CN104567509B - 一种翅片型换热单元及制作方法及含有该单元的换热器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种翅片型换热单元，包括至少一层隔层板、层叠设置在所述隔层板的上表面和/或下表面的翅片层，翅片层包括两端板，以及处于两端板之间的若干成排相间设置的翅片条，相邻两翅片条之间，以及首、尾两所述翅片条与其对应的端板之间形成第一介质流通通道，还公开了翅片型换热单元的制作方法及包含翅片型换热单元和流体型换热单元的微通道换热器。翅片型换热单元气体流通通畅，翅片间距微小且精确可控，换热效率高，并且可以根据实际需求采用不同数量的换热单元与翅片型换热单元制作成为不同换热量的换热器，操作灵活简便，适于制作微型换热装置。

Description

一种翅片型换热单元及制作方法及含有该单元的换热器

技术领域

本发明属于热交换器技术领域，具体地说涉及一种翅片型换热单元及含有该换热单元的微通道换热器。

背景技术

随着微型机械电子系统和微型化学机械系统的发展，传统换热器已经不能满足微型机械系统需要小巧便携，能够灵活移动的要求，换热器的微型化成为了必然趋势；微孔道换热器由于重量轻，占地面积小，近几年得到了极大的关注，并逐渐在电子发热元件、小型燃气轮机、汽车空调和家用空调行业得到广泛应用。

微通道换热器是指流动通道的当量直径在0.1-1mm范围内的换热器，由于通道尺度微小，面积体积比更大，表面作用更强，从而使流体的传热传质效率显著提高，可比传统换热器的效率高2-3个数量级，并且具有结构紧凑、质量小、运行安全可靠等特点，可以有效缩减空调等机械设备的体积和重量，并减小了制冷剂的填充量。

现有技术中，铜管铝翅片换热器是一种传统的微通道换热器，其由集流管、铜管和百叶窗状翅片组成，通过管内的介质与通过翅片的空气进行换热，但是这种换热器具有换热性能较差、重量较大且制作成本较高的缺点；为解决上述技术问题，研究人员开发了一种全铝微通道平行流换热器，全铝微通道平行流换热器由铝扁平管和具有一定外形的铝翅片固定连接而成，如中国专利文献CN103148718A公开的一种微通道热交换器，包括集流管、与集流管固定连接的若干扁管以及经过表面处理且与扁管固定的翅片，这种微通道热交换器换热性能较好，成本较低且质量轻。

但是上述专利文献中的微通道换热器中翅片设置于扁管的间隙中，扁管对进入换热器的空气有一定阻碍，影响换热效率；同时由于铝材强度小、质地较软，容易变形，扁管内的流体在高压下易发生泄漏，因此无法用于高压制冷系统。

另外，无论是铜管铝翅片换热器还是全铝微通道平行流换热器，换热体积都比较庞大，由于现有制造工艺的限制，无法做成占据空间面积更小的扁平紧凑型换热器，从而导致风冷空调等换热系统占地面积过大，难于满足机械工程领域对微型化换热设备的需求。

发明内容

为此，本发明所要解决的第一个技术问题在于现有技术中微通道换热器翅片设置于扁管的间隙中，换热效率受到影响；

本发明所要解决的另一个技术问题在于，现有技术中微通道换热器占据空间面积较大，全铝材质强度小、质地较软，容易变形，无法用于高压换热系统，从而提出一种换热效率高、翅片间距可以精确控制的翅片型换热单元及制作该翅片型换热单元的方法，还提出了一种所占面积较小、质地坚固的扁平紧凑型微通道换热器。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：

本发明提供了一种翅片型换热单元，包括至少一层隔层板、以及层叠设置在所述隔层板的上表面和/或下表面的的翅片层，所述翅片层包括两端板，以及处于两所述端板之间的若干成排相间设置的翅片条，相邻两所述翅片条之间，以及首、尾两所述翅片条与其对应的端板之间形成第一介质流通通道。

