CN101509731A - 一种异形微通道与外波纹翅片一体成型的换热器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种异形微通道与外波纹翅片一体成型的换热器，包括散热片组、上盖板、下盖板、侧板、进气口和出气口；散热片组由多个散热片并排连接而成，散热片为板材两侧设有波纹翅片，中部为多个异形微通道结构，波纹翅片与板材一体成型；上盖板和下盖板分别设有放置散热片的槽，上盖板和下盖板的相邻两槽间隔相连通，使冷媒依次流经多个散热片；异形微通道为边长0.8－1mm的方形通道。本发明利用微孔通道技术、整体外翅片技术和无需焊接制冷剂高压密封技术，适用于二氧化碳制冷系统，有效地解决了其系统高压运行的问题。本发明换热器结构紧凑，换热效率高，体积小，质量轻，换热器采用全铝复合材料，大大降低了成本。

Description

一种异形微通道与外波纹翅片一体成型的换热器

技术领域

本发明涉及换热器，特别是涉及一种节能环保、低成本的异形微通道与外波纹翅片一体成型的换热器。

技术背景

随着能源的日益紧缺，节能工作越来越显得重要地位。如何提高家用空调器能效比成为各空调器生产企业所面临的头等大事。在当今竞争激烈的市场中能否生产出低成本、高能效比的空调器关系到企业的生死存亡。换热器是空调的重要组成部件，各企业科研机构都致力于改进换热器或者提出新型换热器，已到达提高能效，降低成本的目的。

研究表明，由于制冷剂侧传热系数比普通制冷剂高，制冷剂侧所需的传热管径和传热面积很小，而空气侧所需要的传热面积则相对较大。可以设想，未来空调换热器应该趋向一种具有小通道、管外具有很多翅片的高效紧凑式换热器。一种目前普遍研究的空调换热器的制作方法是，采用小管径的肋片管式换热器(用液压或机械胀管技术使管径扩张，达到管壁和肋片的良好接触)，制冷剂在管内流动，空气在管外掠过。但由于这种换热器受胀管技术的限制，管内径不能太小，管外壁与肋片之间存在空气间隙，降低了换热效率；而且所需的小直径管路长、弯头多、阻力大，加工成本较高，并不是一种理想的空调换热器。微通道换热器是一种理想的空调换热器，但由于微通道换热器的材料、工艺、加工设备等要求很高，国内外尚处于研究开发的初级阶段。针对二氧化碳制冷系统，由于制冷剂工作在超临界状态，其换热器的设计必须克服由于制冷剂系统的运行压力非常高，如果按常规设计方法，通常需要采用较厚的壁厚，这样会降低换热性能，并不可取。

普通翅片管的翅片一般是在制冷管外绕上铜片或铝片再经焊接或胀管工艺而成。这种方式形成的翅片管由于存在焊点和空气间隙，传热性能及稳定性、使用年限等方面都有问题，而且胀管及焊接工艺方面技术难度较大、长期进行冷热工作条件下，焊口易产生应力而开裂，胀管片与管支管之间易留下间隙，从而影响换热效果，制造中产生的废品较多，不利于降低成本。

在二氧化碳制冷循环系统中，二氧化碳工作在超临界状态(临界压力为7.13MPa)，工作压力大大高于传统冷媒，其冷却压力最高可以达到11MPa左右。由于高压气体很容易泄漏(即使轻微泄漏，长期运行后也会造成整机性能下降)，因此，二氧化碳换热器的设计必须考虑严格的高压密封要求，不能接受焊接工艺制造。传统空调换热器的设计普遍采用焊接工艺，容易在焊接部位出现焊料厚度不均匀现象及难以避免有沙孔现象，形成应力集中点和腐蚀突破点，降低了系统的稳定性和可靠性。由于制冷剂系统的压力较高，对稳定性和可靠性的要求也比传统冷媒高，焊接工艺基本上是不能接受的。因此，必须设计一种无需焊接的高压密封技术，将微通道管、集气器、出口管、入口管等制冷剂空调换热器的零部件无焊接密封连接，以提高系统的耐高压性和安全性，避免因管道破裂而导致冷媒泄漏，延长空调使用寿命。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种具有耐高压、传热效率高、体积小、重量轻的异形微通道与外波纹翅片一体成型的换热器。

