專利名稱：一種全鋁管翅式平行流換熱器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種全鋁管翅式平行流換熱器技術(shù)領(lǐng)域[0001]本發(fā)明涉及一種平行流換熱器，尤其涉及一種全鋁管翅式平行流換熱器。
技術(shù)背景[0002]平行流熱交換器易于優(yōu)化分配冷媒流動和傳熱特性，具有較高的換熱效率。現(xiàn)有平行流換熱器多采用板翅式結(jié)構(gòu)，其換熱單元如圖1所示，這些換熱單元組成的換熱器如圖2所示，這種板翅式換熱單元組成的換熱器因為“板”(通常為微通道扁管的平側(cè)面)的存在，導(dǎo)致空氣側(cè)的冷凝水無法順利下行排除，影響換熱效率，如果將換熱器在空調(diào)中用于室外側(cè)熱交換器，在低溫制熱工況下，極易發(fā)生冰堵，甚至導(dǎo)致空調(diào)無法運行。與此相對，傳統(tǒng)型管翅式換熱器，由于冷凝排水機(jī)理較佳，基本不存在此類問題，而得以大量使用，熱泵型空調(diào)機(jī)室外側(cè)換熱器中，銅管鋁翅式換熱器占有絕對主導(dǎo)地位。[0003]近年來，首先在汽車空調(diào)中廣泛使用的平行流全鋁換熱器不使用銅材，如 CN201706910U公開了一種車用全鋁管片式換熱器，在復(fù)合鋁翅片與鋁合金管之間加入低熔點鋁合金，采用釬焊工藝將其融化，使鋁合金翅片與鋁合金管連接成一體，具有成本低，換熱效率高、體積較小、制冷劑充注量少的顯著優(yōu)點。如果全鋁換熱器在產(chǎn)量巨大的家用、商用空調(diào)器上得以應(yīng)用，必將產(chǎn)生明顯的社會效益。然而，由于傳統(tǒng)平行流換熱器的結(jié)構(gòu)特點，使得其在用作蒸發(fā)器時，對冷凝水的排出非常不利。尤其是用于室外換熱器時，在空調(diào)制熱運行過程中，室外換熱器表面將會逐漸結(jié)霜，進(jìn)而結(jié)冰，堵塞空氣通道，最終使得換熱器能力急劇下降而導(dǎo)致空調(diào)系統(tǒng)工作非正常，甚至在巨大的系統(tǒng)壓差工作下的空調(diào)系統(tǒng)有可能致使壓縮機(jī)被迫關(guān)機(jī)，甚至使壓縮機(jī)失效而導(dǎo)致整個空調(diào)機(jī)的無效甚至完全損壞。[0004]目前的銅管鋁翅式換熱器的機(jī)械加工方式效率較低，數(shù)十個管間連接彎頭機(jī)械化焊接技術(shù)復(fù)雜，設(shè)備成本高，目前尚不成熟，必須手工焊接；漲管效率較低，尤其是對小管徑內(nèi)螺紋鋁管的漲管沒有成熟工藝，漲管帶來日后長期使用由于張力不均勻產(chǎn)生松動接觸熱阻增大帶來整機(jī)性能下降，能耗增加，且銅鋁之間存在固有的電位差，鋁片與銅管交織在一起后，因銅管和翅片之間存在接觸面，不可避免地產(chǎn)生電化學(xué)反應(yīng)(即電化學(xué)腐蝕)，很容易生成氧化合物即三氧化二鋁，像一層鎧甲牢牢地包裹在銅管表面，導(dǎo)致熱交換效率大大降低，空調(diào)在使用半年后，其能效比要下降10%左右，在使用4 5年時，其能效比要下降 40%左右，同樣制冷量的耗電量接近新空調(diào)的兩倍。[0005]隨著銅在地球上的儲存量日漸減少，現(xiàn)有銅礦僅可使用約45年，這就決定了銅價必然持續(xù)走高，使得空調(diào)器成本不斷增高。而且，在同等體積用量的情況下，銅的重量是鋁的3倍以上，也使空調(diào)器的制造成本居高不下。