WO2017020834A1 - 一体化热超导板式热交换器及其制造方法 - Google Patents

一体化热超导板式热交换器及其制造方法 Download PDF

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杨俊强
仝爱星
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Abstract

一种一体化热超导板式热交换器及其制造方法,一体化热超导板式热交换器包括复合板式结构的热交换板,热交换板内形成有具有一定结构形状的流体管路(2)及具有一定结构形状的热超导管路(5);流体管路(2)两端形成有开口;热超导管路(5)为封闭管路,热超导管路(5)内填充有传热工质(503)。在一体化热超导板式热交换器的热交换板内将热超导管路(5)及流体管路(2)组合在一起,利用热超导板的导热速率快、均温性好的特点,提高了热交换板与空气的温差和有效传热面积,大大提高了热交换板的散热能力和热交换效率;使得一体化热超导板式热交换器具有均温和高效换热的特性,大大缩短流体管路的长度,减小流动阻力和能耗,以及流体的使用量,提高热交换器的效率和能效比。

Description

一体化热超导板式热交换器及其制造方法 技术领域
本发明涉及一种热交换器,特别是涉及一种一体化热超导板式热交换器及其制造方法。
背景技术
目前,用于热交换器的复合铝板大多采用单管路系统,从一端进流体,流经板上的管路,从另一端流出,连接到流体的加热或冷却的循环系统中,通常充当冰箱的蒸发器吸热部件,存在主要问题是:由于受到铝材质导热系数(220W/mk),且板的厚度的限制,导热热阻较大,且流体管路不能覆盖整个板的表面,因此导致热交换器复合板整个板面温度不均匀,局部有过热或过冷现象,不能充分发挥整个蒸发器的热交换面积,同时由于管路系统过长,流体在热交换板内管道中流动阻力很大,造成系统能效的降低。
热超导板通常为相变抑制传热板或热管与铝板的组合,由于导热速率快,均温性好,通常作为单独的散热板使用。
若能将热超导板与带管路系统的板式热交换器复合在一起,利用热超导板的导热速率快,均温性好的特点,仅需将部分流体流通管路设置在热超导板上,就能实现板式热交换器的均温和高效换热特性,这样可大大缩短流体管路的长度,减小流动阻力和能耗,以及流体的使用量,提高热交换器效率和能效比。
本发明的目的就是提供一种将热超导板与流体管路板式热交换器复合在一起的一种新型高效的热超导板式热交换器。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点,本发明的目的在于提供一种一体化热超导板式热交换器及其制造方法,用于解决现有技术中由于受到铝材质导热系数及厚度的限制,导热热阻较大,且流体管路不能覆盖整个板的表面,因此导致热交换器复合板整个板面温度不均匀,局部有过热或过冷现象,不能充分发挥整个蒸发器的热交换面积,同时由于管路系统过长,流体在热交换板内管道中流动阻力很大,造成系统能效的降低的问题。
为实现上述目的及其他相关目的,本发明提供一种一体化热超导板式热交换 器,所述一体化热超导板式热交换器包括复合板式结构的热交换板,所述热交换板内形成有具有一定结构形状的流体管路及具有一定结构形状的热超导管路;
所述流体管路两端形成有开口,所述开口适于与流体系统相连通,以在所述流体管路内通入流体;所述热超导管路为封闭管路,所述热超导管路内填充有传热工质。
作为本发明的一体化热超导板式热交换器的一种优选方案,所述流体管路及所述热超导管路均通过吹胀工艺形成,并在所述热交换板表面形成与所述热超导管路相对应的第一凸起结构及与所述流体管路相对应的第二凸起结构。
作为本发明的一体化热超导板式热交换器的一种优选方案,所述第一凸起结构及所述第二凸起结构分别形成于所述热交换板的不同表面上。
作为本发明的一体化热超导板式热交换器的一种优选方案,所述热交换板包括中间板材、第一板材及第二板材;所述第一板材、所述中间板材及所述第二板材依次叠置,所述第一板材及所述第二板材分别位于所述中间板材的两侧,并与所述中间板材通过辊压工艺复合在一起;
