專利名稱：熱交換單元的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種熱交換單元，該熱交換單元包括多個傳熱嵌板，所述傳熱嵌板由金屬薄片形成并且平行地結(jié)合并且彼此形成一體，本發(fā)明尤其涉及這樣一種熱交換單元，在該熱交換單元中具有高壓的熱交換流體可以被引入到傳熱嵌板之間。
背景技術(shù)：
為了提高在高溫流體和低溫流體之間進行熱交換的熱交換器的傳熱系數(shù)以增強熱交換效率，板型熱交換器已經(jīng)常規(guī)地得到廣泛使用。板型熱交換器具有一種結(jié)構(gòu)，在該結(jié)構(gòu)中，形狀為板狀的多個傳熱嵌板以預(yù)定間隔平行地彼此重疊布置，從而形成通道，所述通道通過各個傳熱嵌板分隔。高溫流體和低溫流體交替地在上述通道中流動以通過各個傳染嵌板進行熱交換。日本專利臨時公開No.S53-56748描述了這樣的傳統(tǒng)板型熱交換器的一個例子。
在傳統(tǒng)板型熱交換器中，由彈性材料形成的墊圈元件被設(shè)置在相鄰的兩塊板之間以使它們之間的距離恒定，并且限定用于流體的通道。然而，在所述板之間流動的熱交換器的高壓會導(dǎo)致墊圈的變形，從而使流體之間的適當(dāng)分隔得不到保證，或者導(dǎo)致板之間距離的不利變化。在這樣的情況下，可能無法執(zhí)行有效的熱交換，從而導(dǎo)致問題。鑒于這些事實，傳統(tǒng)熱交換器所存在的缺點在于，熱交換流體僅僅能夠在墊圈元件能夠承受的壓力范圍內(nèi)應(yīng)用。
近來提出了一種熱交換器，該熱交換器具有一種結(jié)構(gòu)，在該結(jié)構(gòu)中，不使用任何墊圈元件，以預(yù)定間隔設(shè)置的金屬薄板在它們的端部通過焊接連接在一起，以將所述板組裝成單一單元，從而在各個板的相對側(cè)上形成用于熱交換流體的通道。作為本發(fā)明人所創(chuàng)造的發(fā)明的一個例子，日本專利臨時公開No.2003-194490描述了一種熱交換單元，在該熱交換單元中由金屬薄板形成的每個傳熱嵌板彼此平行地排列，從而互相分隔，除了一側(cè)之外這些板在它們的周邊被焊接成一個具有開口的聯(lián)合體，并且所述開口由端板封閉。
日本專利臨時公開Nos.S53-56748和2003-194490描述了所述傳統(tǒng)的熱交換器(熱交換單元)。特別地，在后一公開所描述的現(xiàn)有技術(shù)中，一對傳熱嵌板在它們相對的兩側(cè)的平坦部上焊接在一起，因此制備了結(jié)合體部分。與上述同樣的步驟被重復(fù)以制備多個結(jié)合體部分。由此制備的一對結(jié)合體部分在它們另外相對的兩側(cè)的平坦部上焊接在一起，并且與上述相同的步驟被重復(fù)以制備單一結(jié)合體。這樣的單一結(jié)合體被插入到設(shè)在端板中間的開口中，然后，傳熱板和端板被焊接在一起，從而保證了一種狀態(tài)，在該狀態(tài)下形成于傳熱嵌板各側(cè)上的開口彼此分隔。
在傳熱嵌板的平坦部以一種有效的方式主要通過應(yīng)用縫焊而將傳熱嵌板焊接在一起是可能的。然而，當(dāng)一對結(jié)合體部分和另一對結(jié)合體部分焊接在一起的時候，在結(jié)合體部分之間的距離較小的物理限制使縫焊機的焊條不可能到達平坦部，從而導(dǎo)致難以進行縫焊的操作。除了對縫焊不能被應(yīng)用的這樣的區(qū)域使用不同的焊接方法以外別無選擇，從而導(dǎo)致了這樣的問題焊接操作總費時增加，并且與利用縫焊方法的焊接部分相比，利用上述不同類型的焊接方法的焊接部分的強度被減弱。
另外，在端板和傳熱板焊接在一起的情況下，當(dāng)待焊接的一個工件比另一個工件具有相對更小的厚度時，難以自動地控制焊接，原因在于極高的熱量會熔化更小厚度的工件，除非對產(chǎn)生的熱量進行嚴格控制。另外，需要在端板的鋸齒(其沿傳熱嵌板布置)上以及在限定單一結(jié)合體的開口且具有復(fù)雜形狀的端板的部分上將端板水密地連接到傳熱嵌板，從而使傳熱嵌板的流體開口保持在適當(dāng)分隔的狀態(tài)。鑒于這樣的情況，除了使用角焊作為用于這種結(jié)構(gòu)的焊接方法之外別無選擇。然而，需要沿具有復(fù)雜形狀的待焊接部分仔細地執(zhí)行焊接操作，因此導(dǎo)致低工作效率。另外，還存在的問題是所獲得的焊接結(jié)構(gòu)并不具有抵抗熱交換流體的壓力的足夠強度。進一步的問題在于，在焊接操作過程中從焊接部分進入傳熱嵌板的流體開口中的濺射物淀積在傳熱嵌板的表面上，并且會作為在傳熱嵌板之間的空間內(nèi)自由移動的顆粒被保留下來。
在諸如海水這樣的具有高金屬腐蝕性流體被用作熱交換流體的情況下，鈦用作形成傳熱嵌板的材料。由于其高反應(yīng)性，氣體保護電弧焊劑被用于焊接鈦制造的這樣的嵌板。如上所述，在端板和傳熱嵌板的焊接中產(chǎn)生的熱量存在限制，導(dǎo)致除了應(yīng)用TIG焊接之外別無選擇，在TIG焊接中可以對產(chǎn)生的熱量進行精確控制。然而，存在的問題是焊接速度慢，要求待焊接的工件之間的間隙小以便增強待焊接工件的焊接精度，從而導(dǎo)致對焊接造成許多限制，并且總體而言使焊接操作變得費時且費錢。

