安裝冷卻管散熱片的機器和方法以及產品的製作方法
2023-06-24 02:40:41 1
專利名稱：安裝冷卻管散熱片的機器和方法以及產品的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種為冷卻管安裝散熱片的機器和方法以及產品。
本發明的機器和方法具有獨特的用途，它可通過同時幾個冷卻管安裝一公共的散熱片來製造散熱片組，它也能同時幾個冷卻管安裝單獨的散熱片。在這兩種用途中，發明也公開了在有效長度的冷卻管上安裝散熱片的裝置。
本發明也適用於在非金屬管上安裝不可變形的散熱片。
背景技術：
通常需要使工作流體冷卻，基於這個目的而使用熱交換器也是眾所皆知的。熱交換器常常包括有一個或多個金屬冷卻管懸吊在兩個金屬管板之間。例如水或油這類欲冷卻的工作流體流過冷卻管，而冷卻劑圍繞和在這些冷卻管之間通過，這些流體釋放出潛熱到冷卻管中，並且傳到冷卻劑中。
當在與熱接觸的冷卻管外表加上一個或多個環狀的散熱片時，冷卻管的有效表面積可以擴大，以便於提高熱的轉移。如果該冷卻劑具有低粘度，而且如果該冷卻劑是氣體如空氣時，這些有散熱片的冷卻管將特別有效用。
如果冷卻管能耐住管內被冷卻的流體所產生的壓力，則散熱片的增加將不會減少或大大縮減冷卻管的破裂強度。如果散熱片提高了熱轉移，它們將不會因而抑制了冷卻劑的流動，反而會促使冷卻劑產生紊流。
冷卻管用作熱交換器時必須符合某些標準(如英國的大不列顛標準2871的第三部分)，這些相關的標準也用於那些擠壓成形的冷卻管，以提供選擇的內部構造增強冷卻管內部的紊流，即避免欲冷卻的流體產生層流或成層狀的流動；希望冷卻管安裝散熱片後不降低那些個別的標準，例如管壁厚度和強度，或冷卻管的均勻性和散熱片的嚙合度，以及冷卻管至散熱片的熱轉移。
散熱片必須裝置在冷卻管上適當的位置，以促進熱轉移到冷卻劑的效果達到最大，如果散熱片的間隔不規則，或是散熱片的角度不規則(在相鄰的散熱片之間軸的長度改變造成的環狀間隙)，則達不到最大的傳熱效果。
如果冷卻管壁必須減薄以便安放散熱片，則冷卻管在運作時將有一支或更多個發生破裂，並且需要塞住；如果散熱片的間隔或(和)角度不規則，則熱交換器的性能將降低。
目前已知的設計標準是，當為一個熱交換器的冷卻管安裝散熱片構成模型或排列時，冷卻管的排列應儘可能的相互靠近(以縮小熱交換器的尺寸)，並且要使工作流體和冷卻劑之間熱轉移的面積達最大(使可能達到最大的熱交換)。當使用配有已知的環狀散熱片的冷卻管以這種方式排列時，冷卻管之間的距離將受散熱片的外徑的限制；如一般的散熱片具有環狀的外周邊，則這些相鄰的冷卻管之間的面積將對熱轉移沒有幫助，而一種安裝散熱片的方法和裝置使散熱片能利用這些面積進行裝配。
熱交換器的效能的一部分是依據安裝在冷卻管的散熱片的數量及散熱片的總數而決定的，即，總計這些對熱交換有效用的擴充面積以及這些散熱片的定位及排列。現有技術一個裝有散熱片的冷卻管包括許多分離式內部嚙合的環狀散熱片單元，每一單元上具有分節的軸環，以抓緊冷卻管的外表面，其公開在GB2,100,811中。每一個軸環邊緣尖端的剖面都較細，使得相鄰的散熱片能夠聚合在一起；在軸向壓力作用於裝配作業後期時，這些單元的套筒部分徑向向內收縮，並且嵌合在一起。
這種已知的散熱片的缺點是，散熱片的間隔和安裝在冷卻管上散熱片的數量取決於軸環的長度而定，而軸環的長度經常因散熱片而隨意的改變(因為製造上的誤差)。而且，因為散熱片的位置是由先前所固定的散熱片所決定，沿冷卻管上散熱片的間隔不一致，這是由於容許誤差的建立，和沿冷卻管長度伴隨有不規則的熱轉移。散熱片凸緣部分的角度也將取決於其本身軸環和前一個散熱片的軸環之間的嚙合，如果連續的散熱片凸緣部分不是平行的，則工作流體將不能在散熱片間均勻的流通。
在已知的裝置中，安裝散熱片應使分節的軸環對準；然而，在安裝散熱片時，阻止或防止一個散熱片相對其他散熱片所產生的圍繞冷卻管的轉動是困難的，此狀況可能出現在和已經固定好的散熱片嚙合以前，沿一個冷卻管手工送進一散熱片時，所以軸環節不要產生偏移而造成熱轉移的減少。同樣，在沿冷卻管安裝散熱片時，散熱片也可能扭曲變形。
這裡公開的散熱片具有環狀的外周邊。然而目前已知的是將分離式「非環狀的」散熱片，例如具有正方形或長方形外周邊的散熱片，安裝在冷卻管上。當這些散熱片排成一列安裝在冷卻管上時，將比那些具有環狀外周邊的散熱片在相鄰的冷卻管間佔有較大的面積。然而，附加的控制機構常用來確保冷卻管上所有的散熱片能一個接一個正確的對準(所以，冷卻管上的散熱片將緊接著靠近裝在相鄰冷卻管的散熱片)，這樣往往使得那些散熱片不能經濟的進行安裝，所以這樣的設計實際在操作上非常不實用。