在本发明的翅片型换热单元中，所述隔层板两端分别成型有第一通孔，两所述端板上成型有与所述第一通孔相通的第二通孔。

在本发明的翅片型换热单元中，所述翅片层由两层分翅片层或两层以上的分翅片通过原子扩散焊接形成。

在本发明的翅片型换热单元中，所述翅片层与所述隔层板之间通过原子扩散焊接。

在本发明的翅片型换热单元中，所述翅片条成型为矩形条，所述翅片条的两端端部处倒角设置。

在本发明的翅片型换热单元中，所述倒角设置为30°-60°。

本发明还提供了一种制作所述的翅片型换热单元的方法，包括如下步骤：

a、将翅片板通过蚀刻或冲压形成两端板以及处于两所述端板之间的翅片条链，所述端板上成型有第二通孔，所述翅片条链包括若干成排相间设置的翅片条，以及分局于所述翅片条的两端，并将所述翅片条同侧的端部连接的两连接筋；

b、分别将所述端板，以及所述翅片条链连接在所述隔层板上，使所述端板上的所述第二通孔与所述隔层板上的第一通孔对齐相通，相邻两所述翅片条之间，以及首、尾两所述翅片条与其对应的端板之间形成第一介质流通通道；

c、将所述翅片条链两端的所述连接筋切除，使所述第一介质流通通道的两端端部露出。

本发明的制作所述翅片型换热单元的方法中，所述隔层板与所述端板、所述翅片条之间通过原子扩散焊接。

本发明还提供了一种微通道换热器，包括若干流体换热单元，所述流体换热单元上成型有供第二介质流通的第二介质流通通道，还包括所述的翅片型换热单元，所述流体换热单元与所述翅片型换热单元交错层叠设置。

本发明的微通道换热器中，所述流体换热单元的两端成型有与所述翅片型换热单元上同侧的所述第一通孔或所述第二通孔对齐相通的第三通孔，且其中一端的所述第一通孔、所述第二通孔、所述第三通孔构成进液通道，另一端的所述第一通孔、所述第二通孔、所述第三通孔构成出液通道，且所述进液通道、所述出液通道分别与所述第二介质流通通道的进口、出口连通。

本发明的微通道换热器中，所述流体换热单元由两块板体对接而成，所述板体的对接面上分别成型有若干半槽，所述第二介质流体通道为布置于所述半槽中以线性阵列形式分布的横截面为圆形、菱形、眉形或矩形中一种的支柱之间的间隙形成的流道。

本发明的微通道换热器中，所述半槽通过蚀刻形成在所述板体上，且两所述板体之间通过原子扩散焊对接。

本发明的微通道换热器中，两所述板体间靠近所述第三通孔的位置设置有以圆周阵列形式分布的横截面形状为圆形、菱形或眉形中一种的支撑柱。

本发明的微通道换热器中，所述第二介质流体通道的水力直径为d,且0＜d＜0.6mm。

本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

(1)本发明所述的翅片型换热单元，翅片层设置于隔板层的上表面和/或下表面，其中，翅片层包括处于两端板之间的若干成排相间设置的翅片条，相邻两所述翅片条之间，以及首、尾两所述翅片条与其对应的端板之间形成第一介质流通通道，所述第一介质流通通道中，空气流通通畅，进出空气的量较大，提高了换热效率。

(2)本发明所述的翅片型换热单元，翅片层由两层分翅片层或两层以上的分翅片层通过原子扩散焊焊接形成，为使风侧通道达到所需的水力直径，而翅片层厚度较大时，难于直接成型为翅片条，超过了原材料加工的限制，因此采用两层或两层以上的分翅片层通过原子扩散焊接的方式制作而成；进一步地，翅片层与隔板层间也通过原子扩散焊接形成；此种方法无焊料，排除了接触热阻影响所述翅片层的换热性能，并且，焊接的分翅片层连接处质量好且变形小，不会影响第一介质流通通道间的空气流通。

(3)本发明所述的翅片型换热单元，翅片条成型为矩形条，所述翅片条的两端端部处倒角设置，倒角的设置可以减小翅片条对空气的流动阻力，增大空气的流通量，从而进一步提高换热效率。

(4)本发明所述的制作所述翅片型换热单元的方法，将翅片板通过蚀刻或冲压形成两端板以及处于两所述端板之间的翅片条链，然后分别将端板和翅片条链连接在隔层板上，最后将翅片条链两端的连接筋整体线切除，露出第一介质流通通道的两端端部；这种方法可以直接成型整片翅片条链，制作工艺简单，得到的翅片条尺寸及翅片条间的间距均可保证很小，且能精确控制，非常适于制作微型换热装置。

