一种微通道扁管蒸发器其扁管外翅片结构设计与制造工艺 |
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| 申请号 | CN201710553559.0 | 申请日 | 2017-07-08 | 公开(公告)号 | CN107328288A | 公开(公告)日 | 2017-11-07 |
| 申请人 | 高诗白; | 发明人 | 高禹丰; 高诗白; | ||||
| 摘要 | 本 发明 提供了一种微通道 扁管 蒸发 器 其扁管外翅片结构设计与制造工艺。其中包括微通道扁管 挤压 型材 外壁结构与内孔结构的设计，包括对微通道扁管 挤压型材 的机加工工艺处理，包括对微通道扁管挤压型材的引拔工艺处理；当微通道扁管挤压型材定型后通过机加工工艺对微通道扁管外壁加工形成的一体化的呈阵列布置的钉状 散热 柱结构，包括微通道扁管挤压型材定型后通过机加工工艺对扁管外壁加工形成的一体化的与微通道扁管长度方向呈垂直布置的翅片状散热结构，包括通过对带有钎焊层的复合 铝 合金 板的 冲压 拉伸工艺形成的与微通道扁管外壁宽度向垂直地面时平行套接复合 铝合金 板的套片式翅片结构；前述三种外翅片结构可使得扁管 蒸发器 冷凝 水 迅速脱落。 | ||||||
| 权利要求 | 1.本发明提供了一种微通道扁管蒸发器其扁管外翅片结构设计与制造工艺，其中包括微通道扁管1挤压型材2外壁结构与内孔结构的设计，包括对微通道扁管挤压型材的机加工工艺处理，包括对微通道扁管挤压型材的引拔工艺处理；当微通道扁管1挤压型材2定型后通过机加工工艺对微通道扁管外壁加工形成的一体化的呈阵列布置的钉状散热柱结构3，包括微通道扁管挤压型材定型后通过机加工工艺对扁管外壁加工形成的一体化的与微通道扁管长度方向呈垂直布置的翅片状散热结构4，包括通过对带有钎焊层的复合铝合金板5的冲压拉伸工艺形成的与微通道扁管1外壁宽度向垂直地面时平行套接复合铝合金板的套片式翅片结构6；前述三种外翅片结构可使得扁管蒸发器冷凝水迅速脱落。 |
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| 说明书全文 | 一种微通道扁管蒸发器其扁管外翅片结构设计与制造工艺技术领域背景技术[0002] 目前，国内、国际业内普遍认为微通道蒸发器以其造价低、重量轻、结构紧凑、换热效果好等诸多优点，在制冷领域有着广阔的应用前景。但业界应用微通道扁管蒸发器的痛点其一是微通道扁管蒸发器外翅片常常会吸附一层冷凝水膜且无法去除，热阻大幅提高并严重影响了制冷能力；其二是由于康福姆连续轧机制造的微通道扁管的材料一般是∮6.0mm的纯铝盘条，致使微通道扁管米重无法按需求提高，使得微通道扁管的宽度及厚度受限，很难轧制出宽度更宽甚至超过40mm宽、厚度更薄尺寸小于1.0mm、微孔当量直径更小达到＜1.0mm且每个微孔内壁的周长大于圆周率π的两倍以上的铝合金微通道管产品；其三是传统的铜管-铝合金翅片式结构回收的报废品，极难铜-铝分离，回收后成本大幅度提高等等弊端，这些都是国内外业界希望解决的现实问题。 [0003] 基于业界在使用微通道扁管平行流蒸发器的现存问题，本发明首先全面优化了微通道扁管的截面几何结构，其一是在内腔体增加了纵横交错的微小翅片以增加热交换面积特别是形成冷媒流体紊流区域，强化换热；其二是微通道扁管的外表面沿微通道长度方向压力加工有外翅片，再经过对外翅片横向切削机加工可直接取代传统的热交换用外翅片而形成无须钎焊连接的呈阵列式排列的钉柱状散热体，籍此形成微通道扁管的“外换热翅片”，而钉柱状外翅片无法形成水膜的连续性和附着力已解决传统的平行流外翅片脱水难热交换效果差的难题。