电动车辆上的发热件降温用全铝式板式换热器的制作方法

本发明属于电动汽车技术领域，特别涉及一种电动车辆上的发热件降温用全铝式板式换热器。

背景技术：

在汽车领域中，目前常见的电动车辆主要有电动家用汽车和电动大巴车。在这些电动车辆上存在较多的发热件，比如电池包是最大的发热件，对于发热件来说，在工作的过程中需要及时有效的降温。目前，针对发热件一般采用液-液换热或气-液换热的方式进行降温，其中在降温回路上最关键的零部件为换热器，换热器通常采用工业上的板式换热器结构，即板片之间设置密封垫，通过密封垫进行密封，现有板式换热器应用在车辆上存在以下几方面的不足：

1、现有技术的板式换热器材料主要为：奥氏体不锈钢、钛及钛合金、镍及镍合金、铜等四类冷轧薄板，以上材料的密度大，质量过重，不利于车辆轻量化。

2、现有板式换热器的材料质量大，导致其热容量较大，影响了其换热性能，换热效率有待进一步提高。

3、现有板式换热器的板片上通常采用人字型波纹结构，这样，形成的流道的流阻大。

4、现有板式换热器的板片之间通过密封垫进行密封连接，密封性差，易于产生泄漏，耐压能力较低，一般约为1MPa，耐温能力受垫片材料的限制。

5、现有板式换热器的板片为对称式板片结构，即板片正反两侧的波纹几何形状和结构尺寸完全一样，这样板片两侧形成的流道的特性一致，该种类型的板式换热器可称为对称型板式换热器。对称型板式换热器较适用于对称型流体进行换热，具体的，冷、热流体的质量流率比(或质量流率与比定压热容乘积之比，或温差比)大致相等，或比值在0.7至1.5的范围内，否则在设计计算时，往往存在这样两种不匹配的情况：

1)冷、热流体的流速差别较大；低流速侧压力降过小，通常需要串联，导致换热面积过大，即“压力降控制设计”；

2)满足两侧压力降要求时，换热面积太小，传热量不足，即“热控制设计”。

在车辆上实际应用中，冷、热流体的热特性和压力降要求往往并不相同，即为“非对称换热流体”，其冷、热两侧的传热性能无法同时满足要求，或允许的压力降不能充分利用，从而造成换热体积无谓增大，一方面增加了换热器的成本，另一方面造成车内空间的浪费。

技术实现要素：

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种质量轻、热量浪费小、换热效率高、密封性好、耐压耐温性好，可实现换热器体积小型化的电动车辆上的发热件降温用全铝式板式换热器。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：

电动车辆上的发热件降温用全铝式板式换热器，包括前端板、与前端板平行设置的后端板、设置在前后两端板之间的数片换热板片，前端板与位于最前端的换热板片之间、相邻的换热板片之间及后端板与位于最后端的换热板片之间均形成沿周边密封的夹腔，其特征在于：前端板、后端板、数片换热板片均由铝合金材料制成，且通过钎焊的方式形成整体连接；在前端板上靠近四个边角的位置各设有一个角孔，位于上部的两个角孔位置分别安装有冷流体进口接管和热流体出口接管，位于下部的两个角孔位置分别安装有冷流体出口接管和热流体进口接管；在每片换热板片上与前端板上的四个角孔对应的位置均设有过流通孔，对应位置的过流通孔前后依次衔形成过流通道，与冷流体进口接管连通的过流通道为冷流体输入通道，与冷流体出口接管连通的过流通道为冷流体输出通道，与热流体进口接管连通的过流通道为热流体输入通道，与热流体出口接管连通的过流通道为热流体输出通道；换热板片通过过流通孔部位的配合使换热器内部的夹腔形成依次交替布置的热流体流道腔和冷流体流道腔，热流体流道腔连通热流体输入通道和热流体输出通道，冷流体流道腔连通冷流体输入通道和冷流体输出通道；在每片换热板片上均布满凸起，凸起朝向对应冷流体流道腔一侧，相邻的两片换热板片上的凸起呈镜像对称设置，对应于每个冷流体流道腔的两片换热板片上的凸起在冷流体流道腔内均形成一一接触，并钎焊连接，使相应冷流体流道腔内在沿着换热板片的宽度方向形成多条由上至下曲折延伸的冷流体流通通道，且使前后相邻的热流体流道腔均形成两侧面设有凹坑的整体通道腔结构。

