CN104097038A - 热管式热交换装置的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供热管式热交换装置的制造方法，其包括如下工序：通过挤压加工制造管的挤压工序，所述管在横截面观察时从内壁面向径向内侧突出形成有多个内翅片；通过对在挤压工序中制造的管进行拉拔加工，在不使内翅片的高度发生实质性变化的情况下，缩小管的直径并且缩小内翅片间距的工序；将在缩小内翅片间距的工序中制造出的管插入到热管组件组装体中的工序，所述热管组件组装体包括：具有管穿插孔的排气侧板翅片组、分隔板和供气侧板翅片组；对插入有管的所述热管组件组装体的管进行扩管而使管固定到板翅片上的工序；在扩管后的管中注入工作介质并密封而形成热管的工序。

Description

热管式热交换装置的制造方法

技术领域

本发明涉及热管式热交换装置的制造方法，尤其涉及热管内带有内翅片的热管式热交换装置的制造方法。

此外，在本说明书中，关于“铝”这一术语，在没有特别说明的情况下，包括纯铝和铝合金。

背景技术

以往，在制造热管内带有内翅片的热管式热交换装置时采用如下方法：通过挤压成型制造出在横截面观察时从内壁面向径向内侧突出形成有多个内翅片的管，将通过挤压加工而制造出的管插入到热管组件组装体中，该热管组件组装体由具有管穿插孔的排气侧板翅片组、分隔板和供气侧板翅片组构成，通过钎焊等将管固定到板翅片上，向管中注入工作介质并密封而形成热管，从而制造出热管式热交换装置。

但是，近年来，从环境问题出发，愈发强烈要求热交换装置的热交换性能的进一步提高。为了应对上述需求，期望在上述以往的基于挤压成型而制造出的热交换装置用管中进一步增大其内表面面积，为此，作为其具体手段，考虑有增大内翅片的高度的方法、缩小内翅片的翅片间距(间隔)的方法等，但是由于目前的挤压技术的极限，想要进一步实现内翅片高度的增大及内翅片间距的狭窄化是无法实现的。即，在对上述内翅片进行挤压成型的情况下，作为其条件需要将内翅片的高度相对于内翅片的厚度之比确保在规定数值以上，但若想要突破目前挤压成型的极限来增大内翅片高度，则根据上述高宽之比的关系可知还需要增大内翅片厚度，这样一来，必然导致内翅片间距增大，其结果为，无法增大管的内表面面积。

另外，还期望在热交换装置的制造过程中能够进一步节省能源。以往，在将管固定到板翅片时利用钎焊，即将热管组件组装体加热到数百度以上而使得管与板翅片钎焊到一起。由于钎焊时需要加热到数百度以上，对于节能而言是不优选的，因此期望采用其他低能耗的方法来将管固定到板翅片上。

发明内容

本发明是鉴于上述问题而研发出的，其目的在于提供一种热管式热交换装置的制造方法，其能够大幅提高热交换效率并且能够节省能源。

本发明的第1技术方案是一种热管式热交换装置的制造方法，其特征在于，包括如下工序：通过挤压加工制造管的挤压工序，所述管在横截面观察时从内壁面向径向内侧突出形成有多个内翅片；通过对在挤压工序中制造的管进行拉拔加工，在不使内翅片的高度发生实质性变化的情况下，缩小管的直径并且缩小内翅片间距的工序；将在缩小内翅片间距的工序中制造出的管插入到热管组件组装体中的工序，所述热管组件组装体包括：具有管穿插孔的排气侧板翅片组、分隔板和供气侧板翅片组；对插入了管的热管组件组装体的管进行扩管而使管固定到板翅片上的扩管工序；在扩管后的管中注入工作介质并密封而形成热管的工序。

根据该技术方案，通过对挤压加工而得到的管进一步进行拉拔加工，使得内翅片高度实质上没有变化但管的直径缩小并且内翅片间距也变窄。由于通过该拉拔加工使得内翅片高度本身不变化(内翅片的厚度也不变化)但内翅片的直径缩小，所以，经过拉拔加工工序使得内翅片的高度相对于管的直径变大。像这样，通过进行拉拔加工，能够突破仅通过挤压成型的方法的极限而增大内翅片的高度及实现内翅片间距的狭窄化，从而与以往相比能够增大管的内表面面积，能够大幅提高管中的热交换性能。

