一种层叠一体式内外翅片换热管及其制造方法

1.一种层叠一体式内外翅片换热管，其特征在于：由多个具有一定厚度的外翅片单元和内翅片单元层叠粘结组成；外翅片单元包括第一环状部分和外延伸部分，外延伸部分的端部与第一环状部分的外圈相接；内翅片单元包括第二环状部分和内延伸部分，内延伸部分的端部与第二环状部分的内圈相接；第一环状部分和第二环状部分依次层叠成管状的换热器的基管。
2.按照权利要求1所述的一种层叠一体式内外翅片换热管，其特征在于：所述一个外翅片单元包含一个第一环状部分和多个外延伸部分，外延伸部分沿着第一环状部分的周向均布；一个内翅片单元包含一个第二环状部分和多个内延伸部分，内延伸部分沿着第二环状部分的周向均布。
3.按照权利要求1所述的一种层叠一体式内外翅片换热管，其特征在于：所述多个外翅片单元的形状相同，多个内翅片单元的形状相同；相邻两外翅片单元之间由一个内翅片单元隔开，相邻两内翅片单元之间由一个外翅片单元隔开。
4.按照权利要求1所述的一种层叠一体式内外翅片换热管，其特征在于：所述第一环状部分和第二环状部分为内、外径大小相同的圆环。
5.按照权利要求1所述的一种层叠一体式内外翅片换热管，其特征在于：所述外延伸部分的垂直于轴向的截面形状为矩形、梯形或V形；内延伸部分的垂直于轴向的截面形状为矩形、梯形或V形。
6.按照权利要求1所述的一种层叠一体式内外翅片换热管，其特征在于：所述基管外分布外翅片和外槽道，基管内分布内翅片和内槽道；所有外延伸部分构成外翅片和外槽道；
所有内延伸部分构成内翅片和内槽道。
7.按照权利要求1所述的一种层叠一体式内外翅片换热管，其特征在于：所述外翅片单元的材料为铜、钢或铝，内翅片单元的材料为铜、钢或铝。
8.一种层叠一体式内外翅片换热管的制造方法，其特征在于：依次包括如下步骤：
a.通过冲压的方式制作多个外翅片单元和内翅片单元；
b.将外翅片单元和内翅片单元层叠套接在夹具的导柱外，再用夹具从轴向方向压紧外翅片单元和内翅片单元；
c.保温烧结处理，将外翅片单元和内翅片单元粘结成一整体，拆开夹具，得到层叠一体式内外翅片换热管。
9.按照权利要求8所述的一种层叠一体式内外翅片换热管的制造方法，其特征在于：
步骤c中，烧结温度为外翅片单元或内翅片单元材料熔点温度的0.7至0.8倍，保温时间为
30至90分钟。
10.按照权利要求8所述的一种层叠一体式内外翅片换热管的制造方法，其特征在于：
步骤b中，外翅片单元和内翅片单元间隔设置；紧靠的外翅片单元和内翅片单元之间周向错开一个角度，形成换热管外表面的各种外翅片形状和内表面的各种内翅片形状。

一种层叠一体式内外翅片换热管及其制造方法\n技术领域\n[0001] 本发明涉及强化换热技术领域，尤其涉及一种层叠一体式内外翅片换热管及其制造方法，可在能源、化工、制冷、电子散热等领域应用。\n背景技术\n[0002] 翅片换热管已经广泛应用于各类型的热交换设备和加热设备中，它主要通过在换热管的表面添加翅片，增大换热管的外表面积（或内表面积），从而达到提高换热效率的目的。为了提高其传热性能，常用的方法是增大翅片管的传热面积、强化槽道、减小翅片与基管的接触热阻。\n[0003] 目前，用于换热器的翅片管，从结构上大体分为两类：一类为外翅片管，这类翅片管有绕片管、套片管和整体轧制翅片管等；另一类为内翅片管，这类翅片管在换热管内壁上增加翅片，比如在换热管内壁拉制出纵向的肋，或在换热管内装入带有外肋的内芯等等。对于外翅片管的加工方法来说，一类是翅片与基管分离加工，然后利用一些工艺使两者结合在一起，如冷轧嵌入翅片管、高频焊接翅片管等；另一类是翅片与基管作为整体式加工，如热轧翅片管等。内翅片管一般都与带孔散热翅片通过机械胀管或者液压胀管的方式结合在一起使用。分离式翅片管存在翅片结构不紧凑、翅片布局单一以及接触热阻大的难题，而整体式翅片管则面临工艺复杂、加工成本高、翅片增加面积有限的缺点，这些都将不利于翅片换热管换热效率的提高，甚至难以满足使用要求。另外，同时具有内外翅片的整体式换热管未见相关制造方法的报道。