本发明的目的通过如下技术方案实现：

一种异形微通道与外波纹翅片一体成型的换热器，包括散热片组、上盖板、下盖板、侧板、进气口和出气口；散热片组由多个散热片并排连接而成，位于上盖板、下盖板和侧板组成的两侧面开口的框型结构中，散热片组分别与进气口和出气口连接；所述散热片为板材两侧设有波纹翅片，中部为多个异形微通道结构，波纹翅片与板材一体成型；所述上盖板和下盖板分别设有放置散热片的槽，上盖板和下盖板的相邻两槽间隔相连通，使冷媒依次流经多个散热片；所述异形微通道为边长0.8-1mm的方形通道。

为进一步实现本发明的目的，所述上盖板、下盖板分别与散热片组之间都设有硅胶密封垫，硅胶密封垫设在上下盖板的槽道里，与散热片两端对齐。

所述上盖板分别设有进气口和出气口；进气口和出气口上分别设有进气嘴和出气嘴；进气口与进气嘴之间设有橡胶密封垫片；出气口与出气嘴之间设有橡胶密封垫片，橡胶密封垫片设在出气口的槽道内。

所述侧板与上下盖板间用螺钉连接。

所述波纹翅片呈45°～75°倾斜角。

所述散热片由铝材加工而成。

所述上盖板和下盖板的相邻两槽间隔相连通是通过设置在上盖板和下盖板的转向微通道连通的，转向通道在上下盖板内机械勾挖出的贯通的方形通道。

相对于先有后技术，本发明具有如下优点和有益效果：

(1)针对二氧化碳跨临界制冷循环，运行压力非常高。如果用普通的换热管，需要采用较厚的壁厚。本发明微通道采用底面边长为0.8-1mm的方形通道，方形通道直接在扁平铝型材件上得到，扁平材件上方形通道有助于承受较高的压力，将薄壁和微孔的双重优点结合在一起。同时，二氧化碳是在超临界状态下运行，可以避免因流道过小而发生的管道堵塞。由于采用异形微通道技术，在很低的雷诺数下，二氧化碳冷媒就可以获得很高的流速，这样有利于增强对流换热，提高换热效率。而且可以使换热器变得更加紧凑，在相同换热量的情况下，与普通的换热器相比，可以大幅度降低换热器的体积和重量。因此，异形微通道换热器具有耐高压、传热效率高、体积小、重量轻的优点。本发明采用异形微通道设计了一种节能环保的二氧化碳汽车空调换热器，经测试，可以承受高达20MPa的压力，足以满足制冷剂循环系统的最高压力13MPa。

(2)普通的换热器都采用将翅片涨结套在换热管上，带来了接触热阻。本发明直接在微通道外的管壁上挤压出波纹翅片，消除了接触热阻。采用波纹翅片和微通道一体成型技术不但无接触热阻，而且挤压出的波纹翅片能够增强空气的湍动，提高换热效率；普通换热器的胀管技术容易受外界因素的印象，使用寿命有限，而一体成型的散热片，不需要其他的维护，使用寿命长。翅片的挤压，可以更具需要，调整厚度，宽度，长度甚至形状等。翅片的倾斜设计可以方便排水，能解决积水带来的结霜问题。

(3)为了保证密封技术，本发明的散热片上下盖板采用了硅胶密封垫密封，密封预紧力来自上下盖板和散热片组连接在一起的紧固螺丝。进出口气嘴采用橡胶密封圈与螺钉配合密封，连接在上盖板上。这种方法无需弯道弯曲，无需焊接工艺，保证管路的耐高压和密封要求和安全，不会出现因为管道破裂而冷媒泄露，大大延长了空调的使用寿命。

