CN105066754B - 一种脉动热管换热器及其加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种脉动热管换热器及其加工方法，方法主要包括：S1.基本换热单元的安装步骤：将定位管穿入竖向换热支管至中间位置并将其固定，在定位管的两端，将隔板分别装入所述竖向换热支管，形成基本换热单元；S2.换热单元的安装步骤：采用固定组件将翅片固定于所述隔板外侧的竖向换热支管，形成换热单元以及S3.有效换热基体的安装步骤：将竖向换热支管的两端分别插入第一横管组和第二横管组中，并通过高银焊的方式将各结合点焊接；连接相邻的隔板；第一横管组和第二横管组中的相邻的横管通过弯头相连接，竖向换热支管以及各横管即连接成回路。本发明的加工方法工艺简单，适合大批量生产，且加工出的脉动热管换热器可靠性好。

Description

一种脉动热管换热器及其加工方法

技术领域

本发明涉及脉动热管技术，具体涉及一种脉动热管换热器及其加工方法。

背景技术

目前的换热器多为间壁式换热器，主要包括管壳式换热器、板式换热器和管翅式换热器，其中的板式换热器由于结构紧凑、传热系数高，应用较为广泛。但是间壁式换热器普遍存在密封困难、加工难度大的缺陷，且加工时间长，工艺复杂，导致成本相对较高，并且在换热器使用过程中，由于冷热流体通过传热壁面间接接触，一旦泄露，会造成冷热流体的掺混，对换热系统的安全运行带来隐患。

目前的间壁式换热器在加工过程中存在的密封困难、加工难度大、加工周期长长、工艺复杂，成本高、安全可靠性差等缺陷。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种脉动热管换热器及其加工方法，旨在简化脉动热管换热器的加工工艺，以及改善脉动热管换热器的性能。

本发明采用的技术方案具体为：

一种脉动热管换热器的加工方法，包括如下步骤：

S1.基本换热单元的安装步骤：

将定位管穿入竖向换热支管至中间位置并将其固定，在定位管的两端，将隔板分别装入所述竖向换热支管，形成基本换热单元；

S2.换热单元的安装步骤：

采用固定组件将翅片固定于所述隔板外侧的竖向换热支管，形成换热单元；

S3.有效换热基体的安装步骤：

将竖向换热支管的两端分别插入第一横管组和第二横管组中，并通过高银焊的方式将各结合点焊接；

连接相邻的隔板；

第一横管组和第二横管组中的相邻的横管通过弯头相连接，竖向换热支管以及各横管即连接成回路。

在上述脉动热管换热器的加工方法中，还包括以下步骤：

S4.隔板保温功能的实现步骤：

在隔板的内侧填塞保温材料，或者

采用发泡聚氨酯方式直接在隔板的内侧进行现场的保温材料发泡及凝固；

S5.验漏步骤：

将回路中的气压打压至一定压强，检验各回路是否有漏点。

在上述脉动热管换热器的加工方法中，所述翅片通过铆具固定于所述竖向换热支管，所述铆具的材质为与翅片的接触端作淬火处理的T8钢材。

在上述脉动热管换热器的加工方法中，所述翅片为铝翅片。

在上述脉动热管换热器的加工方法中，所述隔板的截面为U型结构，相邻的所述隔板通过螺栓螺母组件相连接。

经过上述步骤加工的脉动热管换热器的结构为：

包括横管基架和若干个换热单元，所述横管基架包括第一横管组和第二横管组，若干个所述换热单元设于所述第一横管组和所述第二横管组之间；其中：

所述换热单元包括基本换热单元和若干个翅片，所述基本换热单元包括竖向换热支管、隔板以及定位管，所述定位管套于所述竖向换热支管的中间位置，所述隔板分别套于所述竖向换热支管的定位管两端对应的位置，若干个所述翅片套于竖向换热支管的所述定位管两端向外对应的位置；

