专利名称：热交换单元的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种热交换单元，该热交换单元包括多个传热嵌板，所述传热嵌板由金属薄片形成并且平行地结合并且彼此形成一体，本发明尤其涉及这样一种热交换单元，在该热交换单元中具有高压的热交换流体可以被引入到传热嵌板之间。
背景技术：
为了提高在高温流体和低温流体之间进行热交换的热交换器的传热系数以增强热交换效率，板型热交换器已经常规地得到广泛使用。板型热交换器具有一种结构，在该结构中，形状为板状的多个传热嵌板以预定间隔平行地彼此重叠布置，从而形成通道，所述通道通过各个传热嵌板分隔。高温流体和低温流体交替地在上述通道中流动以通过各个传染嵌板进行热交换。日本专利临时公开No.S53-56748描述了这样的传统板型热交换器的一个例子。
在传统板型热交换器中，由弹性材料形成的垫圈元件被设置在相邻的两块板之间以使它们之间的距离恒定，并且限定用于流体的通道。然而，在所述板之间流动的热交换器的高压会导致垫圈的变形，从而使流体之间的适当分隔得不到保证，或者导致板之间距离的不利变化。在这样的情况下，可能无法执行有效的热交换，从而导致问题。鉴于这些事实，传统热交换器所存在的缺点在于，热交换流体仅仅能够在垫圈元件能够承受的压力范围内应用。
近来提出了一种热交换器，该热交换器具有一种结构，在该结构中，不使用任何垫圈元件，以预定间隔设置的金属薄板在它们的端部通过焊接连接在一起，以将所述板组装成单一单元，从而在各个板的相对侧上形成用于热交换流体的通道。作为本发明人所创造的发明的一个例子，日本专利临时公开No.2003-194490描述了一种热交换单元，在该热交换单元中由金属薄板形成的每个传热嵌板彼此平行地排列，从而互相分隔，除了一侧之外这些板在它们的周边被焊接成一个具有开口的联合体，并且所述开口由端板封闭。
日本专利临时公开Nos.S53-56748和2003-194490描述了所述传统的热交换器(热交换单元)。特别地，在后一公开所描述的现有技术中，一对传热嵌板在它们相对的两侧的平坦部上焊接在一起，因此制备了结合体部分。与上述同样的步骤被重复以制备多个结合体部分。由此制备的一对结合体部分在它们另外相对的两侧的平坦部上焊接在一起，并且与上述相同的步骤被重复以制备单一结合体。这样的单一结合体被插入到设在端板中间的开口中，然后，传热板和端板被焊接在一起，从而保证了一种状态，在该状态下形成于传热嵌板各侧上的开口彼此分隔。
在传热嵌板的平坦部以一种有效的方式主要通过应用缝焊而将传热嵌板焊接在一起是可能的。然而，当一对结合体部分和另一对结合体部分焊接在一起的时候，在结合体部分之间的距离较小的物理限制使缝焊机的焊条不可能到达平坦部，从而导致难以进行缝焊的操作。除了对缝焊不能被应用的这样的区域使用不同的焊接方法以外别无选择，从而导致了这样的问题焊接操作总费时增加，并且与利用缝焊方法的焊接部分相比，利用上述不同类型的焊接方法的焊接部分的强度被减弱。
另外，在端板和传热板焊接在一起的情况下，当待焊接的一个工件比另一个工件具有相对更小的厚度时，难以自动地控制焊接，原因在于极高的热量会熔化更小厚度的工件，除非对产生的热量进行严格控制。另外，需要在端板的锯齿(其沿传热嵌板布置)上以及在限定单一结合体的开口且具有复杂形状的端板的部分上将端板水密地连接到传热嵌板，从而使传热嵌板的流体开口保持在适当分隔的状态。鉴于这样的情况，除了使用角焊作为用于这种结构的焊接方法之外别无选择。然而，需要沿具有复杂形状的待焊接部分仔细地执行焊接操作，因此导致低工作效率。另外，还存在的问题是所获得的焊接结构并不具有抵抗热交换流体的压力的足够强度。进一步的问题在于，在焊接操作过程中从焊接部分进入传热嵌板的流体开口中的溅射物淀积在传热嵌板的表面上，并且会作为在传热嵌板之间的空间内自由移动的颗粒被保留下来。
在诸如海水这样的具有高金属腐蚀性流体被用作热交换流体的情况下，钛用作形成传热嵌板的材料。由于其高反应性，气体保护电弧焊剂被用于焊接钛制造的这样的嵌板。如上所述，在端板和传热嵌板的焊接中产生的热量存在限制，导致除了应用TIG焊接之外别无选择，在TIG焊接中可以对产生的热量进行精确控制。然而，存在的问题是焊接速度慢，要求待焊接的工件之间的间隙小以便增强待焊接工件的焊接精度，从而导致对焊接造成许多限制，并且总体而言使焊接操作变得费时且费钱。