形成微通道扁管外翅片的设计结构在本发明中的另一种制造方法首先是增加微通道扁管宽度面壁厚，而后采用机加工模式在微通道扁管宽度向双面分别刨出沟槽继而形成热交换用外翅片，而无需采用传统的钎焊工艺形成微通道扁管的外翅片；这种与母材一体化的外翅片，其传热效率不会因长期使用使得外翅片与微通道扁管外表面钎焊部位的锈蚀而降低，且无法形成翅片间的毛细力吸附或存留冷凝水。 [0004] 其三是为了解决传统的平行流蒸发器冷媒流体在各扁管内的流量分配的均匀性问题，本发明首先将微通道扁管挤压型材采用引拔工艺使得微通道扁管沿扁管高度向减薄至1.0mm及以下，微通道扁管的壁厚可进一步减薄至0.3mm及以下，每一个单微孔的当量直径可小于1.0mm，其单孔湿周可达π值的2-3倍以上，而且规范了微通道扁管外轮廓线的行为公差，便于套入外翅片。 [0005] 综上分析，电子电力行业、重型机械行业、通讯行业、大数据中心、盒式中高频电源IGBT水冷散热器、冷水机蒸发器、冷凝器、工业及家居空调用蒸发器、冷凝器、太阳能平板式集热器等诸多领域及与家居供暖、风机盘管、家居强制对流暖气等热交换的相关设计，而且均需要冷却系统冷却能力或加热系统的供热能力的可靠性、可控性、稳定性及采购成本、运行成本的合理性，因此随着业界的需求，更可靠、更廉价的创新型的微通道热交换器，随着电子行业和家居供暖领域技术的的迅速发展，会有更大的需求。 发明内容[0006] 为了克服现有技术的不足，本发明提供一种微通道扁管蒸发器其扁管外翅片结构设计与制造工艺。 [0007] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供了提供了一种微通道扁管蒸发器其扁管外翅片结构设计与制造工艺。其中包括微通道扁管1挤压型材2外壁结构与内孔结构的设计，包括对微通道扁管挤压型材的机加工工艺处理，包括对微通道扁管挤压型材的引拔工艺处理；当微通道扁管1挤压型材2定型后通过机加工工艺对微通道扁管外壁加工形成的一体化的呈阵列布置的钉状散热柱结构3，包括微通道扁管挤压型材定型后通过机加工工艺对扁管外壁加工形成的一体化的与微通道扁管长度方向呈垂直布置的翅片状散热结构4，包括通过对带有钎焊层的复合铝合金板5的冲压拉伸工艺形成的与微通道扁管1外壁宽度向垂直地面时平行套接复合铝合金板的套片式翅片结构6；前述三种外翅片结构可使得扁管蒸发器冷凝水迅速脱落。 [0008] 作为上述技术方案的改进，所述的一种微通道扁管蒸发器其扁管外翅片结构设计与制造工艺，其特征在于：所述的微通道扁管1a的挤压型材2a，其微通道扁管挤压型材2的宽度向上、下两个外表面沿长度方向其微通道扁管1的挤压型材2a长度设计为Lmm、宽度设计为Wmm并分为双外壁的A、B两面，基体高度设计为Hmm，在沿其长度Lmm方向的A面及B面上，设计有若干条外翅片7a，其外翅片7a的高度h取值设计加工为4.5-9.0mm，外翅片7a的厚度K设计取值为0.6mm～ 1.2mm，其外翅片7a的间距距离b设计为0.7mm-1.5mm；而后将微通道扁管1a的A、B两面上的若干条高度为h的外翅片7a，采用冼刀分别按一定角度将外翅片7a加工为间距为T的且呈阵列布置的N个钉状散热柱3。其单个钉状散热柱3的侧表面积为Xmm2时，则N个呈阵列布置的钉状散热柱3周边外表面积在单A面的面积合计为：S1= L×A+N×Xmm2，因此每支微通道扁管2a的外壁面的A、B两面外表面积及钉状散热柱3的的外表面积总和设计计算为：S=2×[（L×A）+（N×Xmm2）]mm2；该N个呈阵列布置的钉状散热柱3的设计及加工特征不会产生毛细特征，因此不易残留冷凝水，也由此加大了换热面积并降低了风阻。 [0009] 所述的一种微通道扁管蒸发器其扁管外翅片结构设计与制造工艺，其特征在于：所述的微通道扁管1b的挤压型材2b，其宽度设计为Amm、基体高度设计为Hmm的基体特征是上、下外壁壁厚设计选取值一般为5.0mm ～9.5mm，但不限于此；而后沿其微通道扁管1b的宽度向采用冼刀加工4.5mm ～9.0mm深的沟槽8，其沟槽8的间距设计选值为0.8mm ～ 1.0mm，加工后的翅片7b的厚度设计选值为0.6mm ～ 1.0mm，此时若将带有该几何结构特征的外翅片7b的微通道扁管1b沿宽度向垂直地面，则沟槽8的风道流向及冷凝水低落流到均与地面垂直；由于沟槽8与微通道扁管1b同属于一个基体，故传热热阻恒定，同时若其表面采用阳极氧化如三酸抛光处理提高表面光滑度，可降低风阻和使得冷凝水珠不易停留。 [0010] 所述的一种微通道扁管蒸发器其扁管外翅片结构设计与制造工艺，其特征在于：所述的微通道扁管1c的挤压型材2c，当将其挤压型材2c经引拔工艺处理后，其横截面尺寸更为规范，同时亦可在微通道扁管1c的横截面高度降至1.0mm甚至以下，其壁厚可控制在 0.3mm及以下，其微通道扁管1c的每一个微孔9的当量直径可控制在1.0mm及以下，而微孔9内壁湿周可达π值的2-3倍以上，由此不仅可成倍提高微孔9的吸热或吸冷面积，亦可降低冷媒流体的装入量；当将带有钎焊层的复合铝合金板5的冲压拉伸工艺形成的与微通道扁管 1c的外壁宽度向垂直地面时平行套接复合铝合金板的套片式翅片结构6后，可采用钎焊工艺将复合铝合金板的套片式翅片紧固性连接在微通道扁管1c的环状外表面上，其翅片的间距设计选取可在0.5～2.0mm 之间，但不限于此。由于微通道扁管1c沿宽度向垂直于地面，且套片式翅片结构6中的翅片亦与地面垂直，故此作为蒸发器的冷凝水水滴很难在垂直向驻留，同时该结构6的翅片面积的选择比较灵活，利于设计的选取。 [0011] 所述的一种微通道扁管蒸发器其扁管外翅片结构设计与制造工艺，其特征在于：所述的微通道扁管1，由于其微通道单微孔9面积的当量直径可以小于1.0mm，且单孔湿周可达π值的2-3倍以上，同时在结构设计中令每支微通道扁管2竖向垂直使用，由此增加蒸发器的制冷效率。 [0012] 所述的一种微通道扁管蒸发器其扁管外翅片结构设计与制造工艺，其特征在于：所述的长度为Lmm的微通道扁管1a的两个端头分别将外翅片7a沿长度L方向，设计加工为采用冼刀将外翅片20的端头冼平5mm至微通道扁管2高度为Hmm的基体外表面，而后将冼平的 5mm端头处插入蒸发器集流管内3-3.5mm后，采用钎焊工艺或氩弧焊工艺连续焊接，可保证气密性达既定要求。 [0013] 所述的一种微通道扁管蒸发器其扁管外翅片结构设计与制造工艺，其特征在于：所述的微通道扁管1构成的微通道扁管式蒸发器芯体，其材质可以是由压力加工成型的防锈3003L铝合金材质，亦可是导热性良好的塑胶类有机材料；微通道扁管1的每一个微孔9内设计有纵横交错的内微小翅片10，其微小翅片10的在微孔9内的数量及表面积可在一定范围内由设计选择；由此可使微通道扁管1的内壁周长是普通铝合金微通道扁管的两倍以上，当量直径可小于1mm以内，可强化微通道扁管1腔体内冷媒流体的紊流态及热交换面积，以增强微通道扁管1的内壁热交换能力。 [0014] 所述的一种微通道扁管蒸发器其扁管外翅片结构设计与制造工艺，其特征在于：所述的微通道扁管1，其既可以应用于冷媒类空调上的蒸发器部位，亦可应用于冷、热水风机盘管芯体、家居强制对流用热水换热暖气芯体、电器类及通讯类机柜冷却芯体、干燥机换热芯体、机械行业风冷油散系统、微通道扁管热管式换热芯体、微通道扁管热管式浸入式换热芯体、制冰机蒸发器芯体、大功率激光二极管冷却芯体、行波管冷却芯体、新能源汽车电动热泵空调系统的热交换器、甚至是平板式太阳能集热器等诸多行业领域诸多热交换场合，均可应用微通道扁管1，届时仅仅是外在结构性尺寸适应性的变化而已。 