CN105486116A - 一种等腰三角形通孔顶角变化的换热器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种换热器，所述换热器包括两个集箱以及设置在两个集箱之间的换热管；所述换热管是扁平换热管，所述翅片设置在扁平管中，所述翅片包括倾斜部分，所述倾斜部分将流体通道彼此隔开形成多个小通道，随着距离进口管的距离越远，所述的扁平换热管内第一等腰三角形的顶角B越来越小。本发明通过设置顶角B随着距离进口管的变化，使得流体向流动阻力小的距离进口管远的换热管内流动，从而使得流体在换热管内分配均匀，提高了换热效率，提高了使用寿命。

Description

一种等腰三角形通孔顶角变化的换热器

技术领域

本发明涉及换热器，尤其是涉及一种管壳式换热器。

背景技术

扁平管近些年被广泛应用于汽车空调单元以及住宅或商业空调换热器。此种扁平管内部设置多个小的通道，在使用时，换热流体流过扁平管内的多个通道。因为扁平管换热面积大，因此能够大大提高换热效果。

现有技术中，存在着换热管因为距离入口管远近问题而导致流量分配不均匀问题，例如，距离入口管越近，换热管内流体流量越多，而距离入口管越远，换热管流体流量就越少。现有技术都是采用在集箱中设置了流量分配不见或者压力分配部件，通过流量或者压力分配的方式来使得换热管内流量分配均匀，但是造成部件增加，制造困难，成本增加。本发明提供了一种新的流量分配措施，使得整个换热器管中流量分配均匀。

针对上述问题，本发明提供了一种新的管壳式换热器，从而解决换热管换热的情况下的内部压力不均匀的问题。

发明内容

本发明提供了一种新的扁平管换热器，从而解决前面出现的技术问题。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种换热器，所述换热器包括上下集箱以及设置在上下集箱之间的换热管；所述换热管是扁平换热管，包括扁平管和翅片，所述扁平管包括侧壁和互相平行的管壁，所述侧壁连接平行的管壁的端部，所述侧壁和所述平行的管壁之间形成流体通道，所述翅片设置在管壁之间，所述翅片包括倾斜于管壁的倾斜部分，所述的倾斜部分与管壁连接，所述倾斜部分将流体通道彼此隔开形成多个小通道；在倾斜部分上设置连通孔，从而使相邻的小通道彼此连通；所述换热器包括进口管，所述进口管设置在上集管上，相邻的倾斜部分形成的夹角为A，其特征在于：所述连通孔的形状为第一等腰三角形，所有第一等腰三角形的底边长度h相等，不同的扁平换热管内的第一等腰三角形顶角B的大小不同，随着距离进口管的距离越远，所述的扁平换热管内第一等腰三角形的顶角B越来越小。

作为优选，随着距离进口管的距离越远，所述的扁平换热管内第一等腰三角形的顶角B越来越小的幅度越来越高。

作为优选，每个倾斜部分的连通孔的数量相同。

作为优选，所述连通孔的形状为第一等腰三角形；相邻的倾斜部分在管壁上连接，相邻的倾斜部分以及管壁之间构成三角形，相邻的倾斜部分以及管壁之间构成三角形是第二等腰三角形，相邻的倾斜部分为第二等腰三角形的腰；第一等腰三角形的顶角为B，第二等腰三角形的顶角为A，则满足如下公式：

Sin(B)=a+b*sin(A/2)-c*sin(A/2)²；

其中a,b,c是参数，其中0.58<a<0.59,1.65<b<1.75,1.78<c<1.85;

50°<A<150°；30°<B<80°。

5.如权利要求4所述的换热器，其特征在于，a=0.5849,b=1.6953,c=1.8244;