(5)本发明所述的微通道换热器，由流体换热单元与翅片型换热单元交错层叠设置而成，翅片型换热单元中的流动空气与流体换热单元中的流体可以充分交换热量，换热效率高，并且可以根据实际需求采用不同数量的换热单元与翅片型换热单元制作成为不同换热量的换热器，操作灵活简便。

(6)本发明所述的微通道换热器，流体换热单元由两块板体对接而成，所述板体的对接面上分别成型有若干半槽，第二介质流体通道为布置于所述半槽中以线性阵列形式分布的支柱之间的间隙形成的流道，这种流体通道形式可以延长流体在其中流动的时间，增强换热效果；所述第二介质流体通道尺寸微小，水力直径可小于0.6mm，这种尺寸更小的微通道面积体积比更大，表面作用更强，使其中的流体传热效率大幅提高。

(7)本发明所述的微通道换热器，流体换热单元中，两板体间靠近第三通孔的位置设置有以圆周阵列形式分布的支撑柱，所述支撑柱一方面可以在流体进入第二介质流体通道时起到扰流的作用，增强流体换热单元的换热能力，另一方面可以在两板体焊接过程中起到支撑承压作用。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中

图1是本发明所述的翅片型换热单元的结构示意图；

图2是本发明所述的翅片型换热单元成型切割示意图；

图3是本发明所述的微通道换热器的结构示意图；

图4是图3的局部放大图；

图5是本发明所述的流体换热单元的结构示意图；

图6是本发明所述的流体换热单元的局部放大图。

图中附图标记表示为：1-翅片型换热单元；2-流体换热单元；3-进口集流管；4-出口集流管；5-边板；6-切割线；11-隔层板；12-端板；13-翅片条；14-第二通孔；21-第三通孔；22-板体；23-半槽；24-支撑柱。

具体实施方式

以下将结合附图，使用以下实施方式对本发明进行进一步阐述。

本实施例提供一种翅片型换热单元1，如图1所示，其包括三层隔层板11、以及四层穿插在三层隔层板11之间，与隔层板层叠连接的翅片层。当然在其他实施例中，隔层板11与翅片层的层数可以根据需要设置。所述翅片层包括两端板12，以及处于两所述端板12之间的若干成排相间设置的翅片条13，相邻两所述翅片条13之间，以及首、尾两所述翅片条13与其对应的端板12之间形成第一介质流通通道，所述翅片层与所述隔层板11之间通过原子扩散焊接，隔层板11的设置能够增大散热面积，条状的翅片条结构简单，相对于现有技术中的尖波浪状的翅片更容易制造，本实施例中，所述第一介质流通通道的设置，使得通过其中的空气流通通畅，进出空气的量较大，换热效率高。

进一步地，所述隔层板11两端分别成型有第一通孔，两所述端板12上成型有与所述第一通孔相通的第二通孔14，用于使液体流体通过。

由于翅片层上的翅片条，尺寸非常小，通常是通过蚀刻成型，而蚀刻对翅片板的厚度有严格要求，通常最大厚度不超过0.5毫米，为了保证形成的第一介质流通通道有足够的高度进行充分的换热，本实施例中，所述翅片层由两层分翅片层通过原子扩散焊接形成，当然在其他实施例中，可以根据需要有两层以上的分翅片层通过原子扩散焊接形成，此种焊接方法无焊料，排除了接触热阻影响所述翅片层的换热性能，并且，焊接的分翅片层连接处质量好且变形小，不会影响第一介质流通通道间的空气流通。

本实施例中，所述翅片条13成型为矩形条，所述翅片条13的两端端部处为45°的倒角设置，倒角的设置可以减小翅片条13对空气的流动阻力，增大空气的流通量，从而进一步提高换热效率。

在翅片层的尺寸设计时，每层所述翅片层的高度H5的尺寸通常设计为0＜H5≤2mm，在本实施例中，优选为1mm，同层所述翅片层中，相邻两排所述翅片条13之间的距离H6的尺寸设计为1≤H6≤3mm，在本实施例中，优选为1毫米，单个所述翅片条13的宽度H7的尺寸设计为0＜H7≤0.5mm，在本实施例中为0.3mm。当然，上述尺寸可以根据实际需要进行选取。

