热交换器及相应的制造方法

文档序号:602722 发布日期:2021-05-04 浏览:30次 >En<

阅读说明:本技术 热交换器及相应的制造方法 (Heat exchanger and corresponding production method ) 是由 乔治·科卢格纳蒂 于 2019-08-08 设计创作,主要内容包括:本发明公开了一种热交换器,包括至少一第一板(11)以及至少一第二板(12),所述第一板(11)以及所述第二板对应于各自的连接表面(13)彼此重叠并且相互地连接。在多个所述连接表面(13)之间,通过使所述两个板(11、12)中的至少一个变形来形成至少一用于一载热流体的通道(14)。(The invention discloses a heat exchanger comprising at least one first plate (11) and at least one second plate (12), said first plate (11) and said second plate being superimposed on each other and mutually connected in correspondence of respective connection surfaces (13). Between said connection surfaces (13), at least one channel (14) for a heat transfer fluid is formed by deforming at least one of said two plates (11, 12).)

热交换器及相应的制造方法

技术领域

本发明涉及一种热交换器及相应的制造方法。

具体地,本发明涉及一种板式热交换器,或者更确切地说,涉及由两个或更多个板重叠并连接在一起的热交换器,在所述热交换器中使一载热流体流动。

更具体地,这里描述的实施例涉及一种热交换器,所述热交换器具有用于所述载热流体的创新供应模式。

背景技术

已知板式热交换器例如用作制冷板或蒸发器板,其内部有载热流体(气体或液体)通过。

与其他类型的热交换器相比,板式热交换器具有厚度小、换热面积大、换热系数好以及维护操作简单等优点,以满足尺寸、成本及实用性等方面的特殊应用要求。

这些已知的热交换器,其示例如附图1所示,包括两个或多个板101,它们通过加热及/或轧制(rolling)方法,即,通过也称为“滚轧接合(Roll Bond)”的技术来相互重叠及连接,其示例在文件US 2.690.002中描述。

此制造技术提供分离材料102沉积在两个板101中的至少一个上,以根据与要获得的通道103的形状相协调的一预定图案来进行接合,以限定载热流体的传输回路。所述分离材料102从两个板101中的至少一个周边边缘104开始沉积。

随后,使两个板101彼此重叠并且穿过至少一对轧辊/轧辊(rolling rolls/cylinders)。在轧制之前及/或轧制期间,还将两个板加热到低于其熔化温度的一温度。

轧制作用允许将两个板在相互接触的整个表面上焊接在一起,但受分离材料影响的表面部分除外。

随后,在所述板101的至少一个周边边缘104附近并且在存在一部分的分离材料102的地方,在所述两个板101之间形成至少一狭缝105,所述狭缝105适于容纳用于输送压缩的空气的一装置。所输送的空气的压力必须足够高,以使所述两个板中的至少一个与分离材料102相对应并沿着其整个沉积路径变形。因此,所述两个板101中的至少一个的变形允许限定旨在用于载热流体通过的通道103。

此外,为了允许载热流体在上述限定的通道103中循环,已知在至少一个侧边104上形成载热流体的至少一个入口孔以及一个出口孔。这些入口孔及出口孔,或其中至少一个,可以基本上对应于狭缝105。或者,载热流体的入口孔及出口孔也可通过在轧制前在所需位置沉积分离材料来获得,随后,所述分离材料通过使板101中的至少一个变形而允许获得孔。

然后,例如通过焊接将连接元件106与孔相关联。

连接元件106在周边边缘104附近的这种连接方式极大地限制了连接元件可以具有的直径,因为它们已经被焊接在热交换器的周边边缘上,或者说,此周边边缘不能提供大的焊接区域,因此不能保证足够的稳定性。因此,这限制了可引入热交换器的载热流体的量,从而限制了其性能指标。

此外,载热流体的基本上与板101共面的特定轴向进给模式限制了热交换器安装的灵活性,因为对于某些应用,靠近周边边缘的连接元件的存在可能是安装的障碍。

因此需要完善热交换器,特别是滚轧接合式的板式热交换器,其可以克服现有技术的至少一个缺点。

特别地,需要提供一种滚轧接合式热交换器,所述热交换器提供一种有效的、结构稳定的以及通用的解决方案,以满足上述需要。

US 2013/032319、WO 2014/154883、WO 217/190253和US 2014/224452均涉及传统板式热交换器,其中单独的板以及相应的孔是分别获得的,例如通过模塑,因此,可能的连接器的应用可以在装配程序的任何步骤中进行,而不涉及特定的生产问题。

