SE527717C2 - Metod för tillverkning av en värmeväxlare och ett system för utförande av metodend - Google Patents

Description

25 30 35 527 717 uppfinningen i sammandrag

[0007]Ett ändamål med uppfinningen ör att tillhandahålla en metod för tillverkning av en vörrnevöxlare, och I synnerhet en vårmevaxlare som är lämpad för energlöverlöring mellan en plåt och en vatskekrets, vilken metod eliminerar eller reducerar en eller flera av de ovan beskrivna problemen.

[0008] Detta ändamål åstadkoms ln enlighet med den kânnetecknande delen av patent- krav 1.

[0009]Tack vare tillhandahållande: av en metod som innefattar: att färdigställa en tunn metallplåt; att färdigställa en förutbestämd längd av kontinuerligt metallrör; att succes- sivt applicera nämnda längd av metallrör på nämnda tunna metallplåt, dör nämnda sulva applloerlng inkluderar: att bringa metallröreti nära kontakt med nämnda tunna metaliplåt; och att lnfästa nämnda metallrör vid nämnda tunna rnetallplåt, tillhandahålls en iörbåttrad flexibel och kostnadsefiekflv tlliverknlngsmetod som medger tillverkning av värrnevöxlare som har goda måttoleranser och således kan tillhandahålla god termisk kontakt mellan rördragnlngen och den tunna metaliplåten och således tillhandahåller hög effektivitet.

[0010] Föredragna utßringsforrner anges av de underordnede patentkreven.

Beskrivning av ritningar-na

[0011]I det följande kommer uppfinnlngen att beskrivas mer detaljerat med hänvisning au bifogade ritningar, på vilka

[0012] Flg. 1 är en schematisk illustration av ett system för att tillverka en vårmevàxiare, I enlighet med metoden enligt föreliggande uppflnnlng,

[0013] Flg. 2 år en schematisk illustration av medlen för att utföra steget för momenten applloering, positionering och lnfästnlng av metallröret vid den tunna metallplåten, l en- lighet med metoden enligt föreliggande uppfinning,

[0014] Fig. 3 illustrerar schemetisltt medlen lör ett utföra steget att förse metallröret med krökar för att bilda ett fönxtbemrrit kretsmönster under den suooessiva applice- ringen av röret vid nämnda tunna metallplåt, l enlighet med metoden enligt föreliggande uppfinning. [001S]Ytterllgare ändamål och särdrag hos föreliggande uppfinning kommer att bli uppenbara från följande detaljerade beskrivning beaktad tillsammans med de bifogade ritningar-na. Det bör emellertid förstås att rltnlngama år avsedda endast för illustrarande syften och inte som en definition av uppflnnlngens avgränsningar, för vilka hänvisning görs till de bifogade patentkraven. Det bör vidare förstås att rlinlngarna inte nödvändigt- vis år skalenliga och att, om inget annat anges, de endast avser att konceptuellt illu- strera de strukturer och procedurer som har bkrlvs. 10 15 20 25 30 35 527 717 Iaaltrlvnlng av utßrlngslonner 110016] En schematlsk iiluslratlon av ett system för tillwrknlng av en värmeväxlare I en- lighet med metoden enligt föreliggande uppfinning visas l flgur 1. Systemet innefattar ett lager 1 av tunna metaliplåtar 2 av en förutbestämd storlek. Ett hanteringssystem 3, så- som ett ßrprogrammerat robotlserat hanterlngæystem, är tlllhandahållet för hantering av de tunna metaliplåtama 2. Det är emellertid uppenbart, att vilket lämpligt hanterlngs- system som helst skulle kunna användas, inkluderande manuell hantering av de hinna metallpiåtama 2.

[0017] nantenngssystemet a ar inrattat att ta en tunn metalipiât 2 från lagret 1 och överföra den till en lnrlktningsenhet 4, där den tunna metallplåten 2 kommer att frigöras och posltloneras i ett forutbestämt väideflnlerat läge. Så snart den tunna metallplåten 2 har lntagit det förutbestämda väldefinierade läget så kommer hanteringssystemet 3 att återigen ta den tunna metallpiåten 2 odw överföra den tlll ett plant arbetsbord 5. Genom innktrrlngssteget fñrenklas exakt positionering på det plana arbetsbordet 5 väsentligt.

Den mnna metallplåten 2 kommer därefter att fixeras l en arbetsposltlon på det plana arbetsbordet 5. Den tunna metailplåten 2 flxeras med fördel tlll det plana arbetsbordet 5 användande vakuumundertryck, varvid den tunna metallplåten 2 brlngas till nära kontakt med det plana arbelsbordet 5, således tillhandahållande en väsentligen plan arbetsyta på den tunna metaiiplåterl 2.

