专利名称：热交换器以及制造该热交换器的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种全新类型的热交换器，以及制造该热交换器的方法和装置。
背景技术：
在需要回收或者排出热量，并且不将携带热量的流体和排出热量的流体混合的情况下，我们普遍采用两流体间的热交换器。在这些热交换器中，至少两流体之一全部被限制，也就是说被强制在有限空间内循环，而另一流体可以仅仅是部分的或者完全不受限制。例如按照部分限制或者非部分限制的热水暖气设备的散热器就是这种情况。有冷气体通过并浸入在水流中的热泵的热交换器也是这种情况。当相关的两流体应该被限制，特别是用于能够被回收和循环利用的时候，使用的热交换器应该包括由一个外部部件或外壳包围的一个或多个活动部件，所述活动部件全部具有连接管，所述外部部件一般是包以保温材料的。
热交换器有多种工作方式逆向流动，同向流动，交叉流动。逆向流动运作的交换器的优势是它允许转移从热流到冷流两流体之间几乎全部的温度差异。同向流动交换器只允许达到两流体的温度的中间温度。至于交叉流动的交换器，它的结构不同于前两者，它没有逆向流动的交换器有效，但是非常适合于特殊用途(例如汽车常用散热器)。
为了具有最大效率，所有的热交换器都应该具有以下特征具有(1)活动面积，也就是说最大程度地直接参与热交换，(2)对于(沿着活动表面的非常薄且基本恒定的)两流体的通道间的厚度，以便受限制流体的几乎全部的质量都参与交换，以及(3)对于受限制的流体的显著通道的全部的截面，与要交换的热功率成比例，从而使负荷损失最小化。
在许多工业运用中，使用的逆向流动的热交换器的活动壁由导热良好、适合于相关流体的金属做成。昂贵的特殊类型的不锈钢在诸如两流体之一有相对腐蚀性(例如，海水)的情况下是必要的。在市场上有许多受限制逆向流动循环的两流体之间的热交换器的金属模型。对于大部分，它们由一叠巨大的方形板组成，所述方形板通过密封垫以及连接腔彼此分离，所述连接腔允许板的每一面与不同流体接触。为了与以上所有热交换器的特征相一致，该类型装置必然是三维上体积大而沉重。为了减少损失，它的最佳形状接近立方体。这两个缺点加至由于要开展的许多操作而导致的高制造成本(与要装配的方形板成正比)的缺点之上。在用于腐蚀性流体的热交换器的情况下，还要考虑所使用金属相对提高的价格。
我们同样使用塑料制成的逆向流动的热交换器，所述塑料具有耐蚀性，允许它们毫无损坏的支撑大多数的腐蚀性流体。它们的质量小，其原材料的价格更便宜体现了第一优势。总之，这些优势很大程度上弥补了塑料的热传导性差的缺陷以及相关流体的最高温度一般应低于100或120摄氏度这一事实。至今为止，通常是以在大直径的管子中安置梅花形的小直径、相对长的管子束的方式，用塑料制成受限制的逆向流动循环的两流体间的热交换器。小管的内流和外流为逆向流通。小直径的这些管子的优势当然是最大程度增大对于粗管给定截面的交换活动表面以及减小围着这些小管的流体的最大厚度，这能改善在这些管子的内部和外部之间的交换。但是这类热交换器的主要缺点是，需要在每个管子的两个端部上设置密封支管，而且要保证将所组成的管束在整个长度上有规则地放置在粗管的内部。这是为了内管的所有壁被相同的减小的流体厚度围绕，以能够在最好的条件下进行热交换。鉴于其包含的巨大数量的组装和焊接的精细操作，这个装配操作是相当昂贵的。
在受限制的流体和外部空气之间的特定热交换装置的例子中，这些装置被组装到如在2001年8月8日公开的申请号为EP 1122505 A1的欧洲专利的申请中描述的那些冰箱和/或速冻柜中，构成它们的基本热交换器是金属的并由两个起伏的和/或具有凸缘的长方形板组成。这些板包括两个安置在两个相对角落的连接环，并且它们以能够构成空心和扁平元件的方式彼此罗列设置为对称状，这些元件具有完全相反的一个进口和一个出口。将每一对板和环的周边一个接一个连续地焊接在一起，并且凸缘的接触区域或起伏顶端的接触线通过相对间隔的点焊接。为了减少这类空心和扁平的许多基本热交换器的组装价格，人们已经开发了自动装置，特别是在1989年8月29日公开的美国专利No.4,860,421中描述的那样的自动装置。
发明内容
本发明的第一个目的在于提供一种用于制造全新类型的基本热交换器的方法，所述基本热交换器的特征如下是整体的，也就是说没有组装没有焊接，并具有很高的效率，有限的体积，减小的重量，低生产成本以及一般情况下对于腐蚀性流体的固有不变质的特性。
本发明的第二个目的涉及的基本热交换器，其中包括单一的紧凑的活动部件。
本发明的第三个目的涉及通过工具机械以及工业自动化生产的常用设备能方便制造的上述基本热交换器。
本发明的第四个目的是这种基本热交换器的毛坯，简单的操作便能将其转化成这种交换器的活动部件。
本发明的第五个目的是适合于制造这种基本热交换器的活动部件的毛坯的特殊模具。
根据本发明，提供了一种用于制造整体基本热交换器的方法，所述基本热交换器具有很高效率、有限体积、减小的重量、低生产成本以及一般情况下固有不变性质的特性，其特征在于它包括以下步骤在一个模具中通过热吹炼或液压成形，用合适的材料制造毛坯，所述毛坯由整体上双凸的一叠波纹管构成，所述波纹管对照毛坯的横截面比较深并类似于手风琴的波纹管，所述的波纹管包括伸长中心部分，具有端部接头、侧面、顶部和底部，它们分别具有适合的形状，且侧面的硬度比底部的和顶端的硬度大得多，前述的一叠波纹管的一侧具有两个连接管，该连接管朝所述端部接头的叠放轴线集中；使这种毛坯的构成元件处于合适的温度，柔韧度和弹性，给它们施用平行于波纹管的叠放轴线的内负压停止力和/或外压缩力，然后，当如此制造的压缩部件成为一叠空心的、连通的和整体对称的、内部厚度和间距小的、明显稳定的对板时，放开和/或停止该负压和/或压缩力。
