CN111692894B - 微通道扁管及微通道换热器 - Google Patents

微通道扁管及微通道换热器 Download PDF

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    • F28D1/0535—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits the conduits being straight the conduits having a non-circular cross-section
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
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    • F28F1/00—Tubular elements; Assemblies of tubular elements
    • F28F1/02—Tubular elements of cross-section which is non-circular
    • F28F1/022—Tubular elements of cross-section which is non-circular with multiple channels

Abstract

本申请公开一种微通道扁管及具有其的微通道换热器，所述微通道扁管其包括：扁管本体以及一排通道，所述扁管本体包括第一平面、第二平面、第一侧面以及第二侧面，所述第一平面和第二平面在厚度方向设置于扁管本体的相对两侧，所述第一侧面和第二侧面在宽度方向设置于扁管本体的相对两侧，所述第一侧面连接第一平面和第二平面，所述第二侧面连接第一平面和第二平面；所述一排通道沿宽度方向排布于扁管本体内，所述一排通道沿长度方向贯穿扁管本体，所述一排通道沿长度方向贯穿扁管本体，所述一排通道至少包括沿宽度方向排列的第一通道、第二通道以及第三通道，其中所述第一通道、第二通道以及第三通道沿宽度方向上的横截面面积呈幂级数或者多项式变化。