附图说明 [0015] 下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。 [0016] 图1是本发明优选实施例中微通道扁管结构示意图，其中1为带有外翅片的微通道扁管挤压型材,2为微通道扁管微孔，3为微通道扁管微孔内微小翅片，4为钉状散热柱。 [0017] 图2是实施例微通道扁管结构示意图 ，其中1为厚壁微通道扁管1，2为铣床加工的外翅片，3为微通道扁管微孔及微孔内纵横交错的内翅片。 [0018] 图3是实施例中微通道扁管套片结构示意图，其中1为微通道扁管1，2为经引拔加工后的扁管示意图，3为带有复合层的套片式外翅片。 具体实施方式[0019] 本发明提供了一种微通道扁管蒸发器其扁管外翅片结构设计与制造工艺。其中包括微通道扁管1挤压型材2外壁结构与内孔结构的设计，包括对微通道扁管挤压型材的机加工工艺处理，包括对微通道扁管挤压型材的引拔工艺处理；当微通道扁管1挤压型材2定型后通过机加工工艺对微通道扁管外壁加工形成的一体化的呈阵列布置的钉状散热柱结构3，包括微通道扁管挤压型材定型后通过机加工工艺对扁管外壁加工形成的一体化的与微通道扁管长度方向呈垂直布置的翅片状散热结构4，包括通过对带有钎焊层的复合铝合金板5的冲压拉伸工艺形成的与微通道扁管1外壁宽度向垂直地面时平行套接复合铝合金板的套片式翅片结构6；前述三种外翅片结构可使得扁管蒸发器冷凝水迅速脱落。 [0020] 参考图1、2、3，所述的一种微通道扁管蒸发器其扁管外翅片结构设计与制造工艺，其特征在于：所述的微通道扁管1a的挤压型材2a，其微通道扁管挤压型材2的宽度向上、下两个外表面沿长度方向其微通道扁管1的挤压型材2a长度设计为Lmm、宽度设计为Wmm并分为双外壁的A、B两面，基体高度设计为Hmm，在沿其长度Lmm方向的A面及B面上，设计有若干条外翅片7a，其外翅片7a的高度h取值设计加工为4.5-9.0mm，外翅片7a的厚度K设计取值为0.6mm～ 1.2mm，其外翅片7a的间距距离b设计为0.7mm-1.5mm；而后将微通道扁管1a的A、B两面上的若干条高度为h的外翅片7a，采用冼刀分别按一定角度将外翅片7a加工为间距为T的且呈阵列布置的N个钉状散热柱3。其单个钉状散热柱3的侧表面积为Xmm2时，则N个呈阵列布置的钉状散热柱3周边外表面积在单A面的面积合计为：S1= L×A+N×Xmm2，因此每支微通道扁管2的外壁面的A、B两面外表面积及钉状散热柱3的的外表面积总和设计计算为：S=2×[（L×A）+（N×Xmm2）]mm2；该N个呈阵列布置的钉状散热柱3的设计及加工特征不会产生毛细特征，因此不易残留冷凝水，也由此加大了换热面积并降低了风阻。 [0021] 参考图1、2、3，所述的一种微通道扁管蒸发器其扁管外翅片结构设计与制造工艺，其特征在于：所述的微通道扁管1b的挤压型材2b，其宽度设计为Amm、基体高度设计为Hmm的基体特征是上、下外壁壁厚设计选取值一般为5.0mm ～9.5mm，但不限于此；而后沿其微通道扁管1b的宽度向采用冼刀加工4.5mm ～9.0mm深的沟槽8，其沟槽8的间距设计选值为0.8mm ～ 1.0mm，加工后的翅片7b的厚度设计选值为0.6mm ～ 1.0mm，此时若将带有该几何结构特征的外翅片7b的微通道扁管1b沿宽度向垂直地面，则沟槽8的风道流向及冷凝水低落流到均与地面垂直；由于沟槽8与微通道扁管1b同属于一个基体，故传热热阻恒定，同时若其表面采用阳极氧化如三酸抛光处理提高表面光滑度，可降低风阻和使得冷凝水珠不易停留。 [0022] 参考图1、2、3，所述的一种微通道扁管蒸发器其扁管外翅片结构设计与制造工艺，其特征在于：所述的微通道扁管1c的挤压型材2c，当将其挤压型材2c经引拔工艺处理后，其横截面尺寸更为规范，同时亦可在微通道扁管1c的横截面高度降至1.0mm甚至以下，其壁厚可控制在0.3mm及以下，其微通道扁管1c的每一个微孔9的当量直径可控制在1.0mm及以下，而微孔9内壁湿周可达π值的2-3倍以上，由此不仅可成倍提高微孔9的吸热或吸冷面积，亦可降低冷媒流体的装入量；当将带有钎焊层的复合铝合金板5的冲压拉伸工艺形成的与微通道扁管1c的外壁宽度向垂直地面时平行套接复合铝合金板的套片式翅片结构6后，可采用钎焊工艺将复合铝合金板的套片式翅片紧固性连接在微通道扁管1c的环状外表面上，其翅片的间距设计选取可在0.5～2.0mm 之间，但不限于此。由于微通道扁管1c沿宽度向垂直于地面，且套片式翅片结构6中的翅片亦与地面垂直，故此作为蒸发器的冷凝水水滴很难在垂直向驻留，同时该结构6的翅片面积的选择比较灵活，利于设计的选取。 [0023] 参考图1、2、3，所述的一种微通道扁管蒸发器其扁管外翅片结构设计与制造工艺，其特征在于：所述的微通道扁管1，由于其微通道单微孔9面积的当量直径可以小于1.0mm，且单孔湿周可达π值的2-3倍以上，同时在结构设计中令每支微通道扁管2竖向垂直使用，设计控制微通道扁管2的微孔9的单孔面积，以均化冷媒流体的气相流在每一个微孔9的单孔内的流量，由此增加蒸发器的制冷效率。 [0024] 参考图1、2、3，所述的一种微通道扁管蒸发器其扁管外翅片结构设计与制造工艺，其特征在于：所述的长度为Lmm的微通道扁管1a的两个端头分别将外翅片7a沿长度L方向，设计加工为采用冼刀将外翅片20的端头冼平5mm至微通道扁管2高度为Hmm的基体外表面，而后将冼平的5mm端头处插入蒸发器集流管内3-3.5mm后，采用钎焊工艺或氩弧焊工艺连续焊接，可保证气密性达既定要求。 [0025] 参考图1、2、3，所述的一种微通道扁管蒸发器其扁管外翅片结构设计与制造工艺，其特征在于：所述的微通道扁管1构成的微通道扁管式蒸发器芯体，其材质可以是由压力加工成型的防锈3003L铝合金材质，亦可是导热性良好的塑胶类有机材料；微通道扁管1的每一个微孔9内设计有纵横交错的内微小翅片10，其微小翅片10的在微孔9内的数量及表面积可在一定范围内由设计选择；由此可使微通道扁管1的内壁周长是普通铝合金微通道扁管的两倍以上，当量直径可小于1mm以内，可强化微通道扁管1腔体内冷媒流体的紊流态及热交换面积，以增强微通道扁管1的内壁热交换能力。 [0026] 参考图1、2、3，所述的一种微通道扁管蒸发器其扁管外翅片结构设计与制造工艺，其特征在于：所述的微通道扁管1，其既可以应用于冷媒类空调上的蒸发器部位，亦可应用于冷、热水风机盘管芯体、家居强制对流用热水换热暖气芯体、电器类及通讯类机柜冷却芯体、干燥机换热芯体、机械行业风冷油散系统、微通道扁管热管式换热芯体、微通道扁管热管式浸入式换热芯体、制冰机蒸发器芯体、大功率激光二极管冷却芯体、行波管冷却芯体、新能源汽车电动热泵空调系统的热交换器、甚至是平板式太阳能集热器等诸多行业领域诸多热交换场合，均可应用微通道扁管1，届时仅仅是外在结构性尺寸适应性的变化而已。 |
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