阅读说明：本技术 耐腐蚀复合结构换热管以及具有该换热管的换热器 (Corrosion-resistant composite structure heat exchange tube and heat exchanger with same ) 是由 *** 许永伟 于 2019-05-06 设计创作，主要内容包括：本申请公开了一种耐腐蚀复合结构的换热管,该换热管包括至少一个灌注区段,每一个灌注区段包括同轴套设的内管和外管,并且内管和外管的管壁之间具有一定的间隙,其中,所述内管和外管中的一者为金属管,另一者为非金属管,并且所述间隙中填充有膏状的热界面材料。本申请还公开了一种包括上述换热管的换热器。由于上述换热管由金属管和非金属管组成的套管构成,并在套管间隙中填充热界面材料,因此可以既适应介质腐蚀特性又能够高效传热的优点,而且热界面材料具有较好的形变性能、导热性和填充性能,有助于消除金属管与非金属管复合使用时的热应力。(The application discloses corrosion-resistant composite construction's heat exchange tube, this heat exchange tube include at least one section of infusing, and each section of infusing includes inner tube and outer tube that coaxial cover was established to have certain clearance between the pipe wall of inner tube and outer tube, wherein, one in inner tube and the outer tube is the tubular metal resonator, and the other is non-metallic pipe, and it has pasty thermal interface material to fill in the clearance. The application also discloses a heat exchanger comprising the heat exchange tube. The heat exchange tube is composed of the sleeve consisting of the metal tube and the nonmetal tube, and the thermal interface material is filled in the gap of the sleeve, so that the heat exchange tube has the advantages of adapting to the corrosion characteristic of a medium and efficiently transferring heat, has better deformation performance, thermal conductivity and filling performance, and is beneficial to eliminating the thermal stress when the metal tube and the nonmetal tube are used in a compounding way.)

耐腐蚀复合结构换热管以及具有该换热管的换热器

技术领域

本发明涉及换热器，特别是换热器的换热管。具体地，本发明涉及一种耐腐蚀的、具有复合结构的换热管。

背景技术

换热器是各行业重要的热交换设备，应用十分广泛，其重要性也是显而易见的。对于存在腐蚀的换热器应用场合，换热器的腐蚀是换热器失效的重要原因，因此能够解决好腐蚀问题就等于解决了换热器损坏的根本，从而实现良好的社会效益和经济效益。

金属材料具有良好的热性能、加工性能和力学性能，而非金属材料具有良好的抗腐蚀性能。然而，非金属材料和金属材料的热膨胀系数相差较大，连接工艺难度大；两种材料复合使用时，会在热界面处产生相互制约的应力，所以将两种材料结合起来使用的难度很大。现有常规的复合使用金属和非金属材料的技术，如搪瓷、搪玻璃、包塑等，均不能很好的解决这个问题。

发明内容

有鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种耐腐蚀复合结构的换热管，其将金属材料和非金属材料结合用于形成具有耐腐蚀性能的复合换热管，并有效解决非金属材料与金属材料在热界面处产生的热应力问题。

本发明进一步的目的是提供一种制造方便、结构稳定可靠的耐腐蚀复合结构换热管。

根据本发明的一个方面，提供了一种耐腐蚀复合结构的换热管，其包括至少一个灌注区段，每一个灌注区段包括同轴套设的内管和外管，并且内管和外管的管壁之间具有一定的间隙，其中，所述内管和外管中的一者为金属管，另一者为非金属管，并且所述间隙中填充有膏状的热界面材料。

在一些实施例中，至少一个所述灌注区段的端部的所述间隙中可以设置有环形的弹性密封件，所述内管和外管中至少一者的管壁上形成有凹槽，用于接收所述弹性密封件，并且弹性密封件与内管和外管的管壁密封接合。

