CN101086434A - 一种换热器及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种换热器，包括铝质主体，铝质主体内设有供换热媒质流通的换热媒质通道，表面向外延伸有用于进行热量交换的翅片。一种换热器的制作方法，包括采用拉伸或者挤出的方式，成形具有换热媒质通道的铝质主体；以及使用铲削的加工方法在铝质主体的外表面铲削出翅片。采用本发明技术方案的换热器，由于主体和翅片为整体结构，翅片和主体间不存在额外的结合热阻，因而换热效率提高。采用本发明技术方案的换热器制造方法，加工工艺简化，可有效保证产品质量的一致性，同时避免了使用价格昂贵的紫铜管，有效的降低了成本。

Description

一种换热器及其制作方法
技术领域
本发明涉及一种换热器及其制作方法，尤其涉及一种在制冷系统中用作蒸发器或者冷凝器的换热器及其制作方法。
背景技术
换热器是冰箱和空调器中的重要部件，换热媒质在换热器中通过状态的改变来吸收或者放出热量，以实现热量的转移。比如空调的换热器包括室内换热器(蒸发器)和室外换热器(冷凝器)。蒸发器是制冷系统的直接制冷器件，低压液态制冷剂在其内吸热蒸发，从而使周围的空气温度下降；冷凝器的作用是将制冷剂在蒸发器和压缩机中吸收的热量传送到室外的空气中。
传统换热器其结构如图1所示，包括铜管和翅片。铜管一般为紫铜制成；翅片一般是以0.1～0.2毫米厚的铝片(本文中所说的铝，包括纯铝及铝合金)制成，翅片间距为1.5～2.5毫米。其加工工艺一般为紫铜管套上铝翅片，然后膨胀紫铜管以使得翅片固定而成，也有采用焊接或者铆接工艺将翅片和铜管结合的。由于这种工艺方式，翅片与铜管之间存在额外的结合热阻，且整体刚性差、传热性能不好，影响了换热器能效比的提高。为了增加热交换面积，科技人员陆续又开发了波纹翅片和冲缝翅片，但是此类工艺复杂而且翅片上容易积尘结垢，使得此类技术也没有得到很好的发展；加之近几年来紫铜管价格高涨，更坚定了设计者们改变上述结构的决心。
针对以上提到的问题，随着工艺的发展，人们为了降低原材料成本设计了一种用空心铝管代替紫铜管的换热器，但是还是采用膨胀或者焊接等结合工艺，经过性能测试后发现由于铝管的延展性、致密性不好，导致换热器出现制冷剂泄露的现象，同时热交换效率明显不能满足要求。
发明内容
本发明的目的就是为解决现有技术中换热器成本高、加工工艺复杂、换热效率低的问题，提供一种换热器及其制作方法，降低原材料成本、简化加工工艺，并且提高了换热效率。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种换热器，包括铝质主体，铝质主体内设置有供换热媒质流通的换热媒质通道；表面向外延伸有用于进行热量交换的翅片。
进一步的，翅片优选为片状结构，从主体上通过铲削加工工艺制成。
其中，翅片的厚度、高度和间距根据换热量及风阻的大小而设定。
本发明的进一步改进是：换热器折弯成“s”形、“c”形或螺旋形。
铝质主体的横截面可以为多种形状，其优选的横截面为矩形或梯形，所述翅片位于铝质主体的两个相对的外侧面。
本发明的更进一步改进是：还包括用于固定安装换热器的支撑板，所述主体的两头还设有用于连通主体内的换热媒质通道和外界换热媒质管道的管接头。
所述换热媒质通道的横截面形状是圆形、三角形、四边形、多边形中的任意一种。
所述换热媒质通道在一个主体内设置有多个。
本发明同时提供一种换热器的制作方法，包括以下步骤：
A1、制作铝质主体：采用拉伸或者挤出的方式，形成其内具有供换热媒质流通的换热媒质通道的铝管；
B1、制作散热片；使用铲削的加工方法在所述步骤A1形成的铝管的外表面铲削出翅片。
本发明的进一步改进是：在步骤B1之后还包括以下步骤：
C1、推翅：根据需要调整翅片与主体的表面呈一定夹角。
D1、将铲削出翅片的换热器折弯成需要的形状。
采用本发明技术方案的换热器，由于主体和翅片为整体结构，没有传统换热器中翅片和主体间额外的结合热阻，因而整体热阻减小，换热效率提高。采用本发明技术方案的换热器制造方法，由于翅片是在构成主体的铝型材上铲削制成，简化了加工工艺，可有效保证产品质量的一致性，同时避免了使用价格昂贵的紫铜管，有效的降低了成本。由于换热媒质通道是由铝材挤出成型而成，密闭性能良好，有效避免换热媒质的泄漏；同时挤出成形可以方便的挤出所需要的转热媒质通道。由于可以在加工好翅片之后将换热器折弯成所需的形状，相比采用多根铜管焊接而成的现有技术，没有焊缝和焊点，可有效避免换热器中换热媒质泄露的致命缺陷。且根据需要将原本长条形的换热器，折弯成需要的各种形状，增强了应用的方便性和灵活性。
