专利名称：用于制造换热器的方法以及实施该方法的设备的制作方法
技术领域：
根据权利要求1的前序部分，本专利申请涉及一种制造换热器的方法，特别是一种制造适于在板和流体回路之间传递能量的换热器的方法。
背景技术：
随着家庭供热费用的增加，对可选的环境友好的替换方案的需求逐渐增加。一种这样的替换方案是利用容易以太阳能形式获得的能量。为了使用太阳提供的能量，一般使用太阳能集热器。这些太阳能集热器可以例如基于这样的原理使太阳照射专用的表面以便被该表面吸收并且加热该表面，然后将热量从该表面传递到流体介质，该流体介质便于将热量传输到所需的位置。因此，对换热器、特别是适于在太阳能系统中的吸收能量的换热器有增加的需求。
在制造太阳能集热器的时候，经常优选制造大的所谓全板吸收体(full plate absorber)，其中在相当大的均质吸收板上设置用于传递热量的管道。管道通常被设置为根据预定的型式附连到吸收板上的连续环路。
现今在制造这种全板吸收体换热器的时候，通常首先制备基本对应所需预定管道型式的管道骨架结构。然后所述管道骨架结构被定位在均质吸收板上，之后通过将管道骨架结构焊接或钎焊到均质吸收板上使管道骨架结构附接到均质吸收板上。
但是，有一些问题与上述制造方法相关联。管道骨架结构通常非常不稳定，在车间里需要相当大的工作表面来制备。由于管道骨架结构的不稳定性，把管道骨架结构正确地定位在均质吸收板上的工作通常是非常麻烦的和耗时的。该不稳定性结合管道骨架结构中残留的应力也使得管道与均质吸收板之间要实现接近百分之百的接触实际上是不可能的，这当然对于根据这种已知的方法制造的换热器的热传递能力有负面的影响。
考虑到上述问题，需要一种改进的制造这种全板吸收体换热器的方法。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种制造换热器的方法，特别是制造适于在板和流体回路之间传递能量的换热器，所述方法用于消除或减少上文中描述的一个或更多的问题。
本发明的目的根据权利要求1中的特征部分实现。
由于提供了一种方法，所述方法包括制备金属薄板；制备预定长度的连续金属管道；将所述长度的金属管道接连施加到所述金属薄板上，所述接连施加包括使所述金属管道与所述金属薄板形成紧密接触；以及将所述金属管道附接到所述金属薄板上，这就提供了一种改进的灵活且成本经济的制造方法，该方法用于制造具有优良测量公差的换热器，因此能够在管道和金属薄板之间提供优良的热接触，并且因此提供了高的效率。
在从属权利要求中列出了优选的实施例。
在下文中将参照附图对本发明作更详细地描述，其中图1示意性地表示根据本发明的方法制造换热器的系统；图2示意性地表示根据本发明的方法实施即刻施加步骤、将金属管道定位和附接到金属薄板上的装置；图3示意性地表示了根据本发明的方法在将管道接连施加到所述金属薄板上的过程中实施给金属管道提供弯管以形成预定回路型式的步骤的装置。
从下文结合附图的详细描述中本发明的其他目的和特征会更明显。但可以理解的是，附图只是为了示意的目的而设计，而不是作为本发明范围的限定，对于本发明范围应当参考所附权利要求。进一步可以理解的是，附图不一定按比例绘制，除非另外指出，附图仅仅是用来概念性地表示在此描述的结构和程序。
具体实施例方式
图1表示了用于根据本发明的方法制造换热器的系统的示意图。所述系统包括预定大小的金属薄板2的储器1。操纵系统3(例如一种预编程的自动操纵系统)用于操纵金属薄板2。但是显然的是也可以使用任何合适的操纵系统，包括金属薄板2的手动操纵。
