CN101611286B - 用于实现热交换器的方法和根据该方法得到的热交换器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于实现包括分别限定流体循环的管组2、3、4的热交换器的方法，每个管组包括两个实心板11、12和用于保持所述两个板的支撑部件。本方法的特征在于，为了实现所述管组中的至少一个，该方法包括五个步骤：A、实现中间板20，该中间板包括条形物、连接所述条形物且在张力作用下能够断开的弱化连接桥35、36、37以及由壁板28、29分开并限定两条轨道31、32的孔眼；B、在所述两个板11、12之间插入所述中间板20；C、在轨道31的表面33与板11的表面1-12之间，以及轨道32的表面34-1与板12的表面1-12之间插入连接部件41、42；D、施加力以使两板11、12与中间板20接触；E、施加力使得上、下两板11、12分开，断开桥35、36、37，并使分隔壁板28、29弯折以使分隔壁板与所述两条轨道形成Z形。本发明的目标还在于用根据本发明的方法实现的热交换器。

Description

用于实现热交换器的方法和根据该方法得到的热交换器

本发明涉及用于实现热交换器的方法以及根据所述方法实现的热交换器，要强调的是，所述热交换器能特别有利地应用于使用气态流体(如空气或类似气体)的热交换器领域。

存在包括多个互相接触的限定流体循环的管组的热交换器，每个管组包括至少两个由密封材料实现并通过不同类型的支撑部件互相保持距离的实心板。

但是，该类已知的交换器具有相对高的成本，且另外不是十分性能良好，这使它们不能普及推广以及用于各类技术领域，例如用于住宅和/或工业和/或商业房屋的通风，以回收输送的热能，例如在缩写为VMC的已知设备中。

例如知道文献US 5,287,918，该文献涉及“散热片-板”式紧凑热交换器和制造该交换器的方法。该交换器例如包括三个互相叠放且通过粘合手段部分地互相连接的平坦金属片(例如由钛制成)，以便通过在两个外片之间引入带压气体而使这两个外片分开。中间片由超塑性材料实现，超塑性材料是一个精确的技术定义，可以将这种材料概括为这样的材料：具有高温下的大塑性形变阶段，因此允许很大的断裂伸长。一旦外片分开，中间片就变形，以便分别在中间片两侧和堆叠的两个外片之间确定两个流体循环管道。

另外还知道文献US 2006/0070728，该文献涉及用于建筑物通风系统的热交换器，以便对用外部空气替代内部空气进行优化。该文献特别描述了包括多个叠层薄平板的传统交换器，在所述叠层薄平板之间分别设置光滑有褶纹的板。外部空气在两个形成空气循环管组的平板之间的由有褶纹的板形成的折皱之间通过，而内部空气在类似相邻管组的相邻的有褶纹的板形成的折皱之间通过。两个相邻管组沿着两个成90°的循环方向分别形成内部和外部两个空气循环。根据该文献的发明在于用钻孔的有褶纹的板代替光滑的有褶纹的板，以增加空气通过交换器时的湍流，并且因此提高交换器的性能。另外有利地，折皱可以倾斜于空气流动的方向而设置。交换器的片可以由铝或纸制成。钻孔的中间片可以用有孔隙的树脂膜实现。

因此，本发明的目的是实施用于实现热交换器的方法，该热交换器克服至少大部现有技术热交换器的上述缺点。

更具体地，本发明的目的是实施用于实现热交换器的方法，该热交换器的质量比现有技术交换器的质量小，流体循环中的压头损失降低，并且制造成本低，同时改善了管组间的热交换，克服了现有技术本身的尺寸限制，并提高了对流体循环管组之间压差的抗力。

更确切地说，本发明的目标是用于实现热交换器的方法，该热交换器包括多个互相接触的限定流体循环的管组，每个管组包括两个由密封材料实现的分别叫做上板和下板的实心板和用于使这两个实心板互相保持距离的支撑部件，其特征在于，实现至少一个所述管组包括以下步骤：

