具有彈性元件的換熱器的制造方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】具有彈性元件的換熱器
[0001] 本發(fā)明涉及一種根據(jù)權(quán)利要求1的換熱器及其用途。
[0002] 這種換熱器具有承壓外殼，其限定了殼體空間用于接收第一流體。布置在所述殼 體空間內(nèi)的是管束，其包括多個(gè)管用于接收第二流體，所述管被布置成多個(gè)管層，從而第二 流體可以進(jìn)入與外殼空間內(nèi)輸入的第一流體進(jìn)行間接的熱交換。此外，這種換熱器具有夾 套，其被布置在殼體空間內(nèi)并包圍所述管束，從而在管束和夾套之間形成包圍該管束的盡 可能小的中間空間。這種夾套在管束周?chē)牟贾弥荚谝种频谝涣黧w的過(guò)量旁路流穿過(guò)該管 束，這將對(duì)該換熱器的有效性產(chǎn)生不利影響。然而在一些情況下，由于操作的溫度條件，所 述夾套可能必須需要與所述換熱器管束有更大的距離。這種增加的中間空間目的用于補(bǔ)償 管束和夾套的溫度誘發(fā)的運(yùn)動(dòng)。
[0003] EP 1790932 Al在開(kāi)始時(shí)公開(kāi)了所描述的螺旋盤(pán)繞的換熱器類(lèi)型，其具有設(shè)置在 夾套和外管層之間的彈性元件，所述彈性元件被應(yīng)用到最外管層。所述彈性元件允許通過(guò) 去耦在管和夾套直徑上的熱變化而減小熱誘導(dǎo)應(yīng)力。由于以前已知的在最外管層上的彈性 元件的布置，在所述夾套和所述最外管層之間有相應(yīng)的中間空間，其由該彈性元件在管束 的徑向方向的尺寸所決定。
[0004] 然而，這里有問(wèn)題的是所述夾套和所述最外管層之間的中間空間允許夾套圍繞的 第一流體的不期望的旁路流穿過(guò)管束，此部分不參與，或只在很小程度上，與在該管束中輸 入的第二流體進(jìn)行熱交換。
[0005] 這會(huì)導(dǎo)致?lián)Q熱器相當(dāng)大的損害。例如，在降膜蒸發(fā)器的情況下，過(guò)量的旁路流會(huì)導(dǎo) 致在所述換熱器貯槽內(nèi)的液體發(fā)生增加。液位上升過(guò)高的結(jié)果是，這種換熱器的輸出必然 被減少或液體(第一流體)從該系統(tǒng)中被抽出，特別是為了防止該設(shè)備的關(guān)閉。
[0006] 在此基礎(chǔ)上，因此本發(fā)明以減少上述缺點(diǎn)的方式解決在開(kāi)始時(shí)提及的開(kāi)發(fā)換熱器 類(lèi)型的問(wèn)題。
[0007] 這個(gè)問(wèn)題是由具有權(quán)利要求1所述特征的換熱器來(lái)解決。
[0008] 由此提供至少一個(gè)彈性元件被布置在某些部分，即在最外管層的相鄰管部分之間 的第一區(qū)域，所述至少一個(gè)彈性元件具有第二區(qū)域，其在夾套方向上沿管束的徑向方向伸 出所述最外管層，并且所述至少一個(gè)彈性元件緊靠其第二區(qū)域，從所述最外管層突出，依靠 面向所述管束或最外管層的夾套的內(nèi)側(cè)，或者所述彈性元件被設(shè)計(jì)用于此?？商娲鼗蛄?外地，那個(gè)區(qū)域用于將所述彈性元件連接到所述夾套。
[0009] "管束的最外管層"在此處應(yīng)被理解為意指特別是鄰近夾套的管層，并且與所述管 束的其他管層相比，該管束在徑向方向上與該夾套處于最小距離。
[0010]所述第一和第二流體的溫度引起管束之間的，特別是所述最外管層，和所述夾套 的熱誘導(dǎo)應(yīng)力-例如由于在管和夾套直徑上的熱變化。在這種情況下，所述至少一個(gè)彈性元 件允許去耦在管和夾套的直徑上的這些熱變化，從而這些應(yīng)力可以被減少或防止。
[0011]根據(jù)本發(fā)明，在換熱器的最外管層中集成所述至少一個(gè)彈性元件，這允許最外管 層和夾套的內(nèi)側(cè)之間的由所述至少一個(gè)彈性元件產(chǎn)生的中間空間做得比現(xiàn)有技術(shù)中的小 得多，并且仍然提供熱膨脹所需的距離量。這使安裝不再發(fā)生在換熱器的最外層上而是在 換熱器的最外層內(nèi)成為可能，其結(jié)果是安裝所需要的當(dāng)然不參與彈性變形的距離或裝配空 間，不再作為所述最外管層上的固定間隙保留。
[0012] 特別地，所述至少一個(gè)彈性元件是所謂的非熱交換元件，在這個(gè)意義上所述至少 一個(gè)彈性元件不與兩種流體直接接觸(諸如例如所述管束的管）。