發(fā)明內(nèi)容
因此用來解決上述問題的本發(fā)明的一個目標是提供一種熱交換單元，在該熱交換單元中，部分地改進了結(jié)合后傳熱嵌板的開口的分隔結(jié)構(gòu)，以允許在結(jié)構(gòu)的部件之間應(yīng)用有效的焊接，并且保證不同流體的通道之間的水密分隔，從而使得在更高的壓力使用熱交換流體成為可能。
為了實現(xiàn)前述目標，本發(fā)明的第一方面的熱交換單元包括多個傳熱嵌板，其由金屬薄片形成并且平行地結(jié)合而彼此形成一體，每個所述傳熱嵌板具有第一和第二熱交換流體將分別接觸的相對表面，第一熱交換流體將通過的第一空間和第二熱交換流體將通過的第二空間交替地被提供，分別與所述第一空間連通以導(dǎo)致第一熱交換流體流入和流出所述第一空間的第一開口以及分別與所述第二空間連通以導(dǎo)致第二熱交換流體流入和流出所述第二空間的第二開口彼此分隔地被提供，其中每個所述傳熱嵌板形成矩形，并且在其外周邊中的至少一對相對側(cè)的一個或多個位置設(shè)有臺階形平坦部，所述臺階形平坦部從周圍區(qū)域凸出；在所述多個傳熱嵌板中，第一空間位于其之間的相鄰兩個傳熱嵌板在除了所述臺階形平坦部之外的相應(yīng)側(cè)水密地焊接在一起并且處于相鄰兩個臺階形平坦部的各個內(nèi)表面彼此面對的狀態(tài)，從而相對的兩個臺階形平坦部之間的第一間隙與所述第一開口連通，第二空間位于其之間的相鄰兩個傳熱嵌板在相鄰的兩個臺階形平坦部的外表面水密地焊接在一起，以提供整體組裝體，在該整體組裝體中彼此平行布置的臺階形平坦部的第一間隙用作所述第一開口；還設(shè)有外部增強元件，該外部增強元件具有多個排成一行的鋸齒，每個鋸齒具有一種形狀，通過該形狀相鄰傳熱嵌板之間的第二間隙基本上在其端側(cè)上的第一空間附近的預(yù)定區(qū)域上被閉合，所述外部增強元件由與傳熱嵌板相同的材料形成并且具有比傳熱嵌板更大的厚度，所述每個鋸齒被插入到第二間隙的所述預(yù)定區(qū)域以沿著傳熱嵌板的結(jié)合方向設(shè)置所述外部增強元件；還設(shè)有內(nèi)部增強元件，該內(nèi)部增強元件具有多個排成一行的鋸齒，每個鋸齒具有一種形狀，通過該形狀相鄰傳熱嵌板之間的第一間隙基本上在其端側(cè)上的第二間隙附近的預(yù)定區(qū)域上被閉合，所述內(nèi)部增強元件由與傳熱嵌板相同的材料形成并且具有比傳熱嵌板更大的厚度，所述每個鋸齒被插入到第一間隙的所述預(yù)定區(qū)域以沿著傳熱嵌板的結(jié)合方向設(shè)置所述內(nèi)部增強元件；所述外部和內(nèi)部增強元件的每個鋸齒在預(yù)定區(qū)域被焊接到傳熱嵌板而在鋸齒和傳熱嵌板之間不形成空隙。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，由金屬薄片形成矩形的每個傳熱嵌板具有形成于傳熱嵌板的兩側(cè)上的臺階形平坦部，并且通過在它們預(yù)定位置焊接相鄰的嵌板而將這樣的傳熱嵌板平行地結(jié)合和彼此形成一體。另外，具有鋸齒的外部增強元件和內(nèi)部增強元件沿著傳熱嵌板的結(jié)合方向被設(shè)置，所述鋸齒具有對應(yīng)于傳熱嵌板的相鄰臺階形平坦部之間的第一空間的內(nèi)側(cè)和外側(cè)的各自的形狀。焊接被應(yīng)用到插入傳熱嵌板之間的各個鋸齒，從而被設(shè)置在相鄰鋸齒之間的傳熱嵌板的各個部分與鋸齒焊接在一起，以密封傳熱嵌板和鋸齒之間的間隙。結(jié)果，在所述空間的端側(cè)上形成了焊接部分，在所述焊接部分中所述增強元件和傳熱嵌板的所述部分牢固地結(jié)合在一起。因此能夠保證一種狀態(tài)，在該狀態(tài)下第一開口和相鄰第二開口在沿傳熱嵌板的結(jié)合方向延伸的各個增強元件的焊接部分彼此水密地分隔。另外，結(jié)合成一個單元的傳熱嵌板的強度可以顯著地增強，從而能夠滿足熱傳遞流體之間的壓力差異較大的情況。而且，各個增強元件的鋸齒被插入到傳熱嵌板之間的空間中以擴大待焊接的部分，然后進行焊接以將它們焊接在一起。因此，可以提高在焊接期間用于供熱的容許量，以使需要大量供熱的高速焊接成為可能，從而顯著提高了焊接效率而不會導(dǎo)致不利的熔合。另外，增強元件形成布置在焊接部分的相對側(cè)上的連續(xù)壁，從而防止焊接期間可能導(dǎo)致的濺射物從焊接部分進入諸如第一開口的開口中。