現(xiàn)有探明的鋁的存量可用270年，價格較低， 江蘇興榮的科技工作者在2005年發(fā)明了銅鋁復(fù)合管替代純銅管用于空調(diào)“兩器”的連接， 獲得了令人意想不到的效果，不但空調(diào)的能效比提高3 % 5 %，而且還不會形成電化學(xué)腐蝕，使得空調(diào)使用壽命大大延長，因此可以節(jié)銅85%，空調(diào)生產(chǎn)成本也得以降低，如果采用全鋁制造換熱器，其成本將進(jìn)一步下降。[0006]US5632329A公開了一種空氣冷卻式冷凝器，其說明書附圖顯示該冷凝器為拼裝式大型結(jié)構(gòu)的管翅式平行流換熱器，由于該冷凝器用于大型化工設(shè)備分餾器的蒸氣冷卻，無需解決冷凝水下行和冰堵問題，其用途不同于熱泵空調(diào)器系統(tǒng)。CN101(^9808公開了一種圓管平行流換熱器，該換熱器只是用圓管代替扁管，仍采用折疊式翅片，冷凝水因翅片阻擋仍然難以下行排除。CN102032718A公開了一種平行流翅片式換熱器，僅僅提供了一種總體技術(shù)方案，并未對平行流翅片式換熱器的結(jié)構(gòu)方案給以充分公開。[0007]平行流換熱器可實現(xiàn)全鋁制造且換熱效率高，易于優(yōu)化分配冷媒流動和傳熱特性，我國的主要家用空調(diào)器生產(chǎn)廠家近年來不約而同開展了平行流換熱器的研究，格力電器于2006年申請了中國專利，海信科龍和廣東美的分別于2008年和2009年開始了相關(guān)專利的申請工作，但他們的研究都采用板翅式平行流換熱器，由于難以解決冰堵問題，多用于空調(diào)室內(nèi)蒸發(fā)器，迄今為止，尚未見全鋁管翅式平行流換熱器的公開文獻(xiàn)及產(chǎn)品實物。[0008]隨著我國對家用電器節(jié)能水平的要求越來越高，以及空調(diào)廠家面臨的生產(chǎn)成本壓力越來越大，為具有較高換熱效率的全鋁平行流換熱器帶來了廣闊的應(yīng)用前景。同時，隨著電動汽車的發(fā)展，未來全電動汽車極有可能采用熱泵式空調(diào)制熱，無論是家用空調(diào)還是汽車空調(diào)或其它用途的熱泵式空調(diào)，都必須解決冷凝水排放和除霜問題，制約了板翅式平行流換熱器的使用，全鋁管翅式平行流換熱器的研究和開發(fā)就尤為必要。發(fā)明內(nèi)容[0009]本發(fā)明的目的在于提供一種性能佳成本低的全鋁管翅式平行流換熱器，在解決冷凝水排放和化霜問題的同時，消除翅片和管間的電化學(xué)反應(yīng)，延長空調(diào)器的使用壽命。[0010]一種全鋁管翅式平行流換熱器，包括集流管、翅片和冷媒管，帶有通孔折邊的翅片套裝在冷媒管上，冷媒管兩端插入集流管的翻邊孔內(nèi)，冷媒管的內(nèi)部空間與集流管的內(nèi)部空間相通，所述集流管、翅片或冷媒管之中的一件或多件至少在相互接觸的部位是復(fù)合鋁結(jié)構(gòu)，復(fù)合鋁的表層材料的熔點溫度低于基層材料的熔點溫度。[0011]所述冷媒管整體是復(fù)合鋁結(jié)構(gòu)，所述集流管、翅片是勻質(zhì)鋁或鋁合金，復(fù)合鋁表層材料的熔點溫度低于基層材料的熔點溫度。[0012]所述集流管、翅片和冷媒管三者組裝后，整體加熱至表層材料熔點溫度和基層材料熔點溫度之間，表層材料熔化，表層材料起到釬焊料的作用，焊接成一體式全鋁管翅式平行流換熱器。[0013]所述全鋁管翅式平行流換熱器的集流管、翅片或冷媒管的典型基層材料和勻質(zhì)材料為AA3003鋁合金或AA6001鋁合金之一，表層材料為AA4343鋁合金、AA4045鋁合金或 AA4047鋁合金之一。[0014]所述全鋁管翅式平行流換熱器的冷媒管為帶有內(nèi)翅的圓管，內(nèi)翅可以增強(qiáng)冷媒管的剛度，并增加冷媒側(cè)的換熱面積，增強(qiáng)換熱效果。[0015]所述全鋁管翅式平行流換熱器的集流管內(nèi)還設(shè)有擋片，使冷媒在換熱器內(nèi)成組流動，更好地提高換熱性能。[0016]依據(jù)本技術(shù)方案的全鋁管翅式平行流換熱器換熱效率高，易于實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)， 冷凝水排除順暢，能保持空調(diào)性能的穩(wěn)定。


