CN213955686U - 包含极限凸起散热铝片的换热器及冷水机 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了包含极限凸起散热铝片的换热器的冷水机，包括压缩机、冷凝器、蒸发器、水泵、风机、水箱，压缩机、电子膨胀阀，冷凝器、电子膨胀阀、蒸发器通过管道依次相连，构成制冷循环系统；水箱与水泵通过水管以及需冷却设备构成水循环系统；其中蒸发器采用包含极限凸起散热铝片的换热器。与传统冷水机所使用的汽车水箱及空调类盘管换热器比较；本实用新型冷水机所采用的换热器在同样的热交换能力可以显著缩小体积，同样的体积时热交换速率与热交换功率会明显加大，主要有以下明显优势：1)同样制冷功率下，冷水机体积将更小；2)同样体积的冷水机，制冷功率将更大。

Description

包含极限凸起散热铝片的换热器及冷水机

技术领域

本实用新型涉及热交换技术领域，具体涉及一种包含极限凸起散热铝片的换热器及冷水机。

背景技术

工业激光冷水机常用于激光切割机，激光焊接，打标机，雕刻机等设备，根据激光发生器的类型，把激光冷水机细分为紫外激光冷水机，CO2激光玻璃管冷水机，半导体激光冷水机，超快激光冷水机，YAG激光冷水机，光纤激光冷水机等，其中光纤激光市场量较大。

根据MarketsandMarkets最新报告显示，全球冷水机组市场预计从2015 年的86.3亿美元增长至2021年的108.4亿美元，年复合增长率达到4.24％。

如图1所示，冷水机构成主要分为三大系统：制冷剂循环系统、水循环系统、电气控制系统。

冷水机制冷剂循环系统：蒸发器2中的液态制冷剂吸收水中的热量并开始蒸发，最终制冷剂与水之间形成一定的温度差，液态制冷剂亦完全蒸发变为气态后被压缩机1吸入并压缩(压力和温度增加),气态制冷剂通过冷凝器 4(风冷/水冷)吸收热量，凝结成液体，通过膨胀阀3(毛细管或电子膨胀阀)节流后变成低温低压制冷剂进入蒸发器，完成制冷剂循环过程。

水循环系统：水泵7将低温冷却水送入需冷却的设备，冷水机冷冻水将热量带走后温度升高再回流到水箱6，达到冷却的作用。

电气控制系统：通过电气控制保证提供恒温、恒流、恒压的冷却水设备。

目前市场上冷水机的蒸发器和冷凝器多采用空调盘管类换热器，少数采用汽车水箱式换热器类换热器。

空调盘管式换热器的结构是多条圆形管道平行排列，管道两端由专用弯头将管道依次焊接成一条流体通路，金属管道外面无间隙串挂多片垂直于管路并相互平行的散热铝片用于增加换热面积，散热铝片间距依靠散热铝片与管道配合孔上的凸起高度控制。这种方式的优点是承压高。缺点是；为了保证足够的流体流量所用金属管直径较大，由于管内流体的层流效应，只有贴近管壁的流体能迅速实现热交换，管道越粗越接近管道中心的流体换热效率越低，管路长流体阻力大，流体流量受限制。

而汽车水箱类型的换热器是用多条断面为矩形的传液管分别并联导通于集合腔、用多束传液管与多个集合腔串联可实现流体转向与流体的进入与输出。相邻两传液管外壁之间焊接有金属散热铝片，这种方式的优点是可以通过较大的流体流量，缺点是所能承受的流体压力很小，不适合在中高压范围 (0.5-3Mpa)使用。

如何实现换热器应用于大流量的中高压场合而且能有效的克服内部流体的层流效应实现比较高的热交换效率，是当前冷水机用换热器所亟待解决的技术问题。

实用新型内容

针对上述技术问题，本实用新型提供一种包含极限凸起散热铝片的换热器，采用多条小直径管并联平行分流代替空调类换热器中的单管，利用多束管与数个集合腔依次串联组成一条流体通路，管道外面无间隙串挂多片垂直于管道并相互平行的散热铝片。采取上述设计方案使换热器获得汽车水箱类型换热器具有大流量的平行分流的优点，也实现了空调类换热器的耐中高压而且能有效克服管路的层流效应。小直径传液管与散热铝片无间隙配合使导热效率很高。