尋求出另外一種為克服由採用環狀周邊散熱片而引起浪費熱交換面積的缺點的設計方案，它是以軸向間隔的「公共散熱片」來取代相鄰冷卻管上分離的散熱片，也就是說，這些公共散熱片相互連接許多冷卻管。一個典型公共散熱片的形式是在延伸板上設有幾個開孔，每一開孔均適於接受各自的冷卻管，這種板狀的公共散熱片和幾個冷卻管同時發生熱接觸，並適合將熱從所有的冷卻管轉移過其間所有的區域。安裝在多孔的公共散熱片上的冷卻管的排列在本文中稱為「散熱片組」，雖然在其他文件中它也稱為「螺旋組」或「組散熱片」。
應理解，在一個散熱片組中，每一個散熱片是連續性的介於每一支冷卻管之間且環繞每一冷卻管，因此熱轉移面積的浪費最少。還應理解，在每一個散熱片組中的冷卻管通過預先安裝在板狀的公共散熱片，相對散熱片組中的其他冷卻管固定。
這種組合式散熱片組的已知的優點是，它可很容易地安裝到熱交換器中。這樣，對一個熱交換器需要二百支分離的裝有散熱片的冷卻管，這二百支冷卻管中的每一支都必須安裝在冷卻管板上，或者，當需要較長的冷卻管時則需要安裝於分離的支撐板上。然而，如預製一個散熱片組有二十支冷卻管，那麼只需要操作和安裝十個這樣的散熱片組。
在一已知的散熱片組製造方法中，將公共散熱片堆疊在一起，相鄰的散熱片軸向間隔一段距離，以適於特殊的熱交換器的需要；每一個公共散熱片上均有幾個開孔，這些開孔符合所需冷卻管的排列型式(一般三角型的排列適用於熱交換器)。這些開孔稍微比冷卻管的外徑大一些，公共散熱片用它們各自排成一列的開孔夾持。然後，將冷卻管分別穿過這些開孔，將「插塞」(bullet)拉過每一支冷卻管，以擴張冷卻管壁使其與個別的散熱片上的各開孔接觸。
這種方法對於內部擠壓成形的冷卻管，如對於促使冷卻液產生紊流的冷卻管不適用。
這種已有的插塞穿透法的缺點是，冷卻管的管壁厚度會因為需要由這種膨脹穿透作用來伸長管壁而受到限制，所以要求必須使用薄壁的冷卻管；舉例來說，在實踐中，外徑為0.07英寸(19.05mm)的不鏽鋼管，其厚度很少大於22標準尺寸(「標準鐵絲尺寸」)，以便於膨脹擴管。第二個缺點是膨脹操作將應力引入冷卻管中，並可改變晶粒結構；該應力並不能由於熱處理而消除，因為熱處理也會有軟化散熱片的作用，並降低散熱片與冷卻管之間的熱接觸，也就是說，由膨脹操作引起的應力通常保留在冷卻管中，因此，因為這種方法會使熱交換器中產生不必要的附效應。第三個缺點是冷卻管的材料特性可因膨脹作用而改變；例如，如果熱交換器的使用者指明熱交換器必須使用退火材料的冷卻管，則膨脹作用在某些狀況下將這些退火材料變成非退火的堅硬狀態。第四個缺點是冷卻管必須是可變形的材質，所以限制了可使用的材料。
膨脹法也導致不平行地安裝散熱片。當插塞拉穿過冷卻管，冷卻管壁會形成一個有角度的「正面」，這個「正面」會在膨脹彈通過冷卻管時立刻在插塞前面產生，如同「波紋」一般；因受「波紋」的影響，相鄰的散熱片很可能沿冷卻管移動，或是相對冷卻管形成不同的角度，造成相鄰的散熱片互相接觸，以及其他部分的間隔比要求的間隔加大距離，一旦插塞穿過散熱片造成冷卻管的膨脹，則在以後散熱片的位置將不能改變或修正。
通常，雖然冷卻管因使用膨脹法安裝散熱片而使冷卻管產生「波紋」，但此冷卻管卻仍能再使用，而當製造者認為不再適於熱交換器使用時，可能使得安裝有散熱片的冷卻管捨棄。如果一組安裝了散熱片的冷卻管排列在熱交換器中，其內部任何一個散熱片置換時，位置不明顯的冷卻管將不會被發現，所以造成熱交換效率的損失，直到熱交換器在運行時仍不被查覺。
一種將延伸表面「附加」元件應用到熱交換裝置的冷卻管上的裝置公開在GB527,615中。然而這種裝置並不適於在預定軸的位置上將散熱片安裝到冷卻管上；也不適於同時安裝幾個冷卻管，而且不能支撐為安裝散熱片而延長的冷卻管部分，這將可能造成活動的一端彎曲或下垂，即當另一端安置在懸臂梁上時，不能傳送散熱片到預備安裝散熱片的一支或多支冷卻管上的託架裝置上，在配合時也不能保持板的角度在一個預定值上，即對其他散熱片的角度，也要具有同樣的或相似的數值。
這種已知的裝置及方法並不適合抗腐蝕性的非金屬冷卻管安裝非金屬散熱片，因為非金屬散熱片基本上是不可變形的，如利用傳統壓配合的「互衝擊」方法定位時，可能造成破碎或破裂。
發明描述本發明是提供一種安裝散熱片的機器和方法以及產品，以減少或避免上述的缺點。然而，當應用於製造散熱片組時，這種機器及方法有其特殊的優點，我們並不限制它只應用於這樣的產品。此外，這種機器在將散熱片安裝在預定的位置上有其特殊的效用，對某些使用者來說可以理解，該機器容易使散熱片與其金屬板部分平行配合(雖然由於軸環的內嚙合會產生散熱片間不規則的間隔)。
在附加的權利要求書中，本發明將有更多具體的說明。
根據本發明中的一項特徵，我們提供熱交換器中的一種熱交換單元，其包括具有外表面和延伸表面配件的第一冷卻管，其安裝在沿外表面軸向間隔位置，這些配件的每一個均具有一個冷卻管的嚙合表面，其特徵在於每一個配件均分別位於預定的軸向位置。
這些配件的每一個均有完整的軸環，至少一個散熱片的軸環能與兩個相鄰散熱片的軸環相互連接。延伸表面的配件及冷卻管可採用相同或不同的材質，且這些配件是被間隔開的。
