CN102252533A - 一种高热传导全Al热转换器及Cu管-Al材焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高热传导家电用全Al热转换器以及Cu管-Al材的焊接方法，所述全Al热转换器利用散热片表面流体解析技术和软件结构设计技术卡发出一种新型散热片结构，所述散热片结构的特点是：所述散热片表面制成凸起结构，利用凸起前端部的热传导上升增加平均热传导率；所述凸起的前端高0.4～0.5mm，所述凸起与散热片表面的夹角在23°～26°之间时，散热片可以达到最佳传导效果。所述Cu管-Al材的焊接方法是将利用表面镀镍(Ni)的中间钢管连接Al散热片和Cu管。本发明结构新颖，设计巧妙，热传导效果佳，散热性能好，热转换效率也大大提高；焊接方法巧妙，大大提高了Cu-Al焊接成品的合格率。

Description

一种高热传导全Al热转换器及Cu管-Al材焊接方法

技术领域

本发明涉及电冰箱、空调等制冷设备用全铝热转换器设备，特别涉及一种用于家电设备的高热传导全Al热转换器及Cu管-Al材焊接方法。

背景技术

现有家用冰箱、空调以及其它制冷设备用热转换器普遍采用图1所示Al材散热片01和Cu配管02结合的构造。而国内现有全Al材的热转换器(主要依赖进口)主要被应用于汽车空调。众所周知，Al材和Cu材相比具有轻量、耐腐蚀、价格低等优点。但是，Al因为柔软、表面易形成酸化膜等其本生金属材料特性的原因，在和Cu相比时其在加工·成型、焊接技术以及热传导等方面处于劣势。所以，到目前为止，国际、国内的家电企业还普遍采用Cu管-Al散热片的热转换器结构。克服Al材在焊接时的加工难题特别是和异种金属的焊接，找出一种加工简单、成本低的异种金属人工焊接技术是实现家电用全Al热转换器变革的关键。

Cu管-Al材直接焊接的焊接用设备投资成本高，不良品率高，而且Al-Cu直接合金层非常脆，强度低，不能满足流量压力较大冷媒的要求。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的缺陷，本发明提供一种高热传导全Al热转换器，通过全Al热转换器的结构创新设计，使得全Al热转换器的热转换效率比现有的Cu-Al热转换器提高了近30％；本发明还涉及Cu管-Al材的焊接方法，提高了Cu-Al焊接产品的合格率。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

本发明涉及一种高热传导全Al热转换器，利用散热片表面流体解析技术和软件结构设计技术卡发出一种新型散热片结构，所述散热片结构的特点是：

采用全Al材制成散热片与配管，散热片表面制成凸起结构，利用凸起前端部的热传导上升(前端效果)增加平均热传导率；

所述凸起与散热片表面成一定的夹角，凸起的前端与散热片表面的垂直距离，所述夹角与垂直距离两个参数是影响散热片的热传导效果；

通过凸起散热片的热流温度测试实验得出，所述凸起的前端高0.4～0.5mm，所述夹角在23°～26°之间时，散热片可以达到最佳传导效果。

微型多孔管管口结构设计：现有冷媒流淌管口多采用圆形管口结构，为了降低微型多孔管口的热阻，降低散热片壁厚度和流入宽度是关键，在根据冷媒流路形状计算不同结构的管内外间热阻时，依据以下的相当壁厚的定义进行计算和验证：

相当壁厚＝热传导部断面表面积/流入宽，

通过对圆形和矩形管口结构以及尺寸通过上述定义公式列表对比，计算得出矩形全热阻比圆形全热阻降低1.5％，矩形热传导率比圆形热传导率提高1.6％。

本发明还涉及Cu管-Al材的焊接方法，克服了Al材在焊接时的加工难题，具体方案是：

该技术是利用表面镀镍(Ni)的中间钢管连接Al材和Cu管。所述Al材和表面镀镍(Ni)的中间钢管连接采用国内现有氮气炉内焊接方法进行焊接。

由于Al材表面氧化膜Al₂O₃和钢管表面不动态氧化膜Cr₂O₃的存在，在氮气炉内焊接时，焊接材料Al焊接材的濡湿性会被降低在焊接部产生空洞等不良而影响到焊接部分的密封性和强度。

所以在氮气炉内焊接时，会先使用flux材将所述Al材表面的氧化膜去除掉。因为氧化膜Al₂O₃和钢管表面不动态氧化膜Cr₂O₃的化学性能相差很大，到目前为止，国内与国际上还没有一种合适的可以同时去处两种氧化膜的flux材料。