发明内容
因此用来解决上述问题的本发明的一个目标是提供一种热交换单元，在该热交换单元中，部分地改进了结合后传热嵌板的开口的分隔结构，以允许在结构的部件之间应用有效的焊接，并且保证不同流体的通道之间的水密分隔，从而使得在更高的压力使用热交换流体成为可能。
为了实现前述目标，本发明的第一方面的热交换单元包括多个传热嵌板，其由金属薄片形成并且平行地结合而彼此形成一体，每个所述传热嵌板具有第一和第二热交换流体将分别接触的相对表面，第一热交换流体将通过的第一空间和第二热交换流体将通过的第二空间交替地被提供，分别与所述第一空间连通以导致第一热交换流体流入和流出所述第一空间的第一开口以及分别与所述第二空间连通以导致第二热交换流体流入和流出所述第二空间的第二开口彼此分隔地被提供，其中每个所述传热嵌板形成矩形，并且在其外周边中的至少一对相对侧的一个或多个位置设有台阶形平坦部，所述台阶形平坦部从周围区域凸出；在所述多个传热嵌板中，第一空间位于其之间的相邻两个传热嵌板在除了所述台阶形平坦部之外的相应侧水密地焊接在一起并且处于相邻两个台阶形平坦部的各个内表面彼此面对的状态，从而相对的两个台阶形平坦部之间的第一间隙与所述第一开口连通，第二空间位于其之间的相邻两个传热嵌板在相邻的两个台阶形平坦部的外表面水密地焊接在一起，以提供整体组装体，在该整体组装体中彼此平行布置的台阶形平坦部的第一间隙用作所述第一开口；还设有外部增强元件，该外部增强元件具有多个排成一行的锯齿，每个锯齿具有一种形状，通过该形状相邻传热嵌板之间的第二间隙基本上在其端侧上的第一空间附近的预定区域上被闭合，所述外部增强元件由与传热嵌板相同的材料形成并且具有比传热嵌板更大的厚度，所述每个锯齿被插入到第二间隙的所述预定区域以沿着传热嵌板的结合方向设置所述外部增强元件；还设有内部增强元件，该内部增强元件具有多个排成一行的锯齿，每个锯齿具有一种形状，通过该形状相邻传热嵌板之间的第一间隙基本上在其端侧上的第二间隙附近的预定区域上被闭合，所述内部增强元件由与传热嵌板相同的材料形成并且具有比传热嵌板更大的厚度，所述每个锯齿被插入到第一间隙的所述预定区域以沿着传热嵌板的结合方向设置所述内部增强元件；所述外部和内部增强元件的每个锯齿在预定区域被焊接到传热嵌板而在锯齿和传热嵌板之间不形成空隙。
根据本发明的第一方面，由金属薄片形成矩形的每个传热嵌板具有形成于传热嵌板的两侧上的台阶形平坦部，并且通过在它们预定位置焊接相邻的嵌板而将这样的传热嵌板平行地结合和彼此形成一体。另外，具有锯齿的外部增强元件和内部增强元件沿着传热嵌板的结合方向被设置，所述锯齿具有对应于传热嵌板的相邻台阶形平坦部之间的第一空间的内侧和外侧的各自的形状。焊接被应用到插入传热嵌板之间的各个锯齿，从而被设置在相邻锯齿之间的传热嵌板的各个部分与锯齿焊接在一起，以密封传热嵌板和锯齿之间的间隙。结果，在所述空间的端侧上形成了焊接部分，在所述焊接部分中所述增强元件和传热嵌板的所述部分牢固地结合在一起。因此能够保证一种状态，在该状态下第一开口和相邻第二开口在沿传热嵌板的结合方向延伸的各个增强元件的焊接部分彼此水密地分隔。另外，结合成一个单元的传热嵌板的强度可以显著地增强，从而能够满足热传递流体之间的压力差异较大的情况。而且，各个增强元件的锯齿被插入到传热嵌板之间的空间中以扩大待焊接的部分，然后进行焊接以将它们焊接在一起。因此，可以提高在焊接期间用于供热的容许量，以使需要大量供热的高速焊接成为可能，从而显著提高了焊接效率而不会导致不利的熔合。另外，增强元件形成布置在焊接部分的相对侧上的连续壁，从而防止焊接期间可能导致的溅射物从焊接部分进入诸如第一开口的开口中。
在本发明的热交换单元的第二方面中，可以采用一种结构，在该结构中所述第二空间位于其之间的相邻热交换嵌板通过在相邻两个台阶形平坦部的外表面上的可焊接区域进行缝焊而结合成一联合体；内增强元件的每个锯齿具有一个长度，使得锯齿能够存在于结合后的每个台阶形平坦部的两端的每一端的至少一侧上，缝焊机的焊条不能物理地延伸到所述至少一侧以构成不可焊接区域；应用到被插入台阶形平坦部之间的所述间隙中的锯齿之间的焊接导致传热嵌板同时被焊接在一起，所述间隙在所述不可焊接区域上形成第一开口。
