CN106352605A - 一种微通道换热器及其在系统中的应用 - Google Patents

Abstract

一种微通道换热器，包括：至少一层结构，即第一层，第一层包括第一集流管、第二集流管、多个扁管及设于相邻扁管之间的翅片；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；所述扁管包括多个以形成大致多边形的直段及相邻直段之间以用于过渡的弧段。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

一种微通道换热器及其在系统中的应用

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。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。

发明内容

本发明是为了与风机配合，为此本发明采用如下技术方案：

一种微通道换热器，包括：至少一层结构，即第一层，第一层包括第一集流管、第二集流管、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；每个扁管具有面积较大的两相对承载表面，所述扁管包括多个以形成大致多边形的直段及相邻直段之间以用于过渡的多个弧段，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，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；所述翅片两侧具有相对的峰部，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，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；第一层的扁管的一端连通所述第一集流管，另一端连通所述第二集流管；所述第一集流管上设有第一接口。

所述扁管在长度方向上的两端还包括平直段；所述集流管上设有用于插接扁管的开孔，所述扁管平直段的至少一部分插入所述开孔内连通。

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。

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。

本发明还提供以下技术方案，一种微通道换热器在系统中的应用，包括轴流式风机及以上所述的微通道换热器，所述第一接口作为换热器进口，所述第二接口作为换热器出口，所述轴流式风机与换热器之间具有保持二者相对位置的约束，该约束被配置为：所述轴流式风机与换热器表面相对设置，所述轴流式风机的基座与所述换热器的内环中心大致重合，所述换热器可以位于轴流式风机的正面或背面。

所述微通道换热器位于轴流式风机的正面，所述换热器的内环直径与所述轴流式风机的基座大致相同，所述轴流式风机与换热器通过多个连接件连接，所述连接件一端与轴流式风机基座可拆卸式连接，另一端与换热器侧壁固定连接。

所述微通道换热器位于轴流式风机的背面，所述轴流式风机的基座大于所述换热器的内环直径，所述轴流式风机的基座顶面上设有弹性卡扣，所述弹性卡扣从所述换热器的内环中穿过，并与基座顶面配合把换热器的两表面夹紧；所述轴流式风机的基座上还设有定位结构，该定位结构具有一表面，该表面可与所述第一集流管或\和第二集流管的端面贴合，以防止所述换热器与轴流式风机相对旋转。

所述微通道换热器与轴流式风机上还设有容纳二者的风罩，所述风罩具有相对的进风口和出风口，所述进、出风口分别位于所述换热器与轴流式风机相背的两端。本发明换热器的环形设计，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第二集流管的结构示意图。

图6为图3所示微通道换热器的扁管的结构示意图。

图7为扁管内部通道通流面积递增的三种设计方案。

图8为风机与微通道换热器集成的一种方式的示意图。

图9为图8的后视图。

图10为风机与微通道换热器另一种集成方案的示意图。

图11为图10的主视图，图中省略翅片。

图12为图10中的风机结构示意图。

图13为风机与微通道换热器的另一种集成方案示意图。

图14为图13中的风机结构示意图。

图15为风机与微通道换热器的另一种集成方案示意图。

图16为微通道换热器在冰箱系统中的应用示意图。

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16。

如图3所示，微通道换热器包括第一集流管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，另外换热器还设置有位于内外两边的边板61,62。

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及其两端的第二端盖32、第二接管座33、第二接管34，第二接管34通过第二接管座33与第二集流管管体31连接固定并连通，第二接管34所在的接口作为换热器与系统连接的第二接口。第二集流管管体31也为中空结构，上面设置有多个供扁管40的端部插入的开孔311，扁管40的另一端伸入开孔311并通过焊接固定，第二集流管管体31的两端分别固定连接第二端盖32，使第二集流管30内形成相对封闭的腔体。

