CN114719655B - 微通道换热器 - Google Patents

Abstract

一种微通道换热器，是由同一种材料构成的单一均质的实体，由主体、热流体进口管、热流体出口管、冷流体进口管、冷流体出口管构成，主体又包括芯体、热流体分配腔、热流体集流腔、冷流体分配腔、冷流体集流腔五个部分，芯体内具有多个沿长度方向平行流动的热流体微通道和冷流体微通道，参与换热的流体在所述主体、热流体进口管、热流体出口管、冷流体进口管、冷流体出口管中的流动方向均沿着换热器的长度方向。与常规换热器相比，本发明所述的微通道换热器换热效率更高，更适合使用增材制造方法进行制造。由于进出口管和主体均沿着换热器的长度方向，因此便于和外部管路连接，适合于对安装空间有限制，或要求换热器必须沿管线方向进行安装的场合。

Description

微通道换热器

技术领域

本发明涉及一种换热器，具体地为一种紧凑型微通道换热器。

背景技术

换热器是将热流体的热量传递给冷流体的设备，应用在生产、生活的方方面面。提高换热器的换热效率对于降低能源损耗、提高能源综合利用率具有重要意义。无论何种换热器，其均包括供冷、热两种流体进行换热的芯体，以及供冷、热两种流体流进、流出芯体的4个接管。在某些应用场合，由于安装空间限制或出于接管方便的考虑，要求流体在4个接管内的流动方向和在换热器芯体内的流动方向一致，即无论顺流还是逆流，要求流体在接管内的流动方向和在芯体内的流动方向是大致平行的。

目前常见的换热器型式有：壳管式、管翅式、管带式、板翅式、板式、螺旋板式、套管式等。对于前五种换热器，芯体中热流体和冷流体的流动方向是互相垂直的。在板式换热器中，虽然在芯体的各层板片间流体的流动方向是平行的，但在接管处流体的流动方向却是和在板片中的流动方向互相垂直的。在螺旋板式换热器中，在接管处的流动方向也不和芯体的流动方向平行。只有在套管式换热器中，芯体和接管内的流动方向才是大致平行的，方便接管；但套管式换热器的换热效率较低，当要求较大换热量时体积难以减小。

根据换热器内通道当量直径的大小，可将换热器区分为常规换热器和微通道换热器。常规换热器的通道当量直径通常为几毫米到几厘米；微通道换热器通常是指通道的当量直径在0.01～1mm范围内的换热器。微通道换热器具有常规换热器所不具备的某些特征：当换热器的通道尺寸由宏观向微观缩小的时候，换热器的体积随着通道特征尺寸的3次方减小，而换热面积仅随着通道特征尺寸的2次方减小，其结果是微通道换热器可以提供远超过常规换热器的面积/体积比。因此在满足相同换热量的条件下，换热器的体积可以大为缩小，可极大节省安装空间。但目前已有的微通道换热器，其芯体内两种流体的流动方向往往是垂直的，其接管内流体的流动方向和芯体内的流动方向也往往是不一致的。

发明内容

鉴于以上问题，本发明提供一种接管内和芯体内流体的流动方向均为一致的新型微通道换热器。

本发明提供一种微通道换热器，包括：

主体，主体内具有多个沿长度方向平行流动的热流体微通道和冷流体微通道；

热流体进口管；

热流体出口管；

冷流体进口管；

冷流体出口管。

所述热流体进口管、冷流体出口管位于所述主体长度方向上的一侧且呈上、下布置形式，所述冷流体进口管、热流体出口管位于所述主体长度方向上的另一侧且呈上、下布置形式，所述主体、热流体进口管、热流体出口管、冷流体进口管、冷流体出口管是由同一种材料构成的单一均质的实体，热流体和冷流体在所述主体、热流体进口管、热流体出口管、冷流体进口管、冷流体出口管中的流动方向均沿着所述微通道换热器的长度方向。

进一步地，所述主体由芯体、热流体分配腔、热流体集流腔、冷流体分配腔、冷流体集流腔五个部分构成。

所述芯体位于所述主体的中间部位，所述多个沿长度方向平行流动的热流体微通道和冷流体微通道位于所述芯体内。

所述热流体分配腔和所述冷流体集流腔位于所述芯体长度方向的一端且沿高度方向呈上、下布置，所述热流体分配腔在所述冷流体集流腔的上部，所述热流体分配腔和所述冷流体集流腔由水平方向布置的第一中隔板隔开。

