CN107883801A - 换热扁管和微通道换热器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种换热扁管和微通道换热器。该换热扁管包括多个微通道(2)，至少一个微通道(2)的内周壁上设置有换热凹槽(3)。根据本发明的换热扁管，能够有效提升微通道换热器的换热性能。

Description

换热扁管和微通道换热器

技术领域

本发明属于换热设备技术领域，具体涉及一种换热扁管和微通道换热器。

背景技术

随着换热器件尺寸的进一步减小，热质输运方面的要求显得尤为迫切，微通道换热器在微尺度条件下利用工质相变传热，相比于传统的管带式、管片式换热器单位体积内有更高的换热量以及更小的金属消耗。

目前，应用在汽车工程中的换热器主要为管带式、管片式换热器，其金属材料消耗大，体积大，换热器的结构型式、材料性能、制造工艺整体水平较低，而且直接影响系统的制冷、散热性能以及金属材料的消耗。

近年来，平行流微通道换热器的应用也日趋广泛，成为主流。微通道换热器相比于管带式管片式换热器，其主要利用微尺度效应以达到更高的换热性能。然而，随着微通道换热器的逐渐普及以及工程应用中对换热能力需求的日益提高，目前常用的传统微通道换热器的换热能力仍与实际要求存在5％-10％的差距。因此，迫切需要对现有微通道换热器进行改进提升，以满足工程应用要求。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于提供一种换热扁管和微通道换热器，能够有效提升微通道换热器的换热性能。

为了解决上述问题，本发明提供一种换热扁管，包括多个微通道，至少一个微通道的内周壁上设置有换热凹槽。

优选地，换热凹槽沿工质流动方向在微通道的内周壁上延伸。

优选地，多个换热凹槽沿着周向方向在微通道的内周壁上间隔设置。

优选地，换热凹槽的截面为V型或者U型。

优选地，换热凹槽的开口宽度为R，换热凹槽的深度为H，H/R的范围为2.5至4。

优选地，H/R为3。

优选地，R为0.02mm；和/或，H为0.02至0.08mm。

优选地，换热扁管的宽度L为20至23mm；和/或，换热扁管的厚度D为 1.3至1.5mm；和/或，微通道的宽度d为0.6至0.7mm；和/或，换热扁管的厚度δ2为0.25至0.30mm；和/或，相邻的两个微通道之间的间隔δ1为0.25至 0.30mm。

优选地，换热凹槽为圆锥槽，多个换热凹槽均布在微通道的内周壁上。

根据本发明的另一方面，提供了一种微通道换热器，包括换热扁管，换热扁管为上述的换热扁管。

优选地，微通道换热器还包括第一集流管和第二集流管，第一集流管设置在换热扁管的第一端，第二集流管设置在换热扁管的第二端，多个换热扁管沿着第一集流管的长度方向间隔分布，第一集流管上设置有分程隔板，位于分程隔板第一侧的第一集流管上连接有第一连接管，位于分程隔板第二侧的第一集流管上连接有第二连接管。

优选地，相邻的两个换热扁管之间设置有换热翅片；和/或，位于最上侧的换热扁管和/或位于最下侧的换热扁管上设置有边板。

本发明提供的换热扁管包括多个微通道，至少一个微通道的内周壁上设置有换热凹槽。该换热扁管的微通道内周壁上设置了换热凹槽，可以优化换热器性能，增加气化核心数，提高管内换热面积，强化微通道的临界换热能力和汽液输送效率，提高了微通道换热器的整体换热性能。

附图说明

图1是本发明实施例的微通道换热器的结构示意图；

图2是本发明第一实施例的换热扁管的立体结构示意图；

图3是本发明第一实施例的换热扁管的结构示意图；

图4是本发明第一实施例的换热扁管的换热凹槽尺寸结构图；

图5是本发明第二实施例的换热扁管的结构示意图；

图6是图5的A-A向剖视结构示意图；

图7是图6的L处的放大结构示意图。

附图标记表示为：

1、换热扁管；2、微通道；3、换热凹槽；4、第一集流管；5、第二集流管；6、分程隔板；7、第一连接管；8、第二连接管；9、换热翅片；10、边板。

具体实施方式

结合参见图1至7所示，根据本发明的实施例，换热扁管1包括多个微通道2，至少一个微通道2的内周壁上设置有换热凹槽3。

该换热扁管1的微通道内周壁上设置了换热凹槽3，可以优化换热器性能，增加气化核心数，提高管内换热面积，强化微通道的临界换热能力和汽液输送效率，提高了微通道换热器的整体换热性能。