由于翅片条的尺寸非常小，直接焊接时容易变形，而且为了保证换热效果，往往要求翅片条焊接在隔层板上的间距需保持一致，为了保证翅片层的成型质量和换热效果。

本实施例还提供了一种制作所述翅片型换热单元1的方法：

a、将翅片板通过蚀刻形成两端板12以及处于两所述端板12之间的翅片条链，所述端板12上成型有第二通孔14，所述翅片条链包括若干成排相间设置的翅片条13，以及分局于所述翅片条13的两端，并将所述翅片条13同侧的端部连接的两连接筋；

作为一种可变换的实施方式，可以采用冲压的方法形成所述端板12及处于两所述端板12之间的翅片条链

b、分别将所述端板，以及所述翅片条链通过原子扩散焊接在所述隔层板11上，使所述端板12上的所述第二通孔14与所述隔层板11上的第一通孔对齐相通，相邻两所述翅片条13之间，以及首、尾两所述翅片条与其对应的端板之间形成第一介质流通通道；

c、如图2所示，沿切割线6将所述翅片条链两端的所述连接筋切除，使所述第一介质流通通道的两端端部露出。

本实施例所述的制作翅片型换热单元的方法，可以通过蚀刻或冲压直接成型整片翅片条链，由于翅片条链上的翅片条之间的间隙是均匀的，因此，当翅片条链整条焊接在隔层板上时，能够保证翅片条之间的间距均匀，在焊接完毕后，将翅片条链的两连接筋切除即可，由此方法得到的翅片条尺寸及翅片条间的间距均可保证均匀，且能精确控制，制作工艺简单，非常适于制作微型换热装置。

如图3-4所示，本实施例的一种具有上述翅片型换热单元的微通道换热器，还包括若干流体换热单元2，所述流体换热单元2上成型有供第二介质流通的第二介质流通通道，所述流体换热单元2与所述翅片型换热单元1交错层叠设置，翅片型换热单元1中的流动空气与流体换热单元2中的流体可以充分交换热量，换热效率高，并且可以根据实际需求采用不同数量的流体换热单元2与翅片型换热单元1制作成为不同换热量的换热器，操作灵活简便。所述第二介质流通通道供冷却介质通过。在设置时优选所述第一介质流通通道与第二介质流通通道相互垂直设置，能够实现上述两介质流通通道内的空气与冷却介质的强制对流。

如图5-图6所示，所述流体换热单元2的两端成型有与所述翅片型换热单元上同侧的所述第一通孔或所述第二通孔对齐相通的第三通孔21，且其中一端的所述第一通孔、所述第二通孔14、所述第三通孔21构成进液通道，另一端的所述第一通孔、所述第二通孔14、所述第三通孔21构成出液通道，且所述进液通道、所述出液通道分别与所述第二介质流通通道的进口、出口连通。

进一步地，还包括设置于所述微通道换热器底部，与进液通道相通的进口集流管3和设置于所述微通道换热器顶部，与出液通道相通的出口集流管以及用于将所述翅片型换热单元1和流体换热单元2固定封装的边板5。

在本实施例中，所述流体换热单元2由两块板体22对接而成，所述板体22的对接面上分别成型有若干半槽23，所述第二介质流体通道为布置于所述半槽23中以线性阵列形式分布的支柱之间的间隙形成的流道，所述半槽23通过蚀刻形成在所述板体22上，且两所述板体22之间通过原子扩散焊对接；本实施例中，所述第二介质流体通道的水力直径为d,且0＝0.5mm；所述流体换热单元2的厚度为H1，且H1＝0.8mm；所述第二介质流体通道尺寸微小，水力直径可小于0.6mm，这种尺寸更小的微通道面积体积比更大，表面作用更强，使其中的流体传热效率大幅提高。

本实施例中，所述半槽中支柱的横截面形状为圆形；作为可变换的实施方式，其还可以为菱形、眉形或矩形。

进一步地，两所述板体22间靠近所述第三通孔21的位置设置有以圆周阵列形式分布的支撑柱24，本实施例中，所述支撑柱24的横截面形状为圆形；作为可变换的实施方式，所述支撑柱24的横截面形状还可为菱形或眉形。所述支撑柱24一方面可以在流体进入第二介质流体通道时起到扰流的作用，增强流体换热单元的换热能力，另一方面可以在两板体22焊接过程中起到支撑承压作用。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (14)

