安装冷却管散热片的机器和方法以及产品的制作方法

专利名称：安装冷却管散热片的机器和方法以及产品的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种为冷却管安装散热片的机器和方法以及产品。
本发明的机器和方法具有独特的用途，它可通过同时几个冷却管安装一公共的散热片来制造散热片组，它也能同时几个冷却管安装单独的散热片。在这两种用途中，发明也公开了在有效长度的冷却管上安装散热片的装置。
本发明也适用于在非金属管上安装不可变形的散热片。
背景技术：
通常需要使工作流体冷却，基于这个目的而使用热交换器也是众所皆知的。热交换器常常包括有一个或多个金属冷却管悬吊在两个金属管板之间。例如水或油这类欲冷却的工作流体流过冷却管，而冷却剂围绕和在这些冷却管之间通过，这些流体释放出潜热到冷却管中，并且传到冷却剂中。
当在与热接触的冷却管外表加上一个或多个环状的散热片时，冷却管的有效表面积可以扩大，以便于提高热的转移。如果该冷却剂具有低粘度，而且如果该冷却剂是气体如空气时，这些有散热片的冷却管将特别有效用。
如果冷却管能耐住管内被冷却的流体所产生的压力，则散热片的增加将不会减少或大大缩减冷却管的破裂强度。如果散热片提高了热转移，它们将不会因而抑制了冷却剂的流动，反而会促使冷却剂产生紊流。
冷却管用作热交换器时必须符合某些标准(如英国的大不列颠标准2871的第三部分)，这些相关的标准也用于那些挤压成形的冷却管，以提供选择的内部构造增强冷却管内部的紊流，即避免欲冷却的流体产生层流或成层状的流动；希望冷却管安装散热片后不降低那些个别的标准，例如管壁厚度和强度，或冷却管的均匀性和散热片的啮合度，以及冷却管至散热片的热转移。
散热片必须装置在冷却管上适当的位置，以促进热转移到冷却剂的效果达到最大，如果散热片的间隔不规则，或是散热片的角度不规则(在相邻的散热片之间轴的长度改变造成的环状间隙)，则达不到最大的传热效果。
如果冷却管壁必须减薄以便安放散热片，则冷却管在运作时将有一支或更多个发生破裂，并且需要塞住；如果散热片的间隔或(和)角度不规则，则热交换器的性能将降低。
目前已知的设计标准是，当为一个热交换器的冷却管安装散热片构成模型或排列时，冷却管的排列应尽可能的相互靠近(以缩小热交换器的尺寸)，并且要使工作流体和冷却剂之间热转移的面积达最大(使可能达到最大的热交换)。当使用配有已知的环状散热片的冷却管以这种方式排列时，冷却管之间的距离将受散热片的外径的限制；如一般的散热片具有环状的外周边，则这些相邻的冷却管之间的面积将对热转移没有帮助，而一种安装散热片的方法和装置使散热片能利用这些面积进行装配。
热交换器的效能的一部分是依据安装在冷却管的散热片的数量及散热片的总数而决定的，即，总计这些对热交换有效用的扩充面积以及这些散热片的定位及排列。现有技术一个装有散热片的冷却管包括许多分离式内部啮合的环状散热片单元，每一单元上具有分节的轴环，以抓紧冷却管的外表面，其公开在GB2,100,811中。每一个轴环边缘尖端的剖面都较细，使得相邻的散热片能够聚合在一起；在轴向压力作用于装配作业后期时，这些单元的套筒部分径向向内收缩，并且嵌合在一起。
这种已知的散热片的缺点是，散热片的间隔和安装在冷却管上散热片的数量取决于轴环的长度而定，而轴环的长度经常因散热片而随意的改变(因为制造上的误差)。而且，因为散热片的位置是由先前所固定的散热片所决定，沿冷却管上散热片的间隔不一致，这是由于容许误差的建立，和沿冷却管长度伴随有不规则的热转移。散热片凸缘部分的角度也将取决于其本身轴环和前一个散热片的轴环之间的啮合，如果连续的散热片凸缘部分不是平行的，则工作流体将不能在散热片间均匀的流通。
在已知的装置中，安装散热片应使分节的轴环对准；然而，在安装散热片时，阻止或防止一个散热片相对其他散热片所产生的围绕冷却管的转动是困难的，此状况可能出现在和已经固定好的散热片啮合以前，沿一个冷却管手工送进一散热片时，所以轴环节不要产生偏移而造成热转移的减少。同样，在沿冷却管安装散热片时，散热片也可能扭曲变形。
这里公开的散热片具有环状的外周边。然而目前已知的是将分离式“非环状的”散热片，例如具有正方形或长方形外周边的散热片，安装在冷却管上。当这些散热片排成一列安装在冷却管上时，将比那些具有环状外周边的散热片在相邻的冷却管间占有较大的面积。然而，附加的控制机构常用来确保冷却管上所有的散热片能一个接一个正确的对准(所以，冷却管上的散热片将紧接着靠近装在相邻冷却管的散热片)，这样往往使得那些散热片不能经济的进行安装，所以这样的设计实际在操作上非常不实用。
寻求出另外一种为克服由采用环状周边散热片而引起浪费热交换面积的缺点的设计方案，它是以轴向间隔的“公共散热片”来取代相邻冷却管上分离的散热片，也就是说，这些公共散热片相互连接许多冷却管。一个典型公共散热片的形式是在延伸板上设有几个开孔，每一开孔均适于接受各自的冷却管，这种板状的公共散热片和几个冷却管同时发生热接触，并适合将热从所有的冷却管转移过其间所有的区域。安装在多孔的公共散热片上的冷却管的排列在本文中称为“散热片组”，虽然在其他文件中它也称为“螺旋组”或“组散热片”。