在本發(fā)明的熱交換單元的第二方面中，可以采用一種結(jié)構(gòu)，在該結(jié)構(gòu)中所述第二空間位于其之間的相鄰熱交換嵌板通過在相鄰兩個臺階形平坦部的外表面上的可焊接區(qū)域進行縫焊而結(jié)合成一聯(lián)合體；內(nèi)增強元件的每個鋸齒具有一個長度，使得鋸齒能夠存在于結(jié)合后的每個臺階形平坦部的兩端的每一端的至少一側(cè)上，縫焊機的焊條不能物理地延伸到所述至少一側(cè)以構(gòu)成不可焊接區(qū)域；應(yīng)用到被插入臺階形平坦部之間的所述間隙中的鋸齒之間的焊接導(dǎo)致傳熱嵌板同時被焊接在一起，所述間隙在所述不可焊接區(qū)域上形成第一開口。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，內(nèi)增強元件的鋸齒的尺寸足夠大使得鋸齒能夠到達不可焊接區(qū)域的那一側(cè)，在所述不可焊接區(qū)域無法通過應(yīng)用縫焊來對傳熱嵌板進行焊接。當(dāng)傳熱嵌板與內(nèi)部和外部增強元件焊接在一起時，傳熱嵌板的不可焊接區(qū)域被同時熔化而進行熔焊，從而產(chǎn)生了從焊接部分延伸到臺階形平坦部的邊緣處的連續(xù)焊接部分。從而，無需在縫焊完成后對未焊接部分施加另外的焊接操作，這就提高了焊接效率。另外，就縫焊部分的強度比較而言，與在縫焊完成后用縫焊之外的其它類型焊接方法對該縫焊部分施加結(jié)合相比，通過傳熱嵌板和增強元件的結(jié)合，可以顯著地提高該縫焊部分的強度，而不會導(dǎo)致其強度的降低。熱交換單元的這樣的總體結(jié)構(gòu)可以滿足熱交換流體之間的壓力差異較高的情況，從而保證用于流體的通道之間的可靠分隔。
在本發(fā)明的熱交換單元的第三方面，所述外部增強元件和/或所述內(nèi)部增強元件可以在與所述鋸齒相對的邊緣設(shè)有基本平坦的凸緣，所述凸緣平行于傳熱嵌板的結(jié)合方向并且與相鄰的兩個傳熱嵌板的第一開口的邊緣相分隔。
根據(jù)本發(fā)明的第三方面，外部增強元件和/或內(nèi)部增強元件在其邊緣具有凸緣，所述凸緣平行于傳熱嵌板的結(jié)合方向從而所述凸緣以與外部增強元件和內(nèi)部增強元件相同的方式分隔結(jié)合的傳熱嵌板的第一空間和第二空間。當(dāng)傳熱嵌板的結(jié)合單元例如通過所述凸緣被固定在外殼中時，可以容易地保證一種狀態(tài)，在該狀態(tài)下第一空間和第二空間以適當(dāng)?shù)姆绞奖舜朔指?。所述單元被傳熱嵌板的其它部分固定，從而提高了所述單元的安裝強度，而且改善了安裝操作。用于所述熱交換單元的制造成本得以顯著降低。
在本發(fā)明的熱交換單元的第四方面中，在所述外部增強元件和所述內(nèi)部增強元件的鋸齒之間應(yīng)用的焊接可以通過弧焊使用鋼絲形自耗焊條執(zhí)行，其中設(shè)有焊條的焊條單元在外部增強元件和內(nèi)部增強元件之間移動，同時在所述焊條和外部增強元件的鋸齒以及內(nèi)部增強元件的鋸齒和傳熱嵌板之間產(chǎn)生電弧，由此外部增強元件的鋸齒、內(nèi)部增強元件的鋸齒和傳熱嵌板用與其相同的材料形成的焊條焊接在一起。
根據(jù)本發(fā)明的第四方面，帶有自耗焊條的弧焊被用于將外部增強元件和內(nèi)部增強元件的鋸齒與傳熱板焊接在一起，以在由與傳熱嵌板相同的材料制造的焊條與鋸齒和傳熱嵌板之間產(chǎn)生電弧，從而增加由電弧導(dǎo)致的供熱，由此允許待焊接的部分快速地熔化并且為待焊接的部分提供熔化量的焊條，以保證其上足夠量的熔化金屬。結(jié)果，僅僅通過沿著簡單的引導(dǎo)線在傳熱嵌板的結(jié)合方向移動焊條單元，能夠以一種可靠的方式進行熔化待焊接部分的操作，從而使焊接操作的效率得以顯著提高，并且能夠?qū)崿F(xiàn)自動焊接。
在本發(fā)明的熱交換單元的第五方面，熱交換單元可以進一步包括側(cè)向密封元件，該側(cè)向密封元件沿傳熱嵌板的結(jié)合方向水密地連接到焊接在一起的傳熱嵌板的最外層傳熱嵌板的所述臺階形平坦部的外表面和所述外部增強元件以及所述內(nèi)部增強元件的各個邊緣，以防止第二熱交換流體從所述最外層傳熱嵌板的一側(cè)流入到所述第一開口中。
根據(jù)本發(fā)明的第五方面，所述側(cè)向密封元件被布置成與結(jié)合成所述單元的傳熱嵌板的最外層臺階形平坦部的表面形成一體，并且沿著傳熱嵌板的結(jié)合方向與外部和內(nèi)部增強元件的各個邊緣形成一體，結(jié)果能夠保證也在相對側(cè)上的第一開口以與這樣的增強元件相同的方式與所述增強元件分隔。因此，當(dāng)傳熱嵌板的結(jié)合單元例如被固定在外殼中時，將焊接操作應(yīng)用到這樣的側(cè)向密封元件是可能的。不需要直接執(zhí)行關(guān)于傳熱嵌板的連接的連接操作，因此，在第一和第二開口之間進行固定時，不僅在可操作性方面提供了良好效果，而且提供了良好的分隔效果。另外，不僅能夠提高安裝強度，而且能夠提高單元本身的強度，從而可以適應(yīng)具有更高壓力的熱交換流體。
在本發(fā)明的熱交換單元的第六方面，所述側(cè)向密封元件在其遠離側(cè)向密封元件與所述傳熱嵌板的連接部分的邊緣設(shè)有基本平坦的凸緣，該凸緣相對于第一開口向外或向內(nèi)延伸預(yù)定長度。
