CN113340129A - 一种高效换热器及其加工工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高效换热器及其加工工艺，该方案包括两块对称设置的集流板、焊接于两块集流板之间的多个扁管及与集流板密封连接的密封板；所述扁管沿集流板高度方向和长度方向阵列设置，且每个所述扁管内设有扰流结构；每个所述密封板上设有液体接嘴；两个液体接嘴、所有扁管以及集液腔之间形成热交换流道，该集液腔通过密封板与集流板合并形成，其加工工艺包括铲齿成型方法、挤压方法及插接固定方式，本方案可显著降低换热器加工难度，降低换热器的整体重量，方便控制流速的优点。

Description

一种高效换热器及其加工工艺

技术领域

本发明涉及散热器技术领域，具体涉及一种高效换热器及其加工工艺。

背景技术

板式换热器作为换热器领域常用的设备，其加工工艺通常是将两块铝板和两根封条焊接成单条水道，其水道内部是完全中空，不设有任何扰流结构，因此其水道的长宽过大，导致加工较为困难，还因为其不设有任何扰流结构的设计导致液体的流速受焊接效果的影响较大，很难进行控制，导致换热效率变成，整体的加工效率较低，成品的板式换热器也较重。

综上，亟待一种可显著降低加工难度、提高加工效率及产品质量的高效换热器及其加工工艺。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的上述问题，提供了一种高效换热器。

为了实现上述发明目的，本发明采用了以下技术方案：一种高效换热器包括两块对称设置的集流板、焊接于两块集流板之间的多个扁管及与集流板密封连接的密封板；所述扁管沿集流板高度方向和长度方向阵列设置，且每个所述扁管内设有扰流结构；每个所述密封板上设有液体接嘴；两个液体接嘴、所有扁管以及集液腔之间形成热交换流道，该集液腔通过密封板与集流板合并形成。

工作原理及有益效果：1、与现有技术相比，将单条水道阵列式的结构改进为多条水道阵列式的结构(扁管沿集流板高度方向和长度方向阵列设置)，可以显著降低单个水道(扁管)的大小和重量(体积越大加工难度越高)，从而降低加工难度，便于控制精度，也便于焊接时保证质量，因此可以提高加工效率；

2、在每个扁管内设置扰流结构，可以更好地控制换热液的流速，使其具有充足的时间来进行换热，换热效率高，而且由于结构经过改进成多条水道阵列式的结构，也增大了换热面积，进一步提高了换热效率。

进一步地，每个所述扁管内的扰流结构通过铲齿成型方法加工而成。此方案主要对于直齿形的扰流结构进行加工，现有技术对于直齿形的扰流结构加工难度较高，无法保证加工质量，通过数控机床直接对毛坯件进行铲齿加工，然后再进行焊接操作即可，加工方式简单，工艺性较强，可加工尺寸范围较大，既可以加工微型的换热器，也可以用来制作如军工使用的大型换热器等产品。

进一步地，每个所述扁管以及该扁管内的扰流结构通过开模挤压方法加工而成。这种方式加工的扁管可以根据客户的喜好或者要求进行扰流结构定制，定制好的模具对毛坯挤压加工即可形成需要的扁管，一次成型而成，可以根据不同的需求定制不同截面的扁管水道，方便科研人员研究适合特殊使用环境的最佳扰流结构，在大批量制造时，可显著降低单件生产成本，加工效率高。

进一步地，所述扰流结构插接于扁管内并进行焊接固定。此方案，可单独加工扁管和扰流结构，然后再将扰流结构插入到扁管内进行焊接即可，操作难度最低，加工效率较高，扰流结构的焊接可以随着扁管与集流板的焊接同时进行，减少了其他工序步骤。

