TWI427258B - 熱交換器 - Google Patents

Description

熱交換器

本發明係關於一種含有複數個新穎連接部位的熱交換器。

平板型熱交換器已經針對許多不同用途使用在不同工業領域中。熱交換器通常包含一種類型的板體，其與另外的每個板體以旋轉180度的方式安裝在一起，而形成用於流體的兩個不同通道，其中一通道是用於冷卻媒介，而另一通道則是用於欲被冷卻的產品。在銅焊的熱交換器中，例如，其中熱交換器板體是由不鏽鋼所製成，整個板體封裝是以硬焊方式焊接在一起的。如此能夠在板體的邊緣周圍產生銅焊的密封。同時，板體之間的接觸點也是以硬焊方式焊接起來，此有助於使熱交換器抵擋高壓與高溫的影響。

熱交換器亦包含一前蓋板及一後蓋板，前蓋板及後蓋板均由比熱交換板體更厚的金屬片材製成。蓋板之目的是要使熱交換器更為穩固，且提供用於托架或類似物的安裝位置。前蓋板及/或後蓋板亦包含熱交換器所適用的流體之連接埠。熱交換器可以具有很多種不同標準的連接部位。這些連接部位係以銅焊方式焊接至蓋板。熱交換器板體及這些連接部位是在相同的硬焊程序中被焊接的。正常情形下，整個熱交換器的硬焊過程是在加熱過的爐子內完成 的，在此爐子中，熱交換器被加熱到超過焊接材料的熔點。

為了以符合經濟效益的方式製造熱交換器，所以會將盡可能多的熱交換器裝入爐子內。由於連接部位是從蓋板朝外延伸，所以連接部位會減少爐子可使用的體積。在一些情形中，連接部位的高度與熱交換器本體的高度具有相同的量值，此意味著同時能夠硬焊的熱交換器之數量會減少一半。

因此，對於硬焊式熱交換器來說仍有進步的空間。

因此，本發明的一項目的是要提供一種改良的硬焊式熱交換器，其能夠以更有彈性且符合經濟效益的方式製造出來。本發明另一項目的是要提供一種改良的硬焊式熱交換器，其能夠減少熱交換器的變形體數量。本發明另一項目的是要提供一種硬焊式熱交換器，其能夠讓消費者以更容易且便宜的方式連接起來。本發明又另一項目的是要提供一種用於製造硬焊式熱交換器之方法，其更有彈性且符合經濟效益。

針對本發明所提及的問題之解決方案係描述於申請專利範圍第1項之特徵部分。申請專利範圍第2項及申請專利範圍第3項包含熱交換器的有利實施例。申請專利範圍第4項及申請專利範圍第5項包含用於製造硬焊式熱交換器的有利方法。

本發明提出一種熱交換器，其包含複數個具有波紋圖 案的熱交換器板體、一前蓋板及一後蓋板，其中，該等熱交換器板體係彼此固接，並固接至前蓋板及後蓋板，而且，其中前蓋板及/或後蓋板包含複數個連接埠，該等連接埠包含一朝外延伸的軸環，該軸環是由與蓋板相同材料所形成，其中該熱交換器更包含一連接管件，該連接管件係固接至其中一軸環上。藉此，可達成本發明之目的，其中利用具有比用於熱交換器板體的硬焊材料熔點更低的硬焊材料，將連接管件硬焊至軸環上。

藉由熱交換器的第一實施例，提出一種熱交換器，其能夠在現有的生產線上增進生產量。也可以改善必須產生熱交換器的不同變形體之問題，其中只需要製造並儲存一種熱交換器即可。由於是在製造好熱交換器之後才運用連接部位，所以能獲得有彈性且符合經濟效益的製造方式。

具有可供連接部位運用的一軸環之優點在於：可以運用連接部位，而不會影響熱交換器板體的接觸點。以此方式，可以在製造好熱交換器之後才運用連接部位。如此能夠讓製造商可以供應許多不同的連接部位及僅運用單一類型之製造好的熱交換器。較佳地，連接部位係以感應硬焊方式來運用。

根據本發明，利用具有比熱交換器板體的硬焊材料熔點更低的硬焊材料來將連接管硬焊至軸環。這一點在熱交換器板與蓋板是在單一操作中進行硬焊，而連接管件是在另一操作中進行硬焊的時候係有利的。使用較低熔點的硬焊材料於連接部位，將可降低熱交換器板體中具有未硬焊 的接觸點之風險。此方式的另一項優點在於：可以使用銅製的連接部位，而不是由不鏽鋼所製成的連接部位。

