專利名稱：由眾多平行管構成的熱交換器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種由眾多相互平行排列的交換管構成的熱交換器，其使一種參與熱交換的介質(zhì)貫穿通過的交換管具有寬比高大得多的橫截面，而在交換管兩個平面?zhèn)鹊拿恳粋?cè)都緊固著由一條多次作波狀曲折的助帶形成的肋條。
這樣一種熱交換器曾在德國專利DE4039293A1號中公開過。其中使用的交換管都是由兩個半片管組成的，在一種適用于這方面的設備中在半片管上設有肋條。然后將每兩個半片管連接在一起，使每一根交換管的橫截面都形成一個沿縱長方向伸展的扁圓形。在這種已公開的熱交換器上的肋條是用一條肋帶形成的，該肋帶在固定到每一根交換管的平面?zhèn)壬现?，先?jīng)過多次波狀的曲折得出所需的肋條形狀。緊接著就將這樣成形的肋帶固定在交換管的平面?zhèn)壬稀?br> 在已公開的熱交換器的一種實施形式中預定的做法是，所設用一條無端肋帶制成并且總是形成一條條沿平面?zhèn)瓤v長方向穿通的成形溝槽的肋條是用兩側(cè)的充填料形成外貌的。這樣在溝槽內(nèi)貫穿流動的介質(zhì)的紊流度就可提高，有利于提高熱傳遞度。
這種熱交換器的缺點是在由肋條形成的溝槽內(nèi)存在著較高的污染梯度。通過各該側(cè)邊的充填料形成的外貌，這個污染梯度還會進一步提高，以致在該場所特別輕微的污染物能夠粘附下來，隨著熱交換器的作業(yè)的不斷進行，能將所涉及的溝槽引導到完全堵塞。由此便會引起熱交換器的熱傳遞比的局部惡化，這是不希望有的。
因此本發(fā)明的目的是要進一步發(fā)展已公開的熱交換器，以便將可能發(fā)生的污染對熱交換器的熱傳遞效率所產(chǎn)生的影響減少到最低程度。
為了解決這個課題而提出的辦法是在肋條上設有眾多的開口，其開口橫截面都至少等于兩根相鄰肋條之間的貫穿流動橫截面的大小。
采用這種措施后可以得到的效果是當發(fā)生局部污染特別是個別溝槽橫截面被堵塞時，液流便可通過上述開口轉(zhuǎn)移到鄰近的溝槽橫截面內(nèi)，這樣由于流動受阻而造成的熱傳遞效率的損失便可減少。如果不再能通過相鄰的肋條形成的溝槽橫截面貫穿流動時，那么液流可以通過一個安排在肋條上的開口繞道到鄰近的溝槽橫截面內(nèi)并在那里繼續(xù)流動。這樣繞過障礙后液流還可以另一個開口重新回到原來的橫截面內(nèi)。這樣在一個單一的橫截面內(nèi)達到的兩條液流的匯合將使熱傳遞效率方面看不到有什么顯著的損失，因為在轉(zhuǎn)折區(qū)流速被強制提高，因此熱傳遞效率也局部地提高。因此在受阻塞的橫截面上熱傳遞效率的損失的一部分可以重新收回。
按照本發(fā)明的一種有利的安排是將這些開口設在肋條上離開交換管平面?zhèn)鹊霓D(zhuǎn)折處上，使在各相鄰交換管的肋條內(nèi)貫穿流動的介質(zhì)得以進行物質(zhì)交換。由此也可以做到，將由于污染而引起的損失均勻地分布到熱交換器的各個交換管上。當這些開口與各相鄰近交換管的肋條上的開口覆合在一起時更有利于這樣的交換。
當肋條在其側(cè)面的底部上設有補充開口而其開口橫截面均各小于在兩相鄰肋條之間貫穿流動橫截面的大小時，在由肋條劃分而成的橫截面內(nèi)流動的液流之間的交換可以進一步得到改善。
盡管開了補充開口，為了使肋帶得到足夠高的機械穩(wěn)定性，補充開口最好均各位在兩個相繼開口之間的一半長度處。
當按照本發(fā)明的一個較優(yōu)的實施方式，將肋帶的波狀曲折做成直角形時，轉(zhuǎn)折處就可成為平面便于安放在交換管的平面?zhèn)壬匣蜞徑粨Q管的助帶上相應形成的平面上，這樣在肋帶和各交換管之間便可結合得特別好。由此亦可使相鄰交換管之間相互的支承得到改善。