结合参见图2至图4所示，根据本发明的第一实施例，换热凹槽3沿工质流动方向在微通道2的内周壁上延伸。换热凹槽3沿工质流动方向延伸，能够对工质流动起到导流作用，减少工质的流动阻力，提高工质的流动效率。

优选地，多个换热凹槽3沿着周向方向在微通道2的内周壁上间隔设置，可以使微通道2的壁面上形成更多换热凹槽3，从而更加有效地提高工质在微通道2内的换热效率。

在本实施例中，换热凹槽3的截面为V型或者U型，在本实施例中，换热凹槽3的截面为V型，优选地，换热凹槽的两个斜面的宽度相同。

换热扁管1内分别开设平行布置的微通道2，并在微通道2的上下壁面上沿工质的流动方向开设纵向V型凹槽。工质流经微通道进行汽液两相流动时，由于换热扁管1内的微通道2上开设有V型凹槽，工质易在V型凹槽内产生汽化核心，形成气泡。相比普通换热扁管，在扁管内微通道上开设V型凹槽后，可为微通道内的汽液两相流动提供稳定的汽化核心，强化的沸腾换热效果。同时纵向V型槽的开设，扩展了微通道内的传热面积，可提高汽液两相流动过程中的微通道内的汽液输送效率，防止微通道出现汽塞现象。

微通道的加工方式采用模具拉拔而成，在现有模具基础上添加倒V型凸起，可拉拔出本申请提出的V型凹槽微通道换热器。通过改变模具上倒V型凸起结构，可改变微通道换热器内的换热凹槽尺寸。

优选地，换热凹槽3的开口宽度为R，换热凹槽3的深度为H，H/R的范围为2.5至4。

更优选地，H/R为3。

在本实施例中，R为0.02mm；H为0.02至0.08mm。当H/R为3时，R 为0.02mm，H为0.06mm，此时微通道换热器的换热凹槽的尺寸最佳。当然，R和H也可以选用其他的数值，也可以有效提高微通道换热器的换热性能。

当换热凹槽3采用H/R为3，R为0.02mm，H为0.06mm的V型结构时，可在最大程度上提高微通道换热的汽化核心数量，强化微通道内的沸腾换热性能。

优选地，换热扁管1的宽度L为20至23mm；和/或，换热扁管1的厚度 D为1.3至1.5mm；和/或，微通道2的宽度d为0.6至0.7mm；和/或，换热扁管1的厚度δ2为0.25至0.30mm；和/或，相邻的两个微通道2之间的间隔δ1 为0.25至0.30mm。

在实验工况下开设不同尺寸V型凹槽后得到微通道对于的临界热流密度(Criticalheatflux，CHF)，如表1所示：

表1常规微通道与V型凹槽微通道对比

根据V型凹槽核化理论，V型顶角(即凹槽H/R)在一定尺寸范围内时，凹槽内残留的气体(或杂质)将成为汽化核心的胚核。临界热流密度CHF表征微通道的极限换热能力，是评定微通道性能的重要指标。壁面过热度和压降波动体现微通道的传热状况，是判断临界热流密度发生与否的重要依据，通过不断提高微通道的热流密度，观察内通道内壁面过热度和压降波动即可判断出微通道的临界热流密度。研究发现，带V型凹槽微通道的换热性能普遍高于传统微通道，当凹槽尺寸H/R＝3时，其更易形成稳定的汽化核心，对应的临界热流密度CHF最高为500kW/m2。

同时V型凹槽结构可以扩展微通道换热器的换热扁管内部换热面积，开设 V型凹槽后其换热面积可以增加13％。在汽液两相流动过程中汽塞现象会导致微通道换热器换热性能降低，在微通道内沿流动方向开设V型凹槽后可对气泡流动进行疏导，增加了汽液输送效率以及流通截面积，对流动传热过程有一定的促进作用。