在本發明用於組裝硬焊式熱交換器的一方法中，係包含有在一爐子中進行加熱該熱交換器的步驟，致使應用於熱交換器板及蓋板上的硬焊材料能夠將熱交換器硬焊在一起；冷卻該熱交換器；及利用一感應硬焊方法而將一管狀連接部位硬焊至該蓋板的一朝外延伸軸環上。本發明方法的優點在於：能夠提出一種以有彈性且符合經濟效益來產生熱交換器的許多不同變形體的方式。本發明方法只需要製造出一種類型的熱交換器，因此也只需要儲存一種類型的熱交換器。在運送時，才安裝上不同的連接部位。

在本發明方法的一有利發展中，係利用具有比熱交換器板體的硬焊材料熔點更低的硬焊材料，將管狀連接部位硬焊至軸環上。這一點在熱交換器板與蓋板是在一項操作中進行硬焊，而連接部位是在另一項操作中進行硬焊的時候係有利的。使用較低熔點的硬焊材料於連接部位上，將可降低熱交換器板體中具有未硬焊的接觸點之風險。藉由利用低熔點材質及感應硬焊法，可以獲得可靠的接合點。此方式的另一項優點在於：可以使用銅製的連接部位，以取代由不鏽鋼所製成的連接部位。使用銅製連接部位之另一項優點在於：消費者可以輕易地將連接部位焊接至熱交換器系統所包含有的一銅管上。

以下所描述的具有進一步發展之本發明實施例僅作為實例用，且這些實施例並非用以侷限本發明申請專利範圍所欲保護的範圍。

圖1顯示習知的熱交換器，此熱交換器1包含永久地結合在一起的複數個熱交換器板體2。熱交換器1更包含一前蓋板3及一後蓋板4，此兩者亦永久地結合至熱交換器板體。藉由將這些板體在一加熱爐中硬焊在一起，而製造出此熱交換器1。在這些板體結合之前，每個板體的周圍及這些板體的接觸點均塗層上硬焊材料，如此一來，當爐子被加熱到超過硬焊材料的熔點以上之溫度時，這些板體係被硬焊在一起。

所顯示的硬焊式熱交換器主要是用於氣候的應用情形。以下，將以熱交換器作為蒸發器使用來進行描述，在此熱交換器中循環有欲受熱的冷卻劑以及欲冷卻的水或濃鹽水。在所示的熱交換器中，所有的連接部位均設置於前蓋板內。然而，也可能將其中一個或多個連接部位設置於後蓋板內。因此，前蓋板包含一冷卻劑入口埠5、一冷卻劑出口埠6、一水入口埠7、及一水出口埠8。

在所有的開口埠處，一連接部位係固定地安裝至前蓋板。一連接部位係將熱交換器的一開口埠連接至熱交換器所要被運用於其中的系統上，因此，在每個開口埠上的連接部位設有某種連接手段，例如，螺紋或夾鉗段，其係適於將開口埠連接至一外部管件。由於不同使用者有不同的需求，所以熱交換器可以設有許多不同的連接部位，此意 味著必須製造且儲存數種類型的標準化熱交換器。

在前蓋板中的每個開口埠是一個切開的孔洞。一連接部位與硬焊材料一起插入此孔洞內，此連接部位具有一個適於承抵於蓋板表面上且後續係被硬焊至前蓋板上的特定凸緣。當熱交換器板體硬焊在一起時，這些連接部位也會被硬焊至前蓋板。此一步驟是在加熱爐內於同一程序中完成。這樣的熱交換器在所屬技術領域中早為已知，因此將不再贅述。

圖2顯示本發明的熱交換器。在此熱交換器中，使用一個新穎的連接部位配置方式。此連接部位包含一個朝外延伸的軸環，此軸環是由與蓋板相同的材料所形成。此軸環係藉由以一適當工具擠壓前蓋板的開口埠之周圍區域的冷成型加工法而製成。以此方式，當蓋板的厚度為2mm時，可以獲得一個高度介於5mm與10mm之間的朝外延伸之軸環。較佳地，軸環的內表面係垂直於蓋板。由於擠壓軸環的緣故，所以軸環的外表面將會稍微變成錐狀。藉由限制的軸環的高度，可以保留蓋板的開口埠區域的機械特性。在圖2中，冷卻劑入口埠5及出口埠6被顯示成具有第一軸環型式9，而水出口埠7及入口埠8被顯示成具有第二軸環型式10。

