CN1214115A - 整体构造的散热片式热交换器 - Google Patents

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Abstract

用汇流腔突缘(16)将众多受压而不漏气的组合单元即单个热交换器元件(10)连结起来构成一个整体的散热片式热交换器。每一单个热交换器元件都含有一个完整的对流式热交换器(40)的全部特征,具有进入口(14)和排出口(15)、空气分布联管箱(16)和热传递翅片(20、21、22),铜焊成为独立的单元。

Description

整体构造的散热片式热交换器
                    本发明的背景
本发明总的涉及散热片式热交换器，尤其涉及一种交叉流动的用作换热器的散热片式热交换器。
散热片式热交换器通常为整体结构，将其许多构件在单一的加热炉操作过程中铜焊而成。这种基本构造存在着下列问题：
在一般的散热片式热交换器内铜焊接头的最差质量限定了铜焊芯部最后的质量。这个严格要求会使整个芯部由于差的接头而报废，造成损失，而在人工方面，则要制订强化的程序，力图在一个普通芯部的数百个接头中避免发生一个低劣的铜焊。
每一构件的尺寸必须保持精确的公差，为的是在铜焊过程中，厚度上的差异不会构成载荷上的重大差异。
需要用整体条钢承载通过组合件边缘的载荷来确保边缘接头与翅片和分隔板的接头同样地承受载荷。对热交换器的每一冷层/热层通常需要四根条钢，这样便使组合件在劳力和材料上都很密集。
普通的散热片式热交换器的整体构造只留下极小的自由度，因此不同的加热构件要想移动出原定的位置很难不发生应变。显著有差异的热生长会形成应变并有害地影响到疲劳寿命。
现在更具体地考虑上面列出的这三、四个问题，具有交叉流动的联管箱的逆流散热片式热交换器一般包括交错叠置在一起的联管箱形成交替的烟气/空气/烟气/空气联管箱的模式。每一对相邻的烟气和空气的联管箱被一较薄的分隔片分隔着。另外，传统的散热片式热交换器采用边缘条钢(也被本行业的行家称为封闭条钢)来密封分隔片的周边，以便防止烟气或空气流到相邻的联管箱内。在联管箱被装配并铜焊以后，集流腔管道的进口和出口被横向焊接在边缘条钢上。
边缘条钢在分隔片之间构成刚性而笨重的结构连结。在使用热交换器时，边缘条钢和分隔片都经历温度的变化，由于分隔片和边缘条钢所在位置和结构组成的不同，温度变化并不以相同的速率影响条钢和分隔片。由于分隔片在结构上比边缘条钢薄弱，因此分隔片受到应变。
在逆流散热片式热交换器上与采用边缘条钢有关的第二个问题涉及焊接在边缘条钢上的由金属片制成的集流腔管道。集流腔沿着与联管箱孔邻接的芯部的边和角被焊接到叠置的边缘条钢上。如同分隔片那样，集流腔管道对温度变化反应较快，由于边缘条钢并不象集流腔管道反应那么快，因此金属片在焊接处或其附近会经受剪力载荷，并且容易在焊接点和基体金属之间的热影响区内损坏。基于以上所述，有效的做法将是研制一种能省掉现用边缘条钢的装置，这样便可消除使用时在热交换器上产生的应力和应变。
上面阐明了在现有散热片式热交换器中存在的已知各种限制，显然，如果能提供一种替代方案而克服上面列举的一种或多种限制将是有利的。因此，我们提供一种合适的替代方案，其特征将在下面较详细地说明。
本发明的综述
本发明的一个方案是提供一种单个的热交换器元件，该元件具有：一块在其一端设有进口孔而在其另一端设有出口孔的顶板，一块在其一端设有一进口孔而在其另一端设有出口孔的底板，底板的周边被连结到顶板的周边上；两个第一带翅片件，其中一个第一带翅片件被连结到顶板的第一侧，另一个第一带翅片件被连结到底板的第一侧；一个设在顶板和底板之间的第二带翅片件，第二带翅片件被连结到顶板的第二侧和底板的第二侧；以及用来在单个热交换器元件内承受内压力的装置，该装置具有第二带翅片件的翅片，并且靠粘合基本上完全连结在邻近的顶板和底板上。