熱交換器的另一個安排的特征是在肋條的側(cè)面上形成部分凹陷部分凸起的外貌。這種外貌能夠產(chǎn)生或加強流通介質(zhì)的紊流，因此可使熱傳遞效率進一步提高。
按照本發(fā)明的另一個安排是將眾多的轉(zhuǎn)折處用一條直線的通過全長的焊接緊固在交換管的平面?zhèn)壬稀＿@樣可在零件之間得到一個特別良好的金屬的結合，因此在交換管和肋條之間可以得到一個較高的熱傳遞度。
轉(zhuǎn)折處與各平面?zhèn)鹊暮附涌捎欣夭捎秒娙萜鞣烹姾附臃▉磉M行。這種焊接方法在肋帶和交換管接合在一起時可使基體上較寬較長的一面無縫隙地適應各助條底部的輪廓。為此而需要的壓緊力是由兩個電極產(chǎn)生的，而該兩電極是電容器放電焊接裝置的組成部分。每當其中一個電極進入兩個相鄰的肋條之間的肋條底部區(qū)內(nèi)時，另一個電極就托在基體的各該內(nèi)側(cè)，形成一個支座。這樣便可為兩個要結合的零件的無縫隙接觸作好準備，因此在電容器放電焊接裝置的電容器隨后放電時便可將肋條用一條直線焊接緊固在基體上并從而在這兩零件之間得到非常良好的熱傳遞。
下面結合


本發(fā)明的一個實施例，從中可以看到其他一些優(yōu)點和詳情。在附圖中圖1為由兩條相互平行排列的交換管構成的熱交換器的剖面圖，在交換管的兩側(cè)設有助條，圖2為圖1中沿Ⅱ-Ⅱ線的剖面圖，圖3為使用電容器放電焊法來制造圖1和2畫出的熱交換器時示出方法過程的斜視圖，圖4為圖3中兩個要結合的零件在即將接合和焊接之前的剖面圖，圖5為圖3中兩個要結合的零件在即將接合或焊接之前的剖面圖，采用了一個較圖4有所修改的過程方法。
圖1畫出的熱交換器是由按照成束技術相互平行排列的眾多交換管構成。在圖1中為了清晰起見只畫出兩個這樣的交換管1。
在圖1中可以看到，通過參與熱交換的介質(zhì)用的交換管1具有一個寬B比高H大得多的橫截面。這樣形成的交換管的長邊被倒成圓角，因此從整體看成為一個在縱長方向伸展的扁圓形橫截面。
而當時的另一種介質(zhì)則被引導橫向流過交換管1外表的平面?zhèn)取榱烁纳茻峤粨Q，因此在參與的交換管1的每一個平面?zhèn)?上設有肋條3以便增大有效的熱交換面。肋條3是由一條無端肋帶通過反復的彎曲制成的，以致在向交換管的長度方向看去時，肋帶相互排列成為波狀，這在圖2中特別可以看得清楚。
如圖2所示，肋帶在反復曲折形成波狀時曲折處被做成直角形，以便使面對交換管1和背對交換管1的曲折部5都形成平面6。在這種情況下平面6有利于使肋條的底部與交換管1的平面?zhèn)?得到特別良好的結合。作為肋帶適用的材料可以采用例如厚度從0.1到0.4毫米、兩邊鍍有薄鋁層的鋼帶。
由經(jīng)過波狀曲折的肋帶4構成的肋條3總是設在交換管1的兩邊。這樣形成的交換管1便可組裝成任意的管束，其時各個交換管1的緊固以及相互間的定距離都是在其兩端進行的。在這種情況下，肋條3在端頭上的轉(zhuǎn)折部5離開鄰近交換管1上的對面轉(zhuǎn)折部5的距離應盡可能小一點。但這距離當然也不可太小，以致在相鄰的交換管1的肋條間存在著接觸的危害。
為了使肋條的底部與交換管1的平面?zhèn)冉Y合在一起，可以采用電容器放電焊接法，該法將在下面結合圖3、4和5加以說明。
電容器放電焊接涉及一種特殊的電阻焊技術，它在焊接時所需的能量不是通過變壓器直接從電網(wǎng)取得的，而是通過一個作為能量存儲器、在不焊接時進行充電的電容器蓄電池。電容器放電焊接的優(yōu)點在于它也可用來焊接不同的材料，例如鋼和鋁。除此以外這種方法還可用來焊接表面處理過的材料，例如鍍鋅片或滲鋁片，而不會損害其表面。
