带腔体的结构板及其制作方法
技术领域
本发明涉及传热技术领域,特别涉及一种带腔体的结构板及其制作方法。
背景技术
带腔体的结构板的腔体形成通道,通道可以填充传热工质或用于换热的其它流体。
现有技术中的带腔体的结构板大多使用单层或者说是单一方向的通道,或是虽然通道具有多层,但是每层通道均独立、不与其他层的通道连通,这样的结构板限制了其内部传热工质的多向流动和立体流动。
另外,现有技术中的多层通道连通的带腔体的结构板,例如三层传热板,其依次包括第一板材、中间板材和第二板材。在第一板材和中间板材之间形成有第一通道,在第二板材和中间板材之间形成有第二通道,第一通道和第二通道用于填充传热工质或用于换热的其它流体。中间板材开设有连接通孔,从而使得第一通道和第二通道被导通,流体能在预设的导通流路内流动,实现带腔体的结构板良好的传热或换热性能。
上述的第一板材、中间板材和第二板材例如可以通过胀形工艺连接在一起。然而,由于现有技术中通常对位于中间板材的连接通孔的形状不作限制(通常连接通孔呈圆孔形),这造成了在轧制过程中,例如第一板材或第二板材会被压入连接通孔中而造成连接通孔的堵塞。当带腔体的结构板内的任一个或多个连接通孔堵塞后,由第一通道和第二通道构成的具有预设导通路径的通道将变成不可控的、不可预测的通道,影响了带腔体的结构板的传热性能。
发明内容
本发明的目的在于克服或至少减轻上述现有技术存在的不足,提供一种传热或换热性能好、可靠性高的带腔体的结构板。
根据本发明的第一方面,提供一种带腔体的结构板,其包括层叠设置的第一面板、第二面板和波形隔板,所述第一面板和所述第二面板分别设置于所述波形隔板的两侧,
所述第一面板和所述波形隔板之间以及所述第二面板和所述波形隔板之间分别形成有用于填充传热或换热流体的通道,其中,
所述波形隔板的至少部分区域呈波浪形,所述波形隔板与所述第一面板之间具有相连的粘接区,所述波形隔板与所述第二面板之间具有相连的粘接区,同一个波形隔板的各所述粘接区在所述结构板的长度方向上间隔开,
所述波形隔板具有多个裂隙,所述裂隙将位于所述第一面板和所述波形隔板之间的通道和位于所述第二面板和所述波形隔板之间的通道导通。
根据本发明的第二方面,提供一种带腔体的结构板,其包括2×n+1个层叠的板材层,n为大于1的正整数,所述板材层包括第一面板、第二面板、波形隔板和中间隔板,所述第一面板和所述第二面板分别位于所述带腔体的结构板的最外层,其中,
每两个相邻的板材层之间具有用于填充传热工质的通道,
所述第一面板贴合于一个所述波形隔板,所述第二面板贴合于另一个所述波形隔板,每两个相邻的所述波形隔板被一个所述中间隔板间隔开,
所述波形隔板的至少部分区域呈波浪形,所述波形隔板与其它板材相连的部分构成粘接区,同一个波形隔板的各所述粘接区在所述结构板的长度方向上间隔开,
所述波形隔板和所述中间隔板均具有多个裂隙,所述裂隙将位于所述裂隙所在的波形隔板或所述中间隔板的两侧的所述通道导通。
在至少一个实施方式中,所述裂隙在第一方向上的尺寸是所述裂隙在第二方向上的尺寸的10倍以上。
在至少一个实施方式中,所述第一方向与所述第二方向垂直,在所述第一方向和所述第二方向上,均有多个所述裂隙形成于所述波形隔板。
在至少一个实施方式中,通道由压力流体挤压所述波形隔板而形成。
在至少一个实施方式中,所述中间隔板呈平面状。
在至少一个实施方式中,所述带腔体的结构板的各板材层通过焊接工艺连接在一起,所述裂隙的第一方向与所述长度方向垂直。