应理解，在一个散热片组中，每一个散热片是连续性的介于每一支冷却管之间且环绕每一冷却管，因此热转移面积的浪费最少。还应理解，在每一个散热片组中的冷却管通过预先安装在板状的公共散热片，相对散热片组中的其他冷却管固定。
这种组合式散热片组的已知的优点是，它可很容易地安装到热交换器中。这样，对一个热交换器需要二百支分离的装有散热片的冷却管，这二百支冷却管中的每一支都必须安装在冷却管板上，或者，当需要较长的冷却管时则需要安装于分离的支撑板上。然而，如预制一个散热片组有二十支冷却管，那么只需要操作和安装十个这样的散热片组。
在一已知的散热片组制造方法中，将公共散热片堆叠在一起，相邻的散热片轴向间隔一段距离，以适于特殊的热交换器的需要；每一个公共散热片上均有几个开孔，这些开孔符合所需冷却管的排列型式(一般三角型的排列适用于热交换器)。这些开孔稍微比冷却管的外径大一些，公共散热片用它们各自排成一列的开孔夹持。然后，将冷却管分别穿过这些开孔，将“插塞”(bullet)拉过每一支冷却管，以扩张冷却管壁使其与个别的散热片上的各开孔接触。
这种方法对于内部挤压成形的冷却管，如对于促使冷却液产生紊流的冷却管不适用。
这种已有的插塞穿透法的缺点是，冷却管的管壁厚度会因为需要由这种膨胀穿透作用来伸长管壁而受到限制，所以要求必须使用薄壁的冷却管；举例来说，在实践中，外径为0.07英寸(19.05mm)的不锈钢管，其厚度很少大于22标准尺寸(“标准铁丝尺寸”)，以便于膨胀扩管。第二个缺点是膨胀操作将应力引入冷却管中，并可改变晶粒结构；该应力并不能由于热处理而消除，因为热处理也会有软化散热片的作用，并降低散热片与冷却管之间的热接触，也就是说，由膨胀操作引起的应力通常保留在冷却管中，因此，因为这种方法会使热交换器中产生不必要的附效应。第三个缺点是冷却管的材料特性可因膨胀作用而改变；例如，如果热交换器的使用者指明热交换器必须使用退火材料的冷却管，则膨胀作用在某些状况下将这些退火材料变成非退火的坚硬状态。第四个缺点是冷却管必须是可变形的材质，所以限制了可使用的材料。
膨胀法也导致不平行地安装散热片。当插塞拉穿过冷却管，冷却管壁会形成一个有角度的“正面”，这个“正面”会在膨胀弹通过冷却管时立刻在插塞前面产生，如同“波纹”一般；因受“波纹”的影响，相邻的散热片很可能沿冷却管移动，或是相对冷却管形成不同的角度，造成相邻的散热片互相接触，以及其他部分的间隔比要求的间隔加大距离，一旦插塞穿过散热片造成冷却管的膨胀，则在以后散热片的位置将不能改变或修正。
通常，虽然冷却管因使用膨胀法安装散热片而使冷却管产生“波纹”，但此冷却管却仍能再使用，而当制造者认为不再适于热交换器使用时，可能使得安装有散热片的冷却管舍弃。如果一组安装了散热片的冷却管排列在热交换器中，其内部任何一个散热片置换时，位置不明显的冷却管将不会被发现，所以造成热交换效率的损失，直到热交换器在运行时仍不被查觉。
一种将延伸表面“附加”元件应用到热交换装置的冷却管上的装置公开在GB527,615中。然而这种装置并不适于在预定轴的位置上将散热片安装到冷却管上；也不适于同时安装几个冷却管，而且不能支撑为安装散热片而延长的冷却管部分，这将可能造成活动的一端弯曲或下垂，即当另一端安置在悬臂梁上时，不能传送散热片到预备安装散热片的一支或多支冷却管上的托架装置上，在配合时也不能保持板的角度在一个预定值上，即对其他散热片的角度，也要具有同样的或相似的数值。
这种已知的装置及方法并不适合抗腐蚀性的非金属冷却管安装非金属散热片，因为非金属散热片基本上是不可变形的，如利用传统压配合的“互冲击”方法定位时，可能造成破碎或破裂。
发明描述本发明是提供一种安装散热片的机器和方法以及产品，以减少或避免上述的缺点。然而，当应用于制造散热片组时，这种机器及方法有其特殊的优点，我们并不限制它只应用于这样的产品。此外，这种机器在将散热片安装在预定的位置上有其特殊的效用，对某些使用者来说可以理解，该机器容易使散热片与其金属板部分平行配合(虽然由于轴环的内啮合会产生散热片间不规则的间隔)。
在附加的权利要求书中，本发明将有更多具体的说明。
根据本发明中的一项特征，我们提供热交换器中的一种热交换单元，其包括具有外表面和延伸表面配件的第一冷却管，其安装在沿外表面轴向间隔位置，这些配件的每一个均具有一个冷却管的啮合表面，其特征在于每一个配件均分别位于预定的轴向位置。
这些配件的每一个均有完整的轴环，至少一个散热片的轴环能与两个相邻散热片的轴环相互连接。延伸表面的配件及冷却管可采用相同或不同的材质，且这些配件是被间隔开的。