所述冷流体分配腔和所述热流体集流腔位于所述芯体长度方向的另一端且沿高度方向呈上、下布置，所述冷流体分配腔在所述热流体集流腔的上部，所述冷流体分配腔和所述热流体集流腔由水平方向布置的第二中隔板隔开。

所述热流体进口管与所述热流体分配腔连通，所述热流体出口管与所述热流体集流腔连通，所述冷流体进口管与所述冷流体分配腔连通，所述冷流体出口管与所述冷流体集流腔连通。

进一步地，所述多个热流体微通道和所述多个冷流体微通道交错排列，且热流体微通道和冷流体微通道之间互不联通。所述多个热流体微通道在所述芯体长度方向的一端和所述热流体分配腔连通，所述多个热流体微通道在所述芯体长度方向的另一端和所述热流体集流腔连通。所述多个冷流体微通道在所述芯体长度方向的一端和所述冷流体集流腔连通，所述多个冷流体微通道在所述芯体长度方向的另一端和所述冷流体分配腔连通。

进一步地，为使所述微通道换热器易于制造，所述热流体微通道和冷流体微通道的顶部具有倒角，倒角的坡面朝向所述微通道换热器的宽度方向，且每个热流体微通道或冷流体微通道顶部倒角的数量为1个或者2个。

进一步地，为使所述微通道换热器易于制造，所述热流体分配腔的顶部、冷流体分配腔的顶部、热流体集流腔的顶部、冷流体集流腔的顶部均具有倒角，倒角的坡面朝向所述微通道换热器的长度方向，且每个腔体顶部倒角的数量为1个或2个。

所述微通道换热器的主体沿垂直于长度方向的截面外廓形状为矩形、正多边形、圆形或其它适宜形状的任一种。所述热流体微通道、冷流体微通道沿垂直于长度方向的截面形状为矩形、圆形、椭圆形、正多边形、平行四边形及其它适宜形状的任一种。

本发明所述的微通道换热器由于芯体具有微通道结构，因此换热效率远高于常规换热器。由于热流体和冷流体在芯体以及进、出口管中的流向是平行的，均沿着所述微道道换热器的长度方向，因此便于外部管路的连接，适合于对安装空间有限制，或要求换热器必须沿管线方向进行安装的场合。此外，本发明所述的微通道换热器可以采用增材制造方法进行制造，克服了传统制造方法难以制造复杂微细流道的困难。使用增材制造方法制造出来的微通道换热器是由一种材料构成的实体，省去了常规换热器中必不可少的密封元件，不易泄漏，耐压强度更高，且不含铜等钎焊剂，可用在对铜离子敏感的场合。增材制造还避免了常规换热器减材制造过程所造成的材料浪费，对换热器的材质没有限制，除可以使用金属外，在需要耐酸碱腐蚀的场合还可以使用塑料等非金属材料。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为所述微通道换热器的外观结构示意图。

图2为所述芯体部分的剖切视图，剖切面垂直于所述微通道换热器的长度方向。

图3为所述微通道换热器的剖切视图(从上往下看)，剖切面垂直于所述微通道换热器的高度方向，并且剖切面穿过所述热流体进口管的中心线。

图4为所述微通道换热器的另一个剖切视图(从上往下看)，剖切面垂直于所述微通道换热器的高度方向，并且剖切面穿过所述热流体出口管的中心线。

如图5为所述热流体分配腔和冷流体集流腔的剖切视图(往主体的方向看)，剖面垂直于所述微通道换热器的长度方向。

图6为图2的局部放大视图。

图7是沿任意一个热流体微通道所做的剖切视图，剖切面平行于长度方向，并且剖切面穿过所述热流体进口管的中心线。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步描述。

请参考图1，根据本发明的一个实施例，本发明提供了一种微通道换热器100，其包括主体1、热流体进口管2、热流体出口管3、冷流体进口管4、冷流体出口管5。

所述热流体进口管2、冷流体出口管5位于所述主体1长度方向上的一侧且呈上、下布置形式，所述冷流体进口管4、热流体出口管3位于所述主体1长度方向上的另一侧且呈上、下布置形式，所述主体1、热流体进口管2、热流体出口管3、冷流体进口管4、冷流体出口管5是由同一种材料构成的单一均质的实体，热流体和冷流体在所述主体1、热流体进口管2、热流体出口管3、冷流体进口管4、冷流体出口管5中的流动方向均沿着所述微通道换热器100的长度方向。