我們也能提供一個散熱片組，其包括一個如同上述的熱交換單元，但有第二個冷卻管經由延伸表面的配件與第一個冷卻管相連，該延伸表面配件和冷卻管散熱片軸向間隔開。
據本發明的另一個特徵，我們提供用於製造熱交換單元的冷卻管安裝散熱片的裝置，其包括一個基座，安置在基座上的夾緊裝置，可相對基座移動的託架裝置，以及用於移動託架機構的驅動裝置，其特徵在於，夾緊裝置可夾持第一支冷卻管的一部分，並且託架裝置可以傳送至少一個散熱片到相鄰所述部分的軸向預定位置。
通常，驅動裝置是一個具有主、副線圈的線性馬達，其中，線性馬達的主線圈固定到基座上，而副線圈可滑動地安裝在基座上，其中，託架裝置與副線圈相連接。合適的主線圈是「鼠籠式線圈」，而副線圈是多相式線圈，最好是三相線圈。測量裝置的設置可確定託架裝置相對於基座的位置，測量裝置與驅動裝置的控制裝置相連接，因此可使託架裝置移動至相對於基座的預定位置。
我們也可提供一種具有夾緊裝置的、為冷卻管安裝散熱片的機器，該機器能夠由安裝的至少一支冷卻管的支撐配件、以預選的排列方式同時夾緊許多冷卻管，以便相對基座樞軸旋轉，此裝置的第一位置可支撐每一支冷卻管的一部分，第二位置則不能支撐所述部分，該支撐配件利用託架裝置的移動而在第一及第二位置間移動，利用機器帶動的傳遞裝置至少存在一個散熱片在相對託架裝置的選擇位置，並利用夾持裝置在與託架裝置接觸時用以支撐每一個存在的散熱片。
我們也提出一種冷卻管安裝散熱片的方法，其特徵在於其步驟包括支撐具有一活動端的冷卻管；將託架裝置定位在起始的位置，以預定的角度方向在託架裝置上安裝一個散熱片，當託架裝置處在起始位置時安裝此散熱片於託架裝置上，移動託架裝置以便於驅動該散熱片穿過冷卻管的活動端，此後沿冷卻管到預定的距離，再將不帶有散熱片的託架裝置返回至所述的起始位置，並重複此循環，將另一個散熱片以預定的角度方向安裝於託架裝置上，但此託架裝置具有較小的預定距離。
另外，為了可同時裝設多個冷卻管以組成散熱組，我們提出的步驟是(1)在基本固定的相對位置上同時支撐多個冷卻管，這些冷卻管的每一支均有一端是活動的，(2)在託架裝置上安裝一片散熱片與冷卻管的活動端相鄰，該散熱片上具有相應於冷卻管位置相符合的開孔，(3)將散熱片移到冷卻管上，和(4)將託架裝置返回以安裝另一散熱片。
託架裝置最好有許多相等於或大於冷卻管數量的開孔排列在上面，而且每一個開孔的尺寸比冷卻管的外徑稍微大一些。
一個理想的散熱組，其散熱片是板狀的，並且具有相等於冷卻管數量及排列的開孔，這些開孔(例如金屬或其他可變形的散熱片材料)比冷卻管的外徑稍微小一些，所以每一片散熱片壓配裝於冷卻管上，它藉助與軸摩擦配合進行軸向或轉動運動而夾持，但是仍藉助與託架嚙合以預定的角度安裝。理想的情況是，一些或所有的開孔均有一個適合的軸環以間隔散熱片，並與相鄰的散熱片互相嚙合。這些散熱片可以是波紋狀的，因此，相鄰的散熱片橫跨冷卻劑流動的方向形成一種部分正弦曲線的路徑，而與冷卻管相互衝擊，於是促進了冷卻劑的紊流，改善了熱傳遞。
通常散熱片包括一個完整的軸環，該軸環後端相鄰接較冷卻管直徑大的散熱片，而軸環的活動端(軸環的前端)具有較小的直徑，即在裝配於冷卻管上以前軸環通常是截錐形。
託架裝置包括一個具有適合與散熱片板表面接觸的搬運板，如軸環是獨立存在的用以預定散熱片板的角度。當託架裝置停留在起始位置時，此接觸表面通常有些與真空源相接的小開口，以使散熱片緊緊吸住接觸表面。當託架裝置開始移動時，散熱片通過冷卻管的活動端，軸環的前端與冷卻管壓配合。當散熱片克服摩擦阻力從軸環沿冷卻管驅動時，冷卻管接觸到散熱片的「阻力」，因此散熱片板緊靠接觸面後退，並且選擇接觸面的角度，所以保證連續的散熱片可以一個接一個平行的組裝。一般情況下，接觸面的角度將與冷卻管的軸線呈直角。
搬運板通常是可替換的，所以不同設計的散熱片板(例如有凹槽的，或與軸環不互相垂直的)能以平行的結構以預定的(通常是相同的)散熱片間隔有選擇地組合在一起，如使用一種帶各個凹槽或角度接觸面的搬運板。在適當的實施例中，接觸面是有開孔的，以便安放散熱片軸環，當軸環沿帶冷卻管被驅動，以避免軸環前端的斜撐時，軸環處在拖帶的狀態。
通常轉送裝置能從本裝置所攜帶的料鬥中選取散熱片，而料鬥可以相鄰裝置安排，但與裝置分離。
轉送裝置可同時配置選擇一個或多個散熱片，而散熱片可以是多個獨立的散熱片或一片公共散熱片(一種延長型的散熱片，帶有一排開口)。一種轉送裝置能以選擇的方向將選出的散熱片送到託架裝置，而另一種轉送裝置能將選出的散熱片轉至不同的方向，例如與散熱片料鬥中散熱片的方向呈90度角。
因為散熱片相對於個別冷卻管的方向是在託架裝置上設定的，所以具有非環形外周邊的非標準的冷卻管也可安裝散熱片。
現在將通過舉例的方式並參考
本發明，圖中圖1是本發明安裝散熱片機器的透視圖；圖2是圖1中安裝散熱片機器的局部左側視圖；圖3是用於圖1機器中的板狀散熱片的局部透視圖；圖4是用於圖1機器中的支撐配件的透視圖；圖5是託架裝置、組合的散熱片料鬥及轉送裝置的局部端視圖，託架裝置是兩段式的；