電容器放電焊接法采用兩個各不相關的電極7、8。在本實施例中，上電極是由合適的電極材料例如銅鉻鋯制造的片狀單個電極組成的，共有五塊。下電極8是由一塊厚板構成的，該板在交換管1的整個寬度上展開并具有與其內(nèi)部輪廓完全一樣的輪廓。這樣在焊接過程中下電極便可同時作為交換管1的基體的引導。特別是下電極還可用作上電極產(chǎn)生的壓緊力的支座。為此下電極8須用適宜方式通過一個絕緣物的中間支承支承在所使用的焊接裝置上。上電極7是這樣對準的，使它能用狹窄的端面正確地進入兩個相鄰的肋條之間，一直到到達其內(nèi)的肋條底部區(qū)的安放平面的內(nèi)側(cè)為止。彈簧元件7a在此產(chǎn)生一個一定的壓緊力，該力被作為支座的下電極8接收。一旦到達預定的加壓水平，焊接裝置的電容器便進行放電，通過放電在極短時間內(nèi)一個很高的能量便從上電極7流向下電極8。由于焊接能量集中在焊接區(qū)內(nèi)，同時焊接時間極短，只有1到10毫秒，因此覺察不到構造零件的加熱。完成的熱交換器零件在焊接后從機器內(nèi)取出時實際上還是冷的，形狀保持不變，看不出有什么歪斜扭曲或變形。
通過采用多個不相關的上電極7可以消除微小的縱長彎曲，每一次都能得出一條直線的通過全長的肋條3與交換管1的平面?zhèn)?的焊接。
圖4和5示出交換管1和肋條3在即將接合之前的情況，其時即將相互接觸的表面具有形成圖案的表面紋理。在圖4的實施例中交換管1在外表的平面?zhèn)?具有細小的、相等的槽溝8，溝深約為0.1到0.3毫米。與此相對，在圖5的實施例中，形成圖案的表面紋理設在肋條底部區(qū)的底邊上，即在轉(zhuǎn)折部5內(nèi)。在該底邊上形成的外貌于是成為向下突起的凸出物8a。
圖4和5所示兩種情況的作用都是一樣的在要結合的零件相互靠攏后，參與表面之間的金屬直接接觸首先只是發(fā)生在所述凸出物8a的區(qū)域內(nèi)。由此形成在位置和范圍上都精密限定的金屬橋，從電極7、8放出的焊接能越過該橋時自身首先衰減，但通過沖擊性投入的焊接過程上述這些凸出物終將被消除，因此在完全放電后能夠形成一條特別均勻的焊接結合，這種焊接結合比在隨意弄粗糙的表面上焊接時要好得多。
在圖3中的肋帶4是以一直延伸到頭而折疊成波狀的樣子畫出來的，其上沒有另外的紋理。這是一幅為了說明本發(fā)明而經(jīng)過選擇、簡化的圖。在本發(fā)明的范圍內(nèi)各肋條并沒有在它們?nèi)L上形成封閉的溝槽，而是以相等的間距設有開口9，如在正確描繪的圖1、圖2、圖4和圖5中所示。這些開口9被安排在離開交換管1的平面?zhèn)?的轉(zhuǎn)折處5上，即在肋條的端頭上。貫穿流過各該相鄰交換管1的肋條內(nèi)的介質(zhì)可以通過上述這些開口進行物質(zhì)交換。
下面結合圖1就作用方式說明如下液流箭頭A指明液流進入肋條區(qū)?，F(xiàn)在來到一個堆積污染物S的橫截面。由于液流不再能通過這個區(qū)域，按照現(xiàn)有技術的熱交換器，液流的流動將在這個橫截面上完全中斷。但由于本發(fā)明預先設有的開口9，液流可以繞道U流動。在這種情況下，液流可以通過在障礙之前安排的開口轉(zhuǎn)入某個由各該相鄰交換管1的肋條3形成的橫截面內(nèi)。在該處流速會相應提高。在繞過障礙后一部分液流可以通過下一個開口9重新返回到原來的橫截面內(nèi)進行流動，因此熱交換器的液流最后可以均勻地離開。