操纵系统3设置成从储器1抓住一片金属薄板2并将其传送到对准单元4，所述金属薄板2将在对准单元中被释放并被定位在预定的明确位置。一旦金属薄板2位于预定的明确位置，操纵系统3将再次抓住该金属薄板2并将其传送到工作平台5。由于所述对准步骤，非常有助于在工作平台5上的精确定位。此后金属薄板2被固定在工作平台5上的工作位置。优选用真空抽吸使金属薄板2固定在工作平台5上，由此使金属薄板2与工作平台5形成紧密接触，这样在金属薄板2上提供了基本平的工作表面。
提供了连续金属管道6(优选铜管道)的卷材(未示)。在优选实施例中，按照一序列步骤来制备预定长度的连续金属管道6，所述步骤包括拉直金属管道6、将金属管道6切割成最终产品所需的预定长度以及将预定长度的金属管道缠绕在卷轴7上。
管道6用于运送将热量从金属薄吸收板2传送到例如家用供热系统的流体介质。用于这类系统的优选的流体介质通常是水。为了防止对这种太阳能集热系统的损坏，使用的水需要具有一定的质量。在放置于温度低于0摄氏度的地区的系统中，还应该在水里添加防冻液。所述防冻液可以是乙二醇或具有阻蚀剂的乙二醇。
在优选实施例中，例如由第二预编程自动系统9承载的管道施加单元8接着将设有卷轴7，该卷轴7包含所述预定长度的连续金属管道6。但是在可选的实施例中，可以直接将管道6从卷材(未示)供给到管道施加单元8，所述管道施加单元8包括了实施上述步骤的装置，所述步骤即在施加之前拉直金属管道6以及将金属管道6切割成最终产品所需的预定长度。如图1所示，承载金属薄板2的工作台5将沿虚线箭头17的方向移动，并进入承载管道施加单元8的所述第二预编程自动系统9的操作范围。
如图2中示意性所示，管道施加单元8用于将所述长度的金属管道6接连施加到金属薄板2上。在预定长度的金属管道6设置在卷轴7上的优选实施例中，管道6沿箭头10的方向经由整形装置朝金属薄板2上的预定位置供给，所述整形装置例如由多个辊子11构成。此后，例如通过利用至少一个引导轮12将金属管道6向金属薄板2按压，金属管道6与金属薄板2形成紧密接触。与金属薄板2形成紧密接触的管道6随后即刻被附接到金属薄板2上。
在优选实施例中，通过将金属管道6焊接到金属薄板2来实施所述附接。激光焊接是优选的结合方法。激光焊接特别适合于生产大体积的全板吸收体换热器。因为管道6已经与金属薄板2形成紧密接触，可以通过激光14发射激光束18来获得焊点13，所述焊点13提供了高效的热传递。在焊接操作过程中，适于在管道6的两侧同时设置焊点13。因为管道6只需要在焊点自身处与金属薄板2形成紧密接触，所以整个公差问题复杂性只限于一个点。
在使用中，太阳照射吸收板2，在吸收板2处太阳的热能被吸收并通过板2向焊点13传输。热能经过焊点13被引导到管道6中，这就是为什么焊点13的传递热能的能力是至关重要的。此后，热能被传递到在管道6中循环的流体介质，并用于将热能传输到不同的位置。对本领域技术人员来说显而易见的是这同样适用于反向方向，即在管道6中循环的流体介质的热能被传递到管道6，并经由焊点13传递到板2，该板2被设置成将热能散发到周围环境中。
在优选实施例中，通过将铜管道6激光焊接到均质吸收板2上来制造全板吸收体换热器，所述吸收板优选是铝或铜的金属薄板2。这种制造方法给管道6和板2之间提供了非常好的热接触。根据本发明的方法允许在设计吸收体时有非常高度的灵活性。铜管道6优选焊接到吸收板2的背侧，而使吸收体的可见侧具有平滑的表面和基本一致的颜色。激光焊接产生基本上均匀的色调和平坦的吸收体表面，这符合了严格的美学需求并同时提供了优质的性能。
金属吸收板2的可见侧优选预涂覆有多层选择性表面。在铝板2的情况下，优选利用物理气相沉积技术(PVD)将所述多层选择性涂层沉积在阳极氧化铝基板上。高的红外(IR)反射确保了低的散热系数(ε)。顶部的氧化层被优化为具有非常高的太阳能吸收系数(α)和抗环境影响能力。这种表面经常具有蓝色调。
