用于熱交換的管以及用于改善熱交換的方法
【專利摘要】用于處在管(1)中的第一流體與處在管(1)的外部的第二流體之間的熱交換的管(1)和方法，管(1)在第一端部(3)與第二端部(5)之間延伸，管(1)包括內(nèi)管(1')和布置在內(nèi)管(1')的外部的外管(1″)，內(nèi)管(1')以流體密封方式在第一端部(3)處被連接到外管(1″)，第一端部(3)被流體供給管(7)圍繞并被附接到流體供給管，且在第二端部(5)中存在內(nèi)管(1')與外管(1″)之間的通道。
【專利說明】
用于熱交換的管以及用于改善熱交換的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種熱交換管。更具體地，涉及一種用于處在管中的第一流體與處在管外的第二流體之間的熱交換的管，該管在第一端部與第二端部之間被第二流體圍繞。
【背景技術(shù)】
[0002]下面的描述特別針對儲罐中流體的加熱，但是本發(fā)明不限于此。
[0003]當(dāng)加熱封閉儲罐中的生活用水時，例如，公知的是將螺旋管放置在儲罐中的水下，并使液體以相對較高的溫度穿過螺旋管，以便在螺旋管中的流體與儲罐中的水之間進(jìn)行熱交換。這種儲罐例如根據(jù)本
【申請人】的專利N0326440，基本上是已知的。
[0004]管中的流體可以是能量載體，其構(gòu)成熱栗系統(tǒng)的一部分。因此流體可以是處于高壓(典型地在25bar-30bar的量級)條件下的液體。根據(jù)供水網(wǎng)絡(luò)中的壓力，儲罐中的水通常的壓力將處在4-7bar的量級。用于加熱生活用水的儲罐通常會設(shè)有安全閥，如果壓力超過通常為9bar的預(yù)定水平，則該安全閥打開。
[0005]隨著時間的推移，儲罐中的生活用水可在儲罐內(nèi)的管中腐蝕出孔。管例如可以是螺旋管。如果呈壓力下的液體形式的所述能量載體從螺旋管釋放出來并進(jìn)入儲罐的水中，那么進(jìn)入的液體就將立即變成氣態(tài)，從而引起儲罐中的壓力顯著增加。立即且顯著的壓力增加將不能通過所述安全閥或其他已知安全裝置排放。從而有可能發(fā)生具有相當(dāng)大破壞潛力的爆炸。
[0006]即使在能量載體并不是處于高壓下的液體的情況下，從健康角度來看，如果其與儲罐中的生活用水混合，也可能是不適宜的。
[0007]由于上述風(fēng)險，一些國家的有關(guān)當(dāng)局除其他事項(xiàng)外，還要求加熱管(例如加熱盤管)即所謂的熱水器應(yīng)接受定期目測檢查和泄漏測試，這類加熱管含有氣體或液體且在用于生活用水的封閉的儲罐中被放置在水下。對于被放置在已借助焊接而被封閉的儲罐中的加熱盤管來說，若沒有在儲罐中實(shí)施必須的廣泛和昂貴的介入(插入，intervent1n)的話，那么這種檢查就不可能實(shí)現(xiàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的在于彌補(bǔ)或減少現(xiàn)有技術(shù)的至少一個缺點(diǎn)，或至少提供了對現(xiàn)有技術(shù)的有益的替代。
[0009]該目的是通過以下描述的和隨附權(quán)利要求書中詳細(xì)說明的特征來實(shí)現(xiàn)的。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的第一方案，提供了一種用于處在管中的第一流體與處在管的外部的第二流體之間的熱交換的管，該管在第一端部與第二端部之間延伸。該管包括內(nèi)管和布置在內(nèi)管的外部的外管，內(nèi)管以流體密封方式在第一端部處被連接到外管，第一端部被流體供給管圍繞并被附接到流體供給管，且在第二端部中存在內(nèi)管與外管之間的通道。
[0011]在管的第一端部處，外管由此被連接到內(nèi)管，而在管的第二端部處，內(nèi)管與外管之間存在一個或多個開口部。在一個實(shí)施例中，內(nèi)管與外管之間在管的第一端部處沒有實(shí)體連接。由此，內(nèi)管、位于內(nèi)管與外管之間的密封件、以及外管形成橢圓狀的U形體，U形的底部被定位在管的第一端部處，而U形的頂部被定位在管的第二端部處。