如图1所示，所述主体1由芯体11、热流体分配腔12、热流体集流腔13、冷流体分配腔14、冷流体集流腔15五个部分构成。图1中的虚线大致标示了这五个区域的分界。

所述芯体11位于所述主体1的中间部位。

所述热流体分配腔12和所述冷流体集流腔15位于所述芯体11长度方向的一端且沿高度方向呈上、下布置，所述热流体分配腔12在所述冷流体集流腔15的上部，所述热流体分配腔12和所述冷流体集流腔15由水平方向布置的第一中隔板16隔开。

所述冷流体分配腔14和所述热流体集流腔13位于所述芯体11长度方向的另一端且沿高度方向呈上、下布置，所述冷流体分配腔14在所述热流体集流腔13的上部，所述冷流体分配腔14和所述热流体集流腔13由水平方向布置的第二中隔板17隔开。

如图2所示，是沿垂直于长度方向，对所述芯体11所做的剖切视图。所述多个沿长度方向平行流动的热流体微通道11a和冷流体微通道11b位于所述芯体11内。所述多个热流体微通道11a和多个冷流体微通道11b交错排列，且热流体微通道11a和冷流体微通道11b之间互不联通。

如图3所示，是沿垂直于高度方向，对所述微通道换热器100所做的剖切视图，剖切面穿过所述热流体进口管2的中心线。

如图4所示，是沿垂直于高度方向，对所述微通道换热器100所做的剖切视图，剖切面穿过所述热流体出口管3的中心线。

从图3和图4可见，所述热流体进口管2与所述热流体分配腔12连通，所述热流体出口管3与所述热流体集流腔13连通，所述冷流体进口管4与所述冷流体分配腔14连通，所述冷流体出口管5与所述冷流体集流腔15连通。

所述多个热流体微通道11a在所述芯体11长度方向的一端和所述热流体分配腔12连通，所述多个热流体微通道11a在所述芯体11长度方向的另一端和所述热流体集流腔13连通。所述多个冷流体微通道11b在所述芯体11长度方向的一端和所述冷流体集流腔15连通，所述多个冷流体微通道11b在所述芯体11长度方向的另一端和所述冷流体分配腔14连通。如图5示出了所述热流体分配腔12和冷流体集流腔15的剖切视图(往所述主体1的方向看)，剖面垂直于所述主体1的长度方向。在图5中，相邻的两个热流体微通道11a的中间由一个阻隔体12a阻挡，从而将冷流体微通道11b与热流体分配腔12隔开；相邻的两个冷流体微通道11b的中间由阻隔体15a阻挡，从而将热流体微通道11a与冷流体集流腔15隔开。另一端的冷流体分配腔14和热流体集流腔13的构造情况与此类似。

热流体由所述热流体进口管2进入热流体分配腔12，然后分配到各条平行的热流体微通道11a中，再由热流体集流腔13收集，最后由所述热流体出口管3流出；冷流体由所述冷流体进口管4进入冷流体分配腔14，然后分配到各条平行的冷流体微通道11b中，再由冷流体集流腔15收集，最后由所述冷流体出口管5流出；流过热流体微通道11a的热流体将热量传递给流过冷流体微通道11b的冷流体，实现高效换热。

本发明所述的微通道换热器100是由一种材料制成的不可分割的实体，这意味着它不能籍由常规的“切削+装配”方法进行制造，而必须采用其它方法进行制造，优选地采用增材制造方法进行制造。

进一步地，为使所述微通道换热器100易于制造，所述每条热流体微通道11a和冷流体微通道11b的顶部均具有倒角，倒角的坡面朝向所述微通道换热器100的宽度方向。每个微通道顶部的倒角的数量可以是2个，也可以是1个。请参考图6，该图是图2所示剖切视图的局部放大图，其中的倒角11c、倒角11d、倒角11e均是所述的微通道顶部的倒角，其中倒角11c、倒角11d是双坡面倒角，11e是单坡面倒角。采用坡面倒角的好外是：在使用增材制造方法由下往上增材(如3D打印)的过程中，防止微通道顶部的面在重力作用下塌陷。

进一步地，如图7所示，为使所述微通道换热器100易于制造，所述热流体分配腔12的顶部、冷流体分配腔14的顶部、热流体集流腔13的顶部、冷流体集流腔15的顶部分别具有倒角12a和12b、倒角13a和13b、倒角14a和14b、倒角15a和15b，倒角的坡面朝向所述微通道换热器100的长度方向。图7是沿任意一个热流体微通道11a所做的剖切视图，剖切面平行于长度方向，并且剖切面穿过所述热流体进口管2的中心线。在图7中，热流体分配腔12、冷流体分配腔14、热流体集流腔13、冷流体集流腔15顶部的倒角数量是2个。但需要指出的是，倒角的数量不限于2个，也可以仅有1个。

