專利名稱：具有焊接熱交換板的熱交換器的制作方法
具有焊接熱交換板的熱交換器
本發(fā)明涉及具有焊接熱交換板的熱交換器，其用于實(shí)現(xiàn)第 一流體和 第二流體之間的熱交換。
主要通過同一發(fā)明人的歐洲專利EP0639258B1，已知緊湊結(jié)構(gòu)的具 有焊接的熱交換板的熱交換器，其商品名為"HEATEX，，(注冊商標(biāo))，該 熱交換器包括預(yù)先沖壓的金屬板，該金屬板通過在兩個相對側(cè)進(jìn)行焊接 被成對裝配，從而形成疊加的模塊元件，該模塊元件分別界定出用于第 一流體和第二流體的兩個獨(dú)立通路。如此連接的所有板形成具有矩形水 平截面的熱交換區(qū)，總體上是平行六面體，其被裝配至四個支柱或角立 柱，所述支柱或角立柱屬于所述熱交換器的框架。疊加的模塊元件的開 口端通過互相并排;改置,皮焊接在開口的邊緣，開口位于熱交換區(qū)的相對 的垂直連接壁中。熱交換器通過四個側(cè)門關(guān)閉，所述側(cè)門用螺釘檸在所 述框架的立柱上并且可容易地卸下來，以進(jìn)行維^修。
具體而言，歐洲專利EP 0639258 Bl提供了這樣的方案，其消除了在 一方面由所有疊加板構(gòu)成的熱交換區(qū)和另 一方面的框架之間的膨脹應(yīng)力 差，所述應(yīng)力由"角槽(goutt化res d，angle)"引起，角槽被固定至前述的 連接壁，并部分環(huán)繞框架的立柱，具有相對滑動的可能性。
由于這些設(shè)置，根據(jù)歐洲專利EP 0639258 Bl的熱交換器具有在溫度 性能方面的相對于以前已知的具有焊接板的熱交換器的實(shí)施方式的有利 特點(diǎn)，如在歐洲專利申請EP 0165179A和EP 0186592A中所描述的那些 熱交換器。
然而，根據(jù)歐洲專利EP 063 925 8 B1的具有焊接的熱交換板的熱交換 器仍存在某些問題，因此需要完善，以在相當(dāng)大的熱機(jī)械應(yīng)力下應(yīng)用。
具體而言，當(dāng)熱交換區(qū)設(shè)定溫度時，由于在工作時普遍存在的溫度 梯度，熱交換板往往縱向膨脹，方向垂直于位于它們的端部的連接壁。 通過F/S比，計算相應(yīng)的膨脹應(yīng)力，F(xiàn)是膨脹力，S是經(jīng)受該應(yīng)力的焊接截面。
當(dāng)膨脹相當(dāng)大時，應(yīng)力也相當(dāng)大，并且這可導(dǎo)致連接同一模塊中的 兩個板的焊接斷裂——斷裂主要發(fā)生在熱交換板和相鄰的連接壁并排區(qū)域 的高度的位置。
因此，通過降低膨脹力和/或增加焊接面，降低該位置的應(yīng)力水平是 合適的，以使其值在斷裂閾值之下。
本發(fā)明的目的是提供對如歐洲專利EP 0639258 Bl所述的具有焊接 板的熱交換器的改進(jìn)，目的是增強(qiáng)其溫度方面的性能，并顯著防止在膨 脹應(yīng)力影響下的斷裂風(fēng)險。
因此，本發(fā)明的主題是上文考慮的類型的具有焊接熱交換板的熱交 換器，也就是說，該熱交換器包括預(yù)先沖壓的金屬板，該金屬板通過在 兩個相對側(cè)進(jìn)行焊接被成對裝配，以形成疊加的才莫塊元件，該才莫塊元件 限定分別用于第 一流體和第二流體的兩個獨(dú)立通路，所述熱交換板的端 部通過互相并排放置被焊接在開口的邊緣，開口位于相對的連接壁中， 所述連接壁垂直于所述板，形成大致平行六面體的熱交換區(qū)，該熱交換 區(qū)被裝配至四個支柱或角立柱，所述支柱或角立柱屬于所述熱交換器的 框架，該熱交換器的特征在于在該熱交換器的待被組裝的側(cè)面上，組成 每個模塊元件的兩個沖壓的金屬板的各側(cè)面在預(yù)設(shè)寬度的范圍內(nèi) 一個緊 靠另一個進(jìn)行平坦沖壓；兩個沖壓的金屬板通過第一焊接被連接在一起， 所述第 一焊接在所述寬度范圍內(nèi)形成并提供該裝配的機(jī)械內(nèi)聚力；兩個 沖壓的金屬板通過提供密封的第二焊接沿著它們的外緣被連接在一起。