[0013] 例如，若所述第一流體(尤其與所述夾套接觸)具有低的溫度，該夾套收縮并與所 述至少一個(gè)彈性元件進(jìn)行相互作用。在這種情況下所述至少一個(gè)彈性元件被設(shè)計(jì)成這種方 式：由于所述夾套的收縮，導(dǎo)致作用在所述至少一個(gè)彈性元件上的力使其彈性形變，而反 之，在所述夾套與所述至少一個(gè)彈性元件進(jìn)行相互作用(類(lèi)似地同樣適用于該管束或其的 管）的位置，所述夾套只經(jīng)歷小的變形，或不變形。結(jié)果是，因?yàn)樗鰥A套根本不，或者僅在 相對(duì)小的程度上與所述最外管層的管進(jìn)行相互作用，所以在該管和該夾套之間傳遞的熱誘 導(dǎo)力（由于所描述的在直徑上的熱變化)被防止或減少。因此，對(duì)換熱器諸如例如撕裂夾套 的損害被阻止。
[0014] 在相鄰管部分，特別是這些直接相鄰最外管層的管部分之間布置所述至少一個(gè)彈 性元件，允許提供具有相對(duì)較小的體積的中間空間，同時(shí)不需要減少配置所述至少一個(gè)彈 性元件的需求。因此換言之，所述至少一個(gè)彈性元件被布置在最外管層的某些部分，即所述 至少一個(gè)彈性元件的第一區(qū)域被布置在該第一管層，而所述至少一個(gè)彈性元件的第二區(qū)域 徑向地伸出該最外管層。這具有減少外殼環(huán)繞的第一流體的旁路流穿過(guò)該管束（由于中間 空間體積較?。┑膬?yōu)點(diǎn)，從而該外殼環(huán)繞的第一流體與流經(jīng)該管內(nèi)部的第二流體的熱交換 效率被較少損害。
[0015] 根據(jù)本發(fā)明，所述管束的管在換熱器的芯管周?chē)P(pán)繞成若干管層，即該換熱器就 是所謂的螺旋盤(pán)繞的換熱器。所述芯管通常沿縱向軸線(xiàn)延伸，其優(yōu)選地沿著垂直于換熱器 預(yù)期布置的位置延伸。所述換熱器的殼體優(yōu)選地沿縱向軸線(xiàn)延伸，其特別地形成所述殼體 的圓筒軸。
[0016] 優(yōu)選地，至少一個(gè)間隔元件被分別布置在相鄰所述管束徑向方向的管層之間。所 述"徑向方向"在目前情況下應(yīng)被理解為意指沿芯管或管束的徑向方向，并分別垂直于縱向 軸線(xiàn)或垂直線(xiàn)并被引導(dǎo)從其遠(yuǎn)離。
[0017] "所述最外管層的相鄰管部分"應(yīng)被理解為特別是指在一根且相同的管部分，或者 彼此相鄰擺放或沿縱向軸線(xiàn)一根擺放在另一根之上的最外管層的兩根管的直接相鄰部分， 即沒(méi)有其它的管部分被布置在每?jī)筛@樣的沿?fù)Q熱器或芯管的縱向軸線(xiàn)的管部分之間，但 根據(jù)本發(fā)明可能有一個(gè)所述彈性元件(見(jiàn)上文）。
[0018] "彈性元件"根據(jù)本發(fā)明被理解為意指可逆變形能力大于(在這個(gè)意義上，需要更 小的力以實(shí)現(xiàn)彈性變形)其相鄰元件(特別是管，夾套或間隔元件）的元件或組件。原則上， 當(dāng)彈性元件與夾套元件相互作用時(shí)，所述彈性元件發(fā)生可逆彈性變形，所述夾套(或與彈性 元件相互作用的其它組件，諸如例如所述最外層管層的空間元件和/或管)不經(jīng)受任何彈性 變形，或小很多的彈性變形，結(jié)果是與所述至少一個(gè)彈性元件相互作用。在所述相互作用或 接觸的區(qū)域，這些組件的受溫度誘導(dǎo)的膨脹/收縮是可能的，但是與彈性元件的相互作用不 會(huì)導(dǎo)致變形，或僅細(xì)小變形。所述可逆性使其可能：當(dāng)存在受溫度誘導(dǎo)的變形時(shí)，緊靠夾套 的至少一個(gè)彈性元件能夠彈性地變形，諸如例如該夾套的收縮，并且當(dāng)該受溫度誘導(dǎo)的變 形中斷時(shí)能夠恢復(fù)到未變形的初始狀態(tài)。
[0019] 因此，實(shí)現(xiàn)至少一個(gè)彈性元件可逆變形所需的變形力小于管、夾套或間隔元件的 相應(yīng)變形所需的變形力。這允許所述管束與所述夾套之間的熱誘導(dǎo)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，在此情況 下，所述夾套和所述最外層管之間的距離變化并且從而所述的中間空間在其體積上發(fā)生改 變。