具有用於開口埠的軸環之前蓋板及/或後蓋板係在一爐子中被硬焊至熱交換器板體。在熱交換器的製造期間，將盡可能多的熱交換器放置在在爐子內。在以習知熱交換器運作的一般製造期間，用於出口埠與入口埠的連接部位在 爐子中佔據很大的體積。在一實例中，當連接部位僅位於一側時，這些連接部位的高度可能與熱交換器本體的高度相當。這種情形例如可能是在具有12個板體的熱交換器中，一個典型的連接部位其高度可能是24mm，而熱交換器的高度是27mm。對於兩側均具有連接部位的熱交換器來說，連接部位與熱交換器本體之間的高度比例可能更大。

以用於開口埠連接部位的軸環來取代習知的連接部位，其優點在於能夠同時製造出更多的熱交換器，亦即，可以同時將更多的熱交換器裝入爐子內。對於上述單邊設有連接部位且具有12個板體的熱交換器來說，7mm的軸環將會使整個熱交換器的高度從51mm降低成31mm。因此，便能夠同時製造出更多的熱交換器。

在熱交換器被硬焊之後，一管狀連接部位被固定地安裝至此軸環上。此一步驟最好以硬焊方式實施。為了防止在熱交換器板體之間的一些接觸點沒有硬焊(un-brazing)，很重要的是：不能用過多的熱量進行硬焊，因為如此一來可能會使開口埠周圍的區域受到加熱。藉由使用感應硬焊(induction brazing)，管狀連接部位可以被硬焊至軸環上，且熱量僅施加至欲硬焊的區域上。加熱過程會自動受到控制，且可以重現整個熱循環。

可以藉由利用具有比熱交換器板體的硬焊材料熔點更低的硬焊材料，將這些連接部位硬焊至軸環。使用具有較低熔點的硬焊材料來硬焊這些連接部位之優點在於：它會降低熱交換器板體中具有未受硬焊的接觸點之風險。同 時，連接部位的硬焊可以被實施得更快，如此可甚至更減少未受硬焊的風險。另一項優點在於：也可以使用銅製成的連接部位，而取代由不鏽鋼製成的連接部位。對於熱交換器的使用者來說，使用銅製的連接部位特別有利，這是因為使用者能夠以較不昂貴且更可靠的方式將熱交換器連接至熱交換器系統。

圖3顯示第一軸環9裝有一連接管件11的剖面圖。從圖中可看出，軸環的內表面係垂直於蓋板。軸環的外表面由於擠壓軸環的緣故而稍微呈錐狀。在軸環周圍，設有一個具有浮凸的圓形區域。如此將會增進開口埠的穩定性及承受壓力變化的能力。將一連接管件插入軸環內，且將硬焊材料塗抹於軸環內側表面與連接部位的外表面之間的間隙12中。可以在安裝好連接部位之前或之後塗抹硬焊材料。

圖4顯示第二軸環10上裝有一連接管件11的剖面。從此圖可看出，軸環的內表面係垂直於蓋板。軸環的外表面則由於擠壓軸環的緣故而稍微呈錐狀。將連接管件插入軸環內，且將硬焊材料塗抹於軸環內表面與轉接器的外表面之間的間隙12內中。可以在安裝好轉接器之前或之後塗上硬焊材質。

藉由一適合軸環尺寸的感應工具將管狀連接部位11硬焊至軸環上。較佳地，以自動方式控制此感應工具，以確保在硬焊期間所使用的熱量及因此溫度與熱週期均為正確。藉由感應硬焊，熱僅直接施加於硬焊區。由於此種類型的硬焊非常快速，因此所施加的熱將不會使周圍區域加 熱到足以使任何接觸點產生未受硬焊的現象。過量的熱可能會使熱交換板體的接觸點產生未受硬焊的現象，且可能使蓋板的材料過度氧化。以此方式硬焊轉接器管件的優點在於：相較於徒手硬焊來說可減少硬焊所需的總計時間，而同時增進品質。藉由使用適當的工具，可以同時硬焊所有的轉接器管件，而將可以進一步減少製造時間。

管狀連接部分為可具有不同形狀與連接面積，但最好是由銅管所製成。連接部位欲被插入軸環內的一側是筆直的。相反的一側可以具有不同形狀，利如具有不同尺寸的錐狀端。此側邊係適於被連接至其中應用熱交換器的系統。因此，可以用簡單方式提供不同的轉接器給不同的消費者。在熱交換器實施硬焊之後運用轉接器的優點在於：可以提供數種熱交換器的變形體，而不需要儲存超過一種以上的熱交換器。可以自由選擇轉接器的長度，但是此長度最好必須能夠讓熱交換器的使用者利用例如軟焊的方式將一管件連接到此連接部位上，而不會影響轉接器本身的硬焊。