[0012]如果處在管的外部的流體不與第二端部中的開口通道流體連通，則通過流體供給管供應(yīng)的流體將被送到內(nèi)管中。這具有內(nèi)管暴露于處在內(nèi)管中的流體而外管暴露于處在外管的外部的流體的效果。此外，兩管例如都暴露于存在于外管與內(nèi)管之間的空氣。
[0013]為了使第一流體與第二流體之間能夠進(jìn)行良好的熱交換，同時使得穿透外管的任何流體能夠通過第二端部的開口通道排出，內(nèi)管的外徑小于外管的內(nèi)徑。
[0014]管可被布置在儲罐中，該儲罐設(shè)置有用于接收管的第一端部的第一開口和用于接收管的第二端部的第二開口。儲罐可以是但不限于是例如用于加熱液體的儲罐。例如，液體可以是生活用水。
[0015]為了能夠在盡可能小的空間中提供大的熱交換區(qū)域，同時使得存在于內(nèi)管與外管之間的任何液體能夠借助重力，通過位于管的第二端部處的開口通道被排出，管的至少一部分以螺旋方式被布置在第一端部與第二端部之間。在這種情況下，第一端部被放置在比第二端部高的高度處。
[0016]在本發(fā)明的第二方案中，提供了一種改善處在內(nèi)管中的第一流體與處在外管的外部的第二流體之間的熱交換的方法，外管被布置在內(nèi)管的外部，且內(nèi)管的外徑小于外管的內(nèi)徑，該方法包括:
[0017]在管的第一端部中，在內(nèi)管與外管之間設(shè)置流體密封連接部；
[0018]將所述第一端部插入到流體供給管的一部分中，以形成流體供給管與內(nèi)管之間的流體連通，并將外管附接到流體供給管；以及
[0019]在管的第二端部中，保持外管的內(nèi)表面與內(nèi)管的外表面之間的通道。
【附圖說明】
[0020]下文中，描述了優(yōu)選實(shí)施例的示例，其在附圖中可見，附圖中:
[0021]圖1a示出了用于加熱生活用水的具有內(nèi)部螺旋管的儲罐，該螺旋管具有通過位于儲罐的壁中的開口突出的第一端部和第二端部；
[0022]圖1b示出了通過圖1a的1-1的截面；
[0023]圖2以較大比例示出了已知種類的螺旋管的端部；
[0024]圖3以較大比例示出了圖1a的細(xì)節(jié)A，但是沒有示出儲罐的壁部；以及
[0025]圖4以較大比例示出了圖1a的細(xì)節(jié)B，但是沒有示出儲罐的壁部。
【具體實(shí)施方式】
[0026]諸如“之上”、“之下”、“下面”、“上面”、“左”、“右”的位置標(biāo)識指的是圖中所示位置。
[0027]在各個附圖中，相同的附圖標(biāo)記表示相同或相應(yīng)的元件。
[0028]在這些附圖中，附圖標(biāo)記“I”表示根據(jù)本發(fā)明的管，其用于處在管I中的第一流體與處在管I外的第二流體之間的熱交換。管I具有第一端部3和第二端部5。
[0029]在圖1a和圖1b中，管I被設(shè)置在封閉儲罐20的內(nèi)部。該儲罐例如可為用于加熱生活用水的儲罐、和/或用于借助所謂的散熱器或借助用于所謂的水性熱(water-borne heat)的管道系統(tǒng)來加熱建筑的儲罐。
[0030]本發(fā)明非常適合與根據(jù)N0326440的本
【申請人】的發(fā)明一起使用。
[0031]管I的第一端部3通過位于儲罐20的側(cè)部中的上切口22突出，而管I的第二端部5通過位于儲罐20的側(cè)部中的下切口 24突出。在所示實(shí)施例中，管I以螺旋方式被布置在端部3、5之間。
[0032]本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，在這種螺旋管中，對于具有22mm外徑的管來說，管I的壁可相對地薄，例如為0.8mm。為了增強(qiáng)通過儲罐20的切口22、24的管I，并有助于管I在管I的第一端部3處和管I的第二端部5處分別連接到供給管(圖中未示出)和回流管(圖中未示出)，管I連接到護(hù)套7。如在示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的管I的圖2中所示，護(hù)套7圍繞管I的端部。在所示實(shí)施例中，護(hù)套7 (該護(hù)套在本文中構(gòu)成供給管或回流管的一部分)的厚度數(shù)倍于管I的厚度。
