CN108088300A - 一种块状流体分配器及其制造方法 - Google Patents

一种块状流体分配器及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种块状流体分配器,该块状流体分配器包括下压片、流体分配块和上压片。其制造工艺包括备料、冲压下换热片、冲压上换热片、冲压下压片、冲压上压片、机加工、镀铜、预装配、预压、钎焊、质检工序。本发明具有分配孔尺寸精确、分配孔不易堵塞、制造成本低等优点。

Description

一种块状流体分配器及其制造方法
技术领域
本发明涉及板式换热器,尤其涉及板式换热器中的流体分配器及其制造方法。
背景技术
板式换热器是液—液、液—汽进行热交换较为理想的设备,其具有热交换效率高、热损失小、结构紧凑轻巧、占地面积小、使用寿命长等一系列优点,因而被广泛应用于冶金、矿山、石油、化工、电力、医药、食品、化纤、造纸、轻纺、船舶、供热等部门。并且,其可用于加热、冷却、蒸发、冷凝、杀菌消毒、余热回收等各种情况。板式换热器主要有可拆卸式和焊接式两大类,相比而言,焊接式换热器具有承温、承压能力强,抗腐蚀能力好等优点,因而焊接式换热器使用范围更广泛。
焊接式换热器又可分为半焊接式换热器、全焊接式换热器、板客式换热器、钎焊板式换热器。由于钎焊具有加热温度较低、接头光滑平整、组织和机械性能变化小、工件尺寸精确等优点,钎焊板式换热器在制冷行业可用作冷凝器和蒸发器,在化工行业可作为酒精发酵等的冷却器......钎焊式换热器的工作温度范围为-160℃~+225℃,工作压力范围为0.01MPa~3.2MPa。
流体分配器作为钎焊板式换热器的重要组成部分,其能合理地将冷热流体分开,使其分别在每块板片两侧的流道中流动,通过板片进行热交换。目前钎焊板式换热器中常用的流体分配器主要有垫圈式分配器和压槽式分配器。垫圈式分配器作为一个单独零件其与换热板采用焊接方式连接,其优点是分配孔尺寸精确且不易堵塞,缺点是零件尺寸相对较大且制造装配工艺繁杂,成本较高。压槽式分配器与换热板母材采用一体式模压成型,其优点是工艺简单且批量成本较低,缺点是分配孔尺寸精确度低、分配孔易堵塞。
如何综合垫圈式换热器和槽牙式的优点而规避各自的缺点是行业中的一个技术难点,由此,亟需提出一种分配孔尺寸精确且不易堵塞,同时制造工艺简单,成本低的新技术。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于,针对普通流体分配器分配孔尺寸不精确、易堵塞、制造工艺繁杂、成本高等缺点提出一种新型流体分配器——块状流体分配器,及其生产工艺。
本发明解决上述问题所采用的技术方案为:一种块状流体分配器,其从下至上分别为下压片、流体分配块和上压片,如图1所示。所述流体分配器下压片与下换热片采用一体式冲压成型工艺;所述流体分配器上压片与上换热片亦采用一体式冲压成型工艺,如图2所示。上述流体分配器中流体分配块分别与下压片、下换热片和上压片、上换热片采用钎焊方式连接。
上述下换热片材质为不锈钢。下换热片厚度范围为0.3~0.4mm,且其表面为人字形波纹。
优选的,人字形波纹夹角范围为120°~140°,人字形波纹厚度范围为1.5~2.5mm。
上述上换热片材质为不锈钢。上换热片厚度范围为0.3~0.4mm,且其表面为人字形波纹。
优选的,上、下换热片表面人字形波纹为共轭波纹,即上、下换热片表面人字形波纹夹角相等、厚度相等,但人字形方向相反。
上述下压片与下换热片厚度同等,且下压片表面具有向上凸起的环形冲槽。
优选的,上述上凸环形冲槽两个端面与下压片平面锐角夹角范围为40°~50°;
优选的,上述上凸环形冲槽下表面端线夹角范围为40°~60°;
优选的,上述上凸环形槽两侧面夹角范围为80°~100°;
优选的,上述上凸环形槽高度尺寸范围为1.5~2.5mm,其与下换热片人字形波纹高度相同;
优选的,上述上凸环形槽上表面长度尺寸范围为2.2~2.8mm。
上述上压片与上换热片厚度相等,且上压片表面具有向下凹陷的环形冲槽。
优选的,上述下凹环形冲槽两个端面与上压片平面锐角夹角范围为40°~50°;
优选的,上述下凹环形冲槽下表面端线夹角范围为40°~60°;
优选的,上述下凹环形槽两侧面夹角范围为80°~100°;
优选的,上述下凹环形槽高度尺寸范围为1.5~2.5mm,其与上换热片人字形波纹高度相同;
优选的,上述下凹环形槽上表面长度尺寸范围为2.2~2.8mm.