上述方案和其他一些方案可从下面结合附图所作的本发明的详细说明中得到清楚的了解。
附图的简要说明
图1为按照本发明的单个热交换器元件的平面图；
图2为图1所示单个热交换器元件的第二平面图，其中一部分翅片和顶板被拿走以便示出内部细节；
图3为图1所示单个热交换器元件沿3-3线切开的一条边的剖视图，示出一个钢焊容器的细节；
图4为图1中沿4-4线切开的进口孔的部分剖视图，示出突起的突缘；
图5为内部联管箱的一部分的放大视图；
图6为示出一个热交换器含有众多图1所示的单个热交换器元件的侧视图；及
图7为说明图1所示的单个热交换器元件的制造方法的一个实施例的图表。
详细说明
图中所示单个热交换器元件10的独特方面为应用于整体散热片式热交换器的压力气密的组合单元构造。每个组合单元10含有一个完整的逆流式热交换器的所有特征，它将进入口和排出口、空气分布联管箱和热传递翅片铜焊成一个单元，如图1和2所示。对一给定的用途，只需按顺序将组合单元或单个热交换器元件10焊接起来便可制成所需尺寸的热交换器本体40(图6)。
单个热交换器元件可解决下列问题：
允许对一个小的易操纵的单元而不是对整个热交换器本体进行检验、校正或报废。结果可得到较少的废品和较大的质量保证。
可避免铜焊笨重的热交换器本体所发生的风险和技术困难，而可用小的单个热交换器元件来铜焊。
允许层间的滑动，以适应不同的热应变而不会有产生裂缝的危险，从而可使耐久性增大。
在较优实施例中，单个热交换器元件被装配成为逆流换热器40，被用来加热燃气燃烧器用的燃烧空气。排出的烟气流经低压侧翅片或烟气翅片22，而燃烧空气流经高压侧或空气翅片20。通常，两排烟气翅片22的高度只有每一低压组合单元在采用单排翅片的普通的散热片式构造时所需高度的一半。两排烟气翅片22被连结到(最好用铜焊)单个热交换器元件10的两侧。单个热交换器元件10主要由两个板件即顶板11和底板12构成，每一板上都有一个进口孔14和一个出口孔15。每一排烟气翅片22都将热传递到单个热交换器元件10内的高压介质上(或者对于其他用途，也可从元件内传出)。在单个热交换器元件10内有一单层空气翅片20被连结到(同样，最好用铜焊)顶板11和底板12上以便通过板11、12传导热并约束板11、12使它们承受不同的压力载荷。最好，约束板11、12使它们承受不同压力载荷的空气翅片20被完全连结到板11、12上。除了在板11、12之间的空气翅片20外，联管箱翅片21还可用来导引介质的流动，使它从进口孔14到空气翅片20的第一边，然后从空气翅片20的第二边到出口孔15。为了实现较优实施例的目的，联管箱翅片可终止在板11和12分开而制出突起突缘16的部分上，如图4所示。这个终端形状在图4中用实线示出。或者，联管箱翅片可延伸到该两板开始分开的部分之外，在该图中用虚线示出并用标号21′指出。
图5示出联管箱翅片21的较优实施例。在该实施例中，联管箱翅片21的单个通道21a与空气翅片20上的多个通道在液流上连通。而且在该较优实施例中，联管箱翅片21被完全连结到顶板11和底板12上，以资进一步约束该两板，使它们承受不同的压力载荷。
如图1所示，可设有烟气转向翅片24。最好在烟气翅片22的烟气进口边分别将一排烟气转向翅片24连结到顶板11和底板12外表面的周边上。在有一种型式的热交换器40中，热交换器被包含在一个壳体内(未示出)，其时热烟气横向越过烟气翅片22而流动(即与单个热交换器元件10的烟气进口边平行)。烟气转向翅片24被用来使热烟气转向并被导引到烟气翅片22内，从而可使整个烟气翅片22内的热烟气更均匀地分布。