所述热超导管路位于所述中间板材及所述第一板材之间,所述第一凸起结构位于所述第一板材上;
所述流体管路形成于所述中间板材及所述第二板材之间,所述第二凸起结构位于所述第二板材上。
作为本发明的一体化热超导板式热交换器的一种优选方案,所述第一凸起结构及所述第二凸起结构形成于所述热交换板的同一表面上。
作为本发明的一体化热超导板式热交换器的一种优选方案,所述热交换板的两表面上均形成有所述第一凸起结构及所述第二凸起结构。
作为本发明的一体化热超导板式热交换器的一种优选方案,所述热交换板包括第一板材及第二板材;所述第一板材及所述第二板材通过辊压工艺复合在一起;
所述热超导管路及所述流体管路位于所述第一板材及所述第二板材之间;所述第一凸起结构及所述第二凸起结构同时位于所述第一板材上、所述第二板材上、或所述第一板材及所述第二板材上。
作为本发明的一体化热超导板式热交换器的一种优选方案,所述热超导管路的截面尺寸小于所述流体管路的截面尺寸。
本发明还提供一种一体化热超导板式热交换器的制造方法,所述制造方法包括:
提供三块板材,其中一块所述板材作为中间板材,其他两块所述板材作为侧面板材;将所述侧面板材单面打毛,将所述中间板材双面打毛;
在所述中间板材的两打毛面分别印刷定义出流体管路及热超导管路的形状;
将所述侧面板材置于所述中间板材两侧,所述侧面板材的打毛面与所述中间板材贴合并对齐,沿边铆合;
将铆合在一起的所述三块板材加热至一定温度并维持一段时间后进行热轧加工以形成复合板材;
向所述复合板材内充入高压流体至所述复合板材膨胀,在所述复合板材的两表面分别形成第一凸起结构及第二凸起结构的同时在所述复合板材内部形成所述流体管路及所述热超导管路;
向所述热超导管路内充入传热工质并密封所述热超导管路。
本发明还提供一种一体化热超导板式热交换器的制造方法,所述制造方法包括:
提供两块板材,将所述两块板材单面打毛;
在其中一所述板材的打毛面印刷定义出流体管路及热超导管路的形状;
将所述两块板材的打毛面贴合对齐,沿边铆合;
将铆合在一起的所述两块板材加热至一定温度并维持一段时间后进行热轧加工以形成复合板材;
向所述复合板材内充入高压流体至所述复合板材膨胀,在所述复合板材两表面形成第一凸起结构及第二凸起结构的同时在所述复合板材内部形成所述流体管路及所述热超导管路;
向所述热超导管路内充入传热工质并密封所述热超导管路。
如上所述,本发明的一体化热超导板式热交换器及其制造方法,具有以下有益效果:在一体化热超导板式热交换器的热交换板内将热超导管路及流体管路组合在一起,在热超导管路内充入传热工质,构成相变抑制传热器件,提高了热交换板的均温性;利用热超导板的导热速率快、均温性好的特点,提高了热交换板与空气的温差和有效传热面积,大大提高了热交换板的散热能力和热交换效率;使得一体化热超导板式热交换器具有均温和高效换热的特性,大大缩短流体管路 的长度,减小流动阻力和能耗,以及流体的使用量,提高热交换器的效率和能效比。
附图说明
图1显示为本发明实施例一中提供的一体化热超导板式热交换器中具有相互连通六边形蜂窝状热超导管路的热交换板表面的结构示意图。
图2显示为本发明实施例一中提供的一体化热超导板式热交换器中具有单路进单路回循环结构的流体管路的热交换板表面的结构示意图。
图3显示为本发明实施例一中提供的一体化热超导板式热交换器中热交换板的截面局部结构示意图。
图4显示为本发明实施例二中提供的一体化热超导板式热交换器中具有相互连通的六边形蜂窝状热超导管路及单路进单路回循环结构的流体管路的热交换板表面的结构示意图。
图5显示为本发明实施例二中提供的一体化热超导板式热交换器中具有相互连通的六边形蜂窝状热超导管路及两路进两路回循环结构的流体管路的热交换板表面的结构示意图。
图6显示为本发明实施例二中提供的一体化热超导板式热交换器中具有多路连通结构的热超导管路及单路进单路回循环结构流体管路的热交换板表面的结构示意图。