第一横管组或者第二横管组中相邻的横管通过弯头相连接；

相邻的所述换热单元的隔板相连接。

在上述脉动热管换热器中，所述翅片为铝翅片。

在上述脉动热管换热器中，所述弯头与所述横管的结合处通过高银焊的方式固定。

在上述脉动热管换热器中，所述换热单元与所述横管基架的结合处通过高银焊的方式固定。

本发明产生的有益效果是：

本发明的脉动热管换热器的加热端置于热流体通道内，冷凝端置于冷流体通道内，冷热流体在中间用隔板隔开的各自的通道中运行，通过脉动热管的运行将热流体通道内的热流体含有的热量释放给冷流体通道内的冷流体，因此不会出现冷热流体的混合，在工作过程中避免了冷热流体通过传热壁面间接接触的换热方式，安全可靠性能好，使用寿命长；

本发明的脉动热管换热器的加工方法采用线切割、冲床、高银焊的方式完成换热铜管的切割、焊接与组装，加工工艺简单，加工周期短，成品率高，体积小，换热管壁面温度可控，避免露点腐蚀，对冷热流体的品质要求低，由于冷热流体与换热管外壁接触，容易清扫污垢，便于维修，提高了成本低，易于大规模批量加工生产。

附图说明

当结合附图考虑时，能够更完整更好地理解本发明。此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为本发明一种脉动热管换热器的基本换热单元的结构示意图一；

图2为本发明一种脉动热管换热器的基本换热单元的结构示意图二；

图3为本发明一种脉动热管换热器的铝翅片的安装示意图；

图4为本发明一种脉动热管换热器的(基本换热单元+铝翅片+横管)的结构示意图一；

图5为本发明一种脉动热管换热器的(基本换热单元+铝翅片+横管)的结构示意图二

图6为本发明一种脉动热管换热器的弯头的结构示意图。

图中：

1-竖向换热支管

2-隔板

3-定位管

4-铝翅片

41-锤子

42-铆具接杆

43-铆具

44-夹具A部分

45-夹具B部分

5-横管

6-弯头。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明的技术方案作进一步详细的说明。

在加工之前，首先需要进行各组件的加工环节(以工程中的某组实际的组件参数为例)：

a.竖向换热支管1：

截出外径3mm、内径2mm、长度400mm的冷拔紫铜管42根，每7根为一组，共6组。由于竖向换热支管1直接与冷热流体接触，而冷热流体均为有压流体，因此竖向换热支管1选用强度高、承压大、不易变形的冷拔紫铜管。

b.隔板2：

厚度为3mm、截面为U型结构的钢板，在脉动热管换热器的结构中，隔板2分为上下两组，每组隔板由六个180mm×30mm×12mm的U型隔板组成(U型隔板的厚度为2mm)，每个隔板上加工有7个外径为3mm的圆孔一(相邻孔间距为15mm，最外侧的圆孔一距离隔板两端分别为60mm和30mm)，用于使竖向换热支管1能够穿过隔板2与冷热流体通道分别相连通，通过在U型隔板的空腔内增设定位管3，使得每个竖向换热支管1得以稳定布置。在每个U型隔板的侧壁上，加工有两个直径为5.5mm的圆孔二(圆孔二的中心距离侧壁顶端4mm)，通过将固定螺栓穿过该孔，实现了相邻隔板2的连接，形成一组隔板。

c.定位管3：

截出外径5mm、内径3mm、长度28mm的黄铜管42根，定位管3套于竖向换热支管1的外侧，且布置于隔板2的空腔内，将竖向换热支管1固定。

d.铝翅片4：

将厚度0.88mm的铝板首先用剪板机切出约120mm×40mm的矩形片180个，将180个矩形片分为四组，每组45个；将每组矩形片叠合、对齐后铆接在一起后，然后将矩形片采用线切割技术进行再次加工，加工成型的铝翅片4的结构尺寸为100mm×20mm，并在每个铝翅片4上加工直径为3.03mm的7个圆孔三(相邻的孔间距为15mm，最外侧的圆孔三距离铝翅片的端部分别为5mm)，用于使竖向换热支管1能顺利穿过。