因此,本发明的目的是提供一种特别有效及通用的滚轧接合式板式热交换器。

本发明的另一个目的是提供一种热交换器,其中连接元件的位置不受板的周边边缘的限制。

此外,本发明的另一个目的是提供一种滚轧接合式热交换器,其具有比已知解决方案更高的性能,特别是从热交换、载热流体的供给以及焊缝的稳定性的角度来提供改进。

本发明的另一个目的是减少在将载热流体供给到热交换器期间的负载损失。

申请人已经设计、测试及实施了本发明,以克服现有技术的缺点并获得这些以及其他目的及优点。

发明内容

在独立权利要求中阐述及表征了本发明,而从属权利要求描述了本发明的其他特征或主要发明思想的变型。

根据上述目的,根据本发明的一种热交换器包括至少两个板(plate),所述至少两个板通过被称为滚轧接合(Roll-bond)的技术对应于各自的连接表面彼此重叠并且连接。

在多个所述连接表面之间,通过使至少一个板变形来形成至少一个用于一载热流体的通道。

根据本发明的一特征方面,所述热交换器包括至少一个通过仅穿过一个板而制成的孔,以截取所述通道。

因此,本发明提供了一种改进已知工艺以制造滚轧接合板(plate)的方法,因为当在两个板(plate)的内部形成冷却剂的通道的两个板已经连接在一起时,仅对两个板中的一个进行钻孔。

在一第一实施例中,钻孔过程可以将一通道插件的动作与能够在通道本身上或在没有工作残留物的相对表面上执行钻孔操作的一冲孔系统相结合。

可替代地,可以通过激光切割执行钻孔过程。

一旦在构成滚轧接合板(plate)的其中一个板(plate)上开了孔,就在所述孔上安装一管状连接元件,所述管状连接元件相对于所述两个板在一角度方向上连接到所述孔,以允许所述载热流体通过所述通道。

所述交换器的此实施例允许增加所述连接元件到板的连接效率,并且还可以增加用于载热流体通过的有用部分的尺寸。

本实施例的另一个优点是允许将连接元件相对于特定的制造需求定位在期望的位置及确定的位置。

本发明还涉及一种制造热交换器的方法,所述热交换器提供至少两个板,以使所述两个板对应于各自的连接表面彼此重叠并且连接,然后通过使至少一个板变形而在多个所述连接表面之间获得至少一用于一载热流体的通道。

根据本发明的一个方面,所述方法包括制造通过所述两个板之一的一通孔,以截取所述通道,并且将所述孔连接到一管状连接元件,所述管状连接元件相对于所述两个板位在一角度方向上,以允许所述载热流体通过。

附图说明

通过以下一些实施例的描述,本发明的这些及其他特征将变得显而易见,这些实施例是参照附图作为非限制性示例给出的,其中:

图1是根据现有技术的已知板式热交换器的立体图;

图2是从上方观察根据本发明的热交换器的平面图;

图3是沿图2的线III-III的截面图;

图4是图3的变型;

图5是图3的变型;

图6是沿图2的VI-VI线的截面的立体图。

为了便于理解,在可能的情况下,使用相同的附图标记表示附图中相同的共同元件。应当理解,一个实施例的要素及特征可以方便地结合到其他实施例中,而无需进一步的说明。

具体实施方式

参照附图2至附图6,本发明涉及一种热交换器,其整体上以附图标记10表示。

根据本发明的热交换器10包括至少一第一板11及一第二板12,所述第一板11以及所述第二板12对应于各自的连接表面13彼此重叠并且连接。

板11、12具有一基本上平坦的展开,具有一基本上均匀的厚度。

板11、12可以均具有相同的厚度或可以具有不同的厚度。

所述第一板11及所述第二板12由具有低热阻的材料制成,例如铝合金。特别地,材料的选择还取决于与各种载热流体接触时的化学相容性及耐受性,或者更好地说,它是相对于载热流体的耐腐蚀性的函数。