优选地，所述弹性密封件包括轴向上间隔设置的两个弹性密封件，并且在灌注区段的端部涂敷有密封胶。

在一些实施例中，在所述换热管的两端处所述内管延伸超出所述外管，并且所述换热管在其每一个端部还包括环状的第一弹性膨胀囊，所述第一弹性膨胀囊的两端分别箍在所述内管和外管的外表面上，而中间部分弹性***，从而将换热管端部的所述间隙与外界分隔开。

在一些实施例中，所述换热管可以包括至少两个灌注区段，并且相邻的两个灌注区段的彼此相对的两个端部上设置有一个环状的第二弹性膨胀囊，该第二弹性膨胀囊的两端分别箍在相邻两个灌注区段的端部的外管上，而中间部分弹性***，从而将所述相对的端部的所述间隙与外界分隔开。

在一些实施例中，每一个灌注区段的两端之间的所述间隙中可以设置有中间支撑件，用于保持内管与外管之间的所述间隙，所述中间支撑件为弹性的金属构件。

在一些实施例中，所述内管为金属管，至少一个所述灌注区段的所述金属管可以包括主体管以及焊接在主体管的端部的至少一个金属短管，所述金属短管上设置有轴向上分隔开的第一通孔和第二通孔，第一通孔从所述外管被露出，而第二通孔被所述外管覆盖；并且所述换热管还可以包括至少一个导流件，所述导流件具有横截面为大致“U”形的圆环结构，并且导流件的“U”形横截面的开口侧密封地焊接至所述金属短管的内壁，使得所述第一通孔和第二通孔与该导流件和金属短管所围合形成的环形空间连通。

优选地，所述第二通孔包括沿金属短管的周向均匀分布的多个孔。

优选地，在所述金属短管的外表面上，在所述第一通孔和第二通孔之间设置有至少一个环形凹槽，用于接收至少一个环形的弹性密封件，所述弹性密封件与内管和外管的管壁密封接合。

在一些实施例中，所述换热管可以包括至少两个灌注区段，并且所述至少一个金属短管可以包括设置在两个相邻的灌注区段之间并同时焊接至两个灌注区段中的主体管的端部的共用金属短管，所述共用金属短管上设置有在轴向上位于中间的第一通孔和位于两侧的第二通孔，并且所述至少一个导流件可以包括设置在两个相邻的灌注区段之间并焊接至所述共用金属短管的共用导流件。

根据本发明的另一个方面，还提供了一种换热器，其包括壳体和设置在所述壳体内的如上所述的换热管。

所述换热器可以为气液换热器，其中所述换热管内供液体流通，所述换热管与壳体之间的空间供气体流通。

根据本发明实施例的换热管由金属管和非金属管组成的同心套管构成，并在套管间隙中填充热界面材料(TIM)。采用金属管与非金属管的复合套管结构可以充分发挥金属材料和非金属材料各自的性能特点，达到既适应介质腐蚀特性，又能够高效传热的优点。而且，热界面材料具有较好的形变性能、导热性和填充性能，形态可随温度变化时金属管和非金属管界面的热变形而一致变化，其中与金属管接触的部分随金属管形状变化而变化，与非金属管接触的部分随非金属管形状变化而变化。这样可以消除金属管与非金属管复合使用时因温度变化产生的热应力，既提高换热管以及换热器的工作安全性，又提高传热效率。

附图说明

通过参照以下附图所作的对非限制性实施例的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显。其中：

图1为根据本发明实施例一的换热管的结构示意图；

图2为图1所示换热管的端部的局部剖面放大图；

图3为根据本发明实施例一的一种变型的换热管的局部放大图；

图4为图3所示换热管的端视图；

图5为根据本发明实施例二的换热管的结构示意图；

图6为图1所示换热管的端部的局部剖面放大图；

图7为沿图6中截线A-A所截取的剖面图；

图8为根据本发明实施例二的一种变型的换热管的结构示意图；

图9为根据本发明实施例三的换热管的结构示意图；

图10为图9所示换热管的局部B的剖面放大图；以及

图11为根据本发明实施例三的一种变型的换热管的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。

图1示意性地示出了根据本发明实施例一的换热管1的结构，图2示出了换热管1的端部的局部剖面放大图。如图1和图2所示，换热管1具有复合结构，包括同轴套设的内管10和外管20，内管10和外管20的管壁之间具有一定间隙，并且该间隙内填充有膏状的热界面材料(TIM，Thermal Interface Material)30。