\n发明内容\n[0004] 针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是：提供一种工艺简单、同时具备内外翅片结构、内外翅片设置灵活、显著提高换热性能的层叠一体式内外翅片换热管及其制造方法。\n[0005] 为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：\n[0006] 一种层叠一体式内外翅片换热管，由多个具有一定厚度的外翅片单元和内翅片单元层叠粘结组成；外翅片单元包括第一环状部分和外延伸部分，外延伸部分的端部与第一环状部分的外圈相接；内翅片单元包括第二环状部分和内延伸部分，内延伸部分的端部与第二环状部分的内圈相接；第一环状部分和第二环状部分依次层叠成管状的换热器的基管。采用这种结构后，内、外翅片的位置和数量因不受现有加工条件限制而可灵活设置，内、外翅片单元的厚度和数量即可决定换热管的长度，结构简单，选用灵活。\n[0007] 一个外翅片单元包含一个第一环状部分和多个外延伸部分，外延伸部分沿着第一环状部分的周向均布；一个内翅片单元包含一个第二环状部分和多个内延伸部分，内延伸部分沿着第二环状部分的周向均布。采用这种结构后，尽量增加外延伸部分和内延伸部分的数量，从而整体增加外翅片和内翅片的数量，即在周向上增大传热面积，有效增加传热效率。\n[0008] 多个外翅片单元的形状相同，多个内翅片单元的形状相同；相邻两外翅片单元之间由一个内翅片单元隔开，相邻两内翅片单元之间由一个外翅片单元隔开。采用这种结构后，内、外翅片单元彼此隔开，两外翅片单元之间设置一个内翅片单元，使得外延伸部分在轴向具有间隙，有效增大传热面积，增强紊流，提高传热效率。\n[0009] 第一环状部分和第二环状部分为内、外径大小相同的圆环。采用这种结构后，结构简单，制造方便，安装方便，可形成圆管状的基管。\n[0010] 外延伸部分垂直于轴向的截面形状为矩形、梯形或V形；内延伸部分垂直于轴向的截面形状为矩形、梯形或V形。采用这种结构后，外延伸部分和内延伸部分可采用各种形状，设计灵活。\n[0011] 基管外分布外翅片和外槽道，基管内分布内翅片和内槽道；所有外延伸部分构成外翅片和外槽道；所有内延伸部分构成内翅片和内槽道。采用这种结构后，外翅片和外槽道，内翅片和内槽道可灵活设置，能排列出更丰富多样的内、外翅片形状。\n[0012] 外翅片单元的材料为铜、钢或铝，内翅片单元的材料为铜、钢或铝。采用这种结构后，有效增加传热效率。\n[0013] 一种层叠一体式内外翅片换热管的制造方法，依次包括如下步骤：a.通过冲压的方式制作多个外翅片单元和内翅片单元；b.将外翅片单元和内翅片单元层叠套接在夹具的导柱外，再用夹具从轴向方向压紧外翅片单元和内翅片单元；c.保温烧结处理，将外翅片单元和内翅片单元粘结成一整体，拆开夹具，得到层叠一体式内外翅片换热管。采用这种方法后，工艺过程简单，可一体式制作基管和外翅片、内翅片。\n[0014] 步骤c中，烧结温度为外翅片单元或内翅片单元材料熔点温度的0.7至0.8倍，保温时间为30至90分钟。\n[0015] 步骤b中，外翅片单元和内翅片单元间隔设置；紧靠的外翅片单元和内翅片单元之间周向错开一个角度，形成换热管外表面的各种外翅片形状和内表面的各种内翅片形状。\n[0016] 本发明的原理是：该换热管由外翅片单元与内翅片单元逐次层叠烧结而成，同时具有内、外翅片结构，在内、外翅片单元层叠过程中形成内槽道、外槽道、内翅片、外翅片与基管。\n[0017] 总的说来，本发明具有如下优点：\n[0018] 1、本发明的层叠一体式内外翅片换热管同时具有内、外翅片结构，并且为一体结构，沿内、外圆周均匀分布的厚度、大小、形状可调的内、外翅片，翅片与基管一体，不存在接触热阻。\n[0019] 2、本发明的层叠一体式内外翅片换热管比常规翅片管具有更大的比表面积，因此传热速度更快，传热效率更高，能广泛应用于能源、化工、制冷等领域。