圖6是散熱片組的局部透視圖；及圖7是具有非金屬散熱片的散熱組的另一替換實施例的局部平面視圖。
優選實施例的描述在本說明中，方向性的術語如「頂端」、「底部」、「上」、「下」等等，是依據如圖1所示的機器以及其部件的方向而定，該方向是我們預先一般使用的方向。然而，我們不排除基本上垂直地使用帶有豎直的(或懸吊的)冷卻管的機器，並且相對的方向術語將被轉換到這個方向。
該機器10包括有一個基本堅固的基座12，在其一端固定安裝夾緊裝置14。此基座具有一對導杆16，在導杆上可以滑動託架裝置18。在本裝置中用來移動託架裝置18的驅動裝置是一個現有設計的線性馬達，該線性馬達包括一個安裝於基座12上的主要線圈20，主要線圈20大致平行於基座12的縱軸A；和一個與託架裝置18相連接的次要線圈22，次要線圈22隨著託架裝置緊密地鄰近主要線圈20滑動。接通主要和次要線圈的電線是採用已知的方式，圖中並未顯示。
冷卻管24a、b、c的排列為每支管的端部均被夾緊裝置14夾持；這樣，將這些冷卻管安裝在懸臂梁上。在該裝置的排列中，在三個垂直間隔的行列中包括十支冷卻管，其中三支管24a位於最上排，四支管24b位於中間，而另外三支管24c位於最下排。
如圖二可清楚看出，在該實例的裝置中夾緊裝置14包括一對螺栓30，其上裝有四個夾緊梁32a、34a、34b、32b。夾緊梁32a的下面有三個半圓形凹槽36a。夾緊梁34a的上面有三個半圓形凹槽36a。夾緊梁34a的下面有四個半圓形凹槽36b，夾緊梁34b的上面具有三個半圓形的凹槽。
這些半圓形凹槽36a、36b的位置及這些夾緊梁32a、b和34a、b是這樣安排的，即這些夾緊梁組合在一起，使這些凹槽相互對準，形成具有三個圓形開口的二排，介於該二排之間構成具有四個圓形開口的一排，這些開口排成三角形，最好呈等邊三角形。
這些開口可以呈圓形的或基本上呈圓形排列，因此要求的夾緊負載施加到冷卻管上，也就是說，使用者需要使冷卻管稍微的扭曲，否則該夾緊梁本身將在全部夾緊負載時發生輕微的扭曲。
為了將冷卻管裝入夾緊裝置14中，將夾緊梁32b安裝在螺栓30上，而三支冷卻管24c的末端則分別置於凹槽36c中。然後夾緊梁34b下降在螺栓30上，這個夾緊梁的作用是在於定位和局部夾緊已被安放的三支冷卻管24c。而後將四支冷卻管24b放置在夾緊梁34b的四個凹槽36b中，且夾緊梁34a下降在螺栓30上，定位並局部夾緊四支冷卻管24b。最後，把三支冷卻管24a放置在夾緊梁34a上的三個凹槽36a上，夾緊梁32a再下降裝在螺栓30上。螺帽40用於將夾緊梁32a、b及34a、b夾持在一起，因此，冷卻管24a、b、c的末端被牢牢地固定住。
在夾緊過程中，該實施例的冷卻管的活動端(相對於被夾緊的一端)暫時被管子自身支撐住；在替換的或另外的實施例中，在冷卻管24b或24a未安置前，夾緊梁34b可與夾緊梁32b牢牢地夾持在一起，以便完全支撐冷卻管24c，所以為每一排冷卻管24a、b、c可提供分離的夾緊裝置。
在替換的夾緊裝置中，夾緊梁32a、b及34a、b藉助壓縮彈簧而偏離開，氣動活塞作用在夾緊梁32a上，以克服彈簧力，並將夾緊梁夾持在一起；當氣體活塞放鬆時，彈簧將這些夾緊梁推開如同圖二所示的狀況。
如此，將冷卻管24a、b、c安置在懸臂梁上，以它們各自的軸線大致平行於基座12的A軸。在該實施例中，冷卻管24a、b、c幾乎和基座等長，因此在這些冷卻管的活動端42之間只存在一個很小的縫隙，而託架裝置18在臺架上的位置如圖1所示。因此，應理解本裝置的基座必須有足夠的長度，以便容納使用中所要求的冷卻管的長度，例如基座長度為6米或大於6米。然而，本裝置也可能在冷卻管的中點處支撐非常長的冷卻管(也就是說，在冷卻管的中間配裝一個套筒，該套筒能如上述被夾持)，然後分別從冷卻管的各端分開的兩段連續固定散熱片。隨著冷卻管的固定散熱片，該套筒將由採用支撐板或熱交換器中其他隔板而替換。
另外，有一些散熱片可有選擇地安裝在冷卻管上適當的中點位置，當此冷卻管的每個「半段」分別裝散熱片時，這些散熱片能被用來夾持冷卻管。
在一實施例中，為了分別給長冷卻管的兩個「半段」裝上散熱片，將冷卻管的其中一個「半段」首先裝上散熱片，然後使冷卻管脫開夾緊裝置轉動180度，之後對冷卻管的另外「半段」安裝散熱片。在一種替換實施例中，可將夾緊裝置安裝在一個可迴轉的轉盤上，所以不需要鬆脫的冷卻管而做180度的迴轉。另一種替換實施例中，冷卻管每「半段」可以同時地安裝散熱片，夾緊裝置的一邊帶有第一託架裝置及驅動裝置，而另一邊帶有第二託架裝置和驅動裝置。本發明的特徵的優點在於，有可能使安裝散熱片的冷卻管和散熱片組的長度等於或大於那些外部呈螺旋形纏繞條帶的長度，例如2×6米。