80°<A<120°；50°<B<60°。

与现有技术相比较，本发明的扁平换热管具有如下的优点：

1）本发明通过设置顶角B随着距离进口管的变化，使得流体向流动阻力小的距离进口管远的换热管内流动，从而使得流体在换热管内分配均匀。

2）本发明通过在扁平管的翅片上设置连通孔，保证相邻的小通道之间的连通，解决扁平管换热的情况下的内部压力不均匀的问题，提高了换热效率，提高了使用寿命。

3）本发明通过合理的确定连通孔的大小沿着流动的变化，即保证换热管内合理的压力，又保证达到充分换热。

4）本发明通过大量的实验，确定了最佳的扁平换热管的结构尺寸，从而使得保证换热阻力的情况下，使得换热效果达到最佳。

附图说明

图1是本发明换热器的结构示意图；

图2是本发明扁平管横截面结构示意图；

图3是本发明外部设置翅片的扁平管横截面的结构示意图；

图4是本发明一个扁平管内翅片设置连通孔位置处的横切面的结构示意图；

图5是本发明外部设置外翅片扁平管横截面的改进结构示意图；

图6是本发明设置连通孔结构倾斜部分平面的示意图；

图7是本发明设置连通孔结构倾斜部分平面的另一个示意图；

图8是本发明的三角形连通孔结构示意图。

附图标记如下：

1扁平管，2流体通道，3管壁，4倾斜部分，5顶点，6连通孔，7翅片，8上集箱，9下集箱，10小通道，11外部翅片，12侧壁，13入口管，14出口管。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

本文中，如果没有特殊说明，涉及公式的，“/”表示除法，“×”、“*”表示乘法。

一种换热器，如图1所示，所述换热器包括上集箱8和下集箱9以及设置在上下集箱8,9之间的换热管。所述换热管之间设置翅片11。所述换热器可以是广泛使用例如汽车换热器、空调换热器等。

如图2所示，所述换热管是扁平换热管，包括扁平管1和翅片7，所述扁平管1包括互相平行的管壁3和侧壁12，所述侧壁12连接平行的管壁2的端部，所述侧壁12和所述平行的管壁3之间形成流体通道2，所述翅片7设置在管壁3之间，所述翅片7包括倾斜于管壁的倾斜部分4，所述的倾斜部分4与平行的管壁3连接，所述倾斜部分4将流体通道2彼此隔开形成多个小通道10，相邻的倾斜部分4在管壁上连接，所述相邻的倾斜部分4以及管壁3之间构成三角形；在倾斜部分4上设置连通孔6，从而使相邻的小通道10彼此连通。

作为优选，所述侧壁2为圆弧状。

通过设置连通孔6，保证相邻的小通道10之间的连通，从而使得压力大的小通道内的流体可以向邻近的压力小的小通道内流动，解决扁平管换热的情况下的内部压力不均匀以及局部压力过大的问题，从而促进了流体在换热通道内的充分流动，提高了换热效率，同时也提高了换热管的使用寿命。

作为优选，同一个倾斜部分4设置多个连通孔6，沿着流体的流动方向，所述的连通孔6的面积越来越大。

通过实验发现，通过面积的逐渐变大，与面积完全相同相比，可以进一步降低流动阻力，能够降低大约10％左右的流动阻力，但是换热效率没有明显降低。

作为优选，沿着流体的流动方向，连通孔6的面积变大的幅度越来越大。通过实验发现，连通孔6的面积的变大的幅度越来越大，可以保证换热效率的情况下，进一步降低流动阻力，能够大约降低5％左右的流动阻力。

作为优选，沿着扁平管横截面的管壁3的中间（即图2横截面示意图中管壁3的中间位置）向两侧侧壁12方向，不同倾斜部分4上的所述的连通孔6面积不断的变小。其中，位于扁平管1的中间位置，即图2横截面示意图中管壁3的中间位置，连通孔6的面积最大。主要原因是通过实验发现，因为流体分配不均匀，中间压力最大，从中间向两侧压力逐渐减小。因此连通孔面积的分配，使得中部的流体尽可能向两边流动，减少中部的流动阻力，同时为了避免开孔面积过大造成换热面积的减少，使得开孔面积根据压力来进行变化，在降低阻力的同时，进一步提高换热效率。

最为优选，沿着扁平管横截面的中间向侧壁12方向，不同倾斜部分4上的所述的连通孔6面积不断的变小的幅度越来越大。通过如此设置，也是符合流动压力的变化规律，进一步降低流动阻力的同时，提高换热效率。