与汽车水箱及空调类盘管换热器比较，该包含极限凸起散热铝片的换热器实现同样的热交换能力可以显著缩小体积，同样的体积时热交换速率与热交换功率会明显加大。

基于此，本实用新型提供一种冷水机，其包括压缩机、冷凝器、蒸发器、水泵、风机、水箱，压缩机、电子膨胀阀，冷凝器、电子膨胀阀、蒸发器通过管道依次相连，构成制冷循环系统；水箱与水泵通过水管以及需冷却设备构成水循环系统；其中蒸发器采用包含极限凸起散热铝片的换热器。

其中，冷凝器为常规的螺旋管式热交换器或包含极限凸起散热铝片的换热器。

其中，换热器包括相互平行的多个传液管和散热铝片，传液管穿过散热铝片上的圆孔。

其中，散热铝片上的传液管安装孔周边设置有凸起，凸起高度低于散热铝片材料所允许的最大塑性拉伸极限所限定的高度。

其中，所述凸起高度不高于1.3mm。

其中，所采用的传液管外径为4mm。

有益的效果

本实用新型提供的用于冷水机的换热器与传统冷水机所使用的汽车水箱及空调类盘管换热器比较；同样的热交换能力可以显著缩小体积，同样的体积时热交换速率与热交换功率会明显加大，主要有以下明显优势：1)同样制冷功率下，冷水机体积将更小；2)同样体积的冷水机，制冷功率将更大。

附图说明

图1水冷机工作原理图；

图2水冷机内部结构示意图；

图3换热器整体结构图；

图4传液管孔口带梯型结构的凸起结构剖面图；

图5图4结构的俯视图；

图6散热铝片前底孔结构图。

具体实施方式

本实用新型提供一种全新的包含极限凸起散热铝片的换热器，其包括上集合腔、下集合腔、传液管、散热铝片、上集合腔支撑板、下集合腔支撑板，上集合腔焊接固定在上集合腔支撑板上，下集合腔焊接固定在下集合腔支撑板上，上集合腔设置为2个，两集合腔构成相互独立的流体输入与输出腔，上集合腔支撑板和下集合腔支撑板的底部设置配合传液管的安装孔，在上下集合腔支撑板之间垂直安装相互平行的多个传液管，传液管穿过散热铝片上的圆孔。

流体由上集合腔中的任一个管接头充入，经过传液管，在下集合腔汇流后再流向另一个上集合腔，并经管接头导出，这就形成热交换器的结构。当上集合腔设置5个集合腔时就可以实现W型流道结构。

本实用新型中，所采用的传液管外径为4mm，传液管与散热铝片上的安装孔的配合间隙在0.05-0.5mm之间，进一步优选0.1-0.3mm之间，这个间隙的目的是容纳传液管外圆几何形状误差使传液管能顺利插入散热铝片孔中。

所述散热铝片上的传液管安装孔周边设置有凸起，凸起高度低于散热铝片材料所允许的最大塑性拉伸极限所限定的高度。此凸起对散热铝片间距不产生间隔作用。对于铝材料，该凸起高度经过测试为0.95mm-1.0mm之间，在这个范围内，能够保持铝材料最大塑性拉伸极限。

所述凸起高度与散热铝片标准节距为1.3-3mm之间的高度差由冲压凸起前期所冲压加工出的底孔边上预留的至少三个突出的梯形结构的高度做补充。

经过二次冲压凸起，底孔上的最少三个凸出的梯形结构会与预留底孔一起垂直翻出散热铝片表面，在垂直凸起上形成最少三段突出的支撑结构。

本发明还提供了上述装配结构的制备方法，其包括：

第一步，在散热铝片上一次冲压加工出传液管配合的底孔，底孔边上预留至少三个突出的梯形结构；

第二步，二次冲压凸起，梯形结构会与预留底孔一起垂直翻出散热铝片表面；

第三步，整体装配时是将传液管穿过散热铝片上的孔；

第四步，采用机械胀管的方式使传液管管径加大，消除管与孔之间的间隙，达到与散热铝片孔紧密配合。

传液管的材质优选为铜、铝材质或不锈钢材质，优选为铜材质。

当全部传液管与散热铝片组装后再用机械胀管使管径加大消除管与孔之间的间隙，达到与散热铝片孔紧密配合。

本实用新型还提供一种冷水机，其包括压缩机、冷凝器、蒸发器、水泵、风机、水箱，压缩机、电子膨胀阀，冷凝器、电子膨胀阀、蒸发器通过管道依次相连，构成制冷循环系统；水箱与水泵通过水管以及需冷却设备构成水循环系统；其中蒸发器采用本实用新型提供的包含φ4mm小管径的换热器；冷凝器为常规的螺旋管式热交换器，也可以为本实用新型提供的包含φ4mm 小管径的换热器；通过电气控制系统控制电子膨胀阀最终实现水箱内水温保持在恒定的温度满足冷却需要。