在较优的实施例中，进口孔14和出口孔15在其孔的周围各具有一对突起的突缘16(见图4)。这些突缘被用来互相连结，将一个单个热交换器元件10的突缘16焊接在邻近的单个热交换器元件10的突缘16上，便可将一个单一热交换器元件10连结到另一个元件上。热交换器40是由众多只是在突缘16上互相连结的单个热交换器元件10构成的。一个单个热交换器元件10的烟气翅片22并不与邻近的单个热交换器元件10的烟气翅片22连结。采用这种配置，当热交换器40的温度变动时各个单个热交换器元件10便能分别增长和移动。热交换器40的叠置突缘形成一个膜盒结构。由突缘造成的膜盒为一柔性结构，结果由热传递产生的挠曲便被膜盒结构弹性地吸收。顶板11、底板12和突缘16基本上具有相同的厚度，因此突缘的温度变化基本上与板11和12的其余部分的温度变化相同。从而热交换器在操作时产生的热应变便可被消除。
在热交换器元件10中，板11和12交替在烟气翅片22和空气翅片20之间叠置。翅片的端头在垂直方向上对齐。在另一个实施例中，烟气翅片22的端头也可这样延伸不与空气翅片20在垂直方向上对齐。
图7示出将众多单个热交换器元件10装配成热交换器40的一种方法。顶板11和底板12(也被称为分隔板)由成卷的0.015英寸不锈钢或超耐热不锈钢带制成。钢带首先被松卷，然后被冲压并被激光修边成顶板和底板。烟气翅片22和烟气转向翅片24由0.008英寸成卷的不锈钢或超耐热不锈钢制成。钢带被松卷后，折叠成翅片并在烟气翅片22和烟气转向翅片24的一侧喷镀一层黄铜。镀有黄筒的烟气翅片22和烟气转向翅片24然后被激光修边并清理。也可不在烟气翅片22和烟气转向翅片24上涂以黄铜镀层而在分隔板11、12的外表面上涂以黄铜镀层。空气翅片20和联管箱翅片21由0.004英寸的成卷不锈钢或超耐热不锈钢制成。钢带被松卷后，折叠成翅片并在空气翅片20和联管箱翅片21的两侧均喷镀上一层黄铜。镀有黄铜的空气翅片20和联管箱翅片21然后被激光修边并清理。也可不在空气翅片20和联管箱翅片21上涂以黄铜镀层而在分隔板11、12的两个内表面上涂以黄铜镀层。
分隔板11、12烟气翅片22、烟气转向翅片24、空气翅片20和联管箱翅片21被装配起来构成一个单个热交换器元件10。这些单件可用搭焊暂时保持在一起。另外，装配好的单个热交换器元件10的周边可用激光焊接。
一个或更多的装配好的单个热交换器元件10被放置在一铜焊小室内，在那里单个热交换器元件10被加热以便使镀层表面铜焊在一起。各种铜焊夹其构件能被用来装载单个热交换器元件10以便在铜焊过程中尽可能地使装配好的单个热交换器元件10减少任何扭曲。图3和4示出铜焊过程用的分隔板11、12的优先实施例。在顶板11上设有一个容器30。这个容器30可保有另外的黄铜镀层，在进行铜焊过程期间，该镀层将散布到单个热交换器元件10的内部的邻近表面内。
在铜焊后，单个热交换器元件10被加压检验有无由于铜焊不合适而引起的泄漏。众多单个热交换器元件10然后被装配成部分堆叠。部分堆叠再用压力测试。多个部分堆叠然后被焊接在一起成为一个热交换器40。过渡件(未标号)被连结到外边的单个热交换器元件10上，以便提供一个位置来将热交换器40连接到设备的进口和出口联管箱上，其时热交换器为该设备的一个部分。
所述热交换器40有一个特征是，由于空气翅片20完全粘合在分隔板11、12上(该板对不同的压力载荷提供抗力)，因此热交换器40没有使用外部的预加载荷。

Claims (12)