在图1和图2所示示例中，换热管1的内管为非金属管，外管20为金属管；然而，如以下将进一步解释的，本发明并不限于此，内管和外管也可以分别为金属管和非金属管。非金属管可以是玻璃管、陶瓷管、PTFE管等具有耐腐蚀性能的材质组成的管，其截面形状可以是圆形、椭圆形、矩形等有益于提高传热效果的形状。

采用金属管与非金属管的复合套管结构可以充分发挥金属材料和非金属材料各自的性能特点，达到既适应介质腐蚀特性，又能够高效传热的优点。

此外，可以根据应用条件，安排压力高和腐蚀性弱的换热介质接触金属管，而使低压且腐蚀性强的换热介质接触能够抗其腐蚀的非金属管，从而节省大量的贵金属，因此具有成本低廉、结构简单、使用方便的优点，能够带来良好的经济效益。

热界面材料例如可以为导热硅脂、导热凝胶、导热膏等等。热界面材料具有较好的形变性能、导热性和填充性能，形态可随温度变化时金属管和非金属管界面的热变形而一致变化，其中与金属管接触的部分随金属管形状变化而变化，与非金属管接触的部分随非金属管形状变化而变化。这样可以消除金属管与非金属管复合使用时因温度变化产生的热应力，既提高换热管以及换热器的工作安全性，又提高传热效率。

在图1所示示例中，在换热管1的两端的外管20上开设有通孔20a。优选，一端的通孔20a可以在制造换热管1时用于向所述间隙中填充热界面材料30，另一端的通孔20a可以用于在灌注时排出所述间隙中的气体。在另一些示例中，换热管1可以仅在其一端具有上述通孔2a。用于注入热界面材料的通孔2a优选为螺纹孔，以便连接外部的灌注设备。

在完成热界面材料灌注之后，可以利用例如密封胶封闭通孔2a。

如图1和图2所示，在换热管1的端部，内管10可以延伸超出外管20，并且内管10和外管20的端部可以设置有环状的第一弹性膨胀囊40，第一弹性膨胀囊40的两端分别箍在内管10和外管20的外表面上，而中间部分弹性***，从而将换热管端部的间隙与外界分隔开。在完成热界面材料灌注之后，将第一弹性膨胀囊40如上套在换热管的端部。这样的设置有利于防止复合结构换热管中的热界面材料泄露；此外，还有利于在安装和拆卸换热管的过程中保护换热管的端部，以减少磕碰等引起的损坏。

参照图2，图2更加清楚地示出了换热管1的结构。如图2所示，在换热管1的端部，在内管10和外管20管壁之间的间隙中设置有环形的弹性密封件51，并且弹性密封件51与内管10和外管20的管壁均形成密封接合，从而将热界面材料30密封在内管10和外管20之间的间隙中。在图2所示的优选示例中，在内管10的外壁上设置有凹槽，用于接收弹性密封件51。这有助于提高密封的效果，并且便于换热管的组装制造。在另一些示例中，也可以在例如外管20的内壁上设置凹槽；本发明在此方面不受限制。

