一种改进结构的流体加热装置的制作方法

1.本发明涉及电加热技术，特别涉及一种改进结构的流体加热装置。


背景技术：

2.在某些特定应用场景下(如纯电动汽车的空调和电池的加热需求)，电加热器会要求具备体积小功率高寿命长的特点。其中，加热管要做到高电力密度才能满足高功率要求。散热模块要与加热管紧密连接形成流体通道以最快速度带走加热管的热量，若流体不能及时带走加热管的热量，电加热管温度太高导致加热管功能失效。
3.目前普遍应用铸铝加热器，其发热核心是将电加热管卷绕呈筒形，然后通过铸造工艺在电加热管上包裹翅片形状的铝材。其工作原理是通过加热管通电发热将热量传递给包裹在加热管外部的铝材，铝材再把热量传递给冷却液，最后由冷却液把热量带给空调系统和电池系统。但在这种加热器结构存在以下技术弊端：受限于卷绕加热管不能展开，加热中心部位热量高；受限于低压铸造工艺和加热器有最小壁厚限制，加热器较重；受限于铸铝加热器流道较短，流体无扰动作用；铝压铸和不锈钢管铸造后的粘接率最大只能做到90％，长时间加热后会导致粘接率下降，出现泄漏、散热不佳等影响产品寿命的问题。