如果必要，在冷却如上述方法制成的部件之后，用一装置围住该部件同时保证紧固，以便维持对板的壁之间的间距的最初值。
根据该方法的一个特殊特征，用于实施该方法所使用的模具包括顶端和底部笔直，狭窄又平行的一些大口槽，这些槽的侧面有凹凸纹，侧面的隆起部分面向其它的凹陷部分。
根据前者的两个补充特征，模具的带有凹凸纹的侧面的中间平面与它们的对称平面形成20-30度的角并且它们的端部接头具有可翻转表面的外形。
根据本发明，提供了一种整体基本热交换器，其具有很大效率、有限体积、减小的重量、低生产成本以及一般情况下固有不变质的特性，其特征在于它由单一的，无组装无焊接的活动部件构成，所述活动部件由一叠伸长的、空心的、连通的和整体对称的对板组成；每个空心板的壁的内面，连同邻近的两个空心板的壁的外面，在所有的点上通过狭窄的基本稳定的空隙彼此分离；这些空心对板构成活动部件的基本管道，所述管道包括的中心部分的两个端部通过两个空心接头彼此连接；每个活动部件的基本管道拥有两个供给集流管，其轴线与端部接头的叠放轴线合在一起；每个集流管的端部之一由活动部件的连接管处终止。
根据这种热交换器的特殊特征，空心对板的壁是有凹凸纹的，并且整体对称，但是它们的中间纵向平面与它们的对称平面垂直。
根据这种热交换器的另一个特殊特征，空心对板的壁是有凹凸纹的并且整体对称，但是它们的中间纵向平面一起构成120-160度的二面角并且它们的端部空心接头由可翻转表面制成。
由于这些设计，我们能够通过现有技术实现许多类型的满足上述规范的基本热交换器。为此，我们将使用热吹炼或液压成形的技术。所述热吹炼是在强大气压下使聚合体或玻璃在受热中成形。使用这种技术用于制造各种各样形状复杂的容器、小瓶和瓶。液压成形是通过在强大液压下对管子或金属板进行冷压而实现的。在众多工业中使用该技术，用于制造空心部件或形状复杂的元件。
热吹炼的专业人员通过经验知道由该方法制造的容器一旦包括相对狭窄和深的空心部分时就无法拥有厚度稳定的壁。在本发明的情况下，在热吹炼操作过程中，用于制造波纹管毛坯所使用的模具的大口槽的两个平行相邻顶端外边缘之间所包含的滚料(未成形的玻璃或聚合物的空心糊状物质，玻璃工业语言)层的成分随相对于顶端的位置变化表现不同的类型。毛坯的波纹管的底部沿着模具的顶端形成，这些底部的厚度接近于滚料的厚度。包括在模具顶端外边之间的最初平整的滚料层沿着模具的侧面膨胀，并被涂布在模具的槽的侧面上，边涂边减小其厚度。最后，如果一切进行的顺利，它变得相当薄或非常薄，并涂布在槽的底部，用于形成毛坯的顶端，否则这个顶端会被穿破，制成的毛坯便毫无用处。在良好的制造条件下，该毛坯的波纹管的底部的厚度大于它们的侧面的平均厚度，远大于它们的顶端的厚度。波纹管的底部厚度和顶端厚度的比例取决于包含在两个模具的槽的顶端之间的滚料层的宽度和它们的两倍深度的比例或取决于由槽的侧面的中间平面形成的二面角的半角正弦。低于该半角的最小值，波纹管的顶端不能被完全制成。该半角的最佳值在20-30度之间，最小值受正确形成热吹炼部件顶端的最小角限制，最大值受围绕波纹管端部的接头表面的最大翻转角度限制。上述原理也基本上适用于金属滚料的液压成形的操作。
在实施本发明的方法的第一个例子中，使用聚合物或在受冷中相当柔韧并有弹性的金属(例如聚乙烯或黄铜)，由热吹炼和液压成形的现有技术很容易制造根据本发明所述的毛坯，所述毛坯包括有凹凸纹的侧面的波纹管，其中中间纵向平面具有至关重要的半角，例如45度的二面角，所述二面角防止端部接头的完全翻转。其次，正如所述波纹管的顶端和底部远没有侧面硬直，在受冷时很容易(1)压制所述毛坯，以便给予它空心的，整体对称和流通的，具有内部厚度以及微小而基本稳定间隙的，以及中间纵平面垂直于对称平面的一叠对板的形状；(2)通过合适的装置和紧固的方式保留并保持它最初的形状。
在实施根据本发明的方法的第二个例子中，用热中柔韧冷中硬直的玻璃或聚合物(例如聚丙烯)浇铸一个形状与前者完全相同的毛坯，然后在受热中进行该毛坯的适当压制以便给它所要的形状，然后在合适的样板中将制成的部件冷却，该部件给定的形状是稳定的并且是确定的。由此完全不用通过紧固来保证状态维持的装置。
在所述例一，例二中，由于以上定义的方法的特殊特征，制成的毛坯的波纹管侧面有凹凸纹。由于凹凸纹(例如四个坡面的屋顶状的一系列交替的凹陷部分和隆起部分)，壁的惯性矩比起它们的中间平面来说显著地增加，因此，虽然底部的厚度在热吹炼的情况下远比波纹管的侧面的平均厚度大，波纹管侧面的硬度比它们底部的硬度大得多(＞100)。因此，在这两种情况下，波纹管的顶部和底部通过铰链活动，在第一种情况下所述铰链相对较软，而在第二种情况下非常软。事实上，出模后短时间内，有凹凸纹的侧面的硬度与毛坯的波纹管相对较厚的底部的硬度的比例迅速增加，因为相对薄的侧面冷却远比相对厚的底部快。在所述两种情况下，空心板的有凹凸纹的壁的显著的硬度使它们叠放之后不会变形。
在实施根据本发明的方法的第三个例子中，波纹管的相对深的有凹凸纹的侧面的中间平面形成大约50度的二面角，它们的端部接头是可翻转的表面。在这些条件下，保留上述的第二个例子的毛坯的材料，在应用在该毛坯的内负压和/或外压力作用下，在该力作用下的半波纹管的凸表面翻转过来变成凹面，并且由于这些半波纹管的端部接头侧面的稳定翻转而保持凹面状态。尽管由所述端部接头的翻转产生使弯成弓形的力，所述特别硬直且有凹凸纹的板不允许出现中间纵平面以外的弯曲。