优选的,上述下凹环形冲槽与上述上凸环形冲槽为对称结构,因此两者相对应的尺寸取值相同。
上述流体分配块材质为易于加工的碳钢,其外形类似于扇形。
优选的,上述流体分配块的厚度尺寸范围为3.5~4.3mm;
优选的,上述流体分配块两条侧面端线夹角范围为40°~60°;
优选的,上述流体分配块左右侧面两夹角范围均为80°~100°;
优选的,上述流体分配块宽度尺寸范围为5~7mm;
优选的,上述流体分配块均匀分布三个相同的锥形通孔,锥形通孔出液口直径与制冷剂类型与散热面积相关,可根据具体案例设置锥形通孔出液口直径大小,锥形通孔出液口直径大小范围为0.8~2mm;
优选的,上述流体分配块锥形通孔锥度范围为1:12~1:10;
优选的,上述流体分配块锥形通孔夹角范围为12°~18°;
优选的,上述流体分配块倒角尺寸范围为0.3~0.8mm;
优选的,上述上凸、下凹环形冲槽两个端面与下、上压片平面锐角夹角之和等于流体分配块左右侧面夹角。
本发明还提出一种上述块状流体分配器的制造方法,其步骤如下:
(1)备料:准备相应尺寸的不锈钢片、铜箔、碳钢块;
(2)冲压下换热片:采用冲压机将不锈钢片冲成相应下换热片形状;
(3)冲压上换热片:采用冲压机将不锈钢片冲成相应上换热片形状;
(4)冲压下压片:采用冲压机在换热片相应位置冲出上述分配器下压片;
(5)冲压上压片:采用冲压机在换热片相应位置冲出上述分配器上压片;
(6)机加工:采用数控机床将碳钢块加工成上述分配块形状;
(7)镀铜:采用电镀技术在上述分配块表面镀一层铜膜,铜膜厚度范围为0.04~0.07mm;
(8)预装配:将上述下换热片、分配器下压片、分配块、铜箔、分配器上压片、上换热片按图5的方式预装配;
(9)预压:采用压力机预压上述预装配流体分配器,预压力设置为0.5~4.5MPa;
(10)钎焊:将上述预压流体分配器放入真空炉进行钎焊,炉温为1100~1150℃,钎焊时间为8~10小时;
(11)质检:按国家标准或行业标准或企业标准对上述块状流体分配器进行质量检查。质检环节穿插在每一个制造工序中。
与现有技术相比,本发明的优点在于:
1.本发明中上、下压片与上、下换热片采用一体式冲压技术,工艺简单,因而制造成本低。
2.本发明中分配块锥形通孔采用数控机加工,尺寸误差小,因而分配器流量控制精确度高。
3.本发明中分配块锥形通孔出液口直径小,因而制冷剂在分配块出液口处流速加快,在换热片空腔中更易形成湍流,换热效率升高。
4.本发明中分配块锥形通孔进液口直径大,出液口直径小,制冷剂中杂质不易在锥形通孔内沉积,且单个分配块具有多个锥形孔,因而大大降低了分配器被堵塞的概率。
5.本发明中分配块表面镀有铜膜,因铜材料具有熔点低、延展性好的优点,经过预装配、预压工序后再进行钎焊,大大提高了分配器与上、下压片之间的密封性能。
附图说明
图1是本发明的结构示意图,其中1为下压片、2为流体分配块、3为上压片。
图2是本发明中上、下换热片与上、下压片连接关系示意图,4为下换热片、5为上换热片。
图3是本发明中下换热片人字形波纹示意图。
图4是本发明中上换热片人字形波纹示意图。
图5是本发明中分配块与上下压片、上下换热片连接示意图。
图6是本发明中下压片正视图。
图7是本发明中下压片断面图。
图8是本发明中上压片正视图。
图9是本发明中上压片断面图。
图10是本发明中分配块正视图。
图11是本发明中分配块半剖视图。
具体实施例
以下结合附图对本发明作进一步详细描述。
本发明提出的一种块状流体分配器,所采取的具体技术方案为:
