热交换器制造成本动因

决定热交换器制造成本的关键因素

制造成本会受到需求变化的显著影响，但这通常不在热工工程师或设计工程师们的控制范围内。不过，了解芯体和框架材料、接口公差、涂层及其他要求如何影响热交换器成本，有助于降低成本。在设计初期就让热交换器制造商参与进来，可以识别各项成本动因，并选择最具成本效益的设计。

芯体和框架材料

芯体和框架材料的规格可能会导致热交换器成本显著增加。芯体可由管道、翅片和/或钣金件组成，可使用多种金属材料制造。热交换器中最常用的金属是铜、铝和不锈钢。近几年，这些金属的成本大幅上升，在热交换器总成本中的占比进一步提高。由于不锈钢比铜、铝更昂贵，除非您的应用必须使用不锈钢，否则选择铜或铝更为合理。热交换器也可采用镍、铜镍合金、哈氏合金®、因科镍合金®、钛或其他金属制造。但这类金属成本高昂，使用频率较低。

芯体材料与冷却液的相容性

通常会指定芯体材料，以确保流道金属与应用所选冷却液相容。例如，使用去离子水时可能会指定不锈钢；而使用海水时可能会指定铜镍合金。也可根据重量选择热交换器芯体材料。铝和钛因密度较低，在军事和航空航天应用中更受青睐。

热交换器类型

芯体成本也会随所选热交换器类型而变化。成本差异来源于不同热交换器的材料用量，以及零件加工所需的加工工时。制造成本最低的类型是铜管翅式热交换器。不锈钢管翅式热交换器比铜制的成本更高，原因是不锈钢的单位重量价格更高，冲压加工耗时更长，并且必须进行焊接。与管翅式热交换器类似，真空钎焊扁管油冷却器热交换器也相对容易生产。与之相反，生产成本最高的类型是真空钎焊板翅式热交换器。

芯体与框架的连接方式

其他可能增加成本的规格要求是将热交换器框架连接到芯体所使用的材料和工艺。抽芯铆钉的成本最低，其次是螺钉，然后才是焊接。螺钉连接强度略高于抽芯铆钉。扁管式热交换器框架通常用铆钉或焊接进行固定。采用焊接可以获得更加牢固可靠的零件，抗冲击与抗振动能力更优异。在空间和重量受限的情况下，例如重量敏感应用场景（如机载应用）使用的板翅式热交换器，也更适合采用焊接工艺。采用焊接就无需使用会增加重量的铆钉。此外，铆钉方案需要比焊接方案更大的热交换器框架，因为铆钉需要较宽的金属截面来实现穿钉并有效固定热交换器的框架和芯体。焊接工序会消耗更多加工工时，因此成本高于另外两种连接方式。

热交换器安装接口公差

仅次于芯体与框架材料，安装和管路接口公差是第二大成本动因。安装结构性价比最高的做法是直接在各个钣金部件上设计安装特征。这种方式可实现 ± 0.03″ 至 ± 0.06″（±0.076 cm 至 ±0.152 cm）的公差范围。如果需要更严格的公差，产品须在生产末期进行机加工，这样会增加机加工工时。在机加工过程中，热交换器也可能受到金属切屑或冷却液污染，需采取额外防护。因此，这道额外的机加工工序会显著增加成本。

铜管翅式热交换器的常规管路接口公差为 ± 1/8″- ± 3/16″（±0.318 cm 至 ±0.476 cm），不锈钢和铝制产品的常规管路接口公差为 ± 1/8″ (± 0.318 cm)。如果管路需要更严格的公差，则需要成本更高的工装，同时还需增加人工和检验工时。标准现货管路接头成本最低，但其公差较宽松。适配 3/8″ (0.953 cm) 内径软管，并以卡箍锁紧的凸缘管接头，对公差要求不高，选用这类接头有助于控制成本。成本最高的接头方案是机加工定制接头。

热交换器和冷板涂层

用于保护热管理解决方案的表面处理

定制热交换器和冷板经常会进行涂层处理，用于防腐或外观装饰。化学转化涂层、阳极氧化、电泳涂装和喷涂这四种涂层方案，有助于降低腐蚀风险和/或美化部件外观。

转化涂层

应用最广的一种方案是化学转化涂层，也叫铬酸盐转化涂层，俗称 “化学膜” 或阿洛丁。转化涂层有助于减少表面氧化，军用和商用热交换器与冷板经常指定采用该工艺。这种工艺有时也用作喷涂前的表面处理。

喷漆

热交换器和冷板也可采用喷漆，实现防腐或者外观美化。例如，部分铜热交换器会出于美观考虑进行喷漆，因为裸铜会随时间发生变色。

以上只是热交换器和冷板的四种常用涂层，原始设备制造商 (OEM) 还可以选择很多其他涂层方案。

热交换器涂层

热交换器防腐或外观涂层是另一项重要成本动因。铝热交换器最常采用防腐涂层，因为铝相比其他金属更容易发生腐蚀。有几种热交换器涂层可最大限度地减少腐蚀：化学转化涂层、阳极氧化、电泳涂装和喷漆。

铬酸盐转化涂层

应用最广泛的涂层方案包括铬酸盐转化涂层（亦称“化学膜”），可以抑制表面氧化。多数政府和商用热交换器工程规范要求对铝材进行化学转化涂层处理（依据军用标准 MIL-DTL-5541F，旧版为 MIL-C-5541E）。

阳极氧化

除化学膜之外，另一种可用于保护铝的方案是阳极氧化。阳极氧化通过改变金属表层的晶体结构，降低腐蚀与磨损。处理后零件表面硬度更高，防腐性能进一步提升。但阳极氧化应用没有化学转化涂层普遍，成本也更高。

电泳涂装

第三种防腐涂层方法称为 E-coat，即电泳涂漆。将金属件浸入带相反电荷涂料颗粒的电泳槽液，并施加直流电荷。涂料颗粒吸附在金属件表面并沉积，在整个表面形成均匀连续的漆膜。电泳涂装是成本最高的一种热交换器防腐方案。

喷漆

热交换器也可涂装油漆，实现防腐或者外观美化。例如，部分铜热交换器会出于美观考虑进行喷漆，因为裸铜会随时间发生变色。采用环氧喷漆时，每台热交换器的成本可能在 10–200 美元之间。涂漆成本不仅取决于涂层本身，还和需要喷涂的表面积相关。

需将增强的耐腐蚀能力或改善的外观所带来的价值，与成本进行权衡，判断是否需要选用涂层或喷漆。预期的热交换器使用寿命是多久？ 热交换器是否外露？最终用户对热交换器外观的要求有多高？ 医院设备热交换器的外观要求通常高于工厂设备的热交换器。

热交换器设计与制造合作

在热交换器设计早期就与制造商合作，或在按图纸加工的设计中保持灵活性，有助于实现最大程度的成本节省。尽管热交换器制造中最大的成本动因是年需求量，但热工工程师和/或部件工程师仍然可以管控很多其他因素。请确保每一项规格要求都是合理的，因为每一项规格都可能推高成本。在明确芯材和框架材料、公差以及涂层规格时，需要判断这些要求对于当前应用是否必要。此外，务必要认识到，热交换器的设计方案和制造工艺都有多种替代方案，而这两方面都会影响成本。