(A)实现中间板，该板包括：

·多个条形物，

·连接所述条形物使得所述条形物互相平行的弱化连接桥，所述弱化连接桥能够在张力作用下断开，以及

·在每个条形物中实现的多个孔眼，使得所述孔眼沿所述条形物的两条纵向边限定左、右两条连续轨道，孔眼被连接所述两条轨道的分隔壁板互相分开，每条轨道具有上表面和下表面，

(B)在上、下两个密封实心板之间夹入所述中间板，

(C)一方面在全部条形物的每个左轨道的所述上表面与所述上板的下表面之间，另一方面在全部条形物的每个右轨道的所述下表面与所述下板的上表面之间，夹入连接部件，

(D)施加第一力以使所述上、下两板与中间板接触，以便左轨道的全部上表面附着在上板的下表面上，并且右轨道的全部下表面附着在下板的上表面上，以及

(E)施加第二力以使上、下两板互相分开，使得所述弱化连接桥断开，直到孔眼之间的分隔壁板与上、下两板形成不为零的角度。

本发明的目标还在于用以上定义的方法得到的热交换器。

参照作为例证的但绝非限定性的附图给出的以下描述，可以了解本发明的其它特征和优点，在附图中：

图1和2分别示出根据本发明的热交换器实施模式的侧视和俯视两幅示意图，以及

图3至图5分别示出实施根据本发明的方法的三个步骤，该方法用于实现与图1和2一致的根据本发明的热交换器。

首先要指出的是，在图中，相同的参考数字表示相同的部件，无论这些数字出现在哪幅图中，并且无论这些部件出现的形式如何。同样地，如果部件在一幅图中没有用专门的参考数字，则可以参考另一幅图容易地找到它们的参考数字。

还需要指出的是，图基本上只表示了本发明的主题的一种实施方式，但是可以存在满足本发明的限定的其它实施方式。

另外需要指出的是，当本发明的主题根据对本发明的限定包括“至少一个”具有给定功能的部件时，所描述的实施方式可以包括多个这样的部件。反过来说，如果所说明的根据本发明的主题的实施方式包括多个相同功能的部件，并且如果在说明书中没有明确指出根据该发明的主题必须包括特定数量的这些部件，则本发明的主题可以被定义为包括“至少一个”所述部件。

最后需要指出的是，在本说明书中，当一个表达只通过其本身定义一组结构特征而不提及涉及该表达的具体细节时，对于限定要求保护的对象的目的，当技术上可能时，这些特征可以被理解为单独的，或者全部组合和/或部分组合。

参照图1和2，首先回顾根据本发明的热交换器1包括多个互相接触的限定流体循环5、6的管组2、3、4，每个管组包括由密封材料实现的两个分别叫做上板11和下板12的实心板，和用于使两个实心板互相保持距离的支撑部件14。这些支撑部件14还允许分割循环流体流5、6，以便更好地帮助在两个相继的管组中流动的两流体之间通过上板11和下板12进行的热交换。如图2所示，两个并列管组之间的流体循环5、6有利地以反向流动的方式进行，以便参与改善两管组之间的热交换性能。

根据本发明的方法，主要特征在于，管组2、3、4中至少之一的实现包括下面定义的五个步骤A到E。

第一步骤A，更具体地是参照图3，在于实现中间板20，所述中间板包括：多个条形物21、22、23；连接这些条形物21、22、23以使之相互平行的弱化连接桥35、36、37，需要指出的是，弱化连接桥能够在张力作用下断开；以及多个在每个条形物中实现的孔眼25、26、27，这些孔眼25、26、27沿条形物的两条纵向边限定所示的两条连续或不连续(未示出)的轨道31、32，分别称为左轨道和右轨道；孔眼25、26、27被连接两条轨道的分隔壁板28、29互相分开，每个轨道具有上表面33、33-1和下表面34、34-1。

