CN107024130B - 换热器扁管、换热器及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种换热器扁管、换热器及其制造方法，所述换热器扁管整体呈扁带形，换热器扁管横截面中有一个以上微通道，换热器扁管横截面的上下壁面呈圆弧形，当所述换热器扁管处于安装部位时，换热器扁管横截面的流入端为水平设置，而换热器扁管横截面的流出端按照圆弧切向方向朝斜下设置。利用本发明的换热器扁管、换热器及其制造方法，能够减少换热器扁管表面的冷凝水滞留量，降低化学腐蚀发生率，延长换热器寿命；另外还能减小对气流流动的影响，降低噪音。

Description

换热器扁管、换热器及其制造方法

技术领域

本发明涉及热能工程技术领域，特别是涉及到换热设备及其换热部件的构造和加工工艺。

背景技术

换热器(heat exchanger)，是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，又称热交换器。换热器是化工、石油、动力、食品及其它许多工业生产中占有重要地位。在化工生产中换热器可作为加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器等，应用更加广泛。

换热器根据结构和换热部件的构型包括多种类型。其中，微通道换热器已有部分产品应用于家用、商用空调，并且现有技术趋于成熟，关键技术得到突破，可以预见，未来几年将是微通道换热器快速发展的黄金时期，越来越多品质优良的产品将进入市场。但是，由于铝材质等金属材质应用技术的约束，微通道换热器尚存在诸多短板，比如耐腐蚀性能不强，在使用中极易发生化学腐蚀，大大缩短产品使用寿命。

换热器中的典型部件是换热部件，一种典型的换热部件如图1所示，是一种换热器扁管。该换热器扁管横截面呈扁平状，两端为圆角矩形，中部有多个微通道。当进行换热操作时，热气流沿着换热器扁管的上下表面通过，从图示一端流向另一端，另一方面冷流体(例如冷水)从换热器扁管内的微通道中流过，带走换热器扁管从热气流获得的热量。

由于换热器扁管表面的换热过程而在换热器扁管表面产生了温度梯度，这样会导致所述表面上产生冷凝水，冷凝水的滞留形成了有利于化学腐蚀的高湿环境，大大缩短换热器的使用寿命。

为此，一种解决方案如图2所示，其主要思路是将换热器扁管倾斜固定，这样所述表面上产生的冷凝水将会由于重力而自行滴落，但是这样配置带来的问题是热气流方向由于在通过换热器扁管时发生了突变，对热气流的流动造成了较大的风阻，而且因为气流速度变化形成的湍流，会进一步产生噪音。

发明内容

鉴于此，本发明的目的克服现有技术中存在的问题，提供一种既能够避免冷凝水导致换热器扁管的化学腐蚀，又能减小风阻，避免产生噪音的换热器扁管、换热器及其制造方法。

为了实现此目的，本发明采取的技术方案为如下。

一种换热器扁管，所述换热器扁管整体呈扁带形，换热器扁管横截面中有一个以上微通道，换热器扁管横截面的上下壁面呈圆弧形，当所述换热器扁管处于安装部位时，换热器扁管横截面的流入端为水平设置，而换热器扁管横截面的流出端按照圆弧切向方向朝斜下设置。

其中，所述换热器扁管横截面上下壁面的圆弧对应的形状为：流入端的切向方向与流出端的切向方向之间的夹角不大于30度。

另外，所述换热器扁管横截面中的微通道形状为三角形、梯形或六边形。

特别地，所述换热器扁管的组成材料为铝、铜或铝合金。

一种换热器，包括多个联排翅片、一个以上换热器扁管、流体进入通道和流体流出通道，联排翅片固定所述一个以上换热器扁管，所述换热器扁管整体呈扁带形，换热器扁管横截面中有一个以上微通道，流体进入通道和流体流出通道连接至微通道，换热器扁管横截面的上下壁面呈圆弧形，当所述换热器扁管处于安装部位时，换热器扁管横截面的流入端为水平设置，而换热器扁管横截面的流出端按照圆弧切向方向朝斜下设置，

联排翅片上具有一个以上圆弧形切口，与所述一个换热器扁管相适配。

其中，所述流体进入通道和流体流出通道包括左集流管和右集流管，其中右集流管上有出口和入口，出口和入口之间具有隔板，右集流管入口和与之相通的换热器扁管微通道组成流体进入通道，右集流管出口和与之相通的换热器扁管微通道组成流体流出通道，左集流管构成流体进入通道和流体流出通道之间的连接部。