其从下至上分别为下压片1、流体分配块2和上压片3,如图1所示。所述下压片1与下换热片4采用一体式冲压成型工艺,所述上压片3与上换热片5亦采用一体式冲压成型工艺,如图2所示。上述上下换热片采用共轭人字形波纹,且其人字形夹角均为130°,如图3和图4所示。上述流体分配器中流体分配块2分别与下压片1、下换热片4和上压片3、上换热片5采用钎焊方式连接,如图5所示,其中A孔为进液孔,液体在该孔通过流体分配器进入上下换热片形成的空窍内;D孔为出液孔,液体通过该孔流出换热片空腔;而B孔和C孔为密封孔,液体无法通过这两孔进入换热片空窍。
上述流体分配器下压片厚度为0.36mm,其表面具有向上凸起的环状冲槽,如图6和图7所示。上述上凸环形冲槽下表面端线夹角a=50°;上述上凸环形冲槽两个端面与下压片平面锐角夹角均为45°;上述上凸环形槽两侧面夹角b=90°;上述上凸环形槽高度尺寸c=2mm,其与下换热片人字形波纹高度一致;上述上凸环形槽上表面长度尺寸d=2.5mm.上述流体分配器上压片厚度为0.36mm,其表面具有向下凹陷的环状冲槽,如图8和图9所示。上述下凹环形冲槽下表面端线夹角e=50°;上述下凹环形冲槽两个端面与下压片平面锐角夹角均为45°;上述下凹环形槽两侧面夹角f=90°;上述下凹环形槽高度尺寸g=2mm,其与上换热片人字形波纹高度一致;上述下凹环形槽上表面长度尺寸h=2.5mm。上述流体分配器的分配块如图8和图9所示,其厚度尺寸j=3.9mm;上述流体分配块两条侧面端线夹角n=50°;上述流体分配块左右侧面两夹角均为l=90°;上述流体分配块宽度尺寸m=6.4mm;上述流体分配块均匀分布三个相同的锥形通孔,本实施例采用的制冷剂为R410A,换热片换热面积为0.05mm2,因而取锥形通孔出液口直径i=1mm;上述流体分配器锥形通孔的锥度p=1:11;上述流体分配块锥形通孔夹角k=15°;上述流体分配块倒角尺寸为0.5mm。
本发明还提出上述流体分配器的制造工艺,其包括以下具体步骤:
(1)备料:准备相应尺寸的不锈钢片、铜箔、20#碳钢块;
(2)冲压下换热片:采用冲压机将不锈钢片冲成相应下换热片形状;
(3)冲压上换热片:采用冲压机将不锈钢片冲成相应上换热片形状;
(4)冲压下压片:采用冲压机在换热片相应位置冲出上述分配器下压片;
(5)冲压上压片:采用冲压机在换热片相应位置冲出上述分配器上压片;
(6)机加工:采用数控机床将20#碳钢块加工成上述分配块形状;
(7)镀铜:采用电镀技术在上述分配块表面镀一层铜膜,铜膜厚度为0.05mm;
(8)预装配:将上述下换热片、分配器下压片、分配块、铜箔、分配器上压片、上换热片按图5的方式预装配;
(9)预压:采用压力机预压上述预装配流体分配器,预压力设置为2MPa;
(10)钎焊:将上述预压流体分配器放入真空炉进行钎焊,炉温为1135℃,钎焊时间为9小时;
(11)质检:按国家标准或行业标准或企业标准对上述块状流体分配器进行质量检查。质检环节穿插在每一个制造工序中;
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,本领域技术人员知悉,在不脱离本发明的精神和范围的情况下,可以对这些特征和实施例进行各种改变或等同替换。另外,在本发明的教导下,可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此,本发明不受此处所公开的具体实施例的限制,所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种块状流体分配器,其特征在于:其从下至上分别为下压片、流体分配块和上压片;所述下压片与换热器的下换热片采用一体式冲压成型工艺;所述上压片与换热器的上换热片采用一体式冲压成型工艺;上述流体分配器中流体分配块分别与下压片、下换热片和上压片、上换热片采用钎焊方式连接。
