CN106322838A - 一种微通道换热器 - Google Patents

Abstract

一种微通道换热器，包括：至少两层结构，即顶层和底层，每一层均包括两个集流管、设于两个集流管之间的多个扁管及设于相邻扁管之间的翅片，所述微通道换热器的中部包括一个大致封闭或非封闭的孔部，所述孔部没有设置扁管与翅片；每个所述扁管具有面积较大的两相对表面，所述扁管包括至少一个非直线段，该非直线段的弯折方向为朝向所述其中两个表面的内表面一侧弯折。该换热器的有益效果是：在与轴流式风机配合使用时，中部留出空间和风机的基座相对应设置，避开了风场的盲区，换热器的换热面积能够很好的被利用，节省了换热器的材料，同时集流管也会相对较短，进一步省材，降低成本，适宜推广应用。

Description

一种微通道换热器

技术领域

本发明涉及热交换技术领域，具体涉及一种微通道换热器及其在系统中的应用。

背景技术

微通道换热器在制冷领域得到了广泛地应用。微通道换热器主要包括集流管、扁管和翅片，其中集流管用于将换热介质导向流入每个扁管，扁管主要用于换热介质的流通和换热，翅片通过焊接和扁管连接，通过气体流动实现扁管内的换热介质的换热功能。

发明内容

微通道换热器在系统中一般要配合风机带动气流流动进行换热，气体的流动主要由轴流式风机驱动，风机驱动气体从微通道换热器的气侧通过，请参图1所示，风机10与换热器相对设置，图2是运转时的风场仿真图，从中可以看出风机基座对应的换热器部分存在风场的盲区，换热器的中间部分，即对应的风机基座部分的风速较小，换热器的换热面积不能有效利用。

本发明正是为了解决上述问题而提出的，其目的在于，提供一种环形换热器。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种微通道换热器，包括至少两层结构，即顶层和底层，每一层均包括两个集流管、设于两个集流管之间的多个扁管及设于相邻扁管之间的翅片，所述微通道换热器的中部包括一个大致封闭或非封闭的孔部，所述孔部没有设置扁管与翅片；每个所述扁管具有面积较大的两相对承载表面，所述扁管包括至少一个非直线段，该非直线段的弯折方向为朝向所述其中两个表面的内表面一个承载表面一侧弯折；每一扁管均具有至少一个内部通道，所述内部通道沿所述扁管的长度方向延伸；所述内部通道的两端分别与同层的两个集流管连通；所述翅片两侧具有相对的峰部，所述翅片分别设于相邻所述扁管之间，翅片随扁管同向延伸，所述翅片的两峰部分别与相邻扁管相对的两承载表面相接；相邻的两层之间通过取自各层的其中一个集流管连通，顶层和底层余下的各一个集流管分别设有用于外接的第一接口和第二接口。

相邻层连通的所述集流管通过连接体连通，两集流管与连接体三者之间设有相对应的流通孔。

所述扁管包括两端的平直段与主体部，所述非直线段设置在所述主体部，所述非直线段为折弯段或弧段，主体部的相邻所述扁管的两个表面之间设置有所述翅片；同一翅片的两端的峰部连接的两个扁管，沿所述长度方向的不同位置其主体部之间的间距大致相等。

所述第一集流管管与第二集流管大致为中空结构，沿所述第一集流管、第二集流管的轴向设置有多个与扁管的端部配合的孔，所述第一集流管的孔之间大致平行设置，所述第二集流管的孔之间大致平行设置。

所述微通道换热器大致为环状结构或包括环状结构，所述第一集流管与第二集流管大致平行设置，所述第一集流管与扁管的配合的孔与所述第一集流管的轴线大致垂直设置，所述第二集流管与扁管的配合的孔与所述第二集流管的轴线大致垂直设置。

所述微通道换热器与同一翅片连接的两根扁管中，所述翅片靠近外侧的扁管的内环面或承载表面的峰部之间的间距(L2)的平均值大于其靠近内侧的扁管的外环面或承载表面的峰部之间的间距(L1)的平均值；从所述微通道换热器的中心向外，所述扁管的内部通道的长度递增。