另外，所述换热器扁管横截面上下壁面的圆弧对应的形状为：流入端的切向方向与流出端的切向方向之间的夹角不大于30度。

所述多个联排翅片中相邻联排翅片在换热器扁管的流出端方向连接为一体，在换热器扁管的流入端方向相互分离。

特别地，所述换热器扁管横截面中的微通道形状为三角形、梯形或六边形。

一种换热器制造方法，包括以下步骤：A、将金属熔化为液态，注入模具挤压成型形成换热器扁管，所述模具内腔呈扁带形，内腔上下壁面呈圆弧形，腔内有一个以上模具组件使得换热器扁管中具有一个以上微通道；

B、将多个薄片形材料中的每个切割一个以上圆弧形切口形成联排翅片，所述圆弧形切口形状与所述换热器扁管相适配；

C、排列所述一个以上换热器扁管，并排列所述多个联排翅片，将所述一个以上换热器扁管插入多个联排翅片的圆弧形切口中，使得当所述多个联排翅片竖直放置时，换热器扁管横截面的流入端为水平设置，而换热器扁管横截面的流出端按照圆弧切向方向朝斜下设置；

D、在一个以上换热器扁管的两侧分别安装左集流管和右集流管。

通过采用本发明的换热器扁管、换热器及其制造方法，能够减少换热器扁管表面的冷凝水滞留量，降低化学腐蚀发生率，延长换热器寿命；另外还能减小对气流流动的影响，降低噪音；并且制造方法可以减少钎焊时的熔蚀现象，提高换热器加工的成品率。

附图说明

图1是现有技术中一种换热器扁管的结构示意图；

图2是现有技术中一种换热器的结构示意图；

图3是根据本发明具体实施方式一种换热器扁管的结构示意图；

图4(a)至图4(c)是根据本发明具体实施方式多种换热器扁管横截面的结构示意图；

图5(a)至图5(d)至是根据本发明具体实施方式反映出换热器的制作方法中各个环节的示意图；

图6是根据本发明具体实施方式换热器的爆炸图；

图7是根据本发明具体实施方式换热器集流管的剖视图；

图8是利用本发明较优实施例和现有技术中不同扁管形状导致气流流动情况的效果示意图；

图9是利用本发明较优实施例和现有技术换热器的温度场分布图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作详细说明。

以下公开详细的示范实施例。然而，此处公开的具体结构和功能细节仅仅是出于描述示范实施例的目的。

然而，应该理解，本发明不局限于公开的具体示范实施例，而是覆盖落入本公开范围内的所有修改、等同物和替换物。在对全部附图的描述中，相同的附图标记表示相同的元件。

同时应该理解，如在此所用的术语″和/或″包括一个或多个相关的列出项的任意和所有组合。另外应该理解，当部件或单元被称为″连接″或″耦接″到另一部件或单元时，它可以直接连接或耦接到其他部件或单元，或者也可以存在中间部件或单元。此外，用来描述部件或单元之间关系的其他词语应该按照相同的方式理解(例如，″之间″对″直接之间″、″相邻″对″直接相邻″等)。

图3中示出了一种依据本发明具体实施方式的换热器扁管结构示意图，从图中可以看出，换热器扁管7横截面中也设置有微通道71，横截面的上下壁面72呈圆弧型，当换热器扁管7处于安装部位时，换热器扁管7横截面的热气流流入一端(称为流入端)为水平设置，而换热器扁管7横截面的热气流流出一端(称为流出端)按照圆弧切向方向朝斜下设置，较优的，换热器扁管7横截面的两端呈圆弧状。

这样，由于换热器扁管7横截面的流出端按照圆弧切向方向朝斜下设置，可以利用表面上的冷凝水自身的重力导致冷凝水滴落，由此避免了冷凝水的滞留，因此也降低化学腐蚀发生率，延长了换热器寿命。另外，由于换热器扁管7横截面的上下壁面72呈圆弧型，换热器扁管7横截面的流入端为水平设置，且换热器扁管7横截面的两端呈圆弧状，这样的设置能够减小对于热气流的阻力，减小对气流流动的影响并降低噪音。

利用本发明具体实施方式中的圆弧形换热器扁管7能够避免对于输入流体速度造成影响，但当圆弧对应的圆心角(即圆弧两端切线方向的夹角，图3b中的角α)过大时，仍然会对输入流体造成较大的影响，因此在一个具体实施方式中，应当对于圆弧中心角进行限制。

通过仿真分析可知，当圆弧对应的圆心角小于30度时，能够保证对于流体速度的影响小于10％，因此，在本发明一个具体实施方式中，换流器扁管7横截面的圆弧表面所对应的圆弧中心角小于或等于30度，亦即换热器扁管7横截面上下壁面72的圆弧对应的形状为：流入端的切向方向与流出端的切向方向之间的夹角不大于30度。

