专利名称：制造热交换器的方法和设备以及所制成的热交换器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种制造热交换器的方法和设备，此种热交换器具有空心主管，其横截面的宽度远大于其高度，为增加热交换面积，它的表面具有肋片，本发明还涉及按上述方法和设备制成的热交换器。
对于具有空心主管以及其横截面的宽度远大于高度的热交换器，为了增加其热交换面积，通常沿主管纵向将由冲压机制出的金属波纹板(即带肋板，下同)覆盖在主管上，因为当主管的横截面高度与宽度差别很大时，不可能再将金属条带螺旋状地卷绕在它上面来构成肋片。实际上，只要采取适当的措施，可以将条带卷绕在宽/高比大至3的椭圆管止;但当宽/高比超过3时，因为在条带卷绕时，卷绕半径变化非常大，此时有必要采用覆盖式的波纹板，以替代卷绕式的肋片，方法上的这种变化意味着需要较高的制造成本。
本发明的目的是设计出一种热交换器，这种热交换器尽管其主管的宽/高比很大，但仍能方便和便宜地在一个连续的工艺过程中装上肋片，以增加热交换面积;本发明还提出一种制造这种热交换器的方法和实施此方法的设备。
按本发明制造上述热交换器的方法，其特征为金属薄波纹板沿主管的纵向敷在其各宽侧面上，薄板从金属薄板卷上拉出并进行加工前，借助于成形装置使之折弯或成波纹形，当将其压靠在主管表面上以后，至少通过多个焊点将其焊在主管表面上。
和现有的螺旋形卷绕式肋片条带一样，本发明方法的优点是，这是一种连续的生产过程，不需要对各单块波纹板进行冲压加工，这就不仅可避免使用昂贵和易磨损的冲压工具，而且可取消将各单块波纹板在主管上滑动这种昂贵和耗费能量的操作。从金属薄板卷拉出的薄板，其厚度可例如为0.3毫米，按本发明，在它们敷到主管宽侧面上之前，先通过折弯和或/成波纹而成形，并在它们被压靠在主管两个互相对置的侧表面上后，至少通过多个焊点将它们焊在侧表面上，焊点的间距和数量是波纹板和主管之间相互所需传递的力的函数。
本发明的另一个特点是，主管和波纹板一起相对于焊接设备连续运动，这一运动由一个与波纹板型面啮合的传动系统产生，从而可省去结构和控制工程复杂的驱动设备。
此外，按本发明的最佳实施例，采用一个公共的控制器，它控制传动系统，使已成形的各波纹板在主管上同时定位，它还控制焊接设备和使波纹板成形的成形装置。
本发明方法的优点是，只需要一个传动装置，它不仅输送主管，使其沿纵向移动，而且将已预先成形的各波纹板敷在主管上并同时定位。按本发明的方法，甚至能使其横截面的宽/高比非常大的热交换器快速和便宜地装上肋片，只要这两种材料可焊接在一起。
本发明的另一个特点是，在将波纹板敷在主管上之前，至少可以在其部分表面上制有凹坑和/或冲孔。以此方式构成的波纹板，改善了肋片和流过它们并与之接触的介质之间的热传递。凹坑和/或冲孔的尺寸、数量和几何形状根据主要的设计条件来选定。
按本发明，若将波纹板上以后将压靠在主管上的那些部位处的冲孔的一部分或全部制成狭缝形，则可使折弯或波纹化的波纹板易于变形，从而使变形后的波纹板能与主管表面的弯曲形状完全一致。所以，即使主管具有椭圆形的横截面，也能借助于本发明的方法装上波纹板。
实施按本发明的方法制造热交换器的本发明设备的特征是，有两块压板装在一个底座上，底座上至少有一个用于主管的纵向导槽，两块压板上装有焊接设备和传动系统。
