CN1340689A - 带有不同高度的错置筋条的内部加筋热交换管 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种带有加筋内表面的热交换管(1),其沿周向分为至少两个区(Z1到Zm)。相对管纵向轴线以螺旋角α延伸的筋条(2,3)在各个区(Z1到Zm)内沿管纵向以至少两种筋条高度(H1到Hn,H1>H2>…>Hn)的任意周期组合和次序设置,其中相邻的区(Z1到Zm)这样临界,即,在两个区的过渡处筋条沿管纵向相互错置至少一个筋条(参见图7)。这种布置也可以变形为,加筋的内表面分成几组区,其中一组内筋条的螺旋角虽然一致,但相邻组之间不同。

Description

带有不同高度的错置筋条的内部加筋热交换管
技术领域
本发明涉及一种如权利要求1(参见JP-A-4/158.193)或权利要求2/3(参见DE-A-196 28 280)前序部分所述的带有内部结构表面的热交换管。这种热交换管尤其用于蒸发管内侧上的液体纯净物或液体混合物。但在冷凝蒸汽时也有优势。
对于热交换器例如用于冷却技术和空调技术的叠片组热交换器(参见图1)，广泛的竞争在于制造高功率、材料用量少(从而管的重量轻)、成本经济、以较少工序生产的热交换管。热交换管常常使用在可在蒸发和冷凝之间转换的叠片组热交换器中，并且通常水平装在叠片组热交换器中。
背景技术
有关热交换器的背景技术如下：
●US-A-5.332.034，其中在两道先后进行的轧制工序中首先在一条带上轧制出相同高度的筋条，在第二道轧制工序中在筋条中形成沟槽。这里从筋条挤出的材料在筋条一侧推入到通道中。两级轧制方法要求多个前后相接的轧制工具，相应地提高了经济费用。此外，通过这种两级这种工艺，尽管形成沟槽仍不能减少管的重量。相邻管的沟槽对齐设置，这样，在壁附近，除了平行于筋条且在筋条之间的通道外还必定产生第二个对齐沟槽的流动方向。该第二从优极化方向(Vorzugsrichtung)尽管在所述第一从优极化方向的通道之间用来横向交换，这附加地产生了涡流并提高了蒸发功率，但另一方面第二从优极化方向的存在却使在壁附近形成理想的旋流变得困难。
●DE-A-196 12 470，其中在内表面上平行交替地(或者也可以交叉地)形成高低筋条，在这些筋条内引进沟槽。这里也可以使相邻筋条的沟槽对齐设置。
●DE-A-196 28 280，其中沿管周向在筋条对齐方向的两个不同方向之间分段地交换。此处旋流不会形成，因为没有从优极化方向而与螺旋形结构相反。这种内表面结构形式在蒸发方面不太适合，因为其蒸发功率比在管内小得多，管的表面具有明显的壁附近流动的从优极化方向。相反，在冷凝方面这种表面结构是有利的。
●JP-A-4/158.193，其中，沿管周向在筋条高低部分之间分段地不同。当然除了沿筋条元件对齐方向的第一从优极化方向，还形成沿管纵向的超过小筋条的第二从优极化方向，由此强烈负面影响了蒸发功率，因为流动的流体不再绝对地逼到也浸湿管的上半部分的旋流中，而是直接地沿着筋条高度较低的部分流动并沿轴向流过这些小元件。
发明内容
本发明的目的是提供一种带有内部表面结构的热交换管，其与现有技术相比具有良好的或改善的蒸发功率，同时相对现有技术管的重量减轻，与加工步骤和轧制步骤数量有关的生产费用减少。
根据本发明，该目的是由权利要求1，2和3前序部分所述的热交换管这样来实现的，即，筋条在沿纵向的各个区(Z1到Zm)内以至少两种筋条高度(H1到Hn，H1＞H2＞…＞Hn)的任意周期性的组合和次序设置，其中相邻区(Z1到Zm)这样相互临界，即，在两个区的过渡部分使筋条次序沿管纵向相互错置至少一个筋条。
由此本发明获得以下优点：
●通过高低筋条沿其纵向的交替更迭，在通道之间越过高度较低的筋条产生一种横向交换，同时产生相应的附加涡流。当然通过高度较低的筋条的错置，可以避免类似US-A-5.332.034中沟槽对齐设置的、干扰性的第二从优极化方向。