以下采用实施例和附图来详细说明本实用新型的实施方式，借此对本实用新型如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。

如图2所示，本实用新型提供一种水冷机，其包括压缩机1、冷凝器4、蒸发器2、水泵7、风机5、水箱6，压缩机1、电子膨胀阀3，冷凝器4、电子膨胀阀3、蒸发器2通过管道依次相连，构成制冷循环系统；水箱6与水泵7通过水管以及需冷却设备构成水循环系统，冷凝器4为常规的螺旋管式热交换器。

蒸发器2的结构具体如图3所示，包括上集合腔8、下集合腔9、传液管 10、散热铝片11、上集合腔支撑板12、下集合腔支撑板13，上集合腔8焊接固定在上集合腔支撑板12上，下集合腔9焊接固定在下集合腔支撑板13 上，上集合腔设置为2个，两集合腔构成相互独立的流体输入与输出腔，上集合腔支撑板12和下集合腔支撑板13的底部设置配合传液管的安装孔，在上下集合腔支撑板之间垂直安装相互平行的多个传液管，传液管10穿过散热铝片11上的圆孔。

散热铝片上的传液管安装孔周边设置有凸起，凸起高度低于散热铝片材料所允许的最大塑性拉伸极限所限定的高度。图4是散热铝片传液管安装孔剖面图。d是散热铝片上传液管安装孔，是传液管外径加装配间隙的孔径， m1是合理的散热铝片间隔，m2是低于散热铝片材料所允许的最大塑性拉伸极限所限定的凸起高度。m1与m2之差是图6所示预留底孔φF边上凸出的4 个梯形结构g的高度所决定，其中直径φF减内径φm之差的二分之一是g 的高度，是经过与预留底孔φF一起冲压凸起后与垂直凸起m2构成合理的散热铝片间距m1。

图5中，T1、T2、T3和T4对应的4个部位是预留底孔上4个梯形结构 g经过冲压凸起变为垂直于散热铝片表面，对散热铝片起到间隔作用的接触部位。

图4中d是传液管直径加装配间隙的散热铝片传液管安装孔经过冲压凸起后的内径，φe是凸起后的外径。预留底孔φF的内径由拉伸到直径d而不产生拉伸裂缝的拉伸量所限定。

K是预留底孔的宽度，直接决定了所有预留梯形之间的圆周间隔距离。在预留底孔的所有几何形状的连接处都必须避免内接尖角，而应该应用圆角过渡以避免产生应力集中。

细直径传液管与散热铝片安装孔的安装间隙最佳为0.1-0.3mm。这个间隙的目的是容纳传液管外圆的几何形状误差，便于装配。在传液管与散热铝片全部装配后再用传统的胀管加工消除间隙，使传液管与散热铝片紧密配合。

所有上述的首要实施这一知识产权，并没有设定限制其他形式的实施这种新产品和/或新方法。本领域技术人员将利用这一重要信息，上述内容修改，以实现类似的执行情况。但是，所有修改或改造基于本实用新型新产品属于保留的权利。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非是对本实用新型作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本实用新型技术方案内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本实用新型技术方案的保护范围。

Claims (6)

1.一种冷水机，其特征在于：包括压缩机、冷凝器、蒸发器、水泵、风机、水箱，压缩机、电子膨胀阀，冷凝器、电子膨胀阀、蒸发器通过管道依次相连，构成制冷循环系统；水箱与水泵通过水管以及需冷却设备构成水循环系统；其中蒸发器采用包含极限凸起散热铝片的换热器。

2.如权利要求1所述的冷水机，其特征在于：冷凝器为螺旋管式热交换器或包含极限凸起散热铝片的换热器。

3.如权利要求1所述的冷水机，其特征在于：换热器包括相互平行的多个传液管和散热铝片，传液管穿过散热铝片上的圆孔。

4.如权利要求3所述的冷水机，其特征在于：散热铝片上的传液管安装孔周边设置有凸起，凸起高度低于散热铝片材料所允许的最大塑性拉伸极限所限定的高度。

5.如权利要求4所述的冷水机，其特征在于：所述凸起高度0.95mm-1.0mm。

6.如权利要求5所述的冷水机，其特征在于：所采用的传液管外径为4mm。

Images