CN101900459A

CN101900459A - 一种微通道平行流换热器

Info

Publication number: CN101900459A
Application number: CN 201010210051
Authority: CN
Inventors: 吴植仁
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-06-28
Filing date: 2010-06-28
Publication date: 2010-12-01

Abstract

一种微通道平行流换热器，可用作冷凝器或蒸发器。其优点：①传热效率高；②空调器的EER和SEER高；③空调器的体积小、质量轻；④制冷剂的充注量少；⑤效率高。现有的挤压法，只能使用铝材生产，且长度和宽度有限；细管束焊接法，工艺复杂。成本高，制约了微通道平行流换热器的推广应用。本发明提供了一种微通道平行流换热器。其特征在于微通道换热元件是由两块具有微型沟槽或波纹状的型材叠合、在叠合面上以及各结构部件间的接缝处敷设或包裹钎焊料，经钎焊而成。其有益效果是，在保留微通道平行流换热器优点的前提下，换热器的长度L、宽度B不受限制，制造成本低。为微通道平行流换热器的推广应用提供技术支撑。

Description

一种微通道平行流换热器

所属技术领域

本发明涉及一种以氟里昂为工质的亚临界和以CO₂为工质的跨临界制冷、热泵装置中的微通道平行流换热器。它可以作为冷凝器也可作为蒸发器。

背景技术

微通道换热器通常是指通道水当量直径≤1mm的换热器。当通道水当量直径小到0.5-1mm时，对流给热系数可增大50％，在气侧设置翅片强化后，可显著提高空调换热器的总传热系数，增加其能效比。

近年来，这种换热器已成功的应用在汽车空调中，在中央空调和家用空调中刚刚起步，也有极其广阔的应用前景。

此外，更值得重视的，是CFCs制冷剂已被禁用，HCFCs制冷剂正在逐步被淘汰。因此，采用新的环保型制冷剂势在必行。近年来，CO₂制冷剂由于其独特的环保优势和优良的热力学性质，必将有亟广阔的应用前景。CO₂制冷剂用于制冷系统中，存在两个问题，一是若采用传统的蒸汽压缩循环，则系统的效率较低；二是系统的运行压力较高，高压侧会超过10MPa，使换热设备和管路存在安全问题。

第一个问题，首先由前国际制冷学会主席Lorentzen教授提出的跨临界CO₂制冷循环得到解决。CO₂制冷剂的低临界温度和高临界压力给它在制冷机组上应用带来的最大难题，是制冷系统的运行压力要高于传统的制冷空调系统，因此，研制能耐高压、高性价比的两器(冷凝器和蒸发器)，是一项紧迫任务。

众所周知，管子的直径越小，其承压能力越大。于是，微通通换热元件的构思应运而生。微通道换热器的确切定义，比较通行、直观的分类是由Mehendale.s.s提出的按其水当量直径的尺寸来划分。通常含有将水当量直径小于1mm换热器称为微通道换热器。微通道换热器在空调中的应用具有以下优点：①传热效率高；②提高空调器的EER和SEER：③缩小空调器的体积，减轻空调器的质量；④减少制冷剂的充注量；⑤微通道换热器

效率高，性能优于常规换热器。

中国专利200510012007.6，公开了“用于跨临界CO₂循环的微通道平行流换热器及制造方法”。其特征是：1)将多筒结构的集流管与换热扁管分别挤压成型，使所述的集流管一个侧面为平面结构；2)在集流管的平面侧开出若干平行的扁管槽；3)在每根换热扁管上包裹上钎焊料，分别插入集流管的扁管槽中，固定好换热扁管束后，整体真空钎焊。

挤压法生产的微通道换热元件-扁平管的缺点在于：首先，只能使用延展性好和硬度低的铝制造，铝制微通道换热器不能用在一些有腐蚀性场合，而耐蚀性好的不锈钢、钛、铜等，又不能采用挤压法生产微通道扁平管。其次，挤压法生产的扁平管长度L有限，而宽度B一般小于30mm，使得翅片宽也小干30mm，风的通风路径过短，使风的带热能力很低。

中国专利200710038598.3公开了“圆管平行流换热器”。其特征在于将一根或多根直径在0.2-5mm间的细圆管组成的圆管束，插入两具有方槽的直径在15-30mm间的集流管中，管束间有翅片，经固定后整体钎焊而成。该发明的优点是克服了现有扁平管只能用铝制造的局限。选材自由度较大，可用碳钢、不锈钢、铜和钛。

