热交换器加工制造专利技术分析

王峥

摘  要：热交换器在工业生产中的应用极为普遍，热交换器技术的进步直接关系到国民经济的发展和人民生活水平的提高，文章在专利检索、数据分析的基础上，对全球范围内热交换器加工制造领域相关专利申请状况进行总结梳理，同时对重点创新主体相关专利进行解读，从专利角度揭示热交换器加工制造相关技术的发展历程。

关键词：热交换器;专利;数据分析

中图分类号：T-18          文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2020）31-0020-02

Abstract： The application of heat exchanger in industrial production is very common， and the progress of heat exchanger technology is directly related to the development of national economy and the improvement of people's living standards. On the basis of patent retrieval and data analysis， this paper summarizes the status of relevant patent applications in the field of heat exchanger processing and manufacturing around the world， and interprets the relevant patents of key innovative subjects. The development process of heat exchanger processing and manufacturing technology is revealed from the perspective of patent.

Keywords： heat exchanger; patent; data analysis

引言

在工程中，将某种流体的热量以一定的传热方式传递给他种流体的设备，称为热交换器，在这种设备内，至少有两种温度不同的流体参与传热。一种流体温度较高，放出热量;另一种流体温度较低，吸收热量。热交换器的应用可以说无处不有，它不但是一种广泛应用的通用设备，同时也是许多工业产品的关键部件。随着生产规模的扩大和生产技术的现代化，热交换器技术的研究必须满足各种情况特殊而又条件苛刻的要求，因而各国在组织大规模工业生产的同时，都很重视热交换器的研究，并组织了较强的专业研究中心。随着科学技术和生产技术的发展，各种工业部门要求热交换器的类型和结构要与之相适应，流体的种类、流体的运动、设备的压力和温度等也都必须满足生产过程的要求。近代尖端科学技术的发展（如高温高压、高速、低温、超低温等），又促使了高强度、高效率的紧凑型热交换器层出不穷[1]。专利作为技术创新的重要载体，蕴含着技术的演进革新，从专利视角对热交换器加工制造进行分析，有利于技术人员掌握该领域的技术脉络和发展方向。

1 专利申请量分析

从图1中可以看出，近20年来，热交换器加工制造领域的专利申请量整体上呈现逐年增长的趋势，特别是在2012年出现了一次显著变化，申请量出现了近一倍的增加，并在随后的3年内一直维持200件左右的申请量，这与2010年以来工业智能化的发展以及全球气候的变化等因素不无关系。

2 全球地域排名分析

从图2中可以看出，热交换器加工制造领域的美国专利申请量遥遥领先，这说明美国在该领域的市场需求强烈，其也是该领域创新主体最为重视的地区。与此同时，中国、德国、日本等也是该领域申请较为活跃的地区。

3 主要申请人相关重点专利分析

哈米尔顿森德斯特兰德公司（HAMILTON SUNDSTRAND CORPORATION）于2014年5月28日申请了发明名称为板式换热器的发明专利（CN201410231845），板式换热器包括多个主板，主板具有脊和槽以引导第一和第二流体流穿过主板来在流体之间进行热交换，同时保持第一和第二流体流彼此分开。换热器也包括第一端板，第一端板包括第一和第二进口以提供第一和第二流到多个主板，第一和第二出口以从多个主板输出第一和第二流。第一端板包括基本平坦的内表面和至少一个第一狭槽，基本平坦的内表面被配置以接触多个主板中第一主板的脊，且至少一个狭槽在基本平坦的表面中形成以在进口与第一端板和第一主板形成的空腔之间提供第一流体流的流体连通。能够有效保证流体密闭性和加工精度。

