專利名稱：傳熱管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及傳熱管，該傳熱管 包括管元件和繞管元件的外周布置并向外延伸的多個(gè)肋。而且，本發(fā)明涉及包括至少一個(gè)這樣的傳熱管的蓄熱器。
背景技術(shù)：
目前已知各種蓄熱器，這些蓄熱器關(guān)于其構(gòu)造和其操作模式是相互不同的。熱敏蓄熱器(sensitive heat accumulator)利用了材料的實(shí)際熱(tangible heat)或熱容。在加載和卸載時(shí)熱敏蓄熱器改變儲(chǔ)存材料的溫度水平。例如，潛熱蓄熱器利用儲(chǔ)存介質(zhì)的可逆熱力學(xué)狀態(tài)的焓變化，尤其是從固體到液體的相變以及從液體到固體的相變。當(dāng)對(duì)蓄熱器加載時(shí)，設(shè)置在蓄熱器中的相變材料熔化。在熔化過程期間，相變材料吸收大量呈熔解熱形式的熱能。由于該過程的可逆性，相變材料在凝固時(shí)再次釋放這些量的熱。所謂的熱化學(xué)蓄熱器遵循類似的原理，其利用可逆的化學(xué)反應(yīng)焓，比如例如基于化學(xué)吸附的吸收和解吸過程。當(dāng)對(duì)蓄熱器加載時(shí)，熱必須被傳遞到儲(chǔ)存介質(zhì)。為此，可使用所謂的傳熱管，借助于該傳熱管，熱間接地從流過該傳熱管的介質(zhì)傳遞到儲(chǔ)存介質(zhì)。傳熱管包括用于引導(dǎo)介質(zhì)通過的管元件。為了增加傳熱表面，通常在管元件的外周周圍布置向外延伸的肋。該肋可與管元件整體形成，該肋可與管元件形成金屬接觸，或者該肋通過焊合或焊接連接而金屬地連接到管元件。例如，借助于軋制過程而繞管元件的外周產(chǎn)生帶有整體式設(shè)計(jì)的肋。然而，該整體式設(shè)計(jì)是不利的，因?yàn)楣茉屠弑仨氂上嗤牧现瞥?，由于此，可能無法最佳地滿足對(duì)內(nèi)側(cè)上的高溫度穩(wěn)定性和外側(cè)上的高熱傳導(dǎo)性的要求。雙金屬管不具有該缺點(diǎn)，但是由于構(gòu)件的不同的熱膨脹僅可在有限的溫度范圍內(nèi)使用。因此在該情形中，管元件和肋材料不能被任意地選擇。而且，肋幾何形狀的構(gòu)造可能性受制造過程限制。因而，尤其是，可由軋制過程制造的肋直徑太小。作為整體式構(gòu)造的替代，肋可以以分離構(gòu)件為形式緊固到管元件的外周上。例如，提供限定肋的呈金屬板形式的環(huán)形元件是已知的，該金屬板布置在管元件的外周，于是可從內(nèi)側(cè)加寬管以便將環(huán)形元件固定到管元件上。然而，此處實(shí)現(xiàn)了較差的管元件和肋的熱工連接。使用的最大溫度也受到限制。而且，管元件的壁厚受限，因?yàn)樵摴茉仨毐辉试S加寬到期望的程度。而且，上述類型的環(huán)形元件或者還有呈金屬板帶條等形式的肋可被焊合或焊接到管元件的外周。然而，此處必須保證焊合的相容性。根據(jù)生產(chǎn)方法，目前可利用的傳熱管因此關(guān)于使用的最大溫度、關(guān)于肋幾何形狀的可能構(gòu)造、管元件的最大壁厚、管元件和肋之間的熱工連接質(zhì)量、管元件和肋的材料相容性以及焊合和焊接材料的相容性來說不同
發(fā)明內(nèi)容
從該現(xiàn)有技術(shù)出發(fā)，本發(fā)明的目的是提供一種在開始處指定類型的傳熱管，其中肋幾何形狀的構(gòu)造，尤其是肋直徑的構(gòu)造、使用的最大溫度、管元件的最大壁厚以及管和肋的材料可任意地選擇，需要產(chǎn)生管元件和肋之間良好的熱工連接。為了實(shí)現(xiàn)該目的，本發(fā)明提供一種在開始處指定類型的傳熱管，其中在所述管元件上形成環(huán)形段，所述環(huán)形段包圍所述肋，并且用彈簧式彈性夾緊裝置特別是以(特別是在分別形成半殼體的兩個(gè)環(huán)形段上的)至少一個(gè)彈簧式彈性夾元件為形式的彈簧式彈性夾緊裝置將所述環(huán)形段彼此緊固。提供包圍管元件并利用彈簧式彈性夾緊裝置彼此緊固的多個(gè)環(huán)形段，使得對(duì)管元件使用具有不同膨脹系數(shù)的材料以及在高的最大使用溫度下使用肋成為可能。由于其彈簧彈性，夾緊裝置總是能保證管元件和環(huán)形段之間良好的熱接觸，以及因此保證管元件和肋之間良好的熱工連接，因?yàn)槠鋵?duì)熱材料膨脹作出靈活反應(yīng)。