必须指出，上述微通道或腔体顶部的倒角仅是为了生产的便利而增加的额外特征，因此不是必须的。如将上述微通道顶部以及各腔体顶部的倒角改成圆弧角，其效用是等同的，同样属于本发明的保护范围。

在本发明中，所述微通道芯体11内的热流体微通道11a和冷流体微通道11b的通道当量直径范围优选地为0.1mm-2mm，但本发明不限制微通道的当量直径范围。

作为本发明所述技术方案的一个优选实施例，所述微通道换热器100的主体1沿垂直于长度方向的截面外廓形状为矩形，但本发明不限制所述主体1的截面外廓形状，所述主体1的截面外廓形状也可以为圆形、椭圆形、正多边形、椭圆形及其它任何适宜的形状。

作为本发明所述技术方案的一个优选实施例，所述多个平行的热流体微通道11a、冷流体微通道11b的截面为矩形，但本发明不限制热流体微通道和冷流体微通道的形状，所述热流体微通道11a、冷流体微通道11b的截面形状也可以为圆形、正多边形、平行四边形及其它任何适宜的形状。

在上文中涉及的“连通”，是指材料中具有空腔的部位，其空腔是连接在一起的，可允许流体从其中流过。

在本文中，所涉及的长度方向、宽度方向、高度方向、上、下、内部、外部、中部、端部、侧面等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的原理和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种微通道换热器，其特征在于：

包括主体、热流体进口管、热流体出口管、冷流体进口管、冷流体出口管五个部分；

所述主体分为芯体、热流体分配腔、热流体集流腔、冷流体分配腔、冷流体集流腔五个区域；所述芯体位于所述主体的中间部位，所述芯体内具有多个沿长度方向平行流动的热流体微通道和冷流体微通道；

所述热流体分配腔和所述冷流体集流腔位于所述主体长度方向的一端且沿高度方向呈上、下布置，所述热流体分配腔在所述冷流体集流腔的上部，所述热流体分配腔和所述冷流体集流腔由水平方向布置的第一中隔板隔开；

所述冷流体分配腔和所述热流体集流腔位于所述主体长度方向的另一端且沿高度方向呈上、下布置，所述冷流体分配腔在所述热流体集流腔的上部，所述冷流体分配腔和所述热流体集流腔由水平布置的第二中隔板隔开；

所述热流体进口管与所述热流体分配腔连通，所述热流体出口管与所述热流体集流腔连通；所述冷流体进口管与所述冷流体分配腔连通，所述冷流体出口管与所述冷流体集流腔连通；所述热流体进口管、冷流体出口管位于所述主体长度方向上的一侧且呈上、下布置形式，所述冷流体进口管、热流体出口管位于所述主体长度方向上的另一侧且呈上、下布置形式，所述主体、热流体进口管、热流体出口管、冷流体进口管、冷流体出口管是由同一种材料构成的单一均质的实体；

热流体和冷流体在所述主体、热流体进口管、热流体出口管、冷流体进口管、冷流体出口管中的流动方向均沿着所述微通道换热器的长度方向；

所述多个热流体微通道和多个冷流体微通道交错排列，且热流体微通道和冷流体微通道之间互不联通；

所述多个热流体微通道在所述芯体长度方向的一端和所述热流体分配腔连通；

所述多个热流体微通道在所述芯体长度方向的另一端和所述热流体集流腔连通；

所述多个冷流体微通道在所述芯体长度方向的一端和所述冷流体集流腔连通；

所述多个冷流体微通道在所述芯体长度方向的另一端和所述冷流体分配腔连通；

所述热流体微通道和冷流体微通道的顶部具有倒角，倒角的坡面朝向所述微通道换热器的宽度方向，每个热流体微通道或冷流体微通道顶部倒角的数量为1个或者2个；

所述热流体分配腔的顶部、冷流体分配腔的顶部、热流体集流腔的顶部、冷流体集流腔的顶部具有1～2个倒角，倒角的坡面朝向所述微通道换热器的长度方向。

2.根据权利要求1所述的微通道换热器，其特征是：所述主体沿垂直于长度方向的截面外廓形状包括但不限于矩形、正多边形、圆形；所述热流体微通道、冷流体微通道沿垂直于长度方向的截面形状包括但不限于矩形、圆形、椭圆形、正多边形、平行四边形。