1.一种制作翅片型换热单元的方法，其特征在于：

a、将翅片板通过蚀刻或冲压形成两端板(12)以及处于两所述端板(12)之间的翅片条链，所述端板(12)上成型有第二通孔(14)，所述翅片条链包括若干成排相间设置的翅片条(13)，以及分居于所述翅片条(13)的两端，并将所述翅片条(13)同侧的端部连接的两连接筋；

b、分别将所述端板，以及所述翅片条链连接在隔层板(11)上，使所述端板(12)上的所述第二通孔(14)与所述隔层板(11)上的第一通孔对齐相通，相邻两所述翅片条(13)之间，以及首、尾两所述翅片条(13)与其对应的端板(12)之间形成第一介质流通通道；

c、将所述翅片条链两端的所述连接筋切除，使所述第一介质流通通道的两端端部露出。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述隔层板(11)与所述端板(12)、所述翅片条(13)之间通过原子扩散焊接。

3.一种按照权利要求1或2所述的方法制成的翅片型换热单元，其特征在于：包括至少一层隔层板(11)、以及层叠设置在所述隔层板的上表面和/或下表面的的翅片层，所述翅片层包括两端板(12)，以及处于两所述端板之间的若干成排相间设置的翅片条(13)，相邻两所述翅片条之间，以及首、尾两所述翅片条与其对应的端板(12)之间形成第一介质流通通道。

4.根据权利要求3所述的翅片型换热单元，其特征在于：所述隔层板(11)两端分别成型有第一通孔，两所述端板(12)上成型有与所述第一通孔相通的第二通孔(14)。

5.根据权利要求4所述的翅片型换热单元，其特征在于：所述翅片层由两层分翅片层或两层以上的分翅片层通过原子扩散焊接形成。

6.根据权利要求4所述的翅片型换热单元，其特征在于：所述翅片层与所述隔层板之间通过原子扩散焊接。

7.根据权利要求4所述的翅片型换热单元，其特征在于：所述翅片条(13)成型为矩形条，所述翅片条(13)的两端端部处倒角设置。

8.根据权利要求7所述的翅片型换热单元，其特征在于：所述倒角设置为30°-60°。

9.一种微通道换热器，包括若干流体换热单元(2)，所述流体换热单元(2)上成型有供第二介质流通的第二介质流通通道，其特征在于:还包括若干如权利要求4-8所述的翅片型换热单元，所述流体换热单元(2)与所述翅片型换热单元(1)交错层叠设置。

10.根据权利要求9所述的微通道换热器，其特征在于，所述流体换热单元(2)的两端成型有与所述翅片型换热单元上同侧的所述第一通孔或所述第二通孔对齐相通的第三通孔(21)，且其中一端的所述第一通孔、所述第二通孔(14)、所述第三通孔(21)构成进液通道，另一端的所述第一通孔、所述第二通孔(14)、所述第三通孔(21)构成出液通道，且所述进液通道、所述出液通道分别与所述第二介质流通通道的进口、出口连通。

11.根据权利要求10所述的微通道换热器，其特征在于，

所述流体换热单元(2)由两块板体(22)对接而成，所述板体(22)的对接面上分别成型有若干半槽(23)，所述第二介质流体通道为布置于所述半槽(23)中以线性阵列形式分布的横截面为圆形、菱形、眉形或矩形中一种的支柱之间的间隙形成的流道。

12.根据权利要求11所述的微通道换热器，其特征在于，所述半槽(23)通过蚀刻形成在所述板体(22)上，且两所述板体(22)之间通过原子扩散焊对接。

13.根据权利要求12所述的微通道换热器，其特征在于，两所述板体(22)间靠近所述第三通孔(21)的位置设置有以圆周阵列形式分布的横截面形状为圆形、菱形或眉形中一种的支撑柱(24)。

14.根据权利要求13所述的微通道换热器，其特征在于，所述第二介质流体通道的水力直径为d,且0＜d＜0.6mm。