CN108050868B - 空气源热泵低温水系统换热器用强化换热管及其制造方法 - Google Patents

空气源热泵低温水系统换热器用强化换热管及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了空气源热泵低温水系统换热器用强化换热管及其制造方法，强化换热管包括管体，管体包括外管和内管，内管的外侧设有筋条，内管的内侧设有槽口，筋条包括导向部、连接部和圆弧部。制造方法包括：(a)加工内管的母料选择及处理；(b)对板材进行切割；(c)板材第一次冲压；(d)打磨修复；(e)板材第二次冲压；(f)板材防锈处理；(g)板材保护处理；(h)板材弯卷制成内管；(i)内管清洗；(j)外管与内管固定；(k)将管体弯曲成蛇形螺旋状。本发明达到连续制冷的目的，能增加工质与内管的热交换面积，防止强化换热管内壁出现水垢，提高热交换效率，在制造后，使得工质与圆弧部的内表面充分接触，加大传热交换。

Description

空气源热泵低温水系统换热器用强化换热管及其制造方法
技术领域
本发明涉及空气源热泵低温水系统换热器用强化换热管及其制造方法。
背景技术
换热管是目前应用十分广泛的热泵换热机构，现有的换热器中，一般采用对扭套合的换热管。然而，传统的对扭盘管存在着几个重大的技术缺陷。其一，对扭管中部较小，换热管与壳体之间间隙较大，当工质进入腔体后流动至中部时，导致工质压力迅速下降，使工质未经换热即可直接相变，液态工质未经吸热蒸发即直接气化。上述情况会使工质不能充分蒸发，出现换热管局部换热无效的现象。其二，传统换热器的工质出入口处于同一侧，由于对扭管的端部的管间隙较小，增大了工质流动阻力，从而使工质经阻力较小的罐体内壁流动，降低了工质的换热效率。其三，传统换热器的对扭部直径较小，导致换热管中水流通径出现突然变小的情况，当换热器处于制热状态时，换热管中部的水流速度变慢，从而容易在换热管内壁出现水垢，减少了换热管的热交换面积，并降低热交换效率；当换热器处于制冷状态时，水垢同样会减少工质与换热管内水流的热交换面积，同样会降低热交换效率，形成冰堵现象。
发明内容
本发明目的在于针对现有技术所存在的不足而提供空气源热泵低温水系统换热器用强化换热管及其制造方法的技术方案，达到连续制冷的目的，结构设计更巧妙，使得换热器的换热效果更优异，同时能增加工质与内管的热交换面积，使内管中的工质产生紊流，减小工质流动阻力，保持工质流速，防止强化换热管内壁出现水垢，提高热交换效率；在制造过程中，严格控制加工内管的板材的筋条设置位置，通过两次冲压再板材上成型筋条，防止冲压力过大而导致筋条出现断裂或变形现象，而且易控制筋条的圆弧部的弧度，使得工质能与圆弧部的内表面充分接触，加大传热交换。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
空气源热泵低温水系统换热器用强化换热管，包括管体，其特征在于：管体包括外管和内管，外管的横截面呈圆环状，外管的内侧面和外侧面均为光滑面；内管的外侧设有筋条，相邻两个筋条的圆心角相同，内管的内侧设有槽口，相邻两个槽口的圆心角相同，槽口设于筋条中；筋条包括两段导向部、两段连接部和一段圆弧部，导向部、连接部和圆弧部为一体结构，导向部连接内管和连接部，连接部连接导向部和圆弧部，圆弧部的外侧与外管的内侧面固定。
进一步，筋条的设置个数为4-12个。