优选的：设置在换热板片上的凸起的深度取1mm～8mm，换热板片两侧的热流体流通腔和冷流体流道腔内产生的流体流量为1.5倍～6倍。

优选的：冷流体进口接管和冷流体出口接管安装在前端板的一侧，热流体进口接管和热流体出口接管安装在前端板的另一侧。

优选的：每片换热板片位于上部的两个过流通孔和位于下部的两个过流通孔之间的区域由上下依次设置的上分流区、换热区和下分流区构成，其中设置在上分流区和下分流区的凸起的密度均大于设置在换热区的凸起的密度。

优选的：设置在上分流区和下分流区的凸起均按照上下相邻两排依次交错的方式布置、且上分流区和下分流区的凸起为方形凸起结构；设置在换热区的凸起除位置中部凸起上下依次对正外，中部凸起两侧的凸起均按照上下相邻两排依次交错的方式布置，且换热区的凸起为半球形凸起结构。

优选的：设置在板片换热区的凸起的直径为1mm～5mm，上下相邻两排凸起的间距为3mm～5mm，上排凸起与下排对应的两个凸起的中心连线形成的夹角的角度为50°～120°。

优选的：设置在上分流区和下分流区的凸起的宽度为0.8mm～3mm，上下相邻两排凸起的间距为1.5mm～3.5mm，上排凸起与下排对应的两个凸起的中心连线形成的夹角的角度为60°～120°。

优选的：在换热板片上设置凸起的一侧涂覆有防冷流体腐蚀的第一涂层，在换热板片上设置凹坑的一侧涂覆有防热流体腐蚀的第二涂层。

本发明具有的优点和积极效果是：

1、本换热器的构件全部采用铝合金，构成一种全铝式换热器，因铝材的密度比不锈钢等现有制作换热器的材料都小，相同体积大小的全铝板式换热器，可将传统换热器的重量减低约60％，这样，可大幅度降低换热器的质量，尤其适用于当前关注度较高的新能源车辆对轻量化方面的要求。

2、本换热器采用全钎焊式结构，避免了接触的零部件之间使用垫片，保证了换热器的密封性，提高了耐压强度、耐高低温性能、抗震性能及可靠性等。

3、由于铝材具有良好的导热性能，本全铝式换热器相比于现有的板式换热器，实现了冷热流体的快速换热，提高了换热效率高和减小了热量损耗。

4、换热板片上设置上述凸起，使换热板片的两侧形成容量不同的冷流体流道腔和热流体流道腔，即形成一种非对称的流通腔结构，非对称的流通腔结构满足了非对称换热流体的换热要求，确保了换热器的最大利用效率，从而也实现了换热器体积及重量最小化。

附图说明

图1是本发明的立体结构示意图；

图2是图1的立体拆分图；

图3是图2中相邻两换热板片的立体结构示意图；

图4是图1中相邻两换热板片配合的横截面示意图；

图5是图1中换热板片的平面示意图；

图6是图5中换热板片的局部放大示意图Ⅰ；

图7是图5中换热板片的局部放大示意图Ⅱ；

图8是凸起采用其他形状及排布的换热板片的平面示意图。

图中：1、前端板；2、后端板；3、换热板片；3-1、过流通孔；3-2、凸起；4、冷流体进口接管；5、热流体出口接管；6、冷流体出口接管；7、热流体进口接管；8、热流体流道腔；9、冷流体流道腔。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