[0018] En spole (ej visad) med kontinuerligt metailrßr 6, företrädesvis kopparrär, färdig- slälls. I en fóredragen utfäringsforrn fârdigställs en förutbestämd längd av kontinuerligt metallrär 6 l en sekvens av steg som inkluderar, uträtande av metallrñrat 6, kapning av metailrñret 6 till den förutbestämda längd som krävs för den slutliga produkten och upp- lindning av den förutbestämda längden metaiirör på en spole 7.

[0019] Röret s ar tillhandahålla: for att befann-a ett flytande medium for att overrera vännen från den tunna absorbatorplåten 2 av metall till t.ex. ett uppvärmningssystem för att hus. Det föredragna flytande medlet för dessa slags system är vanllgan vatten. För att förhindra skador på sådana solfångarsystem, måste vattnet vara av en viss kvalitet.

För system som är placerade i områden där temperaturen faller under 0° Celsius, ska en froslslqnddsvätska odrså tillföras vattnet. Frostskyddsvätskan kan vara glykol eller glykoi med rostlnhlbitorer.

[0020]I den föredragna utfdrlngsfonnen förses en rórappileerlngsenhet 8, som tex. bärs upp av ett andra fórprogrammerat robotsystem 9, därefter med spolen 7, som innehåller den lßrutbestämda längden av kontinuerligt metallrör 6. I en alternativ utßrlngsfonn skulle emellertid rör 6 kunna matas direkt från spolen (Inte visad) till rñrapplloerlngs- enheten 8, vilken skulle kunna innefatta medel för att utföra ovanstående steg för ut- rätande av metallrllret 6 innan appiicering och kapa metaliröret 6 till den förutbestämda längd som krävs för den slutliga produkten. Såsom illustreras iflgur 1, kommer arbets- bordet 5, som bär den tunna melallplåten 2, att förflyttas i den riktning som anges av de 10 15 20 25 30 35 527 717 streckade pliama 17 och in inom operativ räckvidd av det andra förprogrammerade robotsystemet 9, som bar upp rörappiioeringsanheten 8.

[0021] Såsom illustreras schematlskt I figur 2, ar rörapplloeringsenheten 8 inrättad att successivt applicera längden metalirör 6 till den tunna metallplåten 2. I den föredragna utförlngsforrnen, där den förutbestämda längden metalirör 6 är tiiihandahållen på en spole 7, matas röret 6 I riktning av pilen 10 mot en iörutbeståmd position på den hinna metaliplåten 2 via en riktnlngsanordning, tex. bestående av ett antal rullar 11. Därefter bringas metallröret 6 till nåra kontakt med den tunna metaiipiåten 2, t.ex. genom att pressa metaliröret 6 emot den tunna metallpiåten 2 användande åtminstone en ledruile 12. Röret 6, som bringats till nära kontakt med den tunna metailplåten 2, inflsis sedan momentant vid den tunna metallplåten 2.

[0022] I den föredragna utföringsfonnen verkställs lnfästning genom svetsning av metall- röret 6 vid den tunna metallplåten 2. Lasersveisning är den föredragna sammanfog- ningsrnetoden. Lasersveisning år speciellt Iampat för produktion i stora volymer av full- plåisabsorbator-värrnevaxlaren. Eftersom röret 6 har brlngats till nära kontakt med den tunna metalipiåten 2 ar det möjligt att, med hjälp av lasrar 14 som utsander laserstrålar 18, åstadkomma svetsar 13 som medger mycket effektiv varmeöverförlng. Svetsarna 13 tillhandahålls under sveisningsoperationen lämpligen samtidigt på båda sidor av röret 6.

Eftersom röret 6 endast behöver bringas I nära kontakt med den tunna metallpiåten 2 vid själva sveispunkten, begränsas hela kompiexet av toieransproblem till en punkt.

