專利名稱：由新型材料制成的熱交換器設(shè)備和其管路的制作方法
由新型材料制成的熱交換器設(shè)備和其管路
該發(fā)明是由新材料制成的熱交換器設(shè)備和其管路。其實這里的新材料并不是材料
新，新指的是該材料以前從沒有在熱交換器和其管路中被作為熱交換器主體采用過。熱交
換器主要包括l發(fā)動機冷卻水散熱器(包括各種大中小型船舶、潛艇、火車、工程機械、發(fā) 電機組、貨運車輛、公交車輛、農(nóng)機農(nóng)用車、轎車等)、2工程機械上的液壓油散熱器、3制冷 熱設(shè)備上的熱交換器(包括冰箱、冰柜、空調(diào)等)、管路指的是冰箱、冰柜、空調(diào)器等制冷熱 設(shè)備的管路。該發(fā)明專利指出了國內(nèi)外科技界對于熱交換器行業(yè)材料認識的錯誤，該發(fā)明 將帶領(lǐng)人們走出熱交換器材料使用的誤區(qū)，打破銅鋁散熱器一統(tǒng)天下的格局。最為人們熟 悉的是車用散熱器，也就是水箱下面就以此為例對此加以說明。 —提到散熱器，也就是水箱人們都認為車用散熱器都是用導(dǎo)熱系數(shù)極高的銅材制 成經(jīng)過極其復(fù)雜的工藝制成的，造價相當(dāng)高。其實車用散熱器使用的銅俗稱水箱銅，可分為 黃銅白銅兩種，并沒有使用紫銅作散熱器的，(以下簡稱銅散熱器)并且銅散熱器的內(nèi)壁上 有一層鉛的保護膜而鉛是熱的不良導(dǎo)體，這就使得銅的散熱器還不如鋁散熱器散導(dǎo)熱系數(shù) 高。目前各種動力機械上使用的水箱多數(shù)采用節(jié)省材料的管帶式結(jié)構(gòu)，并且由于銅價的一 路攀升，使銅水箱價格越來越高，材料越來越薄，使其抗銹蝕能力越來越小，壽命越來越短。 有些新車車裝散熱器為節(jié)省材料降低成本，散熱面積做得太小，導(dǎo)致車輛在夏季工作，水箱
開鍋已成不爭的事實。發(fā)明人曾走訪多位司機朋友，由于銅價的上漲，在水箱的配件市場上 (如天津大發(fā)、夏利等)，有的水箱為節(jié)省成本已將原有的兩排散熱管減為一排，這就意味 著散熱面積減少了 一半，但使用中卻沒有任何問題。 近一兩年來市場上又出現(xiàn)了鋁合金散熱器(以下簡稱鋁散熱器)該產(chǎn)品比銅散熱 器價格低。車用散熱器是汽車產(chǎn)業(yè)鏈中不可缺少的一個重要環(huán)節(jié)，也是國家重點扶持的產(chǎn) 業(yè)之一。2008年汽車產(chǎn)業(yè)調(diào)查表明只有采用釬焊工藝生產(chǎn)的鋁散熱器的成本才低于銅散熱 器。鋁散熱器雖然售價低于銅散熱器百分之二十，其使用成本卻遠高于銅散熱器數(shù)倍。原 因是銅散熱器只有低于零下五度時才使用防凍防銹液，而其他時間只要使用水就可以了。 (環(huán)境溫度在低于零度時防凍防銹液是不會消耗的，而隨著環(huán)境溫度的增加其消耗量自然 增加)鋁散熱器雖然采取了防腐處理但一年四季都要使用標(biāo)準(zhǔn)的防凍防銹液才能保證其 使用壽命。對于防凍防銹液的要求ph值為7. 5至9. 0以內(nèi)，由于生產(chǎn)廠家規(guī)格牌號五花八 門難于統(tǒng)一，用戶難于作出正確選擇?？茖W(xué)檢測表明防凍防銹液在車輛行駛兩萬公里內(nèi)不 會產(chǎn)生腐蝕，三至五萬公里開始腐蝕五萬公里以上成百分比增加。也就是說車輛行駛五萬 公里必須換一次防凍防銹液。這對于那些業(yè)務(wù)繁忙的長途運輸車輛用戶來說一兩個月就要 換一次防凍防銹液。這一次換防凍防銹液的錢就要超過當(dāng)初買鋁散熱器省下的那點錢，再 趕上水堵或水泵漏水損失就更大了而加水的銅散熱器就沒有這樣的損失了 。