要注意到，中间板20可以采用国际跳棋棋盘形(未示出)，棋盘的一种颜色的方块作为孔眼，且棋盘另一种颜色的方块由材料构成，后者通过角部连接，所述角部尤其构成上面描述的弱化连接桥。因此上面描述的每个条形物21、22、23在它们各自的边缘由两列不连续的方块构成，沿条形物的两条纵边形成两条轨道31、32，这两条不连续的轨道31、32通过一列错开的不连续的方块互相连接，这些不连续的方块形成上面描述的分隔壁板28、29，因此连接两条轨道。根据该替代实施方式，所述两条轨道31、32和分隔壁板28、29形成一条确定的条形物，以及在该条形物两侧的相邻的两条类似的条形物，它们通过材料构成的国际跳棋棋盘方块的角部(形成所述弱化连接桥)相互连接。

弱化连接桥可以由不同方式构成，例如如图中所示由连接所述条形物的舌片构成，或者由两条条形物之间的单一连续舌片构成(可以通过在中间板20中实现沟槽或刻痕而获得)，或者还可以通过如上所述的国际跳棋棋盘的两个方块的两个角部之间的材料连接部构成。

如图4所示，第二步骤B在于把具有上述特征并在第一步骤A得到的中间板20夹入到两个密封实心板即上板11和下板12之间。

第三步骤C在于：一方面在全部条形物21、22、23的每个左轨道31的上表面33与上板11的下表面1-11之间，另一方面在全部条形物21、22、23的每个右轨道32的下表面34-1与下板12的上表面1-12之间，夹入连接部件41、42。

但是需要指出的是，该第三步骤C可以在前述第一步骤A之前或之后或者第二步骤B之后进行，但是，根据下面将要给出的该方法的有利特征，该第三步骤C最好在第一步骤A之前或第二步骤B之前进行。

图4中，连接部件41、42被图示为分别预先设置在轨道31、32的表面33和34-1上，但是显然也可以直接分别预先设置在两个板11、12的下表面1-11和上表面1-12上，在所述轨道的上表面和下表面将与两个板的下表面和上表面接触之处，如下面在描述实施根据本发明的方法的随后步骤时所描述的那样。

至于第四步骤D，该步骤在于：施加图4中箭头F示出的第一力，使上板11和下板12两个板与中间板20接触，使得左轨道31的全部上表面33固定附着41在上板11的下表面1-11上，并且右轨道32的全部下表面34-1固定附着42在下板12的上表面1-12上。

随连接部件41、42的性质而定，可以适当加热叠置的所述三个板。

在完全得到轨道31、32与板11、12之间的附着时进行本方法的第五步骤E。参照示意图5，该步骤在于：施加第二力(实际上是与前述由图4的箭头F示出的第一力反方向的力)以使上、下两板11、12互相分开，使得弱化连接桥35、36、37断开，直到孔眼25、26、27之间的分隔壁板28、29通过弯折与上、下两板11、12形成不为零的角。

优选地，为了得到坚固的热交换器(例如当流体循环投入运行时，热交换器不会振动或者尤其是由于膨胀而变形)，该方法在于：通过向上、下两板11、12施加第二力使上、下两板11、12互相分开，直到孔眼25、26、27之间的分隔壁板28、29与上、下两板11、12形成基本等于九十度的角。

在第五步骤E的执行结束时，热交换器呈现如图5中的侧视图所示意的形式，在该图中，弱化连接桥35、36、37呈断开状态，支撑部件14被孔眼25、26、27的宽度分开，并且基本呈现为“Z”形，所述“Z”形的两个水平条垂直于其竖直条，水平条相当于两条轨道31、32，而竖直连接条相当于孔眼25、26、27的分隔壁板28、29。

需要注意的是，Z形条形物的两条折痕线是在间断线表示的两条假想线101、102上得到的，所述假想线过限定左和右轨道31、32的孔眼的两条边51、52。孔眼的存在本身以及这些孔眼之间的分隔壁板28、29的较窄的宽度和厚度有利于形成这些折痕线。实际上，施加第二力时，这两条折痕线本身自动形成。

根据本方法的优选特征，实现每个条形物21、22、23的孔眼25、26、27，使得它们的上述边51、52与101、102共线，并且与轨道的纵向轴线平行，以便易于形成上述Z形折痕线。

