CN102798252A - 一种管翅式平行流换热器 - Google Patents
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Abstract
一种管翅式平行流换热器，包括集流管、翅片和冷媒管，所述集流管、翅片或冷媒管至少在相互接触的部位为具有至少两层结构的复合材料，其中相互接触的表层材料的熔点温度低于基层材料的熔点温度。冷媒管为空心管，带有通孔折边的翅片套装在冷媒管上，冷媒管两端插入集流管的翻边孔内，冷媒管的内部空间与集流管的内部空间相通，三者组装后，整体加热至表层材料熔点温度和基层材料熔点温度之间，表层材料熔化起到钎焊料的作用，将换热器焊接成整体。本发明可实现管翅式平行流换热器的产业化生产，焊接质量一致，易于控制，可实现换热器的自动装配，保持换热器长期使用性能一致。
Description
技术领域
本发明涉及一种平行流换热器，尤其涉及一种管翅式平行流换热器。
背景技术
平行流热交换器易于优化分配冷媒流动因此具有较好的传热特性，具有较高的换热效率。现有平行流换热器多采用板翅式结构，其换热单元如图1所示，这些换热单元组成的换热器如图2所示，这种板翅式换热单元组成的换热器因为“板”(如微通道扁管的平侧面)的存在，导致空气侧的冷凝水无法顺利下行排除，影响换热效率，如果将换热器在空调中用于室外侧热交换器，在低温制热工况下，极易发生冰堵，甚至导致空调无法运行。因此现有空调室外侧换热器均采用管翅式换热器，以利于冷凝水或除霜水沿翅片或管间空隙下行，以保证空调器的正常运行。
现有空调器管翅式换热器多采用制冷剂串行流方式，难以实现换热器各点换热效率的均衡。在实际工作中，对具有较大面积的换热器，技术人员多采用分流方式形成两至三组流路甚至多级分流，经不断调试试验以实现较为理想的空调性能匹配，相对于平行流换热器，串行流换热器要实现理想的空调性能匹配的难度较大。基于平行流换热器换热效率高，易于优化分配冷媒流动和良好传热特性的优点，我国的主要家用空调器生产厂家近年来不约而同开展了平行流换热器的研究。格力电器于2006年申请了中国专利，海信科龙和广东美的分别于2008年和2009年开始了相关专利的申请工作，但他们的研究都采用板翅式平行流换热器，由于难以解决冰堵问题，多用于空调室内蒸发器。
管翅式换热器采用铜管外套装铝翅片，采用胀管工艺，使制冷剂铜管与翅片紧贴，再用U形弯头火焰钎焊的方法将各制冷剂铜管连接起来，这种弯头连接管路的方法只能形成串接的制冷剂管路，也导致目前空调器上管翅式换热器多为串行流方式。为避免钎焊过程中火焰对于翅片的损伤，钎焊点与翅片之间需要间隔一定的距离，并且在换热器上设置挡板避免火焰喷射到翅片上，这种火焰钎焊的工艺方法很容易造成翅片的损伤，难以实现管翅式平行流换热器的管路和集流管的连接。
铜管铝翅片式换热器的另一个缺陷是铜铝之间存在固有的电位差，铝片与铜管交织在一起后，因钢管和翅片之间存在接触面，不可避免地产生电化学反应(即电化学腐蚀)，很容易生成氧化合物即三氧化二铝，像一层铠甲牢牢地包裹在铜管表面，导致热交换效率大大降低。空调在使用半年后，其能效比要下降10％左右，在使用4～5年时，其能效比要下降40％左右，同样制冷量的耗电量接近新空调的两倍。
US5632329A公开了一种空气冷却式冷凝器，其说明书附图显示该冷凝器为拼装式大型结构的管翅式平行流换热器，由于该冷凝器用于大型化工设备分馏器的蒸气冷却，无需解决冷凝水下行和冰堵问题，并不适用于热泵空调器系统。CN101029808公开了一种圆管平行流换热器，该换热器只是用圆管代替扁管，仍采用折叠式翅片，冷凝水因翅片阻挡仍然难以下行排除。CN102032718A公开了一种平行流翅片式换热器，仅仅提供了一种总体技术方案，对于如何才能实现所述结构没有提出相应的解决办法。CN201706910U公开了一种车用全铝管片式换热器，在复合铝翅片与铝合金管之间加入低熔点铝合金，采用钎焊工艺将其融化，使铝合金翅片与铝合金管连接成一体。上述已公开文件只能解决管翅式平行流换热器的部分问题，离真正实现管翅式平行流换热器的产业化均存在一定距离。