从所述微通道换热器中心向外，所述扁管的内部通道的总通流面积逐步增加，相对位于外部的扁管的内部通道的总通流面积大于等于相对位于内部的扁管的内部通道的总通流面积。

所述微通道换热器还包括内边板与外边板，内边板、外边板与所述扁管同向延伸，所述内边板与位于其相对外侧且相邻的扁管之间设置有翅片，所述外边板与与位于其相对内侧且与其相邻的扁管之间设置有翅片，所述第一集流管与第二集流管还分别包括两个端盖，所述第一集流管、第二集流管、扁管、翅片、内边板、外边板之间均通过焊接固定设置。

不同的扁管的通流面积与其长度之比大致相同。

不同的所述翅片的密度，即单位长度内的翅片峰数，从换热器的中心向外围逐渐变大

本发明换热器的环形或环状结构设计，在与轴流式风机配合使用时，中部留出空间和风机的基座相对应设置，避开了风场的盲区，换热器的换热面积能够很好的被利用，节省了换热器的材料，同时集流管也会相对较短，进一步省材，降低成本。

附图说明

下面以微通道换热器为示例进行说明，附图只是进行了示意，而不能视作对发明实施例的限制。

图1为目前所知的矩形微通道换热器与轴流式风机在系统中的相对设置示意图。

图2为轴流式风机在矩形微通道换热器表面的风场仿真示意图。

图3为微通道换热器一种实施例的结构示意图。

图4为图3所示微通道换热器的上层第一集流管的结构示意图。

图5为图3所示微通道换热器的下层第一集流管的结构示意图。

图6为图3所示微通道换热器的上、下层第二集流管的连接示意图。

图7为图3所示微通道换热器的扁管的结构示意图。

图8为图3所示微通道换热器的主视示意图。

图9为扁管内部通道通流面积递增的三种设计方案。

图10为一种环形微通道换热器，其翅片密度由内而外递增。

图11为双层单流程微通道换热器的另一种结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例进行具体说明，请参照图3-图11。

如图3所示，以双层单流程微通道换热器为例，图中箭头示意制冷剂流向，需要指出的是，因外边板中无制冷剂通过，故外边板上的箭头示意该层的扁管中制冷剂的流向，该微通道换热器每一层均包括第一集流管20、第二集流管30、若干扁管40、若干翅片50，微通道换热器的中部区域没有设置扁管与翅片，而形成一个孔部63。扁管40的两端分别插入第一集流管20与第二集流管30对应的孔并通过焊接与第一集流管20、第二集流管30固定，第一集流管20与第二集流管30平行且毗邻设置，扁管40的两端分别连通第一集流管20与第二集流管30，翅片50设置于相邻的扁管40之间，需要指出的是，本实施例所说的相邻扁管，均指的是和同一翅片两侧相接的扁管。另外换热器还设置有位于内外两边的边板61,62。层与层之间的连通则通过第一集流管20-连接体92-第一集流管20a的方式连通。

如图4所示，第一集流管20包括第一集流管管体21及其两端的第一端盖22、第一接管座23、第一接管24，第一接管24通过第一接管座23与第一集流管管体21连接固定并连通，第一接管24所在的接口作为换热器与系统连接的第一接口。第一集流管管体21为中空结构，沿第一集流管管体21轴向设置有多个供扁管40的端部插入的开孔211，扁管40的一端伸入开孔211并通过焊接固定，第一集流管20两端分别固定连接第一端盖22，使第一集流管20内形成相对封闭的腔体。

如图5所示，第二集流管30包括第二集流管管体31及其两端的端盖32，第二集流管管体也为中空结构，上面设置有多个供扁管40的端部插入的孔，第二集流管管体的两端分别固定连接端盖，使第二集流管30内形成相对封闭的腔体。上层的第二集流管30与下层的第二集流管30a之间通过连接体92连通，其具体结构参图6，上层的第二集流管管体31与下层的第二集流管管体31a相对的侧壁上设有相对应的孔311、311a，同时，连接体92上对应位置也设有孔921，上层的第二集流管管体31、连接体92与下层的第二集流管管体31a三者固定连接且孔的位置对应，即上层的第二集流管30与下层的第二集流管30a通过连接体92连通。连接体92的孔不拘于图例中所示，可以是圆形、方形、三角形等各种形状。