技术实现要素：

4.本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种改进结构的流体加热装置。
5.为解决上述技术问题，本发明采用的解决方案是：
6.提供一种改进结构的流体加热装置，包括电加热管，还包括以相对表面紧密贴合的上凹槽板和下凹槽板，两者表面分别设有半圆凹槽并在贴合后共同组成用于容纳电加热管的圆管状空间；所述电加热管的加热段在同一水平方向上弯折形成加热部位，加热部位被夹持在上凹槽板和下凹槽板之间的圆管状空间中且与其内壁紧密贴合；
7.在上凹槽板的外侧设有上流道板，两者之间保持间距以构成上侧流道空间，上流道板的内侧表面具有波纹凸起结构或点阵凸起结构；在下凹槽板的外侧设有下流道板，两者之间保持间距以构成下侧流道空间，下流道板的内侧表面具有波纹凸起结构或点阵凸起结构；
8.在上流道板上设有进水口和出水口，在上凹槽板和下凹槽板上设有用于连通上侧流道空间和下侧流道空间的通孔。
9.作为优选的方案，所述上流道板的波纹凸起结构的顶面与上凹槽板上半圆凹槽的表面紧密贴合，或通过钎焊固定连接；或者，
10.在上凹槽板外侧除半圆凹槽以外的表面上对应设置局部的波纹凸起结构，两部分的波纹凸起结构的顶面紧密贴合，或通过钎焊固定连接；
11.所述下凹槽板与下流道板具有与上述相同的结构与连接关系。
12.作为优选的方案，所述上流道板的点阵凸起结构的顶面直接与上凹槽板的表面紧
密贴合，或通过钎焊固定连接；或者，
13.在上凹槽板外侧除半圆凹槽以外的表面上对应设置点阵凸起结构，两部分的点阵凸起结构的顶面紧密贴合，或通过钎焊固定连接。
14.所述下凹槽板与下流道板具有与上述相同的结构与连接关系。
15.作为优选的方案，所述上流道板、上凹槽板、下凹槽板和下流道板分别具有延展边缘，通过钎焊或咬合折叠的方式实现密封连接。
16.作为优选的方案，所述电加热管的加热部位与上凹槽板和下凹槽板之间通过钎焊方式实现固定连接。
17.作为优选的方案，所述下流道板具有向上延展的侧边，使其整体呈敞口的盒状；所述下凹槽板、上凹槽板和上流道板依次安装在下流道板内，以各自的边缘或延展侧边紧密贴合下流道板侧边的内壁，并通过钎焊方式实现固定连接。
18.作为优选的方案，所述加热部位是由电加热管的加热段弯折形成的s形、m形或u形，或者是其中任意两种形状的组合结构，或者是三种形状的组合结构。
19.作为优选的方案，所述上流道板的外侧还装有盖板；在盖板上固定安装两个水管接头，其安装位置对应于进水口和出水口。
20.作为优选的方案，所述上流道板和下流道板的波纹凸起结构呈并列布置的若干条人字波形状，人字波的斜纹与中垂线之间形成夹角β，且15
°
≤β≤75
°
。
21.作为优选的方案，所述上流道板和下流道板的点阵凸起结构是由若干个呈点阵状均匀布置的凸起结构单体组成，凸起结构单体呈锥台状，其侧面与顶面或底面之间形成夹角a，且60
°
≤a≤90
°
。
22.与现有技术相比，本发明的技术效果是：
23.1、与常规电加热器采用的卷绕筒形结构不同，本发明将加热管的加热段在同一水平方向上弯折形成s形、m形或u形的加热部位，然后与带凸起扰流结构的薄板紧密贴合或钎焊在一起。由于薄板厚度很薄，既能降低整体重量又能提升散热速度；波纹凸起结构或点阵凸起结构，既能增加换热面积，又能让流体有扰动作用增加散热速度。
24.2、本发明的加热器由于结构紧凑、体积小、传热效率高、制造工艺简单，能够完美克服现有技术的缺陷，实现体积小、功率高、寿命长的技术目的。
附图说明
25.图1为本发明实施例1中电加热器的结构爆炸图；
26.图2为图1中电加热器的底侧示意图；
27.图3为图1中电加热器的顶侧示意图；
28.图4为弯折成m型的电加热管；
29.图5为水流在图1中电加热器的流道空间中流向示意；
30.图6为图1中电加热器在a-a和b-b两个方向上的截面示意图；
31.图7为图1中电加热器在c-c和d-d两个方向上的截面示意图；
32.图8为实施例1中人字波斜纹与中垂线之间形成的夹角β的示意图；
33.图9为本发明实施例2中电加热器的结构爆炸图；
34.图10为图9中电加热器的底侧示意图；
35.图11为图9中电加热器的顶侧示意图；
36.图12为实施例2中弯折成m型的电加热管；
37.图13为图9中的上凹槽板的结构示意图；
38.图14为图9中的下凹槽板的结构示意图；
39.图15为图9中的下流道板的结构示意图；
40.图16为图9中的上流道板的结构示意图；
41.图17为图9中电加热器在a-a和b-b两个方向上的截面示意图；
42.图18为图9中电加热器在c-c和d-d两个方向上的截面示意图；
43.图19为实施例2中凸起结构单体的侧面与顶面或底面之间的夹角a的示意图。
44.图1、9中的附图标记：1水管接头、2盖板、3上流道板、4上凹槽板、5电加热管、6下凹槽板、7下流道板。
具体实施方式
45.下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述。
46.本技术中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本技术所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。在本技术的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
47.在本技术中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