进一步地，还包括设于相邻两个扁管之间的风道翅片。通过将风道翅片设于相邻的两个扁管之间，使得扁管和风道翅片间隔设置，可显著增加与空气的接触面积，提高换热效率。

用于制造上述的一种高效换热器的加工工艺包括以下步骤：

A100、对毛坯进行切削加工得到第一毛坯；

A101、通过数控铲齿对所述第一毛坯加工，得到带有扰流结构的扁管毛坯；

A102、将所述带有扰流结构的扁管毛坯折弯焊接成扁管，使得扰流结构被所述扁管包裹于内部；

A103、将多个所述扁管焊接于两个集流板之间，扁管形成阵列状；

A104、将密封板焊接于每个集流板上；

A105、将风道翅片固定于两个扁管之间，并将风道封板焊接于两块集流板之间。

此工艺，由于数控铲齿的工艺受尺寸、材料的限制较小，且扁管的缝管焊接操作也是受尺寸、材料的限制较小，通过此工艺可适用于绝大多数的换热器的设计制造，通过现有的钣金加工水平即可轻松实现，加工难度低，当然配合本换热器的结构设计，使得扁管的大小与现有技术相比明显要小很多，因此加工难度通过本方案可进一步地降低，此工艺制得的换热器中扁管和扰流结构是一体的，因此热传递效果更好，整体性也更好，换热效果更佳。

进一步地，所述第一毛坯包括平板部和与平板部一体的凸起部，通过设定扰流结构的齿总宽和齿高以及齿厚，分别确定平板部和凸起部的长度以及厚度。

在设计前，只需要确定扰流结构的齿总宽和齿高以及齿厚，即可根据普遍的加工余量和折弯余量快速计算出平板部(也就是将扰流结构包裹起来形成扁管的部分)的长度和厚度，以及凸起部的长度和厚度，其中凸起部的长度也就是扰流结构的齿总宽。

用于制造上述的一种高效换热器的加工工艺，包括以下步骤：

B100、根据扰流结构的横截面开型材模；

B101、通过所述型材模对扁管的毛坯进行挤压成型操作，得到带有扰流结构的扁管；

B102、将多个所述扁管焊接于两个集流板之间，扁管形成阵列状；

B103、将密封板焊接于每个集流板上；

B104、将风道翅片固定于两个扁管之间，并将风道封板焊接于两块集流板之间。

通过上述工艺，只需要通过现有的型材开模工艺按照需要的扰流结构横截面进行开模，然后直接通过开好的型材模利用现有的压机进行挤压成型操作即可，适合各种定制加工，可显著提高生产效率，尤其适合大批量生产，降低单件成本。

用于制造上述的一种高效换热器的加工工艺，，包括以下步骤：

C100、分别加工扁管和扰流结构；

C101、将扰流结构插入于扁管内；

C102、将多个所述扁管焊接于两个集流板之间，同时将扰流结构与扁管进行焊接，扁管形成阵列状；

C103、将密封板焊接于每个集流板上；

C104、将风道翅片固定于两个扁管之间，并将风道封板焊接于两块集流板之间。

通过上述工艺，提供了一种成本最低，加工工艺要求最低的方式，通过先将扰流结构插入于扁管内，后续扁管与密封板焊接时，可顺带一同将扰流结构与扁管焊接，节省了加工工序，显著降低了加工成本。

进一步地，扁管与集流板之间以及扁管与扰流结构之间均通过真空钎焊固定。真空钎焊不仅节省大量价格昂贵的金属钎剂(但并不是完全无需焊剂)，而且又不需要复杂的焊剂清洗工序，降低了生产成本，也能够焊接多种材料，因此可极大地提升本工艺的加工效率和质量，降低成本，也使得加工制得的高效换热器具有成本低质量好的优点。

附图说明

图1是本发明换热器的立体图；

图2是本发明换热器的爆炸图；

图3是本发明实施例2的加工工艺流程图；

图4是本发明实施例3的加工工艺流程图；

图5是本发明实施例4的加工工艺流程图。

图中，1、集流板；2、扁管；3、密封板；4、扰流结构；5、风道翅片；6、液体接嘴；7、风道封板；8、第一毛坯；81、平板部；82、凸起部；9、钎料层。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本领域技术人员应理解的是，在本发明的披露中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本发明的限制。