由于在傳熱管的縱向方向上延伸的呈至少一個(gè)彈簧式彈性夾元件的形式的夾緊裝置的設(shè)計(jì)，管元件和環(huán)形段之間的熱接觸在環(huán)形段的長(zhǎng)度上更加恒定。此外，肋的構(gòu)造，尤其是肋直徑可實(shí)質(zhì)上被任意地選擇。管元件的最大壁厚也決不受限制。根據(jù)本發(fā)明的一種構(gòu)造，夾元件由彈簧鋼形成。因此，熱引起的膨脹或收縮可被靈活地吸收，使得總是能保證管元件和環(huán)形段之間非常良好的熱工連接。根據(jù)本發(fā)明的一種構(gòu)造，每個(gè)夾元件均為柔性部件，所述柔性部件包括基部和從所述基部的兩個(gè)相反側(cè)彼此重疊地延伸的兩個(gè)夾部，優(yōu)選彼此成八字形隔開的端部鄰接所述夾部并用作例如當(dāng)推到形成在環(huán)形段上的夾緊桿上時(shí)的推入輔助件。相應(yīng)地，每個(gè)夾元件具有大體上Q形狀的橫截面。環(huán)形段優(yōu)選地為擠壓模制型材的形式，肋在管元件的縱向方向延伸。擠壓模制一方面構(gòu)成便宜的生產(chǎn)方法。另一方面，肋的橫截面在傳熱管的縱向方向上是恒定的，且當(dāng)在蓄熱器內(nèi)使用時(shí)，這允許儲(chǔ)存材料在傳熱管的縱向方向上的自由體積膨脹。因此，由儲(chǔ)存材料的體積膨脹引起的熱機(jī)械應(yīng)力可被消除或至少被減小。這對(duì)于潛熱蓄熱器來說是特別重要的，因?yàn)樵跐摕嵝顭崞髦惺褂玫南嘧儾牧显趶墓腆w到液體或者反之從液體到固體的相變中經(jīng)歷大的體積膨脹。優(yōu)選地，所述管元件的幾何形狀和所述環(huán)形段的幾何形狀相互匹配，使得所述環(huán)形段以它們的大致整個(gè)表面靠在所述管元件上。這樣，保證了從管元件到環(huán)形段良好的傳熱。為了增加肋表面積，肋有利地具有分支。根據(jù)本發(fā)明的一種構(gòu)造，環(huán)形段具有被夾元件包圍的夾緊桿。夾緊桿在此與夾元件形狀匹配使得夾元件容易裝配并且保證環(huán)形段以良好的接觸抵靠管元件的可靠保持。環(huán)形段優(yōu)選地由鋁合金制成或者由非合金鋁制成，尤其是由鋁合金組1XXX、3XXX和6xxx制成。這些材料已表明是特別有利的。管元件可為焊接管元件或拉制管元件。管元件優(yōu)選地由鋼或不銹鋼制成。而且，本發(fā)明提供包括至少一根上述類型的傳熱管的蓄熱器，特別是潛熱蓄熱器或熱敏蓄熱器(sensitive accumulator)或熱化學(xué)蓄熱器。在潛熱蓄熱器的情形中，圍繞傳熱管的儲(chǔ)存材料是相變材料，尤其是鹽或鹽混合、物，特別是堿金屬硝酸鹽比如例如NaNO3或KNO3-NaNO3、亞硝酸鹽、硫酸鹽、碳酸鹽、氯化物、氫氧化物、溴化物、硫氰酸鹽和氟化物或它們的組合，特別是熔化溫度超過120°C的無水鹽或最大相變溫度高達(dá)200°C的水合鹽。優(yōu)選地，所述至少一根傳熱管大致垂直地布置在蓄熱器內(nèi)，以這種方式以便在從固體到液體或者反之從液體到固體的相變期間實(shí)現(xiàn)相變材料在垂直方向上在蓄熱器內(nèi)的自由體積膨脹。


下面利用根據(jù)本發(fā)明的傳熱管的一個(gè)實(shí)施例參考附圖來說明本發(fā)明進(jìn)一步的特征和優(yōu)點(diǎn)。這些附圖示出如下圖I是示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的傳熱管的透視圖；圖2是圖I中所示的傳熱管的側(cè)視圖，其示出了傳熱管的側(cè)面；以及圖3是示出在多個(gè)熔化/凝固循環(huán)內(nèi)的溫度進(jìn)展的圖。
具體實(shí)施例方式圖I和2示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的傳熱管10。傳熱管10包括管元件12、兩個(gè)環(huán)形段16和18以及兩個(gè)夾元件20，所述兩個(gè)環(huán)形段16和18形成有肋14、15，并且所述兩個(gè)環(huán)形段16和18分別形成繞該管元件12的外周設(shè)置并圍繞管元件12的半殼體，利用所述兩個(gè)夾元件20將環(huán)形段16和18彼此緊固并保持在管元件12上。管元件12為鋼管，當(dāng)在橫截面中觀察時(shí)具有圓形側(cè)表面。