有利地，在与Z形条形物的两条折痕线对应的两条假想线101、102的方向上，在直立的条形物21、22、23之间，建立两个并列管组之间的反向流体循环。每个条形物21、22、23的孔眼25、26、27的宽度允许进行控制，使得当该宽度较窄时，在管组的条形物21、22、23之间更好地引导流体循环5、6，或者还可以通过每个条形物21、22、23的孔眼25、26、27在每个相关管组的流体入口5en、6en和流体出口5so、6so之间分配流体循环5、6，先是分散，然后会聚。

如图2所示，通过相对于与条形物21、22、23及管组平面垂直的平面在两管组之间对称的入口和出口，与对条形物21、22、23之间的流体流的引导相配合，得到与两个相邻管组的两个流体5、6相关的循环的反向流动特征：例如，在图2中，管组3中的流体入口5en在管组3表面的右下方形成，出口5so在管组3表面的左上方形成；并且相邻管组2中的流体入口6en在管组2的右上方形成，出口6so在管组2的左下方形成(对位置的指引是相对于图2的视图而言的)。

需要注意的是，已经知道，两个相邻管组之间流体循环的反向流动特征比下述情况更为有效：即，参照图2，使得入口6en和5en之间或出口6so与5so之间的距离大于入口5en与出口6so之间或入口6en与出口5so之间的距离，以使支撑部件14之间限定的流体循环通道的长度大于通过这些循环通道的并置而形成的管组宽度(该宽度形成管组的与外壳70的壁板70-3或70-4对应的侧边的宽度)。

就达到本说明书的开始部分所确定的目标而言，根据本发明的方法是特别有利的，即特别是获得允许非常好地热交换同时又具有很低的制造成本和很轻的重量的交换器，这是因为可以使用厚度基本在三十到一千微米之间、由如铝、铜、基于铝或铜的合金材料或其它任何有良好导热性的材料制成的板11、12、20。

至于连接部件41、42，可以有不同的类型。但是优选地在根据至少一种以下功能而起作用的类型中选择：粘合、钎焊、焊接。

另外，仍然是为了获得尽可能低的制造成本，可以在下述范围中选择所述连接装置41、42：可以通过丝网印刷或微喷射(micro projection)例如平坦地施加在以下部件的至少一个上的连接装置41、42：轨道33、34-1的上表面和下表面、上板11的下表面1-11、下板12的上表面1-12。众所周知这些施加技术可以容易地自动化。

为了同样的目的，可以根据以下技术中的至少一种实现孔眼25、26、27：可以非常容易地自动化的微切割、冲压、激光切割、高压水流喷射，以及化学或电化学机械加工。

如图3所示，提到了可以在中间板20的两个侧条形物21的至少一个上留出无孔眼的中间区60，例如为了至少部分地在侧面封闭用这样的在两个板11、12之间的中间板20实现的管组。

但是，可以使至少一个孔眼25-26位于该无孔的中间区60的每一端，以便构成图2的管组的入口和出口。

还可使两个侧条形物中的至少一个21不包括孔眼，这样允许得到例如一侧全部封闭并且另一侧部分封闭的循环管组，在这样的实施方式中入口和出口在同一侧。

尽管图3中孔眼全部具有相同的长度，也可实现具有不同长度的孔眼25、26、27，甚至从中间板20的边本身开始实现孔眼，如图3所示的孔眼1-25，这例如是为了设置在流体流入管组的包括支撑部件14的部分之前的流体分配缓冲空间。

为了便于将条形物21、22、23折叠成如前所述的Z形，该方法在于实现具有以下优选形状之一的孔眼25-26：长方形、方形、三角形、梯形、圆形、椭圆形。

为了避免分隔壁板28、29直立时在中间板20中出现裂口，所实现的孔25、26、27的边最好在垂直于中间板的平面的方向上没有棱角。例如在上述可能的形状的情况下，最好孔眼具有圆角。

上面已经描述了根据本发明的用于形成根据本发明的热交换器的管组的方法的实施方式，但是显然可以以相同方式同时实现同一交换器的所有管组，需指出的是，限定一管组的两个实心板中的一个用作相邻管组的两个实心板之一，并依此类推。

