專利名稱：一種高效全鋁合金換熱器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及換熱器技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種高效全鋁合金換熱器。
背景技術(shù)：
目前，廣泛應(yīng)用于石油、化工、冶金等領(lǐng)域的換熱器，主要有管 殼式、板式、螺旋板式、振動(dòng)盤管式、板翅式'換熱器等。
板式換熱器是一種高效節(jié)能換熱器，具有體積小、重量輕、單位 體積換熱面積大、阻力低及多股流同時(shí)換熱的優(yōu)點(diǎn)。板式換熱器主要 由一組長方形的薄金屬板平行排列構(gòu)成，用框架將板片夾緊組裝于支 架上；兩相鄰板片的邊緣襯以墊片(橡膠或壓縮石棉等)壓緊，以達(dá) 到密封的目的；板片四角有圓孔，形成流體的通道。冷、熱流體交替 地在板片兩側(cè)流過，通過板片進(jìn)行換熱；板片通常被壓制成各種槽型 或波紋型的表面，這樣既增強(qiáng)了剛度，不致受壓變形，同時(shí)也增強(qiáng)流 體的湍動(dòng)程度，增大傳熱面積，亦有利于流體的均勻分布。板式換熱 器大多用于空分設(shè)備、空分液化設(shè)備、天然氣液化及分離設(shè)備和石油、 天然氣化工設(shè)備及乙烯冷箱。
板式換熱器的主要優(yōu)點(diǎn)是因板式換熱器中板面被壓制成波紋或溝槽，可在低流速下即可達(dá)到湍流，故總傳熱系數(shù)高，而流體阻力卻
增加不大，污垢熱阻亦較??；結(jié)構(gòu)緊湊，單位體積設(shè)備提供的傳熱面 積大；操作靈活性大，可以根據(jù)需要調(diào)節(jié)板片數(shù)目以增減傳熱面積或 以調(diào)節(jié)流道的方法，適應(yīng)冷、熱流體流量和溫度變化的要求；加工制 造容易、檢修清洗方便、熱損失小。
目前板式換熱器最大設(shè)計(jì)壓力國外為9.6MPa，國內(nèi)為8.0MPa。 隨著石油、天然氣工業(yè)的發(fā)展，開發(fā)更高壓板式換熱器勢(shì)在必行。板 式換熱器的主要缺點(diǎn)是不允許操作高壓，壓力超過10MPa，容易泄 漏；操作溫度不能太高，因受墊片耐熱性能的限制，如對(duì)合成橡膠墊
圈不超過i3crc，對(duì)壓縮石棉墊圈也應(yīng)低于25crc，對(duì)于低溫則不能
低于-5(TC;流體處理量不大，因制造工藝受壓力的嚴(yán)格限制，板間 距小，流道截面較小，流速亦不能過大。
板翅式換熱器是一種輕巧、緊湊、高效換熱器。最早用于航空工 業(yè)，現(xiàn)已在石油化工、天然氣液化、氣體分離等部門中應(yīng)用，獲得良 好效果。
板翅式換熱器的基本結(jié)構(gòu)，是由平隔板和各種型式的翅片構(gòu)成板 束組裝而成；在兩塊平行薄金屬板(平隔板)間，夾入波紋狀或其它 形狀的翅片，兩邊以側(cè)條密封，即組成一個(gè)單元體；各個(gè)單元體又以 不同的迭積和適當(dāng)?shù)呐帕?，并用釬焊工藝固定，成為常用的逆流或錯(cuò) 流板翅換熱器組裝件，稱為芯部或板束；再將帶有集流出口的集流箱 焊接到板束上，即為板翅式換熱器。板翅式換熱器一般由鋁合金制造，鋁的導(dǎo)熱系數(shù)高，密度亦小， 在同樣的傳熱面積情況下，板翅式換熱器的重量僅為列管式換熱器的 十分之一左右；單位體積傳熱面積大，而強(qiáng)度仍然較高，因波形翅片
既是傳熱表面，又是隔板之間的有力支撐，故承受壓力達(dá)5MPa左右。 板翅式換熱器的優(yōu)點(diǎn)是輕巧緊湊；傳熱效率高，由于具有各種形狀 的翅片，在不同程度上都對(duì)促進(jìn)湍流和破壞層流邊界層起著顯著作 用，隔板及翅片都是傳熱面，因此極大地提高了傳熱效果；操作溫度 范圍較廣，可在20(TC至絕對(duì)零度范圍內(nèi)使用，適用于低溫或超低溫 場(chǎng)合。