根据本发明的第二方面，内增强元件的锯齿的尺寸足够大使得锯齿能够到达不可焊接区域的那一侧，在所述不可焊接区域无法通过应用缝焊来对传热嵌板进行焊接。当传热嵌板与内部和外部增强元件焊接在一起时，传热嵌板的不可焊接区域被同时熔化而进行熔焊，从而产生了从焊接部分延伸到台阶形平坦部的边缘处的连续焊接部分。从而，无需在缝焊完成后对未焊接部分施加另外的焊接操作，这就提高了焊接效率。另外，就缝焊部分的强度比较而言，与在缝焊完成后用缝焊之外的其它类型焊接方法对该缝焊部分施加结合相比，通过传热嵌板和增强元件的结合，可以显著地提高该缝焊部分的强度，而不会导致其强度的降低。热交换单元的这样的总体结构可以满足热交换流体之间的压力差异较高的情况，从而保证用于流体的通道之间的可靠分隔。
在本发明的热交换单元的第三方面，所述外部增强元件和/或所述内部增强元件可以在与所述锯齿相对的边缘设有基本平坦的凸缘，所述凸缘平行于传热嵌板的结合方向并且与相邻的两个传热嵌板的第一开口的边缘相分隔。
根据本发明的第三方面，外部增强元件和/或内部增强元件在其边缘具有凸缘，所述凸缘平行于传热嵌板的结合方向从而所述凸缘以与外部增强元件和内部增强元件相同的方式分隔结合的传热嵌板的第一空间和第二空间。当传热嵌板的结合单元例如通过所述凸缘被固定在外壳中时，可以容易地保证一种状态，在该状态下第一空间和第二空间以适当的方式彼此分隔。所述单元被传热嵌板的其它部分固定，从而提高了所述单元的安装强度，而且改善了安装操作。用于所述热交换单元的制造成本得以显著降低。
在本发明的热交换单元的第四方面中，在所述外部增强元件和所述内部增强元件的锯齿之间应用的焊接可以通过弧焊使用钢丝形自耗焊条执行，其中设有焊条的焊条单元在外部增强元件和内部增强元件之间移动，同时在所述焊条和外部增强元件的锯齿以及内部增强元件的锯齿和传热嵌板之间产生电弧，由此外部增强元件的锯齿、内部增强元件的锯齿和传热嵌板用与其相同的材料形成的焊条焊接在一起。
根据本发明的第四方面，带有自耗焊条的弧焊被用于将外部增强元件和内部增强元件的锯齿与传热板焊接在一起，以在由与传热嵌板相同的材料制造的焊条与锯齿和传热嵌板之间产生电弧，从而增加由电弧导致的供热，由此允许待焊接的部分快速地熔化并且为待焊接的部分提供熔化量的焊条，以保证其上足够量的熔化金属。结果，仅仅通过沿着简单的引导线在传热嵌板的结合方向移动焊条单元，能够以一种可靠的方式进行熔化待焊接部分的操作，从而使焊接操作的效率得以显著提高，并且能够实现自动焊接。
在本发明的热交换单元的第五方面，热交换单元可以进一步包括侧向密封元件，该侧向密封元件沿传热嵌板的结合方向水密地连接到焊接在一起的传热嵌板的最外层传热嵌板的所述台阶形平坦部的外表面和所述外部增强元件以及所述内部增强元件的各个边缘，以防止第二热交换流体从所述最外层传热嵌板的一侧流入到所述第一开口中。
根据本发明的第五方面，所述侧向密封元件被布置成与结合成所述单元的传热嵌板的最外层台阶形平坦部的表面形成一体，并且沿着传热嵌板的结合方向与外部和内部增强元件的各个边缘形成一体，结果能够保证也在相对侧上的第一开口以与这样的增强元件相同的方式与所述增强元件分隔。因此，当传热嵌板的结合单元例如被固定在外壳中时，将焊接操作应用到这样的侧向密封元件是可能的。不需要直接执行关于传热嵌板的连接的连接操作，因此，在第一和第二开口之间进行固定时，不仅在可操作性方面提供了良好效果，而且提供了良好的分隔效果。另外，不仅能够提高安装强度，而且能够提高单元本身的强度，从而可以适应具有更高压力的热交换流体。
在本发明的热交换单元的第六方面，所述侧向密封元件在其远离侧向密封元件与所述传热嵌板的连接部分的边缘设有基本平坦的凸缘，该凸缘相对于第一开口向外或向内延伸预定长度。