被倒掉的防凍 防銹液既污染了環(huán)境又造成了能源的浪費，另外鋁散熱器不像銅散熱器維修那樣方便，必 須到生產(chǎn)家去維修原因是鋁焊料容點為577至627度而基體材料的溫度僅為643至654度 兩者相差僅為46度，釬焊溫度要求嚴格極易造成基體融化。目前汽車維修廠家都不具備維 修鋁散熱器的能力，難怪司機朋友們說鋁散熱器一漏水就報廢了 ！鋁水箱最致命的弱點是 使用壽命太短，學(xué)過化學(xué)的人都知道鋁的化學(xué)性質(zhì)比銅活躍的多，尤其在高溫作用下，其自身氧化速度遠高于銅的氧化速度，其耐腐蝕性能更比銅低的多，這樣一來導(dǎo)致鋁水箱使用
壽命極短。所以至今鋁水箱僅在轎車乘用車這種工作時間短、負荷輕、的車上使用，在火車、
船舶、工程機械、運輸車輛、公交車輛、農(nóng)機農(nóng)用車上極少被采用、根本無法擴展它的市場。
新車出廠時就按裝的鋁散熱器尤其是在大型車輛上安裝的是大多數(shù)消費者不認可的但也
是必須接受的，因為消費者沒有選擇的余地，而在零配件市場上由于消費者占有主動權(quán)，所
以極少人去選擇購買鋁散熱器，這也是不爭的事實。在調(diào)查中發(fā)現(xiàn)大多數(shù)用戶都不知道使
用鋁水箱一年四季都要使用防凍防銹液，因為買水箱時根本不帶使用說明書，如果帶了說
明書也說明了那人們就更不買了尤其是乘用車以外的用戶。以NQ490型菜油機為例，買一
個銅制水箱要五百元，而使用超過兩年就開始漏水，一般水箱只要有一處漏水就說明別處
不漏的地方也都銹得差不多了，因為水箱的厚度是一致的，所以你就得三天兩頭的修水箱，
既誤時又誤事所以不如買個新的換上。買一個鋁水箱要四百元與銅水箱放在一起你很難看
出哪一個是銅的哪一個是鋁的因其顏色、形狀、面積、結(jié)構(gòu)都是相同的并且兩種水箱在使用
中效果都很好，只是使用壽命、使用條件、使用成本不同。 以上兩段內(nèi)容為科技界對于銅鋁散熱器的部分評價和看法，有說銅散熱器效果好 的，有說鋁散熱器效果好的。而我們把銅鋁散熱器放在一起你會發(fā)現(xiàn)其大小、顏色、結(jié)構(gòu)、散 熱面積完全相同，從視覺上根本無法分辨，并且兩散熱器在風(fēng)洞實驗臺上檢測都是合格的。 兩種不同導(dǎo)熱系數(shù)的材料在使用中卻取得了相同的散熱效果，這就證明了我們在熱交換器 領(lǐng)域以材料導(dǎo)熱系數(shù)的高低來判定散熱效果的說法是錯誤的。為此發(fā)明人將在下面提出對 于解釋以上現(xiàn)象更為合理的理論觀點。大多數(shù)車用銅鋁散熱器表面都有一層黑色的膜，發(fā)
明人認為該膜的導(dǎo)熱系數(shù)應(yīng)該小于所有常見金屬的導(dǎo)熱系數(shù)，而該涂層不僅不會使散熱效 率下降相反還可能對散熱有幫助，在保證散熱器能提供的熱量大于空氣單位時間帶走的熱 量時深色的膜向外輻射熱的能力更強。對于材料與散熱效果之間的爭論沒有一個統(tǒng)一的說 法，科技界對此解釋為原因復(fù)雜。 采用比銅導(dǎo)熱系數(shù)低的材料能行嗎？當(dāng)然可以，之所以這樣肯定的回答，是因為 人們在散熱器的設(shè)計上走入了一個誤區(qū)。物體的導(dǎo)熱系數(shù)指得是端面積為一平米厚一米兩 端面間的溫差為一度的某種物質(zhì)在一小時內(nèi)傳導(dǎo)的熱量，(單位為千卡)銀429，金317，銅 為401，黃銅為70至183，鋁為237，鐵為80，鉛34. 8，水垢為2不流動的空氣為0. 023，流動 的空氣導(dǎo)熱系數(shù)可乘以幾十倍的增加，不銹鋼為10至30該材料在傳熱領(lǐng)域常被作為絕熱 結(jié)構(gòu)材料使用。