[0023]Vld användning bestrålar solen absorbatorplåten 2, dar solens termiska energi aworberas och transporteras av plåten 2 mot en svets 13. Den terrniska energin leds genom sveisen 13 och in i röret 6, varför förmågan hos svetsen 13 att överföra termisk energi ör kritisk. Dareiter kommer den termiska energin att överföras till ett flytande medium, som cirkuierari röret 6 och används för att transportera den termiska energin till en annan plats. Det ar uppenbart för fackrnannen att det samma galleri omvänd rikt- ning, dvs. dör den terrniska energin hos ett flytande medium som cirkulerar! röret 6 överförs till röret 6 och via svetsama 13 flii n plåt 2, som är inrättad att emittera termisk energi till sin omgivning. [002411 den föredragna utltiringsfomæn framställs fullplåtsabsorbator-varrnevàadaren genom lasersvetsning av koppar-rör 6 på en homogen absorbatorplåt 2, företrädesvis en tunn aluminium- eller kopparpiåt 2. Denna tiiiverkningsmeind ger en mycket god termisk kontakt mellan rördragnlngen 6 och plåten 2. Metoden i enlighet med föreliggande upp- finning medger också en mycket stor grad av fiexlbilitet nar det göiier absorbatorns design. koppar-rare: s svetsa: roreu-aaesvrs på baksidan av absorberar-pråm 2, ram- nande en jämn yta och en väsentligen enhetlig farg på den synliga sidan av absorbatom.

Lasersvetsning ger en väsentligen homogen fargton och en plan absorbatoryta, som uppfyller de stringenta estetiska kraven och samtidigt tillhandahåller överiagsna pre- standa. 10 15 20 25 30 35 527 717

[0025] Den synliga sidan av absorbatorplåten 2 av metall är iöretrödesvis i förväg belagd med en selektiv flersklktsyta. I fallet aluminiumplåtar 2, år den selektiva flersldktsytan företrädesvis avsatt på ett anodlserat alumlniumsubstrat användande fysikalisk ång- deponeringstekrllk (eng: Physical Vapor Deposition, PVD). Hög grad av infraröd (IR) reflektion säkerställer en låg termisk emissions koefllcient (e). Olddlager överst år optlmerade för en mycket hög soiabsorpüorlskoefflcient (a) ocll motståndskraft mot miljöbetlngad påverkan. Denna yta har ofta en blå fârgton.

[0026]I fallet av en kopparpiåt 2, så belägga den genom en magnetronförsiloftnlngs- process. En reaktiv process används för att producera en CERMEI' flelskildsbelaggning med ett graderat brytningsindex, där mycket små metailpartilclar år dispergerade i en amorl' dlelektrlsk matris. Metalllnnehåliet är avtagande till de övre lagren. Absorptlon åstadkoms genom sprldningseffekter vid de metalilska pariikiama och den omgivande dielektrlska matrisen. Dessutom använder sådana flerskikistllnnfilmer inilerferenseiïekter mellan halvtransparanta skikt för att fånga upp energi. Därför anbringas en aniireflex- beläggning på ytan av skiktstapeln, vilken också har funktionen av en skyddsfiim. En speciell metalibeläggnlng anbringas överst på substratet som ett baniârsklkt för att för- hindra att suwtratet korroderar och diffusion av substratrnaileriaiet in i de övre lagren, vilket drastiskt förbättrar belåggningens livslängd. Samtidigt frårrljar det vldhöflzningen hos de dlrefter avsatta lagren.

[0027] Det kommer att vara uppenbart för fadrmannen att belâggnlngen av den synliga sidan av absorbatorpiåten 2 av metall, såsom ovan föreslagits för alumlnlumplåtar även kan användas för kopparplåtar 2 och att beiàggningen som föreslagits för kopparplåtar 2 också kan användas för alumlniumplåtar 2. Vidare kommer det att vara uppenbart för fackmannen att belaggnlngen kan tillhandahållas användande vilken lämplig metod för ytbehandling som helst, såsom målning.

[0028]Såsom illustreras schematiskt l figur 3, är metallrölet 6 l enlighet med den upp- flnningsenllga metoden inrättat att matas I riktning av pilen 10 och successivt appliceras och infästas vid den tunna metaliplåten 2 och förses med krökar, för att bilda ett förut- bestämt kretsmönster på den tunna metallplåten 2. Kretsmönstret kan optimeras, för att tillhandahålla maximal effektivitet ßr vånneöverföling.

[0029]I en föredragen utlöringsforrn inkluderar rörapplloerlngsenhemn B medel för att mata röret 6, inrlktnlngsanordningen (tex. ruliama 11), medlen (t.ex. ledrulien 12) för att bringa rüret 6 i nära kontakt med den tunna metallplåten 2, medlen (tex. lasrarna 14) för infistning av röret 6 vid den tunna rnetailplåten 2, såväl som medlen 15 för att tillhandahålla rörkrökarrla, vilka alla ar anordnade på ett och samma verktyg, vilket bars upp av ett förprogrammerat robotsystem 9, varför inget verktygsbyte är nödvändigt under applloerlngsprooessen. Robotsysilemet 9 tillhandahåller positionering med stor noggrannhet vid applioerlng och infâstnlng av rörkreizsen 6 till den tunna absorbator- plåten 2 ev metall. Rabnlsysreme: 9 tillhandahåller också medlen rar al: exakt styra forrnandet av rörkrökama och forrnandet av det förutbestämda kretsmönstret på den tunna metaiiplåten 2. I det fall iasersvetsnlng används för lnfastrllng av röret 6 vid dan 10 15 20 25 30 35 527 717 tunna metallpiåten 2, åstadkoms positionering av verkanspunkterna för laærstrålama 18 lämpligen genom att applloeringsenheten 8 'flytef på arbetsbordets 5 yta, oberoende av den vertikala positioneringen hos roboisystemet 9, som har upp appiioeringsverktyget.

