專利名稱：用于制造換熱器的方法以及實施該方法的設備的制作方法
技術領域：
根據(jù)權利要求1的前序部分，本專利申請涉及一種制造換熱器的方法，特別是一種制造適于在板和流體回路之間傳遞能量的換熱器的方法。
背景技術：
隨著家庭供熱費用的增加，對可選的環(huán)境友好的替換方案的需求逐漸增加。一種這樣的替換方案是利用容易以太陽能形式獲得的能量。為了使用太陽提供的能量，一般使用太陽能集熱器。這些太陽能集熱器可以例如基于這樣的原理使太陽照射專用的表面以便被該表面吸收并且加熱該表面，然后將熱量從該表面?zhèn)鬟f到流體介質(zhì)，該流體介質(zhì)便于將熱量傳輸?shù)剿璧奈恢?。因此，對換熱器、特別是適于在太陽能系統(tǒng)中的吸收能量的換熱器有增加的需求。
在制造太陽能集熱器的時候，經(jīng)常優(yōu)選制造大的所謂全板吸收體(full plate absorber)，其中在相當大的均質(zhì)吸收板上設置用于傳遞熱量的管道。管道通常被設置為根據(jù)預定的型式附連到吸收板上的連續(xù)環(huán)路。
現(xiàn)今在制造這種全板吸收體換熱器的時候，通常首先制備基本對應所需預定管道型式的管道骨架結構。然后所述管道骨架結構被定位在均質(zhì)吸收板上，之后通過將管道骨架結構焊接或釬焊到均質(zhì)吸收板上使管道骨架結構附接到均質(zhì)吸收板上。
但是，有一些問題與上述制造方法相關聯(lián)。管道骨架結構通常非常不穩(wěn)定，在車間里需要相當大的工作表面來制備。由于管道骨架結構的不穩(wěn)定性，把管道骨架結構正確地定位在均質(zhì)吸收板上的工作通常是非常麻煩的和耗時的。該不穩(wěn)定性結合管道骨架結構中殘留的應力也使得管道與均質(zhì)吸收板之間要實現(xiàn)接近百分之百的接觸實際上是不可能的，這當然對于根據(jù)這種已知的方法制造的換熱器的熱傳遞能力有負面的影響。
考慮到上述問題，需要一種改進的制造這種全板吸收體換熱器的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的是提供一種制造換熱器的方法，特別是制造適于在板和流體回路之間傳遞能量的換熱器，所述方法用于消除或減少上文中描述的一個或更多的問題。
本發(fā)明的目的根據(jù)權利要求1中的特征部分實現(xiàn)。
由于提供了一種方法，所述方法包括制備金屬薄板；制備預定長度的連續(xù)金屬管道；將所述長度的金屬管道接連施加到所述金屬薄板上，所述接連施加包括使所述金屬管道與所述金屬薄板形成緊密接觸；以及將所述金屬管道附接到所述金屬薄板上，這就提供了一種改進的靈活且成本經(jīng)濟的制造方法，該方法用于制造具有優(yōu)良測量公差的換熱器，因此能夠在管道和金屬薄板之間提供優(yōu)良的熱接觸，并且因此提供了高的效率。
在從屬權利要求中列出了優(yōu)選的實施例。


在下文中將參照附圖對本發(fā)明作更詳細地描述，其中圖1示意性地表示根據(jù)本發(fā)明的方法制造換熱器的系統(tǒng)；圖2示意性地表示根據(jù)本發(fā)明的方法實施即刻施加步驟、將金屬管道定位和附接到金屬薄板上的裝置；圖3示意性地表示了根據(jù)本發(fā)明的方法在將管道接連施加到所述金屬薄板上的過程中實施給金屬管道提供彎管以形成預定回路型式的步驟的裝置。