图7显示为本发明实施例二中提供的一体化热超导板式热交换器中热交换板的截面局部结构示意图。
图8显示为本发明实施例三中提供的一体化热超导板式热交换器的制造方法的流程图。
图9显示为本发明实施例四中提供的一体化热超导板式热交换器的制造方法的流程图。
元件标号说明
1      非管道部分
2      流体管路
201    第二凸起结构
202    流体管路内部空间
3      流体进口接管
4      流体出口接管
5      热超导管路
501    第一凸起结构
502    热超导管路内部空间
503    传热工质
6      工艺口
7      第一板材
8      中间板材
9      第二板材
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式,本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用,本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用,在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
请参阅图1至图9需要说明的是,本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想,虽图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制,其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变,且其组件布局型态也可能更为复杂。
实施例一
请参阅图1至图3,本发明提供一种一体化热超导板式热交换器,所述一体化热超导板式热交换器包括复合板式结构的热交换板,所述热交换板内设有双管路系统,所述热交换板内形成有具有一定结构形状的流体管路2及具有一定结构形状的热超导管路5;所述流体管路2两端形成有开口,所述开口适于通过流体进口接管3及流体出口接管4与流体系统相连通,以在所述流体管路2的内部空间202内通入流体;所述热超导管路5为封闭管路,所述热超导管路5的内部空间502内填充有传热工质503。所述热超导管路5内充入传热工质503,构成相变抑制传热器件,提高了热交换板的均温性。
作为示例,所述传热工质503为流体,优选地,所述传热工质503可以为气体或液体或气体与液体的混合物,更为优选地,本实施例中,所述传热工质503为液体与气体的混合物。
作为示例,所述流体管路2及所述热超导管路5均通过吹胀工艺形成,并在所述热交换板表面形成与所述热超导管路5相对应的第一凸起结构501及与所述流体管路2相对应的第二凸起结构201。
作为示例,所述第一凸起结构501及所述第二凸起结构201分别形成于所述热交换板的不同表面上。
作为示例,请参阅图3,所述热交换板包括中间板材8、第一板材7及第二板材9;所述第一板材7、所述中间板材8及所述第二板材9依次叠置,所述第一板材7及所述第二板材9分别位于所述中间板材8的两侧,并与所述中间板材8通过辊压工艺复合在一起;所述热超导管路5位于所述中间板材8及所述第一板材7之间,所述第一凸起结构501位于所述第一板材7上;所述流体管路2形成于所述中间板材8及所述第二板材9之间,所述第二凸起结构201位于所述第二板材9上。在一体化热超导板式热交换器的热交换板内将所述热超导管路5及流体管路2组合在一起,利用所述热超导板5的导热速率快、均温性好的特点,提高了所述热交换板与空气的温差和有效传热面积,大大提高了所述热交换板的散热能力和热交换效率;使得所述一体化热超导板式热交换器具有均温和高效换热的特性,大大缩短所述流体管路2的长度,减小流动阻力和能耗,以及流体的使用量,提高热交换器的效率和能效比。
作为示例,所述热超导管路5的截面尺寸与所述流体管路2的截面尺寸可以根据实际需要进行设定,优选地,本实施例中,所述热超导管路5的截面尺寸小于所述流体管路2的截面尺寸。