制冷剂从第一接管24进入到第一集流管20中，然后通过扁管进入第二集流管30中，再通过连接体92进入第二集流管30a，最后再通过扁管进入第一集流管20a，最后从第二接管34流出。当然，制冷剂也可以与图3所示的反向流动。

扁管40在成形前为纵向延伸的扁平状结构，其具有面积较大的两相对承载表面，所述扁管大体呈弧形延伸，该弧形的弯折方向为朝向所述其中一个承载表面一侧弯折，扁管40成形后包括两端的平直段42及环状的主体段41，环状的主体段41包括内环面411、外环面411’、面积较小的侧表面412，扁管40内具有内部通道，内部通道沿扁管40的长度方向延伸，扁管40两端分别为一个平直段42，平直段42的端部插入第一集流管20与第二集流管30从而连通第一集流管20与第二集流管30。

第一集流管管体21侧壁上设置的多个孔211沿第一集流管管体21的轴向排列。第二集流管管体31侧壁上设置的多个孔311沿第二集流管管体31的轴向排列。这些扁管40大致成同心环状设置，扁管40之间大致互相平行，这样，当第一集流管20与第二集流管30并排在一起，侧壁大致贴合或贴近时，多条扁管40与并排在一起的第一集流管20、第二集流管30共同构成一个大致完整的环形幅面。

由于在管壁上开孔，径向孔比斜向孔加工更方便，成本低，故第一集流管管体21与第二集流管管体31侧壁上的孔都开在径向上，孔之间平行设置。扁管40包括主体段41及位于主体段两端的平直段42，如图7所示，主体段41呈弧形延伸，平直段42呈直线形延伸，两端的平直段42的至少一部分分别插入第一集流管管体21和第二集流管管体31的孔中，平直段42与集流管管体中心轴大致垂直，即便在组装扁管时，直插比斜插也更加方便快速。

如图7所示，相邻的扁管40之间设置有翅片，具体地，位于相对外侧的扁管的主体部41a的内环面411与位于其内侧相邻的扁管的主体部41b的外环面411’之间设置有翅片50，翅片的主体大致呈三角形或波浪形，这组翅片靠近外侧的扁管的主体部41a的内环面411的顶端部或者说峰部之间的间距L2的平均值大于其靠近内侧的扁管的主体部41b的外环面411’的端部或峰部之间的间距L1的平均值。假设集流管外径为d，壁厚为t，扁管40任一端的平直段42的纵向长度为s，则s≥(1/3～1/2)d；假设扁管平直段42插入开口内部分的深度为h，则t＜h≤(1/3～1/2)d。

扁管40的主体段41为C形，第一集流管20与第二集流管30并排大致贴合在一起，构成大致圆环形换热器。

扁管40内具有多个内部通道，由于不同扁管40内部通道的长度不同，从换热器中心向外通道长度递增，在通道大小流量相同时其流阻也随长度变化而不同，即从换热器中心向外流阻递增。为了保证微通道换热器各部分的换热性能大致均匀，使进入各不同扁管40的制冷剂量大致与其换热面积匹配，各扁管的内部通道的通流面积也可以设计成不同，具体来说，从换热器中心向外，扁管40的通流面积递增。如使不同扁管的通流面积与该扁管的长度成正比，如可以使相对外面的扁管400’的通流面积与其长度l’之比大致与相对内部的扁管400的通流面积与其长度l之比相同，这样换热器整体换热均匀，效率相对较好。