实施例1

如图1和2所示，本高效换热器包括两块对称设置的集流板1、焊接于两块集流板1之间的多个扁管2及与集流板1焊接固定的密封板3。

具体地，扁管2沿集流板1高度方向和长度方向阵列设置，且每个所述扁管2内设有扰流结构4，在本实施例中，可常见图1中扁管2沿集流板1高度方向设有三个，沿集流板1长度方向设有十九个，以此阵列设置，形成三排十九列的阵列，在每两列扁管2之间还设有一个风道翅片5，通过将风道翅片5设于相邻的两个扁管2之间，使得扁管2和风道翅片5间隔设置，可显著增加与空气的接触面积，提高换热效率，上述扁管2和风道翅片5的具体数量可根据实际需求而定。

具体地，每个密封板3上设有液体接嘴6，两个液体接嘴6、所有扁管2以及集液腔之间形成热交换流道，该集液腔通过密封板3与集流板1焊接合并形成，在两个集液腔之间焊接有一前一后的风道封板7，用于保护扁管2，增强整体的强度，使得风道变成自下往上，更加符合热空气上升的原理。

与现有技术相比，将单条水道阵列式的结构改进为多条水道阵列式的结构(扁管2沿集流板1高度方向和长度方向阵列设置)，可以显著降低单个水道(扁管2)的大小和重量(体积越大加工难度越高)，从而降低加工难度，便于控制精度，也便于焊接时保证质量，因此可以提高加工效率。

在每个扁管2内设置扰流结构4，可以更好地控制换热液的流速，使其具有充足的时间来进行换热，换热效率高，而且由于结构经过改进成多条水道阵列式的结构，也增大了换热面积，进一步提高了换热效率。其中扰流结构4可以是常见的直齿状、或斜齿状，这里不对其结构进行限定。

实施例2

请参阅图3，用于制造上述的一种高效换热器的加工工艺(针对于直齿型的扰流结构4)包括以下步骤：

A100、对毛坯进行切削加工得到第一毛坯8；

在这一步之前，先需要对本换热器进行设计，通过先确定扰流结构4的齿总宽B、齿高H及齿厚D，得益于数控铲齿的优势，齿总宽B、齿高H及齿厚D的尺寸在一定范围内均不受限制，设计扁管2时优先确定B、H的尺寸，设如图所示的原材总长为L+6，原材短边长为M+2，则L＝2B+πH，详见图3中的表示，各尺寸字母后加的数字为加工余量与折弯余量之和，可根据换热器实际尺寸设定其他合适的值。

第一毛坯8包括平板部81和与平板部81一体的凸起部82，通过设定扰流结构4的齿总宽B、齿高H及齿厚D，分别确定平板部81和凸起部82的长度以及厚度，因此平板部81长度为L+6，厚度为D，与凸起部82之间的短边为M+2，凸起部82的斜坡长度为H+1，长度为B，高度为H。其中之所以凸起部82上需要设置斜坡，主要是铲齿工艺需要将齿通过刀片倾斜铲起来立成竖直的齿，最后形成直齿型的扰流结构4,具体的工艺也是散热器制造技术领域的现有技术，这里不再对其进行赘述。

A101、通过数控铲齿对所述第一毛坯8加工，得到带有扰流结构4的扁管2毛坯；

可见图3中，这一步相当于精加工，将凸起部82加工成翅片状，也减少了部分余量。

A102、将带有扰流结构4的扁管2毛坯折弯焊接成扁管2，使得扰流结构4被扁管2包裹于内部；

可见图3中，这一步对平板部81进行折弯并将接缝处焊缝处理，即可加工出带有扰流结构4的扁管2，这一步再对每个扁管2的两头涂抹钎料层9，钎料层9的厚度设定为0.2mm～0.8mm之间，主要是为了能够与集流板1上的通孔形成过盈配合，方便后续进行焊接操作。