作为优选，所述连通孔6的形状为等腰三角形，所述等腰三角形的底边的中点到顶角的方向与流体的流动方向相同。也就是说，等腰三角形的顶角方向为流体流动方向。通过实验发现，将顶角方向设置为与流动方向保持一致，可以提高换热效率，同时降低流动阻力。通过如此设置，可以提高10%左右的换热效率，同时降低9%左右的阻力。

作为优选，所述的相邻的倾斜部分以及管壁之间构成三角形是等腰三角形，以后简称第二等腰三角形。通过设置成为等腰三角形，可以保证流体流动均匀，提高换热效果。

作为优选，所述倾斜部分顶点5为平面，所述相邻的两个倾斜部分4的定点5相连，所述顶点5与管壁3相连。因为设置定点5为平面，因此使得倾斜部分4与管壁接触面积大，从而使得管壁和倾斜部分更充分更好的接触。使得安装更加容易，避免滑动。

作为优选，相邻的倾斜部分4以及管壁之间构成三角形中，倾斜部分4相对的内表面形成三角形的顶点，所述三角形的顶点位于管壁上。

图6中流体的流动方向是从左往右。但此处的左右只是说明流体沿着连通孔的流动方向，并不表示实际一定左右流动。

作为优选，所述等腰三角形底边中点到顶角的长度为L。

如图8所示，所述等腰三角形的顶角为B，如图6所示，沿着流体的流动方向，同一个倾斜部分4设置多个三角形连通孔6。作为优选，沿着流体的流动方向，同一个倾斜部分4设置多个连通孔6，沿着流体的流动方向，在底边长度保持不变的情况下，所述的连通孔顶角B越来越小。通过实验发现，通过连通孔顶角B的逐渐变小，与顶角B完全相同相比，可以保证换热效率的情况下，进一步降低流动阻力，能够大约降低7％左右的流动阻力。

作为优选，沿着流体的流动方向，顶角B变小的幅度越来越大。通过实验发现，顶角B变小的幅度越来越大，可以保证换热效率的情况下，进一步降低流动阻力，能够大约降低4％左右的流动阻力。

作为优选，沿着流体的流动方向，同一倾斜部分设置多排连通孔6，如图6和7所示，每排连通孔之间的距离为S2，所述S2是以相邻排的连通孔的底边为计算距离的。

作为优选，如图7所示，多排连通孔6为错列结构。

在实验中发现，连通孔的面积不能过大，过大的话会导致换热面积的损失，降低换热效率，过小的话，造成局部压力分配依然不均匀，同理，相邻管壁3的距离不能过大，过大会导致换热效率的降低，过小会导致流动阻力过大。根据实验发现，第一等腰三角形的顶角和第二等腰三角形的顶角为一定规律的变化，例如第二等腰三角形顶角变大，从而导致换热通道的小通道面积增加，相应的流动阻力变小，因此此时第二等腰三角形的流通面积就要变小，这样可以减少连通孔6的面积，同时保证流动阻力的情况下，提高换热效率。因此第一等腰三角形和第二等腰三角形顶角之间存在如下关系：

第一等腰三角形的顶角为B，第二等腰三角形的顶角为A，则满足如下公式：

Sin(B)=a+b*sin(A/2)-c*sin(A/2)²；

其中a,b,c是参数，其中0.58<a<0.59,1.65<b<1.75,1.78<c<1.85;

50°<A<150°；30°<B<80°。

作为优选，a=0.5849,b=1.6953,c=1.8244;