[0033]護(hù)套7的內(nèi)徑互補(bǔ)地適配于管I的外徑，由此當(dāng)管I的端部已經(jīng)插入護(hù)套7中時，管I與護(hù)套7之間形成緊密配合。
[0034]圖2示出了管I，該管借助于呈填角焊縫9的形式的焊接連接，來附接到護(hù)套7。圖2示出了典型入口部和典型出口部兩者，其用于處在管I中的第一流體與處在管I外的第二流體之間的熱交換的管。圖2中示出的管I具有如上所述的顯著缺點(diǎn)。同樣已知的是，代替所示的焊接連接、或補(bǔ)充所示的焊接連接，管I和護(hù)套7還可通過螺紋來連接。
[0035]圖3示出了例如圖1所示的儲罐20的入口部，但是沒有示出儲罐自身的壁。護(hù)套7圍繞管I的第一端部3。根據(jù)本發(fā)明的管與圖2所示的現(xiàn)有技術(shù)的管本質(zhì)上不同。
[0036]管I包括內(nèi)管I’和外管I”，外管I”被布置在內(nèi)管I’的外部。如圖3所示，內(nèi)管I’的端面在長度方面適配于外管I”，使得在第一端部3中，管I’、1”基本具有相同的軸向長度(范圍)。
[0037]內(nèi)管I’和外管I”的端部借助于密封裝置11接合在一起。密封裝置11的目的之一是防止液體進(jìn)入位于內(nèi)管I’和外管I”之間的空間。因此，如圖3中的箭頭Fi所示，所述流體從護(hù)套7流入內(nèi)管I’。
[0038]在優(yōu)選的實(shí)施例中，密封裝置11是通過焊接連接(在圖3中被示出為對頭焊縫)來提供的。
[0039]如果在第一端部，例如由于外管I”比內(nèi)管I’更深地延伸到護(hù)套7中，內(nèi)管I’具有與夕卜管I”不同的軸向長度(圖中未示出)，則例如可利用填角焊縫來提供管I’與管I”之間的密封。
[0040]在所示實(shí)施例中，內(nèi)管I’的外徑小于外管I”的內(nèi)徑。這是必要的，為的是除了其他之外，能夠通過位于管I的第二端部I”處的開放通道，將可能進(jìn)入由管I’、管I”、以及位于管的第一端部3處的流體密封連接部所限定出的空間的任何流體(例如液體)排出。該開放通道將在下面圖4的說明中被更詳細(xì)地描述。這種排水可以給出關(guān)于內(nèi)管I’或外管I”被損壞的警告。
[0041]借助于本身類型已知的傳感器裝置可提出該警告，該傳感器裝置被布置成能夠基于處在內(nèi)管I’內(nèi)的那種流體或處在儲罐20中的液體的一者或兩者的檢測來發(fā)出信號。
[0042]參見關(guān)于圖2所示的現(xiàn)有技術(shù)，其中處在管I的外部的流體與處在管I的內(nèi)部的流體之間的熱交換通過單一管壁來進(jìn)行，本領(lǐng)域技術(shù)人員可容易地得出這樣的結(jié)論，通過根據(jù)本發(fā)明的雙管I’、1”進(jìn)行的熱交換可能較差。即，除了其他因素之外，因?yàn)楣躀的多個部分，在內(nèi)管I ’的外表面與外管I”的內(nèi)表面之間可存在一定距離。
[0043]然而，對比試驗(yàn)已經(jīng)令人驚奇地表明，圖1中所示的根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)設(shè)有“單盤管”的那種儲罐20的熱交換容量實(shí)際上與根據(jù)本發(fā)明的設(shè)有“雙盤管”的相應(yīng)的儲罐20相同。對此，一種可能的解釋可以是，由經(jīng)過護(hù)套7流到內(nèi)管I’中的流體提供給護(hù)套7的熱量是經(jīng)由以下途徑被送到外管的:護(hù)套7的內(nèi)表面與外管I”的外表面之間的接觸部;焊縫9;以及經(jīng)由密封裝置11(在其包括金屬、或具有良好導(dǎo)熱性能的其他材料的情況下)。因此密封裝置11將在內(nèi)管I”(內(nèi)管暴露于被送入管I內(nèi)的流體)與外管I”之間形成一個“橋”。