如下所述,通过使板11、12中的至少一个变形,在多个所述连接表面13之间形成至少一个用于载热流体的通道14。

根据本发明的一些实施例(图2及图6),所述热交换器10可以设置有多个通道14,所述多个通道14适当地分布在板11、12的表面展开中,彼此流体连接,以限定所述多个通道14的一网络15。因此,所述多个通道14的所述网络15可以均匀地分布在板11、12的至少一部分表面上,以获得指定用于热交换的更大的面积,以及使所述热交换器10的总热交换系数最大化。

所述多个通道14的所述网络15可以具有不同的构造,例如由所述多个通道14限定,所述多个通道14与直线段、弯曲段或直线与弯曲的混合段彼此相交。

根据一些实施例,所述多个通道14由板11、12的部分限定,或由相对于板11、12本身的基本上平坦的展开,即相对于所述多个连接表面13,凸出(即:凸出(in relief))的所述多个板的部分限定。

所述多个板11、12的这些突出部可以仅在限定“单侧展开(One Side Flat)”类型的一热交换器10的两个板11、12(图3、4及6)中的一个上制成。实施例的变型提供所述多个突出部在限定“双侧展开(Double Side Inflated)”类型的一热交换器10的两个板11、12(图5)上制成。

仅作为示例,根据热交换器10所经受的特定应用,所述多个通道14可具有可示意性地从1平方毫米到20平方毫米变化的横截面。

根据一可能的解决方案,所述多个通道14的内表面可以涂覆有具有防腐蚀功能的一涂层材料29。

如下所述,所述涂层材料29可以对制造所述热交换器10的方法起作用。

所述涂层材料29可以由使用作一分离剂的相同产品来制成。

根据本发明的一方面,所述热交换器10包括至少一孔20,所述至少一个孔20通过穿过板11、12之一而制成,以截取至少一通道14。

根据一优选的解决方案,所述孔20仅通过穿过两个板11、12中的一个而制成,而使另一个板完整无缺并且没有剪切或钻孔。

因此,所述孔20在板11、12中的至少一个中限定了进入/来自所述多个通道14的所述载热流体的一进给或排出区16。

所述孔20可以具有一圆形的构形,但是不排除其他形状,例如多边形或混合的多边形及弯曲形状。

与通常的滚轧接合技术相比,采用激光切割技术,可以在两个板中的一块上获得孔20,这是一种完全创新的方法,因为此技术保证了高精度,避免了形成可能卡在通道14中的削片(shavings)。

根据一个实施例(图2),所述热交换器10设置有至少两个孔20,其中一个限定了进料区,而另一个限定了载热流体的排出区。

根据一可能的实施例,所述孔20具有一展开的形状,所述展开的形状具有向外打开的一展开角。

所述展开的形状防止在切割期间去除的部分掉入所述热交换器10的所述多个通道14中。

根据一可能的解决方案,所述孔20相对于正交于板11、12的平坦展开的一轴X具有在1°至45°之间,优选在1°至10°之间的一展开角α。

根据本发明的一些实施例(图3、5及6),在其中存在所述孔20的进给或排出区16在板11、12之一的一变形部17上形成。

所述变形部17相对于板11、12之一的基本上平坦的展开而凸出。

所述变形部17限定所述多个通道14的一端部,即,用于引入或排出所述载热流体。

所述变形部17可以具有一环形形状,并且在其上形成有所述孔20。

根据本发明的另外的实施例,例如如图4所示,所述孔20或所述多个孔20可以在板11、12之一的平坦的或不变形的部分上制成。

在另一个实施例中,所述孔20可以通过一可替代的方法来获得,所述方法保证了高度的精度,避免形成可能卡在所述多个通道14中的削片。此方法提供了将一合适形状的插件插入到与所述板的周边相对应的通道中,然后激活垂直于所述插件的一冲头,通过剪切执行钻孔。就滚轧接合热交换器的标准生产工艺而言,此技术也是完全创新的。

此外,所述热交换器10包括一管状连接元件23,所述管状连接元件23以相对于板11、12的平坦展开的成一角度方向Y连接至所述孔20,以允许所述载热流体通过,例如,用于从所述多个通道14引入或排出后者。

所述连接元件23可通过焊接,即通过在所述连接元件23与板11、12之一之间形成一焊道26而连接到板11、12之一。

仅作为示例,焊接可以是TIG、MIG或MAG类型的或用激光进行的。

根据一变型实施例,所述连接元件23可以通过胶合或硬焊(brazing)连接到板11、12之一。

实际上,所述载热流体的入口或出口通道可以连接到所述连接元件23。

所述连接元件23可以由一管状体28限定,所述管状体28的一端设置有比所述管状体28更大尺寸的一周边边缘24,并且在使用期间,所述周边边缘24位在两个板11、12中的一个的外表面22上。

