微通道换热器芯体组装技术的自动化升级

微通道换热器芯体组装技术的自动化升级

杨祥根

宁波精达成形装备股份有限公司  浙江省宁波市315000

摘要：微通道也称为微通道换热器，就是通道当量直径在10-1000μm的换热器。这种换热器的扁平管内有数十条细微流道，在扁平管的两端与圆形集管相连。集管内设置隔板，将换热器流道分隔成数个流程。微通道换热器芯体一般由扁管、翅片、集流管或主板、侧板组成，芯体的组装一般通过组装机来完成，早期全部是通过人工组装完成的，效率非常低。目前扁管和翅片的间隔排布基本可以实现自动化，侧板的组装还是通过人工完成的，集流管或主板的安装也只是实现了半自动化，人工将集流管或主板放入组装模具中，然后再通过机器完成最后的组装，在人工放入集流管或主板时，由于组装模具的垂直设置，操作人员很难快速准确地放入。本文就将针对该方面的技术困境进行探讨分析，以期解决现有问题，提高生产组装效率。

关键词：微通道换热器，模具翻转装置，自动化升级

前言

微通道换热器按外形尺寸可分为微型微通道换热器和大尺度微通道换热器。微型微通道换热器是为了满足电子工业发展的需要而设计的一类结构紧凑、轻巧、高效的换热器，其结构形式有平板错流式微型换热器、烧结网式多孔微型换热器。大尺度微通道换热器则主要应用于传统的工业制冷、余热利用、汽车空调、家用空调、热泵热水器等。其结构形式有平行流管式散热器和三维错流式散热器。由于外形尺寸较大，故称为大尺度微通道换热器。随着我国工业的高速发展，我国的空调市场也随之在不断地发展和壮大。微通道平行流换热器为目前空调的发展趋势，而换热器芯体为主要的部件之一1。目前的换热器芯体组装多为人工组装或者半自动组装，组装效率较低而且组装劳动强度大，同时人工组装和半自动组装也有很多次品产生，其生产效率和技术需要进一步的提高来满足我国的市场需求。同时，换热器芯体人工组装带有一定的危险性，随着芯体尺寸的增大，组装劳动强度和危险性也随之增大。因此，为了提高微通道换热器芯体的组装效率，减少威胁，需要对微通道换热器芯体组装技术进行自动化升级，克服现有技术的缺陷，加快生产节拍2。

1.微通道换热器的应用前景及优势

微电子领域遵循摩尔定律飞速发展，伴随晶体管集成度的不断提高，高速电子器件的热密度已达5~10MW/m2，散热已经成为其发展的主要“瓶颈”，微通道换热器取代传统换热装置已成必然趋势。因此在嵌入式技术及高性能运算依赖程度较高的航空航天、现代医疗、化学生物工程等诸多领域，微通道换热器将具有广阔的应用前景。此外，随着微通道换热技术的逐渐成熟，汽车空调行业和家用空调行业（如美的）已经开始生产相关产品。而可喜的是，当下炙手可热的空气能热水器行业也已经开始进军微通道领域3。

与常规换热器相比，微通道换热器具有以下优势：1.节能。节能是当今空调器的一项重要指标。常规换热器很难制造出高等级如Ⅰ级能效标准的产品，微通道换热器将是解决该问题的最佳选择。2.换热性能突出。在家用空调方面，当流道尺寸小于3mm时，气液两相流动与相变传热规律将不同于常规较大尺寸，通道越小，这种尺寸效应越明显。当管内径小到0.5—1mm时，对流换热系数可增大50%—100%。将这种强化传热技术用于空调换热器，适当改变换热器结构、工艺及空气侧的强化传热措施，预计可有效增强空调换热器的传热、提高其节能水平。3.推广潜力。微通道换热器技术在空调制造领域还有向空气能热水器推广的潜力，可以极大提升产品的竞争力和企业的可持续发展能力。与常规换热器相比，微通道换热器不仅体积小换热系数大，换热效率高，可满足更高的能效标准，而且具有优良的耐压性能，可以CO2为工质制冷，符合环保要求，已引起国内外学术界和工业界的广泛关注。微通道换热器的关键技术—微通道平行流管的生产方法在国内已渐趋成熟，使得微通道换热器的规模化使用成为可能4。

2.换热器芯体结构组成

微通道换热器的组成分别由集流管、扁管和开有百叶窗的翅片三种主要零件组成。在芯体的两端为集流管，开有微通道的扁管在中间，翅片在相邻的扁管之间。集流管通过冲压成形，上面有均匀分布并排的开口，这些开口用来与扁管进行组装时结合。

