CN1307504A - 将至少四个传热板连接到板组上的方法及板组 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种将板式热交换器的至少四个传热板(2)连接到板组上的方法。在一个传热板(2)在其边缘区具有一个环绕传热板延伸的外边缘部(10)和一个在外边缘部(10)内侧环绕传热板延伸的内边缘部(11)。传热板(2)在第一接触平面上沿着所说内边缘部(11)被成对焊接,形成至少两个板对(16)。所说板对中的一个的外边缘部与另一个所说板对的外边缘部在第二接触平面(20)上对接。两个外边缘部(10)被高能束所产生的焊接接点(21)焊接在一起,该高能束的中心线在投向对接的外边缘部时与所说接触表面(20)成一斜角。本发明还涉及用这种方式生产的板组。

Description

将至少四个传热板连接到板组上的方法及板组
发明的背景和现有技术
本发明涉及一种将至少四个传热板连接到板式热交换器的板组上的方法，其时每一个传热板在其边缘区内都有一个环绕传热板延伸的外边缘部，和一个在外边缘部内侧环绕传热板延伸的内边缘部，而连接方法包括下列步骤：
首先在第一接触平面上沿着所说内边缘部将传热板成对地连接起来形成至少两个板对，
使其中一个所说板对的外周缘部与另一个所说板对的外周缘部在第二接触平面上对接，
然后用焊接接点将所说两个外边缘部焊接在一起。
本发明还涉及板式热交换器的由传热板连接而成的板组，其中每一个传热板在其边缘区具有一个环绕传热板延伸的外边缘部，和一个在外边缘部内侧环绕传热板延伸的内边缘部，其时传热板在第一接触平面上沿着所说内边缘部被成对地连接，形成至少两个板对，然后在第二接触表面上沿着所说外边缘部用焊接接点将其中一个所说板对焊接到邻近的一个所说板对上。
在这种板组内的每一个传热板通常设有四个贯通孔即所谓口孔。传热板被这样互相对接使口孔形成四个通过板组的口槽，从而在传热板之间形成两组传热通道。每组传热通道各被连接到两个口槽上。
这种板组为板式热交换器所具有，按设计可使两种热交换流体通过该板组流动，分别通过两组中的一组热交换通道和相关的口槽而流动。
对这种板式热交换器的功能重要的是，板组必须密封到这样程度，使得没有热交换流体可从含有该板组的板式热交换器中泄漏出来。当板组按初始时说明的方式连接时，中间曾提供多个令人满意的可能机会可以检查板组的紧密性。每一个板对在被所说焊接接点连接之前就可检查其紧密性。当板组被焊接在一起时可以试验整个板组的紧密性。如果这时出现任何不紧密的焊接接点还可以从板组的外侧接近板组予以改正。
EP578933和GB580368曾公开一种具有传热板的板式热交换器，传热板首先被焊接连接，然后形成板组。
在EP578933中公开的板式热交换器的传热板首先被成对地焊接以致成为环绕传热板四个口孔中两个口孔并沿着传热板的外边缘部延伸的板盒。环绕传热板另外两个口孔并沿着传热板的外边缘部延伸的板盒也用同样方式焊接，然后将这两个板盒对接。最后在外边缘部上的焊接接点被制成边缘焊缝。
GB580368公开的板式热交换器所具有的传热板是用电阻焊永久地焊接的。传热板首先沿着内边缘部成对地焊接成为板对，然后再沿着外边缘部将板对焊接在一起。
JP7-214319曾公开一种用边缘焊接将设有口孔的传热板焊接在一起的方法。传热板是沿着口孔的边缘用TIG焊(钨板惰性气体保护电弧焊)焊接在一起的。在焊接时传热板用一专门装置被成对地夹持在口孔的周围，该装置还能从焊接区域将热导出为的是防止热变形。
从生产的观点看，采用高能束的现代焊接方法如电子束焊接式激光焊接具有许多优点，例如可以很好地适用于自动制造，并且所造成的焊接接点具有高而均匀的质量。连系列将传热板焊接成板组，这种现代焊接方法的最大优点是只对传热板产生低能量和不显著的热变形。