本项目使用的表面镀镍(Ni)钢管克服了此问题，在氮气炉内焊接时只去处Al材表面的氧化膜Al₂O₃即可。而且通过大量的对比试验找出了适合Cu和表面镀镍(Ni)钢管人工焊接的材料和焊接条件。

本发明的有益效果是，结构新颖，热传导效果佳，散热性能好，热转换效率也大大提高；焊接方法巧妙，大大提高了Cu管-Al散热片焊接产品的合格率。

附图说明

图1为现有常用的Cu-Al热转换器结构图。

图2为本发明的散热片的结构图。

图3与图1对应的二维分析示意图。

图4为本发明的矩形管口的结构图。

具体实施方式：

为了使本发明的技术手段、创作特征与达成目的易于明白理解，以下结合具体实施例进一步阐述本发明：

实施例：

本发明采用一种特殊结构的全Al转换器，通过对高热传导散热片表面的特殊设计，使其热传导性能大大提高：

参看图2与图3，全Al转换器的散热片结构包括散热片1与设置在散热片1表面的一排凸起2，该结构是利用散热片表面流体解析技术和STARCCM+Ver.4.02软件结构设计技术卡开发出。

该结构主要涉及两个重要参数：前端高a，影响温度界面层的分段和凸起间气流的导入；仰角θ，影响散热片内外层蛇形气流的形成；

通过大量实验对比得出，前端高a：0.4-0.5mm，仰角θ：23°～26°之间时，散热片1可达到最佳传导效果。

参看图4，全Al热转换器的冷媒冷媒流淌管口采用如图所示的矩形管口结构3，有效降低了微型多孔管口的热阻，矩形管口结构3的管宽b为23mm，散热片壁厚c为0.3mm，可达到较好的热传导率；

在根据冷媒流路形状计算不同结构的管内外间热阻时，我们依据以下的相当壁厚的定义进行计算和验证：

相当壁厚＝热传导部断面表面积/流入宽，

热传导性能比较

通过实验我们得出上表的结果，矩形管口效果：

矩形全热阻比圆形全热阻降低1.5％；

矩形热传导率比圆形热传导率提高1.6％。

本发明还涉及Cu管-Al材的焊接方法，具体方法如下：

先将Al材和表面渡Ni的钢管在氮气炉内实施焊接，在氮气炉内实施焊时先使用去氧化膜(flux)材将Al材表面的氧化膜去除掉。应为氧化膜Al₂O₃和钢管表面不动态氧化膜Cr₂O₃的化学性能相差很大，到目前为止，国内与国际上还没有一种合适的可以同时去处两种氧化膜的flux材料。所述焊接方法使用的表面镀镍(Ni)钢管克服了此问题，在氮气炉内焊接时只去处Al材表面的氧化膜Al₂O₃即可。接下来使用人工焊接技术实现Cu管和表面渡Ni钢管的连接，从而实现Al材和Cu管的高品质连接。

上述方法可简述如下：

(1)先使用flux材将所述Al材表面的氧化膜Al₂O₃去除掉；

(2)再将去除氧化膜后的Al材与表面镀镍(Ni)的中间钢管在氮气炉内实施焊接；

(3)最后将Cu管与上述表面镀镍(Ni)的中间钢管人工焊接，实现Al材和Cu管的高品质焊接。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (6)

1.一种高热传导全Al热转换器，其特征在于，采用全Al材制成散热片与配管：

所述散热片表面设置倾斜式凸起，与散热片表面成一定的夹角，所述凸起的前端高0.4～0.5mm，所述夹角在23°～26°；

所述配管的微型多孔管呈有利于降低管口热阻的矩形管口结构。

2.根据权利要求1所述的一种高热传导全Al热转换器，其特征在于，所述多孔管管宽23mm，散热片的壁厚0.3mm。

3.根据权利要求1所述的一种高热传导全Al热转换器，其特征在于，所述凸起是利用散热片表面流体解析技术与软件结构设计出。

4.根据权利要求1或3所述的一种高热传导全Al热转换器，其特征在于，所述凸起的前端高指凸起的最顶端与散热片表面的垂直距离，是关于温度界面层的分段和凸起间气流的导入的参数。

5.根据权利要求1所述的一种高热传导全Al热转换器，其特征在于，所述凸起与散热片表面的夹角是关于散热片内外层蛇形气流的形成参数。

6.基于权利要求1的一种Cu管-Al材焊接方法，其特征在于，它包括以下步骤：

(1)先使用flux材将所述Al材表面的氧化膜Al₂O₃去除掉；

(2)再将去除氧化膜后的Al材与表面镀镍的中间钢管在氮气炉内实施焊接；

(3)最后将Cu管与上述表面镀镍(Ni)的中间钢管进行人工焊接。

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