另外，对于圆弧形换热器扁管7的微通道71而言，如果微通道71较大，导致圆弧形换热器扁管7能够承受压力的能力较差，容易出现破裂、漏液的状态，而如果微通道71较小，亦即微通道71的壁厚过厚，则会导致换热效率下降，减少冷流体从热气流带走的热量。

为了克服这一问题，可以选择圆弧形换热器扁管7的微通道71的截面形状，例如如图4(a)、4(b)和4(c)所示，在本发明具体实施方式中，设定微通道的截面形状为三角形、梯形或六边形，这样一方面可以增大冷流体的换热面积，另一方面可以确保换热器扁管7的承压能力。

同理，构成换热器扁管7的材料应该兼顾换热效率和承压能力，因此在本发明的具体实施方式中，换热器扁管7的组成材料为铝、铜或铝合金。例如换热器扁管7由纯铝构成时，加工容易，材料传热性能好，但是承压能力受到了限制；又如换热器扁管7由纯铜构成时，材料传热性能好、承压能力高，但加工较困难，而且成本也较高；如果换热器扁管7由铝合金，例如镁铝合金构成时，其传热性能比纯铝或纯铜稍有下降，但承压能力得到了保障。

图5(a)中显示出了一个以上换热器扁管7，图5(b-1)和图5(b-2)中显示出了多个联排翅片6，联排翅片6上具有与换热器扁管7相适配的圆弧形切口。

图5(c)中显示出了将一个以上换热器扁管7和多个联排翅片6装配在一起的图，图5(d)中显示出了将左集流管1和右集流管2也装配在一起的完成示图。

另外，如图6和图7所示，本发明的具体实施方式中还包括一种换热器，包括多个联排翅片6、一个以上换热器扁管7、流体进入通道和流体流出通道，流体进入通道和流体流出通道包括左集流管1和右集流管2，其中右集流管2上有出口4和入口3，出口4和入口3之间具有隔板5，右集流管2的入口3和与之相通的换热器扁管7微通道组成流体进入通道，右集流管2的出口4和与之相通的换热器扁管7微通道组成流体流出通道，左集流管1构成流体进入通道和流体流出通道之间的连接部。

联排翅片6固定一个以上换热器扁管7，换热器扁管7整体7呈扁带形，换热器扁管7横截面中有一个以上微通道71，流体进入通道和流体流出通道连接至微通道71，其中，

换热器扁管7横截面的上下壁面呈圆弧形，两端呈圆角形，当换热器扁管7处于安装部位时，换热器扁管7横截面的流入端为水平设置，而换热器扁管7横截面的流出端按照圆弧切向方向朝斜下设置，

联排翅片6上具有一个以上圆弧形切口，与一个换热器扁管7相适配。

由于本具体实施方式中换热器扁管7横截面的流出端按照圆弧切向方向朝斜下设置，可以利用表面上的冷凝水自身的重力导致冷凝水滴落，由此避免了冷凝水的滞留，因此也降低化学腐蚀发生率，延长了换热器寿命。另外，由于换热器扁管7横截面的上下壁面呈圆弧型，换热器扁管7横截面的流入端为水平设置，且换热器扁管7横截面的两端呈圆弧状，这样的设置能够减小对于热气流的阻力，减小对气流流动的影响并降低噪音。

本专利描述中，″左″和″右″或者″上″和″下″只是为了表示方位上的区别，并不只是限定在换热器扁管7的左边或右边，例如从换热器扁管7的前方或后方看，左和右本来就会互易。

当然，本发明并不局限于以上配置，例如出口和入口也可以分别设置在左集流管1和右集流管2上，本领域内技术人员应当能够理解不同方位的流体进入通道和流体流出通道也能够实现相同或相近的技术效果。

另外，在本发明一具体实施方式中，换热器扁管7横截面上下壁面71的圆弧对应的形状为：流入端的切向方向与流出端的切向方向之间的夹角不大于30度。

在本发明另一具体实施方式中，多个联排翅片中相邻联排翅片在换热器扁管7的流出端方向连接为一体，在换热器扁管7的流入端方向相互分离，这样能够更进一步促进冷凝水的滴落。

与前述内容相对应，本发明还公开了一种换热器制造方法，该方法包括以下步骤：

A、将金属熔化为液态，注入模具挤压成型形成一个以上换热器扁管7，模具内腔呈扁带形，内腔上下壁面呈圆弧形，两端呈圆角形，腔内有一个以上模具组件使得换热器扁管7中具有一个以上微通道71；