附图说明
图1是现有紫铜管穿片式的立体结构示意图；
图2为本发明实施例一换热器的立体结构示意图；
图3为本发明实施例一换热器被折弯后的立体结构示意图；
图4为本发明实施例二带管接头的换热器的装配示意图；
图5为本发明实施例二带管接头的换热器的立体结构示意图；
图6为本发明实施例三带管接头和支撑板的换热器立体结构示意图；
图7为本发明实施例三带另一种形式支撑板的换热器立体示意图；
图8为本发明实施例四折弯成“C”形的换热器立体结构示意图。
具体实施方式
实施例一
本实施例的换热器，如图2所示，包括铝质主体1和片状的翅片3。铝质主体1内设有供换热媒质流动的换热媒质通道2。
本实施例的换热器铝质主体1中有四个大小一样的圆形的通道，均为换热媒质通道2。换热媒质通道2的截面形状也可以为三角形、方形、四边形、多边形中等任一形状中的一种或多种，一般来说采用圆形或者方形截面形状的较多，因为圆形截面的流动阻力最小，而方形可以在一定尺寸的铝质主体1中获得最大的截面面积。因为铝质主体1是采用挤出或者拉伸成形的工艺成形的，理论上来说对各种截面形状的换热媒质通道都不难制造出来，但是一般根据换热媒质的流动阻力及换热量的大小合理确定换热媒质通道的截面形状、尺寸及数目。
本实施例中在主体1的横截面为矩形，也可以为梯形，主体1的上下表面各有一排翅片3，每片翅片3均为矩形，各翅片3均匀的排列在主体1的上下表面上。翅片3的形状和尺寸可根据换热需要在设计时做出调整，包括厚度、高度以及翅片3之间的间距等。换热量大，就必需增加散热面积，增加面积的方法可以加大翅片3的高度和减小翅片3间的距离，但这样就导致风阻的加大。通常的做法是找到一个平衡点以满足要求。根据经验当风速为2.5m/s以下时，翅片3间距保持2.0～3.0mm；当风速为2.5mm/s以上时，翅片间距保持1.0～2.0mm。
本实施例的换热器，最初是一个长条形铝型材，在加工出翅片3之后还是基本呈长条形的(如图2所示)，然后根据需要被多次折弯，最终形成需要的形状，例如将换热器弯折成“s”形、“c”形或螺旋形，这样可以在不增加产品的长度的基础上增大换热效果。本实施例最终形成的“s”形如图3所示，形成的“c”形如图8所示。
本实施例中，根据换热的需要，主体中的换热媒质通道2还可以是一个，或平行的两个或三个，甚至三个以上。
由于主体一般是拉伸(或者挤出)成型的铝型材，本实施例的换热器其加工工艺为：首先可以根据需要设计模具，拉伸或者挤出具有合适截面的铝型材，铝型材中设有供换热媒质流动的换热媒质通道2，本实施例中有四个同样直径的圆形换热媒质通道2。此外，铝型材起码有一个外表面设计成翅片3的加工面，本实施例中将铝型材两个相对的，较宽的面设计为翅片3的待加工面，后期将在此两个面上加工出若干片翅片3。
根据本实施例的换热器的制作方法，是通过将铲削工艺引入到散热片的加工过程中，制作方法包括以下步骤：
A1、制作铝质主体1：采用拉伸或者挤出的方式，形成其内具有供换热媒质流通的换热媒质通道2的铝管。主体1中的换热媒质通道2的截面形状和数目可根据换热器尺寸、换热能力的需要和换热媒质流量的大小和阻力设计成多个圆形、方形或其它异型截面的通道。
B1、制作散热片；使用铲削的加工方法在所述步骤A1形成的铝管的外表面铲削出翅片3。
根据以上制作步骤，翅片3就是通过铲床，在铝质主体1(例如铝管)的两个待加工面上一片片或者一批批铲削出来的，因而翅片3和换热器的主体1是一个整体，不需要焊接、膨胀或者铆接等结合方式固定，更没有使用任何粘结剂，所以其间不存在额外的结合热阻，有利于提高换热器的整体热交换效率。同时，铲削工艺可以很好的保证各翅片3间的一致性，也方便自动化生产，提高加工效率，降低加工成本。
本实施例中翅片3是一片片铲削出来的，但是也可以一批批铲削出来。而这样又存在两种方式，可以做到一个工作循环铲削出一批翅片3，而不只是一片翅片3。比如可以将多个待铲削的主体平行固定在一起，通过选用和多个待铲削主体宽度匹配的较宽的铲刀，并调整铲刀的驱动力，就可以在一个工作循环中铲削出多个翅片3，即在每一个待铲削主体上铲削处以片翅片3，以大大提高铲削加工的效率。也可能存在另一种情况，即在一块待铲削主体1上有多个待铲削加工面，同理，只要选用合适的铲刀，调整铲刀的驱动力，也能在一个工作循环中铲出一批翅片3，即在每一个待加工面上，铲出一片翅片3。当然多个代加工面要满足一定的要求，比如这多个待代加工面是平行且共面的平面。