1．一种装配单个热交换器元件的方法包括下列步骤：
提供一块顶板；
提供一块底板；
提供两个第一带翅片件；
提供一个第二带翅片件；
将黄铜镀层涂在至少一个第一带翅片件、第二带翅片件、顶板和底板等零件上；
将一个第一带翅片件连结到顶板的第一侧；
将另一个第一带翅片件连结到底板的第一侧；
装配顶板、底板和第二带翅片件，使形成一个夹层状组合件，第二带翅片件处在顶板和底板之间，其间的第二带翅片件与顶板和底板的第二侧接触，从而在任两个相邻表面之间都有被涂的黄铜镀层；
将顶板的周边焊接到底板的周边上；及
铜焊夹层状的组合件。
2．按照权利要求1的装配单个热交换器元件的方法，其特征为，完全涂黄铜镀层和铜焊夹层状组合件的步骤是为了使第二带翅片件的翅片基本上完全粘合在顶板和底板上。
3．一种用众多的按照权利要求1装配的单个热交换器元件装配成热交换器的方法，该方法包括下列步骤：
提供众多的单个热交换器元件，这些元件在其一端有一带突起突缘的进口孔，而在其另一端有一带突起突缘的出口孔；
将一个单个热交换器元件上的进口孔的突起突缘焊接到邻近的单个热交换器元件上的进口孔的突起突缘上；及
将一个单个热交换器元件上的出口孔的突起突缘焊接到邻近的单个热交换器元件上的出口孔的突起突缘上。
4．一种单个热交换器元件，具有：
一块在其一端有一进口孔而在其另一端有一出口孔的顶板；
一块在其一端有一出口孔而在其另一端有一出口孔的底板，底板的周边被连结到顶板的周边上；
两个第一带翅片件，其中一个被连结到顶板的第一侧，而另一个被连结到底板的第一侧；及
一个设在顶板和底板之间的第二带翅片件，第二带翅片件被连结到顶板和底板的第二侧上，第二带翅片件的翅片通过粘合基本上被完全连结到邻近的顶板和底板上。
5．按照权利要求4的单个热交换器元件，其特征为，底板的内表面与顶板的内表面接触，它们通过粘合而互相连结在一起。
6．按照权利要求4的单个热交换器元件，其特征为还具有：
两个设在顶板和底板之间的联管箱带翅片件，每一个联管箱带翅片件都被连结到顶板和底板的第二侧上，其中一个联管箱带翅片件与顶板和底板的进口孔及第二带翅片件的第一边成流体连通，而另一个联管箱带翅片件则与顶板和底板的出口孔及第二带翅片件的第二边成流体连通。
7．按照权利要求4的单个热交换器元件，其特征为还具有：
连结在顶板和底件的周边附近的烟气转向翅片件。
8．按照权利要求4的单个热交换器元件，其特征为还具有：
用来改变进入第一带翅片件的气流的流动方向的装置。
9．按照权利要求4的单个热交换器元件，其特征为还具有：
用来保有一定数量黄铜的镀有黄铜的容器装置，该装置环绕顶板和底板的周边延伸。
10．按照权利要求4的单个热交换器元件，其特征为，顶板和底板的进口孔和出口孔上设有突起的突缘。
11．按照权利要求12的由众多单个热交换器元件构成的热交换器，其特征为，一个单个热交换器的进口突缘和出口突缘被连结到邻近的单个热交换器元件的进口突缘和出口突缘上。
12．单个热交换器元件具有：
一块在其一端具有一个进口孔而在其另一端具有一个出口孔的顶板；
一块在其一端具有一个进口孔而在其另一端具有一个出口孔的底板，底板的周边被连结到顶板的周边上；
两个第一带翅片件，其中一个被连结到顶板的第一侧，而另一个被连结到底板的第一侧；
一个设在顶板和底板之间的第二带翅片件，第二带翅片件被连结到顶板和底板的第二侧上；及
用来在单个热交换器元件内承受内部压力的装置，该装置包括第二带翅片件的翅片，第二带翅片件通过粘合基本上完全连结在邻近的顶板和底板上。
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