扁管40的通流面积的递增方式可以是逐级渐变式的，如1、2、3、4……；也可以是越级渐变式的，如1、1、2、2、3、3……，这里数字只是示意递增的方式，并不限定具体比值。这里的通流面积指的是同一扁管40的多条内部通道总的通流面积。因此，可以保持不同扁管40的每条内部通道401的通流面积不变的情况下，逐渐增加扁管40’内部通道401’的数量，如图9a所示；也可以保持不同扁管40的内部通道401数量不变，逐渐增大扁管40”每条内部通道401”的通流面积，如图9b所示；当然，也可以是其他形式，如图9c所示,相对内侧的扁管40具有多个内部通道401，但相对外侧的扁管40”’的内部通道401”’数量较少但相对要大，而使其总的流通面积要大于相对内侧的扁管。

所述多个内部通道在扁管40的横向上依次排列，在扁管40的横向大致均匀分布，以使流体能够均匀地进出各内部通道，以达到最佳的换热效果。

翅片50大体为纵向延伸，其两侧具有相对的峰部，翅片50分别设于相邻所述扁管的主体段面积较大的内外环面之间，翅片随扁管同向延伸，翅片的两峰部分别与相邻扁管相对的两承载表面焊接固定。

本实施例翅片采用的是波浪形的翅片50，翅片具有弹性，可变形，可塑性好，可以根据扁管的弯曲程度进行拉展延伸，以适合相邻扁管之间的安装空间，该翅片两侧的波峰即是上面所说的峰部。通过调整翅片50的密度也可以改善换热效果，具体来说，鉴于风速从换热器中心向外递增，可以从换热器由内向外，增加翅片50的密度。通常，采用单位长度内的翅片的波峰数来衡量其密度。从图10示例中可清楚地看出该换热器的翅片密度由内向外逐渐增加。

当然，翅片50的密度的递增方式可以是逐级渐变式的，如1、2、3、4……；也可以是越级渐变式的，如1、1、2、2、3、3……，这里数字只是示意递增的方式，并不限定具体比值。

在微通道换热器最内侧扁管40的内侧还设有内边板61，内边板61与最内侧扁管40大致保持平行延伸，二者之间设置有翅片50，内边板61也可选用扁管，只是其两端不与集流管连通。在换热器最外侧扁管40的外侧还设有外边板62，外边板62与最外侧扁管40大致保持平行延伸，二者之间设置有翅片50，外边板62也可选用扁管，其两端不与集流管连通。如图8所示，假设内边板61整体形成的环形孔部63的内径大致为d₀，则d₀＞2d(即集流管外径的两倍)。假设内边板61、外边板62的径向距离为r，集流管的长度为m，则r与m大致相同，以使换热器整体更加美观，且使集流管长度较短，节省了材料，降低了成本。

加工时，将微通道换热器的所有零部件准备好，并将相应扁管加工成相应所需的不同长度，并将不同长度的扁管弯折成具有平直段与主体段的结构，然后将扁管分别装入集流管对应的孔211，将其余零部件组装完成，并将相邻扁管之间、最内侧的扁管与内边板之间、最外侧的扁管与外边板之间装入长度不同的翅片，并进行组装固定，然后通过炉焊焊接固定。

换热器除了是同心环形还可以是其他环状结构如扁管是由多个弧形与直线形的组合，如扁管是大致呈多边形结构而组合而成的换热器，图11示出了一个单层两流程的多边形微通道换热器，其中扁管包括两端的平直段42、主体部41c，主体部41c包括多个以形成大致多边形的直段413及相邻直段413之间以用于过渡的多个弧段414，由内向外设置的两个相邻扁管之间在不同位置的间距大致相等，包括相邻的扁管直段413之间的间距与相邻弧段414之间的间距相等，且在相邻的扁管直段之间及相邻的扁管弧段之间均设置有翅片50。这里所说的多边形包括但不限于三角形、四边形、五边形、六边形等，其余结构及组装方式可参照上面，这里不再详述。