C1、推翅：根据需要调整翅片3与主体1的表面呈一定夹角。刚铲削出来的翅片3可能其与主体1的夹角不满足要求，可以增加一个推翅的工序，使得翅片3和主体1成一定角度。推翅可以采用专门的设备和专门的工序，也可以在铲削翅片的同时，进行推翅。本实施例采用一个固定在铲刀刀体前方的推板，在每次铲削翅片的同时，对上一个工作循环铲削出的翅片进行推翅。推板经设计可以调整角度，以使得可以将翅片推成需要的角度。
D1、将铲削出翅片(3)的换热器折弯成需要的形状。铲削出翅片的换热器一般是长条状的，因为铝材有一定可折弯性，最后根据需要，将制好翅片3的长条状换热器折弯，形成所需要的形状，比如C型，S型或者螺旋形等。
实施例二
如图4所示，本实施例与实施例一的不同之处在于，为了方便主体1中换热媒质通道2和外界热交换媒质的连接，在换热器的两端设置了管接头4，其装配示意图如图5所示。管接头4与主体1之间可以采用螺纹连接，也可以采用焊接等其它常见连接方式。
实施例三
如图6所示，本实施例是在实施例二的基础上，在换热器的一侧设置了支撑板5。增设支撑板5的目的是为了方便换热器的固定安装，有利于保证换热器的整体安装尺寸。
图7所示也是包括管接头4和支撑板5的换热器立体结构示意图，与图6的区别在于支撑板5是另外一种结构形式的两块支撑板5。此两块支撑板5位于换热器的两端，也起着方便换热器的固定安装，有利于保证换热器的整体安装尺寸的作用，但是因为避开了对换热器中部翅片3的遮挡，因而换热器整体效果更好。
实施例四
如图7所示，本实施例的换热器，在铲削好翅片3之后，根据需要将长条状换热器弯曲成如图7所示的“C”形，以增强应用的灵活性。当然，也可以根据需要折弯成其它各种形状。本实施例也在换热器两端设置了管接头4，以方便与外界换热媒质通道连接。
本发明由于换热翅片和换热媒质通道采用一体式结构，省略了紫铜管，因为紫铜管在现有换热器成本中所占的比重很大，由此可以极大地下降原材料成本。并且利用挤出成型的方式得到形成主体的铝管，使换热媒质通道得以加大并完全密封，避免了传统换热器经常出现的换热媒质泄漏的严重问题。相对于现有技术，由于取消了紫铜管，采用了一体式结构，所以不用先穿翅片后胀管工序，同时翅片和换热肌体本身就是一个整体，这样提高了热交换效率同时也简化了加工工艺。由于在整个换热器可以在翅片加工完成之后，折弯成所需形状，相比较现有技术中采用多根铜管焊接而成所需要的形状，不存在焊缝和焊点，避免了现有技术中换热器出现冷凝剂泄露的致命缺陷。
采用本发明技术方案的换热器，应用范围相当广泛；不但可用在传统的冰箱、空调等产品中，还可应用在水冷媒质中的大型中央空调以及汽车行业的水箱换热器中。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1、一种换热器，包括铝质主体(1)，所述铝质主体内设置有供换热媒质流通的换热媒质通道(2)；其特征在于，所述铝质主体(1)表面向外延伸有用于进行热量交换的翅片(3)。
2、根据权利要求1所述的一种换热器，其特征在于，所述翅片(3)为片状结构，所述翅片(3)为通过铲削加工工艺制成。
3、根据权利要求2所述的一种换热器，其特征在于，所述翅片(3)的厚度、高度和间距根据换热量及风阻的大小而设定。
4、根据权利要求1所述的一种换热器，其特征在于，换热器折弯成“s”形、“c”形或螺旋形。
5、根据权利要求1至4中任一项所述的一种换热器，其特征在于，所述铝质主体(1)的横截面为矩形或梯形，所述翅片(3)位于铝质主体(1)的两个相对的外侧面。
6、根据权利要求1至5中任一项所述的一种换热器，其特征在于，还包括用于固定安装换热器的支撑板(5)，所述主体(1)的两头还设有用于连通主体(1)内的换热媒质通道(2)和外界换热媒质管道的管接头(4)。
7、根据权利要求1至6中任一项所述的一种换热器，其特征在于，所述换热媒质通道(2)的横截面形状是圆形、三角形、四边形、多边形中的任意一种。
8、根据权利要求1至7中任一项所述的一种换热器，其特征在于，所述换热媒质通道(2)在一个主体(1)内设置有多个。
9、一种换热器的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
A1、制作铝质主体(1)：采用拉伸或者挤出的方式，形成其内具有供换热媒质流通的换热媒质通道(2)的铝质主体(1)；
B1、制作散热片；使用铲削的加工方法在所述步骤A1形成的铝制主体(1)的外表面铲削出翅片(3)。
10、根据权利要求9所述的换热器的制作方法，其特征在于，在步骤B1之后还包括以下步骤：
C1、推翅：根据需要调整翅片(3)与主体(1)的表面呈一定夹角。
D1、将铲削出翅片(3)的换热器折弯成需要的形状。
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