根据本发明的第六方面，侧向密封元件在其边缘具有平行于传热嵌板的所述边缘的凸缘，从而所述凸缘以与侧向密封元件相同的方式分隔第一空间和传热嵌板的所述侧部。当传热嵌板的结合单元例如通过所述凸缘固定到外壳中时，能够容易地保证一种状态，在该状态下第一空间和第二空间以适当的方式彼此分隔。所述单元被传热嵌板的另一部分固定，从而提高了所述单元的安装强度并且改善了安装操作。用于热交换单元的制造成本得以显著降低。
图1是显示根据本发明的一个实施方案的热交换单元的侧视图；图2是显示根据本发明的所述实施方案的热交换单元的平面图；图3是显示根据本发明的所述实施方案的热交换单元的基本元件的放大图，其中传热嵌板和增强元件还未被焊接在一起；图4是根据本发明的所述实施方案的热交换单元的传热嵌板的结合状态的立体图；图5是显示焊接步骤之前的一种状态的描述图，在该状态下增强元件被设置在根据本发明的所述实施方案的热交换单元的传热嵌板上；图6(A)是在焊接步骤之前根据本发明的所述实施方案的热交换单元的外部增强元件的部分平面图；图6(B)是外部增强元件的部分立体图；图7(A)是在焊接步骤之前根据本发明的所述实施方案的热交换单元的内部增强元件的部分平面图；图7(B)是内部增强元件的部分立体图；图8(A)是显示一种状态的描述性平面图，在该状态下根据本发明的另一实施方案的热交换单元的凸缘被设置就位，图8(B)是显示上述状态的描述性侧视图；
图9(A)是显示另一种状态的描述性平面图，在该状态下根据本发明的另一实施方案的热交换单元的所述凸缘被设置就位，图9(B)是显示上述状态的描述性侧视图；图10是根据本发明的另一实施方案的热交换单元的所述凸缘的立体图；图11是显示根据本发明的另一实施方案的热交换单元的所述凸缘的平面图；和图12是显示根据本发明的另一实施方案的热交换单元的第二空间中的流体的流动的描述图。
具体实施方案现在，将参考图1-7在下面具体描述本发明的实施方案。图1是显示根据本发明的一个实施方案的热交换单元的侧视图；图2是显示根据本发明的所述实施方案的热交换单元的平面图；图3是显示根据本发明的所述实施方案的热交换单元的基本元件的放大图，其中传热嵌板和增强元件还未被焊接在一起；图4是根据本发明的所述实施方案的热交换单元的传热嵌板的结合状态的立体图；图5是显示焊接步骤之前的一种状态的描述图，在该状态下增强元件被设置在根据本发明的所述实施方案的热交换单元的传热嵌板上；图6(A)是在焊接步骤之前根据本发明的所述实施方案的热交换单元的外部增强元件的部分平面图；图6(B)是外部增强元件的部分立体图；图7(A)是在焊接步骤之前根据本发明的所述实施方案的热交换单元的内部增强元件的部分平面图；图7(B)是内部增强元件的部分立体图。
从这些图中可以清楚地看出，根据本发明的所述实施方案的热交换单元1包括由金属薄片形成矩形的传热嵌板10；外部增强元件20，每个外部增强元件由厚金属板形成并且具有锯齿21；和内部增强元件30，每个内部增强元件由厚金属板形成并且具有锯齿31。传热嵌板10平行地焊接且彼此形成一体，增强元件20、30的锯齿21、31被插入到各个相邻的传热嵌板10之间的间隙中并且与这些嵌板焊接在一起。
通过使矩形的金属薄片经历利用压力成形机(未示出)的挤压成形步骤而获得每个传热嵌板10，从而传热区域11形成于金属薄片的中心部分，台阶形平坦部12形成于预定位置，即围绕所述传热区域11的金属片的外周边的一对相对侧，而平坦部13形成于其另一对相对侧上。上述具有不规则的优化结构的传热区域11包括相对表面，高温和低温流体分别沿着所述相对表面流动以在它们之间进行热交换。包括其热交换性能优良的波形交叉部分和冷凝水可以通过其快速地排放的凹槽的这样的不规则结构是公知的。因此省略了这种结构的描述。
在传热嵌板10的结合状态下，在相邻两个传热区域11之间第一热交换流体所流过的第一开口和在相邻两个传热区域11之间第二热交换流体所流过的第二开口交替地布置。第一空间位于其之间的一对传热嵌板10在除了所述台阶形平坦部12之外的相应侧水密地焊接在一起并且处于相邻两个台阶形平坦部12的各个内表面彼此面对的状态，从而制备结合体部分。重复与上述相同的步骤以制备多个结合体部分(即，单元部分70)。一对结合体部分在传热嵌板10的相对侧上的相邻两个台阶形平坦部12的各自外表面被水密地焊接在一起，重复与上述相同的步骤以制备单一结合体。
