CN1102475A - 由众多平行管构成的热交换器 - Google Patents

Abstract

一种由众多相互平行排列的交换管(1)构成的， 其使一种参与热交换的介质贯穿通过的交换管具有 宽比高大得多的横截面，而在交换管(1)两个平面侧 (2)的第一侧都紧固着由一条多次作波状曲折的肋带 (4)形成的肋条(3)。为了减少可能发生的污染物对 热交换器的热传递效率产生的影响，在肋条(3)上设 有众多的开口(9)，其开口横截面都各至少等于两根 相邻肋条(3)之间贯穿流动横截面的大小。将肋条 (3)紧固在交换管(1)的平面侧上时最好用电容器放 电焊接法。

Description

本发明涉及一种由众多相互平行排列的交换管构成的热交换器，其使一种参与热交换的介质贯穿通过的交换管具有宽比高大得多的横截面，而在交换管两个平面侧的每一侧都紧固着由一条多次作波状曲折的助带形成的肋条。

这样一种热交换器曾在德国专利DE4039293A1号中公开过。其中使用的交换管都是由两个半片管组成的，在一种适用于这方面的设备中在半片管上设有肋条。然后将每两个半片管连接在一起，使每一根交换管的横截面都形成一个沿纵长方向伸展的扁圆形。在这种已公开的热交换器上的肋条是用一条肋带形成的，该肋带在固定到每一根交换管的平面侧上之前，先经过多次波状的曲折得出所需的肋条形状。紧接着就将这样成形的肋带固定在交换管的平面侧上。

在已公开的热交换器的一种实施形式中预定的做法是，所设用一条无端肋带制成并且总是形成一条条沿平面侧纵长方向穿通的成形沟槽的肋条是用两侧的充填料形成外貌的。这样在沟槽内贯穿流动的介质的紊流度就可提高，有利于提高热传递度。

这种热交换器的缺点是在由肋条形成的沟槽内存在着较高的污染梯度。通过各该侧边的充填料形成的外貌，这个污染梯度还会进一步提高，以致在该场所特别轻微的污染物能够粘附下来，随着热交换器的作业的不断进行，能将所涉及的沟槽引导到完全堵塞。由此便会引起热交换器的热传递比的局部恶化，这是不希望有的。

因此本发明的目的是要进一步发展已公开的热交换器，以便将可能发生的污染对热交换器的热传递效率所产生的影响减少到最低程度。

为了解决这个课题而提出的办法是在肋条上设有众多的开口，其开口横截面都至少等于两根相邻肋条之间的贯穿流动横截面的大小。

采用这种措施后可以得到的效果是：当发生局部污染特别是个别沟槽横截面被堵塞时，液流便可通过上述开口转移到邻近的沟槽横截面内，这样由于流动受阻而造成的热传递效率的损失便可减少。如果不再能通过相邻的肋条形成的沟槽横截面贯穿流动时，那么液流可以通过一个安排在肋条上的开口绕道到邻近的沟槽横截面内并在那里继续流动。这样绕过障碍后液流还可以另一个开口重新回到原来的横截面内。这样在一个单一的横截面内达到的两条液流的汇合将使热传递效率方面看不到有什么显著的损失，因为在转折区流速被强制提高，因此热传递效率也局部地提高。因此在受阻塞的横截面上热传递效率的损失的一部分可以重新收回。

按照本发明的一种有利的安排是将这些开口设在肋条上离开交换管平面侧的转折处上，使在各相邻交换管的肋条内贯穿流动的介质得以进行物质交换。由此也可以做到，将由于污染而引起的损失均匀地分布到热交换器的各个交换管上。当这些开口与各相邻近交换管的肋条上的开口覆合在一起时更有利于这样的交换。

当肋条在其侧面的底部上设有补充开口而其开口横截面均各小于在两相邻肋条之间贯穿流动横截面的大小时，在由肋条划分而成的横截面内流动的液流之间的交换可以进一步得到改善。

尽管开了补充开口，为了使肋带得到足够高的机械稳定性，补充开口最好均各位在两个相继开口之间的一半长度处。

当按照本发明的一个较优的实施方式，将肋带的波状曲折做成直角形时，转折处就可成为平面便于安放在交换管的平面侧上或邻近交换管的助带上相应形成的平面上，这样在肋带和各交换管之间便可结合得特别好。由此亦可使相邻交换管之间相互的支承得到改善。

热交换器的另一个安排的特征是在肋条的侧面上形成部分凹陷部分凸起的外貌。这种外貌能够产生或加强流通介质的紊流，因此可使热传递效率进一步提高。

按照本发明的另一个安排是将众多的转折处用一条直线的通过全长的焊接紧固在交换管的平面侧上。这样可在零件之间得到一个特别良好的金属的结合，因此在交换管和肋条之间可以得到一个较高的热传递度。