进一步，内管的外侧设有凸起部，相邻两个筋条之间的凸起部均匀分布。
进一步，凸起部与内管为一体结构。
进一步，相邻两个筋条之间的凸起部的设置个数相同。
空气源热泵低温水系统换热器用强化换热管的制造方法，其特征在于包括如下步骤：
(a)加工内管的母料选择及处理：选择碳钢低合金钢为材料的板材，根据设计图纸中换热管的设计图样，计算出板材的所需长度和宽度，再在板材上划出切割线，接着测量板材的厚度，然后根据设计图纸确定筋条处于板材处的位置，并在该位置的中心位置划出参考线；
(b)根据切割线，采用车床对板材进行切割，切割过程中保证板材的面垂直，再对切割处进行毛刺打磨清除；
(c)板材第一次冲压：先将板材放置在第一下模具上，第一下模具为一块平板，其中设置第一凹槽，相邻两个第一凹槽之间的距离为板材处相邻两个筋条之间的距离，第一凹槽为梯形状，第一凹槽的两条腰的倾斜度与筋条的连接部的倾斜度一致，同时第一凹槽与平板之间存在弧形部，该弧形部的弧度与筋条的导向部的外侧的弧度一致，然后选择第一上模具，第一上模具为一块平板，其中设置第一凸台，第一凸台与第一凹槽相匹配，然后将第一凸台的中心位置对准板材上的参考线，采用冲压机将第一上模具对板材进行冲压，第一凸台对板材进行作用，将板材压入到第一凹槽中，进行连续冲压；
(d)在第一次冲压部位进行打磨修复；
(e)板材第二次冲压：采用冲压机上的夹具将板材固定，再选择第二下模具，第二下模具中设有圆弧槽，筋条的圆弧部与圆弧槽相匹配，再将第二下模具装配到冲压机上，再将第二下模具与第一次冲压部位紧贴，然后选择第二上模具，第二上模具设有圆弧凸起，圆弧凸起与圆弧槽相匹配，然后采用冲压机将第二上模具对第一次冲压部位再次冲压，圆弧凸起对第一次冲压部位进行作用，将第一次冲压部位的端部压入到圆弧槽中，进行连续冲压，制成带有槽口的筋条；
(f)板材防锈处理；
(g)板材保护处理：先在板材设置筋条的面上贴附薄膜，再采用塑料套套入到筋条处；
(h)板材弯卷制成内管：先选择弯管装配装置，弯管装配装置上的弯管模的直径与内管的内径相同，再将板材设置槽口的面贴附在弯管模上，接着采用电机驱动弯管模逆时针转动，然后采用导向辊对板材设置筋条的面施力，使得板材逐渐贴附到弯管模的表面，当板材弯曲成内管后，将内管从弯管模上取出，然后将塑料套和薄膜拆除，再对内管进行对缝焊接；
(i)内管清洗；
(j)外管与内管固定：根据设计图纸选择外管，外管的内侧面与圆弧部的外侧接触，再将外管横向固定在支架上，再将内管通入到外管中，采用焊接方式将内管的端部与外管的端部进行焊接固定，再将外管竖向固定在支架上，使用G-988弹性胶涂覆在圆弧部的外侧与外管的内侧面之间的接触位置，制成管体；
(k)将管体弯曲成蛇形螺旋状。
进一步，步骤(h)中，在内管对缝焊接后，在焊缝处进行射线探伤。
本发明由于采用了上述技术方案，具有以下有益效果：
本发明的强化换热管包括外管与内管，外管与内管的筋条之间形成第一腔体，第一腔体内通入制冷剂，内管内直接设置有第二腔体，第二腔体内通入载冷剂，外管与内管的筋条相互结合的设计可以强化蛇形螺旋换热管的总换热能力，并且通过第一腔体和第二腔体的设计可以便于制冷剂和载冷剂的通入，载冷剂将热量吸收，再传递给制冷剂，即实现热量的传递，又可以使得载冷剂重新被冷却，如此循环，以达到连续制冷的目的，结构设计更巧妙，使得换热器的换热效果更优异。