我们也能提供一个散热片组，其包括一个如同上述的热交换单元，但有第二个冷却管经由延伸表面的配件与第一个冷却管相连，该延伸表面配件和冷却管散热片轴向间隔开。
据本发明的另一个特征，我们提供用于制造热交换单元的冷却管安装散热片的装置，其包括一个基座，安置在基座上的夹紧装置，可相对基座移动的托架装置，以及用于移动托架机构的驱动装置，其特征在于，夹紧装置可夹持第一支冷却管的一部分，并且托架装置可以传送至少一个散热片到相邻所述部分的轴向预定位置。
通常，驱动装置是一个具有主、副线圈的线性马达，其中，线性马达的主线圈固定到基座上，而副线圈可滑动地安装在基座上，其中，托架装置与副线圈相连接。合适的主线圈是“鼠笼式线圈”，而副线圈是多相式线圈，最好是三相线圈。测量装置的设置可确定托架装置相对于基座的位置，测量装置与驱动装置的控制装置相连接，因此可使托架装置移动至相对于基座的预定位置。
我们也可提供一种具有夹紧装置的、为冷却管安装散热片的机器，该机器能够由安装的至少一支冷却管的支撑配件、以预选的排列方式同时夹紧许多冷却管，以便相对基座枢轴旋转，此装置的第一位置可支撑每一支冷却管的一部分，第二位置则不能支撑所述部分，该支撑配件利用托架装置的移动而在第一及第二位置间移动，利用机器带动的传递装置至少存在一个散热片在相对托架装置的选择位置，并利用夹持装置在与托架装置接触时用以支撑每一个存在的散热片。
我们也提出一种冷却管安装散热片的方法，其特征在于其步骤包括支撑具有一活动端的冷却管；将托架装置定位在起始的位置，以预定的角度方向在托架装置上安装一个散热片，当托架装置处在起始位置时安装此散热片于托架装置上，移动托架装置以便于驱动该散热片穿过冷却管的活动端，此后沿冷却管到预定的距离，再将不带有散热片的托架装置返回至所述的起始位置，并重复此循环，将另一个散热片以预定的角度方向安装于托架装置上，但此托架装置具有较小的预定距离。
另外，为了可同时装设多个冷却管以组成散热组，我们提出的步骤是(1)在基本固定的相对位置上同时支撑多个冷却管，这些冷却管的每一支均有一端是活动的，(2)在托架装置上安装一片散热片与冷却管的活动端相邻，该散热片上具有相应于冷却管位置相符合的开孔，(3)将散热片移到冷却管上，和(4)将托架装置返回以安装另一散热片。
托架装置最好有许多相等于或大于冷却管数量的开孔排列在上面，而且每一个开孔的尺寸比冷却管的外径稍微大一些。
一个理想的散热组，其散热片是板状的，并且具有相等于冷却管数量及排列的开孔，这些开孔(例如金属或其他可变形的散热片材料)比冷却管的外径稍微小一些，所以每一片散热片压配装于冷却管上，它借助与轴摩擦配合进行轴向或转动运动而夹持，但是仍借助与托架啮合以预定的角度安装。理想的情况是，一些或所有的开孔均有一个适合的轴环以间隔散热片，并与相邻的散热片互相啮合。这些散热片可以是波纹状的，因此，相邻的散热片横跨冷却剂流动的方向形成一种部分正弦曲线的路径，而与冷却管相互冲击，于是促进了冷却剂的紊流，改善了热传递。
通常散热片包括一个完整的轴环，该轴环后端相邻接较冷却管直径大的散热片，而轴环的活动端(轴环的前端)具有较小的直径，即在装配于冷却管上以前轴环通常是截锥形。
托架装置包括一个具有适合与散热片板表面接触的搬运板，如轴环是独立存在的用以预定散热片板的角度。当托架装置停留在起始位置时，此接触表面通常有些与真空源相接的小开口，以使散热片紧紧吸住接触表面。当托架装置开始移动时，散热片通过冷却管的活动端，轴环的前端与冷却管压配合。当散热片克服摩擦阻力从轴环沿冷却管驱动时，冷却管接触到散热片的“阻力”，因此散热片板紧靠接触面后退，并且选择接触面的角度，所以保证连续的散热片可以一个接一个平行的组装。一般情况下，接触面的角度将与冷却管的轴线呈直角。
搬运板通常是可替换的，所以不同设计的散热片板(例如有凹槽的，或与轴环不互相垂直的)能以平行的结构以预定的(通常是相同的)散热片间隔有选择地组合在一起，如使用一种带各个凹槽或角度接触面的搬运板。在适当的实施例中，接触面是有开孔的，以便安放散热片轴环，当轴环沿带冷却管被驱动，以避免轴环前端的斜撑时，轴环处在拖带的状态。
通常转送装置能从本装置所携带的料斗中选取散热片，而料斗可以相邻装置安排，但与装置分离。
转送装置可同时配置选择一个或多个散热片，而散热片可以是多个独立的散热片或一片公共散热片(一种延长型的散热片，带有一排开口)。一种转送装置能以选择的方向将选出的散热片送到托架装置，而另一种转送装置能将选出的散热片转至不同的方向，例如与散热片料斗中散热片的方向呈90度角。
因为散热片相对于个别冷却管的方向是在托架装置上设定的，所以具有非环形外周边的非标准的冷却管也可安装散热片。


现在将通过举例的方式并参考

本发明，图中图1是本发明安装散热片机器的透视图；图2是图1中安装散热片机器的局部左侧视图；图3是用于图1机器中的板状散热片的局部透视图；图4是用于图1机器中的支撑配件的透视图；图5是托架装置、组合的散热片料斗及转送装置的局部端视图，托架装置是两段式的；