WO93/15369曾说明一种板式热交换器，该热交换器具有的传热板的板组是用激光焊接焊接在一起的。其时一个传热板是用这样的方式焊接到要被构成的板组上去的，即每隔一个传热板被沿着内边缘部焊接和每隔一个传热板被沿着外边缘部焊接。外边缘部位在传热板的内边缘部和边缘之间。另外，每一个传热板在外边缘部的外侧有一个增强的弯曲。但这个已知的方法有着这样的缺点，即对紧密性，很难得到一个令人满意的检查。实际上，要在每一个传热板的焊接完成后进行检查，那样做太没有效率。而不如此做的话，就得在整个板组成其主要部分例如10-30个传热板都被焊接在一起时才能进行紧密性检查。这时如果在内边缘部之间的焊接接点不完全紧密，那么这个焊接接点实际上不再能修复，整个板组或单元就得被扔掉。因此在生产时，如果要将废品率降低到可接受的水平，这种制造方法就需要有一个高度可靠的工艺过程。而为了得到这样一个可靠的工艺过程，必须对每一种材料的质量进行广泛的试验和各种不同工艺参数的调节。因此这种焊接方法对于以小批量或用较不寻常的材料制造板式热交换器来说是昂贵的。
虽然用高能束焊接是当今可用的技术，但它却不能用于初始时所说的方法，因为在一个板对中的未被焊接到邻近板对传热板的那个传热板将会遮蔽要被焊接在一起的传热板。另外，高能束和包围它的屏蔽气体所用的喷嘴也太大使它不能被容纳在一个板对的两个传热板之间。从而有人曾提出可将焊接接点作成边缘焊缝。但实际上很难将高能束聚焦在传热板的边缘端表面上，例如，该接缝可能不是精确的直线，或者在接缝内的板与板之间存在着小间隙。
本发明的综述
本发明的目的就是要补救上述问题并在要被焊接在一起成为板式热交换器的板组的板对之间提供一个改进的焊接接点。
这个目的是用初始时说明的方法来达到的。该方法的特征是，所说焊接接点是用高能束产生的，高能束从外边缘外一段距离处以一个对所说接触平面不是90°的角度投向所说外边缘部中的一个。这种集中的高能束例如激光束或电子束能十分准确地聚焦到两个板对中的一个边缘部上，即形成的焊接接点能延伸通过两个邻接的边缘部并保证成为一个高可靠性和高质量的连接。另外，初始说明的方法所提供的检查可能性完全可以应用。曾经发现即使高能束没有以直角来击中边缘部的表面，高能束也能穿透两个邻接的外边缘部并产生一个延伸通过这些部分的焊接接点。这样就可简单而巧妙地用一个上面说明的喷嘴来投射高能束而可不管高能束装置的尺寸大小。从而高能束可用一个零件来导引，并且至少其中一个零件与传热板的相对移动可使该零件沿着传热板旁的外边缘部被导行。
按照本发明的一个实施例，基本上每一个传热板都设有四个口孔，其中两个口孔被第一口部包围，而另外两个口孔被第二口部包围，所说板对中的两个传热板在板对还设有焊接在一起之前就沿着第一口部被焊接。按照本发明的一个有效的实施例，所说板对可用高能束以对所说接触平面成为不是90°的角度投射到其中一个所说第二口部上而被焊接在一起。这样便可得到一个具有高可靠性和高质量的焊接接点。其时所说高能束可用一个环绕第二口部移动的零件来导行。
按照本发明另一个实施例，至少四个板对被叠置在一起形成板组并焊接在一起，但焊接的次序不同于板对在板组内叠置的次序。这样，至少初始时对接的板对将不立即互相焊接，而是在第一板对和第二板对之间设置多个板对，使所说零件从第一板对向第二板对移动跳来焊接。这样可以防止板组由于焊接时的热应力而变形。
按照本发明另一实施例，所说高能束为激光束。
所说目的还可被初始时说明的板组得到，其特征为，所说焊接接点是用高能束产生的，并且高能束的中心线在穿过所说外边缘部时与第二接触平面形成一个不是90°的角度，这样一个焊接接点具有高质量并对板组的紧密性高度可靠。
板组的有效实施例在从属权利要求11-14中予以限定，所说角度可在50°在70°之间，最好约为60°。
附图的简要说明
现在本发明将结合附图用实施例以举例的方式较详细地说明。在附图中：
图1为一具有本发明板组的板式热交换器，
图2为板组的传热板的平面视图，
图3为板组的一个板对的横向剖视图，
图4为按照本发明要被焊接的两个这种板对的横向剖视图，
图5为示出如何用激光工具来焊接传热板的横向剖视图，及
图6为从上面示出如何用激光工具来焊接传热板的视图。
本发明的实施例的详细说明
图1示出一种板式热交换器1，该热交换器具有多块传热板2，它们用按照本发明的方法焊接到板组3上。板组3用拉紧螺栓4拉紧在两块支承板5和6之间。其中一块支承板5设有四个连接管7，只有两个在图1中示出。通过连接管7，两种传热流体被预定以公知的方式流动通过板式热交换器1。