请参阅图1-8，电动车辆上的发热件降温用全铝式板式换热器，主要包括前端板1、与前端板平行设置的后端板2、设置在前后两端板之间的数片换热板片3，前端板与位于最前端的换热板片之间、相邻的换热板片之间及后端板与位于最后端的换热板片之间均形成夹腔。上述前端板、后端板、数片换热板片均由铝合金材料制成，且通过钎焊的方式形成整体连接。即前端板的边缘部位与位于最前端的换热板片的边缘部位、任意相邻的两换热板片的边缘部位及后端板的边缘部位与位于最后端的换热板片的边缘部位均通过钎焊的方式直接固定连接。这样，就避免了在前、后两端板与换热板片在对应的需要密封的部位及相邻的两换热板片在对应需要密封的部位设置密封圈，保证了形成的夹腔的密封性，具有较好的耐压耐温性。在上述前端板上靠近四个边角的位置各设有一个角孔，位于上部的两个角孔位置分别安装有冷流体进口接管4和热流体出口接管5，位于下部的两个角孔位置分别安装有冷流体出口接管6和热流体进口接管7。在每片换热板片上与前端板上的四个角孔对应的位置均设有过流通孔3-1，对应位置的过流通孔前后依次衔形成过流通道，与冷流体进口接管连通的过流通道为冷流体输入通道，与冷流体出口接管连通的过流通道为冷流体输出通道，与热流体进口接管连通的过流通道为热流体输入通道，与热流体出口接管连通的过流通道为热流体输出通道。换热板片通过过流通孔部位的配合使换热器内部的夹腔形成依次交替布置的热流体流道腔8和冷流体流道腔9。热流体流道腔连通热流体输入通道和热流体输出通道，冷流体流道腔连通冷流体输入通道和冷流体输出通道。具体的，为实现上述热流体流道腔和冷流体流道腔交替布置的结构，相邻的两片换热板片在四个过流通孔位置采用不同的配合结构，对于构成冷流体流道腔的两片换热板片而言，位于冷流体输入通道上的两个过流通孔和位于冷流体输出通道上的两个过流通孔均形成一种与对应冷流体流道腔连通的局部接触配合，而位于热流体输入通道上的两个过流通孔和位于热流体输出通道上的两个过流通孔均形成一种与对应冷流体流道腔不连通的全接触配合。而对于构成热流体流道腔的两片换热板片而言，上述过流通孔部位的配合则刚好相反。在每片换热板片上均布满凸起3-2，凸起朝向对应冷流体流道腔一侧，相邻的两片换热板片上的凸起呈镜像对称设置，对应于每个冷流体流道腔的两片换热板片上的凸起在冷流体流道腔内均形成一一接触，并钎焊连接，使相应冷流体流道腔内在沿着换热板片的宽度方向形成多条由上至下曲折延伸的冷流体流通通道，且使前后相邻的热流体流道腔均形成两侧面设有凹坑的整体通道腔结构。这样，换热板片的两侧形成一种非对称的流通腔结构。一方面，换热板片两侧的冷流体流道腔和热流体流道腔的容量不同，以对应两侧“非对称流体”不同的流量；另一方面，换热板片两侧形成的流道的结构不同。如换热器冷或热流体一侧为单向流，则凸部及凹部的结构、排布设计形成流道要使流体呈网状三维涡流流态，使该板式换热器具有承受压力高、传热性能好、适用范围广的优点。如换热器冷或热流体一侧为两相流，结构的设计需考虑沸腾或凝结的物理特点而进行换热方面的强化。如使得冷或热流体一侧的结构有力于产生较多的汽化核心。或两相流的含气量(即蒸汽干度)、质量流速和压力在适合的范围内，尽可能的形成换热效率较高的环状流，使得管壁的液膜厚度变小，热阻减小。

上述结构中，设置在换热板片上的凸起的深度取1mm～8mm，换热板片两侧的热流体流通腔和冷流体流道腔内产生的流体流量比为1.5倍～6倍。具体的，凸起的深度与流体流量比呈正比，可根据实际使用的冷、热流体，采用适合的凸起深度，以便使冷热流体换热达到最佳的效果。