根據(jù)本發(fā)明的第六方面，側(cè)向密封元件在其邊緣具有平行于傳熱嵌板的所述邊緣的凸緣，從而所述凸緣以與側(cè)向密封元件相同的方式分隔第一空間和傳熱嵌板的所述側(cè)部。當(dāng)傳熱嵌板的結(jié)合單元例如通過所述凸緣固定到外殼中時，能夠容易地保證一種狀態(tài)，在該狀態(tài)下第一空間和第二空間以適當(dāng)?shù)姆绞奖舜朔指?。所述單元被傳熱嵌板的另一部分固定，從而提高了所述單元的安裝強度并且改善了安裝操作。用于熱交換單元的制造成本得以顯著降低。


圖1是顯示根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的熱交換單元的側(cè)視圖；圖2是顯示根據(jù)本發(fā)明的所述實施方案的熱交換單元的平面圖；圖3是顯示根據(jù)本發(fā)明的所述實施方案的熱交換單元的基本元件的放大圖，其中傳熱嵌板和增強元件還未被焊接在一起；圖4是根據(jù)本發(fā)明的所述實施方案的熱交換單元的傳熱嵌板的結(jié)合狀態(tài)的立體圖；圖5是顯示焊接步驟之前的一種狀態(tài)的描述圖，在該狀態(tài)下增強元件被設(shè)置在根據(jù)本發(fā)明的所述實施方案的熱交換單元的傳熱嵌板上；圖6(A)是在焊接步驟之前根據(jù)本發(fā)明的所述實施方案的熱交換單元的外部增強元件的部分平面圖；圖6(B)是外部增強元件的部分立體圖；圖7(A)是在焊接步驟之前根據(jù)本發(fā)明的所述實施方案的熱交換單元的內(nèi)部增強元件的部分平面圖；圖7(B)是內(nèi)部增強元件的部分立體圖；圖8(A)是顯示一種狀態(tài)的描述性平面圖，在該狀態(tài)下根據(jù)本發(fā)明的另一實施方案的熱交換單元的凸緣被設(shè)置就位，圖8(B)是顯示上述狀態(tài)的描述性側(cè)視圖；
圖9(A)是顯示另一種狀態(tài)的描述性平面圖，在該狀態(tài)下根據(jù)本發(fā)明的另一實施方案的熱交換單元的所述凸緣被設(shè)置就位，圖9(B)是顯示上述狀態(tài)的描述性側(cè)視圖；圖10是根據(jù)本發(fā)明的另一實施方案的熱交換單元的所述凸緣的立體圖；圖11是顯示根據(jù)本發(fā)明的另一實施方案的熱交換單元的所述凸緣的平面圖；和圖12是顯示根據(jù)本發(fā)明的另一實施方案的熱交換單元的第二空間中的流體的流動的描述圖。
具體實施方案現(xiàn)在，將參考圖1-7在下面具體描述本發(fā)明的實施方案。圖1是顯示根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的熱交換單元的側(cè)視圖；圖2是顯示根據(jù)本發(fā)明的所述實施方案的熱交換單元的平面圖；圖3是顯示根據(jù)本發(fā)明的所述實施方案的熱交換單元的基本元件的放大圖，其中傳熱嵌板和增強元件還未被焊接在一起；圖4是根據(jù)本發(fā)明的所述實施方案的熱交換單元的傳熱嵌板的結(jié)合狀態(tài)的立體圖；圖5是顯示焊接步驟之前的一種狀態(tài)的描述圖，在該狀態(tài)下增強元件被設(shè)置在根據(jù)本發(fā)明的所述實施方案的熱交換單元的傳熱嵌板上；圖6(A)是在焊接步驟之前根據(jù)本發(fā)明的所述實施方案的熱交換單元的外部增強元件的部分平面圖；圖6(B)是外部增強元件的部分立體圖；圖7(A)是在焊接步驟之前根據(jù)本發(fā)明的所述實施方案的熱交換單元的內(nèi)部增強元件的部分平面圖；圖7(B)是內(nèi)部增強元件的部分立體圖。
從這些圖中可以清楚地看出，根據(jù)本發(fā)明的所述實施方案的熱交換單元1包括由金屬薄片形成矩形的傳熱嵌板10；外部增強元件20，每個外部增強元件由厚金屬板形成并且具有鋸齒21；和內(nèi)部增強元件30，每個內(nèi)部增強元件由厚金屬板形成并且具有鋸齒31。傳熱嵌板10平行地焊接且彼此形成一體，增強元件20、30的鋸齒21、31被插入到各個相鄰的傳熱嵌板10之間的間隙中并且與這些嵌板焊接在一起。
通過使矩形的金屬薄片經(jīng)歷利用壓力成形機(未示出)的擠壓成形步驟而獲得每個傳熱嵌板10，從而傳熱區(qū)域11形成于金屬薄片的中心部分，臺階形平坦部12形成于預(yù)定位置，即圍繞所述傳熱區(qū)域11的金屬片的外周邊的一對相對側(cè)，而平坦部13形成于其另一對相對側(cè)上。上述具有不規(guī)則的優(yōu)化結(jié)構(gòu)的傳熱區(qū)域11包括相對表面，高溫和低溫流體分別沿著所述相對表面流動以在它們之間進行熱交換。包括其熱交換性能優(yōu)良的波形交叉部分和冷凝水可以通過其快速地排放的凹槽的這樣的不規(guī)則結(jié)構(gòu)是公知的。因此省略了這種結(jié)構(gòu)的描述。
在傳熱嵌板10的結(jié)合狀態(tài)下，在相鄰兩個傳熱區(qū)域11之間第一熱交換流體所流過的第一開口和在相鄰兩個傳熱區(qū)域11之間第二熱交換流體所流過的第二開口交替地布置。第一空間位于其之間的一對傳熱嵌板10在除了所述臺階形平坦部12之外的相應(yīng)側(cè)水密地焊接在一起并且處于相鄰兩個臺階形平坦部12的各個內(nèi)表面彼此面對的狀態(tài)，從而制備結(jié)合體部分。重復(fù)與上述相同的步驟以制備多個結(jié)合體部分(即，單元部分70)。一對結(jié)合體部分在傳熱嵌板10的相對側(cè)上的相鄰兩個臺階形平坦部12的各自外表面被水密地焊接在一起，重復(fù)與上述相同的步驟以制備單一結(jié)合體。