(4)本发明铝材料制备散热片，铝材市场价格只有铜材的1/3左右，大大降低了换热器的材料成本。

附图说明

图1是本发明异形微通道与外波纹翅片一体成型的换热器分体结构示意图。

图2是图1中散热片结构示意图。

图3是图1中散热片的剖视图。

图4是图1中上盖板结构示意图

图5是上盖板剖面示意图。

图6是图1中下盖板结构示意图。

图7是下盖板剖面示意图。

图中示出：1—散热片；2—散热片组；3—上盖板；4—下盖板；5—侧板；6—橡胶密封垫片；7—硅胶密封垫；8—进气嘴；9—进气口；10—出气口；11—出气嘴；12—板材；13—波纹翅片；14—异形微通道；15—螺钉孔；16—转向通道

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述，需要说明的是，本发明要求保护的范围并不局限于实施方式表述的范围。

如图1～7所示，一种异形微通道与外波纹翅片一体成型的换热器包括散热片组2、上盖板3、下盖板4、侧板5、进气口9和出气口10；散热片组2由多个散热片1并排连接而成，位于上盖板3、下盖板4和侧板5组成的两侧面开口的框型结构中，开口的一侧对着热侧，另一侧要设有吹风装置，上盖板3和下盖板4通过螺钉连接在散热片上下两端，上盖板3、下盖板4与散热片组2之间都设有硅胶密封垫，硅胶密封垫设在上下盖板的槽道里，与散热片两端对齐。侧板通过螺钉固定在两侧。侧板5与上盖板3、下盖板4间用螺钉通过螺钉孔15连接。上盖板3设有连接在首末散热片1微孔的进气口9和出气口10。进气口9和出气口10上分别设有进气嘴8和出气嘴11；进气口9与进气嘴8之间设有橡胶密封垫片6；出气口10与出气嘴11之间设有橡胶密封垫片6，橡胶密封垫片设在出气口的槽道内。散热片组2分别与进气口9和出气口10连接；散热片1为板材两侧设有波纹翅片13，中部有多个异形微通道14结构，波纹翅片13与板材12一体成型；由于波纹翅片13与板材12一体，不存在接触热阻和电腐蚀现象，因而能保持稳定的传热性能、延长翅片管的使用年限。上盖板3和下盖板4分别设有放置散热片的槽，上盖板3和下盖板4的相邻两槽间隔相连通，使冷媒依次流经多个散热片。

散热片是换热器最主要最基本的组成元件。散热片优选采用异形微通道外波纹翅片一体成型的铝型材件，异形微通道通过机械插压形成，形成贯通的通道，异形微通道为边长0.8-1mm的方形通道。波纹翅片13是在铝型材件外侧铲削而成，高度为1-3mm，片距为0.2-1mm，片厚为0.1-0.2mm，波纹翅片大大增大空气侧的传热面积，中间挤削出缝隙用作换热积水出水。上盖板3和下盖板4设置有对应的连接相邻散热片微孔的转向通道17，转向通道是上盖板3和下盖板4内通过机械插压贯通形成的通道。

波纹翅片13呈45°～75°倾斜角(与材件表面平行为起始角)，倾斜角起到一定的排水作用。

铜由于具有良好的导热性、成型加工性和耐腐蚀性，被长期作为制作空调散热器的材料，约占空调总成本的40％以上，铜价对空调行业的影响举足轻重。鉴于铜的价格比较高，本发明采用价格低(当前铝价：1.9万元/吨)、密度小、传热性能仅次于铜的高效全铝换热器代替铜翅片管换热器，可以大大降低空调换热器的成本。

使用时，在制冷剂流程，冷媒首先进入进气嘴8，通过上盖板3的进气口9到达第一块散热片1的异形微通道14内，进行散热，流到下盖板4的转向通道17，从下盖板4转向流进第二块散热片，然后通过设置在上盖板3的转向通道17流入第3块散热片，如此单向流动依次通过散热片组中的每一块散热片，进行散热，最后到达上盖板3的出气口10微孔通道，从通道到达出气嘴11流出，在换热器中完成散热过程.