板翅式換熱器的缺點(diǎn)是流道很小、易堵塞，清洗困難，故要求 使用專用物料來清潔；其結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，如果發(fā)生內(nèi)漏后很難修復(fù)，流 體阻力亦較大；另外釬焊工藝的使用使板翅式換熱器同樣不能承受 lOMPa以上的壓力。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種高效全鋁合金 換熱器，主要用于煉油工程、化學(xué)工程、低溫工程、天然氣液化、液 體汽化、氣體分離等工業(yè)領(lǐng)域，是可用于超低溫氣體液化或液體汽化 的高效熱交換裝置。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案
它包括殼體、殼體外連接的主流體進(jìn)、出口管、換熱介質(zhì)進(jìn)、出 口管，殼體內(nèi)具有至少一個(gè)以擠壓工藝一體成型全鋁合金換熱片；換熱片上具有換熱翅片，換熱片具有缺口；換熱片中部沿長度方向開設(shè) 有無縫微孔通道；無縫微孔通道以及主流體進(jìn)口管和主流體出口管連 通構(gòu)成主流體通道；換熱片缺口和換熱翅片之間的間隙、相鄰換熱片 之間的間隙、換熱介質(zhì)進(jìn)口管和換熱介質(zhì)出口管一起構(gòu)成換熱介質(zhì)通 道。
殼體內(nèi)具有多個(gè)換熱片，各換熱片平行排列，上層換熱片、換熱 片缺口、下層換熱片一起、換熱介質(zhì)進(jìn)口管和換熱介質(zhì)出口管構(gòu)成換 熱介質(zhì)通道。
各換熱片的缺口相互錯(cuò)位。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明全鋁合金換熱器有以下優(yōu)點(diǎn)
1、 傳熱性能好；鋁合金有相對(duì)較高的導(dǎo)熱性，翅片增犬換熱面 積的同時(shí)，微孔通道使流體在低流速下即可達(dá)到湍動(dòng)狀態(tài)，提高了總 傳熱系數(shù)。
2、 耐高壓、耐低溫；以擠壓工藝一體成型的加工方法代替?zhèn)鹘y(tǒng) 的釬焊技術(shù)，使換熱器能承受高達(dá)18MPa,的壓力；鋁合金材質(zhì)穩(wěn)定的 物理性能適合深冷低溫的要求，低溫時(shí)具有高強(qiáng)度，可承受低至 -269'C的溫度。
3、 成本低；本發(fā)明換熱器采用高科技鋁合金復(fù)合材料制造，其 市場(chǎng)價(jià)格只有銅的1/3，特別是以擠壓工藝一體成型生產(chǎn)技術(shù)的應(yīng)用 大大延長了換熱器的使用年限，經(jīng)久耐用、維修少，可使設(shè)備成本大 大降低。4、運(yùn)行穩(wěn)定；采用螺釘和墊片將以擠壓工藝一體成型無縫微孔 通道全鋁合金換熱片與殼體固定，換熱器工作時(shí)可抗振動(dòng)，運(yùn)行極其 穩(wěn)定°


圖l是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖
圖2是本發(fā)明的殼體的剖面圖
圖3是本發(fā)明的換熱片的結(jié)構(gòu)示意圖
圖4是本發(fā)明的換熱片的側(cè)面示意圖
具體實(shí)施例方式
見圖1-4，本發(fā)明一種高效全鋁合金換熱器，它由長方體形的殼 體1和殼體外連通的主流體進(jìn)、出口管2、 3和換熱介質(zhì)進(jìn)、出口管 4、 5構(gòu)成，所述殼體1內(nèi)具有至少一個(gè)以上以擠壓工藝一體成型全 鋁合金換熱片6，多個(gè)換熱片6安裝時(shí)相互平行且間隔一定距離設(shè)置； 一般的，殼體l呈長方體形狀；殼體l內(nèi)形成兩種流道第一種流道 為主流道，主流體受高壓進(jìn)出主流道；另一流道為熱交換用冷媒或熱 媒流道，根據(jù)工藝需要和主流道內(nèi)的流體進(jìn)行換熱以實(shí)現(xiàn)主流體的汽 化或液化。