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表面，所述扁管成形后主体部分大体为多边形或异型结构，相应地，其构成的换热器整体也可以是多边形或异型，图3中示出了多边形的微通道换热器。微通道换热器包括集流管部4a、多个直边部4b、多个弧段部4c，本实施例中扁管包括两端的平直段42、主体部41，主体部41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。同样地在弧段部4c，翅片50设置于相对外侧的扁管的主体部41弧段414的内环面与位于其内侧相邻的扁管的主体部41弧段的外环面之间，这组翅片靠近外侧的扁管的弧的内环面的顶端部之间的间距的平均值大于其靠近内侧的扁管的主体部的外环面的端部之间的间距的平均值。微通道换热器的中部区域没有设置扁管与翅片，而形成一个大致呈多边形的孔部63。这里仅指出，多边形或异型换热器与环形换热器相比，其处理的难点在于边与边的转角处，翅片容易出现大张角，例如A、B、C、D等处，此处可能出现换热的大致盲点，图3中边与边的转角处做了圆角处理，使相邻扁管的圆角处的径向距离与相邻扁管的边的垂直距离相等，以尽可能的保持翅片的密度均匀，同时减小了尖角扁管内的流阻。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。

第一集流管管体21侧壁上设置的多个开孔211沿第一集流管管体21的轴向排列。第二集流管管体31侧壁上设置的多个开孔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多边形幅面。

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侧壁上的开孔都开在径向上，开孔之间平行设置。扁管两端的平直段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的开孔中，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。

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的顶端部之间的间距的平均值大于其靠近内侧的扁管的主体部41b的外环面411’的端部之间的间距的平均值。

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7a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7b所示；当然，也可以是其他形式，如图7c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，其两侧具有相对的承接部，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，翅片的两承接部分别与相邻扁管相对的两表面焊接固定。

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承接部。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。

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。内边板61、外边板62的垂直距离与集流管的长度大致相同，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开孔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。

该环形微通道换热器可以与轴流式风机配合使用，但需要指出的是，轴流式风机并非必要的使用限制条件。在二者配置时，轴流式风机与换热器表面可以是相对分离式的，也可以是集成式的。轴流式风机与换热器表面相对分离式设置，即二者不直接连接。在系统中，换热器设置第二接口的一面可背向轴流式风机设置，换热器的内环孔部63的直径设计成与轴流式风机基座直径大致相同，换热器的内环中心与轴流式风机基座中心大致重合。

承前述，轴流式风机与换热器也可以是集成式设计，换热器可以集成到风机的正面或者称为扇叶侧，也可以集成到风机的背面或者称为基座侧。图8、图9示出的是换热器集成到风机正面的一种方式的示意图，换热器的外边板62与若干连接支架70固定设置，连接支架70用以固定支撑风机10与换热器，连接支架70则可以设计成多种不同延伸形状，如直线形、曲线形、异型等不拘。图中示例的是四个L形支架，其一端与换热器的外边板62铆接或压接，另外也可通过焊接固定；另一端则与风机10的基座11卡扣式连接，也可以采用螺纹连接。

图10-图12示出的是换热器集成到风机背面的示意图，风机10的基座11外径略大于内边板61围成的孔部的内径，基座11的周边设置有多个弹性卡扣12，当基座11的顶面抵到内边板61时，弹性卡扣12从内边板61的内环中穿过并扣紧内边板61的另一侧。基座11大致为圆柱形，在其圆柱形的侧壁上具有一平坦的定位面，该定位面与换热器的两集流管的内侧端面贴合，以防止风机旋转。当然，定位方式除了在基座上加工定位面，还可以在基座上固定设置定位板13，如图13、图14所示，这里不再详述。