在这种情况下，所有管组2、3、4一次实现。这种实施方式在了解以上所做描述的本领域普通技术人员的能力范围之内，本领域普通技术人员知道实施该方法以实现具有多管组的根据本发明的交换器。因此，仅仅为了简化本说明书，这里不再更深入地描述用于实现具有多管组的根据本发明的交换器的方法的实施。

但是在这种情况下，如图1中示意表示的和图5中更清楚看到的，有利地，根据本发明的方法在于实现中间板20，并使它们互相位于下板11和上板12之间，使得当限定至少两个相邻管组的下板和上板11、12互相分开时，一管组的孔眼25、26、27之间的分隔壁板28、29分别与另一管组的孔眼25、26、27之间的分隔壁板28、29处于同一平面中。

当然，对所有中间板20都是一样。即一管组的孔眼25、26、27之间的分隔壁板28、29将分别与所有其它管组的所有分隔壁板28、29位于相同平面中。

这样得到的交换器1的内部和外部都将更耐压，都是一个在另一个之上并对齐的分隔壁板28、29形成对所有管组都是统一的支撑部件组。这些统一支撑部件避免了，例如，下板和上板11、12在分隔壁板28、29的端部处的变形，如果它们例如错开而成交错排列，则可能产生这样的变形。

该具有多管组的有利的结构示意地表示在图1和图5中。

但是，有利的是，该方法可以包括补充的第六步骤F，该步骤在于，在实现多个互相接触的管组后，如图1和图2所示，把这些管组2、3、4包围到外壳70中，外壳70包括壁板70-1、70-2、70-3、70-4，所述壁板部分地封闭管组的至少一边，另外，在外壳的壁板中限定流体循环5、6的针对每个管组2、3、4的入口和出口5en、5so、6en、6so。

例如出于集成到更复杂的系统中的原因，可以通过固定的或者可拆卸的塞子封闭管组的某些端部，以便于它们的清洗。

本发明还涉及根据上述方法实现的热交换器1。

从以上说明，可见根据本发明的用于实现热交换器的方法是非常经济的，这是因为以下事实：除了可以使用很少的材料实现外，各步骤的几乎所有阶段都可以容易地自动化，例如借助于特别用于操作板11、12、20的具有抓握装置(真空吸盘)的机器人、切割机器人和用于设置连接部件41、42的机器人，所述机器人根据在解释根据本发明的方法的不同实施步骤的本说明书所提及的技术来工作。

最后，特别需要指出和强调的是，就本说明书而言，修饰语“上”和“下”，“右”和“左”只是为了能够相对于图面而言容易区分两个实心板11、12彼此的位置、同一条形物的轨道31、32各自的位置以及轨道的各个表面。在任何情况下，例如修饰语“上”和“下”应理解为仅限定沿竖直方向在相应位置的水平板11、12的位置。可以按照相对于地面的任何方向设置这些板11、12。

Claims (16)

1.一种用于实现交换器(1)的方法，该交换器(1)包括多个互相接触的、分别限定流体循环(5、6)的管组(2、3、4)，每个管组包括由密封材料实现的分别称为上板(11)和下板(12)的两个实心板和用于使所述两个实心板互相保持距离的支撑部件(14)，所述方法的特征在于，至少一个所述管组的实现包括以下步骤：

(A)实现中间板(20)，所述中间板包括：

·多个条形物(21、22、23)，

·在所述条形物之间连接所述条形物(21、22、23)以使所述条形物互相平行的弱化连接桥(35、36、37)，所述弱化连接桥能够在张力作用下断开，以及

·多个在每个条形物中实现的孔眼(25、26、27)，使得所述孔眼沿每个条形物的两条纵向边限定分别叫做左轨道和右轨道的两条连续轨道(31、32)，所述孔眼(25、26、27)通过连接所述两条轨道的分隔壁板(28、29)互相分开，每个轨道具有上表面(33、33-1)和下表面(34、34-1)，