Härigenom ör inriktningen oberoende av positloneringsnoggrannheten hos robotsystemet 9 eller hur plan den underliggande arbeisytan år. Det kommer att vara uppenbart för iäckmennen att andra höjdavkönnlngsrnetoder kan användas för att positionera verkans- punkterna för iaserstrålama 18, som emitteres av lasrarna 14.

[0030] Under den sucoesslva appiioeringen vid den tunna metailpiåten 2 förses metall- röret 6 med krökar, för att bilda det förutbestämda kretsmönstret. I den föredragna utiöringsforinen formas dessa rörkrökar användande kröknlngsrullar 15. Deæa krök- ningsruilar 15, för forrnning av rörkrökarna, besiår företrädesvis av ett par kröknlngs~ rullar 15, vilka år inrättade att positioneras en krökningsrulie 15 på vardera sidan av metallröret 6 och inrättade att tvinga röret 6 att bilda krökama genom att paret krök- nlngsrullar 15 kontinuerligt blir reposiflonerat relativt den tunna metailplåten 2 under den suerassiva appuæringen av ram s. en krok uumnaanâiis nar raborsysnmer 9 svänger rörapplloeringsenheten 8, för att anbringa rör 6 i en ny riktning. För att tillhandahålla kroken måste rörseiztionen som föregår kröken först ha blivit inföst vid plåten 2, t.ex. genom svetsning. Under svângningsoperatlonen, t.ex. I riktning av pilen 16, pausas inföstningen, tex. svetsningen, och paret krökningsmllar 15 positioner-as en på vardera sidan av röret 6. Under fortsatt successiv applicerlng av röret 6 reposltioneras paret krökningsruilr 15 kontinuerligt, när röreppiiceringsenheten 8 repositioneras av det förprogrammerade robotsysizemet 9, på så sätt skapande kröken. Det kommer att vara uppenbart för fackmannen att användande ovanstående uppsöttrring så är en förutsatt- ning för att bilda en krök att rörsektlonen som föregår kröken först måste ha infästs vid plåten 2, tex. genom svetsning. Så snart kröken âr fördlgstälid återupptas lnfistnlngs- operationer, t.ex. svetsningsoperationer. [0031153 snart det förutbestämda kretsmönstret har iärdlgstälits tas den tunna metall- piåten 2 bort från arbetsbordet 5 genom att hanteringssystemet 3 ter den och vakuum- undertrycltet samtidigt släpps. Den fardigstöllda varmeváxiaren överlörs därefter till ett lagrlngsområde (ej visat) för fårdigstållda produkter som väntar på att överföras till en annan plats, lör att integreras i ett komplett uppvannningssystem. [003211 enlighet med föreliggande uppfinning lörutses också ett system för tillverkning av en vânnevöadere, inrättat att utföra ovanstående metod. Härigenom möjliggörs kost- nadseffektiv tillverkning av vårmevåxiare med höga prestanda.

[0033] Uppflnningen år inte begränsad tili de ovan beskrivna utlöringsforrnema, utan kan varieras inom ramen för de wijande patentkraven.

[0034] Det kommer att vara uppenbart för fackmannen att metoden för att tillverka en varrnevaxiare, i enlighet med föreliggande uppfinning, inte bara lämpar sig för tillverk- ning av ovan exernpilfierade produkter utan också kan användas för att tillverka andra 10 15 527 717 slags vannevâxlerprodukter, såsom uppvannningspaneier, avkylnlngspaneler och paneler för så kallade kyltakssysizem. [ooas] således, medan har har visats och hesimvits och utpekat: fundamentala nya sar- clrag hos uppfinningen såsom applloerade på en foredragen lltfñringsfonn därav, ska det förstås att olika utelåmnanden och ersättningar och ändringar i införande och detaljer av de illustrerade anordningama, och l deras anvlindande, kan göras av de som besitter fackkunsitaper inom området utan att avvika från uppfinnlngstanken. Till exempel avses uttryckligen att alla kombinationer av de element cdi/eller meinodsteg som utför väsent- ligen mma funktion på väsentligen samma sätt for att uppnå samme resultat faller inom uppfinningen skyddsomfång. Vidare bör lnses att strukturer och/eller element Och/eller metodsbeg som visats och/eller beskrivits l förbindelse med något visat ut- förande eller utförlngsforrn av uppfinningen kan lnkorporeres i något annat visat eller beskrivet eller antytt utförande eller utföringsform som en allmän fråga om val av ut- förande. Det ar därför avsikten att begränsas enbart såsom indikeras av omfånget hos de hårtill bifogade patentkraven.