将要指出的是，在本发明的方法的第三个实施例中，毛坯的波纹管的翻转实际上仅仅涉及所述波纹管的端部接头，因为它们的中心部分只能承受一个简单的起伏，但是所述端部接头的翻转保证这些起伏的持续和稳定，并且这样的翻转是稳定的，因为波纹管的中心部分的端部接头是可翻转表面(例如圆锥的半段)。这些表面拥有这样的特性是因为所述波纹管和它们的端部接头的深度对照毛坯的横截面大小是足够深的。这样的装置是必不可少的，因为可翻转表面的必要的第二种特征在圆锥半段的例子中首先是顶部半角大约低于60度。实际上我们知道可翻转表面的翻转包括在所述表面的两个稳定状态期间的一个短暂的压弯阶段。考虑到波纹管的侧面壁的厚度和所使用材料的扬式模量，这样的过渡压弯只能存在于波纹管的侧面彼此间隔不是很大同时它们相对于毛坯的横截面大小相对较深的情况下。作为指示的例子如，考虑到这两个参数，波纹管的深度能够在截锥形的端部接头的半径的95％到50％之间变化。最后我们指出，对于手风琴来说，该波纹管相对大小一般只是10-15％，这是为了能够在缺乏整个双稳态现象时不费力地折叠和展开它们的端部接头。
根据本发明，提供了一种在相邻两流体之间的热交换器，包括位于外壳中的一个或多个基本交换器，其特征在于外壳由两个半壳组成，所述半壳以密封方式完全包围这个或这些基本交换器，在安排处理对于它们的狭窄空间的同时与这个或这些整体外形相吻合，并与它们的两个端部空心板的外部中心线保持接触；每个半壳套住一个基本交换器的或由许多交换器组成的整体的纵向的一半，在所述每个端部包括一个或多个半连接管，在它的底部包括一个或多个固定开口；将这些半壳的和这些半管道的边缘以密封的方式彼此固定，这个或这些开口的一个边缘或一些边缘同样固定在所述交换器的或每一个所述交换器的两个连接管之一上。
根据本发明，提供了一种模具，所述模具用于制造上述定义的基本热交换器的活动部件的毛坯，所述模具包括平行六面体块形状的、对于它们接合平面而言对称的两个金属颊板；在每一个所述块中，凹陷出相对长的大口槽，顶端和底部笔直、狭窄和平行，其中两个侧面有凹凸纹，一个侧面的凹陷部分和隆起部分面对另一个侧面的隆起部分和凹陷部分；槽的分离凸缘的顶端平行于接合平面，并且相对该平面具有大于其本身宽度的间距；模具的每一个槽的有凹凸纹的侧面的中间纵平面与它们的对称平面形成的角度大于为毛坯的正确浇铸条件而设定的最小角度，并最好小于要制成的毛坯的端部接头翻转的最大角度，该最大角度受所使用的材料的断裂极限的限制。
需要时，槽的侧面和底部的顶端接合用于形成两个对称的可翻转的表面，如同圆锥的半段，通向模具的接合平面，这两个平面的两个叠放轴线位于所述接合平面上；所述两个叠放轴线是两个活动部件的基本管道的将来的供给集流器的叠放轴线，在分离两个相邻槽的每一个隆起部分中将圆柱的同轴部分切割，以便限定所述集流器；在每一个所述轴线的端部之一安置一个半圆柱腔，用于浇铸基本交换器的两个连接管之一的一半；所述半圆柱腔中之一通向外部。
上述定义的用于通过热吹炼制造根据本发明基本热交换器的活动部件的玻璃毛坯或聚合物毛坯的方法包括以下步骤使用挤压机将所选择的材料制成相对扁平的空心滚料；在以上限定的模具的两个颊板之间导入所述滚料；合上模具的颊板以及在此机会通过焊接将滚料的高端部和低端部原位固定；在模具的颊板的敞开的腔中插入管子，给滚料穿孔；在滚料的内部以通过热吹炼在受热中制成活动部件的毛坯的方式应用瞬间高气压，所述的毛坯再产生模具的槽，并且像手风琴的双凸的波纹管；
抽出管子，打开模具的颊板并且取出毛坯。
上述限定的用于通过液压成形制造根据本发明的基本热交换器的活动部件的金属毛坯的方法包括以下步骤在上述限定的类型的高机械抗性的模具的两个颊板之间导入长度适当的扁金属管，然后合上所述颊板并借此机会原位固定管子的端部；在模具的敞开的腔中插入管子，使其能密封地插入金属管；在金属管的内部应用合适的瞬间高液压，使金属紧贴在模具的壁上，从而在受冷中制成活动部件的薄壁毛坯，该毛坯再产生模具的槽，并且像手风琴的双凸的波纹管；抽出管子，打开模具的颊板并且取出毛坯。
由于所有这些装置，我们完全实现了本发明所述的那些目的，也就是所述热交换器适合逆向运作，符合三个特征和上述提到的技术要求。我们更加特别指出，根据本发明的整体性热交换器的生产成本有限，主要是由于活动组件的组装和焊接的操作的完全省略。另外这种焊接的省略在所有经常用到振动的工业领域中是受欢迎的。
根据本发明热交换器的效率取决于热传导性，也就是它们的活动组件的壁的厚度。该厚度一方面是上述涉及的滚料或金属管的厚度的函数，另一方面是它们的圆周和毛坯的右截面的周长的关系函数。同一个模具允许制成毛坯壁的厚度一般能够在单一和双倍间变化。
所有热交换器必需的巨大的交换表面在本发明背景中很容易得到，因为活动部件的空心板可有很多个(例如，一直到30)并且相对较长(例如从50到150厘米)。这在它们的壁的平均厚度微小时，补偿了这些板的相对有限的个体宽度。事实上，影响薄壁空心板的所有显著差异性的压力会引起它们的变形(随着它们的宽度或多或少显著)，由此，要么是它们的分离空间的压制和它们的内部空间的增加，要么相反。这种变形的任何一种都可能引起实现的热交换的减少。不过这些变形在有凹凸纹壁的空心板上很不明显。有凹凸纹的薄壁的很大的硬度允许板的宽度可以一直到125毫米。