在铜板2的情况下，通过磁控溅射方法进行涂覆。该反应方法用于产生具有分段折射率的CERMET(金属陶瓷)多层涂层，其中非常小的金属颗粒散布在无定形电介质矩阵中。金属含量向上层减少。通过金属颗粒和周围电介质矩阵的散射作用来实现吸收。此外，这种多层薄膜利用半透明层之间的干涉效应来捕获能量。所以，抗反射涂层施加在堆叠层的表面上，其也具有保护膜的作用。一种特殊的金属涂层施加在基板的顶部作为阻挡层以防止基板腐蚀以及基板材料扩散到上部涂层中，这极大地提高了涂层的耐用性。同时这也提高了随后的沉积层的粘附力。
对本领域技术人员来说显而易见的是，如上所述用于铝板2的金属吸收板2的可见侧涂层也能用于铜板2，而如上所述用于铜板2的金属吸收板2的可见侧涂层也能用于铝板2。进而，对本领域技术人员来说显而易见的是，可以用任何合适的表面处理的方法来设置涂层，例如刷涂料。
如图3示意性所示，根据本发明方法，金属管道6被设置成沿箭头10的方向供给，接连施加和附接到金属薄板2上，并且设有弯管以在金属薄板2上形成预定的回路型式。可以使回路型式最优化以提供最大的热传递效率。
在优选实施例中，管道施加单元8包含用于供给管道6的装置、整形装置(例如辊子11)、使管道6和金属薄板2紧密接触的装置(例如引导轮12)、把管道6附接在金属薄板2上的装置(例如激光14)以及用于提供管道弯管的装置15，这些都被设置在同一工具中，所述工具由预编程的自动系统9承载，这就是为什么在施加操作中不需要更换工具。在将管道6回路施加并附接到金属吸收板2上的时候，自动系统9用于高度精确的定位。自动系统9也提供了精确控制形成管道弯管以及在金属薄板2上形成预定回路型式的方法。在利用激光焊接来将管道6附接到金属薄板2上的情况下，激光束18的冲击点的定位适于通过“悬浮”在工作台5表面上的施加单元8来实现，而与承载施加工具的自动系统9的竖直定位无关。因此，瞄准与自动系统9的定位精度或者下方的工作表面有多平整无关。对本领域技术人员来说显而易见的是，可以使用其他的高度感测方法来进行由激光14发射的激光束18的冲击点的定位。
在将金属管道6接连施加到金属薄板2的过程中，金属管道6被被设有弯管以形成预定的回路型式。在优选实施例中，利用弯曲辊15来形成这些管道弯管。这些用来形成管道弯管的弯曲辊15优选地由一对弯曲辊15组成，所述弯曲辊15对被设置成金属管道6的每侧各定位一个弯曲辊15，并且使得管道6通过所述弯曲辊15对形成弯管，在管道6的接连施加过程中所述弯曲辊15对相对于金属薄板2连续重新定位。当自动系统9转动管道施加单元8以便在新的方向施加管道6时设置弯管。为了提供所述弯管，在所述弯管之前的管道部分必须已经首先例如通过焊接被附接到板2上。在转动操作过程中，例如沿箭头16的方向，所述附接(例如焊接)被暂停，并且所述弯曲辊15对被定位成在管道6的每侧各有一个弯曲辊。在管道6的继续的接连施加中，由于管道施加单元8由预编程的自动系统9重新定位，所述弯曲辊15对连续重新定位，由此形成所述弯管。对本领域技术人员来说显而易见的是，利用上述方案，为形成弯管的先决条件是在所述弯管之前的管道部分必须已经首先例如通过焊接被附接到板2上。一旦完成弯管，就重新开始附接操作，例如焊接操作。
一旦完成预定回路型式，通过操纵系统3抓住金属薄板2并同时释放真空抽吸，从工作台5去除金属薄板2。此后最终的换热器被传送到存储区域(未示)，以便最终产品等待被传送到另一个位置来组合成一个完整的供热系统。
根据本发明还设想了一种设置成实施上述方法的用于制造换热器的系统。因此用于高性能换热器的成本经济的制造方法。
本发明不限于上文描述的实施例，而是可以在以下权利要求的范围内进行变化。
对本领域技术人员来说显而易见的是，用于根据本发明的制造换热器的方法不但适于制造上述示例的产品，而且可以用于制造其他类型的换热器产品，例如供热面板、冷却面板以及用于所谓的冷却吊项系统的面板。