以上介绍的是两层的微通道换热器，还可以是更多层，层与层之间通过集流管-连接体-集流管的方式连通，其余结构可参照上面的描述。

本说明书中提到相邻扁管之间设置有翅片，这里“相邻扁管”指的是同一层之间沿换热器径向方向的相邻位置之间的扁管。

需要说明的是：以上实施例仅用于说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案，例如对“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”等方向性的界定，尽管本说明书参照上述的实施例进行了详细的说明，但是，本领域的普通技术人员应当理解，所属技术领域的技术人员仍然可以对上述实施例进行相互组合、修改或者等同替换，而一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改进，均应涵盖在本发明的权利要求范围内。

Claims (10)

1.一种微通道换热器，包括至少两层结构，即顶层和底层，每一层均包括两个集流管、设于两个集流管之间的多个扁管及设于相邻扁管之间的翅片，所述微通道换热器的中部包括一个大致封闭或非封闭的孔部，所述孔部没有设置扁管与翅片；每个所述扁管具有面积较大的两相对表面，所述扁管包括至少一个非直线段，该非直线段的弯折方向为朝向所述其中两个表面的内表面一侧弯折；每一扁管均具有至少一个内部通道，所述内部通道沿所述扁管的长度方向延伸；所述内部通道的两端分别与同层的两个集流管连通；所述翅片两侧具有相对的峰部，所述翅片分别设于相邻所述扁管之间，翅片随扁管同向延伸，所述翅片的两峰部分别与相邻扁管相对的两表面相接；相邻的两层之间通过取自各层的其中一个集流管连通，顶层和底层余下的各一个集流管分别设有用于外接的第一接口和第二接口。

2.如权利要求1所述的微通道换热器，其特征在于：相邻层连通的所述集流管通过连接体连通，两集流管与连接体三者之间设有相对应的流通孔。

3.如权利要求1所述的微通道换热器，其特征在于：所述扁管包括两端的平直段与主体部，所述非直线段设置在所述主体部，所述非直线段为折弯段或弧段，主体部的相邻所述扁管的两个表面之间设置有所述翅片；同一翅片的两端的峰部连接的两个扁管，沿所述长度方向的不同位置其主体部之间的间距大致相等。

4.如权利要求1所述的微通道换热器，其特征在于：所述第一集流管管与第二集流管大致为中空结构，沿所述第一集流管、第二集流管的轴向设置有多个与扁管的端部配合的孔，所述第一集流管的孔之间大致平行设置，所述第二集流管的孔之间大致平行设置。

5.如权利要求1所述的微通道换热器，其特征在于：所述微通道换热器大致为环状结构或包括环状结构，所述第一集流管与第二集流管大致平行设置，所述第一集流管与扁管的配合的孔与所述第一集流管的轴线大致垂直设置，所述第二集流管与扁管的配合的孔与所述第二集流管的轴线大致垂直设置。

6.如权利要求1所述的微通道换热器，其特征在于：所述微通道换热器与同一翅片连接的两根扁管中，所述翅片靠近外侧的扁管的内环面的峰部之间的间距(L2)的平均值大于其靠近内侧的扁管的外环面的峰部之间的间距(L1)的平均值；从所述微通道换热器的中心向外，所述扁管的内部通道的长度递增。

7.如权利要求1所述的微通道换热器，其特征在于：从所述微通道换热器中心向外，所述扁管的内部通道的总通流面积逐步增加，相对位于外部的扁管的内部通道的总通流面积大于等于相对位于内部的扁管的内部通道的总通流面积。

8.如权利要求1-7任一所述的微通道换热器，其特征在于：所述微通道换热器还包括内边板与外边板，内边板、外边板与所述扁管同向延伸，所述内边板与位于其相对外侧且相邻的扁管之间设置有翅片，所述外边板与与位于其相对内侧且与其相邻的扁管之间设置有翅片，所述第一集流管与第二集流管还分别包括两个端盖，所述第一集流管、第二集流管、扁管、翅片、内边板、外边板之间均通过焊接固定设置。

9.如权利要求1-7任一所述的微通道换热器，其特征在于：不同的扁管的通流面积与其长度之比大致相同。

10.如权利要求1-7任一所述的微通道换热器，其特征在于：不同的所述翅片的密度，即单位长度内的翅片峰数，从换热器的中心向外围逐渐变大。