[发明专利]热交换器管的使用

说明书

本文所述的发明涉及到一种由铜合金制成的热交换器管道的使用方法。

含有氯元素的安全冷却剂(FCKW)因其对臭氧层的破坏性而被不含氯的产品(HFKW)所取代，然而在这之后，关于该产品极有可能造成温室效应的争论之声骤起。因此，天然冷却剂更多地进入了人们的视线，CO₂首当其冲。

CO₂作为天然冷却剂，不会造成对臭氧层的破坏，也不是直接引发温室效应的罪魁祸首。相对于今天在欧洲大行其道的HFKW(无氯)安全冷却剂，它是在生态上具有吸引力的、在考虑到使用情况和基本条件时的一种经济的选择。

制冷技术中，NH₃(氨气)制冷机的运转使用已为人所熟知，其中CO₂蒸发器和冷凝器应用于低于临界状态的运行中，另外，针对跨越临界状态的CO₂制冷过程和热抽吸，其中蒸发器将低于CO₂的临界状态工作，而与冷凝器搭配的气体冷凝机则会高于该状态运行。

尤其在关于气体冷凝机的后一种情况下，CO₂冷却剂的工作区域将处于高达130巴的压力之下，远远大于通常在使用FCKW(含氯)和HFKW(无氯)安全冷却剂时最高35巴的压力。即使对于蒸发器来说，使用情况所允许的压力也需要达到50巴，尤其是当计划使用热气除霜时。

这样的压力需求通过Cu-DHP材质的铜管难以实现，该种材质通常被用于以FCKW(含氯)和HFKW(无氯)安全冷却剂控制的热交换器中，因为当管壁厚度很大时，将相应地对加工造成不良影响，尤其针对延展和弯曲，影响还体现在热交换器管道的重量和配件价格上。取而代之的是当今的技术状况，将热镀锌的钢或不锈钢材质的管道投入使用，以便相对容易地掌控上文提到的压力。

但是至今所使用的钢质或不锈钢质的管道与铜管相比，在可加工性、经济效益和价格方面均呈现出明显的劣势，因此在该发明的基础上还有一项任务，即寻找其它可能的解决方式，以便在高压状态和管壁较薄的情况下，也能够使用铜合金材料。

权利要求1提到的特征描述了该项发明。其它不同的要求则涉及到该发明优越的制造和再造性能。

本发明包含下述技术工艺，将铜合金材质的热交换器管道用作在CO₂环境下工作的冷却机或热泵的气体冷却器、冷凝器或蒸发器的管道，该管道含有：合金成分(按照重量百分比)铁0.05-3％，磷0.01-0.15％；任选锌0.05-0.2％，锡0.02-0.05％；其余的是铜；以及不可避免的杂质。

本发明出于这样的考虑，即下述热交换器管道的使用，该管道内侧大部分是平整的或具有一定结构的表面，应用于在CO₂环境下工作的冷却机或热泵的气体冷却器、冷凝器或蒸发器中。与此相关的“内侧大部分是平整的”这一概念同样适用于焊接而成的表面。工作时，反应介质CO₂在热交换器管道内侧流动，并根据特殊使用情况下的温度条件而呈现出压力状态，该状态明显区别于已知的对FCKW(含氯)和HFKW(无氯)安全冷却剂而言的压力，并对所使用的管道的受压稳定性提出了较高的要求。

至今在相应的使用情况中，优先选择的还是不锈钢和钢材。因为基于压力状态和所需的较大管壁厚度，在制冷/气候技术中很常见的Cu-DHP材质的铜管体现出较高的价格劣势。

本发明特殊的优点在于，符合该项发明的具有较高强度的铜合金，在高压状态下也允许以较小的管壁厚度的形式存在，显著节约材料将成为可能，并将实现重量和价格上的优势。此种铜合金在加工过程中显示出卓越的性能，尤其在延展、弯曲和焊接方面。

在本项发明的优选结构中，热交换器管道的直径可以在3-16毫米的范围内。与之相关，管壁厚度和热交换器管道直径的比例将优选在0.025至0.08的范围内。由此得出这样的管壁厚度，该厚度与当今在HFKW(无氯)安全冷却剂上常用的Cu-DHP材质的铜管在相似的尺寸范围内，预期在深加工方面具有极好的特性。

在优选的再造过程中，管道材料显示出超过160牛/平方毫米(N/mm²)的延展限度R_pO，2。其它优势还有，管道材料具有超过300牛/平方毫米(N/mm²)的抗拉强度R_m。由此得出这样的结论，比如对于一根外直径为9.52毫米、工作压力为130巴的管道来说，必要的管壁厚度至多为0.55毫米，同时相对于Cu-DHP材质的管道可节约超过40％的材料。