本发明在内管的内侧设有槽口，相邻两个槽口的圆心角相同，槽口设于筋条中，能增加工质与内管的热交换面积，使内管中的工质产生紊流，减小工质流动阻力，保持工质流速，防止强化换热管内壁出现水垢，提高热交换效率。
本发明在制造过程中，根据切割线，采用车床对板材进行切割，使得板材为所需的长度和宽度，严格控制内管的内径、长度和壁厚，提高内管质量；严格控制加工内管的板材的筋条设置位置，通过板材第一次冲压，将第一凸台的中心位置对准板材上的参考线，采用冲压机将第一上模具对板材进行冲压，第一凸台对板材进行作用，将板材压入到第一凹槽中，进行连续冲压，使得板材冲压出带圆弧的梯形状的槽，然后在第一次冲压部位进行第二次冲压，将第二下模具与第一次冲压部位紧贴，然后采用冲压机将第二上模具对第一次冲压部位再次冲压，圆弧凸起对第一次冲压部位进行作用，将第一次冲压部位的端部压入到圆弧槽中，进行连续冲压，使得梯形状的槽的端面冲压出圆弧状，制成带有槽口的筋条，该筋条包括导向部、连接部和圆弧部三部分。通过两次冲压再板材上成型筋条，防止冲压力过大而导致筋条出现断裂或变形现象，而且易控制筋条的圆弧部的弧度，使得工质能与圆弧部的内表面充分接触，加大传热交换。
本发明在将板材弯卷制成内管前，对板材进行防锈处理，提高内管的防锈效果，再对板材保护处理，主要在板材设置筋条的面上贴附薄膜，再采用塑料套套入到筋条处，对筋条进行保护作用，在对板材卷制时，减少导向辊破坏筋条。本发明在板材弯卷制成内管的具体操作中，将板材设置槽口的面贴附在弯管模上，接着采用电机驱动弯管模逆时针转动，然后采用导向辊对板材设置筋条的面施力，使得板材逐渐贴附到弯管模的表面，再对内管进行对缝焊接，这样卷制而成的内管不易出现变形现象。
本发明采用焊接方式将内管的端部与外管的端部进行焊接固定，使得内管与外管进行定位固定，再使用G-988弹性胶涂覆在圆弧部的外侧与外管的内侧面之间的接触位置，使得内管与外管进行密封，内管与外管连接牢固，密封性好，可用于工质的流动。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步说明：
图1为本发明中空气源热泵低温水系统换热器用强化换热管的结构示意图；
图2为本发明中管体的截面图；
图3为本发明中外管的结构示意图；
图4为本发明中内管的实施例一的结构示意图；
图5为图4中A处的结构放大示意图；
图6为本发明中内管的实施例二的结构示意图；
图7为图6中B处的结构放大示意图。
图中：1-管体；2-外管；3-内管；4-筋条；5-槽口；6-导向部；7-连接部；8-圆弧部；9-凸起部。
具体实施方式
如图1至图7所示，为本发明空气源热泵低温水系统换热器用强化换热管，包括管体1，管体1成蛇形螺旋状。管体1包括外管2和内管3，外管2的横截面呈圆环状，外管2的内侧面和外侧面均为光滑面。内管3的外侧设有筋条4，筋条4的设置个数为4-12个，相邻两个筋条4的圆心角相同。内管3的内侧设有槽口5，相邻两个槽口5的圆心角相同，槽口5设于筋条4中。筋条4包括两段导向部6、两段连接部7和一段圆弧部8，导向部6、连接部7和圆弧部8为一体结构，导向部6连接内管3和连接部7，连接部7连接导向部6和圆弧部8，圆弧部8的外侧与外管2的内侧面固定。本发明中外管2与内管3的筋条4之间形成第一腔体，第一腔体内通入制冷剂，内管3内直接设置有第二腔体，第二腔体内通入载冷剂。
内管3的外侧设有凸起部9，相邻两个筋条4之间的凸起部9均匀分布。凸起部9与内管3为一体结构。相邻两个筋条4之间的凸起部9的设置个数相同，设置凸起部9能增加第一腔体中的工质的接触面积，同时具有较高的美观性。