Description

微通道扁管及微通道换热器
技术领域
本申请涉及换热领域，具体而言，涉及一种微通道扁管及微通道换热器。
背景技术
微通道换热器是汽车、家用或商用空调系统上普遍采用的换热装置，其可作为空调系统的蒸发器使用，也可作为冷凝器使用。微通道换热器是由扁管、翅片、集流管等组成的换热器，当外部风机产生的风作用于微通道翅片及扁管上，微通道换热器的扁管流道内制冷剂与空气换热。微通道换热器的每根扁管有多条并排小孔组成的流道，制冷剂在扁管的并排流道内实现蒸发或冷凝；当作为冷凝器使用时，制冷剂在扁管的并排流道内被冷却；作为蒸发器使用时，制冷剂在扁管的并排流道内被蒸发。相关技术中使用的扁管，多个并排的流道是截面积相同的流道，风流过换热器时，由于风与制冷剂间的传热存在，并排的每个流道沿风流动方向制冷剂温度不同，因此，沿制冷剂流动方向，制冷剂在并排的流道内蒸发或冷凝位置不同，导致制冷剂在流道内流量分配与换热温差不匹配，降低了换热器换热效率。
发明内容
根据本申请的一个方面，提供一种微通道扁管，其包括：
扁管本体，所述扁管本体包括第一平面、第二平面、第一侧面以及第二侧面，所述第一平面和第二平面在厚度方向设置于扁管本体的相对两侧，所述第一侧面和第二侧面在宽度方向设置于扁管本体的相对两侧，所述第一侧面连接第一平面和第二平面，所述第二侧面连接第一平面和第二平面；以及
一排通道，所述一排通道沿长度方向贯穿扁管本体，所述一排通道至少包括沿宽度方向排列的第一通道、第二通道以及第三通道，其中所述第一通道、第二通道以及第三通道沿宽度方向上的横截面面积关系呈幂级数或者多项式。
根据本申请的一个方面，提供一种微通道换热器，其包括多个所述的微通道扁管，所述微通道换热器还包括第一集流管、第二集流管以及翅片，所述多个微通道扁管并排连接于第一集流管和第二集流管之间，所述翅片夹设于相邻两根微通道扁管之间，所述一排通道连通第一集流管和第二集流管的内腔。
本申请微通道扁管的第一通道、第二通道以及第三通道沿宽度方向上的横截面面积呈幂级数或者多项式，能够适应制冷剂的分配与换热的充分发挥，从而具有较优的换热性能表现。
附图说明
图1是本申请一实施例微通道换热器的立体示意图；
图2如图1所示微通道扁管的横截面剖视示意图；
图3为图1所示微通道扁管通道的通道宽度、厚度的关系对照表。
图4为图3所示微通道扁管通道的通道宽度与通道序号的关系示意图。
图5为图3所示本申请微通道扁管与传统均匀扁管的换热量性能对比图一。
图6为图3所示本申请微通道扁管与传统均匀扁管的换热量性能对比图二。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。
在本申请使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。下面结合附图，对本申请示例性实施例进行详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施方式中的特征可以相互补充或相互组合。
在本申请使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。
下面结合附图，对本申请示例性实施例进行详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施方式中的特征可以相互组合。
如图1所示为符合本申请的一种微通道换热器100，其包括第一集流管11、第二集流管12、多个微通道扁管2以及多个翅片3。多个微通道扁管2相互平行间隔设置，且并排连接于第一集流管11和第二集流管12之间，每一翅片3夹设于相邻两根微通道扁管2之间。
翅片3可以是波纹翅片、百叶窗翅片或者无孔波浪状翅片，只要能实现与空气接触和与换热管内的冷媒换热即可，本申请不限制其具体形态。
微通道扁管2包括扁管本体21和贯穿扁管本体21的一排通道22。微通道扁管2通常由铝锭挤压成型，扁管本体21的长度大于其宽度，宽度又大于其厚度。所述扁管本体21包括第一平面211、第二平面212、第一侧面213以及第二侧面214，第一平面211和第二平面212在厚度方向H设置于扁管本体21的相对两侧，第一侧面213和第二侧面214在宽度方向W设置于扁管本体21的相对两侧。第一侧面213连接第一平面211和第二平面212，第二侧面214连接第一平面211和第二平面212。在本实施例中，第一侧面213和第二侧面212呈弧形。在可选的其它实施中，第一侧面213和第二侧面214也可以是平面或者其他形状，只要起到连接第一平面211和第二平面212即可，本申请不以此形状为限。
一排通道22连通第一集流管11的内腔和第二集流管11的内腔，一排通道22沿宽度方向W排布于扁管本体21内，所述一排通道22沿长度方向L贯穿扁管本体21。每一通道22包括沿宽度方向W的孔宽度22W和沿厚度方向H上的孔高度22H。一排通道22包括沿宽度方向排列的第一通道221、第二通道222以及第三通道223，其中第一通道221、第二通道222以及第三通道223的孔高度22H相等，第一通道221、第二通道222以及第三通道223的孔宽度22W呈多项式变化减小，或者呈幂级数关系减小。从而，第一通道221、第二通道222、第三通道223沿宽度方向W的横截面面积多项式变化减小，或者呈幂级数关系减小。