圖5顯示不同的連接部位之實例。圖5a顯示一筆直、相當薄的管狀連接部位，其具有相當短的錐狀連接部。圖5b顯示一筆直的管狀連接部位，其具有一錐狀連接部。圖5c顯示一彎曲且相當薄的管狀連接部位。當然，根據消費者的需要，其他的結構設計也是可能的。因為連接部位可能是由一根簡單的銅管所製成，所以能夠輕易提供不同種類且甚至相當少量的連接部位給消費者。

上述方法的一項優點在於：不需要製造不同類型的熱交換器。在習知方法中，必須製造具有連接器的所有變形體之熱交換器，並將這些熱交換器儲存起來。藉由本發明的方法，僅需要製造一種類型的熱交換器。之後，運用所選擇類型的連接管件，而此係意味著僅需要儲存一種類型的熱交換器。較佳地，連接部位是由製造商所提供，但是需求量大的消費者也可以具有他們自己的感應硬焊設備。

本發明的另一優點在於：此方法能夠讓使用者以更容易且可靠的方式將一系統直接連接到熱交換器上。在習知的熱交換器中，當熱交換器是由不鏽鋼製成時，在開口埠的連接部位是由是由不鏽鋼所製成。在不鏽鋼連接部位與銅管件之間的接合點相當昂貴，且消費者必須具有相當高的知識才能夠產生可靠的連接。藉由在熱交換器上使用銅連接部位，使用者只需要將熱交換器的管狀銅製連接部位軟焊至或夾至此系統的銅管，兩種方法都很簡單且可靠。因此，消費者可以獲得更便宜且相當可靠的連接部位。

本發明並未侷限於上述實施例而已，在不違背本發明的範圍之前提下，仍可以產生許多額外的變形與修改。上述的方法可用於具有不同尺寸的熱交換器上。

1‧‧‧熱交換器

2‧‧‧熱交換器板體

3‧‧‧前蓋板

4‧‧‧後蓋板

5‧‧‧冷卻劑入口埠

6‧‧‧冷卻劑出口埠

7‧‧‧水入口埠

8‧‧‧水出口埠

9‧‧‧第一軸環

10‧‧‧第二軸環

11‧‧‧連接管件

12‧‧‧間隙

以上參考附圖且配合圖式所顯示的實施例而詳細說明本發明。

圖1顯示一習知的熱交換器。

圖2顯示本發明的熱交換器，其中並無連接部位。

圖3顯示本發明的第一開口埠之剖面。

圖4顯示本發明的第二開口埠之剖面。

圖5a至圖5c顯示用於本發明熱交換器的連接部位之不同實例。

3‧‧‧前蓋板

5‧‧‧冷卻劑入口埠

6‧‧‧冷卻劑出口埠

7‧‧‧水入口埠

8‧‧‧水出口埠

9‧‧‧第一軸環

10‧‧‧第二軸環

Claims (5)

1. 一種熱交換器，包含複數個各具有波紋圖案的熱交換器板體(2)、一前蓋板(3)、及一後蓋板(4)，其中該等熱交換器板體係彼此固接且固接至該前蓋板及該後蓋板，而且，其中該前蓋板及/或該後蓋板包含複數個連接埠(5、6、7、8)，該等連接埠包含一朝外延伸的軸環(9、10)，該軸環是由與該蓋板相同材料所形成，其中該熱交換器更包含一連接管件(11)，該連接管件係固接至其中一軸環(9、10)上，其特徵在於：利用具有比該等熱交換器板體的硬焊材料熔點更低的硬焊材料而將該連接管件硬焊至該軸環上。
2. 如申請專利範圍第1項之熱交換器，其特徵在於：該連接管件係以感應硬焊方式焊接至該軸環上。
3. 如申請專利範圍第1或2項之熱交換器，其特徵在於：該連接管件是由銅所製成，而該蓋板是由不鏽鋼所製成。
4. 一種用於組裝具有管狀連接部位的硬焊式熱交換器之方法，其中該熱交換器的至少一蓋板(3、4)包含複數個連接埠(5、6、7、8)，該等連接埠包含一朝外延伸的軸環(9、10)，該軸環是由與該蓋板相同的材料所形成，該方法包含以下步驟：-在一爐子中加熱該熱交換器，致使塗抹於該等熱交換器板體及該等蓋板上的硬焊材料能夠將熱交換器硬焊在一起；-冷卻該熱交換器； 其特徵在於包括以下步驟：運用一感應硬焊法，利用利用具有比該等熱交換器板體的硬焊材料熔點更低的硬焊材料，而將一管狀連接部位硬焊至該蓋板上的其中一軸環。
5. 如申請專利範圍第4項之方法，其特徵在於：該蓋板是由不鏽鋼所製成，且該連接管件是由銅所製成。