[0020] "彈性的"根據(jù)本發(fā)明被理解為意指線(xiàn)性彈性和非線(xiàn)性彈性(例如橡膠彈性)兩者。 特別地，術(shù)語(yǔ)"彈性的"被理解為意指還存在于-196°C至100°C，特別是-165至65°C的溫度的 彈性。從而該彈性元件被特別設(shè)計(jì)為是在這些溫度下是彈性的，并且可以執(zhí)行上述的可逆 變形。
[0021] 在一些實(shí)施方案中，相比管、間隔元件或夾套的彈簧常數(shù)，所述至少一個(gè)彈性元件 的彈簧常數(shù)優(yōu)選地小于80%，優(yōu)選地小于50%，優(yōu)選地少于10%或優(yōu)選地少于1 %。
[0022] 所述至少一個(gè)彈性元件可以與該夾套以互鎖、摩擦接合和/或材料粘結(jié)的方式連 接。
[0023] 此外，所述至少一個(gè)彈性元件可以被固定到管束，特別是以互鎖、摩擦接合和/或 材料接合的方式，通過(guò)被布置在最外管層和相鄰管層之間的間隔元件的方式。因此，例如， 所述至少一個(gè)彈性元件可以被焊接到夾套和間隔元件。在原則上可能的是，所述至少一個(gè) 彈性元件僅以滑動(dòng)的方式連接到夾套或間隔元件，即其緊靠這些允許從周?chē)鷬A套進(jìn)一步去 耦所述管束的組件。
[0024] 所述最外管層和所述夾套內(nèi)測(cè)之間的距離（即中間空間的厚度)優(yōu)選位于從Imm至 IOmm的范圍。
[0025] 還可以設(shè)想，所述至少一個(gè)彈性元件形成為縱向延伸（就是說(shuō)沿縱向比沿垂直地 到那里具有更大的范圍），它在所述管束的兩個(gè)管部分之間的縱向范圍方向上延伸并沿著 那些管部分。這里，所述彈性元件可以特別在芯管周?chē)由?，作為結(jié)果是具有進(jìn)一步抑制第 一流體的旁路流穿過(guò)管束的優(yōu)點(diǎn)。
[0026] 原則上，所述彈性元件可被形成為螺旋彈簧、板簧或盤(pán)形彈簧或一些其它彈簧元 件或包括這種元件。此外，所述彈性元件可被形成為球形或圓柱形的樣式，例如以實(shí)心的或 空心體的形式。
[0027] 在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，所述至少一個(gè)彈性元件具有兩個(gè)支腳，其通過(guò)底部 相互連接并且各具有端部區(qū)域，那些端部區(qū)域緊靠在夾套的內(nèi)測(cè)。所述支腳優(yōu)選地在夾套 的方向上從底部彼此分叉并且特別是形成30°至50°，優(yōu)選為40°的夾角，當(dāng)所述彈性元件彈 性變形時(shí)該角度增加，其相應(yīng)的所述彈性元件正常至所述夾套的膨脹減少。
[0028] 所述至少一個(gè)彈性元件優(yōu)選地通過(guò)該底部固定到所述至少一個(gè)間隔元件，特別是 通過(guò)焊接連接的方式，可能的通過(guò)夾緊連接到所述夾套。所述支腳在某些部分伸出最外管 層，所述支腳的那些部位形成伸出管層的彈性元件。
[0029] 此外，所述支腳可以通過(guò)底部彼此集成形成。此外，所述端部區(qū)域優(yōu)選地朝向夾套 凸出彎曲，從而它們分別形成夾套的凸出彎曲緊靠面。
[0030] 為了抑制旁路流，所述彈性元件的兩支腳可以依次被設(shè)計(jì)成沿上文定義的縱向范 圍的方向延伸。
[0031 ]所述至少一個(gè)彈性元件優(yōu)選地包括金屬和/或塑料;特別地，所述至少一個(gè)彈性元 件包括不銹高等級(jí)鋼，例如根據(jù)該標(biāo)準(zhǔn)EN 10020,特別是材料編號(hào)1.4310的不銹彈簧鋼， 和/或聚四氟乙烯(PTFE)，例如特氟綸。
[0032] 所述換熱器優(yōu)選地具有多個(gè)彈性元件，其分別布置在最外管層的相鄰管部分之間 的某些部分，也就是說(shuō)被集成在最外管層，所述各彈性元件具有在管束徑向方向上伸出最 外管層的區(qū)域，并且旨在緊靠面向所述管束2的換熱器夾套的內(nèi)測(cè)，它也可能是可選地或附 加地被設(shè)計(jì)為將所述各彈性元件連接到夾套的區(qū)域。單個(gè)彈性元件可依次以上述方式被配 置。
[0033] 根據(jù)本發(fā)明若干彈性元件優(yōu)選地沿該管束的圓周或沿該管束的管的縱向范圍方 向被分別地依次相鄰地布置。此外，根據(jù)本發(fā)明的若干彈性元件優(yōu)選地沿該換熱器的縱向 軸線(xiàn)被分別依次布置成一個(gè)在另一個(gè)