该专利的缺点是生产工效低、成本高，翅片和管束间的接触热阻较大，故翅片效率很低。

虽然微通道换热器技术性能优良，但没有得到大范围的应用，主要原因有：其一，微通道换热器的价格很高，超过了对应大小的铜管翅片换热器的成本；其二，微通道换热器仅能够在单冷机型上作为冷凝器使用，还不能用作热泵机型的室外机蒸发器，限制了其使用范围；其三，铝质换热器过去仅在冰箱和汽车空调上得到应用，在家用空调领域没有推广，人们对其承压性、耐腐蚀性等可靠性指标存在疑问。

发明内容

为了克服现有微通道平行流换热器的上述缺点，本发明提供了一种微通道平行流换热器。它是由微通道换热元件-口琴管，制冷剂集管，翅片，定距柱，封条，制冷剂进出口接管冷却循环水进出口接管，风扇和必要的结构件组成。其特征在于微通道换热元件-口琴管是由两块具有微型沟槽或波纹状的型材叠合、在叠合面上敷设钎焊料，经钎焊而成，当叠合的型材一侧有沟槽而另一侧为平面时，制成的微通道换热元件外形呈扁平状；当叠合的型是波纹状时，制成的微通道换热元件外形呈凹凸状，为区别现有技术将外形呈扁平状的微通道换热元件称为扁平管，本发明将外形呈扁平状和外形呈凹凸状的微通道换热元件统称为口琴管。

下面结合附图和实施例，对本发明作进一步的描述。

附图说明

图1是微微通道换热元件-口琴管的正视图，图2是其俯视图，图3是图1的A部放大图，图4是由三个微通道换热元件-口琴管组装而成的空冷冷凝器的正视图，图5是其俯视图，图6是空冷螺旋微通道换热器展开的基管正视图，图7是图6的俯视图，图8-a是图7的A-A剖面图，图8-b是图8-a的A部放大图，图9是水冷螺旋微通道换热器展开的基管正视图，图10是图9的俯视图，图11-a是图10的A-A剖面图，图11-b是图11-a的A部放大图，图12是空冷螺旋微通道换热器正视图，图13是图12的A-A视图，图14是水冷螺旋微通道换热器正视图，图15是图14的A-A视图。图中：1微通道，2微通道换热元件-口琴管，3制冷剂集管，4翅片，5钎焊料，6-1波纹型板-1，6-2波纹型板-2，7风扇，8定距柱，9封条，10冷却循环水进口，11冷却循环水出口，12弯头，13-1沟槽板-1，13-2沟槽板-2，L换热元件长，B换热元件宽，b换热元件厚。

具体实施方式

图1是微通道换热元件-口琴管的正视图，图2是其俯视图，图3是图1的A部放大图。微通道换热元件-口琴管是由宽度为B、长度为L、厚度b是由为两块厚度为1/2b的具有微型沟槽的型材叠合、钎焊而成。常用的微型沟槽截面为半个圆形(两块型材叠合、钎焊后即成为圆形的微通道)、半个三角形、半个方形、半个六角形等多种形状。微型沟槽型材的成形方法有机械加工和轧制两种工艺，机械加工可使用通用机床，但费工费时，成本高；轧制法适宜于批量生产，成本低，但需要专门轧机。由图1-2可见，本发明的微通道换热元件-口琴管的长度L和宽度B，克服了现有的挤压法的尺度限制，可以在很大范围内波动。图3给出了在两块具有微型沟槽的型材叠合后之间有钎焊料5的放大结构细节。

实施例1用作空调机组中的两器(冷凝器和蒸发器)和气源热泵的平板式结构

图4是由三个微通道换热元件-口琴管组装而成的空冷冷凝器的正视图，图5是其俯视图。在微通道换热元件-口琴管之间设置有翅片4。在集流管3上铣一尺寸稍大于微通道换热元件-口琴管2的长槽，在每根口琴管2待插入长槽的部位包裹上钎焊料，在待焊翅片4的平面上也敷设钎焊料，将上述口琴管2、集流管3、翅片4和弯头12，固定后钎焊在一起，成为一个微通道平行流换热器。

汽态制冷剂由左侧进入，经制冷剂集管3进入第一层的平行的多条微通道内，由左向右，在右端经弯头12进入第二层的平行的多条微通道内，由右向左，在左端经弯头12进入第三层的平行的多条微通道内，由左向右，在流动过程中被横掠翅片的空气冷凝逐步变成液态，最后由第三层的右端制冷剂出口外排。这时，这台换热器是一台制冷剂的冷凝器。

这台换热器也可用作制冷剂的蒸发器。这时，制冷剂的流动方向与上述用作冷凝器的方向正相反：液态制冷剂由第三层的右侧进入，依次流经第二层和第一层，在流动过程中制冷剂吸收横掠翅片的空气的热量，使空气降温，本身干度逐步增大，最后变成汽态由第一层的左侧制冷剂出口外排。