另外，分為兩段的冷卻管分別從各端部安裝散熱片的方法，能縮短散熱片安裝到冷卻管上的最大距離。例如，一支6米長的冷卻管，驅動裝置的工作速度為每秒3米，希望在冷卻管上驅動散熱片最多不超過3米，以避免因散熱片和冷卻管之間的摩擦而使散熱片累積過多的熱量，這些過多的熱量累積將影響散熱片與冷卻管之間可能的熱接觸。
兩個或更多的驅動裝置(例如線性馬達)能夠與託架裝置串聯或並聯安裝，以便產生較大的驅動力，同時可對一個較大型的冷卻管組安裝散熱片。
託架裝置18具有一個搬運板44，其上具有十個相對冷卻管排列位置的開孔。在搬運板上，開孔46比冷卻管的外徑稍微大些，所以在冷卻管和搬運板之間會產生一些接觸與摩擦，也有可能不會發生接觸與摩擦。
在該實施例中，此機器是用於製造一個散熱片組，所以其上具有十個和冷卻管組24a、b、c排列對應的開孔的一個單板狀散熱片50，安裝到這些冷卻管上。搬運板44上有一個為散熱片而設的支撐裝置(圖中未顯示)。該支撐裝置可能是機械的，例如有能在開孔的中間或邊緣抓住散熱片的夾子，能夠夾於散熱片和搬運板之間的局部散熱片的樞軸板(雖然到開孔的一邊散熱片需要一段深度)，或是鎖環；該支撐裝置對適當的材質是有磁性的。在可選擇的或較佳的實施例中，可用單獨的或共同的機械裝置，由壓力把散熱片安裝到搬運板上，搬運板連接在一個泵上，因此搬運板的開口處發生負壓，使這些開口被散熱片覆蓋，所以抽吸效應導致散熱片繼續與搬運板接觸。在這個替換的實施例中，當託架裝置通過冷卻管的活動端42時，泵立刻被關掉，由於散熱片板反向後退所產生的軸環摩擦阻力較板反向後退所需要的阻力為大，所以散熱片將被安裝在冷卻管上。
如圖3所示，散熱片50上的開口52每個均具有一個軸環或端緣54。確定軸環尺寸使其後端56較冷卻管的外徑稍大，而前端58則較冷卻管的外徑稍小些。這樣，散熱片以摩擦配合的方式安裝在冷卻管上，將給定的開口前端58微微擴張，以適應各個冷卻管24a、b、c。當散熱片安裝在冷卻管上時，每一個開口的後端將與冷卻管稍有段間隔，但與相鄰散熱片的前端吻合。在這種方式中，造成相鄰的散熱片嚙合及連鎖在一起，協同的散熱片使散熱片組的強度增加。另外，這些軸環的作用是能使散熱片分開安置。當所需的連續移動力量超出某一限度時，且該限度是由一散熱片的前端與相鄰散熱片的後端之間的嚙合程度所決定時，帶有這種散熱片的裝置可用來終止驅動散熱片安裝到冷卻管上。
而且，如冷卻劑或其中的汙染物對冷卻管壁是有腐蝕性時，則該軸環的作用是防止冷卻劑與冷卻管壁接觸。
在可供選擇的或最佳的實施例中，如線性變頻器或電位計這類的測量裝置可用於決定託架裝置和基座上的相對位置，並且控制裝置可用於與驅動裝置結合，以便在冷卻管上預定的位置連續放置散熱片，例如連續的散熱片可以沿著冷卻管上的100CM、99.9CM、99.6CM的位置放置。當散熱片的間隔相當大時，也就是說當相鄰的散熱片不能嚙合安裝時，如冷卻劑是特別地粘稠，以及當散熱片的軸環長度能被嚴格控制時，本實施例具有優點，所以一個特定的散熱片間隔可保證使相鄰的散熱片之間的前端/後端的嚙合。在具有如位置傳感器的變頻器的已知線性馬達中，馬達的位置可以控制到所要求的精密度達5μm。
對於特別長的冷卻管來說，我們預知必須有附加的支撐裝置，也就是說，即使當那些活動端被裝配在集中錐體上時，冷卻管仍可能會彎曲到使託架裝置阻塞冷卻管的活動端的程度。附加的支撐配件60如圖4所示。
該支撐配件60中具有軸62，在軸上裝設有三個支臂64a、64b、64c。這些支臂64a、b、c以相等於冷卻管各排24a、b、c之間隔的距離分開。這些支撐配件60上有栓銷66，它可裝在基座12的一個孔中；當安裝時，軸62基本上是垂直的，且此支撐配件將可相當自由地繞栓銷66旋轉。在圖中與臂64a、b、c呈直角凸出的控制臂70也同樣是由軸62所支撐。
在使用上，該支撐配件60具有第一位置(如圖所示)，在此位置臂64a、b、c分別位於冷卻管各排24a、b、c的下方，冷卻管的重量由這些臂支撐，所以可以阻止任何在重力影響下造成的冷卻管的彎曲傾向。當託架裝置通過支撐配件時，這些臂64a、b、c被推出軌道(即支撐配件60以大約90度的角度繞栓銷66旋轉至它的第二位置，此時冷卻管由託架裝置和散熱片來支撐。在第二位置，控制臂70位於託架裝置的通道上，因此託架裝置的返回導致支撐配件60旋轉回到其第一位置上。
基座12包括有止擋裝置(未示出)，以限制支撐配件在其第一和第二位置之間的旋轉；在替換的實施例中，裝設彈性偏斜裝置，可用於確保支撐配件停留在其第一或第二個位置上，除非因託架裝置移動否則不會旋轉。
當需要支撐一段特別長的冷卻管時，可以沿基座間隔安裝數個支撐配件60。
根據圖5所示的安裝散熱片機器，其中冷卻管排列成單獨的一排，支撐裝置可能是單一的杆棒。該杆棒能和圖4的支撐配件60一樣的方式旋轉，或者它能在冷卻管下方升起或落下(在託架裝置運動的通道外)。如支撐裝置從冷卻管的下方升起，它可有部分圓形的凹槽，以減少或防止冷卻管側向移動。
支撐裝置的高度是可變的，以便支撐起初未安裝散熱片的冷卻管而後來已安裝散熱片的冷卻管部分。