当我们使用玻璃制造交换器的活动部件时，如果我们给空心板一个比上面指出的相对更大的宽度，同时增加这些板的有凹凸纹的壁的厚度，该差异性压力的负面影响却能很容易弥补。正如玻璃的传导性两倍于水的传导性，该两倍的增加可能很容易地实现许多应用。我们指出，具有外壳的热交换器的活动部件的相对超压的稳定是重要的(对于0.5毫米的活动部件的壁，压强为二到三巴)。相反，远大于(例如超过100千巴)活动部件内部压力的外壳内部的所有压力可能会将所述部件压坏。由此，这一使用根据本发明的热交换器的特殊例子要摈除。
在交换器中流体通道的对应微小厚度根据空心板的内部厚度和它们的分离空间的厚度(当相关的两个流体具有相同本质的时候，这两个厚度几乎相等)确定。相反，当一种是气体另一种是液体时，为了理想地确定将要制成的通道的厚度，需要考虑它们对应的质量流量和它们对应的热容量。
在交换器里的流体的通道的完整截面是每一个由每一对活动部件的空心板组成的基本管道的截面与这些板的数量的乘积。基本管道的截面的面积受上面陈述的原因限制但是空心板的数量可以相对较多。另外，当将要交换的热能巨大时，可以很容易平行装配具有或没有外壳的许多热交换器，或者在单一的外壳中平行安置许多基本热交换器。
对于那些根据本发明的体积减小的热交换器，由于它只包括唯一一个活动部件这一因素虽然长度可能很长，但是它的外壳的垂直截面的二维大小是相对小的并且彼此接近。
对于那些重量轻的，是由于如下因素使用的聚合物(例如聚丙烯)具有相对小的密度以及共同构成设备的活动部件的壁及它的外壳的壁具有最初限定的厚度。在金属活动部件(例如不锈钢或钛)的情况下，由于金属的高机械抗性，壁的厚度能够保持微薄，这弥补更大密度以及允许整体保持减小的重量。在玻璃材料的情况下，该属性较少体现。
这里我们将指出对腐蚀流体的很好的稳定性是大部分可用来制造组成根据本发明的热交换器部件的聚合物的内在属性。显然玻璃和具有该效果的特殊金属的所述属性是相同的。
至于设备减少的制造成本，是由于(1)在只包括唯一的整体活动部件的相邻两流体的热交换器的情况中，它最多包括三个易于制造和组装的部件，(2)该效果下将实施的小数量自动化操作，以及(3)对许多元件，模具的一般高成本的折旧。至于实施所述制造方法的自动化装置，我们注意到，它们在制造所有形状的塑料的、玻璃的、金属的容器的工场是常用的，并且根据本发明的装备及其补充装备是相关职业的所有技术人员力所能及的。
应该指出的是，用于制造根据本发明的基本热交换器，使用ABS的或聚碳酸酯的合适的聚合物，特别是聚丙烯，是最普遍的情况。对于暖气设备的散热器以及，更普遍地，包括基本热交换器及其外壳的汽车内部的空调，在所述放热器中也是如此。发动机的冷却水或冷冻流体在活动部件中流动，包围着该部件有一逆向流动的强制气流。比较于前者的另一个例子是使用在洗碗机和干衣机中的蓄电热交换器的例子。另一个特殊例子是热水暖气设备的放热器，其一般使用许多平行安置的裸露(没有外壳)的基本热交换器。对于安置在水流中的热泵热交换器也是同样。玻璃基本交换器能够满足许多化学实验室的需要。至于那些用适当金属制成的，它们满足一些处理高温腐蚀性流体的高科技工业的要求。我们指出，体积减小的热交换器允许满足电子材料的制造者的要求，他们希望布置更有效的装置，以用于冷却它们的设备的一些元件特别是微加工品和能源晶体管。
通过随后结合附图对非限制性的实施例的实施方式的描述，本发明的特征和优势更详细地显现，其中-图1中右边A1表示根据后面本发明的基本热交换器的图2和3中的平面17的纵剖面(简化剖面)，中间B1表示这种交换器的毛坯的简化纵剖面，左边C1表示这种热交换器或这种毛坯的实正面，(凹凸纹在简化图示A1和B1中被抹去)；-图2表示沿C1中表示的交换器的壁的凹凸纹的一个凹陷部分和一个隆起部分之间中线通过的切割轴线CC′制成的根据本发明的两个基本热交换器的实横截面A2、B2和C2；-图3表示根据本发明的两个基本热交换器的错开的实半横截面A3、B3和C3，它们由错开的剖切轴线AA′和BB′制成，所述轴线分别横穿一个C1表示的热交换器壁的凹凸纹的一个凹陷部分和一个隆起部分；
-图4是构成根据本发明的基本热交换器的活动部件的毛坯的制造半模的整体的简化透视图；-图5为示意性透视图，示出了根据本发明的基本热交换器外壳的两个半壳中每一个的一半；-图6是整体热交换器的空心板的带有凹凸纹的壁的正面或相关模具的有凹凸纹的那些侧面之一的视图；-图7是邻近所述交换器的有凹凸部分的壁的两个空心板的剖面图。
具体实施例方式
图1，2和3涉及根据本发明的基本热交换器的两种制造形式。对于其中一种，这类交换器的延长、空心的对板(成对的板)的中间纵平面一起形成150度的二面角(剖面A2和A3)；对于另一种，该中间纵平面垂直于它们的对称面(剖面B2和B3)。在第一种情况中，通过波纹管的压缩和翻转及手风琴形状的毛坯的端部接头制成交换器，在第二种情况，则通过这些波纹管和接头的对称压缩制成交换器。
图C1显现基本热交换器或该交换器的一个毛坯的端部壁的凹凸纹。该凹凸纹由具有四个屋顶状的侧面的一系列交替的凹陷部分120和隆起部分122组成(在图6中更详细描述)。使用三个错开的横截面以便能够描述凹凸纹的空间分布结果分别穿过板壁隆起部分122和凹陷部分120的半平面AA′和BB′以及沿着对板的凹陷部分和隆起部分的分割线的平面CC′分布。