從下文結合附圖的詳細描述中本發(fā)明的其他目的和特征會更明顯。但可以理解的是，附圖只是為了示意的目的而設計，而不是作為本發(fā)明范圍的限定，對于本發(fā)明范圍應當參考所附權利要求。進一步可以理解的是，附圖不一定按比例繪制，除非另外指出，附圖僅僅是用來概念性地表示在此描述的結構和程序。
具體實施例方式
圖1表示了用于根據(jù)本發(fā)明的方法制造換熱器的系統(tǒng)的示意圖。所述系統(tǒng)包括預定大小的金屬薄板2的儲器1。操縱系統(tǒng)3(例如一種預編程的自動操縱系統(tǒng))用于操縱金屬薄板2。但是顯然的是也可以使用任何合適的操縱系統(tǒng)，包括金屬薄板2的手動操縱。
操縱系統(tǒng)3設置成從儲器1抓住一片金屬薄板2并將其傳送到對準單元4，所述金屬薄板2將在對準單元中被釋放并被定位在預定的明確位置。一旦金屬薄板2位于預定的明確位置，操縱系統(tǒng)3將再次抓住該金屬薄板2并將其傳送到工作平臺5。由于所述對準步驟，非常有助于在工作平臺5上的精確定位。此后金屬薄板2被固定在工作平臺5上的工作位置。優(yōu)選用真空抽吸使金屬薄板2固定在工作平臺5上，由此使金屬薄板2與工作平臺5形成緊密接觸，這樣在金屬薄板2上提供了基本平的工作表面。
提供了連續(xù)金屬管道6(優(yōu)選銅管道)的卷材(未示)。在優(yōu)選實施例中，按照一序列步驟來制備預定長度的連續(xù)金屬管道6，所述步驟包括拉直金屬管道6、將金屬管道6切割成最終產(chǎn)品所需的預定長度以及將預定長度的金屬管道纏繞在卷軸7上。
管道6用于運送將熱量從金屬薄吸收板2傳送到例如家用供熱系統(tǒng)的流體介質(zhì)。用于這類系統(tǒng)的優(yōu)選的流體介質(zhì)通常是水。為了防止對這種太陽能集熱系統(tǒng)的損壞，使用的水需要具有一定的質(zhì)量。在放置于溫度低于0攝氏度的地區(qū)的系統(tǒng)中，還應該在水里添加防凍液。所述防凍液可以是乙二醇或具有阻蝕劑的乙二醇。
在優(yōu)選實施例中，例如由第二預編程自動系統(tǒng)9承載的管道施加單元8接著將設有卷軸7，該卷軸7包含所述預定長度的連續(xù)金屬管道6。但是在可選的實施例中，可以直接將管道6從卷材(未示)供給到管道施加單元8，所述管道施加單元8包括了實施上述步驟的裝置，所述步驟即在施加之前拉直金屬管道6以及將金屬管道6切割成最終產(chǎn)品所需的預定長度。如圖1所示，承載金屬薄板2的工作臺5將沿虛線箭頭17的方向移動，并進入承載管道施加單元8的所述第二預編程自動系統(tǒng)9的操作范圍。
如圖2中示意性所示，管道施加單元8用于將所述長度的金屬管道6接連施加到金屬薄板2上。在預定長度的金屬管道6設置在卷軸7上的優(yōu)選實施例中，管道6沿箭頭10的方向經(jīng)由整形裝置朝金屬薄板2上的預定位置供給，所述整形裝置例如由多個輥子11構成。此后，例如通過利用至少一個引導輪12將金屬管道6向金屬薄板2按壓，金屬管道6與金屬薄板2形成緊密接觸。與金屬薄板2形成緊密接觸的管道6隨后即刻被附接到金屬薄板2上。
在優(yōu)選實施例中，通過將金屬管道6焊接到金屬薄板2來實施所述附接。激光焊接是優(yōu)選的結合方法。激光焊接特別適合于生產(chǎn)大體積的全板吸收體換熱器。因為管道6已經(jīng)與金屬薄板2形成緊密接觸，可以通過激光14發(fā)射激光束18來獲得焊點13，所述焊點13提供了高效的熱傳遞。在焊接操作過程中，適于在管道6的兩側同時設置焊點13。因為管道6只需要在焊點自身處與金屬薄板2形成緊密接觸，所以整個公差問題復雜性只限于一個點。