按本发明的这种布局，使本设备结构简单。按本发明，采用朝主管方向作用的弹簧力对压板加载，还可以进一步简化结构。采用机械式弹簧或液压缸，均可达到对压板加载的目的，如果所施加的弹簧力在任何时候均可进行调整，使之适合于波纹板的材料和形状，则采用弹簧是有利的。
按照本发明的另一个特点，传动系统中至少包括一对传动轮，传动轮外圆周上制有其型面与波纹板上的波纹形状相适应的齿，传动轮中的至少一个可通过驱动马达来驱动。当波纹板型面的几何尺寸不适于由传动轮驱动时，可用适宜的传动齿条来代替传动轮。本发明的这种配置，不仅使结构简单，并可无故障地相对于焊接设备输送主管以及敷在其上的波纹板，而且还可使已成形的波纹板在主管上准确定位，从而采用简单的装置就可以控制焊接设备。
按本发明的另一个特点，焊接设备中包括多个进行点焊或短线焊的激光头，它们受一台公共的控制器控制。这些激光头最好与一台YAG激光器共同工作，并通过光纤电缆与此基本设备相连。
在本发明设备的一个最佳实施例中，每一块压板上都装有几个传动轮，它们装在一根公共的轴上且彼此相隔一定距离，焊接设备的激光头装在传动轮之间。
最后，按本发明的热交换器有一空心主管，主管横截面的宽度远大于高度，在它的表面设置增加热交换面积的肋片，其特征是这些肋片由折弯或成波纹形的金属波纹板构成，此金属波纹板沿主管纵向敷在主管上相对的两个宽侧面上，并至少通过多个焊点将其焊在主管上。按这种设计，波纹板的宽度可小于主管的宽度，从而可以在设有肋片的主管纵边附近构成导引面，主管通过该导引面压靠在按本发明设在设备底座上的至少一个纵向导槽上。因此，热交换器的上述结构，使设备纵向导槽的导引面积大，设计却特别简单。
在本发明热交换器另一种实施例中，至少在波纹板的部分表面制有凹坑和/或冲孔。使表面具有这种特点的目的，一方面是为了改善热传递，另一方面是有利于将折弯或成波纹的波纹形板能与主管表面弯曲的形状相一致地固定在主管上。
附图描绘了本发明设备的一种实施例，还表示了用这种设备制出的热交换器的几种设计形式。其中
图1为本发明设备和热交换器第一种实施例的透视图;
图2为热交换器第二种实施例的横截面图;
图3为热交换器第三种实施例的横截面图;以及图4为另一种热交换器的横截面图。
如图1所示，热交换器包括一个主管1，由图的左前方可见主管的横截面。横截面的宽度比高度大。实际上，高度约为20毫米，宽度在100至250毫米之间，所以宽/高比的范围为5至12.5。主管1最好是钢制的，它的宽侧面1a是平的，在图示实施例中，纵边1b制成圆形。
制成波纹形的金属薄板2敷在主管1相对的两个宽侧面1a上，每一块薄板均从图上未表示的一个薄板卷上拉出，并在成形装置3中折弯或成波纹形。在最佳设计中，波纹板2的厚度为0.3毫米。在成形装置3中，它们被折弯成高14毫米，节距6毫米的波纹。成形后的波纹板2敷在主管1的宽侧面1a上，并通过焊接固定在它上面。波纹板2最好由薄钢板制成，但亦可以采用铝板，或采用任何可能的一般来说能相互焊接在一起的材料。
在图1所示的实施例中，成形装置3由两个专用成形辊3a、3b组成，它们互相啮合，并从图中未表示的薄板卷上抽出要压成波纹的金属板2，与此同时，薄板在它们之间通过，并被压成与辊的形状相应的型面。为此，成对安装的专用成形辊3a、3b中至少一个由马达3c驱动，马达是可控制的，以便设定一个所要求的向前输送主管1的速度。