因此，本發(fā)明用特定結(jié)構(gòu)替代常見的兩個沖壓板的"邊對邊，，的裝 配，該特定結(jié)構(gòu)包括進(jìn)行所述板之一甚至兩個板的"壓窩(soyage)"，以 便兩個板在預(yù)設(shè)的寬度內(nèi)并列放置，所述寬度優(yōu)選至少等于十五毫米， 允許實(shí)現(xiàn)雙重焊接。
第一焊接，其是點(diǎn)焊或激光焊或電弧焊，確保裝配件的機(jī)械內(nèi)聚力， 即其抗壓性。第二焊接，其有利地是"TIG"或"等離子，，類型的焊接， 對該第二焊接來說是簡單地確保密封。因此，總焊接截面被大大增加，
使得所述板的裝配更牢固。根據(jù)本發(fā)明的另 一 方面，所述具有焊接的熱交換板的熱交換器的框 架的每個支柱或角立柱具有成斜角的內(nèi)邊緣，所相鄰的連接壁被連接至 所述支柱或角立柱的成斜角邊緣的區(qū)域。
因此，當(dāng)熱交換板膨脹時，通過由支柱或角立柱的成斜角邊緣釋放 出的空間中的彎曲，它們可帶著連接壁一起彎曲，則連接壁則具有額外 形變可能性。因此，通過連接壁可能的彎曲，膨脹應(yīng)力大部分被吸收。
根據(jù)一個有利的附加設(shè)置，每個連接壁在其兩個橫向區(qū)包括波紋管 樣構(gòu)造，用于所述連接壁連接至所述支柱或角立柱的所述成斜角邊緣的 區(qū)域。波紋管樣構(gòu)造，其可以每個都簡單地由兩個相反的折疊組成，它 們一起形成一種正弦，如所需要的促進(jìn)沿著與熱交換板的縱向膨脹方向 垂直的軸的膨脹。容易理解，支柱或角立柱的成斜角邊緣提供了在此處 所用的自由空間，不僅用于連接壁的彎曲，而且用于波紋管樣構(gòu)造的殼 體和形變。
在任何情況下，在下列描述的幫助下，參考所附的示意圖，本發(fā)明 將得到更好的理解，所附的示意圖表示例如該具有焊接的熱交換板的熱 交換器的一個實(shí)施方式。


圖1是分解圖方式的局部示意圖，其示出了本發(fā)明所述類型的熱交 換器的一般性裝配原理。
圖2是橫截面圖，其舉例說明了在它們的側(cè)面之一上裝配這類交換
器的^反的當(dāng)前方法。
圖3是類似于圖2的截面圖，但舉例說明了根據(jù)本發(fā)明的裝配方法。 圖4是穿過這類交換器的角區(qū)之一的截面圖，并舉例說明了在連接
壁和支柱或角立柱之間進(jìn)行連接的當(dāng)前方法。
圖5是類似于圖4的截面圖，但舉例說明了根據(jù)本發(fā)明的連接方法。 圖6是根據(jù)本發(fā)明的熱交換器的水平截面圖。 圖7是立體圖，其示出了圖6的熱交換器的底部細(xì)節(jié)。
參考圖1，具有焊接熱交換板的熱交換器包括一系列總體上為正方形 或矩形的模塊元件2，其疊加在一起，且都裝配在兩個相對的矩形連4妄壁3之間，該連接壁3垂直于模塊元件2。
這些模塊元件2具有非常細(xì)長的截面，并且通過并排放置，它們的 端部被焊接在排列于連接壁3中的平行開口 4的邊緣。
這些連接壁3本身沿著它們的縱向邊緣(在這種情況下為垂直邊緣) 裝配至支柱或角立柱5，該支柱或角立柱5的數(shù)目為4。支柱或角立柱5 的底端和頂端分別被組裝至底支架和頂支架，其在圖1中未示出，以形 成完整的總體上為平行六面體的形狀的框架。
在該框架一框架側(cè)面由未示出的門閉合——內(nèi)部，所有的模塊元件2 形成熱交換區(qū)，本身大致為平行六面體形，其限定出兩個獨(dú)立的流體通 路，即由模塊元件2組成的第一流體通路以及由位于這些模塊元件2之 間的空間形成的第二流體通路。還提供了用于如此形成的兩個通路的進(jìn) 口管和出口管。