摩丁制造公司（MODINE MFG CO）于2015年10月9日申请了发明名称为钎焊的热交换器及其制造方法的發明专利（CN201580054414），其中涉及一种制造钎焊的热交换器的方法，其包括：提供多个板;提供多个第一插入件;提供多个第二插入件;将具有第一组分的第一钎焊合金施加到第一插入件的表面，将具有不同于第一组分的第二组分的第二钎焊合金施加到第二插入件的表面;将多个板、多个第一插入件和多个第二插入件布置成堆叠，其中第一插入件和第二插入件交替排列并且通过板彼此分离;在钎焊炉中将堆叠加热到超过第一钎焊合金和第二钎焊合金的熔融温度的温度，以在板和第一插入件之间以及在板和第二插入件之间形成钎焊接头。由于分配给一种介质的管道的钎焊材料不同于分配给不同介质的其他管道的钎焊材料，使得热交换器从功能及成本方面得到改进。

马勒国际公司（MAHLE INTERNATIONAL GMBH）于2013年5月23日申请了发明名称为用于利用第二流体对第一流体进行控温的换热器的实用新型专利（CN201390000508），其中涉及一种用于制造一种用于利用第二流体对第一流体进行控温的换热器的方法，具有以下步骤：提供换热器，具有用于将第一流体与第二流体隔开的至少一个底板，底板具有密封区域，以及换热器具有用于将第一流体与第二流体隔开的隔板，至少一个隔板已经在前面的连接步骤中流体密封地与底板连接，至少一个隔板形成用于第一流体的流体通道;提供用于包围换热器的壳体，该壳体具有用于容纳密封区域的接口;将密封区域设置在接口中，换热器被设置在壳体中;将壳体压紧到底板上，以便使底板在密封区域中流体密封地与壳体连接。通过管束的分开制造使得已钎焊的管子组件的后续操作变得更加容易，易于对钎焊质量进行检查，能够使制造成本更低。

开利公司（CARRIER CORP）于2018年5月11日申请了发明名称为内部地增强的热交换器管的发明专利（WO2018US32337），其中涉及一种形成用于热交换器的热传递管的方法，包括：形成热传递管，热传递管具有从热传递管的内表面延伸的多个第一翅片，多个第一翅片限定了在相邻的第一翅片之间的多个第一槽;并且形成多个第二翅片，多个第二翅片从第一翅片延伸，限定了在相邻的第二翅片之间的多个第二槽，并且限定了在第二翅片下方的第一槽处的多个凹入腔。制得的热传递管使得热传递效果在管内部中被增强，以提高热传递管的热传递能力。

马勒贝洱两合公司（BEHR GMBH CO KG）于2015年1月13日申请了发明名称为热交换器的发明专利（CN201510015088），热交换器具有管道/翅片-模块和至少一个收集管，管道/翅片-模块带有管道，冷却剂能够通过管道流动，从管道流出的冷却剂流入收集管中，至少一个收集管具有收集管上方部件和收集管下方部件，其中在收集管上方部件和收集管下方部件上设置有朝外突出的隆起，隆起构成卷边几何形状以便容纳管道/翅片-模块的管道。具有该构型的热交换器能够简单且稳固地组装，可在具有足够的机械稳定性的组件中实现粘合物质的硬化。

4 结束语

热交换器加工精度、成本控制，以及提高热传导效果等方面属于领域内各创新主体持续关注的研究热点和创新方向。由于热交换器加工制造具有产业应用的广泛性，热交换器的应用与能源的开发和节约紧密相连，并且，热交换器和传热学研究之间也形成了互相促进的关系，针对当下全球能源及气候状况，热交换器相关技术的研究仍将具有重要意义。

参考文献：

[1]史美中，王中铮.热交换器原理与设计[M].南京：东南大学出版社，2018.

[2]赵兰萍，王仁杰，刘桂兰，等.平行流蒸发器制冷剂流量分配特性[J].同济大学学报（自然科学版），2019，47（02）：261-268+274.

[3]钱以明，李为.全热交换器全年运行工况及其节能效果研究[J].制冷学报，1992（04）：13-19.

[4]何曙安.固体制冷用的热交换器的设计与计算[J].激光与红外，1981（10）：30-33+7.