图6是散热片组的局部透视图；及图7是具有非金属散热片的散热组的另一替换实施例的局部平面视图。
优选实施例的描述在本说明中，方向性的术语如“顶端”、“底部”、“上”、“下”等等，是依据如图1所示的机器以及其部件的方向而定，该方向是我们预先一般使用的方向。然而，我们不排除基本上垂直地使用带有竖直的(或悬吊的)冷却管的机器，并且相对的方向术语将被转换到这个方向。
该机器10包括有一个基本坚固的基座12，在其一端固定安装夹紧装置14。此基座具有一对导杆16，在导杆上可以滑动托架装置18。在本装置中用来移动托架装置18的驱动装置是一个现有设计的线性马达，该线性马达包括一个安装于基座12上的主要线圈20，主要线圈20大致平行于基座12的纵轴A；和一个与托架装置18相连接的次要线圈22，次要线圈22随着托架装置紧密地邻近主要线圈20滑动。接通主要和次要线圈的电线是采用已知的方式，图中并未显示。
冷却管24a、b、c的排列为每支管的端部均被夹紧装置14夹持；这样，将这些冷却管安装在悬臂梁上。在该装置的排列中，在三个垂直间隔的行列中包括十支冷却管，其中三支管24a位于最上排，四支管24b位于中间，而另外三支管24c位于最下排。
如图二可清楚看出，在该实例的装置中夹紧装置14包括一对螺栓30，其上装有四个夹紧梁32a、34a、34b、32b。夹紧梁32a的下面有三个半圆形凹槽36a。夹紧梁34a的上面有三个半圆形凹槽36a。夹紧梁34a的下面有四个半圆形凹槽36b，夹紧梁34b的上面具有三个半圆形的凹槽。
这些半圆形凹槽36a、36b的位置及这些夹紧梁32a、b和34a、b是这样安排的，即这些夹紧梁组合在一起，使这些凹槽相互对准，形成具有三个圆形开口的二排，介于该二排之间构成具有四个圆形开口的一排，这些开口排成三角形，最好呈等边三角形。
这些开口可以呈圆形的或基本上呈圆形排列，因此要求的夹紧负载施加到冷却管上，也就是说，使用者需要使冷却管稍微的扭曲，否则该夹紧梁本身将在全部夹紧负载时发生轻微的扭曲。
为了将冷却管装入夹紧装置14中，将夹紧梁32b安装在螺栓30上，而三支冷却管24c的末端则分别置于凹槽36c中。然后夹紧梁34b下降在螺栓30上，这个夹紧梁的作用是在于定位和局部夹紧已被安放的三支冷却管24c。而后将四支冷却管24b放置在夹紧梁34b的四个凹槽36b中，且夹紧梁34a下降在螺栓30上，定位并局部夹紧四支冷却管24b。最后，把三支冷却管24a放置在夹紧梁34a上的三个凹槽36a上，夹紧梁32a再下降装在螺栓30上。螺帽40用于将夹紧梁32a、b及34a、b夹持在一起，因此，冷却管24a、b、c的末端被牢牢地固定住。
在夹紧过程中，该实施例的冷却管的活动端(相对于被夹紧的一端)暂时被管子自身支撑住；在替换的或另外的实施例中，在冷却管24b或24a未安置前，夹紧梁34b可与夹紧梁32b牢牢地夹持在一起，以便完全支撑冷却管24c，所以为每一排冷却管24a、b、c可提供分离的夹紧装置。
在替换的夹紧装置中，夹紧梁32a、b及34a、b借助压缩弹簧而偏离开，气动活塞作用在夹紧梁32a上，以克服弹簧力，并将夹紧梁夹持在一起；当气体活塞放松时，弹簧将这些夹紧梁推开如同图二所示的状况。
如此，将冷却管24a、b、c安置在悬臂梁上，以它们各自的轴线大致平行于基座12的A轴。在该实施例中，冷却管24a、b、c几乎和基座等长，因此在这些冷却管的活动端42之间只存在一个很小的缝隙，而托架装置18在台架上的位置如图1所示。因此，应理解本装置的基座必须有足够的长度，以便容纳使用中所要求的冷却管的长度，例如基座长度为6米或大于6米。然而，本装置也可能在冷却管的中点处支撑非常长的冷却管(也就是说，在冷却管的中间配装一个套筒，该套筒能如上述被夹持)，然后分别从冷却管的各端分开的两段连续固定散热片。随着冷却管的固定散热片，该套筒将由采用支撑板或热交换器中其他隔板而替换。
另外，有一些散热片可有选择地安装在冷却管上适当的中点位置，当此冷却管的每个“半段”分别装散热片时，这些散热片能被用来夹持冷却管。
在一实施例中，为了分别给长冷却管的两个“半段”装上散热片，将冷却管的其中一个“半段”首先装上散热片，然后使冷却管脱开夹紧装置转动180度，之后对冷却管的另外“半段”安装散热片。在一种替换实施例中，可将夹紧装置安装在一个可回转的转盘上，所以不需要松脱的冷却管而做180度的回转。另一种替换实施例中，冷却管每“半段”可以同时地安装散热片，夹紧装置的一边带有第一托架装置及驱动装置，而另一边带有第二托架装置和驱动装置。本发明的特征的优点在于，有可能使安装散热片的冷却管和散热片组的长度等于或大于那些外部呈螺旋形缠绕条带的长度，例如2×6米。