在至少一个实施方式中,所述带腔体的结构板的各板材层通过轧制工艺连接在一起,所述裂隙的第一方向与所述长度方向平行。
根据本发明的第三方面,提供一种带腔体的结构板的制作方法,所述带腔体的结构板为根据本发明所述的带腔体的结构板,所述方法包括:
准备构成所述带腔体的结构板的板材层,在任意两个相邻的板材层的两个相对的面中的至少一个面用焊料印刷出所述粘接区,未印刷所述焊料的区域为所述通道所对应的区域;
制作所述裂隙,使用刃口表面与冲剪或切割方向不平行的刀具冲剪或切割需要形成所述裂隙的板材层;
焊接所述板材层,将构成所述带腔体的结构板的板材层层叠在一起形成板材组,给所述板材组施加压力并加热所述板材组,使所述焊料熔化并将所述板材层粘连在一起;
吹胀板材,向相邻的板材层间的所述通道填充压力液体,使所述波形隔板在所述通道处变形。
根据本发明的第四方面,提供一种带腔体的结构板的制作方法,所述带腔体的结构板为根据本发明的带腔体的结构板,所述方法包括:
准备构成所述带腔体的结构板的板材层,在任意两个相邻的板材层的两个相对的面中的至少一个面用焊料印刷出所述粘接区,未印刷所述焊料的区域为所述通道所对应的区域;
冲压所述波形隔板使其形成波浪形且形成所述裂隙;
焊接所述板材层,将构成所述带腔体的结构板的板材层层叠在一起形成板材组,给所述板材组施加压力并加热所述板材组,使所述焊料熔化并将所述板材层粘连在一起。
根据本发明的第五方面,提供一种带腔体的结构板的制作方法,所述带腔体的结构板为根据本发明的带腔体的结构板,带腔体的结构板所述方法包括轧辊多层板材:
将构成所述带腔体的结构板的板材层层叠在一起形成板材组,使用轧辊压轧所述板材组,所述轧辊与所述板材组的相对运动方向与所述裂隙延伸的第一方向相交或垂直。
根据本发明的带腔体的结构板,位于中间层的隔板的裂隙在带腔体的结构板制作过程中不容易被堵塞,带腔体的结构板的传热或换热性能好。
附图说明
图1是根据本发明的第一实施方式的带腔体的结构板的部分的剖面示意图。
图2是根据本发明的第一实施方式的带腔体的结构板在未吹胀前的示意图。
图3是根据本发明的第一实施方式的带腔体的结构板的各板材层沿宽度方向铺开的示意图。
图4(a)和图4(b)是根据本发明的第一实施方式的带腔体的结构板的波形隔板两种实现方式的示意图。
图5是根据本发明的第二实施方式的带腔体的结构板的部分的剖面示意图。
附图标记说明
10第一面板;20第二面板;30波形隔板;40中间隔板;
S通道;G裂隙;P1、P2图案;
D厚度方向;L长度方向;W宽度方向。
具体实施方式
下面参照附图描述本发明的示例性实施方式。应当理解,这些具体的说明仅用于示教本领域技术人员如何实施本发明,而不用于穷举本发明的所有可行的方式,也不用于限制本发明的范围。
若非特殊说明,本发明参照图1至图5中的方向定义来说明根据本发明的带腔体的结构板的各部件的位置关系,其中D表示带腔体的结构板的厚度方向,L表示带腔体的结构板的长度方向,W表示带腔体的结构板的宽度方向。
(第一实施方式)
参照图1至图4(b),介绍根据本发明的第一实施方式的带腔体的结构板的基本结构和制作方法。
在本实施方式中,带腔体的结构板包括层叠的第一面板10、第二面板20和波形隔板30。第一面板10和第二面板20分别设置于波形隔板30的厚度方向D上的两侧。优选地,带腔体的结构板的各板材层的制作材料包括铝。
波形隔板30的至少部分区域呈波浪形,特别是波形隔板30的中间区域呈波浪形,更特别是波形隔板30的整个中间区域呈波浪形。