●存在一种明确的壁附近流动的从优极化方向，这样由于因此强迫形成的旋流，实现对于良好和改善的蒸发功率所要求的、整个管圆周的完全浸湿，而且刚好浸湿内管表面位于上面的段。在没有一致的从优极化方向的结构中，如DE-A-196 28 280，相反会出现管圆周位于上面的段变干，从而导致蒸发功率急剧下降。
●与事后在第二道轧制工序中形成沟槽相反，可以在一道轧制工序中制造该结构，从而不是将材料从筋条中挤出到通道中，而实际上实现节约材料和减轻重量的目的，此外还减少了与加工步骤和轧制步骤有关的生产费用。
●如权利要求2或3所述的筋条螺旋角分区变化的结构，首先从金属成形技术看具有显著的优点，因为在轧制过程中可能出现的、由于倾斜于带方向的槽和筋条而产生的侧向力至少部分得以补偿，从而使带的导向更容易。其热工技术功率可以通过本发明的由于各种高度筋条的不同高度、凸缘宽度和横截面形状而附加地在表面结构中引入的棱、尖棱的或经过倒圆的前后突起而进一步提高。
权利要求4至19涉及本发明的热交换管的优选实施形式。
通过各种高度的筋条的不同高度、凸缘宽度和横截面形状附加地将棱、尖棱的或经过倒圆的前后突起引入到表面结构中和壁附近通道的侧向边界中，这可用于产生另一种涡流，以及尤其在混合物时使可能形成的温度交界层和浓度交界层受到干扰和断裂，而且可以用作附加的蒸汽喷吹(Dampfblasenkeime)(与DE-A-196 12 470相比的优点)。
根据本发明的热交换管的制造基于例如下述的方法。通常可用铜或铜合金作为热交换管的材料，但本发明不限于此。更确切说可以采用各种金属类型，例如铝。首先一条金属扁平带经受一级轧制步骤，其方法是该金属带在一个具有与本发明结构互补的表面构型的结构辊和一个支撑辊之间通过。这里，扁平带的一侧具有本发明的结构，而第二侧是平坦的或者也可以具有此处未进一步描述的结构。只有用于随后焊接的第一侧边缘区域可以做成其它形式的结构或者也可以不做成任何结构。在轧制步骤之后，结构化的扁平带形成一个槽缝管，在焊接过程中沿纵向焊缝焊接，必要时还可以在最后的拉伸过程使管达到理想的外径。由于围绕焊缝的其它形式的结构或非结构部位可能对本发明热交换管的热传递能力造成的影响不大，可以忽略。
权利要求20涉及用于制造本发明热交换管的结构辊最佳实施形式。用盘或环制成的辊的模块化结构可快速制造并在试验计划范围内可有很多种结构变型，并且可通过改变盘或环的数量、形状和(槽)几何尺寸或者通过以积木原理更换单个盘/环而对新的液体和变化了的工况迅速地匹配表面结构，这也是本发明的另一个优点。
附图说明
下面借助实施例详述本发明。
图1是现有技术的一种叠片组热交换器，
图2是内部加筋的热交换管部分透视图，
图3是根据本发明的热交换管的加筋内表面展开平面示意图，
图4是通过图3所示高低筋条的垂直于筋条中线的横截面放大图，
图5是类似图3的本发明热交换管平面示意图，其中高低筋条分别通过一个间隙相互隔开，
图6是制造本发明热交换管的结构辊构造示意图，
图7是根据本发明的热交换管的平面黑白示意图，展开的内表面分为四个区，
图8是按图7所示的内表面，其中高低筋条分别通过一个间隙隔开，
图9是本发明的另一种热交换管的平面黑白示意图，其展开内表面分为六个区，其中筋条具有正负螺旋角，
图10是本发明的另一种热交换管的平面黑白示意图，其展开内表面分为六个区，其中在中间两个区内的筋条的螺旋角与各两个边缘区的筋条的螺旋角不同。
具体实施方式
图1示出了现有技术的叠片组热交换器，带有水平设置的热交换管和未进一步编号的叠片。
图2示出了外径为D的纵向焊缝焊接的热交换管1的纵截面。热交换管1具有一个平坦的外表面和一个结构化的内表面。
图3示意表示了这种加筋的热交换管1的展开内表面的平面图。内表面沿管纵向(箭头方向)分为四个区(Z1到Z4)。在每个区(Z1到Z4)交替地(沿管纵向)形成高筋条2(筋条高度为H1)和低筋条3(筋条高度H2)，它们通过槽4相互隔开。筋条2，3-和槽4-倾斜于管纵向，也就是说，筋条2，3的中线5与管纵向形成螺旋角α。相邻的区(Z1到Z4)这样相互错置，使得在区(Z1到Z4)的边界分别有一个高筋条2和一个低筋条3对接。在一个区内的筋条长度，沿筋条2，3的中线5测量，用L表示。