另外，由于通过扩管将管固定到板翅片上，所以不需要对热管组件组装体整体进行加热，能够节省能源。并且，通过扩管使管的外径与板翅片的管穿插孔的内径大致相等，或者比板翅片的管穿插孔的内径稍大，由此，能够将管牢固地固定到板翅片上。

本发明的第二技术方案优选的是，在缩小内翅片间距的工序与将管插入到热管组件组装体中的工序之间具有对管实施退火处理的工序。

在对管进行拉拔加工时会将管加热，因此，在拉拔加工结束后并在进行下一工序即将管插入到热管组件组装体中的工序之前对管实施退火处理，能够释放管中的残余应力，防止管变形，延长管的使用寿命。

本发明的第三技术方案优选的是，管为纯铝类的管，板翅片使用相对于纯铝具有牺牲性保护作用的材料。更为优选的是，板翅片使用铝锌类合金。

对管使用纯铝，对板翅片使用相对于纯铝具有牺牲性保护作用的材料，能够利用板翅片的牺牲性保护作用延迟腐蚀向热管侧的行进，能够延长热管的使用寿命。铝锌类合金例如A7072合金含有0.8～1.3％(质量百分比)的锌，相对于纯铝具有优异的牺牲性保护作用，能够进一步延迟腐蚀向热管侧的行进。

本发明的第四技术方案优选的是，在通过挤压工序而制造出的管中相邻的内翅片的突出高度彼此不同。

根据该技术方案，在进行拉拔加工时能够防止相邻的内翅片彼此发生干涉，能够进行顺畅的拉拔加工，并且由于在所得到的管中内翅片彼此不会接触，所以能够可靠地发挥优异的热交换性能。

本发明的第五技术方案优选的是，在扩管工序中使用氢氟醚进行液压扩管。

通过进行液压扩管，在完成扩管之后能够对液压扩管用介质进行回收利用，能够进一步节省能源。另外，氢氟醚的沸点为55℃，因此，扩管作业后的回收容易，并且，即使有少量的氢氟醚残留于管内而无法回收，也不会对热管的工作流体的工作产生不良影响。

本发明的第六技术方案优选的是，在扩管工序中将管的扩管率设为3％～6％。

通过使扩管率为3％～6％，在进行扩管作业时不用担心管材破裂等，并且，能够缩小板翅片的管穿插孔径与扩管前的管外径之间的间隙，从而不仅能够确保将管插入到板翅片中时的容易插入性，还能够减小插入后的晃动而将管稳定地保持在板翅片上。另外，在进行扩管作业时不用担心管相对于板翅片错位。

发明效果

根据本发明的热管式热交换装置的制造方法，能够大幅提高热交换效率并且能够节省能源。

附图说明

图1是表示本发明的热管式热交换装置的整体结构的分解立体图。

图2是表示本发明的热管式热交换装置的制造方法的一部分工序的图，图2(a)表示通过挤压工序而得到的管的横截面图，图2(b)表示通过拉拔加工工序而得到的管的横截面图。

图3是作为比较例而示出以往的仅通过挤压成型而得到的管的横截面图。

图4(a)是本发明的热管式热交换装置的制造方法的一部分工序的图，图4(b)是图4(a)中的热管组件组装体的剖视图。

图5是本发明的热管式热交换装置的制造方法的一部分工序的图。

图6是本发明的热管式热交换装置的制造方法的一部分工序的图。

附图标记的说明

1…热管式热交换装置2…框架3…排气侧通路4…供气侧通路5…分隔板6…热管7…板翅片8a…上框架部件8b…下框架部件9a…左框架部件9b…右框架部件10…中央支承框11、12、100…管13a、13b、101…内翅片12b…管喷嘴14…热管组件组装体15高压罐16…连通器28…隔热板29…台架30…支承块P…内翅片间距

具体实施方式

以下，根据附图具体说明本发明的热管式热交换装置的制造方法。

在本说明书中，上下及左右是指图1的上下，左右，前指的是图1的近前侧，后指的是图1的里侧。

图1是表示本发明的热管式热交换装置的整体结构的分解立体图。图1中，热管式热交换装置1具有：框架2；将框架2内划分成在左右方向排列的排气侧通路3和供气侧通路4的分隔板5；通过贯穿于分隔板5而跨着排气侧通路3和供气侧通路4而配置的多个热管6；在排气侧通路3和供气侧通路4内并列状地固定在热管6上的多个板翅片7。在框架2的排气侧通路3内流过高温的废气，在供气侧通路4内流过低温的供气。