虽然优选地第一面板10和第二面板20均呈平面状,但是本发明对第一面板10和第二面板20形状不作限制。
在第一面板10和波形隔板30之间具有通道S。在第二面板20和波形隔板30之间具有通道S。通道S例如可以通过在板材之间填充流体将波形隔板30吹胀变形而形成的,应当理解,对于采用吹胀的方式形成通道S的方式,在吹胀之前,波形隔板30呈平板状。
图2和图3显示了吹胀前的结构板的形态。其中图2是结构板的部分的剖视图,图3是将第一面板10、波形隔板30和第二面板20沿宽度方向W铺开的示意图。
此时通道S尚未形成,波形隔板30的波形尚未形成,也将此时的波形隔板30称为波形隔板坯30r。第一面板10和波形隔板坯30r之间具有粘接区H和未粘接区P1,第二面板20和波形隔板坯30r之间具有粘接区H和未粘接区P2。位于波形隔板坯30r的两个面的未粘接区P1和未粘接区P2在长度方向L上是错开的。
波形隔板坯30r具有多个裂隙G,并且每一个裂隙G均能在厚度方向D上贯通位于波形隔板坯30r的两侧的一个未粘接区P1和一个未粘接区P2。
应当理解,当波形隔板30的波形形成后,波形隔板30较波形隔板坯30r在长度方向L上被拉扯开,但是裂隙G、未粘接区P1、未粘接区P2和粘接区H在长度方向L的位置基本上不发生变化,因此裂隙G、未粘接区P1、未粘接区P2和粘接区H相对于波形隔板坯30r的位置关系同样适用于波形隔板30。下文的介绍中并不刻意区分波形隔板坯30r或波形隔板30。
参照图4(a)和图4(b),裂隙G呈狭长的形状,其在自身长度方向(也称第一方向)上的尺寸远大于其在自身宽度方向(也称第二方向)上的尺寸。例如图4(a)中的裂隙G沿波形隔板30的宽度方向W延伸,裂隙G在第一方向(图4(a)中为带腔体的结构板的宽度方向W)上的尺寸是裂隙G在第二方向(图4(a)中为带腔体的结构板的长度方向L)上的尺寸的10倍以上。优选地,裂隙G在第一方向上的尺寸是裂隙G在第二方向上的尺寸的20倍以上。
优选地,多个裂隙G平行地排布。
优选地,裂隙G由冲压形成。优选地,冲压刀的刃口呈斜面,即刀刃与冲压方向不平行,这样的冲压刀在冲压过程中不容易与波形隔板30发生粘连,裂隙G的成型效果好,冲压刀的使用寿命长。
接下来,介绍使波形隔板坯30r变形成具有波形的波形隔板30、同时在结构板形成通道S的三种工艺。
(I.焊接工艺一)
第一种工艺采用焊接的方式使板材在粘接区H连接在一起,之后在未粘接区P1和未粘接区P2吹胀板材。包括以下步骤:
(I.1)准备第一面板10和第二面板20,包括:
参照图2,在第一面板10的朝向波形隔板30的一面使用焊料印刷出粘接区H,在第二面板20的朝向波形隔板30的一面使用焊料印刷出粘接区H。相邻的粘接区H之间在结构板的长度方向L上间隔开。
在第一面板10和波形隔板30之间,每两个相邻的粘接区H之间形成一个未粘接区P1。在第二面板20和波形隔板30之间,每两个相邻的粘接区H之间形成一个未粘接区P2。
(I.2)准备波形隔板30(也称制作裂隙G),包括:
使用刃口呈斜面的刀具给波形隔板30冲剪或切割出多个裂隙G。裂隙G的第一方向与结构板的宽度方向W平行(与长度方向L垂直)。
(I.3)焊接多层板材,包括:
将第一面板10和第二面板20叠放在波形隔板30的两侧形成板材组,第一面板10的印刷有焊料的一面朝向波形隔板30,第二面板20的印刷有焊料的一面朝向波形隔板30。