实施例2用作空调机组中的两器(冷凝器和蒸发器)和气源热泵换热器的螺旋式结构

图6是空冷螺旋微通道换热器展开的基管正视图，图7是图6的俯视图，图8-a是图7的A-A剖面图，图8-b是图8-a的A部放大图。将微通道换热元件-口琴管2的两端安装好制冷剂集管3和翅片4，同时在微通道换热元件-口琴管2和集管3以及翅片4间的接缝处，敷设钎焊料后，在专用的卷床上卷制成如图13所示的螺旋状，送往真空钎焊炉中，钎焊成一个整体-螺旋换热芯。

将螺旋换热芯配上风扇7，外壳和结构件就成为一台螺旋式微通道平行流换热器。这台换热器作为冷凝器时，汽态制冷剂由中心的集流管3进入，由内向外走螺旋道，被风扇7驱动的空气逐步冷凝、冷却，最后呈液态制冷剂经外侧的集流管3外排。这台换热器作为蒸发器时，液态制冷剂由外侧的集流管3进入，由外向内走螺旋道，制冷剂吸收将被风扇7驱动空气的热量而蒸发，空气则被冷却，送往空调受益区。制冷剂最后呈汽态经中心的集流管3外排。

实施例3用作空调机组中的水冷冷凝器和水源热泵换热器的螺旋式结构

图9是水冷螺旋微通道换热器展开的基管正视图，图10是图9的俯视图，图11-a是图10的A-A剖面图，图11-b是图11-a的A部放大图，由图11-a和11-b可见，水冷螺旋微通道换热器展开的基管是由两块波纹状型材6-1和6-2叠合，形成多条互相平行的微通道，其外侧不是平面而是波纹面，故不能叫扁平管，而另名为口琴管。微通道的截面有圆形和其它形状，其形状取决于波纹的形状。在叠合面上敷设钎焊料。图14是水冷螺旋微通道换热器正视图，图15是图14的A-A视图。将微通道换热元件-口琴管2的两端安装好制冷剂集管3，根据需要在基管上放置一定数量的定距柱8，以及封条9。在微通道换热元件-口琴管2和集管3以及封条9间的接缝处，敷设钎焊料，然后在专用的卷床上卷制成如图15所示的螺旋状，送往真空钎焊炉中，钎焊成一个整体-螺旋换热芯。将螺旋换热芯配上结构件就成为一台螺旋式水冷微通道平行流冷凝器。也可用作水源热泵换热器。

有益效果

本发明的有益效果是，在保留现有微通道平行流换热器在承压水平、传热效能和低流阻的所有技术优势的前提下，可大幅度地降低制造成本，同时又克服了挤压法只能使用铝材和长度L、宽度B的限制。为现有的以氟里昂为制冷剂，和进一步推广跨临界CO₂制冷系统提供高性价比两器(冷凝器和蒸发器)提供技术支撑。

Claims

1.一种微通道平行流换热器，涉及一种以氟里昂为工质的亚临界和以CO₂为工质的跨临界制冷、热泵装置中的微通道平行流换热器。它可以作为冷凝器也可作为蒸发器。它是由微通道换热元件-口琴管2，制冷剂集管3，翅片4，定距柱8，封条9，制冷剂进出口接管冷却循环水进出口接管，风扇7和必要的结构件组成。其特征在于微通道换热元件-口琴管是由两块具有微型沟槽11-1和11-2或波纹状6-1和6-2的型材叠合、在叠合面上以及各结构部件间的接缝处敷设或包裹钎焊料，经钎焊而成。

2.一种如权利要求1所述的微通道平行流换热器，其特征在于：微型沟槽型材的成形方法有机械加工和轧制两种工艺，机械加工可使用通用机床，但费工费时，成本高；轧制法适宜于批量生产，成本低，但需要专门轧机。

3.一种如权利要求1所述的微通道平行流换热器，其特征在于：其结构形式有平板式结构和螺旋式结构。

4.一种如权利要求1和3所述的微通道平行流螺旋式换热器，其特征在于：有空冷和水冷两种冷却方式。

5.一种如权利要求1、3和4所述的微通道平行流换热器，其特征在于：可用作单冷机组的两器(冷凝器和蒸发器)，亦可用作热泵机组的两器(冷凝器和蒸发器)。

6.一种如权利要求1所述的微通道平行流换热器，其特征在于：制作微型沟槽型材的材料有铝、碳钢、不锈钢、铜和钛。