2.1集流管

大部分集流管为铝合金材质，表面为Al-Si复合层，通过集流管压槽机成型。集流管为换热器的关键部件，是换热器额作用是对制冷剂进行分流和合流。

2.2扁管

扁管也称口琴管，上面开有微通道，也为铝合金材质，采用A1060。一般来说对其力学性能的要求为：抗拉强度Rm≥75MPa，屈服强度Rp0.2≥20MPa，延伸率A10≥25%。微通道扁管有众多优点，微通道扁管是一种独特的管材，由于内表面积较大，该产品具有更好的热传导能力。相对于其他散热零件具有更小的体积和更轻的重量。而且在传热性这个重要的性能上表现突出，同时它还有良好的抗腐蚀能力，良好的表面质量和耐压性等。在节能环保方面还具有非常高的回收循环利用率。不仅仅在汽车热交换器的生产领域被广泛运用，同时也存在于商用和工业空调以及制冷领域，航空、航天等高科技产业中具有广阔的应用前景。

2.3翅片

翅片原材料为铝带，铝带是在翅片机的加工下，通过开窗、折叠后成形，然后切断成需要的长度。平行流散热器中要使用的翅片不同于一般的翅片，通过特殊的开窗加工后上面会开有百叶窗。翅片作为提高在扁管之间的散热效率的主要部分。在换热器工作的时候，换热器周围的空气一般有个层流边界层，而翅片上开有间隔的波浪窗口，这些混乱的窗口将会把换热器周围的空气的层流动打乱，这些百叶窗阻断了空气的层流连续发展，延长了空气与翅片的热交换时间，从而增强的换热效果5。

3.微通道换热器芯体组装模具翻转装置

为克服现有技术存在的诸如效率低、危险性大等缺陷，本文在此研究探讨一种用于微通道换热器芯体组装的模具翻转装置，可将组装模具翻转90度，使其处于水平状态，方便主板快速准确放入，加快生产节拍。这种用于微通道换热器芯体组装的模具翻转装置包括气缸、支座、枢轴、模具安装板、压装座。模具安装板通过枢轴可旋转地连接在支座两侧，气缸的活塞杆枢接在支座上，通过气缸活塞杆的伸缩带动支座以枢轴为中心旋转而使支座在水平放置于垂直放置间转换。更具体的，压装座上还设置翻转限位块，在支座至水平放置时限制支座再向上旋转。气缸活塞杆与关节轴承的一端连接，关节轴承的轴承端与支座枢接。

由于这种用于微通道换热器芯体组装的模具翻转装置能将模具从垂直方向翻转到水平方向，因此操作人员能够准确、快速地在模具中放入集流管，从而提高工作效率。

4.微通道换热器芯体组装模具翻转装置实际实施例

下面将结合附图对本文所探讨的用于微通道换热器芯体组装的模具翻转装置进行更加清晰的描述。

如图1和2所示，本文所研究的模具翻转装置安装在芯体组装机的机架上，其包括气缸1、与气缸活塞杆连接的关节轴承2、与关节轴承配套的支座3、枢轴4、模具安装板5、压装座6以及翻转限位块7。

其中模具安装板5背面设置二个连接件51，二个连接件51通过枢轴4与压装座6两侧侧面可旋转连接。模具安装板5背面上还安装支座3，支座3上设置间隔的二个支撑31，二个支撑31固定轴32，关节轴承2轴承端连接到固定轴32上，关节轴承2另一端固定到气缸1的活塞杆11上，气缸1固定在压装座6的底板上。当气缸1的活塞杆伸长时，推动模具安装板5以枢轴4为中心向上旋转，至模具安装板5旋转至水平位置时停止，见图3。

当气缸1的活塞杆伸缩时，拉动模具安装板5以枢轴4为中心向下旋转至垂直位置时停止，见图1。翻转限位块7安装在压装座6顶面上，压装座6两端边各安装一块，模具安装板5翻转到水平位置时，翻转限位块7限制模具安装板5继续翻转。模具8安装在模具安装板5上，模具8上设置集流管的卡槽801，集流管放入卡槽801后便被固定而不会脱出。工作时，通过气缸1伸长活塞杆来使模具由垂直状态至水平方向，此时模具8如图3所示，可视化强，操作人员便可方便快捷地放入集流管，而图1状态的模具8，操作性比较差，工作效率低。

结语

换热器是汽车空调和商用空调器产品的重要配套总成。随着汽车用空调和商用空调产品的普遍应用及旺盛的需求，传统换热器作为耗能大户，其节能减排也日益受到关注，相关的节能、节材、环保等要求不断提高。在新形势下，面向散热器行业升级与技术水平提升的迫切需求，开展高效微通道换热器关键技术及其全自动生产线研发工作，对全国的散热器产业的发展意义重大6。

参考文献

[1]张慕瑾，史美中，杨贤骏.翅片管换热器的翅片效率与传热性能.1994年S1期

[2]陈殿苹.微通道扁管面内绕弯成形过程的数值仿真及知识发现[D].上海交通大学,2010.

[3]田杰安，李世伟.基于CFD分析的散热器结构优化.山东济南《内燃机与动力装置》2012年8月第4期

[4]杨志强,孙海宝,韦家弘.汽车铝制热交换器的制造技术及新型铝材的应用［J］.轻金属,1998(2):52－55

[5]贾龙.微通道换热器芯体组装机构设计与分析[D].华中科技大学，2014.

[6]关凤燕.汽车散热器的优化设计及传热性能分析的研究［J］.制造业自动化，2011(7):143－145