ZH-2型露點(diǎn)冷卻板式換熱器制造工藝優(yōu)化

白慧賓，丁相午，閆興鈺

（中綠環(huán)?？萍脊煞萦邢薰?，山西 太原030006）

為了改進(jìn)露點(diǎn)冷卻板式換熱器制造工藝，提高批量生產(chǎn)制造的效率，通過對(duì)2 kW換熱器的工藝改進(jìn)，探索小批量制造換熱器改善工藝，實(shí)現(xiàn)冷卻器系統(tǒng)由科研實(shí)驗(yàn)階段向工程制造階段的過渡。

換熱器是冷卻器系統(tǒng)的核心，其對(duì)換熱介質(zhì)水和進(jìn)出過程空氣的密封要求較高。如果在制造過程中對(duì)水和氣的管理控制不嚴(yán)，就會(huì)發(fā)生水氣混合，并造成換熱效率下降，最終影響系統(tǒng)的機(jī)械性能系數(shù)。由于較高的機(jī)械性能系數(shù)是該冷卻器的最突出特點(diǎn)，因此換熱器的工藝提高顯得特別重要[1]。

1 換熱器工藝改進(jìn)方案研究

1.1 裁切下料工藝改進(jìn)

在ZH-1型機(jī)時(shí)代，形成了波紋板擠壓成型工藝和模具。ZH-2型露點(diǎn)冷卻板式換熱器是首次制造，考慮到改善ZH-1型機(jī)密封工藝的必要，為了改進(jìn)ZH-1型機(jī)對(duì)換熱器板外形技術(shù)要求高、制作工藝勞動(dòng)強(qiáng)度大的不足，克服擠壓成型帶來板材變形的不良影響，ZH-2型機(jī)的換熱板突破了對(duì)外形的精確要求，僅要求改進(jìn)設(shè)計(jì)外形基本滿足大小即可。因此，下料工藝從原來的“裁切—沖通氣孔—壓型—裁邊—沖安裝孔”，改為“裁切—沖通氣孔—壓型—沖安裝孔”，省略了裁邊工序，優(yōu)化為通過裁切階段預(yù)留壓型變形量，對(duì)板材材料拼組換熱器后造成的不齊整部分通過在涂膠找齊的同時(shí)實(shí)現(xiàn)高度密封的辦法來處理。

實(shí)驗(yàn)案例證明，在裁切下料時(shí)，單側(cè)分別預(yù)留5 mm的變形量，就可以保證安裝孔的完整沖制，且不會(huì)發(fā)生需要大量涂膠才能密封好系統(tǒng)的情況；同時(shí)，雖然從外形上看，壓型區(qū)域由于發(fā)生收縮會(huì)造成換熱板外形尺寸不規(guī)矩，但是不會(huì)影響拼組換熱器的整體外觀和性能。沖制安裝孔時(shí)，一定要利用工藝卡具并壓緊已經(jīng)有波紋存在的板材至可靠定位，保障安裝孔距的一致性和準(zhǔn)確性，即便有個(gè)別板材件的安裝孔可能會(huì)不完整，也能夠保證組裝好的換熱器分層理想。相反，如果沖制安裝孔時(shí)，安裝孔距沒有得到保證，會(huì)給換熱器的組裝帶來很大麻煩，甚至直接損失部分換熱板，導(dǎo)致其不可用，換熱器的分層也會(huì)打折扣。

1.2 板材拉毛工藝改進(jìn)

在ZH-1型機(jī)時(shí)代的樣機(jī)制造階段，特種薄鋁板的拉毛是利用80目砂布配合打磨機(jī)來完成的。一方面，砂布的更換頻率較高；另一方面，打磨時(shí)形成的環(huán)境影響較大，對(duì)操作者的健康可能會(huì)產(chǎn)生不利影響。ZH-2型機(jī)制造通過操作工人的具體實(shí)踐，發(fā)揮逆向思維，將砂布大面積固定在旋轉(zhuǎn)的軸上，通過移動(dòng)板材在轉(zhuǎn)動(dòng)砂布上的位置，來實(shí)現(xiàn)對(duì)板材的拉毛。因?yàn)榇蚰サ哪康氖钱a(chǎn)生材料的微觀不平，提高其與吸水纖維材料的粘接牢固度，充分把處于露點(diǎn)蒸發(fā)狀態(tài)的水中熱容量交換到鋁板材料沒有拉毛的一側(cè)。