转折处与各平面侧的焊接可有利地采用电容器放电焊接法来进行。这种焊接方法在肋带和交换管接合在一起时可使基体上较宽较长的一面无缝隙地适应各助条底部的轮廓。为此而需要的压紧力是由两个电极产生的，而该两电极是电容器放电焊接装置的组成部分。每当其中一个电极进入两个相邻的肋条之间的肋条底部区内时，另一个电极就托在基体的各该内侧，形成一个支座。这样便可为两个要结合的零件的无缝隙接触作好准备，因此在电容器放电焊接装置的电容器随后放电时便可将肋条用一条直线焊接紧固在基体上并从而在这两零件之间得到非常良好的热传递。

下面结合附图说明本发明的一个实施例，从中可以看到其他一些优点和详情。在附图中：

图1为由两条相互平行排列的交换管构成的热交换器的剖面图，在交换管的两侧设有助条，

图2为图1中沿Ⅱ-Ⅱ线的剖面图，

图3为使用电容器放电焊法来制造图1和2画出的热交换器时示出方法过程的斜视图，

图4为图3中两个要结合的零件在即将接合和焊接之前的剖面图，

图5为图3中两个要结合的零件在即将接合或焊接之前的剖面图，采用了一个较图4有所修改的过程方法。

图1画出的热交换器是由按照成束技术相互平行排列的众多交换管构成。在图1中为了清晰起见只画出两个这样的交换管1。

在图1中可以看到，通过参与热交换的介质用的交换管1具有一个宽B比高H大得多的横截面。这样形成的交换管的长边被倒成圆角，因此从整体看成为一个在纵长方向伸展的扁圆形横截面。

而当时的另一种介质则被引导横向流过交换管1外表的平面侧。为了改善热交换，因此在参与的交换管1的每一个平面侧2上设有肋条3以便增大有效的热交换面。肋条3是由一条无端肋带通过反复的弯曲制成的，以致在向交换管的长度方向看去时，肋带相互排列成为波状，这在图2中特别可以看得清楚。

如图2所示，肋带在反复曲折形成波状时曲折处被做成直角形，以便使面对交换管1和背对交换管1的曲折部5都形成平面6。在这种情况下平面6有利于使肋条的底部与交换管1的平面侧2得到特别良好的结合。作为肋带适用的材料可以采用例如厚度从0.1到0.4毫米、两边镀有薄铝层的钢带。

由经过波状曲折的肋带4构成的肋条3总是设在交换管1的两边。这样形成的交换管1便可组装成任意的管束，其时各个交换管1的紧固以及相互间的定距离都是在其两端进行的。在这种情况下，肋条3在端头上的转折部5离开邻近交换管1上的对面转折部5的距离应尽可能小一点。但这距离当然也不可太小，以致在相邻的交换管1的肋条间存在着接触的危害。

为了使肋条的底部与交换管1的平面侧结合在一起，可以采用电容器放电焊接法，该法将在下面结合图3、4和5加以说明。

电容器放电焊接涉及一种特殊的电阻焊技术，它在焊接时所需的能量不是通过变压器直接从电网取得的，而是通过一个作为能量存储器、在不焊接时进行充电的电容器蓄电池。电容器放电焊接的优点在于它也可用来焊接不同的材料，例如钢和铝。除此以外这种方法还可用来焊接表面处理过的材料，例如镀锌片或渗铝片，而不会损害其表面。

电容器放电焊接法采用两个各不相关的电极7、8。在本实施例中，上电极是由合适的电极材料例如铜铬锆制造的片状单个电极组成的，共有五块。下电极8是由一块厚板构成的，该板在交换管1的整个宽度上展开并具有与其内部轮廓完全一样的轮廓。这样在焊接过程中下电极便可同时作为交换管1的基体的引导。特别是下电极还可用作上电极产生的压紧力的支座。为此下电极8须用适宜方式通过一个绝缘物的中间支承支承在所使用的焊接装置上。上电极7是这样对准的，使它能用狭窄的端面正确地进入两个相邻的肋条之间，一直到到达其内的肋条底部区的安放平面的内侧为止。弹簧元件7a在此产生一个一定的压紧力，该力被作为支座的下电极8接收。一旦到达预定的加压水平，焊接装置的电容器便进行放电，通过放电在极短时间内一个很高的能量便从上电极7流向下电极8。由于焊接能量集中在焊接区内，同时焊接时间极短，只有1到10毫秒，因此觉察不到构造零件的加热。完成的热交换器零件在焊接后从机器内取出时实际上还是冷的，形状保持不变，看不出有什么歪斜扭曲或变形。