根据图2，根据剖面CC′，横截面A2显现小面积交换器的活动部件的垂直截面10以及它的外壳的两个半壳11a-b。活动部件的截面10具有鱼脊柱形状，具有七对空心倾斜和彼此平行的棱肋12a-b。每个棱肋12a-b的内腔14是狭窄的(例如2毫米)，并且一对两个整体对称的棱肋通过一个共同的管道16彼此连接，所述共同管道具有与腔14的内部厚度几乎相等的宽度。这些棱肋12a-b的壁由聚合物制成，所述聚合物到至少100摄氏度时具有很好地机械稳定性(例如聚丙烯)，所述壁有0.5毫米的平均厚度和25毫米的宽度。在两个相邻的棱肋之间的间距18差不多等于腔14的内部厚度。在右截面10的端部的两个棱肋的外壁13-15之间的距离是35毫米。
根据剖面A2的错开的剖面17，活动部件20的简化纵剖面A1(删除凹凸纹)显现七个基本管道，由七对空心伸长整体对称的棱肋22构成，如横截面A2的12a-b那样设置。这些伸长的整体对称的棱肋22共同拥有公共中心管道16，所述管道占有交换器的全部对称平面。伸长的棱肋22包括笔直的中心部分23，其端部通过有空心壁的圆锥的半段24和26彼此连接。两个系列的圆锥半段的中心朝两轴线25和27对齐，同时彼此平行，垂直于空心板22的外边，位于它们的纵对称平面上。这些轴线25-27是每一个基本管道的供给集流管的轴线，由每一对空心板22构成。这些集流管通向活动部件20的两个连接管28-30，所述连接管表现为以相反的方向设置并且具有固定凸肩29-31(参照剖面A1和C1)。管28-30的中心距可以是很大的(到150厘米)。但是，实践中，它取决于用于制造基本交换器的活动部件的毛坯的机械可加工性。
根据热交换器的活动部件的剖面CC′制成横截面B2，其中有凹凸纹的空心棱肋的中间纵平面垂直于它们的整体对称平面。对于图A2和B2使用同样的参考。两个图的空心棱肋12a-b之间的唯一不同在于比起它们的整体对称平面而言的中间平面的方向。
活动部件20的简化毛坯32(删除凹凸纹)的纵剖面B1以及沿着剖面CC′的横截面C2显现这个毛坯32具有普通双凸的一叠波纹管34的形状，其中侧面33a-b和35a-b与手风琴的侧面是相似的。在剖面B1和C1上，为了方便，所表示的波纹管的数目只有四个。根据剖面C2，在保留实施例的情况中，每个波纹管的相对的顶端36a和36b是修齐的、细的(例如0.3毫米)、和宽的(例如2厘米)，分开这些顶端的距离大约是50毫米。这些波纹管的底部38a-b是扁的并具有相同的宽度(2毫米)。当厚度明显更大(例如1.2毫米)时，在实施例中保留的小体积交换器的情况下，每个波纹管的基部34大约17毫米，深度为25毫米。这些尺寸允许有关滚料层良好穿入一直到用于制造该毛坯所使用的模具的槽的底部。在这些条件中，由它的侧面33a-b和35a-b组成的顶角大约是50度，对于由这些中间平面和它们的横对称面组成的半角是25度，对于由凹凸纹的凹陷部分和隆起部分的小平面组成的半角是10度或40度。后者提到的半角(指10度或40度的半角)大于所有模具浇铸的最小后角。
根据实正面图C1和简化纵剖面B1，毛坯32的每个波纹管34的端部40和42具有圆锥半段部分的形状。这些截锥形部分的中心与将来的供给集流器44-46的毛坯的轴线25-27对齐，所述集流器具有例如16毫米的直径，并且通向A1和C1表示的连接管28和30。波纹管34的纵剖面大小显然是为剖面A1的棱肋22所指示的。毛坯32的两个外部半波纹管的侧面37a-b和39a-b的凸出连接处包括纵凸缘41-43，它们用作支撑活动部件20的外壳的凹凸壁的中心(参照A2，所述外壳由剖面11a-b表示)。对于上述的有七个波纹管的毛坯32，支撑凸缘41-43之间的距离是，例如，130毫米。
图3表示前述的两个基本热交换器的横剖面A3和B3，这两个剖面根据正面图C1和错开的半剖面AA′和BB′制成，分别横穿这些交换器的板壁的凹凸纹的一个凹陷部分和一个隆起部分。同样，C3表示的两个横半剖面是有凹凸纹壁的毛坯的横半剖面，根据相同的半剖面制成。提供给图2和3的剖面的参照是一致的。剖面A3、B3和C3(半剖面AA′和BB′)所表示的交换器的板壁和毛坯的波纹管的壁与A2、B2和C2表示的所述壁相区分，该区分在于不出现如后者的直线(剖面CC′)，图3的波纹管34的棱肋的壁12a和壁33a和39a表现出下凹褶痕，而这些波纹管的棱肋的壁12b和壁33b和39b表现出隆起褶痕。
图4表示制造毛坯32的模具50的一个颊板52的简化透视图(删除凹凸纹)，该颊板呈厚平行六面体块54的形状。在聚合物或玻璃毛坯的情况下，模块54可以是铝的，在该毛坯应该是金属的情况下，该模块可以是高机械抗性钢的。该模块54的上表面56构成模具的接合平面，包括数量相对多的相邻的伸长的大口槽62。这些槽62包括整体笔直的中心部分64，该中心部分具有等腰梯形形状的中间垂直截面。每个槽62的笔直底部66是狭窄的，对应于梯形的短底边。这些槽的侧面68a-b相当于毛坯32的侧面33a-35a。这些槽62的分离的隆起部分的笔直顶部70具有与图2(参照C2)的波纹管34的底部38a-b的宽度相同的宽度。至于槽62的底部66，它们的宽度是棱肋的内部厚度乘以它们的壁的厚度的2倍，在前述实施例中为3毫米。圆锥段的对称部分67a-b和69a-b(该部分超过4个)构成大口槽62的倾斜侧面68a-b的伸长部分，接合到并且通到模具的接合平面56。槽62的狭窄笔直底部66的端部通过四分之一圆柱65a-b延伸，通到接合平面56。从圆锥段部分67a-b和69a-b起始的圆柱表面部分72和74直径为例如16毫米，在槽62的分离的隆起部分中切削构成模具的部分，它们形成图1的外观图B1上呈现的供给集流器的毛坯44和46的边缘。将所述圆柱表面部分72和74的中心部分沿具有半凸肩77-79的两个半腔76和78(直径例如12毫米)的轴线25-27对齐。这些半腔76-78凹陷在模块54的上面，并且由它们产生毛坯32的连接管28-30和它们的凸肩29-31。这些轴线25-27彼此平行，与槽62的分离的隆起部分的顶部70垂直，位于模具的接合平面56上。半腔76是对外部敞开的。