框架2包括：在上下方向上隔开间隔地配置并在左右方向长尺寸的水平状的上框架部件8a和下框架部件8b；以跨在上框架部件8a和下框架部件8b的左右两端部的方式配置并固定在上框架部件8a和下框架部件8b上的垂直状的左框架部件9a和右框架部件9b；配置在上框架部件8a和下框架部件8b的左右方向中央部之间并固定在上框架部件8a和下框架部件8b上的垂直状的中央支承框10。在分隔板5及板翅片7上均形成有供热管6穿插的多个圆形的管穿插孔。分隔板5通过螺栓和螺母等固定在中央支承框10上，由此，分隔板5经由中央支承框10而固定在框架2的上框架部件8a和下框架部件8b上。

下面，参照附图2～6说明本发明的热管式热交换装置的制造方法。

首先，通过挤压加工而制造出外径32mm的铝制管11，如图2(a)所示，该铝制管11在横截面观察时从内壁面向径向内侧突出形成有多个内翅片13a和13b，该内翅片13a和13b分别在管长度方向延伸。在制造出铝制管11之后，对其实施拉拔加工，如图2(b)所示，在不使内翅片高度实质上发生变化的情况下，使管直径缩小到25mm并且使内翅片间距变窄。所得到的管12中的第一内翅片13a的突出高度为3.3mm，第二内翅片3b的突出高度为2mm，第一内翅片13a和第二内翅片13b的厚度为0.4mm，内翅片间距P为1.4mm，内翅片数量为50个。

在本实施方式中，为了对在各工序中制造的管加以区分，标注了不同的附图标记，具体而言，将通过挤压加工而制造出的管记为管11，将对管11进行拉拔加工而得到的管记为管12，将在管12中注入工作液体并密封后的管记为热管6。

图3作为比较例示出以往的仅通过挤压成型而得到的管的横截面，为了尽量实现内翅片高度的增大及内翅片间距的狭窄化，以在目前的挤压技术中非常接近加工极限的条件进行挤压加工，由此，得到了图3所示那样的结构的带有内翅片的铝制管。所得到的管的外径为25mm，内翅片的突出高度为1.7mm，内翅片的厚度为0.5mm，内翅片间距为1.8mm，内翅片数量为40个。

如上述那样仅通过挤压成型的方法中，内翅片间距的极限为1.8mm左右，但根据本实施方式的制造方法，突破了仅通过挤压成型的方法的极限，能够使内翅片间距狭窄化。另外，在仅通过挤压成型的方法中，相对于管外径25mm，内翅片高度为1.7mm左右已是极限，但在本实施方式的制造方法中，突破了仅通过挤压成型的方法的极限，能够使内翅片高度形成得更高。

在上述拉拔加工时管直径的缩小程度优选为如下的范围。即：优选通过拉拔加工而得到的管12的直径为拉拔加工前的管11的直径的0.5～0.95倍的范围。若超过0.95倍，则内表面面积的增大量小因而无法得到充分的热交换性能提高效果，另一方面，若不足0.5倍，则缩小程度过大，在进行拉拔加工时容易引起内翅片彼此发生干涉，所以不优选。

另外，所得到的管12的外径优选为10～50mm的范围。若管12的外径不足10mm，则通过拉拔加工来缩小管直径时内翅片高度也会缩小，可能会导致内翅片高度相对于管12的直径相对增大程度减小，所以是不优选的。另一方面，若管12的外径超过50mm，则作为热交换装置用管难以紧凑地构成，从耐压性方面考虑需要使管厚壁化，这样一来不能实现轻量化，所以也是不优选的。

另外，在通过挤压工序而制造出的管中相邻的内翅片13a、13b的突出高度彼此不同，在该情况下，能够防止在拉拔加工时相邻的内翅片彼此间的干涉，能够实现顺畅的拉拔加工，并且能够可靠地确保热交换性能。

当然，也可以使相邻的内翅片的突出高度相等，该情况下也能够通过进行拉拔加工来突破基于挤压成型的方法的极限，实现内翅片高度的增大及内翅片间距的狭窄化，但是从可靠防止内翅片彼此的干涉并使内翅片间距进一步狭窄化、进一步增大管12的内表面面积方面出发，优选通过挤压工序而制造出的管11中相邻的内翅片的突出高度彼此不同。