在传热嵌板10的此结合体的末端，形成于各个相邻的两个台阶形平坦部12之间的间隙与第一热交换流体流进或流出的开口连通，从而形成第一开口50。另外，在其另一侧上形成于各个相邻的两个传热嵌板10之间的间隙与第二热交换流体流进或流出的开口连通，在所述间隙中不存在形成第一开口50的台阶形平坦部12，从而形成第二开口60。
外部增强元件20由具有比传热嵌板10的材料更厚的板形材料制造，并且沿着平行于材料的纵向方向延伸的弯曲线弯曲。外部增强元件20在其弯曲部的边缘设有锯齿21，在第一开口50的附近，所述锯齿可配合结合在一起的传热嵌板10之间的第二空间的各个末端延伸预定区域的形状。
外部增强元件20在与锯齿21相对的边缘设有延伸部分，该延伸部分沿着传热嵌板10的开口方向延伸预定长度。这样的延伸部分在其边缘设有平凸缘22，该平凸缘与所述延伸部分形成一体以平行于加热嵌板10的结合方向并远离第一开口50的所述侧上的传热嵌板10的末端而被设置在第一开口的前侧上。凸缘22被用作手柄元件，该手柄元件将被操作者用他/她的手握住以移动传热嵌板10的结合单元，以及被用作安装元件，该安装元件将被固定到用于热交换单元的外壳(未示出)。
内部增强元件30由具有比传热嵌板10的材料更厚的板形材料制造，并且沿着平行于材料的纵向方向延伸的弯曲线弯曲。内部增强元件30在其弯曲部的边缘设有锯齿31，所述锯齿可配合在形成第一开口50的传热嵌板10的间隙之间延伸预定区域的形状。
外部增强元件20的锯齿21被插入到第一开口50附近的传热嵌板10的第二空间中，内部增强元件30的锯齿31被插入到传热嵌板10的第一开口50中。传热嵌板10在它们的周边被焊接到由此插入的锯齿21、31以将传热嵌板10以及外部和内部增强元件20、30结合为所述单元。
当外部增强元件20的锯齿21和内部增强元件30的锯齿31被插入到传热嵌板10之间的间隙中时，这些锯齿21、31到达各自的更深位置，所述更深位置足够远离传热嵌板10的所述边缘(见图5)，从而保证了锯齿21、31与传热嵌板10具有大的总接触区域，因此防止了接触区域由于焊接期间的热量而容易地被熔化。
侧向密封元件40的由与外部增强元件20和内部增强元件30相同的板形材料形成。这样的侧向密封元件40沿着传热嵌板的结合方向水密地连接到焊接在一起的传热嵌板的最外层传热嵌板10的台阶形平坦部12的外表面以及外部增强元件20和内部增强元件30的各个边缘，以防止第二热交换流体从最外层传热嵌板的一侧流入到第一开口中。
现在，将在下面描述组装根据本发明的所述实施方案的热交换单元的方法。从压力成形流水线卸下的传热嵌板10被设置在以同样方式制备的另一传热嵌板10上，其中在该压力成形流水线中使用压力成形机(未示出)应用挤压成形步骤，从而它们的内表面彼此面对并且前者的顶侧面对着后者的底侧。当传热嵌板10以这样的方式被设置到另一传热嵌板上时，除了台阶形平坦部12，它们在它们的平坦部13彼此接触，从而在其传热区域11之间形成间隙，流体可以通过所述间隙流动。
由此结合的两个传热嵌板10沿着横向方向在用作焊接部分的传热嵌板的所述边缘上的各侧的平坦部13的部分上进行缝焊，从而制备结合体部分70，在所述结合体部分中传热嵌板通过缝焊部分13a被连接。相对的传热区域11之间的间隙，即第一空间形成于结合体部分70的传热嵌板10之间。未焊接的台阶形平坦部12之间的间隙形成与第一空间连通的第一开口50(见图4)。
这样的结合体部分70被设置在以相同方式制备的另一结合体部分70上，从而在结合体部分70的传热嵌板的末端的台阶形平坦部12彼此接触。所述间隙形成于结合体部分70的相对传热区域11之间，从而流体可以在所述间隙中流动。
这两个结合体部分70在相对传热区域11的台阶形平坦部12被缝焊为一个单元。由此缝焊的所述结合体部分70在所述结合体部分70之间提供了第二空间，并且在横向方向在它们的末端的其非焊接部分之间的间隙形成与第二空间连通的第二开口60(见图4)。台阶形平坦部12之间的间隙对于缝焊机的焊条来说太窄以至于不能物理地到达台阶形平坦部12的相对侧以接触到那里。因此不可焊接区域在预定长度上保留在缝焊部分12a的相对侧上，因此尚未提供这样一种状态，在该状态下相邻传热嵌板10完全被连接而在它们之间没有任何间隙。