给板材组施加一定的压力并加热板材组,使焊料熔化,相邻的板材在粘接区H会粘连到一起、而在未粘接区P1和未粘接区P2不会连接在一起。
具体的焊接方式可以是例如钎焊、热阻焊、激光焊、分子渗透焊等,本发明对此不作限制。
(I.4)吹胀板材,包括:
向相邻的板材间填充压力介质(例如压力流体),压力介质可以进入相邻的板材之间的未粘接区P1和未粘接区P2,并使波形隔板30形成波浪形,从而形成位于第一面板10和波形隔板30之间的通道S和位于第二面板20和波形隔板30之间的通道S。
值得说明的是,在该方法中,裂隙G的第一方向与结构板的宽度方向W平行。这是因为,在吹胀板材的过程中,波形隔板30容易沿长度方向L发生拉扯变形,这一拉扯过程帮助裂隙G沿长度方向L(即裂隙G的第二方向)发生轻微变形,有助于板材间通道的形成。
(II.焊接工艺二)
第二种焊接工艺是第一种焊接工艺的变型。在该焊接工艺中,波形隔板30的波浪形以冲压工艺形成的。包括以下步骤:
(II.1)准备第一面板10和第二面板20,包括:
参照图2,在第一面板10的朝向波形隔板30的一面使用焊料印刷出粘接区H,在第二面板20的朝向波形隔板30的一面使用焊料印刷出粘接区H。相邻的粘接区H之间在结构板的长度方向L上间隔开。
在第一面板10和波形隔板30之间,每两个相邻的粘接区H之间形成一个未粘接区P1。在第二面板20和波形隔板30之间,每两个相邻的粘接区H之间形成一个未粘接区P2。
(II.2)准备波形隔板30,包括:
使用刃口呈斜面的冲压刀给波形隔板30冲压出多个裂隙G。裂隙G的第一方向与结构板的宽度方向W平行(与长度方向L垂直)。
上述冲压过程可以同时包括冲压波形隔板30使之形成波浪形,波浪形的波峰和波谷对应了粘接区H。
(II.3)焊接多层板材,包括:
将第一面板10和第二面板20叠放在波形隔板30的两侧形成板材组,第一面板10的印刷有焊料的一面朝向波形隔板30,第二面板20的印刷有焊料的一面朝向波形隔板30。
给板材组施加一定的压力并加热板材组,使焊料熔化,相邻的板材在粘接区H会粘连到一起、而在未粘接区P1和未粘接区P2不会连接在一起。
具体的焊接方式可以是例如钎焊、热阻焊、激光焊、分子渗透焊等,本发明对此不作限制。
(III.胀形工艺)
胀形工艺采用热轧的方式使板材在粘接区H连接在一起,之后在未粘接区P1和未粘接区P2吹胀板材。包括以下步骤:
(III.1)准备第一面板10和第二面板20,包括:
在第一面板10的朝向波形隔板30的一面用石墨印刷出未粘接区P1。在第二面板20的朝向波形隔板30的一面用石墨印刷出未粘接区P2。未印刷有石墨的区域即对应了粘接区H。相邻的粘接区H之间在结构板的长度方向L上间隔开。
(III.2)准备波形隔板30,包括:
使用刃口呈斜面的冲压刀给波形隔板30冲压出多个裂隙G。裂隙G的第一方向与结构板的长度方向L平行(图中未示出这种实施方式)。
在裂隙G处印刷石墨。
(III.3)轧制多层板材,包括:
将第一面板10和第二面板20叠放在波形隔板30的两侧形成板材组,第一面板10的印刷有未粘接区P1的一面朝向波形隔板30,第二面板20的印刷有未粘接区P1的一面朝向波形隔板30。
使用轧辊压轧板材组,轧辊与板材组的相对运动方向大致与第一方向相交,优选地,轧辊与板材组的相对运动方向大致与第一方向垂直。
(III.4)吹胀板材,包括:
向相邻的板材间填充压力介质(例如压力流体),压力介质可以进入相邻的板材之间的未粘接区P1和未粘接区P2,并在使波形隔板30形成波浪形,从而形成位于第一面板10和波形隔板30之间的通道S和位于第二面板20和波形隔板30之间的通道S。
值得说明的是,在该方法中,裂隙G的第一方向与结构板的长度方向L平行。这是因为,在结构板的轧制过程中,波形隔板30容易沿宽度方向W发生拉扯变形,这一拉扯过程帮助裂隙G沿宽度方向W(即裂隙G的第二方向)发生轻微变形,有助于板材间通道的形成。
应当理解,本发明对实施两种工艺中的各步骤的先后顺序不作限制,且对每一个步骤内的各操作之间的顺序不作限制。
接下来介绍裂隙G的特殊形状和尺寸设计带来的好处。
在多层板材被连接在一起、并被压力介质吹胀的过程中,狭长的裂隙G将主要在第二方向上发生变形,该变形使裂隙G在第二方向上的尺寸动态地变大,第一面板10或第二面板20不容易进入裂隙G内堵塞裂隙G。
此外,由于裂隙G在第一方向上的尺寸较大,带腔体的结构板在使用过程中,传热工质容易在垂直于第一方向的第二方向上流动,即传热工质在多层的通道S内在第二方向上的流动增强。
(第二实施方式)
参照图5,介绍根据本发明的第二实施方式的带腔体的结构板的基本结构。
第二实施方式是第一实施方式的变型。在本实施方式中,带腔体的结构板包括五层板材,依次为:第一面板10、波形隔板30、中间隔板40、波形隔板30和第二面板20。
每两层相邻的板材之间具有吹胀形成的通道S。
位于两层波形隔板30之间的中间隔板40可以不是波形的,而是平面状的。
波形隔板30和中间隔板40均开设有裂隙G。
带腔体的结构板的层数的增加使得传热工质的分布更加立体化,从而增强传热板的传热效果。
应当理解,本发明还可以推广至层数更多(例如七层、九层等)的带腔体的结构板。
具有一般性地,对于层数为2×n+1的带腔体的结构板(其中n为正整数),其最外层分别为第一面板10和第二面板20,与第一面板10或第二面板20相贴合的是波形隔板30,且每两个相邻的波形隔板30被一个中间隔板40间隔开。
本发明至少具有以下优点中的一个优点:
(i)本发明的位于波形隔板30的裂隙G呈狭长的缝隙状,在多层的板材组的粘连并吹胀成型过程中不容易被封堵。
(ii)裂隙G在第一方向上的尺寸远大于其在第二方向上的尺寸,带腔体的结构板成型后裂隙G在第二方向上有较大的变形,传热工质在板材内的横向流动得到加强。
(iii)本发明提供了带腔体的结构板的至少三种制作方法,根据本发明的带腔体的结构板能实现内部传热工质或其他流体的多向流动和立体流动。
当然,本发明不限于上述实施方式,本领域技术人员在本发明的教导下可以对本发明的上述实施方式做出各种变型,而不脱离本发明的范围。例如:
(i)虽然在第一实施方式中介绍了用于形成第一面板10和波形隔板30之间的通道S的焊料或石墨被印刷在第一面板10,用于形成第二面板20和波形隔板30之间的通道S的焊料或石墨被印刷在第二面板20,但是本发明对板材层之间的焊料或石墨的印刷位置不作限制,例如上述用于形成第一面板10和波形隔板30之间的通道S的焊料或石墨也可以被印刷在波形隔板30,上述用于形成第二面板20和波形隔板30之间的通道S的焊料或石墨也可以被印刷在波形隔板30。即用于形成相邻的板材之间的通道S的焊料或石墨可以印刷于这两个相邻的板材的相对的面中的任一者或两者。
(ii)本发明对形成多行阵列形式的多个裂隙G互相之间的间隔尺寸不作限制。只需保证每一个裂隙G在厚度方向D上位于两侧的未粘接区P1和未粘接区P2之间即可。裂隙G也可以不是直线形,例如是狭长的曲线形。