空气源热泵低温水系统换热器用强化换热管的制造方法，包括如下步骤：
(a)加工内管3的母料选择及处理：选择碳钢低合金钢为材料的板材，根据设计图纸中换热管的设计图样，计算出板材的所需长度和宽度，板材的长度对应内管3的长度，板材的宽度对应内管3的周长，再在板材上划出切割线。应需要严格控制板材的长度，进而控制强化换热管的长度，允许偏差如表1所示：
板材长度X(mm) X＜2000 2000≤X≤5000 X≥5000
允许偏差 +1 +2 +3
表1
接着测量板材的厚度，厚度的标准如表2所示：
板材材料 板材厚度Y(mm) 精准度
碳钢低合金钢 Y≤1 ±0.15
碳钢低合金钢 1＜Y＜3 ±0.20
碳钢低合金钢 Y≥3 ±0.40
表2
需根据表2的标准对板材的厚度进行控制，进而严格控制内管3的壁厚。然后根据设计图纸确定筋条4处于板材处的位置，并在该位置的中心位置划出参考线。
(b)根据切割线，采用车床对板材进行切割，切割过程中保证板材的面垂直，再对切割处进行毛刺打磨清除。
(c)板材第一次冲压：先将板材放置在第一下模具上，第一下模具为一块平板，其中设置第一凹槽，相邻两个第一凹槽之间的距离为板材处相邻两个筋条4之间的距离。第一凹槽为梯形状，第一凹槽的两条腰的倾斜度与筋条4的连接部7的倾斜度一致，同时第一凹槽与平板之间存在弧形部，该弧形部的弧度与筋条4的导向部6的外侧的弧度一致。然后选择第一上模具，第一上模具为一块平板，其中设置第一凸台，第一凸台与第一凹槽相匹配。然后将第一凸台的中心位置对准板材上的参考线，采用冲压机将第一上模具对板材进行冲压，第一凸台对板材进行作用，将板材压入到第一凹槽中，进行连续冲压。
(d)在第一次冲压部位进行打磨修复，使得表面更加平滑。
(e)板材第二次冲压：采用冲压机上的夹具将板材固定，再选择第二下模具，第二下模具中设有圆弧槽，筋条4的圆弧部8与圆弧槽相匹配。将第二下模具装配到冲压机上，再将第二下模具与第一次冲压部位紧贴，然后选择第二上模具，第二上模具设有圆弧凸起，圆弧凸起与圆弧槽相匹配。然后采用冲压机将第二上模具对第一次冲压部位再次冲压，圆弧凸起对第一次冲压部位进行作用，将第一次冲压部位的端部压入到圆弧槽中，进行连续冲压，制成带有槽口5的筋条4。
(f)板材防锈处理。
(g)板材保护处理：先在板材设置筋条4的面上贴附薄膜，再采用塑料套套入到筋条4处。
(h)板材弯卷制成内管3：先选择弯管装配装置，弯管装配装置上的弯管模的直径与内管3的内径相同，再将板材设置槽口5的面贴附在弯管模上。接着采用电机驱动弯管模逆时针转动，然后采用导向辊对板材设置筋条4的面施力，使得板材逐渐贴附到弯管模的表面。当板材弯曲成内管3后，将内管3从弯管模上取出，然后将塑料套和薄膜拆除，再对内管3进行对缝焊接。在内管3对缝焊接后，在焊缝处进行射线探伤，焊接处错边量不大于0.5mm。
(i)内管3清洗。
(j)外管2与内管3固定：根据设计图纸选择外管2，外管2的内侧面与圆弧部8的外侧接触。再将外管2横向固定在支架上，再将内管3通入到外管2中，采用焊接方式将内管3的端部与外管2的端部进行焊接固定。再将外管2竖向固定在支架上，使用G-988弹性胶涂覆在圆弧部8的外侧与外管2的内侧面之间的接触位置，制成管体1。
(k)将管体1弯曲成蛇形螺旋状。