随着低碳经济的发展和我国节能减排工作的大力推进，对家用电器节能水平的要求也越来越高，为具有较高换热效率的平行流换热器带来广阔的应用前景。同时，随着电动汽车的发展，汽车难以利用发动机的余热制热，未来极有可能在汽车上采用热泵式空调。无论是家用空调还是汽车空调或其它用途的热泵式空调，都必须解决冷凝水排放和除霜问题，制约了板翅式平行流换热器的使用，因此极为需要一种实用化的管翅式平行流换热器。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够真正实现产业化的管翅式平行流换热器，低成本，解决冷凝水排放和化霜问题，同时消除翅片和管间的电化学反应，延长空调器的使用寿命。
一种管翅式平行流换热器，包括集流管、翅片和冷媒管，所述集流管、翅片或冷媒管之中的一件或多件至少在相互接触的部位为具有至少两层结构的复合材料，其中相互接触的表层材料的熔点温度低于基层材料的熔点温度。
所述集流管、翅片或冷媒管之中的一件或多件也可以是整体具有至少两层结构的复合材料，其中表层材料的熔点温度低于基层材料的熔点温度。
所述管翅式平行流换热器的冷媒管为空心管，带有通孔折边的翅片套装在冷媒管上，冷媒管两端插入集流管的翻边孔内，冷媒管的内部空间与集流管的内部空间相通，三者组装后，整体加热至表层材料熔点温度和基层材料熔点温度之间，表层材料熔化，表层材料起到钎焊料的作用，焊接成一体式管翅式平行流换热器。
所述管翅式平行流换热器的集流管、翅片或冷媒管的基层材料为铝、铁、铜或合金材料之一，表层材料为比基层材料熔点较低的铝合金镀层。
所述管翅式平行流换热器的冷媒管为圆管、翼形管或椭圆管中的一种，这三类管材均能保持冷凝水流动顺畅，同时又具有各自的优势和特点。其中圆管加工简单，装配方便；翼形管型面符合气动优化技术，空气在流动时产生不规则的流线而增大空气侧换热能力并降低流体阻力；椭圆管有效地降低空气侧流动阻力，从而增强换热效果。
所述管翅式平行流换热器的集流管内还设有挡片，使冷媒在换热器内成组流动，更好地提高换热性能。
依据本技术方案的管翅式平行流换热器换热效率高，易于实现产业化生产，冷凝水排除顺畅，无论是空调室内侧换热器还是室外侧换热器，能保持空调性能的稳定。
附图说明
图1是传统平行流换热器的换热单元结构示意图。
图2是传统平行流换热器冷凝水堆积情况示意图。
图3是本发明管翅式平行流换热器的结构示意图。
图4是图1的俯视图。
图5是设有挡片的管翅式平行流换热器的冷媒流动示意图。
图6是本发明管翅式平行流换热器装配结构示意图。
图7是本发明管翅式平行流换热器立体装配结构示意图。
图8是复合冷媒管结构示意图。
图9是复合翅片结构示意图。
图10是复合集流管结构示意图。
图11是圆形冷媒管换热器的冷凝水流动示意图。
图12是翼形冷媒管换热器的冷凝水流动示意图。
图13是椭圆冷媒管换热器的冷凝水流动示意图。
具体实施方式
为更好地阐述本发明的特点，下面结合附图对本发明的实施例作详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的损伤过程，但本发明的保护范围不限于下述实施例。
如图3～图5所示，本实施例的管翅式平行流换热器包括集流管1、翅片2、冷媒管3，集流管1上设有端盖13和挡片14，冷媒从冷媒进出口管15进入到集流管1中，挡片14迫使冷媒在换热器内成组流动，形成组流动回路5，充分换热，再通过冷媒进出口管16流出。本实施例在以圆管为基础的设计上，使用平行流动概念，在设计上采用集流管加流动挡片，实现圆管为基础的平行流换热器设计，流动回路易于控制，便于实现机械化工艺生产，同时，换热器还具有较好的冷凝水流出功能。