可以理解，此機器還可用於將分離的散熱片同時安裝在幾個冷卻管上。而且，常用的冷卻管排列的模型可被大範圍地選擇，以適合消費者或使用者的需要，同時安裝散熱片的冷卻管數目，或者散熱片組中冷卻管的數目，僅受到本裝置所克服的散熱片和冷卻管之間結合所產生的摩擦力的功率限制。冷卻管的數目和排列的相對位置可隨夾緊裝置的形式和尺寸的改變而變化，並且與搬運板形式的改變對應。
如圖5的實施例中，機器100包括託架裝置144，在該裝置上具有十個成排的開口146，用以接受十個分離的散熱片軸環或一個單獨的板狀散熱片150。每一個開口146周圍緊緊地由四個通氣孔145所環繞，該通氣孔引導到由相等的通路149連接的上、下真空歧管147。在該實施例中這些開口146是處在扁平狀搬運板143上，然而該搬運板具有一個向上和向下的凹槽148，向上的凹槽148可使轉送裝置進行運作(下面詳述)。
在一替換的實施例中，搬運板143的前表面是不平坦的，例如是波狀的或有凹槽的，以使之能配合波狀的或有凹槽的散熱片；這些散熱片將藉助具有特殊角度方向的裝置安裝在冷卻管上，即凹槽平行於相鄰的散熱片的凹槽，因此使冷卻劑衝擊在冷卻管上能保持固定寬度的流動通道，而凹槽使流體橫向的或充分的流動，以至加強了紊流，從而增強了熱轉移。在另一實施例中省略了這些凹槽，所以所有搬運板的前表面是處在一個平面上。在理想的實施例中，前表面是由附加在真空歧管上的板所提供，該板可由其他帶有不同尺寸及間隔的開口的板所置換，因此不同排列的冷卻管可用此裝置安裝散熱片。
固定於託架裝置144底面(用螺釘固定，未示出)的是線性馬達的主要線圈122。該線性馬達的次要線圈120安裝在機器的基座112上。適當的激勵線圈120、122致使託架裝置橫向向前或向後，即向本文的內、外方向活動。
在該實施例中，託架裝置144安裝板狀散熱片150，適於提供十支成一排的冷卻管形成的延伸的表面。幾個散熱片150裝配在料鬥152上，藉助手或輔助裝置(未示出)從安裝散熱片的機器上分離。這樣，一個散熱片150與另一散熱片軸向間隔開，並與軸環面向後方的方式安裝在另一散熱片之後。料鬥152具有槽形的底板和左壁，以便使散熱片能維持在各直立的軸向間隔排列的狀態，但是其頂端及右壁是敞開的，以下說明原因。
散熱片150基本是平坦的，即只有環繞每個開口151的軸環從那裡突出。然而，在其他實施例中，散熱片具有一個或多個橫梁伸至這些開口的任一邊(除此外或者形成如上述的凹槽)，以增加強度，並在散熱片安裝到冷卻管上以前，協助散熱片保持筆直。然而可以理解，這些橫梁將位於與通氣孔145嚙合處的外側，所以不會影響搬運板上的散熱片保持真空。
料鬥151可藉助滾珠絲槓和步進馬達154在線性導杆153上向前標示。在替換實施例中，本料鬥是固定的，但是帶有可向前彈性偏斜的、通過間隔裝置臨時保持分開的、或只由它們的軸環來保持間隔的散熱片。
轉送裝置160由兩個安裝在卡盤板162上的氣動夾頭161所組成，氣動夾頭本身由軸承組164安裝在一對橫梁165上(在圖中只可見到其中一個橫梁)。這對橫梁165是不鏽鋼製的，其相對的兩端由縱立的支柱166、167支撐。
卡盤板162可移動到料鬥151上方的位置。這種移動受頭部168的影響，在該實施例中裝入一個汽動馬達，以便使卡盤板162在左端的移動終點170和右端的移動終點171之間沿橫梁165前後滑動。
在卡盤板162左端的位置，每一個氣動夾頭161均有兩支抓手能緊緊地抓住最前面的公共散熱片的兩端。當卡盤板162移至其右端的位置時(如圖5所示)，散熱片150將壓在搬運板143的上面。在該位置上的散熱片150完全地或牢牢地遮蔽住通氣孔145，所以當真空泵啟動時，散熱片150夾持在搬運板上。然後氣動夾頭161將散熱片150釋放(每個氣動夾頭的一支抓手佔有凹槽148的一部分)。氣動夾頭161上帶有磁性的傳感器，可用通常的方法來探測氣動夾頭上的抓手是打開還是夾緊。
在第一個替換實施例中，安裝在卡盤板162上有超過兩個以上的氣動夾頭。在第二個實施例中，適於從料鬥中抓取數個獨立的(不連結的)散熱片有十個氣動夾頭，或者對準成一列的獨立散熱片有一個帶多個抓手的氣動夾頭，該氣動夾頭橫向延伸越過十個散熱片的寬度。
在第三個替換實施例中，該抓手是可以向後方轉動的，所以每一個散熱片軸環可擺動入開口146中，然後被真空吸在通氣孔145上。在第四個可替換的實施例中，氣動夾頭將公共散熱片(或獨立的散熱片)吸在搬運板143的前面，而且當搬運板軸向向前移動時，即在冷卻管安裝散熱片動作的第一個部分期間，散熱片的軸環進入開口146中。
在顯示的實施例中氣動夾頭161繞著垂直於紙面的軸線在它們各自的裝配件上轉動，所以在搬運板移動前，將這些抓手與搬運板143脫離。
當將氣動夾頭移動至如圖5所示的位置時，在料鬥151中的下一個散熱片150將移至一個可夾緊的位置。
託架裝置144的移動是由線性導杆172以及移動組塊173所控制。