本发明的强化换热管包括外管2与内管3，外管2与内管3的筋条4之间形成第一腔体，第一腔体内通入制冷剂，内管3内直接设置有第二腔体，第二腔体内通入载冷剂，外管2与内管3的筋条4相互结合的设计可以强化蛇形螺旋换热管的总换热能力，并且通过第一腔体和第二腔体的设计可以便于制冷剂和载冷剂的通入，载冷剂将热量吸收，再传递给制冷剂，即实现热量的传递，又可以使得载冷剂重新被冷却，如此循环，以达到连续制冷的目的，结构设计更巧妙，使得换热器的换热效果更优异。
本发明在内管3的内侧设有槽口5，相邻两个槽口5的圆心角相同，槽口5设于筋条4中，能增加工质与内管3的热交换面积，使内管3中的工质产生紊流，减小工质流动阻力，保持工质流速，防止强化换热管内壁出现水垢，提高热交换效率。
本发明在制造过程中，根据切割线，采用车床对板材进行切割，使得板材为所需的长度和宽度，严格控制内管3的内径、长度和壁厚，提高内管3质量。严格控制加工内管3的板材的筋条4设置位置，通过板材第一次冲压，将第一凸台的中心位置对准板材上的参考线，采用冲压机将第一上模具对板材进行冲压，第一凸台对板材进行作用，将板材压入到第一凹槽中，进行连续冲压，使得板材冲压出带圆弧的梯形状的槽；然后在第一次冲压部位进行第二次冲压，将第二下模具与第一次冲压部位紧贴，然后采用冲压机将第二上模具对第一次冲压部位再次冲压，圆弧凸起对第一次冲压部位进行作用，将第一次冲压部位的端部压入到圆弧槽中，进行连续冲压，使得梯形状的槽的端面冲压出圆弧状，制成带有槽口5的筋条4，该筋条4包括导向部6、连接部7和圆弧部8三部分。通过两次冲压再板材上成型筋条4，防止冲压力过大而导致筋条4出现断裂或变形现象，而且易控制筋条4的圆弧部8的弧度，使得工质能与圆弧部8的内表面充分接触，加大传热交换。
本发明在将板材弯卷制成内管3前，对板材进行防锈处理，提高内管3的防锈效果，再对板材保护处理，主要在板材设置筋条4的面上贴附薄膜，再采用塑料套套入到筋条4处，对筋条4进行保护作用，在对板材卷制时，减少导向辊破坏筋条4。本发明在板材弯卷制成内管3的具体操作中，将板材设置槽口5的面贴附在弯管模上，接着采用电机驱动弯管模逆时针转动，然后采用导向辊对板材设置筋条4的面施力，使得板材逐渐贴附到弯管模的表面，再对内管3进行对缝焊接，这样卷制而成的内管3不易出现变形现象。
本发明采用焊接方式将内管3的端部与外管2的端部进行焊接固定，使得内管3与外管2进行定位固定，再使用G-988弹性胶涂覆在圆弧部8的外侧与外管2的内侧面之间的接触位置，使得内管3与外管2进行密封，内管3与外管2连接牢固，密封性好，可用于工质的流动。
以上仅为本发明的具体实施例，但本发明的技术特征并不局限于此。任何以本发明为基础，为实现基本相同的技术效果，所作出地简单变化、等同替换或者修饰等，皆涵盖于本发明的保护范围之中。

Claims (2)

1.空气源热泵低温水系统换热器用强化换热管的制造方法，包括管体，所述管体包括外管和内管，所述外管的横截面呈圆环状，所述外管的内侧面和外侧面均为光滑面；所述内管的外侧设有筋条，所述筋条的设置个数为4-12个，相邻两个所述筋条的圆心角相同，所述内管的外侧设有凸起部，相邻两个所述筋条之间的所述凸起部均匀分布，所述凸起部与所述内管为一体结构，相邻两个所述筋条之间的所述凸起部的设置个数相同，所述内管的内侧设有槽口，相邻两个所述槽口的圆心角相同，所述槽口设于所述筋条中；所述筋条包括两段导向部、两段连接部和一段圆弧部，所述导向部、所述连接部和所述圆弧部为一体结构，所述导向部连接所述内管和所述连接部，所述连接部连接所述导向部和所述圆弧部，所述圆弧部的外侧与所述外管的内侧面固定，其特征在于包括如下步骤：