環(huán)形段16和18分別為由鋁合金制成的擠壓模制型材的形式使得其在縱向方向L上具有恒定橫截面。管元件12的幾何形狀和環(huán)形段16及18的幾何形狀相互匹配，使得環(huán)形段16和18分別放置成以它們的具有環(huán)形段部22和23的大致整個(gè)表面靠在管元件12的側(cè)表面上，該環(huán)形段部22和23具有圓形段形狀的橫截面。在環(huán)形段部22和23的自由端上分別形成徑向地向外突出的夾緊桿24、25，夾緊桿24、25被夾元件20包圍。為了保證夾元件20的可靠安置，在夾緊桿24、25的自由端上分別設(shè)有卡扣突出物26、27。環(huán)形段16和18的肋14、15具有多個(gè)分支， 借助于多個(gè)分支增加了肋14、15的表面積。夾元件20為由彈簧鋼制成的柔性部件，該夾元件20包括基部28以及從基部28的兩個(gè)相反側(cè)彼此重疊地延伸的兩個(gè)夾部30和32，端部34和36靠著該兩個(gè)夾部30和32彼此成八字形隔開并用作推入輔助支架。為了裝配圖I和2所示的傳熱管10，將環(huán)形段16和18以它們的環(huán)形段部22、23繞管元件12的側(cè)表面放置。然后將四個(gè)夾元件20推到形成在環(huán)形段16和18上的夾緊桿24、25上，使得環(huán)形段16和18彼此緊固且被壓力保持在管元件12上。在該狀態(tài)下，環(huán)形段16和18的環(huán)形段部22、23放置成使得其大致整個(gè)表面抵靠管元件12的側(cè)表面。圖I和2所示的傳熱管10的構(gòu)造是有利的，因?yàn)橥ㄟ^提供圍繞管元件12且利用夾元件20彼此緊固的多個(gè)環(huán)形段16和18，使得在高的最大使用溫度下將具有不同膨脹系數(shù)的材料用于管元件12以及肋14、15成為可能，比如在本情形中將鋼用于管元件12且將鋁合金用于肋14、15。而且，夾元件20總是確保管元件12和環(huán)形段16和18之間的良好熱接觸，并且因此確保管元件12和肋14、15之間良好的熱工連接，因?yàn)槠淇梢詫?duì)熱材料膨脹作出靈活反應(yīng)。此外，大致可以任意選擇肋14、15的構(gòu)造，尤其是肋14、15的外徑。管元件12的最大壁厚也決不受限制。圖3示出了利用圖I和2所示類型的傳熱管10執(zhí)行的一系列試驗(yàn)的結(jié)果。為此，將傳熱管10插入潛熱蓄熱器(未詳述)。將熔化溫度為306°C的1，070g硝酸鈉用作相變材料。借助于空氣冷卻和電加熱經(jīng)由傳熱管10引入和移除熱。經(jīng)過115次熔化/凝固循環(huán)來確定借助于夾元件20在管元件12和環(huán)形段16和18之間產(chǎn)生的連接的質(zhì)量。一次循環(huán)在此被細(xì)分為四個(gè)連續(xù)階段，如下I)在280°C下等溫加熱3小時(shí)；2)實(shí)現(xiàn)從280°C至330°C的溫度躍升；3)在330°C下等溫加熱3小時(shí)；以及 4)實(shí)現(xiàn)從330°C至280°C的溫度躍升。圖3中的溫度進(jìn)展1\、T10, T30> T80和T115(下標(biāo)對(duì)應(yīng)于循環(huán)次數(shù))表明，直到熱以從280°C至330°C的躍升完全引入的時(shí)間，即“5分鐘”(階段2和3)在多個(gè)循環(huán)內(nèi)幾乎保持恒定。在約35分鐘之后，所有測(cè)量具有平衡狀態(tài)。在該狀態(tài)下，管元件12的側(cè)表面上的熱流幾乎為O。因此，結(jié)果表明，在115次熔化/凝固循環(huán)內(nèi)，管元件12和環(huán)形段16和18之間的接觸阻力實(shí)際上未改變。
權(quán)利要求
1.一種傳熱管(10)，包括管元件(12)和繞所述管元件(12)的外周布置并向外延伸的多個(gè)肋(14，15)，其特征在于在所述管元件(12)上形成環(huán)形段(16，18)，所述環(huán)形段(16，18)包圍所述肋(14，15)，并且用彈簧式彈性夾緊裝置將所述環(huán)形段(16，18)彼此緊固，尤其是用在分別形成半殼體的兩個(gè)環(huán)形段(16，18)上的彈簧式彈性夾緊裝置將所述環(huán)形段(16，18)彼此緊固。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的傳熱管(10)，其特征在于所述夾緊裝置具有至少一個(gè)彈簧式彈性夾元件(20)。