图4具体示出片距t(垂直于筋条中线5测量的筋条中心到筋条中心的距离)，啮合角(Flankenwinkel)γ1或γ2，筋条高度H1或H2以及筋条底宽F1或F2。啮合角γ1，γ2和底宽F1，F2同样是在垂直于筋条中线5的横截面内测量出。
图5类似图3示意示出了加筋热交换管1的展开内表面平面图，其中高低筋条在相邻区的过渡处分别通过一个长度为B的间隙12(沿筋条2，3的延长中线5测量)相互隔开。
图6示意示出了用于制造本发明的热交换管1的结构辊6的构造。
辊6由多个盘7构成，这些盘沿周向相互错置。在各个盘7内交替地引入深浅槽8，9，在一个轧制过程中当辊6在金属带10上滚动时，所述深浅槽在各个区Z1到Z5制出高筋条2和低筋条3。制出结构之后，金属带10形成一个槽缝管并沿纵向焊接(焊缝11)。
图7到10以黑白示意图示出了本发明的其它实施例，其中筋条顶端/筋条侧边是白色的，筋条2，3之间的槽4的底部是黑色的。
图7和8示出了有四个区(Z1到Z4)，其中图8的不同在于在高筋条2和低筋条3之间附加设置一个长度为B的间隙12。这种情况是借助图5所示解释清楚。
图9所示热交换管1的内表面分为6个区(Z1到Z6)。在有三个区(Z1到Z3)的G1组中，筋条2，3以螺旋角α延伸，在有三个区(Z4到Z6)的G2组中，以相对相邻组之间的界线成镜面对称地相反角度(负角)α’＝-α延伸。
图10所示热交换管1的内表面同样分为6个区(Z1到Z6)。在具有区Z1/Z2和Z5/Z6的G1和G3组内，筋条2，3以螺旋角α延伸，在具有区Z3/Z4的G2组内以另一个螺旋角|α’|≠|α|延伸。
数据举例：
为了制造一个外径D＝7毫米的热交换管1，结构辊6由19个直径为33毫米厚度为1.2毫米的盘7构成，由此获得的热交换管1的内表面结构在对应于图2的最终拉伸过程之前，由19个1.2毫米宽的区组成，其中沿带10的纵向高低筋条2，3交替，并以相对扁平带10的纵向以角度α＝14.3°延伸。在该实施例中每个区沿周向一段刚好包含一个高筋条和一个低筋条2，3，从而沿周向共有19个高筋条2和19个低筋条3。筋条高度为H1＝0.14毫米或者H2＝0.07毫米，啮合角γ＝45°，筋条长度L＝4.86毫米，片距(垂直于筋条测量的高-低筋条间距)t＝0.58毫米。区相对结构辊6的偏移或盘7的角度偏移为90°。

Claims (20)

1.带有加筋内表面的热交换管(1)，其沿周向分为至少两个区(Z1到Zm)，其中与管纵向轴线成螺旋角α延伸的筋条高度不同的筋条(2，3)在相邻区(Z1到Zm)交替，其特征在于，筋条(2，3)在各个区(Z1到Zm)内沿管纵向以至少两种筋条高度(H1到Hn，H1＞H2＞…＞Hn)的任意周期组合和次序设置，其中相邻的区(Z1到Zm)这样临界，即，在两个区的过渡处筋条沿管纵向相互错置至少一个筋条。
2.带有加筋内表面的热交换管(1)，其沿周向分为至少两组(G1到Gp)区(Z1到Zm)，其中每个组至少包括两个区，筋条(2，3)在一个组的区内的螺旋角(α，α’)一致，但在相邻组之间可这样变化，即从G1组起奇数号的组内螺旋角α与偶数号的组内螺旋角α’数值不同(|α’|≠|α|)，其特征在于，筋条(2，3)在各个区(Z1到Zm)内沿管纵向以至少两种筋条高度(H1到Hn，H1＞H2＞…＞Hn)的任意周期组合和次序设置，其中相邻的区(Z1到Zm)这样临界，即，在两个区的过渡处筋条沿管纵向相互错置至少一个筋条。