承前述，轴流式风机的风吹向换热器表面时，周边的风会有向外离散的现象，为了聚拢离散出去的风量，提高换热效果，可以在外围加一个风罩14，如图15所示。该风罩14大致呈圆筒状，具有相对的进风口和出风口，进、出风口分别位于换热器与风机相背的两端，风罩14可以只包围而不连接换热器和风机，也可以与换热器的外边板62连接固定。由于多边形换热器与圆筒状的风罩14有间隙，可以把风罩的位于微通道换热器一边的端部设计成与换热器外形适配的大致多边形结构，使其与外边板紧密配合，风就不会从间隙中通过，可以改善换热效果。该换热器可以应用到制冷系统中，图16给出了一个冰箱系统的示例，冰箱15中包括制冷的主要部件，如压缩机151、蒸发器(在冰箱内部上侧，未示出)、毛细管152、干燥器153，本发明的一种微通道换热器作为冷凝器与冷凝水盘154相对固定设置，微通道换热器的第一接口作为进口，与压缩机排气管155连通，换热器的第二接口作为出口，与冷凝器出口管156连通，来自蒸发器的冷凝水或化霜的水流到冷凝水盘154，然后在冷凝水盘里被压缩机排气管155的一部分加热汽化，使压缩机排气管过来的制冷剂温度可以降低,起到辅助冷凝的作用，空气被吹走用来冷却压缩机151。

微通道换热器还可以是多流程的，如将第一集流管用隔板分开分为两个相对隔离的第一集流腔与第二集流腔，第一接口与第一集流腔连通，第二接口与第二集流腔连通，制冷剂从第一接口流入第一集流腔，然后经与第一集流腔连通的部分扁管流到第二集流管，再经由与第二集流管连通的另外部分扁管流回第二集流腔，再经由第二接口流出。换热器还可以是多层的，还可以包括第三集流管，制冷剂经第一层的换热经第三集流管到第二层，再经由扁管流到第二集流管，再流出换热器。

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：至少一层结构，即第一层，第一层包括第一集流管、第二集流管、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；每个扁管具有面积较大的两相对表面，所述扁管包括多个以形成大致多边形的直段及相邻直段之间以用于过渡的弧段，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，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；所述翅片两侧具有相对的峰部，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，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；第一层的扁管的一端连通所述第一集流管，另一端连通所述第二集流管；所述第一集流管上设有第一接口。

2.如权利要求1所述的微通道换热器，其特征在于：所述扁管在长度方向上的两端还包括平直段；所述集流管上设有用于插接扁管的开孔，所述扁管平直段的至少一部分插入所述开孔内连通。

3.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。

4.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。

5.如权利要求1-4任一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。

6.如权利要求1-4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。

7.一种微通道换热器在系统中的应用，包括轴流式风机及以上1-6任一项所述的微通道换热器，所述第一接口作为换热器进口，所述第二接口作为换热器出口，所述轴流式风机与换热器之间具有保持二者相对位置的约束，该约束被配置为：所述轴流式风机与换热器表面相对设置，所述轴流式风机的基座与所述换热器的内环中心大致重合，所述换热器可以位于轴流式风机的正面或背面。

8.如权利要求7所述的一种微通道换热器在系统中的应用，其特征在于：所述微通道换热器位于轴流式风机的正面，所述换热器的内环直径与所述轴流式风机的基座大致相同，所述轴流式风机与换热器通过多个连接件连接，所述连接件一端与轴流式风机基座可拆卸式连接，另一端与换热器侧壁固定连接。

9.如权利要求7所述的一种微通道换热器在系统中的应用，其特征在于：所述微通道换热器位于轴流式风机的背面，所述轴流式风机的基座大于所述换热器的内环直径，所述轴流式风机的基座顶面上设有弹性卡扣，所述弹性卡扣从所述换热器的内环中穿过，并与基座顶面配合把换热器的两表面夹紧；所述轴流式风机的基座上还设有定位结构，该定位结构具有一表面，该表面可与所述第一集流管或\和第二集流管的端面贴合，以防止所述换热器与轴流式风机相对旋转。

10.如权利要求7-9任一所述的一种微通道换热器在系统中的应用，其特征在于：所述微通道换热器与轴流式风机上还设有容纳二者的风罩，所述风罩具有相对的进风口和出风口，所述进、出风口分别位于所述换热器与轴流式风机相背的两端。