由此，尽管已经显示和描述并且指出了本发明的主要新颖特征，如应用到优选实施例中的，应当理解，本领域技术人员在不脱离本发明精神的情况下可以对所述装置的形式和细节以及操作进行各种省略、替代和改变。例如，要清楚指出的是，为了获得相同结果以基本相同方式实施基本相同功能的元件和/或方法步骤的所有组合都在本发明的范围内。而且，应当认识的是，与本发明任何公开形式或实施例有关的所示的和/或所述的结构、元件和/或方法步骤可以并入任何其它被公开的、被描述的或被暗示的形式或者实施例中，作为通常的设计选择。因此，本发明的目的仅通过所附权利要求的范围来限制。
权利要求
1.一种用于制造换热器的方法，特别是用于制造适于在板和流体回路之间传递能量的换热器的方法，所述方法包括制备金属薄板(2)；制备预定长度的连续金属管道(6)；将所述长度的金属管道(6)接连施加到所述金属薄板(2)上，所述接连施加包括使所述金属管道(6)与所述金属薄板(2)形成紧密接触；以及将所述金属管道(6)附接到所述金属薄板(2)上，其特征在于所述金属管道(6)被接连施加并附接到所述金属薄板(2)上，以便在所述金属薄板(2)上形成预定的回路型式；在所述接连施加到所述金属薄板(2)上的过程中，给所述金属管道(6)设置弯管以形成所述预定的回路型式；利用弯曲辊(15)来形成所述管道弯管；用于形成所述管道弯管的所述弯曲辊(15)由一对弯曲辊(15)组成，所述一对弯曲辊(15)被设置成在所述金属管道(6)的每侧各定位一个弯曲辊(15)，并且迫使所述管道(6)通过所述一对弯曲辊(15)形成所述弯管，在所述管道(6)的所述接连施加过程中所述一对弯曲辊(15)相对于所述金属薄板(2)连续重新定位。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过将所述金属管道(6)焊接到所述金属薄板(2)上来实施所述附接。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，通过焊接的所述附接是通过激光焊接来实施的。
4.根据权利要求1至3中任意一个所述的方法，其特征在于，通过利用至少一个引导轮(12)将所述金属管道(6)压向所述金属薄板(2)，从而实现所述金属管道(6)和所述金属薄板(2)之间的所述紧密接触。
5.根据权利要求1至4中任意一个所述的方法，其特征在于，制备所述金属薄板(2)包括在平表面(5)上放置所述金属薄板(2)并将所述金属薄板附接到所述平表面上。
6.根据权利要求1至5中任意一个所述的方法，其特征在于，制备所述预定长度的连续金属管道(6)包括将所述金属管道(6)切割成所述预定长度并将所述预定长度的金属管道(6)缠绕在卷轴(7)上。
7.根据权利要求1至6中任意一个所述的方法，其特征在于，将预定的弯管之前的管道部分附接到所述金属薄板(2)上，所述弯曲辊(15)作为适于由自动系统(9)承载的管道施加单元(8)的一部分，这样当自动系统(9)转动管道施加单元(8)时设置所述预定的弯管，以便沿新的方向施加管道(6)。
8.一种用于制造换热器的设备，其特征在于，所述设备设置为实施根据前述权利要求中任意一个所述的方法。
全文摘要
本发明申请涉及一种制造换热器的方法，特别是制造适于在板和流体回路之间传递能量的换热器的方法。制备金属薄板(2)和预定长度的连续金属管道(6)。所述长度的金属管道(6)接连地施加到金属薄板(2)上，所述接连地施加包括使金属管道(6)紧密接触金属薄板(2)；以及把金属管道(6)优选利用激光焊接附接到金属薄板(2)上。
文档编号F24J2/26GK101076413SQ200580042721
公开日2007年11月21日 申请日期2005年11月25日 优先权日2004年12月13日
发明者G·胡尔特马克 申请人:松斯特里普股份公司