80°<A<120°；50°<B<60°；

通过上述的公式，可以确定第一等腰三角形和第二等腰三角形顶角之间的最佳关系，在此关系下能够保证在满足流动阻力的情况下，达到最佳的换热效率。

作为优选，H=7-15mm。进一步作为优选，9<H<12mm。

作为优选，第一等腰三角形底边的长度为h，满足如下公式：

0.25<d*（h/H）<0.38；其中d是参数，0.5<d<1.8；

H是以相邻管壁相对的面之间的距离。

作为优选，0.8<d<1.2。

作为优选，随着顶角为A的增加，所述的d变小。

作为优选，随着H的增加，所述的d变小。

管壁的宽度为W，优选为7.4<W/H<4.6，进一步优选，6.8<W/H<5.6。

一通过上述的优化设计，可以进一步提高换热管的换热性能，同时降低流动阻力。

本发明是通过多个不同尺寸的换热管的上千次数值模拟以及试验数据，在满足工业要求承压情况下（10MPa以下），在实现最大换热量的情况下，总结出的最佳的扁平管管壁的尺寸优化关系。

对于连通孔尺寸沿着流体流动方向或者沿着从换热管横截面管壁的中间向侧壁2不断改变的情况下，也依然适用于上述公式，可以通过调整系数或者选择其他连通孔尺寸来满足。

作为优选，所述的同一排的相邻的等腰三角形连通孔的底边都在一条线上，同一排相邻的连通孔距离为S1，所述2.9×h<S1<3.3×h，其中S1是以相邻两个等腰三角形连通孔的底边的中点的距离。优选为3.2×h=S1。

作为优选，相邻排的连通孔的等腰三角形的底边互相平行，等腰三角形的顶点到底边中点的距离为L，相邻排的距离S2为3.8*L<S2<4.8*L。优选为S2＝4.4*L

相邻排的等腰三角形的底边不同时，采取两条底边的加权平均数来计算。

作为优选，同一排的等腰三角形的夹角和底边完全相同。即形状完全相同，为相等形。

对于前面的公式，对于前后排尺寸不同的连通孔，也依然适用。

作为优选，翅片的壁厚为0.6-1.1mm；作为优选，0.8-1.0mm。

对于没有提到的具体尺寸参数，按照正常的换热器进行设计。

作为优选，如图2所示，在扁平管1的管壁3的外部设置翅片11。

作为优选，所述翅片为直板状，翅片的延伸方向沿着流体的流动方向，即如图2所示，沿着垂直于纸面的方向。

作为优选，沿着流体的流动方向，外部翅片11高度不断的增加，高度增加的幅度越来越大。通过增加翅片高度，从而增加翅片的换热面积。实验发现，通过如此设置，与翅片高度完全相同相比，可以提高大约5%的换热效率。

作为优选，如图5所示，沿着扁平管1横截面的中间向两侧，所述翅片11的高度不断减少。其中，位于扁平管1的中间位置，翅片的高度最高。

因为通过试验发现，扁平管在中部散热最多，从中部向两侧，散热逐渐变小，因此通过设置扁平管的外部翅片高度变化，这样使得扁平管的散热面积在中部最大，在两侧最小，使得中部散热能力最大，这样符合扁平管热量的散热规律，使得整体上扁平管散热均匀，避免扁平管局部温度过热，造成散热效果过差，造成扁平管寿命的缩短。

优选，所述换热流体是水。

作为优选，所述换热器包括进口管13和出口管14，所述进口管13设置在上集管8上，出口管14设置在下集管9上。作为优选，所述进口管13和出口管14设置在换热器的同一侧，例如，如图1所示都设置在换热器左侧。

作为优选，进口管13设置在上集管8的侧面的上部位置，出口管14设置在下集管9侧面的下部位置。

作为优选，不同的扁平管内的连通孔6的面积不同，随着距离进口管13的距离越远，所述的扁平管内的连通孔6的面积越大。通过如此设置，使得距离进口管13越近，则因为连通孔6的面积越小，则造成流体流动的阻力变大，从而使得流体向流动阻力小的换热管内流动，使得流体向着距离进口管13的距离越远位置的换热管内流动，从而使得流体分配均匀。

作为优选，随着距离进口管13的距离越远，例如图1中的管子a,b,c,d,e,f距离进口管13越来越远，所述的扁平管内的连通孔6的面积变大的幅度越来越高。通过实验发现，通过面积变大的幅度的增加，能够使得流体分配更加均匀。即管a连通孔6的面积<管b连通孔6的面积<管c连通孔6的面积<管d连通孔6的面积……，依此类推。