A103、将多个所述扁管2焊接于两个集流板1之间，扁管2形成阵列状；

可见图3中，这一步将扁管2按照图1中的排列方式装夹在两个对称的集流板1之间，然后进行真空焊接即可，当然也可以是其他焊接方式，由于之前扁管2和集流板1是过盈配合，因此在搬动和焊接时，不容易导致扁管2发生位移，接触效果和焊接效果更好，也无需其他额外的固定装置来对扁管2进行固定。

A104、将密封板3焊接于每个集流板1上；

常见图3中的最后一步，此步骤和后续步骤通过常见的氩弧焊即可操作，操作极为简单。

A105、将风道翅片5固定于两个扁管2之间，并将风道封板7焊接于两块集流板1之间。这个步骤和步骤A105的操作也是一样，均可通过氩弧焊进行操作。

此工艺，由于数控铲齿的工艺受尺寸、材料的限制较小，且扁管2的缝管焊接操作也是受尺寸、材料的限制较小，通过此工艺可适用于绝大多数的换热器的设计制造，通过现有的钣金加工水平即可轻松实现，加工难度低，当然配合本换热器的结构设计，使得扁管2的大小与现有技术相比明显要小很多，因此加工难度通过本方案可进一步地降低，此工艺制得的换热器中扁管2和扰流结构4是一体的，因此热传递效果更好，整体性也更好，换热效果更佳。

实施例3

请参阅图4，用于制造上述的一种高效换热器的加工工艺，包括以下步骤：

B100、根据扰流结构4的横截面开型材模；

可见图4中，可以根据客户喜好或者设计要求来选择不同形状结构的扰流结构4，增加扰流结构4均可以增加换热面积，从而提高换热效率。

B101、通过所述型材模对扁管2的毛坯进行挤压成型操作，得到带有扰流结构4的扁管2；

参见图4中，使用小型压机挤压加工成型。这一步再对每个扁管2的两头涂抹钎料层9，钎料层9的厚度设定为0.2mm～0.8mm之间，主要是为了能够与集流板1上的通孔形成过盈配合，方便后续进行焊接操作。

B102、将多个所述扁管2焊接于两个集流板1之间，扁管2形成阵列状；

后续的步骤与实施例2中基本一致，这里不再进行额外的赘述。

B103、将密封板3焊接于每个集流板1上；

B104、将风道封板7焊接于两块集流板1之间，并将风道翅片5固定于两个扁管2之间。

通过上述工艺，只需要通过现有的型材开模工艺按照需要的扰流结构4横截面进行开模，然后直接通过开好的型材模利用现有的压机进行挤压成型操作即可，适合各种定制加工，可显著提高生产效率，尤其适合大批量生产，降低单件成本。

实施例4

请参阅图5，用于制造上述的一种高效换热器的加工工艺，，包括以下步骤：

C100、分别加工扁管2和扰流结构4；

具体如何进行加工，不进行限制，可以是数控机床加工，也可以是冲压成型加工而成。

C101、将扰流结构4插入于扁管2内；

这个步骤也极为简单，具体不再进行赘述。这一步再对每个扁管2的两头涂抹钎料层9，钎料层9的厚度设定为0.2mm～0.8mm之间，主要是为了能够与集流板1上的通孔形成过盈配合，方便后续进行焊接操作。

C102、将多个所述扁管2焊接于两个集流板1之间，同时将扰流结构4与扁管2进行焊接，扁管2形成阵列状；

此步骤以及后续步骤与实施例2和3的基本一致，不同的是，在此步骤中，在扁管2与集流板1焊接的同时，也进行扰流结构4与扁管2的焊接。

C103、将密封板3焊接于每个集流板1上；

C104、将风道封板7焊接于两块集流板1之间，并将风道翅片5固定于两个扁管2之间。

通过上述工艺，提供了一种成本最低，加工工艺要求最低的方式，通过先将扰流结构4插入于扁管2内，后续扁管2与密封板3焊接时，可顺带一同将扰流结构4与扁管2焊接，节省了加工工序，显著降低了加工成本。