作为本申请的可选实施例，微通道扁管2的宽度为20mm、微通道扁管2的厚度为1.3mm。第一通道221、第二通道222、第三通道233、第四通道224、第五通道225之孔高度22H相等，均为0.74mm。所有通道22距离第一平面211的距离为0.28mm，距离第二平面212的距离为0.28mm。第一通道至第十九通道沿从左向右方向的孔宽度22H的尺寸分别为：1.94、1.33、1.06、0.90、0.79、0.70、0.64、0.58、0.54、0.50、0.47、0.44、0.42、0.40、0.38、0.36、0.34、0.31、0.30mm。这样一排通道22的孔宽度22W满足y＝0.0000006x6-0.00005x5+0.0015x4-0.0245x3+0.2162x2-1.0246x+2.744或者y＝2.0948x-0.63的关系，其中x代表一排通道22从左向右通道的次序数，y代表相应第x个通道的孔宽度22W。第二十通道至第二十三通道的宽度相等均为0.3mm，因为加工精度关系，所以最后几个通道的宽度选择相等，则会降低制造难度，当然，随加工精度的提高，最后几个通道的宽度也可以满足上述关系式。
当然，一排通道22的孔宽度22W满足如下关系：y＝S1x6+S2x5+S3x4+S4x3+S5x2+S6x+S7或者y＝S8xS9的关系；其中x代表一排通道22从左向右通道的次序数，y代表相应第x个通道的孔宽度22W，S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8、S9代表为可选固定数值。相应地，各通道的面积也可以呈这种关系变化。
在另一实施中，第一通道至第十九通道沿从左向右方向的孔宽度22H满足y＝0.00005x5+0.0007x4-0.0159x3+0.1698x2-0.9141x+2.6628。其中x代表一排通道22从左向右通道的次序数，y代表相应第x个通道的孔宽度22W。
当然，一排通道22的孔宽度22W满足如下关系：y＝S1x5+S2x4+S3x3+S4x2+S5x+S6；其中x代表一排通道22从左向右通道的次序数，y代表相应第x个通道的孔宽度22W，S1、S2、S3、S4、S5、S6代表为可选固定数值。相应地，各通道的面积也可以呈这种关系变化。
作为本申请的可选实施例，微通道扁管2的宽度为25mm、微通道扁管2的厚度为1.3mm。第一通道221、第二通道222、第三通道233、第四通道224、第五通道225之孔高度22H相等，均为0.74mm。所有通道22距离第一平面211的距离为0.28mm，距离第二平面212的距离为0.28mm。第一通道至第十九通道沿从左向右方向的孔宽度22H的尺寸分别为：1.94、1.33、1.06、0.90、0.79、0.70、0.64、0.58、0.54、0.50、0.47、0.44、0.42、0.40、0.38、0.36、0.34、0.31、0.30mm。这样一排通道22的孔宽度22W满足y＝0.0000006x6-0.00005x5+0.0015x4-0.0245x3+0.2162x2-1.0246x+2.744或者y＝2.0948x-0.63的关系，其中x代表一排通道22从左向右通道的次序数，y代表相应第x个通道的孔宽度22W。第二十通道至第三十三通道的宽度相等均为0.3mm，因为加工精度关系，所以最后几个通道的宽度选择相等，则会降低制造难度，当然，随加工精度的提高，最后几个通道的宽度也可以满足上述关系式。当然，y＝Sx6-0.00005x5+0.0015x4-0.0245x3+0.2162x2-1.0246x+2.744或者y＝2.0948x-0.63的关系
在另一实施中，第一通道至第十九通道沿从左向右方向的孔宽度22H满足y＝0.00005x5+0.0007x4-0.0159x3+0.1698x2-0.9141x+2.6628。其中x代表一排通道22从左向右通道的次序数，y代表相应第x个通道的孔宽度22W。相应地，各通道的面积也可以呈这种关系变化。
当然，一排通道22的孔宽度22W满足如下关系：y＝S1x5+S2x4+S3x3+S4x2+S5x+S6；其中x代表一排通道22从左向右通道的次序数，y代表相应第x个通道的孔宽度22W，S1、S2、S3、S4、S5、S6代表为可选固定数值。相应地，各通道的面积也可以呈这种关系变化。
由于加工误差导致的上述尺寸细微变化也在本申请的保护范围之内。
作为本申请的一种可选实施例，微通道扁管2的第一侧面213为迎风面，微通道扁管2的第二侧面214为出风面，也就是说，微通道扁管2的通道横截面沿风吹动方向呈指数性减小或者多项式关系减小，有利于提高换热器100的换热性能。
经测试本申请的微通道扁管应用的换热器在20mm传统均匀孔微通道扁管的单管换热量为247.6W，而本申请实施例的微通道扁管的单管换热量为247.6W，相比传统均匀孔微通道扁管换热性能提升11.6％。
经测试本申请的微通道扁管应用的换热器在25mm传统均匀孔微通道扁管的单管换热量为283W，而本申请实施例的微通道扁管的单管换热量为309W，相比传统均匀孔微通道扁管换热性能提升9％。
参图5和图6所示，为25mm的实验对比示意图，可以看出本申请的微通道扁管应用的换热器的换热性能相比传统均匀孔的换热器的换热性能得到极大的提升。
以上所述仅是本申请的较佳实施例而已，并非对本申请做任何形式上的限制，虽然本申请已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本申请，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本申请技术方案的范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本申请技术方案的内容，依据本申请的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本申请技术方案的范围内。