当然，若需要大批量生产，兼顾经济性和可行性，采用冲床加工的方式替代线切割技术。

e.横管5：

截出外径5mm、内径3mm、长度120mm的冷拔紫铜管12根，在每根横管上加工直径为3mm的七个圆孔四(相邻的孔间距为15mm，最外侧的圆孔四距离铜管端部分别为15mm)，用于以使竖向换热支管11能够插入横管，形成脉动热管的闭合环路。

f.弯头6：

使用外径5mm、内径3mm的紫铜盘管或者经退火处理后的冷拔紫铜管加工出半径为15mm的弯头，共10件，采用扩口技术将弯头6两端的端部进行扩口，用于连接相邻的横管5(横管5与弯头6的接合处的连接方式采用高银焊)。

将上述组件加工为脉动热管换热器的过程具体包括如下步骤：

S1.基本换热单元(主要包括定位管3、隔板2和竖向换热支管1)的安装步骤：

如图1-2所示，将定位管3穿入竖向换热支管1至中央位置，并用AB胶将其固定，完成每组铜管排的7根铜管的固定，在定位管3的两端，将隔板2分别从铜管的上端和下端分别装入竖向换热支管1(对应之前的竖向换热支管1共6组，每组有7根铜管，按照同样的方式完成6组竖向换热支管1的组装)；

S2.铝翅片4的安装及固定步骤：

采用固定组件将铝翅片4固定于隔板外侧的竖向换热支管1，固定组件主要包括锤子41、铆具接杆42、铆具43以及夹具(44、45)部分，夹具(44、45)部分用于将竖向换热支管1夹装固定(拧紧螺母，将竖向换热支管1固定于夹具(A、B)部分之间)，锤子41、铆具接杆42和铆具43则用于将铝翅片4固定于竖向换热支管1；根据每组竖向换热支管1中相邻铜管的间距，(44、45)两部分分别加工有七个直径为3mm的半圆孔，对接形成七个圆孔，以使铜管顺利穿过。具体地如图3所示：

S21、采用螺栓机械紧固夹具(A、B)部分，对其进行固定，将每组竖向换热支管1的七根铜管依次纵向插入夹具(44、45)的七个圆孔中；

S22、将铝翅片4依次横向穿入每组竖向换热支管1；

S23、铆具43依次穿入每组竖向换热支管1中的每一根铜管，穿入后，用锤子41敲击铆具接杆42，使得与铆具接杆42匹配连接的铆具43得以将铝翅片4铆住，即完成一片铝翅片的安装。

按照上述S21～S23的步骤，安装其他铝翅片4，每组竖向换热支管1排的上、下两端分别安装15片铝翅片4，在六组竖向换热支管1上完成铝翅片4的安装。

作为一种优选，为了保证固定的可靠性以及可操作性，铆具43的材质为下端作淬火处理的T8钢材。

S3.组装步骤：

如图4-5所示，将每组竖向换热支管1的上、下端部分别插入横管5的圆孔四中，然后通过高银焊的方式将各结合点焊接牢固，并以同样的方法分别加工其他五组竖向换热支管1；采用螺栓机械紧固的方式将相邻的隔板2(与U型结构两侧的圆孔二配合)连接，完成六组基本换热单元的连接；