结合参见图5至图7所示，根据本发明的第二实施例，换热凹槽3为圆锥槽，多个换热凹槽3均布在微通道2的内周壁上。当然，上述的圆锥槽也可以用棱锥槽来代替。

结合参见图1所示，根据本发明的实施例，微通道换热器包括换热扁管1，换热扁管1为上述的换热扁管。

微通道换热器还包括第一集流管4和第二集流管5，第一集流管4设置在换热扁管1的第一端，第二集流管5设置在换热扁管1的第二端，多个换热扁管1沿着第一集流管4的长度方向间隔分布，第一集流管4上设置有分程隔板 6，位于分程隔板6第一侧的第一集流管4上连接有第一连接管7，位于分程隔板6第二侧的第一集流管4上连接有第二连接管8。

本申请在车用微通道换热器基础上进行性能改进优化，在微通道换热器上下壁面分别开设换热凹槽3。其中流动工质从第一连接管7中流入第一集流管 4，第一集流管4自上而下依次开口与换热扁管1相连，第一集流管4内设有分程隔板6，迫使工质从第一集流管4流经换热扁管1到第二集流管5，再经换热扁1，流回第一集流管4，并从第二连接管8中流出。

优选地，相邻的两个换热扁管1之间设置有换热翅片9。通过在相邻的换热扁管1之间设置换热翅片9，能够有效扩展微通道换热器的换热面积，提高微通道换热器的换热性能。

优选地，换热扁管1水平设置，多个换热扁管1沿着从上到下的方向依次间隔设置，位于最上侧的换热扁管1和/或位于最下侧的换热扁管1上设置有边板10。边板10可以强化换热器整体性能，并对换热扁管1起到一定的保护作用。

本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (12)

1.一种换热扁管，其特征在于，包括多个微通道(2)，至少一个所述微通道(2)的内周壁上设置有换热凹槽(3)。

2.根据权利要求1所述的换热扁管，其特征在于，所述换热凹槽(3)沿工质流动方向在所述微通道(2)的内周壁上延伸。

3.根据权利要求2所述的换热扁管，其特征在于，多个所述换热凹槽(3)沿着所述微通道(2)的周向方向在所述微通道(2)的内周壁上间隔设置。

4.根据权利要求2所述的换热扁管，其特征在于，所述换热凹槽(3)的截面为V型或者U型。

5.根据权利要求4所述的换热扁管，其特征在于，所述换热凹槽(3)的开口宽度为R，所述换热凹槽(3)的深度为H，H/R的范围为2.5至4。

6.根据权利要求5所述的换热扁管，其特征在于，H/R为3。

7.根据权利要求5所述的换热扁管，其特征在于，R为0.02mm；和/或，H为0.02至0.08mm。

8.根据权利要求7所述的换热扁管，其特征在于，所述换热扁管的宽度L为20至23mm；和/或，所述换热扁管的厚度D为1.3至1.5mm；和/或，所述微通道(2)的宽度d为0.6至0.7mm；和/或，所述换热扁管的厚度δ2为0.25至0.30mm；和/或，相邻的两个微通道(2)之间的间隔δ1为0.25至0.30mm。

9.根据权利要求1所述的换热扁管，其特征在于，所述换热凹槽(3)为圆锥槽，多个所述换热凹槽(3)均布在所述微通道(2)的内周壁上。

10.一种微通道换热器，包括换热扁管(1)，其特征在于，所述换热扁管(1)为权利要求1至9中任一项所述的换热扁管。

11.根据权利要求10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第一集流管(4)和第二集流管(5)，所述第一集流管(4)设置在所述换热扁管(1)的第一端，所述第二集流管(5)设置在所述换热扁管(1)的第二端，多个所述换热扁管(1)沿着所述第一集流管(4)的长度方向间隔分布，所述第一集流管(4)上设置有分程隔板(6)，位于所述分程隔板(6)第一侧的所述第一集流管(4)上连接有第一连接管(7)，位于所述分程隔板(6)第二侧的所述第一集流管(4)上连接有第二连接管(8)。

12.根据权利要求11所述的微通道换热器，其特征在于，相邻的两个所述换热扁管(1)之间设置有换热翅片(9)；和/或，位于最上侧的所述换热扁管(1)和/或位于最下侧的所述换热扁管(1)上设置有边板(10)。