由有數(shù)字大小看銅與鑄鐵、鐵、不銹鐵、不銹鋼等材料卻實相差數(shù)倍，看來用 作散熱器肯定不行。但導(dǎo)熱系數(shù)指的是厚度為一米的物質(zhì)，而我們生產(chǎn)散熱器所用的材料 厚度僅為萬分之一米左右即O. l毫米左右，容器內(nèi)的熱量穿過這O. lmm的厚度，向空氣這種 熱的不良導(dǎo)體傳熱，而不是穿過一米厚的材料向空氣傳熱，在這種情況下銅鋁熱交換器相 對于空氣的熱交換能力與鐵、不銹鐵、不銹鋼等材料的熱交換器相對于空氣的熱交換能力 就相差無幾了，導(dǎo)熱系數(shù)定義的是一米厚的材料兩端面間的導(dǎo)熱情況，而熱交換器是萬分 之一米厚的材料與空氣這種熱的不良導(dǎo)體間的導(dǎo)熱情況。用一米厚材料的導(dǎo)熱系數(shù)高低去 評價萬分之一米厚散熱器的散熱效果很顯然是錯誤的，就像我們用的保溫材料越厚保溫效 果越好，反之越薄散熱效果越好，相對于金屬材料也是一樣的道理。請看下面的實驗"實驗 環(huán)境室內(nèi)10度鐵鋁溶器均為等圓柱狀等散熱面積容器，鋁容器厚0. 09毫米，鐵容器厚0. 2 毫米(鐵的較厚更能說明問題鐵容器內(nèi)外均帶有較厚涂層，鋁容器僅外部帶有很薄的廣告涂層)容積均為355毫升。容器口均用塑料蓋封嚴，在塑料蓋上打孔并插入溫度計。為減 小誤差鋁鐵容器分次實驗并使用同一塑料蓋同一溫度計。加入熱水后等水溫降至65度開 始計時至45度停止。鋁罐用時26分19秒80，鐵罐用時26分5秒88，以上實驗采用自然 冷卻的方法，下面采用機械風(fēng)冷的方式室內(nèi)14度從76度開始記時至56度停止鐵罐用時6 分27秒11鋁罐用時6分25妙83以上兩實驗均用時相等，并不是根據(jù)導(dǎo)熱系數(shù)推理出的相 差數(shù)倍的結(jié)果，因此只有材料為一米厚的散熱器的散熱效果才是材料導(dǎo)熱系數(shù)的倍數(shù)。由 此可見對于在在空氣中使用的熱交換器而言，空氣這種熱的不良導(dǎo)體能帶走多少熱量才是 決定需要多大散熱面積的根本所在。由實驗結(jié)果可知鋁鐵銅都能滿足實際使用需要。也就 是說鋁鐵銅單位時間能傳輸?shù)臒崃慷即笥诳諝庠趩挝粫r間帶走的熱量。你采用的材料導(dǎo)熱 系數(shù)高散熱面積一點也不能少，他采用得材料導(dǎo)熱系數(shù)低散熱面積一點也無需增加兩者其 散熱效果是完全相同的。只不過是采用導(dǎo)熱系數(shù)高者白白增加成本而已。綜上所訴可得出 結(jié)論在散熱面積和散熱結(jié)構(gòu)一定時熱交換器所用材料厚度為鋁、鐵、銅及不銹材料熱交換 能力無差別厚度(其實只要上下水室、上下水管、散熱管使用不銹材料制作就已經(jīng)解決了 防腐的問題，至于散熱片可由多種選擇)。也可理解為在銅、鋁、鐵、不銹材料中對散熱效果 起著關(guān)鍵性的作用的是散熱面積和散熱結(jié)構(gòu)，而材料本身對散熱效果影響甚微。本發(fā)明將 帶領(lǐng)人們走出熱交換器設(shè)計的誤區(qū)，采用不銹鐵、不銹鋼、不銹耐酸鋼、鐵材料制作熱交換 器的整體或部分。因銅與這些材料價格相差數(shù)倍，使得其成本大幅度降低，而其防腐性能更 強使用壽命更長。 以不銹鐵或不銹鋼(民間把400系列的不銹鋼叫不銹鐵)為例力它將比銅材做成 的水箱更薄更輕使用壽命也會比銅鋁散熱器長的多而成本卻遠低于銅鋁散熱器。道理不用 多講任何人都知道不銹制品比銅鋁耐腐蝕抗氧化的性能都強得多，這也是人們?nèi)粘Ｉ钪?不銹制品大受歡迎的根本所在。本發(fā)明應(yīng)用于冰箱、冰柜、空調(diào)器制冷管路可由不材料制 成。