(B)在上板(11)和下板(12)这两个密封实心板之间夹入所述中间板(20)，

(C)一方面在全部条形物(21、22、23)的每个左轨道(31)的所述上表面(33)与所述上板(11)的下表面之间，另一方面在全部条形物(21、22、23)的每个右轨道(32)的所述下表面(34-1)与所述下板(12)的上表面之间，夹入连接部件(41、42)，

(D)施加第一力，以使所述上板(11)与下板(12)这两个板与所述中间板(20)接触，以使左轨道(31)的全部所述上表面(33)附着(41)在所述上板(11)的所述下表面上，并且右轨道(32)的全部所述下表面(34-1)附着(42)在所述下板(12)的所述上表面上，以及

(E)施加第二力，以使所述上、下两板(11、12)互相分开，使所述弱化连接桥(35、36、37)断开，直到所述孔眼(25、26、27)之间的所述分隔壁板(28、29)与所述上、下两板(11、12)形成不为零的角度。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，每个条形物(21、22、23)的所述孔眼(25、26、27)被实现为使得它们的限定所述左、右轨道(31、32)的边(51、52)共线(101、102)，并且与所述轨道的纵向轴线平行。

3.根据权利要求1和2之一所述的方法，其特征在于，该方法在于使用厚度基本上在三十到一千微米之间的板(11、12、20)。

4.根据权利要求1和2之一所述的方法，其特征在于，所述连接部件(41、42)根据以下功能中的至少一个起作用：粘合、焊接。

5.根据权利要求1和2之一所述的方法，其特征在于，所述连接部件(41、42)根据钎焊的功能起作用。

6.根据权利要求1和2之一所述的方法，其特征在于，该方法在于通过丝网印刷和微喷射这两种技术中的至少一种在以下部件的至少一个上施加所述连接部件(41、42)：所述轨道的所述上表面和所述下表面、所述上板的所述下表面、所述下板的所述上表面。

7.根据权利要求1和2之一所述的方法，其特征在于，该方法在于根据以下技术中的至少一种实现所述孔眼(25、26、27)：微切割、冲压、激光切割、高压水流喷射、化学加工。

8.根据权利要求1和2之一所述的方法，其特征在于，该方法在于根据电化学加工技术实现所述孔眼(25、26、27)。

9.根据权利要求1和2之一所述的方法，其特征在于，该方法在于在所述中间板(20)的两个侧条形物的至少一个(21)上留出无孔眼的中间区(60)。

10.根据权利要求1和2之一所述的方法，其特征在于，该方法在于实现具有以下形状之一的孔眼(25-26)：长方形、方形、三角形、梯形。

11.根据权利要求1和2之一所述的方法，其特征在于，该方法在于实现的所述孔眼(25-26)的边在与所述中间板(20)的平面垂直的方向不包括棱角。

12.根据权利要求1和2之一所述的方法，其特征在于，该方法在于用以下材料中的至少一种实现所述板(11、12、20)：铝、铜、基于铝的合金、基于铜的合金。

13.根据权利要求1和2之一所述的方法，其特征在于，该方法在于通过对所述上、下两板(11、12)施加第二力使它们互相分开，直到所述孔眼(25、26、27)之间的所述分隔壁板(28、29)与所述上、下两板(11、12)形成基本等于九十度的角度。

14.根据权利要求1和2之一所述的方法，其特征在于，该方法包括第六步骤(F)，该步骤在于：实现多个互相接触的管组，并且把所述多个管组(2、3、4)包围在包括壁板(70-1、70-2、70-3、70-4)的外壳(70)中，所述壁板部分地封闭所述管组的至少一侧，另外在所述外壳的所述壁板中限定流体循环(5、6)的针对每个管组(2、3、4)的入口和出口(5en、5so、6en、6so)。

15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述中间板(20)相互布置成：当限定两个相邻管组的所述下板和上板(11、12)互相分开时，一管组的所述孔眼(25、26、27)之间的所述分隔壁板(28、29)与另一管组的所述孔眼(25、26、27)之间的所述分隔壁板(28、29)分别位于相同平面中。

16.一种热交换器(1)，其特征在于，其根据权利要求1至15中的至少一项的方法而实现。

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