在进行拉拔加工时需要对管进行加热，在铝制管的情况下，通常需加热到350℃～500℃，为了完全释放管中的残余应力，防止管变形，在拉拔加工结束后并在进行下一工序即将管插入到热管组件组装体中的工序之前，将管放置1～4个小时来对其进行退火处理。

在退火处理结束后，如图4(a)所示，将在内翅片间距缩小工序中制造的管12插入到热管组件组装体14中，该热管组件组装体14由具有管穿插孔的排气侧板翅片组、分隔板5和供气侧板翅片组构成，具体而言，如图4(b)所示，管12以管12长度方向沿水平方向延伸、且多个管12在上下方向并列层叠多层的方式，被插入到排气侧通道内的板翅片7、分隔板5和供气侧通道内的板翅片7的管穿插孔中，并在外周安装壳体，从而形成图4(a)所示的热管组件组装体14。

上述管12是尚未形成热管的构件，管12为一端作为注入端、另一端封闭的管状容器，具有管主体和与管主体连通且自管主体的注入端向外伸出一定距离的管嘴部12b。管嘴部12b的直径小于管主体，可以通过将管主体的注入端部分缩颈而形成。

铝制管的材料包括纯铝和铝合金，但优选对管使用纯铝，对板翅片使用相对于纯铝具有牺牲性保护作用的材料。更为优选的是对板翅片使用铝锌类合金。

通过对管使用纯铝，对板翅片使用相对于纯铝具有牺牲性保护作用的材料，能够利用板翅片的牺牲性保护作用延迟腐蚀向热管侧的行进，能够延长热管的使用寿命。铝锌类合金例如A7072合金含有0.8～1.3％(质量百分比)的锌，相对于纯铝具有优异的牺牲性保护作用，能够进一步延迟腐蚀向热管侧的行进。

接下来，如图5所示，将插入了管12的热管组件组装体14以使管嘴部12b为上方的方式相对于水平面倾斜地设置在台架29上，并以使隔热板28的上端与分隔板抵接的方式配置该隔热板28。在热管组件组装体14的前部下部沿上下方向设置2个支承块30，在热管组件组装体14的后部下部沿上下方向设置1个支承块30，由此将管12以使管嘴部12b为上方的方式相对于水平面倾斜地设置在台架29上。但倾斜设置管的方式不限于此，可以通过设置不同高度的支承柱、或可调节高度的支承部件等进行配置。

在将插入了管12的热管组件组装体14设置在台架29上后，如图6所示，在管12的管嘴部12b的前端安装连通器16，将高压瓶15连接到连通器16上，向该热管组件组装体14的管12中注入高压对管12进行液压扩管以将管12固定到板翅片上。此时，由于将组装好的管12以使管嘴部12b为上方的方式相对于水平面倾斜地设置在台架29上，所以能够使高压液体迅速注入到管12内来进行扩管。上述管外径25mm的管经过扩管后管外径变为26mm，即扩管率为4％。优选的是，在扩管工序中将管的扩管率设为3％～6％。

通过使扩管率为3％～6％，在进行扩管作业时不用担心管材破裂等，并且，能够缩小板翅片的管穿插孔径与扩管前的管外径之间的间隙，从而不仅能够确保将管插入到板翅片中时的容易插入性，还能够减小插入后的晃动而将管稳定地保持在板翅片上。另外，在进行扩管作业时不用担心管相对于板翅片错位。

通过扩管使得管12的外径与板翅片的管穿插孔的内径大致相等，或者比板翅片的管穿插孔的内径稍大，由此，能够将管12牢固地固定到板翅片上。并且，通过扩管使管12的外径与分隔板的管穿插孔的内径相等，或者比分隔板的管穿插孔的内径稍大，能够使分隔板的管穿插孔的内周面与管12的外周面紧密接触，从而在排气侧通路与供气侧通路之间不会发生漏气现象。

另外，在扩管工序中通过液压进行扩管，液压扩管的压力通常为6～9MPa，在完成扩管之后能够对液压扩管用介质进行回收利用，能够节省能源。关于液压扩管用介质，优选使用氢氟醚。氢氟醚的沸点为55℃，因此，扩管作业后的回收容易，并且，即使有少量的氢氟醚残留于管12的管主体内而无法回收，也不会对热管的工作介质的工作产生不良影响。