由不銹材料制成的冰箱、冰柜、空調(diào)器管路將與黃銅管路一樣柔軟易于按裝，將比銅鋁 管路更耐腐蝕成本更低。應(yīng)用于冰箱冰柜內(nèi)的蒸發(fā)器外板，即箱體內(nèi)壁可由不銹系列材料 構(gòu)成，這樣的冰箱冰柜更顯得高貴典雅整潔美觀，使用日久后也不像鋁板那樣會出現(xiàn)銹蝕 現(xiàn)象。我國某品牌冰箱空調(diào)為降低成本將其冰箱空調(diào)的管路改為鋁管，致使其銷量大減。由 此可見人們對什么物質(zhì)更防腐防銹是具有高度統(tǒng)一認知的，不銹制品將比銅鋁更耐腐蝕成 本更低更受大眾歡迎。本發(fā)明應(yīng)用于發(fā)動機冷卻水散熱器(水箱)和液壓油散熱器其具體 結(jié)構(gòu)、形狀、尺寸可與現(xiàn)有發(fā)動機冷卻水散熱器和液壓油散熱器完全相同(以便適合更換) 只是材料不同而已，(結(jié)構(gòu)可制成管帶式也可制成管片式散熱片可為翅片式或非翅片式) 具體實施方案有多種l.散熱管、散熱片、進出水管、上下水室全由不銹材料制成。2.與水接 觸部分用不銹材料制成而與水不接觸的又用量巨大的散熱片由熟鐵經(jīng)防腐處理制成。3.與 水接觸部分由不銹材料制成與水不接觸部分又用量巨大的散熱片由鋁材制成，讓鋁材繼續(xù) 發(fā)揮其質(zhì)輕的優(yōu)點。應(yīng)用于液壓油散熱器其各部分均可由熟鐵經(jīng)防腐處理制成。本發(fā)明將 帶領(lǐng)人們走出熱交換器設(shè)計的誤區(qū)——踏出國門走向世界。由此可見該熱交換器具有物美 價廉、堅固耐用、永不銹蝕的特點。
權(quán)利要求
一種由新型材料制成的熱交換器設(shè)備和其管路其特征是應(yīng)用于冰箱、冰柜、空調(diào)器管路和管路與熱交換器之間的連接件(結(jié)頭)均可由不銹材料制成；應(yīng)用于冰箱冰柜內(nèi)的蒸發(fā)器外板，即箱體內(nèi)壁可由不銹材料構(gòu)成；本發(fā)明應(yīng)用于發(fā)動機冷卻水散熱器和液壓油散熱器具體實施方案；A.散熱管、散熱片、進出水管、上下水室全由不銹材料制成；B.與水或油接觸部分用不銹材料制成而與水或油不接觸的又用量巨大的散熱片由熟鐵經(jīng)防腐處理制成；C.與水或油接觸部分由不銹材料制成與水或油不接觸部分又用量巨大的散熱片由鋁材制成，讓鋁材繼續(xù)發(fā)揮其質(zhì)輕的優(yōu)點；應(yīng)用于液壓油散熱器其各部分也可由熟鐵經(jīng)防腐處理制成；本發(fā)明之散熱器(熱交換器)可制成管帶式也可制成管片式其散熱片可制成翅片式和非翅片式。
全文摘要
該發(fā)明是由新材料制成的熱交換器設(shè)備和其管路主要包括1發(fā)動機冷卻水散熱器(包括各種大中小型船舶、潛艇、火車、工程機械、發(fā)電機組、貨運車輛、公交車輛、農(nóng)機農(nóng)用車、轎車等)、2工程機械上的液壓油散熱器、3制冷熱設(shè)備上的熱交換器(包括冰箱、冰柜、空調(diào)等)、管路指的是冰箱、冰柜、空調(diào)器等制冷熱設(shè)備的管路。該發(fā)明專利指出了國內(nèi)外科技界對于熱交換器行業(yè)材料認識的錯誤，采用不銹材料制造熱交換設(shè)備和其管路比銅鋁材料的更耐腐蝕成本更低卻取得了與銅鋁散熱器完全相同散熱的效果，該發(fā)明將帶領(lǐng)人們走出熱交換器材料使用的誤區(qū)。
文檔編號F28D1/04GK101709924SQ200910206018
公開日2010年5月19日 申請日期2009年10月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月9日
發(fā)明者孟令松 申請人:孟令松