包含在板组3内的传热板2在图2中示出。传热板2被冲压制有凸起和凹陷，部分是为了在传热流体所要在其上流动的传热板2的中心部上制出冲压图案8，部分是为了形成接触表面，沿着该表面传热板2被连接到板组内的邻近传热板2上。沿着传热板2的外边缘9，第一外边缘部10延伸，该部在图2中只是用一连续线条示出，但实际上是有一定宽度的。在外边缘部内侧延伸的是第二内边缘部，在图2中用虚线示出，它也是有一定宽度的。边缘部10、11被设置在不同的高位上，见图3和4。另外，传热板2设有四个口孔12’、12″、13’、13″，它们被基本上为平面的口部14’、14″、15’、15″包围着，它们也分别用虚线和连续线示出并环绕各自的口孔延伸。口部14’和14″设在与内边缘部11相同的高位上，而口部15’和15″设在与外边缘部10相同的高位上，见图3和4。
当由传热板2制造板组3时，先将传热板2两个两个地连接在一起成为板对16，见图3。这个连接按照所示的实施例是用激光焊接来完成的。但应注意也可用其他连接方法，最好是使用高能束的方法如电子束焊接，还可能用例如电阻焊。在将传热板2焊接成为板对16的过程中，先将两个传热板2转动到沿着内边缘部11并沿着口孔12’和12″周围的两个口部14’和14″而在第一接触平面17上互相对接。传热板2在口部14’和14″用焊接接点18而沿着内边缘部11用焊接接点19连接在一起。在焊接成板对16后，须对焊接接点18和19的紧密度进行检查。如果任何一个板对16设有完全紧密，那么有问题的焊接接点18、19可用简单的方式重新焊接一次。
图4示出通过四个传热板2即板组3的两个板对16的剖面。两个分别来自各自板对16的邻近的传热板2在第二接触平面20上沿着传热板2的外边缘部10互相对接在一起并用焊接接点21连接。所说两个邻近的传热板2还在第二接触平面上沿着口部15’、15″互相对接，这些口部15’、15″用焊接接点22连接在一起。
如图4所示，焊接接点21和22的截面相对于接触平面17和20而倾斜。这时如果引入一条中心线延伸通过每一个焊接接点21、22，中心线的意思是在其周围各侧从中心线到熔化区外边缘的距离都相等，那么具体点说，每一条中心线C将分别形成角度α和β，而不是垂直于接触表面17、20。按照本发明，焊接接点21和22是用集中的高能束如激光束或电子束来产生的，该高能束被倾斜地分别投到传热板2的外边缘部11及口部15’和15″上，为的是避开在同一板对16内的邻近传热板2的遮蔽边缘。所说角度α在50°到70°之间，最好约为60°。应该注意的是，虽然所说角度α、β的其他值也有可能使用，但重要的是该角度必须不会使邻近传热板2的边缘分别遮蔽外边缘部10及口部15’、15″，否则高能将不能聚焦到这些部分的表面上。
当具有两个或多个板对16的板组3沿着焊接接点21和22被焊接在一起时须检查整个板组3的紧密度，如果板组3不够紧密，其中任何一个焊接接点21、22会有泄漏，由于以前在检查单个板对16时焊接接点18、19已被认可，因此这时可以简单方式对有问题的焊接接点21、22重新焊接一次。然后可将板组3安装在板式热交换器1的两块支承板5和6之间。
图5和6概略地示出如何用激光焊接工具23来产生焊接接点21和22。激光焊接工具23具有一个概略地示出的激光产生器24和喷嘴25。喷嘴25被安排将屏蔽的气体和激光束分别以倾斜的角度α、β投射到外边缘部10及口部15’、15″上。另外，激光工具23具有两个压轮26，该压轮被安排分别将相邻的外边缘部10及口部15’、15″夹压在其间，为了的使它们定位并受压。在图5和6中，同时示出焊接外边缘部10及焊接口部15’、15″的激光工具。虽然如此，但应指出实际上这两焊接操作是很难同时完成的。另外，为了避免板组的热变形，板对16是以与所示堆放在板组3的次序不同的另一种次序来焊接在一起的。例如，激光工具23及/或板组3被这样移动使激光工具23首先沿着两个最低的板对16焊接，在此以后，直接沿着两个最上面的板对16焊接。
本发明并不限于所示出的实施例而可在下面的权利要求限定的范围内进行各种改变和修改。