[0044]特別是在管I以螺旋方式被布置在第一端部3與第二端部5之間的情況下，內(nèi)管I’的多個部分將靠在外管I”的多個部分上，因此在管I’、1”之間形成多個“熱傳導(dǎo)橋”，而與此同時，流體可從入口部3進(jìn)入位于管I’、1”之間的空間并通過出口部5流出。對于具有足夠程度的所述熱傳導(dǎo)橋來說，先決條件是在內(nèi)管I’的外徑與外管I”的內(nèi)徑之間有相對較小的差值。在上述試驗(yàn)中，具有25mm外徑的外管I”與同軸地放置的具有22mm外徑的內(nèi)管I’之間的徑向距離是0.7mm。
[0045]圖4示出了例如圖1a中所示的儲罐20的出口部，但是沒有示出儲罐自身的壁。護(hù)套7圍繞管I的第二端部5。根據(jù)本發(fā)明的管I與圖2所示的現(xiàn)有技術(shù)的管本質(zhì)上不同。
[0046]在圖4中，內(nèi)管I’的端部的軸向長度比外管I”的端部大。此外，內(nèi)管I’通過護(hù)套7延伸，并因此從護(hù)套7的兩個端部突出。內(nèi)管I’的端部形成有比管的其余部分更大的直徑，使得內(nèi)管I’可圍繞未示出的回流管的一部分。
[0047]在管I的第二端部5中，與管I的第一端部3對比，內(nèi)管I’與外管I”之間沒有實(shí)體的連接。因此，內(nèi)管I’與外管I”之間存在的任何流體可通過由于內(nèi)管I’的外徑小于外管I”的內(nèi)徑而形成的通道被傳送出去。如果在內(nèi)管I’或外管I”中出現(xiàn)泄漏，則流體(無論流體包括氣體還是液體)將在內(nèi)管I’與外管I”之間形成的空間或通路中被傳送到管I之外，并進(jìn)一步經(jīng)由護(hù)套7從儲罐20被排出。如上所述，傳感器裝置26可進(jìn)行感測，并給出信號到信號收發(fā)器26’，信號收發(fā)器可給出泄漏已經(jīng)發(fā)生的警告。這種傳感器裝置26和信號收發(fā)器26’在圖4中原理性地示出。
[0048]在一個實(shí)施例中，來自信號收發(fā)器26’的信號可被傳輸?shù)嚼鐭崂?圖中未不出)的控制裝置、或某些形成通過螺旋管I的流體循環(huán)的其他裝置的控制裝置，以使得循環(huán)停止且熱交換停止。替代地或附加地，使用者可通過一些其他方式(例如借助于SMS)被警告。
[0049]管I的第二端部借助于外管I”與護(hù)套7的端部之間的焊接連接部9被附接到護(hù)套7。
[0050]如圖4所示，外管I”僅延伸到護(hù)套7內(nèi)有限距離。不使外管I”延伸穿過全部的或大部分的護(hù)套，其目的是在護(hù)套7與外管I”之間提供盡可能小的接觸表面。因此，例如圖1所示的儲罐20中的加熱水與儲罐20的外面之間的熱傳遞將會是可能的最小值。
[0051]代替圖3和圖4中所示的焊接連接部9，外管I”與護(hù)套7之間的連接可以借助例如螺紋連接或借助粘合劑來形成。
[0052]因?yàn)槭聦?shí)上由內(nèi)管I’、位于內(nèi)管I’與外管I”之間的密封件11、以及外管I”形成了上述的U形，在管I的端部3與端部5之間將沒有空氣的流通。這種流通將會減少內(nèi)管I’中的流體對儲罐20中的液體的熱傳遞量，這是因?yàn)橐徊糠值哪芰繉⒈缓馁M(fèi)在加熱流過的空氣上。如果以對應(yīng)于圖4所示的第二端部5的端部來替換圖3所示的第一端部3的話，則會發(fā)生空氣的流通。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.用于處在管(I)中的第一流體與處在所述管(I)的外部的第二流體之間的熱交換的管(I)，所述管(I)在第一端部(3)與第二端部(5)之間延伸，其特征在于，所述管(I)包括內(nèi)管(I’)和被布置在所述內(nèi)管(I’)的外部的外管(I”)，所述內(nèi)管(I’)以流體密封方式在所述第一端部(3)處被連接到所述外管(1”)，所述第一端部(3)被流體供給管(7)圍繞并被附接到所述流體供給管(7)，且在所述第二端部(5)中存在位于所述內(nèi)管(I’)與所述外管(I” )之間的通道。