[0017]圖1是傳統(tǒng)平行流換熱器的換熱單元結(jié)構(gòu)示意圖。[0018]圖2是傳統(tǒng)平行流換熱器冷凝水堆積情況示意圖。[0019]圖3是本發(fā)明全鋁管翅式平行流換熱器的結(jié)構(gòu)示意圖。[0020]圖4是圖1的俯視圖。[0021]圖5是設(shè)有擋片的全鋁管翅式平行流換熱器的冷媒流動示意圖。[0022]圖6是本發(fā)明全鋁管翅式平行流換熱器裝配結(jié)構(gòu)示意圖。[0023]圖7是本發(fā)明全鋁管翅式平行流換熱器立體裝配結(jié)構(gòu)示意圖。[0024]圖8是復(fù)合冷媒管半剖結(jié)構(gòu)示意圖。[0025]圖9是本發(fā)明實施例冷媒管橫截面結(jié)構(gòu)示意圖。[0026]圖10是復(fù)合翅片結(jié)構(gòu)示意圖。[0027]圖11是復(fù)合集流管結(jié)構(gòu)示意圖。[0028]圖12是全鋁管翅式平行流換熱器的冷凝水流動示意圖。
具體實施方式
[0029]為更好地闡述本發(fā)明的特點，
以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例作詳細(xì)說明。本實施例以本發(fā)明技術(shù)方案為前提進(jìn)行實施，給出了詳細(xì)的實施方式和具體的損傷過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述實施例。[0030]如圖3 圖5所示，本實施例的全鋁管翅式平行流換熱器包括集流管1、翅片2、冷媒管3，集流管1上設(shè)有端蓋13和擋片14，冷媒從冷媒進(jìn)出口管15進(jìn)入到集流管1中，擋片14迫使冷媒在換熱器內(nèi)成組流動，形成組流動回路5，充分換熱，再通過冷媒進(jìn)出口管16 流出。本實施例在以圓管為基礎(chǔ)的設(shè)計上，使用平行流動概念，在設(shè)計上采用集流管加流動擋片，實現(xiàn)圓管為基礎(chǔ)的平行流換熱器設(shè)計，流動回路易于控制，便于實現(xiàn)機(jī)械化工藝生產(chǎn)，同時，換熱器還具有較好的冷凝水流出功能。[0031]如圖6 圖8所示，為實現(xiàn)換熱器產(chǎn)品的生產(chǎn)，翅片2帶有折邊21的通孔22套裝在冷媒管3上，冷媒管3的兩端插入集流管1的翻邊孔11內(nèi)，冷媒管3與集流管1的內(nèi)部空間相通。冷媒管3具有雙層復(fù)合結(jié)構(gòu)，管體由基層31和鍍層32構(gòu)成，其內(nèi)部帶有內(nèi)翅33， 鍍層32分別與翅片的折邊21以及集流管孔的翻邊12緊密接觸，鍍層32的厚度為0. 05 0. 13mm，其熔點溫度低于基層31的熔點溫度，如基層31的材料可采用熔點為643 645°C 的AA3003鋁合金，鍍層則可采用熔點為577 612°C的AA4343鋁合金，而集流管1、翅片2 可以采用單一勻質(zhì)材料比如與冷媒管基層31相同的AA3003鋁合金材料制成，集流管1、翅片2及冷媒管3裝配完成后，將三者整體加熱到612 643°C之間的某一溫度點，使冷媒管鍍層32熔化，之后冷卻使集流管1、翅片2及冷媒管3被焊接成為一個整體。依據(jù)同樣的原理，也可以使冷媒進(jìn)出口管15、冷媒進(jìn)出口管16、端蓋13、擋片14被一同焊接到集流管1 上。