相同的焊接被应用到剩余的结合体部分70以制备单一结合体，在该单一结合体中所述的结合体部分70被焊接在一起。然后，外部增强元件20的锯齿21被插入到传热嵌板10之间的第一空间中，内部增强元件30的锯齿31被插入到传热嵌板之间的第二空间中。在这样的状态下，诸如MIG焊接这样的利用自耗焊条的弧焊被应用到增强元件20、30的各个锯齿21、31之间以将它们与传热嵌板10的边缘焊接在一起。
在利用自耗焊条的弧焊操作中，供热随着熔化焊条量的增加而增加。在焊接期间，当沿着传热嵌板10的结合方向直线地移动或者在外部增强元件20和内部增强元件30之间曲折地移动带有焊条钢丝的焊条单元时，其中的焊条钢丝由与传热板10相同的材料形成，具有比传热嵌板10更大的厚度、并且被设置在传热嵌板10的相对表面上的锯齿21、31可以承受高供热。结果，实现增强元件20、30平滑地焊接到传热嵌板10而不完全熔化传热嵌板10是可能的，从而导致了良好的焊接可操作性。另外，传热嵌板10和增强元件20、30牢固地焊接在一起，从而提供了高焊接强度。在该阶段，以台阶形平坦部12的相对侧上的不可焊接区域的形式留下的传热嵌板10的部分热粘结到内部增强元件30的锯齿31，在它们之间不存在空隙。增强元件20、30以连续壁的形式设在焊接区域的相对侧上。结果，即使在这样的焊接操作期间溅射物从焊接区域喷溅出来，上述连续壁也能够防止所述溅射物进入到诸如第一开口50的开口中。如此可以防止溅射物对传热区域和流体通道的不良影响。
然后，侧向密封元件40沿着传热嵌板10的结合方向被设置到最外层传热嵌板10的边缘上以及增强元件20、30的边缘上并且与它们焊接在一起，从而制造出带有薄板形式的传热嵌板10的作为成品的热交换单元1。在作为热交换单元1(传热嵌板10被焊接在其中)的这样的结合状态下，通过将第一开口50附近的传热嵌板10的边缘焊接到增强元件20、30，保证第一开口50和第二开口60之间的完全分隔而不在它们之间形成任何空隙是可能的。当第一热交换流体通过第一开口50流进或流出第一空间、并且第二热交换流体通过第二开口60流进或流出关于各个传热嵌板10与第一空间相对的第二空间时，在第一和第二热交换流体之间进行热交换。
通过在利用热交换单元1的热交换器的制造中修改开口和外壳(即壳)之间的连接，在增强元件20、30所布置的位置中第一和第二开口之间的完全分隔能够以容易和灵活的方式实现热交换流体的入口和出口的设计，从而满足各种目的的热交换。当所述单元真正地安装到外壳中时，前者通过与外部增强元件20形成一体的凸缘22固定到后者，从而增加了安装强度，并且使得安装操作可以被容易地执行。在安装状态下当在外部增强元件20和侧向密封元件40和围绕它们的外壳之间保持水密密封条件时，能够保证第一开口50和用于第二热交换流体的所述单元的其它区域完全分隔。
根据基于本发明的所述实施方案的热交换单元，由金属薄片形成的每个矩形的传热嵌板10在其两侧设有台阶形平坦部12，这些传热嵌板10在它们的预定位置被焊接成一个单元，在该单元中传热嵌板10彼此平行地结合，具有锯齿21、31的外部增强元件20和内部增强元件30在传热嵌板的结合方向被设置在传热嵌板10上，其中锯齿21、31具有匹配传热嵌板的第一开口50和第二开口60的各自形状，该锯齿21、31被插入到第一和第二开口50、60并且被焊接到传热嵌板10，从而传热嵌板10中被保持在相邻锯齿21、31之间的部分与增强元件20、30熔合在一起，以密封它们之间的空隙。因此，可以提供焊接区域，在该焊接区域中传热嵌板10和增强元件20、30在第一开口50的所述侧上彼此紧密地连接。因此在沿着传热嵌板10的结合方向延伸的增强元件20、30的焊接位置能够保证第一开口50和第二开口60之间的完全水密分隔。另外，结合成所述单元的传热嵌板10的强度可以显著地增强，从而满足热交换流体之间的压力差较大的情况。