所述的殼體1內(nèi)以擠壓工藝一體成型全鋁合金換熱片6為一長方 形扁形管鋁型材，沿鋁扁管長度方向的兩較寬面上對(duì)稱、均勻地分布 許多換熱翅片6-1;沿鋁扁管長度方向的兩較窄面的中間開設(shè)有凹槽 6-3，鋁扁管的兩端為平面。其中鋁扁管缺一個(gè)角形成缺口9;鋁扁管中部沿長度方向開設(shè)有一排無縫微孔通道6-2，換熱翅片6-l、無 縫微孔通道6-2、凹槽6-3和鋁扁管以擠壓工藝加工成為一整體，即 為以上所述的以擠壓工藝一體成型全鋁合金換熱片6;本發(fā)明的全鋁 合金換熱片6上的換熱翅片6-1 、無縫微孔通道6-2的數(shù)目可依工藝 要求而改變。
本發(fā)明換熱器的殼體1兩端由鋁質(zhì)蓋板7加以密封，換熱器的殼 體1內(nèi)以形成有流體的單向流道，此單向流道和無縫微孔通道6-2以 及主流體進(jìn)口管2和主流體出口管3連通構(gòu)成主流體通道，實(shí)現(xiàn)主流 體在熱交換時(shí)的單向流動(dòng)效果，這樣可以保證主流體按預(yù)先設(shè)計(jì)的線 路單向流動(dòng)。蓋板7上擠壓成型有螺紋孔8，殼體1兩端蓋板7依靠 以擠壓工藝成型的螺紋孔8和螺絲配合緊固密封，保證主流體及換熱 工質(zhì)不被泄漏。
殼體1的左右或上下兩側(cè)設(shè)置有換熱介質(zhì)進(jìn)口管4和換熱介質(zhì)出 口管5;換熱片6上的缺口 9引導(dǎo)換熱介質(zhì)按照指定的模式橫流過或 沿著扁鋁管流動(dòng)。本發(fā)明的殼體1內(nèi)相鄰的兩個(gè)全鋁合金換熱片6是 上、下平行排列，它們的兩個(gè)缺口 9相互錯(cuò)位，分別位于對(duì)角位置處， 這樣可以使流體從上層空間流到下層空間的時(shí)間增長且流過的距離 也增長，可以增加換熱效果。換熱器內(nèi)所有缺口9和換熱翅片6-l、 相鄰換熱片6之間的間隙、換熱介質(zhì)進(jìn)口管4和換熱介質(zhì)出口管5 — 起構(gòu)成第二種通道換熱介質(zhì)通道，從而實(shí)現(xiàn)換熱介質(zhì)按照?qǐng)D2中箭 頭所示流動(dòng)方向流動(dòng)。無縫微通道6-2的設(shè)計(jì)，使管徑減小，主流體流速加快，增強(qiáng)了對(duì)流換熱；另外，小管徑不需要大的壁厚即可承受高壓，換熱器結(jié)構(gòu)則更加緊湊，成本更低。
本發(fā)明換熱器使用時(shí)可以水平放置、豎立放置或者傾斜放置，放置方式不影響其工作性能和效果；工作時(shí)，換熱介質(zhì)從所述殼體上的換熱介質(zhì)進(jìn)口管4進(jìn)入殼體1，經(jīng)過換熱片上的翅片6-1與流經(jīng)無縫微孔通道6-2里的主流體進(jìn)行換熱，換熱后從所述殼體1上的換熱介質(zhì)出口管5流出；主流體從所述殼體1 一端的主流體進(jìn)口管2進(jìn)入無縫微孔通道6-2，經(jīng)換熱后從所述殼體1另一端的主流體出口管3流出，實(shí)現(xiàn)主流體的液化或汽化過程。
本發(fā)明換熱器的殼體和殼體內(nèi)以擠壓工藝一體成型成全鋁合金換熱片，它的結(jié)構(gòu)是板式和板翅式換熱器融合的結(jié)果，既有板式換熱器的管道和板，又有板翅式換熱器的翅片，兼具板式換熱器、板翅式換熱器兩種換熱器的優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，又克服了兩種換熱器自身的缺點(diǎn)；它減小了傳統(tǒng)翅片焊接的熱阻，傳熱系數(shù)高；易于調(diào)節(jié)換熱片數(shù)目以改變傳熱面積；易于調(diào)節(jié)流道以適應(yīng)冷、熱流體流量及溫度變化的要求；加工制造容易、工作故障少、檢修清洗方便、熱損失??；操作溫度范圍較廣，可用于低溫或超低溫場(chǎng)合；完全適用于煉油工程、化學(xué)工程、低溫工程、天然氣液化、液體汽化、氣體分離等工業(yè)領(lǐng)域；它的傳熱面大，傳熱系數(shù)高；結(jié)構(gòu)緊湊、成本低、易安裝；鋁合金材質(zhì)可在低至-269。C的溫度中正常使用而不改變其物理性能；可耐18Mpa