图5A5和B5表示两个半壳80和82的局部简化透视图(删除凹凸纹)，根据本发明，所述两个半壳组装并且焊接在一起，构成基本热交换器的外壳81。通过在工业上普通的技术(聚合物薄板的热成形或者金属薄板的冲压)制造这两个半壳。每一个所述半壳80-82用来包住纵向半个基本交换器的活动部件20并用来形成半个外壳81的两个连接管94和110。
半壳80的局部图A5显示了凸出的外壁84，该外壁包括其四周的一个狭窄的连续棱面85和位于中间的相同宽度的纵向凸缘86。该棱面和该凸缘分别适用于构成前文规定的对于活动部件10的全部限定(但是该活动部件的支撑凸缘41-43除外)而言缩短的间距(实施例中为1毫米)。在半壳80的端部，突起部分表示圆锥段部分40的形状88(参照图1的图C1)，该部分保证一对外部凸出纵向棱肋13的两个笔直元件的连接(参照图2的A2)。在形状88的中间，出现一个圆形开口90，该开口的周边物92是用来被使用并被焊接到活动部件20的连接管28的凸肩29上。在半壳80的端部，我们看到活动部件10的外壳81的半个连接管94的末端部分。因为纵向棱肋的对数很多，所以使得半壳80的侧面96a-b更高。两个边缘98a-b围着半壳80的外边缘(侧面96a-b和半管94)。所述边缘同样出现在图2的A2中。
半壳82的局部图B5显示凹陷外壁，包括其四周的一个狭窄的连续棱面102和位于中间的相同宽度的纵向凹陷部分104。该棱面和该凸缘分别适用于建立类似于上述的减小的间距。在半壳82的端部，圆锥段部分42的形状106呈凹陷状，该部分保证一对外部凹陷纵向棱肋15的两个笔直元件的连接(剖面A2)。在形状106的中间，出现一个圆盘108，位于相对于半壳80的开口90的位置。外壳81的半连接管110设置在半壳82的端部。半壳82的侧面112a-b具有与半壳80的侧面96a-b相同的高度。两个边缘114a-b围着半壳82的外边。所述边缘114a-b用来与半壳80的边缘98a-b焊接。
图6表现两物体的放大部分，(1)真实基本热交换器的伸长的空心板22的有凹凸纹的壁的纵向半个的正面图以及(2)与真实的半模具的槽62的有凹凸纹的侧面的相似正面图，对于制造该交换器的毛坯很有用。在这两种情况中，制造中用于毛坯的有凹凸纹的壁或半模具的槽包括有四个斜面(两个斜面的形状为梯形124-126，另两个斜面的形状为等腰三角形128-130)的屋顶状的交替的一系列凹陷部分120和隆起部分122。凹陷部分120的深度和隆起部分122的高度各自为例如2.5毫米。标记b和c作为这四个斜面的参照物，分别指出隆起部分和用灰色标明的凹陷部分。上述半剖面AA′或BB′从中间横穿凹陷梯形124c和126c或隆起梯形124b和126b。根据这些梯形属于凹陷部分还是属于隆起部分，将梯形124和126的连接线分别加注为121和123。我们注意到真实毛坯的两个有凹凸纹的侧面33-35中的每一个或者真实半模具的槽62的侧面68a-b中的每一个均包括交替的一系列凹陷部分和隆起部分，其面对所述交替的一系列隆起部分和凹陷部分的。象征性表示的虚线129用于区分两个共面的斜面128b和130c或130b和128c，它们分别属于隆起部分或者凹陷部分，每条虚线是菱形的对角线。上述剖面CC′沿着线129。位于一系列凹陷部分和隆起部分120-122的两个端部的狭窄长方形132和134，是(1)-在交换器情况中，它的端部接头24-26和空心板22或(2)-半模具槽62的和它的圆锥段部分端部67a-b和69a-b的中心部分的连接平面区域。图6表示的边136和138是毛坯32的顶部36的线或底部38的线。
图7表示沿着中线121-123被间隙144分开的两块相邻空心板140和142的中心部分的纵向剖面的放大图，所述空心板具有有凹凸纹的壁。根据该中心纵向剖面图，图6中描绘的凹凸纹，在毛坯受控挤压之后，表现为具有壁146a-b和148a-b的空心板140-142，所述壁由一系列隆起部分如150a或152b和凹陷部分如152a或150b通过30度的斜率，例如154a-b，相连在一起组成。在两端线150a和150b之间的间距大约是5毫米。有凹凸纹的壁的空心板140-142的内部厚度基本恒定，例如为2毫米。分离它们的起伏间距144的宽度基本恒定，与板的内部厚度相同。
在这些条件下，这样的凹凸纹是为了给予它的中间平面的壁的惯性矩一个比半毫米厚的壁的平面的同样惯性矩的值大几百倍的值。将壁的中心部分的硬度以相同的比例提高，但是毛坯的波纹管的顶部和底部的硬度仍保持很小，这使得所述顶部和底部发挥柔韧的连接点的作用，在毛坯的控制压制时获得很小的弯曲范围，使所述侧面整体保持平直。
由于这些装置，根据本发明的热交换器表现出其所有制造和使用特征的优势。对于它的制造特征优势，我们首先指出相关模具借助常用方法以及将在工业的普通技术范围内使用。所述设备与自动化运作的设备，如，挤压机、压缩机和移位系统，是相同的，所述设备在所有制造用于容纳差异极大的液体的各种外形的聚合物或玻璃液容器的工场中都能找到。所述设备与用于金属部件的并在高水压下操作的液压成形设备是相同的。