作为示例,所述热超导管路5的形状可以为六边形蜂窝状、圆形蜂窝状、四边形蜂窝状、首尾串联的多个U形,、菱形、三角形、圆环形或其中任一种以上的任意组合。
图1为一体化热超导板式热交换器中具有相互连通的六边形蜂窝状热超导管路的热交换板表面的结构示意图,如图1所示,所述热交换板的边缘部分及六边形部分为非管道部分1,环绕各六边形周围并相互连通的结构即为所述热超导管路5。需要说明的是,由于所述热超导管路5通过吹胀工艺制备而成,所以在 形成所述热超导管路5的过程中,所述热交换板上形成有工艺口6,即亦为充工质口。所述工艺口6在所述热超导管路5的形状初步形成以后,所述工艺口6通过焊接方式密封,以实现所述热超导管路5的密封,使得所述热超导管路5不与外界导通。
需要说明的是,由于所述热交换板包括中间板材8、第一板材7及第二板材9;所述第一板材7、所述中间板材8及所述第二板材9依次叠置,并通过辊压工艺复合在一起,图1中同时示意出了所述流体管路2的流体进口接管3及流体出口接管4。
作为示例,所述流体管路2的形状可以为单路进单路回循环结构,也可以为两路进两路回循环结构,也可以为多路进多路回循环结构,譬如三路进三路回循环结构、四路进四路回循环结构、五路进五路回循环结构,还可以为并联式循环结构。
图2为一体化热超导板式热交换器中具有单路进单路回循环结构的流体管路的热交换板表面的结构示意图,如图2所示,所述流体管路2的形状为单路进单路回循环结构是指在所述热交换板内的所述流体管路2为一根流体管路2按一定的形状弯折而形成;其中,平行状的细管结构即为所述流体管路2,所述流体管路2之间即为非管道部分1;所述流体管路2的一端为流体进口接管3,另一端为流体出口接管4;所述流体进口接管3及所述流体出口接管4为在所述流体管路2两端的开口上焊接的与流体系统相连接的铜接头或铝接头。
作为示例,所述热交换板的材料(即所述中间板材8、所述第一板材7及所述第二板材9的材料)应为导热性良好的材料;优选地,本实施例中,所述热交换片的材料均可以为铜、铜合金、铝、铝合金、钛、钛合金、或任一种以上的任意组合。
所述一体化热超导板式热交换器的工作原理为:由流体带着潜热流经所述热交换板的所述流体管路2时,热量从流体管路2迅速传递至所述热超导管路5,由于热超导管路5覆盖整个所述热交换板的表面,且具有高传热速率和高传热密度的特点,使得热量迅速均匀的分布在整个所述热交换板上,提高了所述热交换板与空气的温差和有效传热面积,大大提高了所述热交换板的散热能力和热交换效率。
实施例二
请参阅图4至图7,本发明还提供一种一体化热超导板式热交换器,本实施例中所述一体化热超导板式热交换器的结构与实施例一中所述的一体化热超导板式热交换器的结构大致相同,二者的区别在于:实施例一中的热交换板包括第一板材7、中间板材8及第二板材9三层板材,第一凸起结构501及所述第二凸起结构201分别形成于所述热交换板的不同表面上;而本实施例中,热交换板包括第一板材7及第二板材9两层板材,第一凸起结构501及所述第二凸起结构201形成于所述热交换板的同一表面上;其中,图4为所述一体化热超导板式热交换器中具有相互连通的六边形蜂窝状热超导管路5及单路进单路回循环结构的流体管路2的热交换板表面的结构示意图;图5为所述一体化热超导板式热交换器中具有相互连通的六边形蜂窝状热超导管路5及两路进两路回循环结构的流体管路2的热交换板表面的结构示意图;图6为所述一体化热超导板式热交换器中具有多路连通结构的热超导管路5及单路进单路回循环结构流体管路2的热交换板表面的结构示意图。
作为示例,请参阅图7,所述热交换板包括第一板材7及第二板材9;所述第一板材7及所述第二板材9通过辊压工艺复合在一起;所述热超导管路5及所述流体管路2位于所述第一板材7及所述第二板材9之间;所述热交换板为双面吹胀形态,所述第一凸起结构501及所述第二凸起结构201可同时在所述第一板材7及所述第二板材9上;即所述热交换板的两表面上均形成有所述第一凸起结构501及所述第二凸起结构201。