由于使用的吸水纖維材料較軟，裁制和粘接相當(dāng)于板料大小的纖維材料時(shí)設(shè)計(jì)了框架工具。框架放置于平鋪的纖維材料上面，沿著框架的內(nèi)邊劃線或者割制纖維材料，取得符合大小的纖維材料備用。板材具備粘接條件時(shí)再把框架置于板材上面，確定好位置后將裁剪好大小的纖維通過框架內(nèi)4個(gè)邊基本定位后壓實(shí)粘牢，干燥后就可以用模具壓型沖孔了。

1.3 濕通道上部開放口的封閉改進(jìn)

在ZH-1型機(jī)時(shí)代，采用了在濕通道頂部開放口填補(bǔ)剛性材料進(jìn)行封堵的辦法，但是板材與填補(bǔ)的剛性材料粘接處容易發(fā)生開裂脫離失效問題。ZH-2型機(jī)主要采取了用夾條夾緊相鄰兩件板材頂部的工藝技術(shù)，同時(shí)試驗(yàn)了朝濕通道一側(cè)彎折板材的工藝技術(shù)。盡管夾條工藝技術(shù)有增加材料費(fèi)用和部分遮擋換熱器出風(fēng)口的缺點(diǎn)，但是考慮到產(chǎn)品本身出風(fēng)量不大，遮擋對(duì)高性能的能效比影響也不大，因此夾條工藝技術(shù)便于實(shí)施。而彎折工藝技術(shù)利用了板材原有材料且彎折后具有材料硬化特點(diǎn)，提升了通道通暢性和剛性，只是目前尚未開發(fā)出合適的彎折設(shè)備，從而影響了封閉效率和一致性。

設(shè)計(jì)的工藝技術(shù)還包括在濕通道內(nèi)相對(duì)固定一定厚度的工藝板頂住布水管，在相鄰的兩個(gè)干通道內(nèi)從頂部插入支撐板，支撐板的末端設(shè)計(jì)彎折板材的斜口，實(shí)現(xiàn)在其完全插入時(shí)擠壓頂部板材包覆到布水管上。完成一側(cè)板材包覆后，移除該支撐板并反向插入支撐，在相鄰的另一個(gè)干通道內(nèi)插入有斜口的支撐板，實(shí)現(xiàn)濕通道另一側(cè)板頂部的包覆。由于板材較薄容易變形彎折包覆到布水管上，必要時(shí)可以使用工具敲擊包覆。在實(shí)踐探索中，還考慮預(yù)制換熱板的同時(shí)在換熱板的濕通道一側(cè)邊緣附件沖制針孔，封閉時(shí)板材之間夾以柔性密封條，然后用紡織的辦法封閉濕通道開放口。

2 送風(fēng)口和排風(fēng)口的優(yōu)化

在ZH-1型機(jī)時(shí)代，送風(fēng)口和排風(fēng)口通道采用板材料拼組的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)出風(fēng)的管理，比較繁瑣且不利于工程化實(shí)施。在送風(fēng)機(jī)一側(cè)，ZH-2型機(jī)考慮根據(jù)選用送風(fēng)機(jī)和設(shè)計(jì)換熱器的外形大小預(yù)制一件風(fēng)管來實(shí)現(xiàn)。風(fēng)管的外部預(yù)制保溫材料，風(fēng)管的內(nèi)徑略大于換熱器出風(fēng)口結(jié)構(gòu)，這樣既完全包絡(luò)換熱器交換得到的冷卻風(fēng)，又不會(huì)因?yàn)槎嘤嗫臻g的存在消耗冷卻風(fēng)的熱焓而降低冷卻效率。采用這種工藝技術(shù)后需要調(diào)整整機(jī)組裝流程，例如把送風(fēng)機(jī)的組裝放在最后環(huán)節(jié)，在送風(fēng)機(jī)支撐板與風(fēng)管連接處預(yù)留可調(diào)節(jié)位置的連接孔構(gòu)件。為提升整機(jī)效率和制造工程化水平，調(diào)整整機(jī)組裝流程也是必要的。