在使用中，太陽照射吸收板2，在吸收板2處太陽的熱能被吸收并通過板2向焊點13傳輸。熱能經(jīng)過焊點13被引導到管道6中，這就是為什么焊點13的傳遞熱能的能力是至關重要的。此后，熱能被傳遞到在管道6中循環(huán)的流體介質(zhì)，并用于將熱能傳輸?shù)讲煌奈恢?。對本領域技術人員來說顯而易見的是這同樣適用于反向方向，即在管道6中循環(huán)的流體介質(zhì)的熱能被傳遞到管道6，并經(jīng)由焊點13傳遞到板2，該板2被設置成將熱能散發(fā)到周圍環(huán)境中。
在優(yōu)選實施例中，通過將銅管道6激光焊接到均質(zhì)吸收板2上來制造全板吸收體換熱器，所述吸收板優(yōu)選是鋁或銅的金屬薄板2。這種制造方法給管道6和板2之間提供了非常好的熱接觸。根據(jù)本發(fā)明的方法允許在設計吸收體時有非常高度的靈活性。銅管道6優(yōu)選焊接到吸收板2的背側，而使吸收體的可見側具有平滑的表面和基本一致的顏色。激光焊接產(chǎn)生基本上均勻的色調(diào)和平坦的吸收體表面，這符合了嚴格的美學需求并同時提供了優(yōu)質(zhì)的性能。
金屬吸收板2的可見側優(yōu)選預涂覆有多層選擇性表面。在鋁板2的情況下，優(yōu)選利用物理氣相沉積技術(PVD)將所述多層選擇性涂層沉積在陽極氧化鋁基板上。高的紅外(IR)反射確保了低的散熱系數(shù)(ε)。頂部的氧化層被優(yōu)化為具有非常高的太陽能吸收系數(shù)(α)和抗環(huán)境影響能力。這種表面經(jīng)常具有藍色調(diào)。
在銅板2的情況下，通過磁控濺射方法進行涂覆。該反應方法用于產(chǎn)生具有分段折射率的CERMET(金屬陶瓷)多層涂層，其中非常小的金屬顆粒散布在無定形電介質(zhì)矩陣中。金屬含量向上層減少。通過金屬顆粒和周圍電介質(zhì)矩陣的散射作用來實現(xiàn)吸收。此外，這種多層薄膜利用半透明層之間的干涉效應來捕獲能量。所以，抗反射涂層施加在堆疊層的表面上，其也具有保護膜的作用。一種特殊的金屬涂層施加在基板的頂部作為阻擋層以防止基板腐蝕以及基板材料擴散到上部涂層中，這極大地提高了涂層的耐用性。同時這也提高了隨后的沉積層的粘附力。
對本領域技術人員來說顯而易見的是，如上所述用于鋁板2的金屬吸收板2的可見側涂層也能用于銅板2，而如上所述用于銅板2的金屬吸收板2的可見側涂層也能用于鋁板2。進而，對本領域技術人員來說顯而易見的是，可以用任何合適的表面處理的方法來設置涂層，例如刷涂料。
如圖3示意性所示，根據(jù)本發(fā)明方法，金屬管道6被設置成沿箭頭10的方向供給，接連施加和附接到金屬薄板2上，并且設有彎管以在金屬薄板2上形成預定的回路型式?？梢允够芈沸褪阶顑?yōu)化以提供最大的熱傳遞效率。