在根据本发明的上述实施方案的热交换单元中，凸缘22设在外部增强元件20的边缘，从而在传热嵌板10之间的间隙之上向外延伸。然而，凸缘22可以被设置在增强元件20、30与传热嵌板10的焊接部分之上，如图8(A)和8(B)中所示。在这种情况下，可以使传热嵌板10之间的间隙上被凸缘22以及增强元件20、30与传热嵌板10焊接的部分所覆盖的区域被最小化，从而控制经过传热嵌板10之间的热交换流体的流动的影响。作为另一选择，内部增强元件30可以沿着传热嵌板10的开口的开口方向从相对端向锯齿31延伸一段预定长度，并且凸缘32可以与内部增强元件30的所述延伸端形成一体，如图9(A)和9(B)所示。在该情况下，凸缘32不是与外部增强元件20形成一体，而是与内部增强元件30形成一体。为了实现这些结构，需要外部增强元件20或内部增强元件30最初从凸缘22或32分离，然后，增强元件20、30的锯齿21、31被焊接到传热嵌板10，再然后，板形的凸缘22或32被固定到外部增强元件20或内部增强元件30的边缘，从而被设置在焊接部分之上。
在根据本发明的所述实施方案的热交换单元中，凸缘22设在外部增强元件20的边缘从而向外延伸。另外，侧向密封元件40可以在其边缘可以设有凸缘41，如图10所示。上述凸缘41可以被焊接到外部增强元件20的凸缘22以形成框架。当结合嵌板的单元被安装到外壳中时，能够保证通过框架将前者固定到后者，从而用足够的强度保证第一开口50和第二开口60之间容易地完全分隔。
在根据本发明的所述实施方案的热交换单元中，第一热交换流体将通过其被引入到传热嵌板10之间的第一开口50，沿单元的纵向方向被布置在所述单元的相对侧上，第二开口60沿单元横向方向被布置在所述单元的相对侧上，从而通过传热嵌板10彼此分隔的第一和第二热交换流体的流动方向相交成直角。然而，本发明并不仅仅局限于这样的实施方案。可以采用一种结构，在该结构中在传热嵌板10的边缘的台阶形平坦部14的位置被改变，以沿单元的纵向方向将第一和第二开口51、61布置到单元的相同的相对侧上，类似的增强元件20、30在第一开口51邻近第二开口61的区域被焊接到传热嵌板10，从而保证了第一开口51从第二开口61的完全分隔而不会形成连接它们以允许流体从单元的相对侧被引入或排出的任何空隙，如图11所示。在该情况下，可以基于并行流动系统或逆向流动系统在第一和第二热交换流体之间的流动关系中进行热交换。
在根据本发明的所述实施方案的热交换单元中，在它们的整个面积上，第一开口50沿单元的纵向方向被布置在单元的相对侧上，而第二开口60沿单元的横向方向被布置在单元的相对侧上，从而第二热交换流体在基于交叉流动系统的第一和第二热交换流体的流动关系中沿单元的横向方向流动。然而，本发明并不仅仅局限于这样的实施方案。可以采用一种结构，在该结构中，应用了与本发明的上述实施方案所描述的沿单元的纵向方向位于单元的相对侧上以构成传热嵌板10的第一开口的结构构件相同的结构部件，为了沿单元的横向方向形成单元的相对端，台阶形平坦部15在预定长度上设在传热嵌板10的所述侧的中心部分，通过传热嵌板10焊接到单元中而与台阶形平坦部15形成一体的焊接部分15a限制了第二开口的面积，四组第二开口62、63彼此独立地设在单元的各个拐角处，如图12所示。在该情况下，第二热交换流体沿纵向方向从位于单元末端的第二开口62的各个组流动到位于单元另一末端的第二开口62的各个组，从而第二热交换流体在单元的横向方向从第二开口62、63被引入或排出，同时所述流体在用于传热嵌板10的第二空间80之间沿单元的纵向方向流动(如图12中的实线箭头所示)。因此，基于并行流动系统和逆向流动系统，可以在第一热交换流体和第二热交换流体之间的流动关系中进行热交换，所述第一热交换流体在传热嵌板10之间在它们的内侧上(如图12中的虚线箭头所示)流动。
在根据本发明的所述实施方案的热交换单元中，诸如MIG焊接这样的利用自耗焊条的弧焊被应用在增强元件20、30的各个插入锯齿21、31之间以将它们与传热嵌板10的边缘焊接在一起。然而，本发明并不局限于这样的实施方案。为了进行焊接，可以应用另一种类型的焊接方法，例如TIG焊接，该焊接方法可以与MIG焊接等量的供热并且提供合适量的填料，从而执行增强元件20、30和传热嵌板10的平滑焊接。
权利要求