排風(fēng)口部分雖然已經(jīng)設(shè)計(jì)了風(fēng)管結(jié)構(gòu)直接把排風(fēng)引到了機(jī)組外部，但是由于風(fēng)管與濕通道內(nèi)的過量下落水有空間交叉，風(fēng)管的進(jìn)風(fēng)口（朝下）也靠近儲(chǔ)水區(qū)域，因此水氣和外部空氣進(jìn)入風(fēng)口的可能因素就必須重點(diǎn)考慮。周邊空氣進(jìn)入系統(tǒng)的問題解決方案是通過把儲(chǔ)水盒設(shè)計(jì)成直接與換熱器連接的結(jié)構(gòu)，并對(duì)形狀比較復(fù)雜的難以連接部位局部采用板塊封堵。對(duì)落水的控制主要采取導(dǎo)流設(shè)計(jì)，包括在風(fēng)筒頂部四周設(shè)置矮的凸起來減少水順著側(cè)壁向下運(yùn)動(dòng)的機(jī)會(huì)，同時(shí)在風(fēng)筒頂部遠(yuǎn)離進(jìn)風(fēng)口（朝下）中心部位的凸起設(shè)置缺口來引導(dǎo)水流下行[2]。對(duì)于可能落在側(cè)壁的水滴，采用在風(fēng)筒下部四周設(shè)置導(dǎo)流板的結(jié)構(gòu)引導(dǎo)水流向下運(yùn)動(dòng)，避免水流在風(fēng)筒底部向進(jìn)風(fēng)口（朝下）中心流動(dòng)。

3 送風(fēng)量和排風(fēng)量控制系統(tǒng)優(yōu)化

為了確定本系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)并完成優(yōu)化設(shè)置，設(shè)計(jì)了一套可以分別連續(xù)控制送風(fēng)機(jī)和排風(fēng)機(jī)風(fēng)量、設(shè)置控制布水器給水量的控制系統(tǒng)。通過試驗(yàn)確定了在送風(fēng)量和排風(fēng)量之比為0.42時(shí)，有最高的能效效果[3]。據(jù)此可知，在設(shè)備產(chǎn)品化階段會(huì)考慮送風(fēng)量和排風(fēng)量之比設(shè)定為0.42上下可調(diào)整的控制器模型，并結(jié)合環(huán)境空氣的溫度、濕度和送風(fēng)量，設(shè)計(jì)布水器給水量和控制模型。

4 結(jié)束語

通過實(shí)施上述換熱器的工藝改進(jìn)，比較成功地實(shí)現(xiàn)了2套2 kW ZH-2型機(jī)樣機(jī)的制造，效率和工藝化水平比ZH-1型機(jī)有明顯提高。根據(jù)2020年1月在奧藍(lán)（福建）實(shí)業(yè)有限公司對(duì)ZH-2型機(jī)的測(cè)試數(shù)據(jù)，在送風(fēng)量為247.9 m3/h條件下，設(shè)備的實(shí)測(cè)制冷功率達(dá)到1.826 kW，蒸發(fā)效率達(dá)到125.35%，能效比達(dá)到40.860。說明前述工藝改進(jìn)成功，保障了設(shè)備的設(shè)計(jì)性能。在實(shí)測(cè)階段也發(fā)現(xiàn)了排風(fēng)口攜帶水分排出的情況，為此考慮了送風(fēng)口和排風(fēng)口的改進(jìn)工藝，期待在后續(xù)的制造優(yōu)化時(shí)落實(shí)驗(yàn)證，并在兩方面重點(diǎn)考慮優(yōu)化：一是換熱器制造的機(jī)械化和智能化工藝開發(fā)（含封邊專用工藝裝備的制造及使用）；二是替換復(fù)合板材供應(yīng)（含板片拼組的新工藝）。