另外，在图6中仅示意性地示出了一个高压瓶15，也可以对所有的管12同时进行液压扩管，能够简化制造工序，一次性完成扩管工序。

在扩管工序完成后，通过连通器16向管12内注入工作介质并密封，由此形成热管6。具体而言，将所需要的工作介质注入到管内，之后，取下连通器16，以机械方式将管嘴部12a挤扁，以使空气不能流通，将挤扁的部分与连通器16之间切断，对被切断的压扁部分进行焊接，由此将管12密封而形成热管6。最后，将左框架部件9a和右框架部件9b分别固定到上框架部件8a和下框架部件8b上。由此，制造出热管式热交换装置1。

关于工作介质，没有特别限定，可以根据与所使用的管材料的相容性、热管的工作温度而适当选择，例如，高温热管可以选用钾、萘等作为工作介质，中温热管可以选用甲醇、丙醇、水等，低温热管可以选用HFC-134a(四氟乙烷)、HFC-245fa(五氟丙烷)等。

关于注入工作介质的方法，可以预先对管内进行抽真空或利用加热排气法等使管内部成为真空，利用负压将工作介质注入管中，也可以不抽真空，而是直接加压将工作介质注入管中，只要是能够注入工作介质的方法即可。

另外，连通器使用例如日本专利第4309989号公报记载的连通器，但不限于此，只要是能够起到连通作用的构件即可，例如阀、联轴器等连接件均可。

以上，根据附图说明了本发明的热管式热交换装置的制造方法，但本发明并不限于上述实施方式，在不脱离本发明技术思想的范围内能够进行的各种变更、替换及追加。

本实施方式中，管为管状容器，但不限于管状，也可以是平板型等其他形状的容器，只要是能够注入工作介质并密封而起到热管作用的容器即可。

本实施方式中，在管主体上部缩颈形成有管嘴部12b，通过在注入工作介质后将管嘴部挤扁切断并焊接来密封形成热管，但本发明不限于此，也可以不形成管嘴部，而是在管主体上直接安装连通器，通过连通器的开闭来进行工作介质的注入，之后，将连通器关闭，作为热管产品进行使用。

在本实施方式中，对管使用了铝，但也可以使用其他材料，该情况下，对板翅片使用相对于管材料具有牺牲性保护作用的材料。

根据本发明的热管式热交换装置的制造方法，能够大幅提高热交换效率并且能够节省能源。

Claims (8)

1.一种热管式热交换装置的制造方法，其特征在于，包括如下工序：

通过挤压加工制造铝制管的挤压工序，所述管在横截面观察时从内壁面向径向内侧突出形成有多个内翅片；

通过对在挤压工序中制造的管进行拉拔加工，在不使内翅片高度发生实质性变化的情况下，缩小管的直径并且缩小内翅片间距的工序；

将在缩小内翅片间距的工序中制造的管插入到热管组件组装体中的工序，所述热管组件组装体包括：具有管穿插孔的排气侧板翅片组、分隔板和供气侧板翅片组；

对插入了管的热管组件组装体的管进行扩管而使管固定到板翅片上的扩管工序；

在扩管后的管中注入工作介质并密封而形成热管的工序。

2.如权利要求1所述的热管式热交换装置的制造方法，其特征在于，在缩小内翅片间距的工序与将管插入到热管组件组装体中的工序之间具有对管实施退火处理的工序。

3.如权利要求1所述的热管式热交换装置的制造方法，其特征在于，管为纯铝类的管。

4.如权利要求3所述的热管式热交换装置的制造方法，其特征在于，板翅片使用相对于纯铝具有牺牲性保护作用的材料。

5.如权利要求4所述的热管式热交换装置的制造方法，其特征在于，板翅片使用铝锌类合金。

6.如权利要求1所述的热管式热交换装置的制造方法，其特征在于，在通过挤压工序而制造出的管中相邻的内翅片的突出高度彼此不同。

7.如权利要求1至6中任一项所述的热管式热交换装置的制造方法，其特征在于，在扩管工序中使用氢氟醚进行液压扩管。

8.如权利要求1至6中任一项所述的热管式热交换装置的制造方法，其特征在于，在扩管工序中将管的扩管率设为3％～6％。