距离进口管13最远处的换热管内的连通孔6的面积是距离进口管13最近处的换热管内的连通孔6的面积的1.4-1.6倍，优选为1.5倍。

作为优选，每根换热管内的连通孔6的数量相同。

作为优选，每个倾斜部分上的连通孔6的数量相同。一根扁平管的连通孔6的面积采用改扁平管上所有连通孔总面积来计算。

作为优选，不同的扁平管内的连通孔6的分布数量不同，随着距离进口管13的距离越远，所述的扁平管内的连通孔6的分布数量越来越多。通过如此设置，使得距离进口管13越近，则因为连通孔6的分布数量少，小通道之间的流通面积越小，则造成流体流动的阻力变大，从而使得流体向流动阻力小的换热管内流动，使得流体向着距离进口管13的距离越远位置的换热管内流动，从而使得流体分配均匀。

作为优选，随着距离进口管13的距离越远，所述的扁平管内的连通孔6的分布数量变多的幅度越来越高。通过实验发现，通过面积变大的幅度的增加，能够使得流体分配更加均匀。

距离进口管13最远处的换热管内的连通孔6的面积是距离进口管13最近处的换热管内的连通孔6的分布数量的1.4-1.6倍，优选为1.5倍。

优选，每个连通孔6的面积相同。

作为优选，不同的扁平管内的夹角A的大小不同。随着距离进口管13的距离越远，所述的扁平管内的倾斜部分4形成的夹角A越来越大。通过如此设置，使得距离进口管13越近，则因为夹角A的变小，造成小通道的流通面积越小，则造成流体流动的阻力变大，从而使得流体向流动阻力小的换热管内流动，使得流体向着距离进口管13的距离越远位置的换热管内流动，从而使得流体分配均匀。

作为优选，随着距离进口管13的距离越远，所述的扁平管内的倾斜部分4形成的夹角A变大的幅度越来越高。通过实验发现，通过A变大的幅度的增加，能够使得流体分配更加均匀。

优选，同一根扁平管的连通孔6的夹角A采用平均夹角来计算，即通过多个夹角的加权平均来计算。

优选，同一根扁平管的所有连通孔6的夹角A相等。

作为优选，所有换热管的等腰三角形连通孔6的底边长度h相等，不同的扁平管内的顶角B的大小不同。随着距离进口管13的距离越远，所述的扁平管内等腰三角形连通孔的顶角B越来越小。通过如此设置，使得距离进口管13越近，则因为顶角B的变大，造成连通孔6的流通面积越小，则造成流体流动的阻力变大，从而使得流体向流动阻力小的换热管内流动，使得流体向着距离进口管13的距离越远位置的换热管内流动，从而使得流体分配均匀。

作为优选，随着距离进口管13的距离越远，所述的扁平管内等腰三角形连通孔的顶角B越来越小的幅度越来越高。通过实验发现，通过顶角B变小的幅度的增加，能够使得流体分配更加均匀。

优选，同一根扁平管的连通孔6的顶角B采用平均顶角来计算，即通过多个顶角的加权平均来计算。

优选，同一根扁平管内的所有连通孔6的顶角B相等。

作为优选，所有换热管的等腰三角形连通孔6的L相等，不同的扁平管内的底边长度h的大小不同，随着距离进口管13的距离越远，所述的扁平管内等腰三角形连通孔的底边长度h越来越大。通过如此设置，使得距离进口管13越近，则因为底边长度h的变小，造成连通孔6的流通面积越小，则造成流体流动的阻力变大，从而使得流体向流动阻力小的换热管内流动，使得流体向着距离进口管13的距离越远位置的换热管内流动，从而使得流体分配均匀。

作为优选，随着距离进口管13的距离越远，所述的扁平管内等腰三角形连通孔的底边长度h越来越大的幅度越来越高。通过实验发现，通过底边长度h变大的幅度的增加，能够使得流体分配更加均匀。