由託架裝置移動的軸向距離是由線性解碼器控制。軸環的位置以及散熱片沿冷卻管的位置將預先確定，所以位置的誤差是不會累加的；也就是說，每一個散熱片都將給予一個相對於冷卻管的預設位置，對每一個連續的散熱片託架機構的移動較少。如果需要，散熱片組之間的間隙可以設定，本發明的機器尤其適用於需要中間補充支撐件，以防止冷卻管下垂或冷卻管間接觸的長冷卻管。
在使用該冷卻管安裝散熱片裝置的其他方法中，第一個公共散熱片(或第一組單獨散熱片)被託架裝置及驅動裝置推到冷卻管的末端，但該散熱片不會沿冷卻管被推至它的最終位置，然後託架裝置再移回到它的初始位置，以接收第二個公共散熱片(或第二組單獨散熱片)，於是第二個公共散熱片也被推到冷卻管的末端，與第一個散熱片嚙合。然後第一個與第二個散熱片一起沿冷卻管被推到它們的最終位置。
這個方法對於將散熱片強制移至冷卻管末端是有利的，在這其間，軸環的前端將在冷卻管末端或中央錐體上擴張，這時驅動裝置需要有最大的動力，移動時驅動裝置只推進了單一片的散熱片(或單一組的獨立的散熱片)。因此，沿著冷卻管移動散熱片需要較少的動力，所以，一旦這些散熱片的軸環已在冷卻管末端擴張，驅動裝置就能推進兩片內部嚙合在一起的散熱片。
由此可了解，該方法使託架裝置的總運動減少，而因此可能減少了循環時間。此方法也可能使已給的驅動裝置，利用託架裝置沿冷卻管同時搬運三片嚙合的公共散熱片(或三組嚙合的單獨散熱片)，然而在一片散熱片軸環前端與相鄰散熱片軸環後端之間的內部鎖定嚙合，會使得這種方法不實用。
圖6所示為由圖5所示機器製做的散熱片組的一部分。散熱片板150已配裝到冷卻管124上，形成帶有寬間隔的散熱片板的散熱片組，例如每一散熱片板在預先設定的冷卻管軸向位置上間隔20mm。在該實施例中，軸環154是環狀的，而且在軸環的前端158摩擦地夾緊冷卻管。
在另一實施例中，有超過十支的冷卻管排成一列，並採用更寬大的供給及定位設備，或選擇兩臺裝置平行並列，或者同時運作，例如每一臺裝置都安裝具有十個開口的散熱片板150。
可以理解，所有的冷卻管(或所有的散熱片，如果這些散熱片是分開的)不必要由相同的材料製成。因此裝置100能同時製作各包含有五個冷卻管排成一列的散熱片組，在這個例子中，其中一個散熱片組所包含的冷卻管和散熱片可以由第一種材質組成，而另一個散熱片組中的冷卻管及散熱片則可由第二種材質組合而成。另外，已知在使用熱交換器冷卻管時會發生沿冷卻管長度有不同的流體繞過的狀況(或許腐蝕性的流體只繞過冷卻管長度的一半)；而用本發明的裝置沿不同長度的冷卻管可應用安裝不同材質的散熱片(以及不同的散熱片密度)，所以不需要整個冷卻管安裝不同材質的散熱片以適應不同的環境，而只需要安裝一些散熱片即可。
在圖7的設備中，冷卻管224以及延伸表面配件都是用當伸展或撞擊時容易破碎或折斷的材料製成的。將這樣的材料，例如碳化矽或陶瓷材料，用於熱交換器，是因為它們能承受住高溫以及特別具有腐蝕性的流體(如熱的氫氟酸蒸氣)。而散熱片250的形式是平面有開孔的板(即沒有軸環)。在散熱片組201中，每一片散熱片250有三個圓形的開口對應與三支冷卻管224的位置。開口的尺寸(直徑)等於或稍大於冷卻管的尺寸(如外徑)，所以散熱片具有一與冷卻管嚙合的表面258，而且與冷卻管滑動配合(在一替換的實施例中，散熱片鬆動配合在冷卻管上)。
在每一對散熱片250之間有一個石臘或類似物質的半固體的間隔物252，當第二片散熱片250滑進位置時，此間隔物會隨之變形，並將第二散熱片臨時夾持在冷卻管上的預定位置，當所有的散熱片都滑進在冷卻管上時，這個組合的散熱片組是「灼熱的」(為了將散熱片及冷卻管熔在一起)，即使該間隔物252最好能由非可熔性的材料做成，但仍將它們蒸發以便增加熱交換器隨後的可使用的面積。
在一替換的實施例中，該間隔物可由分散的體積形成，或者當散熱片沿著或圍繞冷卻管傳送時(或散熱片組沿冷卻管傳送)噴灑在散熱片上。如果在灼燒時未蒸發，可能在鄰近的散熱片中形成軸向柱狀物，並促進散熱片間冷卻劑的紊流產生；或在更精細的安排下，該半固體狀的間隔物立即噴灑在冷卻管上預定的安裝散熱片位置之前。
權利要求
1.一種熱交換器中的熱交換單元(101；201)，其包括第一個具有外表面和延伸表面配件(50；150；250)的冷卻管(24a，24b，24c；124；224)，其安裝在沿外表面軸向間隔的位置，這些配件每一個均具有一個冷卻管的嚙合面(58；158；258)，其特徵是，每一個配件均分別安裝於預定的軸向位置。
2.如權利要求1所述的熱交換單元，其特徵是，這些配件每一個都有整體的軸環(54；154)，其中至少有一個散熱片的軸環能與其兩個相鄰散熱片的軸環相連接。
3.如權利要求1所述的熱交換單元，其特徵是，這些延伸表面的配件和冷卻管的材質相同，且這些配件是相間隔開的。
4.一種熱交換散熱片組(101；102)，其包括如權利要求1-3中任一項所述的熱交換單元，其特徵是，具有第二冷卻管經由延伸表面配件與第一冷卻管相連，延伸表面配件是軸向間隔的冷卻管散熱片。