将基于具有堆叠形状的整体双凸波纹管状物(相似于手风琴的风箱)用根据本发明的模具制成毛坯，将该毛坯改造成根据本发明的热交换器的活动部件，所述改造要求一个新操作，所述操作通过适用于该效应的特殊工具机械制成。所述操作包括或者毛坯的波纹管状物的对称压制，或者该毛坯的(朝向第一方向的)凸起的半波纹管状物向它们整体对称的(朝向第二个方向的)半波纹管状物突然翻转(半波纹管状物原来是凸起的，后变成并保持凹陷)。在这两个情况中，将平行于叠放轴线的压缩力作用于波纹管状物，实施该操作。所述力由作用于毛坯32内部的受控制的负压和/或通过凸的活塞产生，所述活塞以同样受控制的速度前行，与凹陷固定支撑物相联。所述活塞和所述支撑物具有与最终制成的活动部件的棱肋相同的纵向尺寸。在压缩力由负压产生的情况下，我们注意到将导致的外部无定向力作用在最容易运动的方向，也就是毛坯的波纹管状物的叠放轴线上。值得注意的是由毛坯的半波纹管状物构成的双稳定摆架，在它们的第二稳定状态中，获得空心的倾斜的纵向棱肋的凹陷壁的外形，证明通过将足够大的压力简单应用于完成的活动部件的内部能够重新获得它们的第一状态，但条件是活动部件的壁保持或恢复最小的柔软性。对于经受对称压制的半波纹管状物也是一样的。
显然，为了所有的操作成为可能和正确进行，在进行所述压制或所述翻转前，在特殊机器中所导入的毛坯必需包括足够柔软和弹性的顶部和底部。这是为了使它们的断裂极限相对提高，并且波纹管状物的和端部接头的中心部分相关侧面的对称压缩或翻转能够在毫无裂缝或爆裂危险地进行。在从模具到压缩毛坯的机器的管道可能包括相对长的暂停的情况中，该毛坯有可能冷却，并且有可能看到它的柔软度超出由良好的翻转和良好的压缩所强制的最小限度，特别是在玻璃的情况下。在该情况下，所涉及的机器从一开始就应该包括用于重新加热毛坯的装置，以便重新给它对它而言必要的柔软度，从而将相关半波纹管毫无损伤地翻转。
我们指出，前述的根据本发明的热交换器的整体对称凹陷板中心部分端部的凹陷接头以及它的毛坯的双凸接头是圆锥段部分。该类型的表面当然不是唯一能够采用的表面。事实上，所有可翻转的表面均能够被使用(例如，很大口子的圆锥，有正方形底部以及修平的顶部，对于包括其底部的可翻转的平面而言都是可翻转的)，用来构成根据本发明的毛坯的波纹管的中心部分端部的双凸接头。
对于与波纹管的侧面凹凸纹有关的情况，我们指出，有四个斜面的屋顶状物不是制造凹凸纹的唯一方式，无边圆帽的或盆形且底部大致为圆形的隆起部分和凹陷部分同样可行。
至于基本热交换器的外壳的制造和安装，我们注意到这些操作同样要借助工业中的普通技术。对于半壳彼此密封固定及其与活动部件的连接管上密封固定，很明显，我们能够预备密封垫和边缘以适合它们的彼此接合并保持该接合。
至于活动部件连接管的朝向相反，显然这些不同的方向允许在内部件和外部件的内部的流体更好流通，但是在无大损害的情况下该方向可以是一致的。
正如上面所述的，有或者没有密封外壳包围的根据本发明的上述基本热交换器具有这类设备的所有必要的特征，它满足它所涉及的所有特殊技术要求。显然，它不受所描述的实施形式的限制。
权利要求
1.一种用于制造整体的基本热交换器的方法，所述热交换器具有高效率、有限体积、减小重量、低生产成本以及一般来说固有不变质的特性，其特征在于，包括以下步骤在一个模具(50)中通过热吹炼或液压成形，用合适的材料制造毛坯(32)，所述毛坯由叠置的整体双凸波纹管(34)构成，所述波纹管与所述毛坯的横截面相比相对较深，并且类似于手风琴的波纹管，前述的波纹管包括伸长的中心部分，所述中心部分具有端部接头(40-42)、侧面(33-35)、顶部(36)和底部(38)，分别具有适应于如下情况的形状这些侧面(33-35)的硬度比底部(38)的和顶部(36)的硬度更大，前述的叠置波纹管在其侧旁具有两个连接管(28-30)，所述连接管向前述端部接头(40-42)的叠放轴线(25-27)集中；使所述毛坯(32)的构成元件处于合适的温度、柔韧性和弹性，给它们施用平行于波纹管的叠放轴线的内部负压和/或外部压缩力，然后，当如此制造的压缩部件(10)成为一叠空心的(12-22)、连通的(16)、并且整体对称的、内部厚度(14)和间距(18)小的、基本稳定的对板时，放开和/或停止该负压和/或压缩力；必要时，在冷却用上述方法制成的部件(10)之后，用一装置(81)围住该部件，同时保证紧固，以便维持所述对板(22)的壁之间的间距的最初值。
2.根据权利要求1所述的用于制造基本热交换器的方法，其特征在于，用于实施使用的模具(50)包括多个大口槽(62)，所述槽具有笔直狭窄和平行的顶部(70)和底部(66)，所述槽(62)的侧面(68a-b)具有凹凸纹，所述侧面的隆起部分面向另一所述侧面的凹陷部分。
3.根据权利要求1所述的用于制造基本热交换器的方法，其特征在于，所述模具(50)的带有凹凸纹的侧面(68a-b)的纵向中间平面与它们的对称平面形成20-30度的角，并且它们的端部接头(67a-b和69a-b)的外形具有可翻转表面。