在傳熱嵌板10的此結(jié)合體的末端，形成于各個相鄰的兩個臺階形平坦部12之間的間隙與第一熱交換流體流進或流出的開口連通，從而形成第一開口50。另外，在其另一側(cè)上形成于各個相鄰的兩個傳熱嵌板10之間的間隙與第二熱交換流體流進或流出的開口連通，在所述間隙中不存在形成第一開口50的臺階形平坦部12，從而形成第二開口60。
外部增強元件20由具有比傳熱嵌板10的材料更厚的板形材料制造，并且沿著平行于材料的縱向方向延伸的彎曲線彎曲。外部增強元件20在其彎曲部的邊緣設(shè)有鋸齒21，在第一開口50的附近，所述鋸齒可配合結(jié)合在一起的傳熱嵌板10之間的第二空間的各個末端延伸預(yù)定區(qū)域的形狀。
外部增強元件20在與鋸齒21相對的邊緣設(shè)有延伸部分，該延伸部分沿著傳熱嵌板10的開口方向延伸預(yù)定長度。這樣的延伸部分在其邊緣設(shè)有平凸緣22，該平凸緣與所述延伸部分形成一體以平行于加熱嵌板10的結(jié)合方向并遠離第一開口50的所述側(cè)上的傳熱嵌板10的末端而被設(shè)置在第一開口的前側(cè)上。凸緣22被用作手柄元件，該手柄元件將被操作者用他/她的手握住以移動傳熱嵌板10的結(jié)合單元，以及被用作安裝元件，該安裝元件將被固定到用于熱交換單元的外殼(未示出)。
內(nèi)部增強元件30由具有比傳熱嵌板10的材料更厚的板形材料制造，并且沿著平行于材料的縱向方向延伸的彎曲線彎曲。內(nèi)部增強元件30在其彎曲部的邊緣設(shè)有鋸齒31，所述鋸齒可配合在形成第一開口50的傳熱嵌板10的間隙之間延伸預(yù)定區(qū)域的形狀。
外部增強元件20的鋸齒21被插入到第一開口50附近的傳熱嵌板10的第二空間中，內(nèi)部增強元件30的鋸齒31被插入到傳熱嵌板10的第一開口50中。傳熱嵌板10在它們的周邊被焊接到由此插入的鋸齒21、31以將傳熱嵌板10以及外部和內(nèi)部增強元件20、30結(jié)合為所述單元。
當(dāng)外部增強元件20的鋸齒21和內(nèi)部增強元件30的鋸齒31被插入到傳熱嵌板10之間的間隙中時，這些鋸齒21、31到達各自的更深位置，所述更深位置足夠遠離傳熱嵌板10的所述邊緣(見圖5)，從而保證了鋸齒21、31與傳熱嵌板10具有大的總接觸區(qū)域，因此防止了接觸區(qū)域由于焊接期間的熱量而容易地被熔化。
側(cè)向密封元件40的由與外部增強元件20和內(nèi)部增強元件30相同的板形材料形成。這樣的側(cè)向密封元件40沿著傳熱嵌板的結(jié)合方向水密地連接到焊接在一起的傳熱嵌板的最外層傳熱嵌板10的臺階形平坦部12的外表面以及外部增強元件20和內(nèi)部增強元件30的各個邊緣，以防止第二熱交換流體從最外層傳熱嵌板的一側(cè)流入到第一開口中。
現(xiàn)在，將在下面描述組裝根據(jù)本發(fā)明的所述實施方案的熱交換單元的方法。從壓力成形流水線卸下的傳熱嵌板10被設(shè)置在以同樣方式制備的另一傳熱嵌板10上，其中在該壓力成形流水線中使用壓力成形機(未示出)應(yīng)用擠壓成形步驟，從而它們的內(nèi)表面彼此面對并且前者的頂側(cè)面對著后者的底側(cè)。當(dāng)傳熱嵌板10以這樣的方式被設(shè)置到另一傳熱嵌板上時，除了臺階形平坦部12，它們在它們的平坦部13彼此接觸，從而在其傳熱區(qū)域11之間形成間隙，流體可以通過所述間隙流動。
由此結(jié)合的兩個傳熱嵌板10沿著橫向方向在用作焊接部分的傳熱嵌板的所述邊緣上的各側(cè)的平坦部13的部分上進行縫焊，從而制備結(jié)合體部分70，在所述結(jié)合體部分中傳熱嵌板通過縫焊部分13a被連接。相對的傳熱區(qū)域11之間的間隙，即第一空間形成于結(jié)合體部分70的傳熱嵌板10之間。未焊接的臺階形平坦部12之間的間隙形成與第一空間連通的第一開口50(見圖4)。
這樣的結(jié)合體部分70被設(shè)置在以相同方式制備的另一結(jié)合體部分70上，從而在結(jié)合體部分70的傳熱嵌板的末端的臺階形平坦部12彼此接觸。所述間隙形成于結(jié)合體部分70的相對傳熱區(qū)域11之間，從而流體可以在所述間隙中流動。
這兩個結(jié)合體部分70在相對傳熱區(qū)域11的臺階形平坦部12被縫焊為一個單元。由此縫焊的所述結(jié)合體部分70在所述結(jié)合體部分70之間提供了第二空間，并且在橫向方向在它們的末端的其非焊接部分之間的間隙形成與第二空間連通的第二開口60(見圖4)。臺階形平坦部12之間的間隙對于縫焊機的焊條來說太窄以至于不能物理地到達臺階形平坦部12的相對側(cè)以接觸到那里。因此不可焊接區(qū)域在預(yù)定長度上保留在縫焊部分12a的相對側(cè)上，因此尚未提供這樣一種狀態(tài)，在該狀態(tài)下相鄰傳熱嵌板10完全被連接而在它們之間沒有任何間隙。