优选地，如图2所示，换热管1在一个端部可以设置在轴向上间隔开的两个弹性密封件51，以提供更加有效可靠的密封。在另一些示例中，也可以设置多于两个的弹性密封件。

此外，尽管没有示出，根据本发明实施例的优选示例，在换热管的端部可以进一步涂敷有密封胶。第一弹性膨胀囊40可以至少部分地包覆在涂敷的密封胶之外。

图3和图4所示换热管1’为图1和图2所示换热管1的一种变型。换热管1’中，内管10为金属管，外管20为非金属管，并且在非金属的外管20的通孔20a的外周附接有注入连接件20b。该注入连接件20b可以具有螺纹孔，用于连通外部的灌注设备和通孔20a。注入连接件20b可以通过例如粘接以及/或者卡扣方式附接至外管20上。

由于在换热管1’中外管20为非金属管，而非金属材料通常具有较差的机械强度，因此在通孔20a的周围附接专门用于连通外部灌注设备的注入连接件20b有利于保护非金属材质的外管20。

在一些情况下，在完成填充热界面材料之后，注入连接件20b可以从换热管1’上被拆除。

以下参照图5-8介绍根据本发明实施例二及其变型的换热管。

图5为根据本发明实施例二的换热管2的结构示意图，图6示出了换热管2端部的局部剖面放大图。根据本发明实施例二的换热管2与根据本发明实施例一的换热管1具有基本上相同的结构，不同之处在于，在换热管2的端部还设置有注入组件，该注入组件包括内管10端部的金属短管以及焊接至该短管的导流件。以下将结合图示更加详细地介绍注入组件。

如图5和图6所示，在换热管2中，内管10为金属管，该金属管包括主体管11以及焊接在主体管11的端部的金属短管12，金属短管12上设置有轴向上分隔开的第一通孔12a和第二通孔12b，第一通孔12a从外管20被露出，而第二通孔12b被外管20覆盖。换热管2还包括导流件60，导流件60具有横截面为大致“U”形的圆环结构，并且导流件60的“U”形横截面的开口侧密封地焊接至金属短管12的内壁，使得第一通孔12a和第二通孔12b与导流件60和金属短管12所围合形成的环形空间连通。

图5所示的换热管2的两端均设置有注入组件，即在金属管内管10的两端均具有焊接至主体管11的金属短管12，并且在金属短管12的内壁上均焊接有导流件60。在制造换热管2时，一端的注入组件可以用于向内管与外管之间的间隙中灌注热界面材料。此时，第一弹性膨胀囊40尚未安装，第一通孔12a连接至外部的灌注设备，热界面材料经由第一通孔12a进入金属短管12与导流件60所围合形成的环形空间中，再经由第二通孔12b进入内管10与外管20之间的间隙中，如图6所示。另一端的注入组件可以用于向外排出间隙中的气体。

这里，采用分立的金属短管主要是为了方便将导流件焊接至金属管的内壁。具体而言，在采用金属短管的情况下，可以先将导流件方便地焊接至金属短管的内壁，然后将金属短管焊接至金属内管的主体管的端部。相比之下，如果没有采用金属短管，而直接要将导流件焊接至金属管，那么靠近内侧的焊接将很难实施，而且焊缝的密封性能难以保证。根据本发明实施例二的换热管在制造上更加便利，而且密封性能可以更优。

图7为沿图6中截线A-A所截取的剖面图。如图7所示，优选地，金属短管12上的第二通孔12b可以包括沿金属短管12的周向均匀分布的多个孔，这样有助于在内管10和外管20之间的间隙中更加均匀地填充热界面材料，而避免填充不均匀造成的气泡。气泡对于换热管的换热效率以及工作安全性是非常不利的。

如图6所示，优选第一弹性膨胀囊40安装之后是覆盖在第一通孔12a之上的。

此外，在图6所示示例中，换热管2的两端之间还可以设置有中间支撑件52。中间支撑件52位于内管和外管之间的间隙内，其作用为保证内管和外管同心，增强热界面材料30的导热效果。中间支撑件52可以是金属材料、金属复合材料或高导热非金属弹性材料；其可在所述间隙内间隔设置，也可在间隙内连续设置。中间支撑件52可以为管状编制网、螺旋丝缠绕状或纵向肋条状构件等。在一些示例中，优选中间支撑件51为弹性的金属构件。