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的管，其中，所述內(nèi)管(Γ)的外徑小于所述外管(Γ)的內(nèi)徑，由此存在于所述管(1’，Γ)之間的流體能夠通過位于所述管的第一端部(5)處的所述通道，從位于所述管(I’，I”)的第一端部(3)處的流體密封連接部被傳送出去。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的管，其中，所述管(I)的至少一部分以螺旋方式被布置在所述第一端部(3)與所述第二端部(5)之間。4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的管，其中，所述管(I)被布置在儲罐(20)中，所述儲罐設(shè)置有用于接收所述管(I)的第一端部(3)的第一開口(22)和用于接收所述管(I)的第二端部(5)的第二開口(24)。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的管，其中，所述儲罐(20)是用于加熱液體的儲罐，且所述流體供給管(7)與加壓流體流體連通。6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的管，其中，所述供給管(7)包括通過焊接連接到所述外管(Γ)的增強(qiáng)護(hù)套(7)。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的管，其中，所述內(nèi)管(I’)在第一端部(3)處利用焊接連接部(11)，以流體密封方式來連接到所述外管(I”)。8.根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的管，其中，所述內(nèi)管(Γ)在所述第二端部(5)處被連接到流體回流管，且其中，所述流體供給管(7)和所述流體回流管構(gòu)成部分的封閉回路。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的管，其中，所述封閉回路包括熱栗。10.一種改善處在內(nèi)管(I’)中的第一流體與處在外管(I”)的外部的第二流體之間的熱交換的方法，所述外管(Γ)的主要部分被布置在所述內(nèi)管(Γ)的外部，且所述內(nèi)管(Γ)的外徑小于所述外管(Γ)的內(nèi)徑，其特征在于，所述方法包括: 在所述管(1’，Γ)的第一端部(3)中，在所述內(nèi)管(Γ)與所述外管(Γ)之間設(shè)置流體密封連接部； 將所述第一端部(3)插入到流體供給管(7)的一部分中，以形成所述流體供給管(7)與所述內(nèi)管(Γ )之間的流體連通，并將所述外管附接到所述流體供給管(7);以及 在所述管(1’，Γ)的第二端部(5)中，保持所述外管(Γ)的內(nèi)表面與所述內(nèi)管(Γ)的外表面之間的通道。11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，在所述第二端部(5)中，所述內(nèi)管(Γ)被放置成與流體回流管流體連通。12.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的方法，其中，響應(yīng)于處在所述內(nèi)管(Γ)中的流體與處在所述外管(Γ)的外部的流體中的至少一種流體的傳感器裝置(2口)連接到信號發(fā)射器。
【文檔編號】F28D7/10GK105849493SQ201480068982
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2014年12月18日
【發(fā)明人】拉爾斯·漢森
【申請人】拉爾斯·漢森