相同的焊接被應(yīng)用到剩余的結(jié)合體部分70以制備單一結(jié)合體，在該單一結(jié)合體中所述的結(jié)合體部分70被焊接在一起。然后，外部增強元件20的鋸齒21被插入到傳熱嵌板10之間的第一空間中，內(nèi)部增強元件30的鋸齒31被插入到傳熱嵌板之間的第二空間中。在這樣的狀態(tài)下，諸如MIG焊接這樣的利用自耗焊條的弧焊被應(yīng)用到增強元件20、30的各個鋸齒21、31之間以將它們與傳熱嵌板10的邊緣焊接在一起。
在利用自耗焊條的弧焊操作中，供熱隨著熔化焊條量的增加而增加。在焊接期間，當(dāng)沿著傳熱嵌板10的結(jié)合方向直線地移動或者在外部增強元件20和內(nèi)部增強元件30之間曲折地移動帶有焊條鋼絲的焊條單元時，其中的焊條鋼絲由與傳熱板10相同的材料形成，具有比傳熱嵌板10更大的厚度、并且被設(shè)置在傳熱嵌板10的相對表面上的鋸齒21、31可以承受高供熱。結(jié)果，實現(xiàn)增強元件20、30平滑地焊接到傳熱嵌板10而不完全熔化傳熱嵌板10是可能的，從而導(dǎo)致了良好的焊接可操作性。另外，傳熱嵌板10和增強元件20、30牢固地焊接在一起，從而提供了高焊接強度。在該階段，以臺階形平坦部12的相對側(cè)上的不可焊接區(qū)域的形式留下的傳熱嵌板10的部分熱粘結(jié)到內(nèi)部增強元件30的鋸齒31，在它們之間不存在空隙。增強元件20、30以連續(xù)壁的形式設(shè)在焊接區(qū)域的相對側(cè)上。結(jié)果，即使在這樣的焊接操作期間濺射物從焊接區(qū)域噴濺出來，上述連續(xù)壁也能夠防止所述濺射物進入到諸如第一開口50的開口中。如此可以防止濺射物對傳熱區(qū)域和流體通道的不良影響。
然后，側(cè)向密封元件40沿著傳熱嵌板10的結(jié)合方向被設(shè)置到最外層傳熱嵌板10的邊緣上以及增強元件20、30的邊緣上并且與它們焊接在一起，從而制造出帶有薄板形式的傳熱嵌板10的作為成品的熱交換單元1。在作為熱交換單元1(傳熱嵌板10被焊接在其中)的這樣的結(jié)合狀態(tài)下，通過將第一開口50附近的傳熱嵌板10的邊緣焊接到增強元件20、30，保證第一開口50和第二開口60之間的完全分隔而不在它們之間形成任何空隙是可能的。當(dāng)?shù)谝粺峤粨Q流體通過第一開口50流進或流出第一空間、并且第二熱交換流體通過第二開口60流進或流出關(guān)于各個傳熱嵌板10與第一空間相對的第二空間時，在第一和第二熱交換流體之間進行熱交換。
通過在利用熱交換單元1的熱交換器的制造中修改開口和外殼(即殼)之間的連接，在增強元件20、30所布置的位置中第一和第二開口之間的完全分隔能夠以容易和靈活的方式實現(xiàn)熱交換流體的入口和出口的設(shè)計，從而滿足各種目的的熱交換。當(dāng)所述單元真正地安裝到外殼中時，前者通過與外部增強元件20形成一體的凸緣22固定到后者，從而增加了安裝強度，并且使得安裝操作可以被容易地執(zhí)行。在安裝狀態(tài)下當(dāng)在外部增強元件20和側(cè)向密封元件40和圍繞它們的外殼之間保持水密密封條件時，能夠保證第一開口50和用于第二熱交換流體的所述單元的其它區(qū)域完全分隔。
根據(jù)基于本發(fā)明的所述實施方案的熱交換單元，由金屬薄片形成的每個矩形的傳熱嵌板10在其兩側(cè)設(shè)有臺階形平坦部12，這些傳熱嵌板10在它們的預(yù)定位置被焊接成一個單元，在該單元中傳熱嵌板10彼此平行地結(jié)合，具有鋸齒21、31的外部增強元件20和內(nèi)部增強元件30在傳熱嵌板的結(jié)合方向被設(shè)置在傳熱嵌板10上，其中鋸齒21、31具有匹配傳熱嵌板的第一開口50和第二開口60的各自形狀，該鋸齒21、31被插入到第一和第二開口50、60并且被焊接到傳熱嵌板10，從而傳熱嵌板10中被保持在相鄰鋸齒21、31之間的部分與增強元件20、30熔合在一起，以密封它們之間的空隙。因此，可以提供焊接區(qū)域，在該焊接區(qū)域中傳熱嵌板10和增強元件20、30在第一開口50的所述側(cè)上彼此緊密地連接。因此在沿著傳熱嵌板10的結(jié)合方向延伸的增強元件20、30的焊接位置能夠保證第一開口50和第二開口60之間的完全水密分隔。另外，結(jié)合成所述單元的傳熱嵌板10的強度可以顯著地增強，從而滿足熱交換流體之間的壓力差較大的情況。