Claims (13)

1．一种将至少四个传热板(2)连接到板式热交换器(1)的板组(3)上的方法，其中每一个传热板(2)在其边缘区内都有一个环绕传热板(2)延伸的外边缘部(10)，和一个在外边缘部(10)内侧环绕传热板(2)延伸的内边缘部(11)，该连接方法包括下列步骤：沿着所说内边缘部(11)将第一接触平面(17)上的成对传热板(2)连接成至少两个板对(16)；使其中一个所说板对(16)的外边缘部(10)与另一个所说板对(16)的外边缘部(10)在第二接触平面(20)上对接；然后用焊接接(21)将所说两个外边缘部(10)焊接在一起，其特征为，
所说焊接接(21)是用高能束产生的，高能束从外边缘(9)的一段距离以一个相对于所说接触平面形成一个不是90°的角度(α)投射到所说两个外边缘部(10)中的一个上。
2．按权利要求1的方法，其特征为，高能束由零件(23、25)导向，并且至少其中一个零件与传热板相互相对地这样移动，使该零件沿着传热板(2)旁边的外边缘部(10)被导向。
3．按以上权利要求中任一项的方法，其特征为，基本上每一个传热板(2)都设有四个口孔(12’、12″、13’、13″)，其中两个口孔(12’、12″)被第一口部(14’、14″)包围，而两个另外的口孔(13’、13″)被第二口部(15’、15″)包围，并且在所说板对(16)内的传热板(2)首先沿着第一口部(14’、14″)被连接，然后这些板对(16)相互被焊接在一起。
4．按权利要求3的方法，其特征为，所说板对(16)以与所说接触平面(20)成为一个不是90°的角度(β)投向所说第二口部(15’、15″)中的一个的高能束沿着第二口部(15’、15″)被彼此焊接在一起。
5．按权利要求4的方法，其特征为，所说高能束被一个零件(23、25)导向，使它环绕第二口部。
6．按权利要求3至5的方法，其特征为，在所说板对(16)内的传热板(2)的第一口部(14’、14″)首先在第一接触平面(17)上被对接在一起，然后这些板对(16)再被连接，并且邻近板对(16)的第二口部(15’、15″)在第二接触平面(20)被对接在一起。
7．按以上权利要求中任一项的方法，其特征为，至少有四个板对(16)被叠置在一起成为一个板组(3)，并且以与板对(16)叠置在板组(3)内的次序不同的次序被焊接在一起。
8．按以上权利要求中任一项的方法，其特征为，所说高能束为激光束。
9．按一种板式热交换器(1)的由传热板(2)连接而成的板组，其中每一个传热板(2)在其边缘区具有一个环绕传热板(2)延伸的外边缘部(10)和一个在外边缘部(10)内侧环绕传热板(2)延伸的内边缘部(11)，传热板(2)在第一接触平面(17)上沿着所说内边缘部(11)被成对地连接，形成至少两个板对(16)，并且所说板对(16)中的一个在第二接触平面上沿着所说外边缘部(10)通过焊接(21)焊接到一个邻近的所说板对(16)上，其特征为，所说焊接(21)是用高能束产生的，并且在通过所说外边缘部(10)的横截面内可以看到有一条中心线(c)与另一个接触平面(20)成为一个不是90°的角度(α)。
10．按权利要求9的板组，其特征为，基本上每一个传热板(2)都设有四个口孔(12’、12″、13’、13″)，其中两个口孔(12’、12″)被第一口部(14’、14″)包围，而另外两个口孔(13’、13″)被第二口部(15’、15″)包围，并且在所说板对(16)中的所说传热板(2)的第一口部(14’、14″)被彼此连接在一起。
11．按权利要求10的板组，其特征为，两个所说板组(16)的邻近的第二口部(15’、15″)被高能束所产生的第二焊接接点(22)彼此焊接在一起。
12．按权利要求11的板组，其特征为，在通过所说第二口部(15’、15″)的截面中看到的第二焊束(22)有一中心线(c)与所说接触平面(20)形成一个不是90°的角度(β)。
13．权利要求9-12中任一项的板组，其特征为，所说角度(α、β)在50°到70°之间，最好约为60°。
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