如图6～图8所示，为实现换热器产品的生产，翅片2带有折边21的通孔22套装在冷媒管3上，冷媒管3的两端插入集流管1的翻边孔11内，冷媒管3与集流管1的内部空间相通。本实施例中，冷媒管3具有双层复合结构，管体由基层31和镀层32构成，镀层32分别与翅片的折边21以及集流管孔的翻边12紧密接触，镀层32的厚度为0.05～0.13mm，其熔点温度低于基层31的熔点温度，如基层31的材料采用熔点为643～645℃的铝合金，镀层采用熔点为577～612℃的铝合金，而集流管1、翅片2可以采用单一匀质材料比如与冷媒管基层31相同的铝合金材料制成，集流管1、翅片2及冷媒管3装配完成后，将三者整体加热到612～643℃之间的某一温度点，使冷媒管镀层32熔化，之后冷却使集流管1、翅片2及冷媒管3被焊接成为一个整体。依据同样的原理，也可以使冷媒进出口管15、冷媒进出口管16、端盖13、挡片14被一同焊接到集流管1上。冷媒管3的基层31、集流管1、翅片2还可以是熔点更高的铜、铁等其它金属或合金，而冷媒管3的镀层材料可以为其它低熔点的铝合金。依照本实施例，可以很容易地推论出冷媒管3的镀层32的熔点温度低于集流管1、翅片2、冷媒管3的基层31的熔点温度。
参见9～图10，集流管1和翅片2也可以采用如图9(a)、图10(a)所示的复合层结构，至少在其与冷媒管3接触的部位——图9(b)所示翅片孔折边21、图10(b)所示集流管孔翻边12具有双层复合结构，折边21的基层211、翻边12的基层121的熔点高于折边21的镀层212、翻边12的镀层122的熔点温度。换热器焊接完成后，还可以涂以亲水材料，使换热器的表层形成多个复合层，鉴于目前亲水膜翅片已行到广泛采用，在本发明的复合铝翅片上覆以亲水膜不是技术难点，本实施例不做详细说明。
如图11～图13所示，由于采用钎焊连接工艺，而非传统涨管工艺，冷媒管的形状可以十分复杂而不影响制造的工艺性，因此，采用符合气动优化技术的型面冷媒管型变得可行。冷媒管3为圆管、翼形管或椭圆管中的任何一种，当然还可以是方形管或其它异形管，这些管形均能保证冷凝水滴4通过管间间隙向下流畅地排出，从面实现空调器稳定的工作性能。尤其如图12所示设计采用低速翼型，目的是使得空气在流动时产生不规则的流线而增大空气侧换热能力并降低流的阻力，与此同时，冷凝水流动流畅的特征也可保留。
根据本发明的实施例，既可实现全铝管翅式平行流换热器的产业化生产连续焊接，也可实现其它复合材料的整体管翅式平行流换热器的产业化生产连续焊接，焊接质量一致，并易于控制，可实现换热器的自动装配，翅片和冷媒管的连接为同材料熔接，传热效果好，且换热器的长期使用性能一致。
Claims (6)
1.一种管翅式平行流换热器，包括集流管、翅片和冷媒管，其特征在于所述集流管、翅片或冷媒管之中的一件或多件至少在相互接触的部位为具有至少两层结构的复合材料，其中相互接触的表层材料的熔点温度低于基层材料的熔点温度。
2.根据权利要求1所述的一种管翅式平行流换热器，其特征在于所述集流管、翅片或冷媒管之中的一件或多件是整体具有至少两层结构的复合材料，其中表层材料的熔点温度低于基层材料的熔点温度。
3.根据权利要求1或2所述的一种管翅式平行流换热器，其特征在于所述冷媒管为空心管，带有通孔折边的翅片套装在冷媒管上，冷媒管两端插入集流管的翻边孔内，冷媒管的内部空间与集流管的内部空间相通，三者被焊接成一体式管翅式平行流换热器。
4.根据权利要求1或2所述的一种管翅式平行流换热器，其特征在于集流管、翅片或冷媒管的基层材料为铝、铁、铜或合金材料之一，表层材料为比基层材料熔点较低的铝合金镀层。
5.根据权利要求1或2所述的一种管翅式平行流换热器，其特征在于冷媒管为圆管、翼形管或椭圆管中的一种。
6.根据权利要求1或2所述的一种管翅式平行流换热器，其特征在于集流管内还设有挡片。
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20121128 |