在根據(jù)本發(fā)明的上述實施方案的熱交換單元中，凸緣22設(shè)在外部增強元件20的邊緣，從而在傳熱嵌板10之間的間隙之上向外延伸。然而，凸緣22可以被設(shè)置在增強元件20、30與傳熱嵌板10的焊接部分之上，如圖8(A)和8(B)中所示。在這種情況下，可以使傳熱嵌板10之間的間隙上被凸緣22以及增強元件20、30與傳熱嵌板10焊接的部分所覆蓋的區(qū)域被最小化，從而控制經(jīng)過傳熱嵌板10之間的熱交換流體的流動的影響。作為另一選擇，內(nèi)部增強元件30可以沿著傳熱嵌板10的開口的開口方向從相對端向鋸齒31延伸一段預(yù)定長度，并且凸緣32可以與內(nèi)部增強元件30的所述延伸端形成一體，如圖9(A)和9(B)所示。在該情況下，凸緣32不是與外部增強元件20形成一體，而是與內(nèi)部增強元件30形成一體。為了實現(xiàn)這些結(jié)構(gòu)，需要外部增強元件20或內(nèi)部增強元件30最初從凸緣22或32分離，然后，增強元件20、30的鋸齒21、31被焊接到傳熱嵌板10，再然后，板形的凸緣22或32被固定到外部增強元件20或內(nèi)部增強元件30的邊緣，從而被設(shè)置在焊接部分之上。
在根據(jù)本發(fā)明的所述實施方案的熱交換單元中，凸緣22設(shè)在外部增強元件20的邊緣從而向外延伸。另外，側(cè)向密封元件40可以在其邊緣可以設(shè)有凸緣41，如圖10所示。上述凸緣41可以被焊接到外部增強元件20的凸緣22以形成框架。當(dāng)結(jié)合嵌板的單元被安裝到外殼中時，能夠保證通過框架將前者固定到后者，從而用足夠的強度保證第一開口50和第二開口60之間容易地完全分隔。
在根據(jù)本發(fā)明的所述實施方案的熱交換單元中，第一熱交換流體將通過其被引入到傳熱嵌板10之間的第一開口50，沿單元的縱向方向被布置在所述單元的相對側(cè)上，第二開口60沿單元橫向方向被布置在所述單元的相對側(cè)上，從而通過傳熱嵌板10彼此分隔的第一和第二熱交換流體的流動方向相交成直角。然而，本發(fā)明并不僅僅局限于這樣的實施方案?？梢圆捎靡环N結(jié)構(gòu)，在該結(jié)構(gòu)中在傳熱嵌板10的邊緣的臺階形平坦部14的位置被改變，以沿單元的縱向方向?qū)⒌谝缓偷诙_口51、61布置到單元的相同的相對側(cè)上，類似的增強元件20、30在第一開口51鄰近第二開口61的區(qū)域被焊接到傳熱嵌板10，從而保證了第一開口51從第二開口61的完全分隔而不會形成連接它們以允許流體從單元的相對側(cè)被引入或排出的任何空隙，如圖11所示。在該情況下，可以基于并行流動系統(tǒng)或逆向流動系統(tǒng)在第一和第二熱交換流體之間的流動關(guān)系中進行熱交換。
在根據(jù)本發(fā)明的所述實施方案的熱交換單元中，在它們的整個面積上，第一開口50沿單元的縱向方向被布置在單元的相對側(cè)上，而第二開口60沿單元的橫向方向被布置在單元的相對側(cè)上，從而第二熱交換流體在基于交叉流動系統(tǒng)的第一和第二熱交換流體的流動關(guān)系中沿單元的橫向方向流動。然而，本發(fā)明并不僅僅局限于這樣的實施方案?？梢圆捎靡环N結(jié)構(gòu)，在該結(jié)構(gòu)中，應(yīng)用了與本發(fā)明的上述實施方案所描述的沿單元的縱向方向位于單元的相對側(cè)上以構(gòu)成傳熱嵌板10的第一開口的結(jié)構(gòu)構(gòu)件相同的結(jié)構(gòu)部件，為了沿單元的橫向方向形成單元的相對端，臺階形平坦部15在預(yù)定長度上設(shè)在傳熱嵌板10的所述側(cè)的中心部分，通過傳熱嵌板10焊接到單元中而與臺階形平坦部15形成一體的焊接部分15a限制了第二開口的面積，四組第二開口62、63彼此獨立地設(shè)在單元的各個拐角處，如圖12所示。在該情況下，第二熱交換流體沿縱向方向從位于單元末端的第二開口62的各個組流動到位于單元另一末端的第二開口62的各個組，從而第二熱交換流體在單元的橫向方向從第二開口62、63被引入或排出，同時所述流體在用于傳熱嵌板10的第二空間80之間沿單元的縱向方向流動(如圖12中的實線箭頭所示)。因此，基于并行流動系統(tǒng)和逆向流動系統(tǒng)，可以在第一熱交換流體和第二熱交換流體之間的流動關(guān)系中進行熱交換，所述第一熱交換流體在傳熱嵌板10之間在它們的內(nèi)側(cè)上(如圖12中的虛線箭頭所示)流動。
在根據(jù)本發(fā)明的所述實施方案的熱交換單元中，諸如MIG焊接這樣的利用自耗焊條的弧焊被應(yīng)用在增強元件20、30的各個插入鋸齒21、31之間以將它們與傳熱嵌板10的邊緣焊接在一起。然而，本發(fā)明并不局限于這樣的實施方案。為了進行焊接，可以應(yīng)用另一種類型的焊接方法，例如TIG焊接，該焊接方法可以與MIG焊接等量的供熱并且提供合適量的填料，從而執(zhí)行增強元件20、30和傳熱嵌板10的平滑焊接。
權(quán)利要求