在图示的实施例中，以其一个纵边直立的主管1在底座4上的一个纵向导槽4a中被导引。有两块压板5安装在底座4上，它们将已成型并敷在主管1宽侧面1a上的波纹板2压靠在主管表面上。为此，压板5受到朝主管1方向作用的弹簧力。在图示实施例中可见两个螺旋弹簧5a，它们作用在压板5外表面上，并设有弹簧力调整机构。通过压板5的直接作用，或通过传动轮6b的间接作用，可将波纹板2压靠在主管1上。
此外，在每块压板5上装有一个传动系统，在图示实施例中，此传动系统包括两个传动轮6b，它们安装在一根公共轴6a上。传动轮6b的外圆周上制有其型面与波纹板2上的波纹形状相适应的齿，所以，当轴6a被驱动马达6c带动时，传动轮6b便与波纹板2上的波纹型面相啮合，此时，传动轮如同齿轮，波纹板型面则起齿条的作用。其结果是，由轴6a、传动轮6b和驱动马达6c组成的传动系统，不仅使主管1和要焊在它上面的波纹板2一起沿纵向运动，而且与此同时使已成形的波纹板2在主管1的宽侧1a上准确定位。
波纹板2的准确定位有利于完成它与主管1宽侧面1a之间的焊接工序。在图示的实施例中，焊接是利用焊接设备进行的，此设备包括6个激光头7a，每块压板5上各装有3个，它们位于传动轮6b之间或旁边。每一个激光头7a通过光导纤维电缆与YAG激光器7C相连。激光头7a可设计成能进行点焊或短线焊。它们被控制成在任何情况下都能通过多个焊点将已成形的波纹板2焊在主管1的宽侧面1a上。为做到这一点，必须按照波纹板2的型面和它们在主管1上的布局，并根据输送速度，来控制焊接过程。
有一台公共的控制器8，它不仅使成形装置3的马达3c与传动系统的驱动马达6c同步，而且按照成品热交换器的纵向移动速度控制YAG激光器7c。借助于激光头7a使已成形的波纹板2与主管1的连接，可以通过一些点位或沿一些线段来实现。连接点的数量根据实际需要来选定，最好是作为热交换器主管1的内压与外压之比的函数。事实上，装在主管1宽侧面1a上的波纹板2，不仅起增加热交换面积的作用，而且可以提高在许多情况下并非自支承的主管1的刚度。如果需要，成品热交换器可镀锌，尤其是可以采用热浸法。
图2、3和4表示热交换器的其它实施例。在图2中可见，波纹板2上冲压有狭缝2a。这些狭缝2a是在将金属薄板通过折弯或波纹化加工成为波纹板2之前制在薄板上的，具体而言，它们被制在波纹板上面对主管的那一侧，并占波纹高度的1/3-1/2。这样做的结果是，流过并与波纹状肋片接触的介质可以从肋片通道排出，并可与相邻通过道中的介质相混合，其目的是均衡温度并因而改善热传递。
图3表示的实施例中，波纹板上具有由凹坑2b或2c组成的结构均匀一致的表面。凹坑2b的几何形状可以是圆的，如图3上部所示;也可是椭圆形，如图3下部所示。或者它们可以有任何所希望的其他形状。也可以与狭缝2a联合使用，以改善热传递。
最后，图4所示的第四种实施例中，所采用的主管1具有椭圆形横截面。在这里，狭缝2a制在波纹板2上以后将压靠在主管1上的那些部位处，它们有利于将折弯或成波纹形的波纹板2与主管弯曲的宽侧面1a表面形状一致地固定在主管上，所以并不是只有在具有平的宽侧面1a的主管上才能如曾阐述的方式配备波纹板2。
权利要求
1.一种制造热交换器的方法，这种热交换器具有空心主管，其横截面的宽度远大于其高度，为增加热交换面积，它的表面具有肋片，此制造方法的特征为将金属薄波纹板(2)沿主管(1)纵向敷在主管上相对的两个宽侧面(1a)上，在薄板从金属薄板卷上抽出并进行加工前，借助于成形装置(3)使之折弯或成波纹形，当将其压靠在主管(1)表面上以后，至少通过多个焊点将其焊在主管(1)表面上。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征为主管(1)和波纹板(2)一起相对于焊接设备(7a、7b、7c)连续运动，这一运动由一个与波纹板(2)型面啮合的传动系统(6a、6b、6c)产生。