48.实施例1
49.本实施例中改进结构的流体加热装置如图1-8所示，包括由上至下依次布置的盖板2、上流道板3、上凹槽板4、电加热管5、下凹槽板6和下流道板7。下流道板7具有向上延展的侧边，使其整体呈敞口的盒状；下凹槽板6、上凹槽板4和上流道板3依次安装在下流道板7形成的盒状空间中，并以各自的边缘或延展侧边紧密贴合下流道板7侧边的内壁，然后通过钎焊方式实现固定连接。
50.其中，上凹槽板4和下凹槽板6以相对表面紧密贴合，两者表面分别设有半圆凹槽，并共同组成用于容纳电加热管的圆管状空间；电加热管5的加热段在同一水平方向上弯折形成m型、w型或u型的加热部位，该加热部位被夹持在上凹槽板4和下凹槽板6之间的圆管状空间中，且与圆管状空间的内壁紧密贴合。在上凹槽板4的外侧设有上流道板3，两者之间保持间距以构成上侧流道空间，上流道板3的内侧表面具有波纹凸起结构；在下凹槽板6的外侧设有下流道板7，两者之间保持间距以构成下侧流道空间，下流道板6的内侧表面具有波纹凸起结构。在上流道板3上设有进水口和出水口，在上凹槽板4和下凹槽板6上设有用于连
通上侧流道空间和下侧流道空间的通孔。为延长换热流道和换热时间、提高换热效率，进水口和出水口分别位于上流道板3的两个相对角的位置，在盖板2上与进水口和出水口相对应的位置固定安装两个水管接头1。为方便安装和使用，电加热管5的两个接线端均位于流体加热装置的同侧，这样方便外部接线。
51.作为进一步的优选方案，上流道板3的波纹凸起结构的顶面与上凹槽板4上的半圆凹槽的表面紧密贴合，或通过钎焊固定连接；或者，在上凹槽板4外侧除半圆凹槽以外的表面上对应地设置局部的波纹凸起结构，两部分的波纹凸起结构的顶面紧密贴合，或通过钎焊固定连接；下凹槽板6与下流道板7具有与上述相同的结构与连接关系。通过该优选设计，可以进一步增强产品的内部连接强度，同时增加扰流、强化换热效果。
52.本实例中，上流道板3、上凹槽板4、下凹槽板6和下流道板7的侧边以翻边形式形成一定的钝角堆叠在一起，将传统钎焊工艺中的薄板之间线连接关系变成改进后的面连接关系，因此能通过增加焊接面积来增加薄板之间的焊接强度。同时，电加热管5与圆管状空间的内壁之间也采用钎焊的连接方式，相比于现有技术中通常使用的整体铸造连接方式，具有泄露量更小、换热效果更好、寿命更长等特点。
53.相对于现有技术中的卷绕型立体结构加热管，本实例中电加热管5在同一平面上弯折成s形、m形或u形，或者是其中任意两种形状的组合结构，或者是三种形状的组合结构。通过弯折方式可以扩展发热体积，从而增加电加热管5的电力密度。电加热管5与薄壁型的上凹槽板4和下凹槽板6紧密贴合，增加了电加热管5的散热面积，能极大提升其散热速度。在上凹槽板4和下凹槽板6内侧设计波纹凸起结构，能够增加流道空间中的换热面积，同时增加扰动效果加速流体换热。作为一种具体设计示例，波纹凸起结构可选择整列的人字波形状，其人字结构中直线的夹角范围在0-180度之间，通过仿真可计算出最佳扰动角度，让液体流速加速，达到散热最佳效果。
54.作为替代的可选方案，下流道板、下凹槽板6、上凹槽板4和上流道板3也可以采用延展边缘咬合折叠的方式实现密封连接。该流体加热装置也可以省去盖板2，直接将两个水管接头1固定安装在上流道板3的进水口和出水口处。
55.本实例中，上流道板和下流道板的波纹凸起结构呈并列布置的若干条人字波形状，人字波的斜纹与中垂线之间形成夹角β，且15
°
≤β≤75
°
。其中，夹角β优选45
°
和60
°
。随着β增大换热增强，但流动阻力增大；因此相对而言β为45
°
时综合能效因子最高。
56.实施例2
57.与实施例1中相比，本实例中将上流道板和下流道板的内侧表面的波纹凸起结构改为点阵凸起结构；该结构是由若干个呈点阵状均匀布置的凸起结构单体组成，凸起结构单体呈锥台状，其侧面与顶面或底面之间形成夹角a，且60
°
≤a≤90
°
。a角度过于增大虽然会强化换热，但同时也会增大阻力、综合性能会下降。
58.在图19中，λ为相邻凸起结构单体的顶面中心的间距，m为相邻凸起结构单体的底面侧缘的间距，d为凸起结构单体的圆台高度。
59.作为进一步的优选方案，上流道板的点阵凸起结构的顶面直接与上凹槽板的表面紧密贴合，或通过钎焊固定连接。进一步地，还可以在上凹槽板和下凹槽板的非半圆凹槽位置增加布置若干个凸起结构单体，用于增加扰流、强化换热效果，具体如图13、14所示。即，在上凹槽板外侧除半圆凹槽以外的表面上对应设置点阵凸起结构，两部分的点阵凸起结构
的顶面紧密贴合，或通过钎焊固定连接。下凹槽板与下流道板具有与上述相同的结构与连接关系。
60.加工方法示例：
61.先根据设计方案弯折电加热管5，在同一水平上形成s形、m形或u形等形状(或多种形状的组合形式)。然后将电加热管5嵌装在上凹槽板4和下凹槽板6之间的圆管状空间中，再将上流道板3和下流道板7分别组装在上凹槽板4和下凹槽板6两侧，最后安装盖板2，两个水管接头1则对接盖板2上的翻边孔。所有零件组装完成后，过炉钎焊。
62.使用方法示例：
63.先将外部水管接至两个水管接头1，从进水口通入冷水，充满上侧流道空间和下侧流道空间之后，从出水口流出。接通电加热管5的供电进行加热，在上侧流道空间和下侧流道空间中的波纹凸起结构作用下，水流在流道空间中产生紊流以强化换热效果，实现快速换热。
64.本发明的流体加热装置能够达到极快的传热(散热)速度，其结构紧凑的薄壁换热设计使得加热器能够实现小体积高功率长寿命。因此，该装置也可以在其它应用环境的流体加热、蒸汽加热设备或产品上使用。