在空气侧，空气通过风机，穿过波纹翅片13之间的缝隙，与波纹翅片之间形成对流换热，带走热量，换热积水通过翅片排排之间的缝隙排除。

针对制冷剂跨临界制冷循环，运行压力非常高。如果用普通的换热管，需要采用较厚的壁厚。本发明微通道14是底面边长为0.8-2mm的方形通道，方形通道直接在扁平铝型材件上得到，扁平材件上方形通道有助于承受较高的压力，这样直接在扁平铝型材件上通微孔可以减小壁厚，将薄壁和微孔的双重优点结合在一起。同时，制冷剂是在超临界状态下运行，可以避免因流道过小而发生的管道堵塞。由于采用异形微通道技术，一方面，在很低的雷诺数下，冷媒就可以获得很高的流速，这样有利于增强对流换热，提高换热效率。另一方面，可以使换热器变得更加紧凑，在相同换热量的情况下，与普通的换热器相比，可以大幅度降低换热器的体积和重量。因此，异形微通道换热器具有耐高压、传热效率高、体积小、重量轻的优点。如采用异形微通道设计了一种节能环保的制冷剂汽车空调换热器，以二氧化碳作制冷剂，方形通道边长为0.8mm，经测试，可以承受高达20MPa的压力，足以满足制冷剂循环系统的最高压力13MPa.另外，本发明的通道数量，流道长度，散热片数量均可以按照换热量的要求灵活设计。

管道内径对换热性能的影响比较复杂：管径减小，制冷剂流速加快，增强了对流换热。另一方面，如果管径过大，为了承受高压，需要增加管道壁厚，这就引起换热器体积和重量的增大，压缩机功率随之增大、浪费了能源。采用微孔通道技术，可以实现了小壁厚与小管径双重优点的结合，以紧凑的结构达到环保、节能、降低成本的目的。

Claims (7)

1、一种异形微通道与外波纹翅片一体成型的换热器，包括散热片组、上盖板、下盖板、侧板、进气口和出气口；散热片组由多个散热片并排连接而成，位于上盖板、下盖板和侧板组成的两侧面开口的框型结构中，散热片组分别与进气口和出气口连接；其特征在于：所述散热片为板材两侧设有波纹翅片，中部为多个异形微通道结构，波纹翅片与板材一体成型；所述上盖板和下盖板分别设有放置散热片的槽，上盖板和下盖板的相邻两槽间隔相连通，使冷媒依次流经多个散热片；所述异形微通道为边长0.8-1mm的方形通道。

2、根据权利要求1所述的异形微通道与外波纹翅片一体成型的换热器，其特征在于：所述上盖板、下盖板分别与散热片组之间都设有硅胶密封垫，硅胶密封垫设在上下盖板的槽道里，与散热片两端对齐。

3、根据权利要求1所述的异形微通道与外波纹翅片一体成型的换热器，其特征在于：所述上盖板分别设有进气口和出气口；进气口和出气口上分别设有进气嘴和出气嘴；进气口与进气嘴之间设有橡胶密封垫片；出气口与出气嘴之间设有橡胶密封垫片，橡胶密封垫片设在出气口的槽道内。

4、根据权利要求1所述的异形微通道与外波纹翅片一体成型的换热器，其特征在于：所述侧板与上下盖板间用螺钉连接。

5、根据权利要求1所述的异形微通道与外波纹翅片一体成型的换热器，其特征在于：所述波纹翅片呈45°～75°倾斜角。

6、根据权利要求1～5任一项所述的异形微通道与外波纹翅片一体成型的换热器，其特征在于：所述散热片由铝材加工而成。

7、根据权利要求1～5任一项所述的异形微通道与外波纹翅片一体成型的换热器，其特征在于：所述上盖板和下盖板的相邻两槽间隔相连通是通过设置在上盖板和下盖板的转向微通道连通的，转向通道在上下盖板内机械勾挖出的贯通的方形通道。

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