\n[0020] 3、本发明制造方法以冲压与烧结为主，突破传统翅片管制造方法，且加工成本低、制造工艺简单。\n[0021] 4、内、外翅片单元利用冲压设备制得，具有单元厚度与翅片形状能够变化并得到精确控制的特点。\n[0022] 5、换热管同时具备传统外翅片管和内翅片管的优势，而且内、外翅片与基管为一个整体，翅片结构紧凑、翅片面积大，翅片与基管不存在接触热阻，大大强化了蒸汽冷凝与对流传热性能。\n附图说明\n[0023] 图1为层叠一体式内外翅片换热管的立体图。\n[0024] 图2为内翅片单元的主视图。\n[0025] 图3为外翅片单元的主视图。\n[0026] 图4为内、外翅片单元层叠装配的示意图。\n[0027] 图5为图4装配完成的示意图。\n[0028] 其中，1为第一环状部分，2为外延伸部分，3为第二环状部分，4为内延伸部分，5为夹具，6为导柱。\n具体实施方式\n[0029] 下面将结合附图和具体实施方式来对本发明做进一步详细的说明。\n[0030] 参照图1-图5，一种层叠一体式内外翅片换热管的制造方法，依次包括如下步骤：\n[0031] a.根据内、外翅片单元的设计参数制作出冲压模具，利用冲压设备在基板上制得内、外翅片单元；外翅片单元包括第一环状部分和外延伸部分，外延伸部分的端部与第一环状部分的外圈相接；内翅片单元包括第二环状部分和内延伸部分，内延伸部分的端部与第二环状部分的内圈相接；一个外翅片单元包含一个第一环状部分和多个外延伸部分，外延伸部分沿着第一环状部分的周向均布；一个内翅片单元包含一个第二环状部分和多个内延伸部分，内延伸部分沿着第二环状部分的周向均布；多个外翅片单元的形状相同，多个内翅片单元的形状相同；第一环状部分和第二环状部分为大小相同的圆环；内、外延伸部分的垂直于轴向的截面形状为矩形；\n[0032] b.将制备好的内、外翅片单元通过夹具的导柱逐次层叠在一起实现周向定位，然后利用夹具锁紧机构将重叠放置的内、外翅片单元轴向压实；相邻两外翅片单元之间由一个内翅片单元隔开，相邻两内翅片单元之间由一个外翅片单元隔开；为了保证内、外翅片单元能同轴对准，导柱可为圆柱状导柱，导柱表面加工若干容纳内延伸部分的凹槽；\n[0033] c.将夹具整体放入真空烧结炉或者气氛保护炉中，进行保温烧结，保温烧结完成后，随炉冷却至室温；\n[0034] d.烧结完成后拆开夹具即可得所需的层叠一体式内外翅片换热管，基管外分布外翅片和外槽道，基管内分布内翅片和内槽道；所有外延伸部分构成外翅片和外槽道；所有内延伸部分构成内翅片和内槽道。\n[0035] 本实施例中，内、外翅片单元的材料为铜，厚度为1mm；内、外延伸部分垂直于轴的截面形状为矩形，外延伸部分高度5mm、宽度2mm，内延伸部分高度2mm、宽度1mm；所制备的换热管的基管（即第一环状部分和第二环状部分）外径20mm，内径17mm；换热管总长400mm。\n[0036] 首先，如图2、3所示，内、外翅片单元由具有相同截面参数的冲压模具冲压制得，其成型精度可控，加工效率高。接着，将内、外翅片单元去油污，清洗干净并烘干。下一步，将内、外翅片单元逐次层叠在烧结用夹具的导柱上，并通过夹具的锁紧机构轴向夹紧内、外翅片单元，注意内、外翅片单元可以按一定螺旋角排布，这样形成的内、外槽道即呈现相应的螺旋角，有利于造成气体或者液体紊流，提高传热性能。然后，将装配好的夹具整体放入真空烧结炉，设定烧结温度750℃，烧结时间90min，烧结完成随炉冷却至室温。最后，拆开夹具，即可得层叠一体式内外翅片换热管。\n[0037] 除了本实施例提及的方式外，内、外延伸部分垂直于轴向的截面可采用其他形状，如梯形或V形，且内、外延伸部分的数量和位置也可任意选取；采用不同的内、外翅片单元的排列方式，可获得不同的内、外翅片形状。这些变换方式均在本发明的保护范围内。\n[0038] 上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。