脚(未在附图平面中图示)。以此方式，作为通道6的主凹槽至少局部地以固定的间隔逐渐变小。所得到的区段8以特定的方式促进泡核的形成。从而减少了在单独区段8之间的液体和蒸汽的交换。
除了在通道底部61上形成突出件71外，作为翅片2的远区域的翅片尖端5有利地变形，其方式使得它们作为另外的第二附加结构72沿着径向方向部分地关闭通道6。在通道6与环境之间的连接设置为作为局部开口的孔9的形式，使得汽泡可以从通道6逃逸。翅片端部5通过可由现有技术获得的方法发生变形。主凹槽6因此构成底切凹槽。利用根据本发明的第一附加结构71和第二附加结构72的组合，区段8以腔体的形式获得，所述腔体进一步的区别在于，其在非常宽的操作条件范围内针对液体的蒸发具有非常高的效率。液体在区段8内蒸发。所得到的蒸汽在局部开口9处从通道6出现，流体也流过该局部开口9。易于湿润的管表面也可以有助于流体的流入。
图2示意地显示在翅片尖端5的区域中具有改变的第二附加结构72的另一热交换器管1的横截面的局部视图。除了在通道底部61处形成突出件71外，作为翅片2的远区域的翅片尖端5依次变形，其方式使得它们作为另外的第二附加结构72沿着径向局部地关闭通道6。在通道6与环境之间的连接设置为局部开口9，局部开口9采取倾斜走向的管的形式，用于汽泡从通道6中逃逸，以及流体流入通道6中。以此方式，主凹槽6依次构成底切凹槽。第二附加结构72从翅片尖端5沿着朝向通道底部61的方向由翅片形成，并沿着径向突出至通道6内。如沿着径向看到的那样，第一附加结构和第二附加结构一位于彼此上方，则在两个翅片2之间的通道6中的通流横截面面积就局部地特别有效地减小，以在操作过程中限制了在通道6中流体的流动。
图3示意地显示具有由来自图2的附加结构7的热交换器管1的横截面的局部视图。第二附加结构72实际上突出至通道6中直至第一附加结构71的突出件，因此形成被关闭的区段8。在这种情况下，局部开口9的数量与区段8的数量的比值位于1：1至3：1的优选范围内，并在截面中大约为1.7:1至2.3:1。所有被设计为管的局部开口9在此均是可渗透的，即使开口9位于突出件71的上方。所得到的蒸汽还可以在局部开口9处从通道6脱离。流体由于其表面张力而可利用毛细作用在管9中特别有效地流动。
利用根据本发明的第一附加结构71和第二附加结构72的组合，获得一以腔体为形式的区段8，所述腔体进一步的区别在于，其在非常宽的操作条件范围内对于液体的蒸发具有非常高的效率。特别是，该结构的热传递系数在热流密度或驱动温差改变的情况下实际上在一高水平上保持恒定。根据本发明的方案涉及结构化的管，其中热传递系数在该管的外侧上增加。为了不改变至内部的热通过量阻力的主要部分，可以利用适合的内部结构11另外地提高在内部的热传递系数。用于管状热交换器的热交换器管1通常具有至少一个结构化的区域、光滑的端件和可能光滑的中间件。光滑的端件和/或中间件限定该结构化的区域。使得热交换器管1可以容易地安装在该管状热交换器中，该结构化的区域的外直径不应大于所述光滑的端件和中间件的外直径。
附图标记列表
1 热交换器管
2 翅片
3 翅片脚
4 翅片侧翼
5 翅片尖端，翅片的远端区域
6 通道，主凹槽
61 通道底部
7 附加结构
71 在通道底部上采取突出件形式的第一附加结构
72 在翅片尖端的区域中的第二附加结构
8 区段
9 局部开口、孔、管
10 管壁
11 内部结构

Claims (15)

1.一种金属的热交换器管(1)，包括一体的翅片(2)，所述翅片(2)在管的外侧上形成，并具有翅片脚(3)、翅片侧翼(4)和翅片尖端(5)，其中所述翅片脚(3)基本沿着径向从管壁突出，分隔开的附加结构(7，71，72)设置于其中的通道(6)在所述翅片(2)之间形成，其特征在于：
-所述附加结构(7，71，72)将在所述翅片(2)之间的所述通道(6)划分成区段(8)，以及
-所述附加结构(7，71，72)局部地减小在两个所述翅片(2)之间的所述通道(6)中的通流横截面面积至少60％，从而在操作过程中至少限制在所述通道(6)中的流体流。
2.根据权利要求1所述的热交换器管(1)，其特征在于，所述附加结构(7，71，72)局部地减小在两个所述翅片(2)之间的所述通道(6)中的通流横截面面积至少80％。
3.如权利要求2所述的热交换器管(1)，其特征在于，所述附加结构(7，71，72)局部地完全地关闭在两个所述翅片(2)之间的所述通道(6)中的通流横截面面积。
4.如权利要求1至3中任何一项所述的热交换器管(1)，其特征在于，除了个别的局部开口(9)外，所述通道(6)向外沿着径向关闭。
5.如权利要求1至4中任何一项所述的热交换器管(1)，其特征在于，每个区段(8)具有至少一个局部开口(9)。
6.根据权利要求1至5中任何一项所述的热交换器管(1)，其特征在于，局部开口(9)的数量与区段(8)的数量的比是1:1至6:1。
7.根据权利要求1至6中任何一项所述的热交换器管(1)，其特征在于，第一附加结构(7，71)是从通道底部(61)沿着径向指向外的突出件。
8.根据权利要求1至7中任何一项所述的热交换器管(1)，其特征在于，所述第一附加结构(7，71)至少由在两个整体环绕的翅片(2)之间的通道底部(61)的材料形成。
9.如权利要求8所述的热交换器管(1)，其特征在于，由所述通道底部(61)形成的所述第一附加结构(7，71)的高度在0.15mm与1mm之间。
10.根据权利要求1至7中任何一项所述的热交换器管(1)，其特征在于，所述第二附加结构(7，72)经由侧向的突出件至少由整体环绕的所述翅片(2)的翅片侧翼(4)或翅片尖端(5)形成。
11.如权利要求10所述的热交换器管(1)，其特征在于，所述第二附加结构(7，72)至少由一个从所述翅片尖端(5)沿着朝向所述通道底部(61)的方向的翅片形成。
12.如权利要求1至11中任何一项所述的热交换器管(1)，其特征在于，附加结构(7)至少部分地经由附加材料提供。
13.如权利要求1至12中任何一项所述的热交换器管(1)，其特征在于，所述附加结构(7，72)具有不对称的形状。
14.如权利要求1至12中任何一项所述的热交换器管(1)，其特征在于，附加结构(7，71)在垂直于管轴线延伸的截平面中具有梯形的截面。
15.如权利要求1至14中任何一项所述的热交换器管(1)，其特征在于，由附加结构(7，71)减小的在两个翅片(2)之间的所述通道(6)中的相应的通流横截面面积变化。
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