10的高壓，高壓下鋁合金材料物理性能穩(wěn)定，故密封可靠，運(yùn)行平穩(wěn)。以上所述之實(shí)施例，只是本發(fā)明的較佳實(shí)例而已，并非來限制本發(fā)明實(shí)施范圍，故凡依本發(fā)明申請(qǐng)專利范圍所述的構(gòu)造、特征及原理所做的等效變化或修飾，均包括于本發(fā)明申請(qǐng)專利范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種高效全鋁合金換熱器，其特征在于它包括殼體、殼體外連接的主流體進(jìn)、出口管、換熱介質(zhì)進(jìn)、出口管，殼體內(nèi)具有至少一個(gè)以擠壓工藝一體成型全鋁合金換熱片；換熱片上具有換熱翅片，換熱片具有缺口；換熱片中部沿長度方向開設(shè)有無縫微孔通道；無縫微孔通道以及主流體進(jìn)口管和主流體出口管連通構(gòu)成主流體通道；換熱片缺口和換熱翅片之間的間隙、相鄰換熱片之間的間隙、換熱介質(zhì)進(jìn)口管和換熱介質(zhì)出口管一起構(gòu)成換熱介質(zhì)通道。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高效全鋁合金換熱器，其特征在 于換熱片為一長方形扁形管鋁型材，沿長度方向的兩較寬面上對(duì)稱、 均勻地分布有換熱翅片；中部沿長度方向開設(shè)有一排無縫微孔通道。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種高效全鋁合金換熱器，其特征在 于沿?fù)Q熱片長度方向的兩較窄面的中間開設(shè)有凹槽。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種高效全鋁合金換熱器，其特 征在于殼體內(nèi)具有多個(gè)換熱片，各換熱片平行排列，上層換熱片、換熱片缺口、下層換熱片一起、換熱介質(zhì)進(jìn)口管和換熱介質(zhì)出口管構(gòu) 成換熱介質(zhì)通道。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種高效全鋁合金換熱器，其特征在 于各換熱片的缺口相互錯(cuò)位。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高效全鋁合金換熱器，其特征在于殼體兩端由鋁質(zhì)蓋板加以密封。
7、根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種高效全鋁合金換熱器，其特征在 于蓋板上擠壓成型有螺紋孔。
全文摘要
本發(fā)明涉及換熱器技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種高效全鋁合金換熱器，它包括殼體、殼體外連接的主流體進(jìn)、出口管、換熱介質(zhì)進(jìn)、出口管，殼體內(nèi)具有至少一個(gè)以擠壓工藝一體成型全鋁合金換熱片；換熱片上具有換熱翅片，換熱片具有缺口；換熱片中部沿長度方向開設(shè)有無縫微孔通道；無縫微孔通道以及主流體進(jìn)口管和主流體出口管連通構(gòu)成主流體通道；換熱片缺口和換熱翅片之間的間隙、相鄰換熱片之間的間隙、換熱介質(zhì)進(jìn)口管和換熱介質(zhì)出口管一起構(gòu)成換熱介質(zhì)通道；本發(fā)明傳熱性能好、耐高壓、耐低溫成本低、運(yùn)行穩(wěn)定；可用于煉油工程、化學(xué)工程、低溫工程、天然氣液化、液體汽化、氣體分離等工業(yè)領(lǐng)域，可用于超低溫氣體液化或液體汽化。
文檔編號(hào)F28D9/00GK101458044SQ20081022068
公開日2009年6月17日 申請(qǐng)日期2008年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月31日
發(fā)明者張偉君 申請(qǐng)人:張偉君