图8为根据本发明实施例二的一种变型的换热管2’的简单示意图。换热管2’具有与换热管2基本上相同的结构，不同之处在于，在换热管2’的外管的中部设置有通孔20a。在填充热界面材料时，换热管2’的两端的注入组件均可用于向内管和外管的间隙中灌注热界面材料，而外管20中部的通孔20a可以用于排出间隙中的气体。在完成灌注之后，通孔20a例如可以利用密封胶封闭。

可以理解的是，尽管图5和图8中示出换热管在其两端均包括注入组件，但是根据本发明其它实施例的换热管也可以仅在其一端包括注入组件；换热管的另一端可以在外管上直接开设通孔以实现排气，或者，另一端的内管和外管间的间隙在完成填充热界面材料之前可以是尚未密封的，以便进行排气。

以下将结合图9和图10介绍根据本发明实施例三的换热管。

如图9所示，根据本发明实施例三的换热管3具有与根据本发明实施例二的换热管2基本相同的结构，不同之处在于，换热管3包括两个灌注区段，而换热管2只包括一个灌注区段。这里，灌注区段指的是内管和外管之间包含一个首尾密封的热界面材料灌注空间(间隙)的换热管部分。

如图9所示，换热管3包括第一灌注区段100和第二灌注区段200，其中每一个灌注区段分别包括内管10和外管20以及填充在内管和外管之间间隙中的膏状的热界面材料30，其中在第一灌注区段100和第二灌注区段200之间设置有共用金属短管40’和共用导流件60。共用金属短管40’同时焊接至这两个相邻的灌注区段的金属内管10的主体管11的端部。如图10中更加清楚地示出的，共用金属短管40’上设置有在轴向上位于中间的第一通孔12a和位于两侧的第二通孔12b。共用导流件60焊接至共用金属短管40’的内壁，使得第一通孔12a和第二通孔12b均与共用金属短管40’与共用导流件60所围合形成的环形空间连通。

在填充热界面材料时，可以使用换热管3的两端的注入组件来灌注热界面材料，使用中间的注入组件来排出气体；或者，也可以使用换热管3中间的注入组件来灌注热界面材料，而使用两端的注入组件来排出气体。

根据本发明实施例三的换热管3对于提供较大长度的耐腐蚀复合结构换热管尤其有利，因为换热管长度增加时，在内管与外管之间填充热界面材料的难度越大，填充的均匀性也越难保证；而通过将换热管分为多个灌注区段，有助于实施热界面材料的填充，便于换热管制造，也有利于提高换热管的质量，例如通过均匀有效地填充热界面材料提供换热管的换热效率以及工作安全性。

图11示意性地示出了根据本发明实施例三的一种变型的换热管。图11所示的换热管3’与图9所示换热管3具有基本上相同的结构，不同之处仅在于换热管3’包括了更多的灌注区段。可以理解，根据应用场合的需要以及换热管结构的具体情况，换热管可以包括三个及以上的不同数量的灌注区段，并且在进行热界面材料填充时，可以选择使用部分的注入组件用于灌注热界面材料，部分注入组件用于排出气体。

返回参照图1、图5和图8，可以看到在这些图所示示例中，换热管均只包括了一个灌注区段100；然而，应该理解，本发明并不限于此。在根据本发明的其它实施例中，换热管可以包括不止一个灌注区段，这些灌注区段中的至少一个灌注区段可以具有与上述参照图1、图5和图8介绍的换热管的一个灌注区段相同的结构。

此外，尽管没有以图示示出，但是本发明还涉及一种换热器，其包括壳体和设置在壳体内的如上所述的根据本发明实施例的换热管。在一些实施例中，所述换热器为气液换热器，其中换热管内供液体流通，换热管与壳体之间的空间供气体流通。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。