另外，分为两段的冷却管分别从各端部安装散热片的方法，能缩短散热片安装到冷却管上的最大距离。例如，一支6米长的冷却管，驱动装置的工作速度为每秒3米，希望在冷却管上驱动散热片最多不超过3米，以避免因散热片和冷却管之间的摩擦而使散热片累积过多的热量，这些过多的热量累积将影响散热片与冷却管之间可能的热接触。
两个或更多的驱动装置(例如线性马达)能够与托架装置串联或并联安装，以便产生较大的驱动力，同时可对一个较大型的冷却管组安装散热片。
托架装置18具有一个搬运板44，其上具有十个相对冷却管排列位置的开孔。在搬运板上，开孔46比冷却管的外径稍微大些，所以在冷却管和搬运板之间会产生一些接触与摩擦，也有可能不会发生接触与摩擦。
在该实施例中，此机器是用于制造一个散热片组，所以其上具有十个和冷却管组24a、b、c排列对应的开孔的一个单板状散热片50，安装到这些冷却管上。搬运板44上有一个为散热片而设的支撑装置(图中未显示)。该支撑装置可能是机械的，例如有能在开孔的中间或边缘抓住散热片的夹子，能够夹于散热片和搬运板之间的局部散热片的枢轴板(虽然到开孔的一边散热片需要一段深度)，或是锁环；该支撑装置对适当的材质是有磁性的。在可选择的或较佳的实施例中，可用单独的或共同的机械装置，由压力把散热片安装到搬运板上，搬运板连接在一个泵上，因此搬运板的开口处发生负压，使这些开口被散热片覆盖，所以抽吸效应导致散热片继续与搬运板接触。在这个替换的实施例中，当托架装置通过冷却管的活动端42时，泵立刻被关掉，由于散热片板反向后退所产生的轴环摩擦阻力较板反向后退所需要的阻力为大，所以散热片将被安装在冷却管上。
如图3所示，散热片50上的开口52每个均具有一个轴环或端缘54。确定轴环尺寸使其后端56较冷却管的外径稍大，而前端58则较冷却管的外径稍小些。这样，散热片以摩擦配合的方式安装在冷却管上，将给定的开口前端58微微扩张，以适应各个冷却管24a、b、c。当散热片安装在冷却管上时，每一个开口的后端将与冷却管稍有段间隔，但与相邻散热片的前端吻合。在这种方式中，造成相邻的散热片啮合及连锁在一起，协同的散热片使散热片组的强度增加。另外，这些轴环的作用是能使散热片分开安置。当所需的连续移动力量超出某一限度时，且该限度是由一散热片的前端与相邻散热片的后端之间的啮合程度所决定时，带有这种散热片的装置可用来终止驱动散热片安装到冷却管上。
而且，如冷却剂或其中的污染物对冷却管壁是有腐蚀性时，则该轴环的作用是防止冷却剂与冷却管壁接触。
在可供选择的或最佳的实施例中，如线性变频器或电位计这类的测量装置可用于决定托架装置和基座上的相对位置，并且控制装置可用于与驱动装置结合，以便在冷却管上预定的位置连续放置散热片，例如连续的散热片可以沿着冷却管上的100CM、99.9CM、99.6CM的位置放置。当散热片的间隔相当大时，也就是说当相邻的散热片不能啮合安装时，如冷却剂是特别地粘稠，以及当散热片的轴环长度能被严格控制时，本实施例具有优点，所以一个特定的散热片间隔可保证使相邻的散热片之间的前端/后端的啮合。在具有如位置传感器的变频器的已知线性马达中，马达的位置可以控制到所要求的精密度达5μm。
对于特别长的冷却管来说，我们预知必须有附加的支撑装置，也就是说，即使当那些活动端被装配在集中锥体上时，冷却管仍可能会弯曲到使托架装置阻塞冷却管的活动端的程度。附加的支撑配件60如图4所示。
该支撑配件60中具有轴62，在轴上装设有三个支臂64a、64b、64c。这些支臂64a、b、c以相等于冷却管各排24a、b、c之间隔的距离分开。这些支撑配件60上有栓销66，它可装在基座12的一个孔中；当安装时，轴62基本上是垂直的，且此支撑配件将可相当自由地绕栓销66旋转。在图中与臂64a、b、c呈直角凸出的控制臂70也同样是由轴62所支撑。
在使用上，该支撑配件60具有第一位置(如图所示)，在此位置臂64a、b、c分别位于冷却管各排24a、b、c的下方，冷却管的重量由这些臂支撑，所以可以阻止任何在重力影响下造成的冷却管的弯曲倾向。当托架装置通过支撑配件时，这些臂64a、b、c被推出轨道(即支撑配件60以大约90度的角度绕栓销66旋转至它的第二位置，此时冷却管由托架装置和散热片来支撑。在第二位置，控制臂70位于托架装置的通道上，因此托架装置的返回导致支撑配件60旋转回到其第一位置上。
基座12包括有止挡装置(未示出)，以限制支撑配件在其第一和第二位置之间的旋转；在替换的实施例中，装设弹性偏斜装置，可用于确保支撑配件停留在其第一或第二个位置上，除非因托架装置移动否则不会旋转。
当需要支撑一段特别长的冷却管时，可以沿基座间隔安装数个支撑配件60。
根据图5所示的安装散热片机器，其中冷却管排列成单独的一排，支撑装置可能是单一的杆棒。该杆棒能和图4的支撑配件60一样的方式旋转，或者它能在冷却管下方升起或落下(在托架装置运动的通道外)。如支撑装置从冷却管的下方升起，它可有部分圆形的凹槽，以减少或防止冷却管侧向移动。
支撑装置的高度是可变的，以便支撑起初未安装散热片的冷却管而后来已安装散热片的冷却管部分。