优选地，扁管2与集流板1之间以及扁管2与扰流结构4之间均通过真空钎焊固定。真空钎焊不仅节省大量价格昂贵的金属钎剂，只需要少量的钎料，而且又不需要复杂的焊剂清洗工序，降低了生产成本，也能够焊接多种材料，因此可极大地提升本工艺的加工效率和质量，降低成本，也使得加工制得的高效换热器具有成本低质量好的优点。

在附图3-5中，氩弧焊焊接封板步骤中的封板为密封板3。

本发明未详述部分为现有技术，故本发明未对其进行详述。

可以理解的是，术语“一”应理解为“至少一”或“一个或多个”，即在一个实施例中，一个元件的数量可以为一个，而在另外的实施例中，该元件的数量可以为多个，术语“一”不能理解为对数量的限制。

尽管本文较多地使用了集流板1、扁管2、密封板3、扰流结构4、风道翅片5、液体接嘴6、风道封板7、第一毛坯8、平板部81、凸起部82、钎料层9等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高效换热器，其特征在于，包括两块对称设置的集流板、焊接于两块集流板之间的多个扁管及与集流板密封连接的密封板；所述扁管沿集流板高度方向和长度方向阵列设置，且每个所述扁管内设有扰流结构；每个所述密封板上设有液体接嘴；两个液体接嘴、所有扁管以及集液腔之间形成热交换流道，该集液腔通过密封板与集流板合并形成。

2.根据权利要求1所述的一种高效换热器，其特征在于，每个所述扁管内的扰流结构通过铲齿成型方法加工而成。

3.根据权利要求1所述的一种高效换热器，其特征在于，每个所述扁管以及该扁管内的扰流结构通过开模挤压方法加工而成。

4.根据权利要求1所述的一种高效换热器，其特征在于，所述扰流结构插接于扁管内并进行焊接固定。

5.根据权利要求1所述的一种高效换热器，其特征在于，还包括设于相邻两个扁管之间的风道翅片。

6.用于制造权利要求2所述的一种高效换热器的加工工艺，其特征在于，包括以下步骤：

对毛坯进行切削加工得到第一毛坯；

通过数控铲齿对所述第一毛坯加工得到带有扰流结构的扁管毛坯；

将所述带有扰流结构的扁管毛坯折弯焊接成扁管，使得扰流结构被所述扁管包裹于内部；

将多个所述扁管焊接于两个集流板之间，扁管形成阵列状；

将密封板焊接于每个集流板上；

将风道翅片固定于两个扁管之间，并将风道封板焊接于两块集流板之间。

7.根据权利要求5所述的加工工艺，其特征在于，所述第一毛坯包括平板部和与平板部一体的凸起部，通过设定扰流结构的齿总宽和齿高以及齿厚，分别确定平板部和凸起部的长度以及厚度。

8.用于制造权利要求3所述的一种高效换热器的加工工艺，其特征在于，包括以下步骤：

根据扰流结构的横截面开型材模；

通过所述型材模对扁管的毛坯进行挤压成型操作，得到带有扰流结构的扁管；

将多个所述扁管焊接于两个集流板之间，扁管形成阵列状；

将密封板焊接于每个集流板上；

将风道翅片固定于两个扁管之间，并将风道封板焊接于两块集流板之间。

9.用于制造权利要求4所述的一种高效换热器的加工工艺，其特征在于，包括以下步骤：

分别加工扁管和扰流结构；

将扰流结构插入于扁管内；

将多个所述扁管焊接于两个集流板之间，同时将扰流结构与扁管进行焊接，扁管形成阵列状；

将密封板焊接于每个集流板上；

将风道翅片固定于两个扁管之间，并将风道封板焊接于两块集流板之间。

10.根据权利要求9所述的加工工艺，其特征在于，扁管与集流板之间以及扁管与扰流结构之间均通过真空钎焊固定。

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