将图6所示的弯头插入相邻的横管5端并通过高银焊的方式将弯头6与横管5的结合面进行固定，将六组竖向换热支管1的横管5连接成一个回路。

另外，换热器下端的回路连接为封闭回路，而上端的回路预留接口，以供充工质用。

S4.隔板的保温功能实现步骤：

为避免换热器的冷、热通道中的流体传热，中空结构的在隔板2的内侧填塞如聚氨酯等保温材料进行隔热，或者采用发泡聚氨酯方式直接在中空结构的内侧进行现场发泡并凝固隔热。

S5.封装步骤：

将上述组装好的有效构件固定于由小角铁焊成的长方体框架中，其中的框架的(上、下、左、右)四侧用薄铁板封闭，(前、后)侧为冷流体和热流体的通道。

S6.验漏步骤：

为了保证脉动热管换热器的可靠性，用空压机将回路中的气压打压至8×10⁵Pa，检验各回路是否有漏点，如有漏点及时补救。

经过上述步骤制作的脉动热管换热器的结构为：

主要包括由上、下两组横管组成的横管基架以及置于其间的若干个由基本换热单元和翅片组成的换热单元，其中：

基本换热单元包括竖向换热支管1、隔板2以及定位管3，定位管套于竖向换热支管3的中间位置，而两个隔板2则分别套于竖向换热支管1的定位管3两端对应的位置，若干个铝翅片4套于竖向换热支管1的定位管3两端向外对应的位置；相邻的横管5通过弯头6相连接；相邻的隔板通过螺栓螺母组件相连接。

为了保证连接的可靠性和密封性能，弯头6与横管5以及竖向换热支管1与横管5的结合处均通过高银焊的方式固定。

可以看出，本发明的脉动热管换热器的加工过程受人为影响的因素较少，且工艺简单、适合大批量生产，加工出的脉动热管性能良好。

以上结合附图对本发明的实施例进行了详细地说明，此处的附图是用来提供对本发明的进一步理解。显然，以上所述仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何对本领域的技术人员来说是可轻易想到的、实质上没有脱离本发明的变化或替换，也均包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种脉动热管换热器的加工方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1.基本换热单元的安装步骤：

将定位管穿入竖向换热支管至中间位置并将其固定，在定位管的两端，将隔板分别装入所述竖向换热支管，形成基本换热单元；

S2.换热单元的安装步骤：

采用固定组件将翅片固定于所述隔板外侧的竖向换热支管，形成换热单元；

S3.有效换热基体的安装步骤：

将竖向换热支管的两端分别插入第一横管组和第二横管组中，并通过高银焊的方式将各结合点焊接；

连接相邻的隔板；

第一横管组和第二横管组中的相邻的横管通过弯头相连接，竖向换热支管以及各横管即连接成回路。

2.根据权利要求1所述的脉动热管换热器的加工方法，其特征在于，还包括以下步骤：

S4.隔板的保温功能实现步骤：

在隔板的内侧填塞保温材料，或者

采用发泡聚氨酯方式直接在隔板的内侧进行现场的保温材料发泡及凝固；

S5.验漏步骤：

将回路中的气压打压至一定压强，检验各回路是否有漏点。

3.根据权利要求1所述的脉动热管换热器的加工方法，其特征在于，所述翅片通过铆具固定于所述竖向换热支管，所述铆具的材质为与翅片的接触端作淬火处理的T8钢材。

4.根据权利要求1所述的脉动热管换热器的加工方法，其特征在于，所述翅片为铝翅片。

5.根据权利要求1所述的脉动热管换热器的加工方法，其特征在于，所述隔板的截面为U型结构，相邻的所述隔板通过螺栓螺母组件相连接。

6.一种脉动热管换热器，其特征在于，包括横管基架和若干个换热单元，所述横管基架包括第一横管组和第二横管组，若干个所述换热单元设于所述第一横管组和所述第二横管组之间；其中：

所述换热单元包括基本换热单元和若干个翅片，所述基本换热单元包括竖向换热支管、隔板以及定位管，所述定位管套于所述竖向换热支管的中间位置，所述隔板分别套于所述竖向换热支管的定位管两端对应的位置，若干个所述翅片套于竖向换热支管的所述定位管两端向外对应的位置；

第一横管组和第二横管组中相邻的横管通过弯头相连接；

相邻的所述换热单元的隔板相连接。

7.根据权利要求6所述的脉动热管换热器，其特征在于，所述翅片为铝翅片。

8.根据权利要求6所述的脉动热管换热器，其特征在于，所述弯头与所述横管的结合处通过高银焊的方式固定。

9.根据权利要求6所述的脉动热管换热器，其特征在于，所述换热单元与所述横管基架的结合处通过高银焊的方式固定。