對于該類型的熱交換器的更詳細(xì)描述，參考前述的歐洲專利EP 0639258Bl。
參考圖2和3,每一個才莫塊元件2由兩個金屬板6和7在兩個相對面 的裝配產(chǎn)生，其中兩個金屬板的至少 一個被預(yù)先進(jìn)行沖壓。
更特別地，圖2闡述了兩個板6和7在側(cè)面之一上的裝配方法(另 一面以對稱的方式制造)。在這種情況下，兩個板6和7各自折疊45°, 方向互相交叉，并且一個"TIG"類型的縱向焊縫8將兩個板6和7沿著 它們的邊緣連接起來，使它們互相靠著。
在所闡述的實(shí)例(對于1.5mm厚的板)中，仍考慮模塊元件2的一 側(cè)，在2 x 2.8 mm x 1.5 mm或8.4 mm2的截面內(nèi)，將才莫塊元件2的端部焊 接裝配至連接壁，并且該焊接裝配在一點(diǎn)具有應(yīng)力集中，與縱向焊縫8 的水平同高。
圖3闡述了本發(fā)明在這里提出的方案。在該情況下，板6之一在模 塊元件2的側(cè)面的區(qū)域內(nèi)保持平坦，而另一板7"壓窩"制造，也就是說， 它具有第一折疊9，例如45。，隨后的第二折疊10，例如45。，但該第二 折疊方向與前一個折疊相反，導(dǎo)致形成寬L的橫向帶11，平行于所討i侖 的4反7的主平面。
通過寬L的橫向帶ll,板7緊靠板6的橫向區(qū)域進(jìn)行平坦沖壓。然后，兩個板6和7通過第一焊接12以寬度L被連接在一起，所述第一焊 接12可以是點(diǎn)焊或激光焊或電弧焊，確保裝配件的機(jī)械強(qiáng)度。
通過第二焊接13將兩個板6和7沿著它們的外邊緣互相連接，該第 二焊接13主要是"TIG"類型的焊接，在這種情況下，通過該類型焊接 簡單地確保密封。
有利地，在等于至少十五毫米的寬度L內(nèi)，兩個板6和7在模塊元 件2的橫向區(qū)域內(nèi)并排放置。
假設(shè)，該寬度L嚴(yán)格等于15 mm,并且其它方面仍然相等，根據(jù)本 發(fā)明的實(shí)施方式，在模塊元件2的端部裝配至連接壁時，焊接截面等于[(2 x 15)+ 5.6 +4] x 1.5或59.4 mm2，而不是利用目前的裝配方法獲得的8.4 mm2。因此，機(jī)械上強(qiáng)的焊接截面乘以7倍以上，換言之，增加600%以 上。
圖4在水平截面內(nèi)描繪了熱交換器的角區(qū)，示出了裝配至連接壁3 的模塊元件2的一部分，以及屬于熱交換器的框架的支柱或角立柱5。更 特別地，圖4描述了在連接壁3和支柱或角立柱5之間的目前的連接方 法，支柱或角立柱5具有通常的正方形截面。在這種情況下，該連4妻在 兩個點(diǎn)Pl和P2處具有剛性——對抗箭頭F的方向上熱交換板的縱向自由 膨脹的剛性。
圖5闡述了本發(fā)明在這里提出的方案。后者由支柱或角立柱5的成 斜角內(nèi)邊緣組成。更具體地，在至少十毫米的寬度范圍內(nèi)，對支柱或角 立柱5的兩個相鄰面14和15進(jìn)行45。的切削，以便形成斜面16,其本身 釋放出具有三角形截面的自由空間17。
因此，當(dāng)模塊元件2在箭頭F的方向上膨脹時，它可以帶相鄰的連 接壁3—起膨脹，相鄰的連接壁3通過進(jìn)入自由空間17而能夠彎曲，第 一剛性點(diǎn)Pl被除去。因此，膨脹應(yīng)力通過連接壁3的彎曲而被大大吸收。