B、将多个薄片形材料中的每个切割一个以上圆弧形切口形成联排翅片6，圆弧形切口形状与换热器扁管7相适配；

C、排列一个以上换热器扁管7，并排列多个联排翅片6，将一个以上换热器扁管7插入多个联排翅片6的圆弧形切口中，使得当多个联排翅片6竖直放置时，换热器扁管7横截面的流入端为水平设置，而换热器扁管7横截面的流出端按照圆弧切向方向朝斜下设置；

D、在一个以上换热器扁管7的两侧分别安装左集流管1和右集流管2。

以上方法中，步骤之间的顺序并非必须严格遵从由步骤A到步骤D的方式，例如也可以先加工联排翅片，再加工换热器扁管7，或者先将左集流管1和右集流管2安装在换热器扁管7的两侧，再将联排翅片和换热器扁管7组装在一起，对于本发明所要实现的技术效果并不会构成影响。

图8为利用本发明具体实施方式中的换热器扁管所取得的技术效果的示意图，图中分别比较了相近出口流量的情况下，普通平板式换热器扁管水平放置、平板式换热器扁管倾斜放置、角度突变换热器扁管和本发明具体实施方式换热器扁管周围的流体速度分布，从图中可以看出，本发明具体实施方式换热器扁管与现有技术中普通平板式换热器扁管水平放置相近，对流体流动没有造成影响；而倾斜放置的平板式换热器扁管、角度突变换热器扁管则对气流造成了明显的影响，造成了气流速度的突变。一旦应用于换热器中，由于其内部设置有多个平行布置的换热器扁管，倾斜放置平板扁管、角度突变扁管会对输入流体(例如气体)造成更大的影响，特别地，还会导致噪音产生、换热效率下降等问题。

图9为利用本发明具体实施方式中的换热器扁管7所取得的技术效果的示意图，图中比较了水平放置的普通平板式换热器扁管和本发明具体实施方式换热器扁管的换热效果，从图中可以看出，由于本发明具体实施方式换热器扁管为圆弧形，相对于水平放置的普通平板式换热器扁管7宽度更宽，在相同换热器厚度的情况下，换热器扁管与热气流的接触面积更大，因此也就有了更高的换热效果。

需要说明的是，上述实施方式仅为本发明较佳的实施方案，不能将其理解为对本发明保护范围的限制，在未脱离本发明构思前提下，对本发明所做的任何微小变化与修饰均属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种换热器，包括多个联排翅片、一个以上换热器扁管、流体进入通道和流体流出通道，联排翅片固定所述一个以上换热器扁管，所述换热器扁管整体呈扁带形，换热器扁管横截面中有一个以上微通道，流体进入通道和流体流出通道连接至微通道，其特征在于:

换热器扁管横截面的上下壁面呈圆弧形，当所述换热器扁管处于安装部位时，换热器扁管横截面的流入端为水平设置，而换热器扁管横截面的流出端按照圆弧切向方向朝斜下设置，

联排翅片上具有一个以上圆弧形切口，与所述一个换热器扁管相适配。

2.根据权利要求1中所述的换热器，其特征在于，所述流体进入通道和流体流出通道包括左集流管和右集流管，其中右集流管上有出口和入口，出口和入口之间具有隔板，右集流管入口和与之相通的换热器扁管微通道组成流体进入通道，右集流管出口和与之相通的换热器扁管微通道组成流体流出通道，左集流管构成流体进入通道和流体流出通道之间的连接部。

3.根据权利要求1中所述的换热器，其特征在于，所述换热器扁管横截面上下壁面的圆弧对应的形状为：流入端的切向方向与流出端的切向方向之间的夹角不大于30度。

4.根据权利要求1中所述的换热器，其特征在于，所述多个联排翅片中相邻联排翅片在换热器扁管的流出端方向连接为一体，在换热器扁管的流入端方向相互分离。

5.根据权利要求1中所述的换热器，其特征在于，所述换热器扁管横截面中的微通道形状为三角形、梯形或六边形。

6.一种换热器制造方法，包括以下步骤：

A、将金属熔化为液态，注入模具挤压成型形成换热器扁管，所述模具内腔呈扁带形，内腔上下壁面呈圆弧形，腔内有一个以上模具组件使得换热器扁管中具有一个以上微通道；

B、将多个薄片形材料中的每个切割一个以上圆弧形切口形成联排翅片，所述圆弧形切口形状与所述换热器扁管相适配；

C、排列所述一个以上换热器扁管，并排列所述多个联排翅片，将所述一个以上换热器扁管插入多个联排翅片的圆弧形切口中，使得当所述多个联排翅片竖直放置时，换热器扁管横截面的流入端为水平设置，而换热器扁管横截面的流出端按照圆弧切向方向朝斜下设置；

D、在一个以上换热器扁管的两侧分别安装左集流管和右集流管。