冷媒管3的基層31、集流管1、翅片2還可以是熔點為638 652°C的AA6001鋁合金，冷媒管3的鍍層材料可以熔點577 599°C的AA4045鋁合金、熔點為577 582°C的AA4047 鋁合金等，集流管1、翅片2、冷媒管3的基層31和鍍層32的材料在此并不一一列舉。依照本實施例，可以很容易地推論出冷媒管3的鍍層32的熔點溫度低于基層31以及集流管1、 翅片2的熔點溫度。[0032]參見10 圖11，集流管1和翅片2也可以采用如圖10 (a)、圖11(a)所示的復(fù)合層結(jié)構(gòu)，至少在其與冷媒管3接觸的部位——圖10(b)所示翅片孔折邊21、圖11(b)所示集流管孔翻邊12具有雙層復(fù)合結(jié)構(gòu)，折邊21的基層211、翻邊12的基層121的熔點高于折邊21的鍍層212、翻邊12的鍍層122的熔點溫度。換熱器焊接完成后，還可以涂以親水材料，使換熱器的表層形成多個功能復(fù)合層，鑒于目前親水膜翅片已行到廣泛采用，在本發(fā)明的復(fù)合鋁翅片上覆以親水膜不是技術(shù)難點，本實施例不做詳細(xì)說明。[0033]如圖9、圖12所示，由于采用釬焊連接工藝，而非傳統(tǒng)漲管工藝，內(nèi)翅的存在并不影響制造的工藝性，因此，采用螺旋高內(nèi)翅或十字內(nèi)翅型面的冷媒管型變得可行。內(nèi)翅可以是內(nèi)嵌釬焊結(jié)合的，也可以是一次拉伸成型的。管壁的內(nèi)側(cè)依然可以刻有形狀較為簡單可行的內(nèi)齒，同時亦可同時具有內(nèi)翅。內(nèi)翅的存在，使得冷媒側(cè)換熱增強(qiáng)，同時又可使得管材的機(jī)械強(qiáng)度提高。圖9所示十字內(nèi)翅僅僅顯示了較為簡單的設(shè)計，實際應(yīng)用可在符合成本流阻等因素條件下，有不同的型面設(shè)計。圖12所示冷凝水滴4可以很順暢地通過管間間隙排除，從而使全鋁平行流換熱器在低溫制熱工況下也不會發(fā)生冰堵，保證了熱泵空調(diào)的正常運行。[0034]與銅管鋁翅式換熱器比較，全鋁式換熱器的換熱性能并未有實質(zhì)性降低，從而使全鋁管翅式平行流換熱器能確?？照{(diào)器的使用性能。以下對全鋁換熱器以及銅管鋁翅換熱器應(yīng)用經(jīng)典換熱器綜合換熱系數(shù)Uo進(jìn)行材料傳熱性能敏感性對比分析和換熱器仿真對比分析。[0035](1)敏感性對比分析[0036]Uo =- --(1)1 l{ho.rjf) + {Aofl Am){x / k)+^AoI Α ){\ / ff)+(Ao//Ai)(l / hi)[0037]式(1)中ho—空氣側(cè)換熱系數(shù)[0038]nf——翅片效率[0039]Aof/Am-內(nèi)外面積比[0040]X——傳熱距離[0041]k——傳熱系數(shù)[0042](Ao/Ai) (1/ff)——接觸熱阻[0043](Aof/Ai)——面積比[0044]hi——管內(nèi)側(cè)換熱系數(shù)[0045]式(1)中，改變傳熱系數(shù)k及傳熱距離X即壁厚，即可進(jìn)行材料導(dǎo)熱性能對綜合換熱系數(shù)Uo的敏感性分析。[0046]假設(shè)管外空氣側(cè)換熱系數(shù)ho為90W/M2K，管內(nèi)制冷劑側(cè)換熱系數(shù)為hi為1246W/ M2K,管外傳熱面積^Vo為0.63M2/M，管內(nèi)傳熱面積Ai為0. 027M2/M，典型翅片效率η f為 0. 88。[0047]假定銅管厚度似為0. 45MM，取銅的典型導(dǎo)熱系數(shù)為387W/MK，那么換熱器總換熱系數(shù) Uoc 為 30. 