上述作用可在下列條件下得到保證，即每一開口9的開口橫截面面積至少應等于兩個相鄰肋條3之間液流流通的橫截面面積Q。
在各該單個肋條上還設有附加的幾何結構以便使貫穿流過的或從旁流過的介質(zhì)產(chǎn)生攪拌或紊流。為此在肋條3的側(cè)面上或其他部位上預定在外觀10上形成側(cè)面的突起物，該突起物交替地向各該肋條的一側(cè)和另一側(cè)延伸。這樣的外觀10可使從旁流過的介質(zhì)的紊流度顯著地提高。為了使各該肋條的內(nèi)部空間和鄰近的肋條外部空間進行交流，預定還設有補充開口11。這些補充開口11位在肋條3側(cè)面的底部上。其開口橫截面應顯著地小于開口9的開口橫截面面積，特別是小于在兩相鄰的肋條之間的貫穿流動橫截面Q。從圖1可知補充開口11總是位在兩個相繼的開口9之間長度的一半處。
權利要求
1.由眾多相互平行排列的交換管構成的熱交換器，其使一種參與熱交換的介質(zhì)貫穿通過的交換管具有寬比高大得多的橫截面，而在交換管兩個平面?zhèn)鹊拿恳粋?cè)都緊固著由一條多次作波狀曲折的肋帶形成的肋條，其特征在于，在肋條(3)上設有眾多的開口(9)，其開口橫截面都各至少等于兩根相鄰肋條之間貫穿流動橫截面(Q)的大小。
2.按照權利要求1的熱交換器，其特征在于，上述這些開口(9)設在肋條(3)上離開交換管(1)平面?zhèn)?2)的轉(zhuǎn)折處(5)上，使在各相鄰交換管(1)的肋條(3)內(nèi)貫穿流動的介質(zhì)得以進行物質(zhì)交換。
3.按照權利要求2的熱交換器，其特征在于，上述這些開口(9)與各鄰近交換管(1)的肋條(3)上的開口(9)覆合在一起。
4.按照權利要求1至3中任一項的熱交換器，其特征在于，在肋條(3)側(cè)面底部設有補充開口(11)，其開口橫截面均各小于兩根相鄰肋條之間貫穿流動橫截面(Q)的大小。
5.按照權利要求4的熱交換器，其特征在于，補充開口(11)均各設在兩個相繼開口之間的一半長度處。
6.按照權利要求1至5中任一項的熱交換器，其特征在于，肋帶(4)的波狀曲折做成直角形狀，使轉(zhuǎn)折處(5)成為平面(6)以便安放在交換管(1)的平面?zhèn)?2)上或鄰近交換管(1)的肋帶上相應形成的平面上。
7.按照權利要求1至6中任一項的熱交換器，其特征在于，在肋條(3)的側(cè)面上形成部分凹陷部分凸起的外貌(10)。
8.按照權利要求1至7中任一項的熱交換器，其特征在于，眾多的轉(zhuǎn)折處用一條直線形的通過全長的焊接緊固在交換管(1)的平面?zhèn)?2)。
9.按照權利要求8的熱交換器，其特征在于，轉(zhuǎn)折處(5)與各該平面?zhèn)?2)的焊接是用電容器放電焊接法進行的。
全文摘要
一種由眾多相互平行排列的交換管(1)構成的，其使一種參與熱交換的介質(zhì)貫穿通過的交換管具有寬比高大得多的橫截面，而在交換管(1)兩個平面?zhèn)?2)的第一側(cè)都緊固著由一條多次作波狀曲折的肋帶(4)形成的肋條(3)。為了減少可能發(fā)生的污染物對熱交換器的熱傳遞效率產(chǎn)生的影響，在肋條(3)上設有眾多的開口(9)，其開口橫截面都各至少等于兩根相鄰肋條(3)之間貫穿流動橫截面的大小。將肋條(3)緊固在交換管(1)的平面?zhèn)壬蠒r最好用電容器放電焊接法。
文檔編號F28F1/12GK1102475SQ9410828
公開日1995年5月10日 申請日期1994年7月5日 優(yōu)先權日1993年7月6日
發(fā)明者伯克哈德·特拉格, 哈羅爾德·薩斯曼, 沃夫?qū)ず蔂柼? 米羅斯雷·波德霍爾斯基 申請人:巴爾克德股份公司