4.一种整体基本热交换器(20)，所述热交换器具有高效率、有限体积、减小的重量、低生产成本以及一般情况下固有不变质的特性，其特征在于其包括整体无组装无焊接的活动部件(10)，所述活动部件由叠置的伸长的(22)、空心的(14)、连通的(16)并且整体对称的对板组成；每个空心板(22或140-142)的壁(12a-b或150a-b/152a-b/154a-b)的内表面，连同邻近的两个空心板(140-142)的壁的外表面，在所有的点上通过狭窄的基本稳定的空隙(14或144)彼此分离；所述空心对板(22)构成所述活动部件(10)的基本管道，所述管道包括伸长的中心部分(23)，所述伸长的中心部分的两个端部通过两个空心接头(24-26)彼此连接；每个活动部件(10)的基本管道拥有两个供给集流管，其轴线与端部接头(24-26)的叠放轴线(25-27)结合在一起；每个集流管的端部之一在所述活动部件(10)的连接管(24-26)处终止。
5.根据权利要求4所述的基本热交换器(20)，其特征在于，空心对板(140-142)的壁(150a-b/152a-b/154a-b)具有凹凸纹并且整体对称，但是其纵向中间平面与其对称平面垂直。
6.根据权利要求4所述的基本热交换器(20)，其特征在于，空心对板(140-142)的壁(150a-b/152a-b/154a-b)具有凹凸纹并且整体对称，但是它们的中间纵向平面一起构成120-160度的二面角，并且其端部接头(24-26)由可翻转表面制成。
7.一种毛坯(32)，其通过实施根据权利要求1所述方法的第一个步骤制成，用于制造整体基本热交换器，其特征在于它包括整体上无需焊接的叠置的双凸的波纹管(33，35，37，39)，所述波纹管类似于手风琴的波纹管；所述波纹管的中心部分的端部具有对称的，必要时可翻转的接头(40-42)；所述叠置的波纹管具有修齐的顶部(36a-b)和狭窄的底部(38a-b)，所述顶部和底部的硬度与它们的侧面(33a-b/35a-b/37a-b/39a-b)相比非常小；所述波纹管的侧面以及端部接头的侧面(40-42)与毛坯(32)的横向尺寸比较具有很大的深度。
8.根据权利要求7所述的毛坯(32)，其特征在于，为了保证所述波纹管的侧面(33a-b/35a-b/37a-b/39a-b)具有合适的硬度，每一个侧面表现为一系列交替的凹陷部分(120)和隆起部分(122)，特别是有四个斜面的屋顶形，所述侧面的凹陷部分对应于另一所述侧面的隆起部分。
9.一种流体封闭的热交换器，包括一个或多个根据权利要求4所述的基本热交换器(20)，所述基本热交换器安装在一个外壳(81)内，其特征在于所述外壳(81)由两个半壳(80-82)组成，所述外壳完全容纳所述基本交换器(20)，同时与所述一个或多个基本交换器的总体轮廓相吻合，同时安排狭窄间隙，并与它们的两个端部空心板的外部中心线(41-43)保持接触；每个半壳(80-82)容纳一个基本热交换器的纵向的一半或者由多个交换器(20)组成的整体的纵向的一半，并且在所述每个端部包括一个或多个半连接管(94-110)，并在其底部包括一个或多个固定开口(90)；将所述半壳的和所述半连接管的边缘(98a-b和114a-b)以密封的方式彼此固定，并将这个或这些开口(90)的一个或多个边缘(92)同样固定在所述热交换器的或所述多个热交换器中的每一个的两个连接管(28-30)中之一上。
10.一种模具(50)，用于制造根据权利要求1的方法制成的基本热交换器的活动部件(20)的毛坯(32)，其特征在于所述模具包括两个金属颊板(52)，所述颊板具有平行六面体块(54)的形状，并相对于它们的接合平面(56)对称；在每一个所述块(54)中，凹陷有伸长的大口槽(62)，所述大口槽具有笔直、狭窄和平行的顶部(70)和底部(66)，所述大口槽的两个侧面(68a-b)有凹凸纹，一个侧面的凹陷部分和隆起部分面对另一个侧面的隆起部分和凹陷部分；所述槽(62)的分离凸缘的顶部(70)平行于接合平面(56)，并且相对该平面具有大于其本身宽度的间距；所述模具的每一个槽(62)具有带凹凸纹的侧面(68a-b)，所述侧面的纵向中间平面相对它们的对称平面形成的角度大于为毛坯的正确浇铸条件而设定的最小角度，并且最好小于要制成的所述毛坯的端部接头翻转的最大角度，该最大角度由所使用的材料的断裂极限来限定；所述槽(62)的侧面(68a-b)和底部(66)的顶部接合用于形成两个对称的、必要时可翻转的表面(67a-b和69a-b)，所述表面通到所述模具的接合平面(56)，所述的两个平面的两个叠放轴线(25-27)位于所述接合平面上；所述两个叠放轴线(25-27)是所述的活动部件的基本管道的将来的供给集流器(44-46)的两个叠放轴线，在分离两个相邻槽的每一个隆起部分上切割圆柱部分(72-74)，以便限定所述集流器；每一个所述轴线(25-27)的两个端部之一包括半圆柱腔(76-78)，所述腔用于所述浇铸活动部件(20)的两个连接管(28-30)中之一的半个；所述半圆柱腔(76)中之一通到外部。
全文摘要
本发明涉及一种基本交换器，包括细长的单一整体活动部件(10)，其装在具有进口和出口的外壳中。外壳由两个固定在活动部件(98a－b，114a－b)上彼此焊接在一起的半壳(11a－b)组成。活动部件具有鱼脊柱形状的垂直截面(10a－b)，其中的棱肋(12a－b)是中空的、倾斜的、浮凸的并且整体对称。活动部件由耐蚀材料(例如聚合物)制成的毛坯来制造，所述毛坯呈双凸的硬壁波纹管(33－35－37－39)形状，所述波纹管类似于手风琴的波纹管，其具有修平的顶端(36)，狭窄的基部(38)和这些基部之间的间隔(16)。
文档编号F28D9/00GK1720422SQ200380104640
公开日2006年1月11日 申请日期2003年12月12日 优先权日2002年12月13日
发明者让-保罗·多芒 申请人:热交换科技公司