3.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的傳熱管(10)，其特征在于所述夾元件(20)由彈黃鋼制成。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的傳熱管(10)，其特征在于每個(gè)夾元件(20)均為柔性部件，所述柔性部件包括基部(28)和從所述基部(28)的兩個(gè)相反側(cè)彼此重疊地延伸的兩個(gè) 夾部(30，32)，優(yōu)選彼此成八字形隔開的端部(34，36)鄰接所述夾部(30，32)并用作推入輔助件。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的傳熱管(10)，其特征在于所述環(huán)形段(16，18)以擠壓模制型材為形式，所述肋(14，15)在所述管元件(12)的縱向方向上延伸。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的傳熱管(10)，其特征在于所述管元件(12)的幾何形狀和所述環(huán)形段(16，18)的幾何形狀相互匹配，使得所述環(huán)形段(16，18)以它們的大致整個(gè)表面靠在所述管元件(12)上。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的傳熱管(10)，其特征在于所述肋(14，15)具有分支。
8.根據(jù)權(quán)利要求2至7中任一項(xiàng)所述的傳熱管(10)，其特征在于所述環(huán)形段(16，18)具有夾緊桿(24，25)，所述夾緊桿(24，25)被所述夾元件(20)包圍。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的傳熱管(10)，其特征在于所述環(huán)形段(16，18)由招合金制成或者由非合金招制成,尤其是由招合金組lxxx、3xxx和6xxx制成。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的傳熱管(10)，其特征在于所述管元件(12)是焊接管元件或拉制管元件。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的傳熱管(10)，其特征在于所述管元件(12)由鋼制成或由不銹鋼制成。
12.一種蓄熱器，包括至少一根根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的傳熱管(10)，所述蓄熱器特別是潛熱蓄熱器或熱敏蓄熱器或熱化學(xué)蓄熱器。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的蓄熱器，其特征在于圍繞所述傳熱管的儲(chǔ)存材料是相變材料，特別是以鹽和鹽混合物為形式，特別是堿金屬硝酸鹽、亞硝酸鹽、硫酸鹽、碳酸鹽、氯化物、氫氧化物、溴化物、硫氰酸鹽和氟化物或它們的組合，特別是熔化溫度超過120°C的無水鹽或最大相變溫度高達(dá)200°C的水合鹽。
14.根據(jù)權(quán)利要求12或13中任一項(xiàng)所述的蓄熱器，其特征在于所述至少一根傳熱管(10)大致垂直地布置在所述蓄熱器內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明涉及傳熱管(10)，傳熱管(10)包括管元件(12)和繞管元件(12)的外周布置并向外延伸的多個(gè)肋(14,15)，在所述管元件(12)上形成環(huán)形段(16,18)，所述環(huán)形段(16,18)包圍所述肋(14,15)，并且用彈簧式彈性夾緊裝置將所述環(huán)形段(16,18)彼此緊固，尤其是用在分別形成半殼體的兩個(gè)環(huán)形段(16,18)上的彈簧式彈性夾緊裝置將所述環(huán)形段(16,18)彼此緊固。
文檔編號(hào)F28F1/20GK102741644SQ201080056147
公開日2012年10月17日 申請(qǐng)日期2010年7月6日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月11日
發(fā)明者托馬斯·鮑爾, 貝恩特·哈赫曼 申請(qǐng)人:德國(guó)航空航天中心