49ff/M2Ko[0048]類似地，假定鋁管厚度敘同樣為0. 45MM，取鋁的典型導(dǎo)熱系數(shù)為230W/MK，那么換熱器總換熱系數(shù)Uoa為30. 47W/M2K。[0049]比較兩個Uo值，可知二者相差極小，敏感度為0. 00066，小于1/1000。[0050](2)換熱器仿真對比[0051]使用兩件標(biāo)準(zhǔn)管翅式換熱器實際樣件，A蒸發(fā)器，B冷凝器。二者均經(jīng)過實際換熱試驗，有可對比試驗數(shù)據(jù)。再對其進(jìn)行數(shù)值理論模擬技術(shù)，確定實驗數(shù)據(jù)與理論模擬結(jié)果一致，因此便確認(rèn)了模擬軟件的有效性。然后，在模擬計算中，分別用銅管和鋁管代入比較，結(jié)果如表1所示。即，換熱性能差別均小于千分之一。[0052]表1 典型空調(diào)蒸發(fā)器冷凝器對比模擬[0053]
權(quán)利要求1.一種全鋁管翅式平行流換熱器，包括集流管、翅片和冷媒管，其特征在于帶有通孔折邊的翅片套裝在冷媒管上，冷媒管兩端插入集流管的翻邊孔內(nèi)，冷媒管的內(nèi)部空間與集流管的內(nèi)部空間相通，所述集流管、翅片或冷媒管之中的一件或多件至少在相互接觸的部位是復(fù)合鋁結(jié)構(gòu)，復(fù)合鋁的表層材料的熔點溫度低于基層材料的熔點溫度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種全鋁管翅式平行流換熱器，其特征在于冷媒管整體是復(fù)合鋁結(jié)構(gòu)，所述集流管、翅片是勻質(zhì)鋁或鋁合金，復(fù)合鋁表層材料的熔點溫度低于基層材料的熔點溫度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種全鋁管翅式平行流換熱器，其特征在于所述一種全鋁管翅式平行流換熱器的集流管、翅片或冷媒管的典型基層材料和勻質(zhì)材料為AA3003鋁合金或AA6001鋁合金之一，表層材料為AA4343鋁合金、AA4045鋁合金或AA4047鋁合金之ο
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種全鋁管翅式平行流換熱器，其特征在于冷媒管為帶有內(nèi)翅的圓管。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種全鋁管翅式平行流換熱器，其特征在于集流管內(nèi)還設(shè)有擋片。
專利摘要一種全鋁管翅式平行流換熱器，包括集流管、翅片和冷媒管，集流管、翅片或冷媒管至少在相互接觸的部位是復(fù)合鋁，復(fù)合鋁表層的熔點溫度低于基層的熔點溫度。冷媒管帶有內(nèi)翅，帶有通孔折邊的翅片套裝在冷媒管上，冷媒管兩端插入集流管的翻邊孔內(nèi)，冷媒管的內(nèi)部空間與集流管的內(nèi)部空間相通，三者組裝后，整體加熱至復(fù)合鋁表層熔點溫度和基層熔點溫度之間，表層熔化并起釬焊料作用，將全鋁管翅式平行流換熱器及其附件焊接成為一個整體。本實用新型可實現(xiàn)全鋁管翅式平行流換熱器的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，焊接質(zhì)量一致，易于控制，可實現(xiàn)換熱器的自動裝配，保持換熱器長期使用性能的一致。
文檔編號F28F21/00GK202254496SQ20112017789
公開日2012年5月30日 申請日期2011年5月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月23日
發(fā)明者翟昱民 申請人:姬衛(wèi), 王康平, 翟昱民