3.按照权利要求1或2所述的方法，其特征为采用一个公共的控制器(8)，它控制传动系统(6a、6b、6c)，使已成形的各波纹板(2)在主管(1)上同时定位，它还控制焊接设备(7a、7b、7c)和使波纹板(2)成形的成形装置(3)。
4.按照权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征为在将波纹板(2)敷在主管(1)上之前，至少在波纹板(2)部分表面上制有凹坑(2b、2c)和/或冲孔(2a)。
5.按照权利要求4所述的方法，其特征为将波纹板(2)以后将压靠在主管(1)上的那些部位处的冲孔制成狭缝(2a)。
6.一种按照权利要求1至5中至少一项所述的方法制造热交换器的设备，其特征为有两块压板(5)装在一个底座(4)上，底座(4)上至少有一个用于主管(1)的纵向导槽(4a)，两块压板(5)上装有焊接设备(7a)和传动系统(6a、6b、6c)。
7.按照权利要求6所述的设备，其特征为压板(5)用朝着主管(1)的方向作用的弹簧力来加载。
8.按照权利要求6或7所述的设备，其特征为传动系统中至少包括一对传动轮(6b)，传动轮外圆周上制有其型面与波纹板(2)上的波纹形状相适应的齿，传动轮(6b)中的至少一个可通过驱动马达(6c)来驱动。
9.按照权利要求6或7所述的设备，其特征为传动系统有适宜传动的齿条，它的齿型与波纹板(2)的型面相适应。
10.按照权利要求6所述的设备，其特征为焊接设备中包括多个进行点焊或短线焊的激光头(7a)，它们受一台公共的控制器(8)控制。
11.按照权利要求6至10中至少一项所述的设备，其特征为每一块压板(5)上都装有多个传动轮(6b)，它们装在一根公共的轴(6a)上且彼此相隔一定距离，焊接设备的激光头(7a)装在传动轮(6b)之间或旁边。
12.一种有一空心主管的热交换器，主管横截面的宽度远大于高度，在它的表面设置增加热交换面积的肋片，其特征为这些肋片由折弯或成波纹形的金属波纹板(2)构成，此金属波纹板(2)沿主管(1)纵向敷在主管上相对的两个宽侧面(1a)上，并至少通过多个焊点将其焊在主管(1)上。
13.按照权利要求12所述的热交换器，其特征为波纹板(2)的宽度小于主管(1)的宽度，在主管(1)纵边(1b)附近构成不设肋片的导引面。
14.按照权利要求12或13所述的热交换器，其特征为至少在波纹板(2)的部分表面制有凹坑(2b、2c)和/或冲孔(2a)。
全文摘要
制造热交换器的方法和设备以及按此方法和设备制成的热交换器。热交换器具有其横截面的宽度远大于其高度的主管，主管表面设肋片，以增加热交换面积。制造时将金属薄波纹板沿主管纵向敷在其两个宽侧面上，并至少通过多个焊点将其焊在主管表面上。制造热交换器的设备包括两块装在底座上的压板，底座上有用于主管的纵向导槽，两块压板上均装有焊接设备和传动系统。
文档编号H05B3/50GK1073129SQ9211421
公开日1993年6月16日 申请日期1992年12月8日 优先权日1991年12月11日
发明者米罗斯拉夫·波德郝斯基, 汉斯-乔治·施赖, 耶尔格·布卢姆, 沃尔夫冈·霍尔滕 申请人:巴尔克德股份公司