可以理解，此机器还可用于将分离的散热片同时安装在几个冷却管上。而且，常用的冷却管排列的模型可被大范围地选择，以适合消费者或使用者的需要，同时安装散热片的冷却管数目，或者散热片组中冷却管的数目，仅受到本装置所克服的散热片和冷却管之间结合所产生的摩擦力的功率限制。冷却管的数目和排列的相对位置可随夹紧装置的形式和尺寸的改变而变化，并且与搬运板形式的改变对应。
如图5的实施例中，机器100包括托架装置144，在该装置上具有十个成排的开口146，用以接受十个分离的散热片轴环或一个单独的板状散热片150。每一个开口146周围紧紧地由四个通气孔145所环绕，该通气孔引导到由相等的通路149连接的上、下真空歧管147。在该实施例中这些开口146是处在扁平状搬运板143上，然而该搬运板具有一个向上和向下的凹槽148，向上的凹槽148可使转送装置进行运作(下面详述)。
在一替换的实施例中，搬运板143的前表面是不平坦的，例如是波状的或有凹槽的，以使之能配合波状的或有凹槽的散热片；这些散热片将藉助具有特殊角度方向的装置安装在冷却管上，即凹槽平行于相邻的散热片的凹槽，因此使冷却剂冲击在冷却管上能保持固定宽度的流动通道，而凹槽使流体横向的或充分的流动，以至加强了紊流，从而增强了热转移。在另一实施例中省略了这些凹槽，所以所有搬运板的前表面是处在一个平面上。在理想的实施例中，前表面是由附加在真空歧管上的板所提供，该板可由其他带有不同尺寸及间隔的开口的板所置换，因此不同排列的冷却管可用此装置安装散热片。
固定于托架装置144底面(用螺钉固定，未示出)的是线性马达的主要线圈122。该线性马达的次要线圈120安装在机器的基座112上。适当的激励线圈120、122致使托架装置横向向前或向后，即向本文的内、外方向活动。
在该实施例中，托架装置144安装板状散热片150，适于提供十支成一排的冷却管形成的延伸的表面。几个散热片150装配在料斗152上，借助手或辅助装置(未示出)从安装散热片的机器上分离。这样，一个散热片150与另一散热片轴向间隔开，并与轴环面向后方的方式安装在另一散热片之后。料斗152具有槽形的底板和左壁，以便使散热片能维持在各直立的轴向间隔排列的状态，但是其顶端及右壁是敞开的，以下说明原因。
散热片150基本是平坦的，即只有环绕每个开口151的轴环从那里突出。然而，在其他实施例中，散热片具有一个或多个横梁伸至这些开口的任一边(除此外或者形成如上述的凹槽)，以增加强度，并在散热片安装到冷却管上以前，协助散热片保持笔直。然而可以理解，这些横梁将位于与通气孔145啮合处的外侧，所以不会影响搬运板上的散热片保持真空。
料斗151可借助滚珠丝杠和步进马达154在线性导杆153上向前标示。在替换实施例中，本料斗是固定的，但是带有可向前弹性偏斜的、通过间隔装置临时保持分开的、或只由它们的轴环来保持间隔的散热片。
转送装置160由两个安装在卡盘板162上的气动夹头161所组成，气动夹头本身由轴承组164安装在一对横梁165上(在图中只可见到其中一个横梁)。这对横梁165是不锈钢制的，其相对的两端由纵立的支柱166、167支撑。
卡盘板162可移动到料斗151上方的位置。这种移动受头部168的影响，在该实施例中装入一个汽动马达，以便使卡盘板162在左端的移动终点170和右端的移动终点171之间沿横梁165前后滑动。
在卡盘板162左端的位置，每一个气动夹头161均有两支抓手能紧紧地抓住最前面的公共散热片的两端。当卡盘板162移至其右端的位置时(如图5所示)，散热片150将压在搬运板143的上面。在该位置上的散热片150完全地或牢牢地遮蔽住通气孔145，所以当真空泵启动时，散热片150夹持在搬运板上。然后气动夹头161将散热片150释放(每个气动夹头的一支抓手占有凹槽148的一部分)。气动夹头161上带有磁性的传感器，可用通常的方法来探测气动夹头上的抓手是打开还是夹紧。
在第一个替换实施例中，安装在卡盘板162上有超过两个以上的气动夹头。在第二个实施例中，适于从料斗中抓取数个独立的(不连结的)散热片有十个气动夹头，或者对准成一列的独立散热片有一个带多个抓手的气动夹头，该气动夹头横向延伸越过十个散热片的宽度。
在第三个替换实施例中，该抓手是可以向后方转动的，所以每一个散热片轴环可摆动入开口146中，然后被真空吸在通气孔145上。在第四个可替换的实施例中，气动夹头将公共散热片(或独立的散热片)吸在搬运板143的前面，而且当搬运板轴向向前移动时，即在冷却管安装散热片动作的第一个部分期间，散热片的轴环进入开口146中。
在显示的实施例中气动夹头161绕着垂直于纸面的轴线在它们各自的装配件上转动，所以在搬运板移动前，将这些抓手与搬运板143脱离。
当将气动夹头移动至如图5所示的位置时，在料斗151中的下一个散热片150将移至一个可夹紧的位置。
托架装置144的移动是由线性导杆172以及移动组块173所控制。