1.一种热交换单元，包括多个传热嵌板，其由金属薄片形成并且平行地结合而彼此形成一体，每个所述传热嵌板具有第一和第二热交换流体将分别接触的相对表面，第一热交换流体将通过的第一空间和第二热交换流体将通过的第二空间交替地被被提供，分别与所述第一空间连通以导致第一热交换流体流入和流出所述第一空间的第一开口以及分别与所述第二空间连通以导致第二热交换流体流入和流出所述第二空间的第二开口彼此分隔地被提供，其中每个所述传热嵌板形成矩形，并且在其外周边中的至少一对相对侧的一个或多个位置设有台阶形平坦部，所述台阶形平坦部从其周围区域凸出；在所述多个传热嵌板中，第一空间位于其之间的相邻两个传热嵌板在除了所述台阶形平坦部之外的相应侧水密地焊接在一起并且处于相邻两个台阶形平坦部的各个内表面彼此面对的状态，从而相对的两个台阶形平坦部之间的第一间隙与所述第一开口连通，第二空间位于其之间的相邻两个传热嵌板在相邻的两个台阶形平坦部的外表面水密地焊接在一起，以提供整体组装体，在该整体组装体中彼此平行布置的台阶形平坦部之间的第一间隙用作所述第一开口；还设有外部增强元件，该外部增强元件具有多个排成一行的锯齿，每个锯齿具有一种形状，通过该形状相邻传热嵌板之间的第二间隙基本上在其端侧上的第一空间附近的预定区域上被闭合，所述外部增强元件由与传热嵌板相同的材料形成并且具有比传热嵌板更大的厚度，所述每个锯齿被插入到第二间隙的所述预定区域以沿着传热嵌板的结合方向设置所述外部增强元件；还设有内部增强元件，该内部增强元件具有多个排成一行的锯齿，每个锯齿具有一种形状，通过该形状相邻传热嵌板之间的第一间隙基本上在其端侧上的第二间隙附近的预定区域上被闭合，所述内部增强元件由与传热嵌板相同的材料形成并且具有比传热嵌板更大的厚度，所述每个锯齿被插入到第一间隙的所述预定区域以沿着传热嵌板的结合方向设置所述内部增强元件；并且所述外部和内部增强元件的每个锯齿在预定区域被焊接到传热嵌板而在锯齿和传热嵌板之间不形成空隙。
2.根据权利要求1所述的热交换单元，其中所述第二空间位于其之间的相邻热交换嵌板通过在相邻两个台阶形平坦部的外表面上的可焊接区域进行缝焊而结合成一联合体；内增强元件的每个锯齿具有一个长度，使得锯齿能够存在于结合后的每个台阶形平坦部的两端的每一端的至少一侧上，缝焊机的焊条不能物理地延伸到所述至少一侧以构成不可焊接区域；并且应用到被插入台阶形平坦部之间的第一间隙中的锯齿之间的焊接导致传热嵌板同时被焊接在一起，所述第一间隙在所述不可焊接区域上形成第一开口。
3.根据权利要求1或2所述的热交换单元，其中所述外部增强元件和/或所述内部增强元件在与所述锯齿相对的边缘设有基本平坦的凸缘，所述凸缘平行于传热嵌板的结合方向并且与相邻的两个传热嵌板的第一开口的边缘相间隔。
4.根据权利要求3所述的热交换单元，其中在所述外部增强元件和所述内部增强元件的锯齿之间应用的焊接通过弧焊使用钢丝形自耗焊条执行，其中带有焊条的焊条单元在外部增强元件和内部增强元件之间移动，同时在所述焊条和外部增强元件的锯齿以及内部增强元件的锯齿和传热嵌板之间产生电弧，由此外部增强元件的锯齿、内部增强元件的锯齿和传热嵌板用与其相同的材料形成的焊条焊接在一起。
5.根据权利要求1或2所述的热交换单元，进一步包括侧向密封元件，该侧向密封元件沿传热嵌板的结合方向水密地连接到焊接在一起的传热嵌板的最外层传热嵌板的所述台阶形平坦部的外表面和所述外部增强元件以及所述内部增强元件的各个边缘，以防止第二热交换流体从所述最外层传热嵌板的一侧流入到所述第一开口中。
6.根据权利要求5所述的热交换单元，其中所述侧向密封元件在其远离侧向密封元件与所述传热嵌板的连接部分的边缘设有基本平坦的凸缘，该凸缘相对于第一开口向外或向内延伸预定长度。
全文摘要
一种热交换单元，其由设有台阶形平坦部的矩形传热嵌板组成，所述传热嵌板彼此平行地结合而形成一体以形成第一和第二空间。具有各自的锯齿的外部和内部增强元件被焊接到嵌板，从而锯齿被插入到传热嵌板之间的空隙中。外部和内部增强元件由与传热嵌板相同的材料制造并且具有比传热嵌板更厚的厚度，从而承受在焊接期间给定的高供热。由焊接导致的供热得以增加以允许传热嵌板的部分快速地熔化。
文档编号F28F3/08GK1746606SQ20051010242
公开日2006年3月15日 申请日期2005年9月6日 优先权日2004年9月9日
发明者松崎豊明, 渡边太郎 申请人:株式会社聚源