在優(yōu)選實施例中，管道施加單元8包含用于供給管道6的裝置、整形裝置(例如輥子11)、使管道6和金屬薄板2緊密接觸的裝置(例如引導輪12)、把管道6附接在金屬薄板2上的裝置(例如激光14)以及用于提供管道彎管的裝置15，這些都被設置在同一工具中，所述工具由預編程的自動系統(tǒng)9承載，這就是為什么在施加操作中不需要更換工具。在將管道6回路施加并附接到金屬吸收板2上的時候，自動系統(tǒng)9用于高度精確的定位。自動系統(tǒng)9也提供了精確控制形成管道彎管以及在金屬薄板2上形成預定回路型式的方法。在利用激光焊接來將管道6附接到金屬薄板2上的情況下，激光束18的沖擊點的定位適于通過“懸浮”在工作臺5表面上的施加單元8來實現(xiàn)，而與承載施加工具的自動系統(tǒng)9的豎直定位無關。因此，瞄準與自動系統(tǒng)9的定位精度或者下方的工作表面有多平整無關。對本領域技術人員來說顯而易見的是，可以使用其他的高度感測方法來進行由激光14發(fā)射的激光束18的沖擊點的定位。
在將金屬管道6接連施加到金屬薄板2的過程中，金屬管道6被被設有彎管以形成預定的回路型式。在優(yōu)選實施例中，利用彎曲輥15來形成這些管道彎管。這些用來形成管道彎管的彎曲輥15優(yōu)選地由一對彎曲輥15組成，所述彎曲輥15對被設置成金屬管道6的每側各定位一個彎曲輥15，并且使得管道6通過所述彎曲輥15對形成彎管，在管道6的接連施加過程中所述彎曲輥15對相對于金屬薄板2連續(xù)重新定位。當自動系統(tǒng)9轉動管道施加單元8以便在新的方向施加管道6時設置彎管。為了提供所述彎管，在所述彎管之前的管道部分必須已經(jīng)首先例如通過焊接被附接到板2上。在轉動操作過程中，例如沿箭頭16的方向，所述附接(例如焊接)被暫停，并且所述彎曲輥15對被定位成在管道6的每側各有一個彎曲輥。在管道6的繼續(xù)的接連施加中，由于管道施加單元8由預編程的自動系統(tǒng)9重新定位，所述彎曲輥15對連續(xù)重新定位，由此形成所述彎管。對本領域技術人員來說顯而易見的是，利用上述方案，為形成彎管的先決條件是在所述彎管之前的管道部分必須已經(jīng)首先例如通過焊接被附接到板2上。一旦完成彎管，就重新開始附接操作，例如焊接操作。
一旦完成預定回路型式，通過操縱系統(tǒng)3抓住金屬薄板2并同時釋放真空抽吸，從工作臺5去除金屬薄板2。此后最終的換熱器被傳送到存儲區(qū)域(未示)，以便最終產(chǎn)品等待被傳送到另一個位置來組合成一個完整的供熱系統(tǒng)。
根據(jù)本發(fā)明還設想了一種設置成實施上述方法的用于制造換熱器的系統(tǒng)。因此用于高性能換熱器的成本經(jīng)濟的制造方法。
本發(fā)明不限于上文描述的實施例，而是可以在以下權利要求的范圍內(nèi)進行變化。
對本領域技術人員來說顯而易見的是，用于根據(jù)本發(fā)明的制造換熱器的方法不但適于制造上述示例的產(chǎn)品，而且可以用于制造其他類型的換熱器產(chǎn)品，例如供熱面板、冷卻面板以及用于所謂的冷卻吊項系統(tǒng)的面板。
由此，盡管已經(jīng)顯示和描述并且指出了本發(fā)明的主要新穎特征，如應用到優(yōu)選實施例中的，應當理解，本領域技術人員在不脫離本發(fā)明精神的情況下可以對所述裝置的形式和細節(jié)以及操作進行各種省略、替代和改變。例如，要清楚指出的是，為了獲得相同結果以基本相同方式實施基本相同功能的元件和/或方法步驟的所有組合都在本發(fā)明的范圍內(nèi)。而且，應當認識的是，與本發(fā)明任何公開形式或實施例有關的所示的和/或所述的結構、元件和/或方法步驟可以并入任何其它被公開的、被描述的或被暗示的形式或者實施例中，作為通常的設計選擇。因此，本發(fā)明的目的僅通過所附權利要求的范圍來限制。