通过采用多个不相关的上电极7可以消除微小的纵长弯曲，每一次都能得出一条直线的通过全长的肋条3与交换管1的平面侧2的焊接。

图4和5示出交换管1和肋条3在即将接合之前的情况，其时即将相互接触的表面具有形成图案的表面纹理。在图4的实施例中交换管1在外表的平面侧2具有细小的、相等的槽沟8，沟深约为0.1到0.3毫米。与此相对，在图5的实施例中，形成图案的表面纹理设在肋条底部区的底边上，即在转折部5内。在该底边上形成的外貌于是成为向下突起的凸出物8a。

图4和5所示两种情况的作用都是一样的：在要结合的零件相互靠拢后，参与表面之间的金属直接接触首先只是发生在所述凸出物8a的区域内。由此形成在位置和范围上都精密限定的金属桥，从电极7、8放出的焊接能越过该桥时自身首先衰减，但通过冲击性投入的焊接过程上述这些凸出物终将被消除，因此在完全放电后能够形成一条特别均匀的焊接结合，这种焊接结合比在随意弄粗糙的表面上焊接时要好得多。

在图3中的肋带4是以一直延伸到头而折叠成波状的样子画出来的，其上没有另外的纹理。这是一幅为了说明本发明而经过选择、简化的图。在本发明的范围内各肋条并没有在它们全长上形成封闭的沟槽，而是以相等的间距设有开口9，如在正确描绘的图1、图2、图4和图5中所示。这些开口9被安排在离开交换管1的平面侧2的转折处5上，即在肋条的端头上。贯穿流过各该相邻交换管1的肋条内的介质可以通过上述这些开口进行物质交换。

下面结合图1就作用方式说明如下：液流箭头A指明液流进入肋条区。现在来到一个堆积污染物S的横截面。由于液流不再能通过这个区域，按照现有技术的热交换器，液流的流动将在这个横截面上完全中断。但由于本发明预先设有的开口9，液流可以绕道U流动。在这种情况下，液流可以通过在障碍之前安排的开口转入某个由各该相邻交换管1的肋条3形成的横截面内。在该处流速会相应提高。在绕过障碍后一部分液流可以通过下一个开口9重新返回到原来的横截面内进行流动，因此热交换器的液流最后可以均匀地离开。

上述作用可在下列条件下得到保证，即每一开口9的开口横截面面积至少应等于两个相邻肋条3之间液流流通的横截面面积Q。

在各该单个肋条上还设有附加的几何结构以便使贯穿流过的或从旁流过的介质产生搅拌或紊流。为此在肋条3的侧面上或其他部位上预定在外观10上形成侧面的突起物，该突起物交替地向各该肋条的一侧和另一侧延伸。这样的外观10可使从旁流过的介质的紊流度显著地提高。为了使各该肋条的内部空间和邻近的肋条外部空间进行交流，预定还设有补充开口11。这些补充开口11位在肋条3侧面的底部上。其开口横截面应显著地小于开口9的开口横截面面积，特别是小于在两相邻的肋条之间的贯穿流动横截面Q。从图1可知补充开口11总是位在两个相继的开口9之间长度的一半处。

Claims (9)

1、由众多相互平行排列的交换管构成的热交换器，其使一种参与热交换的介质贯穿通过的交换管具有宽比高大得多的横截面，而在交换管两个平面侧的每一侧都紧固着由一条多次作波状曲折的肋带形成的肋条，其特征在于，在肋条(3)上设有众多的开口(9)，其开口横截面都各至少等于两根相邻肋条之间贯穿流动横截面(Q)的大小。

2、按照权利要求1的热交换器，其特征在于，上述这些开口（9）设在肋条（3）上离开交换管（1）平面侧（2）的转折处（5）上，使在各相邻交换管（1）的肋条（3）内贯穿流动的介质得以进行物质交换。

3、按照权利要求2的热交换器，其特征在于，上述这些开口（9）与各邻近交换管（1）的肋条（3）上的开口（9）覆合在一起。

4、按照权利要求1至3中任一项的热交换器，其特征在于，在肋条（3）侧面底部设有补充开口（11），其开口横截面均各小于两根相邻肋条之间贯穿流动横截面（Q）的大小。

5、按照权利要求4的热交换器，其特征在于，补充开口（11）均各设在两个相继开口之间的一半长度处。

6、按照权利要求1至5中任一项的热交换器，其特征在于，肋带（4）的波状曲折做成直角形状，使转折处（5）成为平面（6）以便安放在交换管（1）的平面侧（2）上或邻近交换管（1）的肋带上相应形成的平面上。

7、按照权利要求1至6中任一项的热交换器，其特征在于，在肋条（3）的侧面上形成部分凹陷部分凸起的外貌（10）。

8、按照权利要求1至7中任一项的热交换器，其特征在于，众多的转折处用一条直线形的通过全长的焊接紧固在交换管（1）的平面侧（2）。

9、按照权利要求8的热交换器，其特征在于，转折处（5）与各该平面侧（2）的焊接是用电容器放电焊接法进行的。

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