3.带有加筋内表面的热交换管(1)，其沿周向分为至少两组(G1到GP)区(Z1到Zm)，其中每个组至少包括两个区，筋条(2，3)在一个组的区内的螺旋角(α，α’)一致，但在相邻组之间可这样变化，即从G1组起奇数号的组内筋条(2，3)具有螺旋角α，偶数号的组内筋条(2，3)的螺旋角α’相对相邻组之间的界线成镜面对称反置α’＝-α，其特征在于，筋条(2，3)在各个区(Z1到Zm)内沿管纵向以至少两种筋条高度(H1到Hn，H1＞H2＞…＞Hn)的任意周期组合和次序设置，其中相邻的区(Z1到Zm)这样临界，即，在两个区的过渡处筋条沿管纵向相互错置至少一个筋条。
4.根据权利要求1至3之一所述的热交换管，其特征在于，在每个区内沿管纵向周期性地重复刚好一个筋条高度Hi(i＝1到n)的筋条，接着刚好一个筋条高度Hj(j＝1到n，j≠i，Hj≠Hi)的筋条，以及可能的话高度为Hk(k＝1到n，k≠i，j，Hk≠Hi，Hj)的其他筋条。
5.根据权利要求1至3之一所述的热交换管，其特征在于，在每个区内沿管纵向周期性地重复两个或更多个筋条高度Hi(i＝1到n)的筋条，接着刚好一个筋条高度Hj(j＝1到n，j≠i，Hj≠Hi)的筋条，以及可能的话高度为Hk(k＝1到n，k≠i，j，Hk≠Hi，Hj)的其他筋条。
6.根据权利要求1至3之一所述的热交换管，其特征在于，在每个区内沿管纵向周期性地重复刚好一个筋条高度Hi(i＝1到n)的筋条，接着两个或更多个筋条高度Hj(j＝1到n，j≠i，Hj≠Hi)的筋条，以及可能的话高度为Hk(k＝1到n，k≠i，j，Hk≠Hi，Hj)的其他筋条。
7.根据权利要求1至3之一所述的热交换管，其特征在于，在每个区内沿管纵向周期性地重复两个或更多个筋条高度Hi(i＝1到n)的筋条，接着两个或更多个筋条高度Hj(j＝1到n，j≠i，Hj≠Hi)的筋条，以及可能的话高度为Hk(k＝1到n，k≠i，j，Hk≠Hi，Hj)的其他筋条。
8.根据权利要求1至7中的一项或多项所述的热交换管，其特征在于，当管外径为D＝3到20毫米时，螺旋角α＝5°到85°，最大筋条高度为H1＝0.05到0.5毫米，各区筋条长度L＝0.5到15毫米。
9.根据权利要求8所述的热交换管，其特征在于，当管外径为D＝6到12.7毫米时，螺旋角α＝10°到40°，最大筋条高度为H1＝0.1到0.3毫米，各区筋条长度L＝0.5到10毫米。
10.根据权利要求1至7中的一项或多项所述的热交换管，其特征在于，筋条高度Hj(j＝2到n)，与最大筋条高度H1相比，Hj/H1＝0.1到0.9，尤其是0.2到0.8.
11.根据权利要求4至9中的一项或多项所述的热交换管，其特征在于，筋条高度H2，与最大筋条高度H1相比，H2/H1＝0.2到0.7，尤其是0.4到0.6.
12.根据权利要求1至11中的一项或多项所述的热交换管，其特征在于，片距t＝0.1到0.8毫米，啮合角γ1到γn＝10到60°。
13.根据权利要求12所述的热交换管，其特征在于，片距t＝0.2到0.6毫米，啮合角γ1到γn＝20到50°。
14.根据权利要求1至13中的一项或多项所述的热交换管，其特征在于，筋条(2，3)的横截面几何类似。
15.根据权利要求1至13中的一项或多项所述的热交换管，其特征在于，筋条(2，3)的横截面几何不同。
16.根据权利要求1至15中的一项或多项所述的热交换管，其特征在于，相邻区(Z1到Zm)的两个筋条(2，3)，其中一个是在另一个的中线(5)的延迟线上，分别通过一个间隙(12)相互分开。
17.根据权利要求16所述的热交换管，其特征在于，间隙长度B＜0.5×筋条长度L。
18.根据权利要求17所述的热交换管，其特征在于，间隙长度B＜0.2×筋条长度L。
19.根据权利要求1至18中的一项或多项所述的热交换管，其特征在于，至少有一条焊缝(11)，尤其是沿管纵向。
20.用于制造如权利要求1至19所述热交换管的结构化带的结构辊，其特征在于，其由盘或环(7)构成，其数量和宽度与热交换管(1)的区(Z1到Zm)的数量和宽度相对应，具有倾斜延伸的不同深度交替的槽(8，9)，并沿周向相互错置。
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