具有基本上环形形状的所述周边边缘24的存在允许增加与板11、12的界面区域,并因此增加所述连接元件23在板11、12上的夾持的阻力。

根据一可能的解决方案,可以在所述周边边缘24与板11、12之一之间形成所述焊道26。

根据一可能的解决方案,所述管状体28具有一引入部27,所述引入部相对于所述周边边缘24突出,在使用期间,所述引入部27至少部分地位在所述通道14内,或至少位于限定所述孔20的板11、12的厚度内。

所述连接元件23可以设置有一自由终端,所述自由终端可以被适当地成形,以允许到其他管道的连接操作。

所述连接元件23具有沿着方向Y延伸的一椭圆形展开。

根据一可能的解决方案,方向Y可以基本上垂直于板11、12的平坦展开,即,相对于板11、12的平置平面形成一90°角。

根据一变型实施例,方向Y可以相对于板11、12的平置平面形成一倾斜角β,所述倾斜角β在45°至135°之间。

本发明还涉及一种制造根据本发明的热交换器10的方法。

根据本发明的一可能的解决方案,所述热交换器10可以设置有通过使限定至少一通道14的多个突出部变形而获得的一闭塞通道部18。

所述闭塞通道部18可以使用不同的已知技术通过捏缩(pinching)以及可能使用密封元件,例如密封树脂,或是板11、12的焊接来封闭而制成。

所述闭塞通道部18可以与所述热交换器10的一周边边缘19相对应地制成。如下所述,所述闭塞通道部18可以对所述热交换器10的制造方法起作用。

根据另一解决方案,可以与冷却液的进给或排出区16相对应地形成所述闭塞通道部18。

本发明的实施例还涉及一种制造如上所述的热交换器10的方法。

所述方法首先提供以溶剂及/或机械作用(刷子)至少充分地处理板11、12的连接表面13,以便去除氧化物、杂质或异物的层体。

随后,在板11、12的至少一个连接表面13上,优选在两个表面上,沉积一分离材料,所述分离材料基本上对应于以上限定的所述多个通道14的所述涂覆材料29。

根据与所述多个通道14的定位图案协调的一图案,所述分离材料沉积在所述连接表面13上。

根据一可能的解决方案,通过打印技术来沉积分离材料。

随后,使板11、12以其连接表面13彼此重叠,加热并使其通过轧辊,从而获得两个板11、12的结合。

仅作为示例,可以通过滚轧接合技术对应于其多个连接表面13将板11、12相互地结合在一起。

具体地,除了在先前已经沉积了分离材料的表面部分之外,板11、12沿着其整个连接表面13接合。

随后产生一个或多个通道14,以使载热流体通过。为了产生这些通道14,在所述热交换器10的周边边缘19上并与所述分离材料相对应地形成一狭缝。

所述狭缝适合于容纳输送压缩空气的一装置,被配置成在两个板之间引入压缩空气。气压使得两个板中的至少一个沿着分离材料已经沉积的整个路径变形,从而限定了所述多个通道14。

先前沉积的分离材料位在所述多个通道14的内表面上,因此在其上限定了抗腐蚀的一涂层。

可以使用密封剂及/或通过捏缩来封闭用于形成所述多个通道14的狭缝,从而限定闭塞通道部18。

随后,一个或多个通孔20穿过两个板11、12之一。然后将所述连接元件23的一部分插入所述通孔20中。

最后,所述多个连接元件23牢固地附接到板11、12之一的外表面22上,所述多个连接元件23的周边边缘24位于板11、12之一的外表面22上。

显然,在不脱离本发明的领域及范围的情况下,可以对如上所述的热交换器10进行部件的修改及/或增加。

同样清楚的是,尽管已经参照一些具体示例描述了本发明,然而本领域技术人员当然能够实现热交换器10的许多其他等效形式,具有权利要求书中阐述的特征,因此均属于权利要求书限定的保护范围。

在以下权利要求中,括号内引用的唯一目的是为了便于阅读:在特定权利要求中要求保护的范围内,不得将它们视为限制性因素。

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