1.一種熱交換單元，包括多個傳熱嵌板，其由金屬薄片形成并且平行地結(jié)合而彼此形成一體，每個所述傳熱嵌板具有第一和第二熱交換流體將分別接觸的相對表面，第一熱交換流體將通過的第一空間和第二熱交換流體將通過的第二空間交替地被被提供，分別與所述第一空間連通以導(dǎo)致第一熱交換流體流入和流出所述第一空間的第一開口以及分別與所述第二空間連通以導(dǎo)致第二熱交換流體流入和流出所述第二空間的第二開口彼此分隔地被提供，其中每個所述傳熱嵌板形成矩形，并且在其外周邊中的至少一對相對側(cè)的一個或多個位置設(shè)有臺階形平坦部，所述臺階形平坦部從其周圍區(qū)域凸出；在所述多個傳熱嵌板中，第一空間位于其之間的相鄰兩個傳熱嵌板在除了所述臺階形平坦部之外的相應(yīng)側(cè)水密地焊接在一起并且處于相鄰兩個臺階形平坦部的各個內(nèi)表面彼此面對的狀態(tài)，從而相對的兩個臺階形平坦部之間的第一間隙與所述第一開口連通，第二空間位于其之間的相鄰兩個傳熱嵌板在相鄰的兩個臺階形平坦部的外表面水密地焊接在一起，以提供整體組裝體，在該整體組裝體中彼此平行布置的臺階形平坦部之間的第一間隙用作所述第一開口；還設(shè)有外部增強元件，該外部增強元件具有多個排成一行的鋸齒，每個鋸齒具有一種形狀，通過該形狀相鄰傳熱嵌板之間的第二間隙基本上在其端側(cè)上的第一空間附近的預(yù)定區(qū)域上被閉合，所述外部增強元件由與傳熱嵌板相同的材料形成并且具有比傳熱嵌板更大的厚度，所述每個鋸齒被插入到第二間隙的所述預(yù)定區(qū)域以沿著傳熱嵌板的結(jié)合方向設(shè)置所述外部增強元件；還設(shè)有內(nèi)部增強元件，該內(nèi)部增強元件具有多個排成一行的鋸齒，每個鋸齒具有一種形狀，通過該形狀相鄰傳熱嵌板之間的第一間隙基本上在其端側(cè)上的第二間隙附近的預(yù)定區(qū)域上被閉合，所述內(nèi)部增強元件由與傳熱嵌板相同的材料形成并且具有比傳熱嵌板更大的厚度，所述每個鋸齒被插入到第一間隙的所述預(yù)定區(qū)域以沿著傳熱嵌板的結(jié)合方向設(shè)置所述內(nèi)部增強元件；并且所述外部和內(nèi)部增強元件的每個鋸齒在預(yù)定區(qū)域被焊接到傳熱嵌板而在鋸齒和傳熱嵌板之間不形成空隙。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱交換單元，其中所述第二空間位于其之間的相鄰熱交換嵌板通過在相鄰兩個臺階形平坦部的外表面上的可焊接區(qū)域進行縫焊而結(jié)合成一聯(lián)合體；內(nèi)增強元件的每個鋸齒具有一個長度，使得鋸齒能夠存在于結(jié)合后的每個臺階形平坦部的兩端的每一端的至少一側(cè)上，縫焊機的焊條不能物理地延伸到所述至少一側(cè)以構(gòu)成不可焊接區(qū)域；并且應(yīng)用到被插入臺階形平坦部之間的第一間隙中的鋸齒之間的焊接導(dǎo)致傳熱嵌板同時被焊接在一起，所述第一間隙在所述不可焊接區(qū)域上形成第一開口。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的熱交換單元，其中所述外部增強元件和/或所述內(nèi)部增強元件在與所述鋸齒相對的邊緣設(shè)有基本平坦的凸緣，所述凸緣平行于傳熱嵌板的結(jié)合方向并且與相鄰的兩個傳熱嵌板的第一開口的邊緣相間隔。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的熱交換單元，其中在所述外部增強元件和所述內(nèi)部增強元件的鋸齒之間應(yīng)用的焊接通過弧焊使用鋼絲形自耗焊條執(zhí)行，其中帶有焊條的焊條單元在外部增強元件和內(nèi)部增強元件之間移動，同時在所述焊條和外部增強元件的鋸齒以及內(nèi)部增強元件的鋸齒和傳熱嵌板之間產(chǎn)生電弧，由此外部增強元件的鋸齒、內(nèi)部增強元件的鋸齒和傳熱嵌板用與其相同的材料形成的焊條焊接在一起。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的熱交換單元，進一步包括側(cè)向密封元件，該側(cè)向密封元件沿傳熱嵌板的結(jié)合方向水密地連接到焊接在一起的傳熱嵌板的最外層傳熱嵌板的所述臺階形平坦部的外表面和所述外部增強元件以及所述內(nèi)部增強元件的各個邊緣，以防止第二熱交換流體從所述最外層傳熱嵌板的一側(cè)流入到所述第一開口中。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的熱交換單元，其中所述側(cè)向密封元件在其遠離側(cè)向密封元件與所述傳熱嵌板的連接部分的邊緣設(shè)有基本平坦的凸緣，該凸緣相對于第一開口向外或向內(nèi)延伸預(yù)定長度。
全文摘要
一種熱交換單元，其由設(shè)有臺階形平坦部的矩形傳熱嵌板組成，所述傳熱嵌板彼此平行地結(jié)合而形成一體以形成第一和第二空間。具有各自的鋸齒的外部和內(nèi)部增強元件被焊接到嵌板，從而鋸齒被插入到傳熱嵌板之間的空隙中。外部和內(nèi)部增強元件由與傳熱嵌板相同的材料制造并且具有比傳熱嵌板更厚的厚度，從而承受在焊接期間給定的高供熱。由焊接導(dǎo)致的供熱得以增加以允許傳熱嵌板的部分快速地熔化。
文檔編號F28F3/08GK1746606SQ20051010242
公開日2006年3月15日 申請日期2005年9月6日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月9日
發(fā)明者松崎豊明, 渡邊太郎 申請人:株式會社聚源