作为示例,所述热交换板还可以为单面吹胀形态,所述第一凸起结构501及所述第二凸起结构201可以同时位于所述第一板材7上或同时位于所述第二板材9上。当所述第一凸起结构501及所述第二凸起结构201同时位于所述第一板材7上时,所述第二板材9的表面为平面;当所述第一凸起结构501及所述第二凸起结构201同时位于所述第二板材9上时,所述第一板材7的表面为平面。
本实施例中所述一体化热超导板式热交换器的其他结构及特点与实施例一中所述一体化热超导板式热交换器的其他结构及特点相同,具体请参阅实施例一,这里不再累述。
实施例三
请参阅图8,本发明还提供一种一体化热超导板式热交换器的制造方法,所述制造方法包括:
S1:提供三块板材,所述板材可以为但不仅限于铝板;其中一块所述板材作为中间板材,其他两块所述板材作为侧面板材;将所述侧面板材单面打毛并吹干净,将所述中间板材双面打毛并吹干净;并去除所述板材表面的氧化层;
S2:采用石墨印刷法在所述中间板材的两打毛面分别形成相互连通的具有一定形状的石墨线路,位于所述中间板材两侧的所述石墨线路分别定义出流体管路及热超导管路的形状;
S3:将所述侧面板材置于所述中间板材两侧,所述侧面板材的打毛面与所述中间板材贴合并对齐,沿边铆合;
S4:将铆合在一起的所述三块板材置于加热炉中加热至一定温度并维持一段时间后送入轧机轧制形成复合板材;
S5:利用胀形机向所述复合板材内充入高压氮气至所述复合板材膨胀,在所述复合板材的两表面分别形成第一凸起结构及第二凸起结构的同时在所述复合板材内部形成所述流体管路及所述热超导管路;
S6:向所述热超导管路内充入传热工质并密封所述热超导管路;在所述流体管路的两个端口焊接铜接头或铝接头,所述铜接头或铝接头用于与流体系统相连接。
本实施例中所述的一体化热超导板式热交换器的制造方法制造的一体化热超导板式热交换器的结构及特点与实施例一中所述的一体化热超导板式热交换器的结构及特点相同,具体可参阅实施例一,此处不再累述。
实施例四
请参阅图9,本发明还提供一种一体化热超导板式热交换器的制造方法,所述制造方法包括:
S1:提供两块板材,所述板材可以为但不仅限于铝板;将所述两块板材单面打毛并吹干净,并去除所述板材表面的氧化层;
S2:采用石墨印刷法在其中一所述板材的打毛面形成具有一定形状的石墨线路,所述石墨线路定义出流体管路及热超导管路的形状;
S3:将所述两块板材的打毛面贴合对齐,沿边铆合;
S4:将铆合在一起的所述两块板材置于加热炉中加热至一定温度并维持一段时间后送入轧机轧制形成复合板材;
S5:利用胀形机向所述复合板材内充入高压氮气至所述复合板材膨胀,在所 述复合板材同一表面上同时形成第一凸起结构及第二凸起结构的同时在所述复合板材内部形成所述流体管路及所述热超导管路;
S6:向所述热超导管路内充入传热工质并密封所述热超导管路;在所述流体管路的两个端口焊接铜接头或铝接头,所述铜接头或铝接头用于与流体系统相连接。
本实施例中所述的一体化热超导板式热交换器的制造方法制造的一体化热超导板式热交换器的结构及特点与实施例二中所述的一体化热超导板式热交换器的结构及特点相同,具体可参阅实施例二,此处不再累述。
综上所述,本发明提供一种一体化热超导板式热交换器及其制造方法,在一体化热超导板式热交换器的热交换板内将热超导管路及流体管路组合在一起,在热超导管路内充入传热工质,构成相变抑制传热器件,提高了热交换板的均温性;利用热超导板的导热速率快、均温性好的特点,提高了热交换板与空气的温差和有效传热面积,大大提高了热交换板的散热能力和热交换效率;使得一体化热超导板式热交换器具有均温和高效换热的特性,大大缩短流体管路的长度,减小流动阻力和能耗,以及流体的使用量,提高热交换器的效率和能效比。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效,而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下,对上述实施例进行修饰或改变。因此,举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变,仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