2.根据权利要求1所述的一种块状流体分配器,其特征在于:下压片厚度与下换热片厚度相同,且下压片表面具有向上凸起的环形冲槽。
3.根据要求要求2所述的一种块状流体分配器,其特征在于:上述上凸环形冲槽两个端面与下压片平面夹角为40°~50°;上述上凸环形冲槽下表面端线夹角为40°~60°;上述上凸环形槽两侧面夹角范围为80°~100°;上述上凸环形槽高度为1.5~2.5mm,其与下换热片波纹高度相同;上述上凸环形槽上表面长度尺寸为2.2~2.8mm。
4.根据权利要求1所述的一种块状流体分配器,其特征在于:上压片厚度与上换热片厚度相同,且上压片表面具有向下凹陷的环形冲槽。
5.根据权利要求4所述的一种块状流体分配器,其特征在于:上述下凹环形冲槽两个端面与上压片平面夹角为40°~50°;上述下凹环形冲槽下表面端线夹角为40°~60°;上述下凹环形槽两侧面夹角为80°~100°;上述下凹环形槽高度尺寸为1.5~2.5mm,其与上换热片波纹高度相同;上述下凹环形槽上表面长度尺寸为2.2~2.8mm。
6.根据权利要求3或5所述的一种块状流体分配器,其特征在于:所述上凸环形冲槽和下凹环形冲槽,其为对称结构,两者相对应的尺寸取值相同。
7.根据权利要求1所述的一种块状流体分配器,其特征在于:流体分配块材质为易于加工的碳钢。
8.根据权利要求7所述的一种块状流体分配器,其特征在于:上述流体分配块的厚度尺寸为3.5~4.3mm;上述流体分配块两条侧面端线夹角为40°~60°;上述流体分配块左右侧面两夹角均为80°~100°;上述流体分配块宽度尺寸为5~7mm;上述流体分配块均匀分布三个相同锥形通孔,锥形通孔出液口直径与制冷剂类型与散热面积相关,可根据具体案例设置锥形通孔出液口直径大小,锥形通孔出液口直径大小为0.8~2mm;上述流体分配块锥形通孔的锥度为1:12~1:10;上述流体分配块通孔夹角为12°~18°;上述流体分配块倒角尺寸为0.3~0.8mm;上述流体分配块表面镀铜层厚度为0.04~0.07mm。
9.根据权利要求3或5或8所述的一种块状流体分配器,其特征在于:所述上凸、下凹环形冲槽两个端面与下、上压片平面夹角之和等于流体分配块左右侧面夹角。
10.一种如权利要求1所述的块状流体分配器的制造方法,其特征在于:所述方法包括以以下步骤:
(1)备料:准备相应尺寸的不锈钢片、铜箔、碳钢块;
(2)冲压下换热片:采用冲压机将不锈钢片冲成相应下换热片形状;
(3)冲压上换热片:采用冲压机将不锈钢片冲成相应上换热片形状;
(4)冲压下压片:采用冲压机在换热片相应位置冲出上述分配器下压片;
(5)冲压上压片:采用冲压机在换热片相应位置冲出上述分配器上压片;
(6)机加工:采用数控机床将碳钢块加工成上述分配块形状;
(7)镀铜:采用电镀技术在上述分配块表面镀一层铜膜,铜膜厚度范围为0.04~0.07mm;
(8)预装配:将上述下换热片、分配器下压片、分配块、铜箔、分配器上压片、上换热片按图5的方式预装配;
(9)预压:采用压力机预压上述预装配流体分配器,预压力设置为0.5~4.5MPa;
(10)钎焊:将上述预压流体分配器放入真空炉进行钎焊,炉温为1100~1150℃,钎焊时间为8~10小时;
(11)质检:按国家标准或行业标准或企业标准对上述块状流体分配器进行质量检查,质检环节穿插在每一个制造工序中。
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