5.一種為冷卻管安裝散熱片的機器(10；100)，用以製造如權利要求1-4中任一項所述的熱交換單元，其包括一個基座(12；112)，安裝於基座上的夾緊裝置(14)，可相對於基座移動的託架裝置(18；144)，以及移動託架裝置的驅動裝置(20，22；120，122)，其特徵是，夾緊裝置能夾持第一冷卻管的一部分，而託架裝置則至少能運送一個散熱片至相鄰於上述冷卻管被夾持部分的一軸向預定位置。
6.如權利要求5所述的為冷卻管安裝散熱片的機器，其特徵是，驅動裝置是一個具有主、副線圈的線性馬達，該線性馬達的主線圈固定到基座上，而副線圈可滑動的安裝在基座上，其中託架裝置與副線圈相連接。
7.如權利要求6所述的為冷卻管安裝散熱片的機器，其特徵是，主線圈是「鼠籠式線圈」，而副線圈是多相式線圈，最好是三相式線圈，測量裝置(175)的設置可確定託架裝置相對基座的位置，測量裝置與驅動裝置的控制裝置相連接，因此可使託架裝置移動至相對於基座的預定位置。
8.如權利要求5-7中任一項所述的為冷卻管安裝散熱片的機器，其特徵是，夾緊裝置(14)能夠通過至少一支冷卻管的支撐配件，以預先選擇的排列方式同時夾住許多冷卻管，以便相對基座樞軸旋轉，該機器的第一位置可支撐每一支冷卻管的一部分，但第二位置則不能支撐所述部分，支撐配件通過託架裝置的移動而在第一和第二位置間移動，藉助由裝置攜帶的轉送裝置(160)，至少有一個散熱片處在相對於託架裝置的選擇位置上，並由夾持裝置(145)在與託架裝置鄰接時支撐每一個所在的散熱片。
9.一種為冷卻管(24a，24b，24c；124；224)安裝散熱片的方法，其特徵是，包括步驟支撐一端為活動端(42)的冷卻管；將託架裝置(18；144)定位在起始的位置；在託架裝置上以預定的角度和方向安裝一個散熱片(50；150；250)；當託架裝置處於起始位置時，將該散熱片安裝在託架裝置上；移動託架裝置以便驅動此散熱片至冷卻管的活動端；此後沿冷卻管到預定的距離；再將不帶有散熱片的託架裝置返回至所述的位置；以及重複此循環，將另一個散熱片依預定的角度方向安裝於託架裝置上，但此託架裝置具有較小的預定距離。
10.如權利要求9所述的為冷卻管安裝散熱片的方法，用以同時裝設多個冷卻管散熱片以組成權利要求4所述的散熱片組(101；201)，其特徵是，包括步驟(i)在基本固定的相對位置上同時支撐多個冷卻管，這些冷卻管的每一個均有一端是活動的，(ii)在託架裝置上安裝一片散熱片與冷卻管的活動端相鄰，該散熱片上具有對應於冷卻管位置相符合的開孔(52；151)，(iii)將散熱片移到冷卻管上，和(iv)將託架裝置返回以便安裝另一散熱片。
11.如權利要求9或10所述的為冷卻管安裝散熱片的方法，其特徵是，散熱片包括一徑向凸緣，該徑向凸緣是散熱片置放在託架裝置上的部分，託架裝置驅動徑向凸緣經過冷卻管的活動端直到所述的預定距離。
12.如權利要求9-11中任一項所述的為冷卻管安裝散熱片的方法，其特徵是，冷卻管支撐在其兩端之間，因此冷卻管有兩個活動端，其特徵是，可以分別從兩活動端安裝散熱片。
全文摘要
一種熱交換器中的熱交換單元,包括第一個具有外表面和延伸表面配件(50;150;250)的冷卻管(24a,24b,24c;124;224),沿外表面安裝於軸向間隔的位置,這些配件的每一個均具有冷卻管的嚙合面(58;158;258),且均安裝在預定的軸向位置。本發明也公開了一種熱交換散熱片組(101;201),其包括通過延伸表面配件與第一冷卻管相連的第二冷卻管的熱交換單元,該延伸表面配件為預定軸向間隔的冷卻管散熱片。此外還公開了一種為冷卻管安裝散熱片的機器(10;100),其包括一個基座(12;112),安裝於基座上的夾緊裝置(14),可相對於基座移動的託架裝置(18;144),以及移動託架裝置的驅動裝置(20,22;120;122)。夾緊裝置能夾持第一冷卻管的一部分,而託架裝置則至少能運送一個散熱片(50,150,250)至相鄰於所述部分的軸向預定位置。另外還公開了一種為冷卻管(24a,24b,24c;124;224)安裝散熱片的方法,其包括支撐一端為活動的(42)冷卻管;將託架裝置(18;144)定位在起始的位置;在託架裝置上以預定的角度方向安裝一個散熱片(50;150;250);當託架裝置處在起始位置時,安裝散熱片在託架裝置其上;移動託架裝置以便驅動散熱片至冷卻管的活動端上;此後沿著冷卻管到預定的距離;再將不帶有散熱片的託架裝置返回至上述的位置,並重複此循環將另一個散熱片依預定的角度方向安裝於託架裝置上,但此託架裝置具有較小的預定距離。
文檔編號F28F21/00GK1185205SQ96194159
公開日1998年6月17日 申請日期1996年5月1日 優先權日1995年5月2日
發明者戴維·B·皮爾斯 申請人:戴維·B·皮爾斯