Claims (9)

1.一种微通道扁管，其包括：
扁管本体，所述扁管本体包括第一平面、第二平面、第一侧面以及第二侧面，所述第一平面和第二平面在厚度方向设置于扁管本体的相对两侧，所述第一侧面和第二侧面在宽度方向设置于扁管本体的相对两侧，所述第一侧面连接第一平面和第二平面，所述第二侧面连接第一平面和第二平面；以及
一排通道，所述一排通道沿长度方向贯穿扁管本体，所述一排通道至少包括沿宽度方向排列的第一通道、第二通道以及第三通道，其中所述第一通道、第二通道以及第三通道沿宽度方向上的横截面面积关系呈幂级数或者多项式；
其特征在于，所述第一通道、第二通道以及第三通道呈y = S1x6 + S2x5 + S3x4 +S4x3+ S5x2+S6x +S7关系，或者，所述第一通道、第二通道以及第三通道呈y = S8xS9关系，其中X代表通道的序号，y代表相应通道的面积或者宽度， S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8、S9代表为可选数值。
2.如权利要求1所述的微通道扁管，其特征在于，每一所述通道包括沿宽度方向的孔宽度和沿厚度方向上的孔高度，所述第一通道、第二通道以及第三通道的孔高度相等，所述第一通道、第二通道以及第三通道的孔宽度呈幂级数或者多项式关系。
3.如权利要求1权利要求所述的微通道扁管，其特征在于，所述第一通道、第二通道以及第三通道呈y = 0.0000006x6 – 0.00005x5 + 0.0015x4 - 0.0245x3 + 0.2162x2 -1.0246x + 2.7442关系，或者，所述第一通道、第二通道以及第三通道呈y = 2.0995x-0.632关系，其中X代表通道的序号，y代表相应通道的面积或者宽度。
4.如权利要求1或者2所述的微通道扁管，其特征在于，所述扁管本体总宽为20mm，所述一排通道包括23个通道，其中沿宽度方向排列的第一通道至第十九通道的面积或者宽度呈y = S1x6 + S2x5 + S3x4 +S4x3 + S5x2+S6x +S7关系，或者，呈y = S8xS9关系，第二十通道至第二十三通道的面积或者宽度相等，其中X代表通道的序号，y代表相应通道的面积或者宽度，S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8、S9代表为可选数值。
5.如权利要求1或者2所述的微通道扁管，其特征在于，所述扁管本体总宽为25mm，所述一排通道包括33个通道，其中沿宽度方向排列的第一通道至第十九通道的面积或者宽度呈y = S1x6 + S2x5 + S3x4 +S4x3 + S5x2+S6x +S7关系，或者，呈y = S8xS9关系，第二十通道至第三十三通道的面积或者宽度相等，其中X代表通道的序号，y代表相应通道的面积或者宽度，S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8、S9代表为可选数值。
6.一种微通道扁管，其包括：
扁管本体，所述扁管本体包括第一平面、第二平面、第一侧面以及第二侧面，所述第一平面和第二平面在厚度方向设置于扁管本体的相对两侧，所述第一侧面和第二侧面在宽度方向设置于扁管本体的相对两侧，所述第一侧面连接第一平面和第二平面，所述第二侧面连接第一平面和第二平面；以及
一排通道，所述一排通道沿长度方向贯穿扁管本体，所述一排通道至少包括沿宽度方向排列的第一通道、第二通道以及第三通道，其中所述第一通道、第二通道以及第三通道沿宽度方向上的横截面面积关系呈幂级数或者多项式；
其特征在于，所述第一通道、第二通道以及第三通道呈y = S1x5 + S2x4 +S3x3 + S4x2+S5x +S6关系，其中X代表通道的序号，y代表相应通道的面积或者宽度， S1、S2、S3、S4、S5、S6代表为可选数值。
7.如权利要求6所述的微通道扁管，其特征在于，所述扁管本体总宽为20mm，所述一排通道包括23个通道，其中沿宽度方向排列的第一通道至第十九通道的面积或者宽度呈y =0.00005x5 + 0.0007x4 - 0.0159x3 + 0.1698x2 - 0.9141x + 2.6628关系，其中X代表通道的序号，y代表相应通道的面积或者宽度，第二十通道至第二十三通道的面积或者宽度相等。
8.如权利要求6所述的微通道扁管，其特征在于，所述扁管本体总宽为25mm，所述一排通道包括33个通道，其中沿宽度方向排列的第一通道至第十九通道的面积或者宽度呈y =0.00005x5 + 0.0007x4 - 0.0159x3 + 0.1698x2 - 0.9141x + 2.6628关系，其中X代表通道的序号，y代表相应通道的面积或者宽度，第二十通道至第三十三通道的面积或者宽度相等。
9.一种微通道换热器，其包括多个如权利要求1至8任一项所述的微通道扁管，所述微通道换热器还包括第一集流管、第二集流管以及翅片，所述多个微通道扁管并排连接于第一集流管和第二集流管之间，所述翅片夹设于相邻两根微通道扁管之间，所述一排通道连通第一集流管和第二集流管的内腔。
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