由托架装置移动的轴向距离是由线性译码器控制。轴环的位置以及散热片沿冷却管的位置将预先确定，所以位置的误差是不会累加的；也就是说，每一个散热片都将给予一个相对于冷却管的预设位置，对每一个连续的散热片托架机构的移动较少。如果需要，散热片组之间的间隙可以设定，本发明的机器尤其适用于需要中间补充支撑件，以防止冷却管下垂或冷却管间接触的长冷却管。
在使用该冷却管安装散热片装置的其他方法中，第一个公共散热片(或第一组单独散热片)被托架装置及驱动装置推到冷却管的末端，但该散热片不会沿冷却管被推至它的最终位置，然后托架装置再移回到它的初始位置，以接收第二个公共散热片(或第二组单独散热片)，于是第二个公共散热片也被推到冷却管的末端，与第一个散热片啮合。然后第一个与第二个散热片一起沿冷却管被推到它们的最终位置。
这个方法对于将散热片强制移至冷却管末端是有利的，在这其间，轴环的前端将在冷却管末端或中央锥体上扩张，这时驱动装置需要有最大的动力，移动时驱动装置只推进了单一片的散热片(或单一组的独立的散热片)。因此，沿着冷却管移动散热片需要较少的动力，所以，一旦这些散热片的轴环已在冷却管末端扩张，驱动装置就能推进两片内部啮合在一起的散热片。
由此可了解，该方法使托架装置的总运动减少，而因此可能减少了循环时间。此方法也可能使已给的驱动装置，利用托架装置沿冷却管同时搬运三片啮合的公共散热片(或三组啮合的单独散热片)，然而在一片散热片轴环前端与相邻散热片轴环后端之间的内部锁定啮合，会使得这种方法不实用。
图6所示为由图5所示机器制做的散热片组的一部分。散热片板150已配装到冷却管124上，形成带有宽间隔的散热片板的散热片组，例如每一散热片板在预先设定的冷却管轴向位置上间隔20mm。在该实施例中，轴环154是环状的，而且在轴环的前端158摩擦地夹紧冷却管。
在另一实施例中，有超过十支的冷却管排成一列，并采用更宽大的供给及定位设备，或选择两台装置平行并列，或者同时运作，例如每一台装置都安装具有十个开口的散热片板150。
可以理解，所有的冷却管(或所有的散热片，如果这些散热片是分开的)不必要由相同的材料制成。因此装置100能同时制作各包含有五个冷却管排成一列的散热片组，在这个例子中，其中一个散热片组所包含的冷却管和散热片可以由第一种材质组成，而另一个散热片组中的冷却管及散热片则可由第二种材质组合而成。另外，已知在使用热交换器冷却管时会发生沿冷却管长度有不同的流体绕过的状况(或许腐蚀性的流体只绕过冷却管长度的一半)；而用本发明的装置沿不同长度的冷却管可应用安装不同材质的散热片(以及不同的散热片密度)，所以不需要整个冷却管安装不同材质的散热片以适应不同的环境，而只需要安装一些散热片即可。
在图7的设备中，冷却管224以及延伸表面配件都是用当伸展或撞击时容易破碎或折断的材料制成的。将这样的材料，例如碳化硅或陶瓷材料，用于热交换器，是因为它们能承受住高温以及特别具有腐蚀性的流体(如热的氢氟酸蒸气)。而散热片250的形式是平面有开孔的板(即没有轴环)。在散热片组201中，每一片散热片250有三个圆形的开口对应与三支冷却管224的位置。开口的尺寸(直径)等于或稍大于冷却管的尺寸(如外径)，所以散热片具有一与冷却管啮合的表面258，而且与冷却管滑动配合(在一替换的实施例中，散热片松动配合在冷却管上)。
在每一对散热片250之间有一个石腊或类似物质的半固体的间隔物252，当第二片散热片250滑进位置时，此间隔物会随之变形，并将第二散热片临时夹持在冷却管上的预定位置，当所有的散热片都滑进在冷却管上时，这个组合的散热片组是“灼热的”(为了将散热片及冷却管熔在一起)，即使该间隔物252最好能由非可熔性的材料做成，但仍将它们蒸发以便增加热交换器随后的可使用的面积。
在一替换的实施例中，该间隔物可由分散的体积形成，或者当散热片沿着或围绕冷却管传送时(或散热片组沿冷却管传送)喷洒在散热片上。如果在灼烧时未蒸发，可能在邻近的散热片中形成轴向柱状物，并促进散热片间冷却剂的紊流产生；或在更精细的安排下，该半固体状的间隔物立即喷洒在冷却管上预定的安装散热片位置之前。
权利要求
1.一种热交换器中的热交换单元(101；201)，其包括第一个具有外表面和延伸表面配件(50；150；250)的冷却管(24a，24b，24c；124；224)，其安装在沿外表面轴向间隔的位置，这些配件每一个均具有一个冷却管的啮合面(58；158；258)，其特征是，每一个配件均分别安装于预定的轴向位置。
2.如权利要求1所述的热交换单元，其特征是，这些配件每一个都有整体的轴环(54；154)，其中至少有一个散热片的轴环能与其两个相邻散热片的轴环相连接。
3.如权利要求1所述的热交换单元，其特征是，这些延伸表面的配件和冷却管的材质相同，且这些配件是相间隔开的。
4.一种热交换散热片组(101；102)，其包括如权利要求1-3中任一项所述的热交换单元，其特征是，具有第二冷却管经由延伸表面配件与第一冷却管相连，延伸表面配件是轴向间隔的冷却管散热片。