此外，如也在圖5中示出，連接壁3在每個橫向區(qū)內(nèi)通過波紋管樣 構(gòu)造被連接至支柱或角立柱5，該波紋管樣的構(gòu)造由兩個相反的折疊18 和19形成，局部給予(見水平截面)正弦外觀。該波紋管樣的構(gòu)造引入 額外的柔性區(qū)，使得熱交換區(qū)更容易——如果必要——沿著與箭頭F的方向 垂直的軸膨脹。圖6以及描繪了圖6的細(xì)節(jié)的圖7還舉例說明了提供在熱交換器的 底部和頂部的附加設(shè)置，以允許熱交換區(qū)在兩相對側(cè)的膨脹。在此例中， 框架的底支架標(biāo)記為20,各連接壁3底部的部分21不具有開口 4并且在 底支架20上水平折疊，該部分21與底支架20相連。在部分21上，縱 向折疊22被形成，這使得能夠在該位置吸收膨脹。自然，相似的設(shè)置被 提供于熱交換器的頂部。
應(yīng)該注意到，根據(jù)本身已知的所有結(jié)構(gòu)，上文描述的熱交換器可以 利用提供有凸起部或凹部網(wǎng)絡(luò)的沖壓板、或利用具有平行肋條或槽的沖 壓板、或者另外用提供有配合的裝配塊的光滑板同樣地制造。這些熱交 換+反可以由簡單的金屬片組成，例如由不銹鋼制成。在具體的應(yīng)用中， 它們還可以是稱為"夾層"金屬片的金屬片，其在一面用不銹鋼支持層 制成，厚度足以確保壓力項(xiàng)，而另一面通過由貴金屬或合金一尤其是鎳 基、鉭基或鋯基的金屬——制造的薄層制成。將注意到，本發(fā)明的設(shè)置特 別適于將這類"夾層，，金屬片裝配在一起。具體而言，利用常規(guī)技術(shù)， 在這類金屬片的邊對邊焊接期間，由于遷移效應(yīng)而存在熔融金屬芯子過 程中產(chǎn)生鐵氧體的風(fēng)險。于是，腐蝕風(fēng)險相當(dāng)大，所得到的焊接不具有 貴金屬的特征。另一方面，在該情況下，通過應(yīng)用本發(fā)明的技術(shù)，如圖3 所述，利用"夾層"類型的金屬片6和7，貴金屬層從不銹鋼支持層凸出， 一方面能夠產(chǎn)生點(diǎn)焊12，確保裝配件的結(jié)合，而另一方面能夠產(chǎn)生"TIG" 類型的密封焊接13,僅僅通過從各自的不銹鋼支持層凸出的兩層貴金屬 或合金層之間的重疊進(jìn)行焊接而已。
根據(jù)本發(fā)明產(chǎn)生的、具有焊接的熱交換板的熱交換器可在各個領(lǐng)域 中發(fā)現(xiàn)工業(yè)應(yīng)用化學(xué)和藥物工業(yè)、農(nóng)業(yè)綜合工業(yè)、暖氣設(shè)備等。
不言自明，并且從上文可見，本發(fā)明不僅限于上文已經(jīng)描述的熱交 換器的實(shí)施方式；相反，它包括遵守相同原理的所有實(shí)施方式和應(yīng)用變 化。以這種方式，使用者進(jìn)行如下行為將尤其不會背離本發(fā)明
-制造所有形狀和尺寸的熱交換板，尤其是具有總體上為正方形或矩 形并由所有可焊接的材料制成；
-利用所有合適的方法，進(jìn)行這些板的焊接，無論它們是第一焊接或 第二焊接，例如利用"等離子"法進(jìn)行第二焊接；-改變連接壁與框架的立柱或支柱之連接，連接壁不必須被焊接至框 架，但也能夠被焊接至中間部件，中間部件本身圍繞立柱應(yīng)用，其在所
述成斜角邊緣和所述凍牛面相鄰的面上移動并且其可以從下一個面凸出；
-使用根據(jù)本申請的垂直位置而非水平位置的熱交換器，詞語"立柱" 和"支柱"在該情況下具有純結(jié)構(gòu)性的含義，而不意味著垂直方向。
權(quán)利要求
1. 具有焊接熱交換板的熱交換器，其包括預(yù)先沖壓的金屬板(6，7)，該金屬板(6，7)通過在兩個相對側(cè)進(jìn)行焊接被成對裝配，以形成疊加的模塊元件(2)，該模塊元件(2)限定出分別用于第一流體和第二流體的兩個獨(dú)立通路，所述熱交換板(6，7)的端部通過互相并排放置被焊接在開口(4)的邊緣，該開口(4)設(shè)置于與所述熱交換板垂直的相對的連接壁(3)中，以形成大體上平行六面體的熱交換區(qū)，該熱交換區(qū)被裝配至屬于所述熱交換器的框架的四個支柱或角立柱(5)上，所述熱交換器的特征在于，組成各模塊元件(2)的所述沖壓的金屬板(6，7)在預(yù)設(shè)寬度(L)范圍內(nèi)一個板緊靠另一個板進(jìn)行平坦沖壓；所述金屬板(6，7)通過第一焊接(12)被連接在一起，該第一焊接在所述寬度(L)范圍內(nèi)形成并提供該裝配的機(jī)械內(nèi)聚力；及所述金屬板(6，7)通過提供密封的第二焊接(13)沿著所述板的外緣被連接在一起。