  1. 一种一体化热超导板式热交换器,其特征在于,所述一体化热超导板式热交换器包括复合板式结构的热交换板,所述热交换板内形成有具有一定结构形状的流体管路及具有一定结构形状的热超导管路;
    所述流体管路两端形成有开口,所述开口适于与流体系统相连通,以在所述流体管路内通入流体;所述热超导管路为封闭管路,所述热超导管路内填充有传热工质。
  2. 根据权利1要求所述的一体化热超导板式热交换器,其特征在于:所述流体管路及所述热超导管路均通过吹胀工艺形成,并在所述热交换板表面形成与所述热超导管路相对应的第一凸起结构及与所述流体管路相对应的第二凸起结构。
  3. 根据权利2要求所述的一体化热超导板式热交换器,其特征在于:所述第一凸起结构及所述第二凸起结构分别形成于所述热交换板的不同表面上。
  4. 根据权利要求3所述的一体化热超导板式热交换器,其特征在于,所述热交换板包括中间板材、第一板材及第二板材;所述第一板材、所述中间板材及所述第二板材依次叠置,所述第一板材及所述第二板材分别位于所述中间板材的两侧,并与所述中间板材通过辊压工艺复合在一起;
    所述热超导管路位于所述中间板材及所述第一板材之间,所述第一凸起结构位于所述第一板材上;
    所述流体管路形成于所述中间板材及所述第二板材之间,所述第二凸起结构位于所述第二板材上。
  5. 根据权利2要求所述的一体化热超导板式热交换器,其特征在于:所述第一凸起结构及所述第二凸起结构形成于所述热交换板的同一表面上。
  6. 根据权利5要求所述的一体化热超导板式热交换器,其特征在于:所述热交 换板的两表面上均形成有所述第一凸起结构及所述第二凸起结构。
  7. 根据权利要求5所述的一体化热超导板式热交换器,其特征在于,所述热交换板包括第一板材及第二板材;所述第一板材及所述第二板材通过辊压工艺复合在一起;
    所述热超导管路及所述流体管路位于所述第一板材及所述第二板材之间;所述第一凸起结构及所述第二凸起结构同时位于所述第一板材上、所述第二板材上、或所述第一板材及所述第二板材上。
  8. 根据权利1要求所述的一体化热超导板式热交换器,其特征在于:所述热超导管路的截面尺寸小于所述流体管路的截面尺寸。
  9. 一种一体化热超导板式热交换器的制造方法,其特征在于,所述制造方法包括:
    提供三块板材,其中一块所述板材作为中间板材,其他两块所述板材作为侧面板材;将所述侧面板材单面打毛,将所述中间板材双面打毛;
    在所述中间板材的两打毛面分别印刷定义出流体管路及热超导管路的形状;
    将所述侧面板材置于所述中间板材两侧,所述侧面板材的打毛面与所述中间板材贴合并对齐,沿边铆合;
    将铆合在一起的所述三块板材加热至一定温度并维持一段时间后进行热轧加工以形成复合板材;
    向所述复合板材内充入高压流体至所述复合板材膨胀,在所述复合板材的两表面分别形成第一凸起结构及第二凸起结构的同时在所述复合板材内部形成所述流体管路及所述热超导管路;
    向所述热超导管路内充入传热工质并密封所述热超导管路。
  10. 一种一体化热超导板式热交换器的制造方法,其特征在于,所述制造方法包括:
    提供两块板材,将所述两块板材单面打毛;
    在其中一所述板材的打毛面印刷定义出流体管路及热超导管路的形状;
    将所述两块板材的打毛面贴合对齐,沿边铆合;
    将铆合在一起的所述两块板材加热至一定温度并维持一段时间后进行热轧加工以形成复合板材;
    向所述复合板材内充入高压流体至所述复合板材膨胀,在所述复合板材两表面形成第一凸起结构及第二凸起结构的同时在所述复合板材内部形成所述流体管路及所述热超导管路;
    向所述热超导管路内充入传热工质并密封所述热超导管路。
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