5.一种为冷却管安装散热片的机器(10；100)，用以制造如权利要求1-4中任一项所述的热交换单元，其包括一个基座(12；112)，安装于基座上的夹紧装置(14)，可相对于基座移动的托架装置(18；144)，以及移动托架装置的驱动装置(20，22；120，122)，其特征是，夹紧装置能夹持第一冷却管的一部分，而托架装置则至少能运送一个散热片至相邻于上述冷却管被夹持部分的一轴向预定位置。
6.如权利要求5所述的为冷却管安装散热片的机器，其特征是，驱动装置是一个具有主、副线圈的线性马达，该线性马达的主线圈固定到基座上，而副线圈可滑动的安装在基座上，其中托架装置与副线圈相连接。
7.如权利要求6所述的为冷却管安装散热片的机器，其特征是，主线圈是“鼠笼式线圈”，而副线圈是多相式线圈，最好是三相式线圈，测量装置(175)的设置可确定托架装置相对基座的位置，测量装置与驱动装置的控制装置相连接，因此可使托架装置移动至相对于基座的预定位置。
8.如权利要求5-7中任一项所述的为冷却管安装散热片的机器，其特征是，夹紧装置(14)能够通过至少一支冷却管的支撑配件，以预先选择的排列方式同时夹住许多冷却管，以便相对基座枢轴旋转，该机器的第一位置可支撑每一支冷却管的一部分，但第二位置则不能支撑所述部分，支撑配件通过托架装置的移动而在第一和第二位置间移动，借助由装置携带的转送装置(160)，至少有一个散热片处在相对于托架装置的选择位置上，并由夹持装置(145)在与托架装置邻接时支撑每一个所在的散热片。
9.一种为冷却管(24a，24b，24c；124；224)安装散热片的方法，其特征是，包括步骤支撑一端为活动端(42)的冷却管；将托架装置(18；144)定位在起始的位置；在托架装置上以预定的角度和方向安装一个散热片(50；150；250)；当托架装置处于起始位置时，将该散热片安装在托架装置上；移动托架装置以便驱动此散热片至冷却管的活动端；此后沿冷却管到预定的距离；再将不带有散热片的托架装置返回至所述的位置；以及重复此循环，将另一个散热片依预定的角度方向安装于托架装置上，但此托架装置具有较小的预定距离。
10.如权利要求9所述的为冷却管安装散热片的方法，用以同时装设多个冷却管散热片以组成权利要求4所述的散热片组(101；201)，其特征是，包括步骤(i)在基本固定的相对位置上同时支撑多个冷却管，这些冷却管的每一个均有一端是活动的，(ii)在托架装置上安装一片散热片与冷却管的活动端相邻，该散热片上具有对应于冷却管位置相符合的开孔(52；151)，(iii)将散热片移到冷却管上，和(iv)将托架装置返回以便安装另一散热片。
11.如权利要求9或10所述的为冷却管安装散热片的方法，其特征是，散热片包括一径向凸缘，该径向凸缘是散热片置放在托架装置上的部分，托架装置驱动径向凸缘经过冷却管的活动端直到所述的预定距离。
12.如权利要求9-11中任一项所述的为冷却管安装散热片的方法，其特征是，冷却管支撑在其两端之间，因此冷却管有两个活动端，其特征是，可以分别从两活动端安装散热片。
全文摘要
一种热交换器中的热交换单元,包括第一个具有外表面和延伸表面配件(50;150;250)的冷却管(24a,24b,24c;124;224),沿外表面安装于轴向间隔的位置,这些配件的每一个均具有冷却管的啮合面(58;158;258),且均安装在预定的轴向位置。本发明也公开了一种热交换散热片组(101;201),其包括通过延伸表面配件与第一冷却管相连的第二冷却管的热交换单元,该延伸表面配件为预定轴向间隔的冷却管散热片。此外还公开了一种为冷却管安装散热片的机器(10;100),其包括一个基座(12;112),安装于基座上的夹紧装置(14),可相对于基座移动的托架装置(18;144),以及移动托架装置的驱动装置(20,22;120;122)。夹紧装置能夹持第一冷却管的一部分,而托架装置则至少能运送一个散热片(50,150,250)至相邻于所述部分的轴向预定位置。另外还公开了一种为冷却管(24a,24b,24c;124;224)安装散热片的方法,其包括支撑一端为活动的(42)冷却管;将托架装置(18;144)定位在起始的位置;在托架装置上以预定的角度方向安装一个散热片(50;150;250);当托架装置处在起始位置时,安装散热片在托架装置其上;移动托架装置以便驱动散热片至冷却管的活动端上;此后沿着冷却管到预定的距离;再将不带有散热片的托架装置返回至上述的位置,并重复此循环将另一个散热片依预定的角度方向安装于托架装置上,但此托架装置具有较小的预定距离。
文档编号F28F21/00GK1185205SQ96194159
公开日1998年6月17日 申请日期1996年5月1日 优先权日1995年5月2日
发明者戴维·B·皮尔斯 申请人:戴维·B·皮尔斯