2. 如權(quán)利要求1所述的具有焊接熱交換板的熱交換器，其特征在于， 所述兩個板(6， 7)在至少等于十五毫米的預(yù)設(shè)寬度(L)范圍內(nèi)并排放置。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的具有焊接的熱交換板的熱交換器，其特 征在于，所述第一焊接(12)是點(diǎn)焊接或激光焊接或電弧焊接。
4. 如權(quán)利要求1至3任一項(xiàng)所述的具有焊接熱交換板的熱交換器， 其特征在于，所述第二焊接(13)是"TIG"或"等離子"類型的焊接。
5. 如權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)所述的具有焊接熱交換板的熱交換器， 其特征在于，所述框架的每個支柱或角立柱(5)具有成斜角的內(nèi)邊緣(16),所相鄰的連接壁(3)被連接至所述支柱或角立柱(5)的所述成 斜角的內(nèi)邊緣(16)的區(qū)域中。
6. 如權(quán)利要求5所述的具有焊接熱交換板的熱交換器，其特征在于，在至少十毫米的寬度范圍內(nèi)，通過對兩個相鄰面(14, 15)進(jìn)行45。的切 削，形成各支柱或角立柱(5)上的斜面(16)。
7. 如權(quán)利要求5或6所述的具有焊接熱交換板的熱交換器，其特征 在于，每個連接壁(3)在兩個橫向區(qū)包括波紋管樣構(gòu)造(18， 19),用 于使所述連接壁(3)連接至所述支柱或角立柱(5)的所述成斜角的邊 緣(16)的區(qū)域中。
8. 如權(quán)利要求7所述的具有焊接熱交換板的熱交換器，其特征在于， 所述連接壁(3)的波紋管樣構(gòu)造各由兩個相反的折疊(18， 19)組成， 所述兩個相反的折疊(18, 19)共同形成一種正弦。
9. 如權(quán)利要求1至8任一項(xiàng)所述的具有焊接熱交換板的熱交換器， 其特征在于，所述熱交換板(6， 7)由"夾層"金屬片組成，所述"夾 層"金屬片的一面用不銹鋼支持層制成，另一面由薄的貴金屬或合金制 成，密封焊接(13)僅僅通過在從各自的不銹鋼支持層凸出的兩層貴金 屬或合金層之間的重疊進(jìn)行。
全文摘要
一種具有焊接熱交換板的熱交換器包括已被壓制成形的金屬板(6，7)，該金屬板(6，7)通過在兩個相對側(cè)進(jìn)行焊接被成對裝配，以形成疊加的模塊元件(2)，該模塊元件(2)界定出用于第一流體和第二流體的兩個獨(dú)立通路。模塊元件(2)的兩個金屬板(6，7)在預(yù)設(shè)寬度(L)范圍內(nèi)彼此緊靠水平放置并沿此寬度通過焊接(12)被連接，用來確保裝配的機(jī)械內(nèi)聚力，并通過沿著板的外緣進(jìn)行的另一焊接(13)來確保它們之間的密封。所述熱交換板(6，7)的端部被焊接以使相對的連接部分形成交換區(qū)，該交換區(qū)自身安裝在熱交換器的四個角立柱上。
文檔編號F28D9/00GK101443619SQ200780017025
公開日2009年5月27日 申請日期2007年5月10日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月12日
發(fā)明者讓·諾埃爾·費(fèi)爾南德 申請人:卡朋羅蘭化工設(shè)備有限公司