优选，同一根扁平管的连通孔6的底边长度h采用平均顶角来计算，即通过多个底边长度h的加权平均来计算。

优选，同一根扁平管的所有连通孔6的底边长度h相等。

作为优选，同一倾斜部分设置多排连通孔6，如图3和4所示，每排连通孔之间的距离为S2，不同的扁平管内的S2的大小不同，随着距离进口管13的距离越远，所述的S2越来越小。通过如此设置，使得距离进口管13越近，则因为S2越大，造成连通孔6的流通面积越小，则造成流体流动的阻力变大，从而使得流体向流动阻力小的换热管内流动，使得流体向着距离进口管13的距离越远位置的换热管内流动，从而使得流体分配均匀。

作为优选，随着距离进口管13的距离越远，S2越来越小的幅度越来越高。通过实验发现，通过S2变小的幅度的增加，能够使得流体分配更加均匀。

优选，同一根扁平管的连通孔6的S2采用平均顶角来计算，即通过多个S2的加权平均来计算。

优选，同一根扁平管的所有连通孔6的S2相等。

作为优选，所述的同一排的相邻的等腰三角形连通孔的底边都在一条线上，同一排相邻的连通孔距离为S1，不同的扁平管内的S1的大小不同，随着距离进口管13的距离越远，所述的S1越来越小。通过如此设置，使得距离进口管13越近，则因为S1越大，造成连通孔6的流通面积越小，则造成流体流动的阻力变大，从而使得流体向流动阻力小的换热管内流动，使得流体向着距离进口管13的距离越远位置的换热管内流动，从而使得流体分配均匀。

作为优选，随着距离进口管13的距离越远，S1越来越小的幅度越来越高。通过实验发现，通过S1变小的幅度的增加，能够使得流体分配更加均匀。

优选，同一根扁平管的连通孔6的S1采用平均顶角来计算，即通过多个S1的加权平均来计算。

优选，同一根扁平管的所有连通孔6的S1相等。

虽然本发明已以较佳实施例披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (5)

1.一种换热器，所述换热器包括上下集箱以及设置在上下集箱之间的换热管；所述换热管是扁平换热管，包括扁平管和翅片，所述扁平管包括侧壁和互相平行的管壁，所述侧壁连接平行的管壁的端部，所述侧壁和所述平行的管壁之间形成流体通道，所述翅片设置在管壁之间，所述翅片包括倾斜于管壁的倾斜部分，所述的倾斜部分与管壁连接，所述倾斜部分将流体通道彼此隔开形成多个小通道；在倾斜部分上设置连通孔，从而使相邻的小通道彼此连通；所述换热器包括进口管，所述进口管设置在上集管上，相邻的倾斜部分形成的夹角为A，其特征在于：所述连通孔的形状为第一等腰三角形，所有第一等腰三角形的底边长度h相等，不同的扁平换热管内的第一等腰三角形顶角B的大小不同，随着距离进口管的距离越远，所述的扁平换热管内第一等腰三角形的顶角B越来越小。

2.如权利要求1所述的换热器，其特征在于，随着距离进口管的距离越远，所述的扁平换热管内第一等腰三角形的顶角B越来越小的幅度越来越高。

3.如权利要求1所述的换热器，其特征在于，每个倾斜部分的连通孔的数量相同。

4.如权利要求1所述的换热器，所述连通孔的形状为第一等腰三角形；相邻的倾斜部分在管壁上连接，相邻的倾斜部分以及管壁之间构成三角形，相邻的倾斜部分以及管壁之间构成三角形是第二等腰三角形，相邻的倾斜部分为第二等腰三角形的腰；第一等腰三角形的顶角为B，第二等腰三角形的顶角为A，则满足如下公式：

Sin(B)=a+b*sin(A/2)-c*sin(A/2)²；

其中a,b,c是参数，其中0.58<a<0.59,1.65<b<1.75,1.78<c<1.85;

50°<A<150°；30°<B<80°。

5.如权利要求4所述的换热器，其特征在于，a=0.5849,b=1.6953,c=1.8244;

80°<A<120°；50°<B<60°。