Claims (12)

10 15 20 25 30 35 527 717 Patantkrav

1. Metod för tillverkning av en värmeväxlare och I synnerhet en värmeväxlare som är lämpad för energlöverförlng mellan en plåt och an vätskekrets, där metoden innefattar: en färdigställa en mm mrallplåt (2); att färdlgslälla en förutbestämd längd av kontinuerligt metallrñr (6); att successivt applicera nämnda längd av metailrör (6) på nämnda tunna metaiiplåt (2), där nämnda sucoesslva applieering inkluderar: att bringa metaliróret (6) I nära kontakt med nämnda tunna metallplåt (2); och att infästa nämnda metallrór (6) vid nämnda tunna metallplåt (2).

2. Metod enligt patentkrav 1, kännetecknad av att nämnda lnfästnlng verkställs genom att svetsa nämnda metailrñr (6) vid nämnda tunna metalipiåt (2).

3. Metod enligt patentkrav 2, kännetecknad av att nämnda lnfästrllng genom svetsning verkställs genom lasersvels- ning.

4. Metod enligt något av patentkraven 1 tlll 3, kännetecknad av att nämnda nära kontakt mellan nämnda metallrñr (6) and nämnda tunna metallpiåt (2) åstadkommas genom att pressa nämnda metallrör (6) mot nämnda tunna metailpiåt (2) användande åtminstone en Iedrulle (12).

5. Metod enligt något av patentkravan 1 till 4, kännetecknad av att lärdlgstäilandet av nämnda tunna metallplåt (2) lnkluderar placering av nämnda tunna metaiipiåt (2) på en plan yta (5) och lnfästnlng av den vid denna.

6. Metod enligt något av patentkraven 1 till 5, kännetecknad av att färdlgstäiiandet av nämnda flirutbestämda längd av kontinuerligt metallmr (6) inkluderar att kapa nämnda meteiirñr (6) till nämnda förutbestämda längd och linda nämnda lomtbestämda längd av metallrör (6) på en spola (7).

7. Metod enligt något av patentkraven 1 tlll 6, kännetecknad av att metallrör (6) successlvt appliceras och lnfästs vid nämnda tunna meranplâ: (2) at: bilda en forutoestamr kreumansrer på nämnda mnna mecallplâ: (2).

8. Metod enllgt patentkrav 7, kännetecknad av att nämnda metailrñr (6) under nämnda suiva applloerlng vld nämnda tunna metallpiåt (2) förses med krokar för att bilda nämnda förutbestämda kretsmönster. 10 15 'zo 527 717

9. Metod enligt patentkrav 8, kännetecknad av att nämnda rórkrökar bildas användande krllkningsruiiar(15).

10. Metod enligt patantkrav 9, kännetecknad av nämnda kr5knlngsruilar(15) for bildande av nämnda rorkrökar består av ett par krñkningsrullar(15) inrättade att positionen-as med en krñknlngsrulle (15) på vardera sidan av nämnda metallrór (6) och inrättade att tvinga nämnda rör (6) att bilda nämnda krokar genom att nämnda par kröknlngsnsllar(15) kontinuerligt reposltioneras l förhållande till nämnda tunna metallplåt (2) under nämnda suooessiva applloerlng av namnaa rar (s).

11. Metod enligt patentkrav 10, kännetecknad av att en rörsektion, som föregår en avsedd krok, lnfästs vid nämnda tunna metallplåt (2), och att nämnda kröknlngsru|lar(15) är en del av en rörappllcerlngs- enhet (8), som är inrättad att bäras upp av ett robotsystem (9), så att nämnda avsedda krñk tillhandahålls när robotsystemet (9) svänger rörapplloerlngsenheten (8) for att applicera rör (6) i en ny riktning.

12. System för tillverkning av en värrneväxlare, kfinnetecknat av att det är inrättat att utföra metoden enligt något av 'föregående patentkrav.