(a)加工内管的母料选择及处理：选择碳钢低合金钢为材料的板材，根据设计图纸中换热管的设计图样，计算出板材的所需长度和宽度，再在板材上划出切割线，接着测量板材的厚度，然后根据设计图纸确定筋条处于板材处的位置，并在该位置的中心位置划出参考线；
(b)根据切割线，采用车床对板材进行切割，切割过程中保证板材的面垂直，再对切割处进行毛刺打磨清除；
(c)板材第一次冲压：先将板材放置在第一下模具上，第一下模具为一块平板，其中设置第一凹槽，相邻两个第一凹槽之间的距离为板材处相邻两个筋条之间的距离，第一凹槽为梯形状，第一凹槽的两条腰的倾斜度与筋条的连接部的倾斜度一致，同时第一凹槽与平板之间存在弧形部，该弧形部的弧度与筋条的导向部的外侧的弧度一致，然后选择第一上模具，第一上模具为一块平板，其中设置第一凸台，第一凸台与第一凹槽相匹配，然后将第一凸台的中心位置对准板材上的参考线，采用冲压机将第一上模具对板材进行冲压，第一凸台对板材进行作用，将板材压入到第一凹槽中，进行连续冲压；
(d)在第一次冲压部位进行打磨修复；
(e)板材第二次冲压：采用冲压机上的夹具将板材固定，再选择第二下模具，第二下模具中设有圆弧槽，筋条的圆弧部与圆弧槽相匹配，再将第二下模具装配到冲压机上，再将第二下模具与第一次冲压部位紧贴，然后选择第二上模具，第二上模具设有圆弧凸起，圆弧凸起与圆弧槽相匹配，然后采用冲压机将第二上模具对第一次冲压部位再次冲压，圆弧凸起对第一次冲压部位进行作用，将第一次冲压部位的端部压入到圆弧槽中，进行连续冲压，制成带有槽口的筋条；
(f)板材防锈处理；
(g)板材保护处理：先在板材设置筋条的面上贴附薄膜，再采用塑料套套入到筋条处；
(h)板材弯卷制成内管：先选择弯管装配装置，弯管装配装置上的弯管模的直径与内管的内径相同，再将板材设置槽口的面贴附在弯管模上，接着采用电机驱动弯管模逆时针转动，然后采用导向辊对板材设置筋条的面施力，使得板材逐渐贴附到弯管模的表面，当板材弯曲成内管后，将内管从弯管模上取出，然后将塑料套和薄膜拆除，再对内管进行对缝焊接；
(i)内管清洗；
(j)外管与内管固定：根据设计图纸选择外管，外管的内侧面与圆弧部的外侧接触，再将外管横向固定在支架上，再将内管通入到外管中，采用焊接方式将内管的端部与外管的端部进行焊接固定，再将外管竖向固定在支架上，使用G-988弹性胶涂覆在圆弧部的外侧与外管的内侧面之间的接触位置，制成管体；
(k)将管体弯曲成蛇形螺旋状。
2.根据权利要求1 所述的空气源热泵低温水系统换热器用强化换热管的制造方法，其特征在于：步骤(h)中，在内管对缝焊接后，在焊缝处进行射线探伤。
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GB2490573A (en) * 2011-05-06 2012-11-07 Gm Global Tech Operations Inc A Tubular Heat Exchanger with Multiple Flow Channels for Use in a Motor Vehicle Air Conditioning System
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