上述结构中，冷流体进口接管和冷流体出口接管优选安装在前端板的一侧，热流体进口接管和热流体出口接管安装在前端板的另一侧，这样，冷流体经冷流体进口接管进入到冷流体输入通道，然后向下分流到各个冷流体流道腔内，在冷流体流道腔内由上至下流动，流到下端位置，并汇流冷流体输出通道内，然后从冷流体出口接管排出，进行循环流动，在冷流体流动的过程中，热流体经热流体进口接管进入到热流体输入通道，然后向上分流到各个热流体流道腔内，热流体逐渐充满热流体流道腔，并向上汇流到热流体输出通道内，然后从热流体出口接管排出，进行循环流动，在冷热流体循环流动的过程中，实现了热量的交换。冷流体进口接管和冷流体出口接管、热流体进口接管和热流体出口接管也可采用异侧的方式进行安装设置。

上述结构中，每片换热板片位于上部的两个过流通孔和位于下部的两个过流通孔之间的区域优选由上下依次设置的上分流区、换热区和下分流区构成，上分流区、换热区和下分流区在附图中分别用L1、L2和L3来标示，其中设置在上分流区和下分流区的凸起的密度均大于设置在换热区的凸起的密度。设置分流区，其作用是促使流体沿换热板片的整个宽度均匀分布，充分利用全部板片面积并尽可能减少压力降，从而提高换热器的性能。对于流体沿换热板片纵向同一侧的过流通孔进、出的同侧流，分流区的设计可使流体分布保持均匀性就显得更为重要。本换热器为非对称板式换热器，其板片分流区也采用了非对称结构，使两侧冷热流体分别呈网状均匀分布。

上述结构中，凸起的形状和排布形式不受限制，凸起可采用半球形、方形、长圆形等，凸起的排布可采用上下排交错排布、人字形排布、斜坡形排布、菱形排布等。在本发明中，设置在上分流区和下分流区的凸起均按照上下相邻两排依次交错的方式布置、且上分流区和下分流区的凸起为方形凸起结构，设置在换热区的凸起除位置中部凸起上下依次对正外，中部凸起两侧的凸起均按照上下相邻两排依次交错的方式布置，且换热区的凸起为半球形凸起结构。采用上述凸起形状及排布方式，流体在流体流通腔内的流阻较小，保证较强的流动扰流，使流体分布均匀，强化换热性能，同时，换热板片加工工艺简单，容易实现，钎焊后不良率低，产品能形成较高的承压强度。

在换热区采用半球形凸起及凸起按照上述方式排布的基础上，优选如下参数设置：设置在板片换热区的凸起的直径为1mm～5mm，在附图中用D表示，上下相邻两排凸起的间距为3mm～5mm，该间距值在附图中用H1表示，上排凸起与下排对应的两个凸起的中心连线形成的夹角的角度为50°～120°，该夹角值在附图中用R1表示。

在上分流区和下分流区的凸起均采用方形凸起及凸起按照上述方式排出的基础上，优选如下参数设置：设置在上分流区和下分流区的凸起的宽度为0.8mm～3mm，在附图中用W表示，上下相邻两排凸起的间距为1.5mm～3.5mm，在附图中用H2表示，上排凸起与下排对应的两个凸起的中心连线形成的夹角的角度为60°～120°，在附图中用R2表示。

上述结构中，在换热板片的两个侧面进一步涂覆不同性质的涂层，具体的，在换热板片上设置凸起的一侧涂覆有防冷流体腐蚀的第一涂层，在换热板片上设置凹坑的一侧涂覆有防热流体腐蚀的第二涂层。这样，确保了不发生内、外侧不同流动介质而引起的腐蚀失效，提高了换热器的耐腐蚀性能和使用寿命。防腐材料的选用，需要考虑车辆换热器介质的性质、使用条件、操作条件，以及材料的成型加工性能、耐腐蚀性能等方面的因素。

本换热器除可应用于车辆换热系统中，也适用于其他需流体与流体间换热的系统。具有换热效率高、质量轻和密封性能高的优点。