權利要求
1.一種用于制造換熱器的方法，特別是用于制造適于在板和流體回路之間傳遞能量的換熱器的方法，所述方法包括制備金屬薄板(2)；制備預定長度的連續(xù)金屬管道(6)；將所述長度的金屬管道(6)接連施加到所述金屬薄板(2)上，所述接連施加包括使所述金屬管道(6)與所述金屬薄板(2)形成緊密接觸；以及將所述金屬管道(6)附接到所述金屬薄板(2)上，其特征在于所述金屬管道(6)被接連施加并附接到所述金屬薄板(2)上，以便在所述金屬薄板(2)上形成預定的回路型式；在所述接連施加到所述金屬薄板(2)上的過程中，給所述金屬管道(6)設置彎管以形成所述預定的回路型式；利用彎曲輥(15)來形成所述管道彎管；用于形成所述管道彎管的所述彎曲輥(15)由一對彎曲輥(15)組成，所述一對彎曲輥(15)被設置成在所述金屬管道(6)的每側各定位一個彎曲輥(15)，并且迫使所述管道(6)通過所述一對彎曲輥(15)形成所述彎管，在所述管道(6)的所述接連施加過程中所述一對彎曲輥(15)相對于所述金屬薄板(2)連續(xù)重新定位。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，通過將所述金屬管道(6)焊接到所述金屬薄板(2)上來實施所述附接。
3.根據(jù)權利要求2所述的方法，其特征在于，通過焊接的所述附接是通過激光焊接來實施的。
4.根據(jù)權利要求1至3中任意一個所述的方法，其特征在于，通過利用至少一個引導輪(12)將所述金屬管道(6)壓向所述金屬薄板(2)，從而實現(xiàn)所述金屬管道(6)和所述金屬薄板(2)之間的所述緊密接觸。
5.根據(jù)權利要求1至4中任意一個所述的方法，其特征在于，制備所述金屬薄板(2)包括在平表面(5)上放置所述金屬薄板(2)并將所述金屬薄板附接到所述平表面上。
6.根據(jù)權利要求1至5中任意一個所述的方法，其特征在于，制備所述預定長度的連續(xù)金屬管道(6)包括將所述金屬管道(6)切割成所述預定長度并將所述預定長度的金屬管道(6)纏繞在卷軸(7)上。
7.根據(jù)權利要求1至6中任意一個所述的方法，其特征在于，將預定的彎管之前的管道部分附接到所述金屬薄板(2)上，所述彎曲輥(15)作為適于由自動系統(tǒng)(9)承載的管道施加單元(8)的一部分，這樣當自動系統(tǒng)(9)轉動管道施加單元(8)時設置所述預定的彎管，以便沿新的方向施加管道(6)。
8.一種用于制造換熱器的設備，其特征在于，所述設備設置為實施根據(jù)前述權利要求中任意一個所述的方法。
全文摘要
本發(fā)明申請涉及一種制造換熱器的方法，特別是制造適于在板和流體回路之間傳遞能量的換熱器的方法。制備金屬薄板(2)和預定長度的連續(xù)金屬管道(6)。所述長度的金屬管道(6)接連地施加到金屬薄板(2)上，所述接連地施加包括使金屬管道(6)緊密接觸金屬薄板(2)；以及把金屬管道(6)優(yōu)選利用激光焊接附接到金屬薄板(2)上。
文檔編號F24J2/26GK101076413SQ200580042721
公開日2007年11月21日 申請日期2005年11月25日 優(yōu)先權日2004年12月13日
發(fā)明者G·胡爾特馬克 申請人:松斯特里普股份公司