CN115808097A - 容积式微通道换热器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种容积式微通道换热器，其从下往上逐渐收缩并依次分为换热段、储液段和加液段。储液段为一个具有中空的内部空间的腔体，其壁面具有一个或多个坡面，且坡面均逐渐坡向所述加液段。在换热段内部具有两组分别供液体和制冷剂流动的微通道，在换热段外部设有制冷剂进口管、制冷剂出口管、液体进口管。在储液段的内部空间的底部设有连通孔，在储液段的底部设有液体出口管。液体在换热段和制冷剂换热后先进入上部的储液段，充分混合后再流出所述容积式微通道换热器。所述容积式微通道换热器是由不锈钢等金属材料一体成形的实体，结构紧凑，换热系数高，用在微型制冷系统中作为蒸发器或冷凝器使用时可显著降低整个制冷系统的体积和重量。

Description

容积式微通道换热器

技术领域

本发明涉及一种容积式微通道换热器，属于制冷与热工领域。

背景技术

微通道换热器是内部具有分别供热流体和冷流体流动及换热的微通道的换热器，微通道的当量直径通常小于1mm。微通道换热器通常用在微型制冷系统特别是便携式制冷系统中，这是因为微通道换热器具有换热系数大、换热效率高、结构紧凑的优点，在满足同等换热量的条件下能够最小化系统的体积。在某些对液体进行降温或升温的微型制冷系统（或微型热泵）中，除了配备有微通道换热器外，还配备有储液容器，微通道换热器和储液容器是分开布置的。储液容器的存在使得微型制冷系统的体积难以减小，而且储液容器和微通道换热器之间接管的存在使得微型制冷系统的管路难以布局、液体容易泄漏、难以装配和检修。

发明内容

为了解决现有的微型制冷装置中微通道换热器和储液容器分开布置导致的系统体积难以减小，以及管路难以布置和液体容易泄漏等问题，本发明提出了一种容积式微通道换热器。

本发明所述的容积式微通道换热器为具有储液功能的换热器。可用作蒸气压缩式制冷系统的蒸发器，以将液体冷却到环境温度以下；也可用作蒸气压缩式制冷系统的冷凝器，以将液体加热到环境温度以上。

本发明所述容积式微通道换热器，其形状为从下往上逐渐收缩并依次划分为换热段、储液段、加液段。所述换热段、储液段和加液段为一个完整的实体，其材质包括但不限于不锈钢、铝合金、钛合金、铜合金之中的任一种。

所述容积式微通道换热器的加液段为一个管状体，在管状体的内壁设有内螺纹，或在管状体的外壁设有外螺纹。

所述容积式微通道换热器的储液段为一个具有中空的内部空间的腔体，其底部连接着所述换热段，其顶部连接着所述加液段的下部开口，所述储液段的外壁具有一个或多个坡面，所述坡面从底部到顶部逐渐坡向所述加液段。

在所述储液段的内部空间的底部设有至少一个连通孔，所述连通孔朝向所述储液段的内部空间。在所述储液段的底部还设有液体出口管，所述液体出口管和储液段的内部空间连通。

所述容积式微通道换热器的换热段内部具有两组呈交错排列但互不连通的微通道，第一组微通道是供液体流动的微通道，第二组微通道是供制冷剂流动的微通道。

在所述换热段的外部还设有制冷剂进口管、制冷剂出口管、液体进口管。所述制冷剂进口管和所述换热段内部的第二组微通道的进口连通，所述制冷剂出口管和所述换热段内部的第二组微通道的出口连通，所述液体进口管和所述换热段内部的第一组微通道的进口连通，所述换热段内部的第一组微通道的出口和所述储液段的内部空间底部的若干个连通孔连通。

进一步地，在所述容积式微通道换热器的换热段还设有制冷剂第三管。所述制冷剂第三管和所述换热段内部的第二组微通道的出口连通，在所述制冷剂第三管上可以安装制冷剂充填栓或制冷剂压力检测装置。

进一步地，在所述容积式微通道换热器的储液段的侧壁上还设有锥台状凸起，在锥台状凸起上设有温度传感器安装孔，温度传感器安装孔和所述储液段的内部空间连通，用以安装温度传感器，以检测所述储液段内部所储存的液体的温度。

进一步地，在所述容积式微通道换热器的储液段的底部还设有若干个环状凸起，所述环状凸起用于从底部固定所述容积式微通道换热器。

进一步地，在所述容积式微通道换热器的储液段的坡面上还设有柱状凸起，在所述柱状凸起上设有固定孔，所述固定孔不与所述储液段的内部空间连通，所述柱状凸起和所述固定孔用于从上部固定所述容积式微通道换热器。

根据所述换热段中的制冷剂所处的不同状态，所述容积式微通道换热器可分别工作在蒸发器模式或冷凝器模式。在蒸发器模式下，制冷剂在所述换热段蒸发，使液体冷却；在冷凝器模式下，制冷剂在所述换热段冷凝，将液体加热。

采用上述技术方案，可以实现极为紧凑的结构设计。与普通制冷系统中容器、换热器分立的方式相比，本发明中所述的容积式微通道换热器将储液功能和换热功能集成在一起，可方便地通过增材制造方式进行制造，不仅换热系数高，还省去了容器所占的体积以及容器与换热器之间的连接管路。管路数量的减少不仅进一步减小了体积，还使得系统组装的复杂程度减小、液体泄漏的可能性降低、系统可靠性增加，整个系统因而更易于组装、拆卸和检修，更有利于实现便携式和嵌入式应用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明所述的技术方案，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为所述容积式微通道换热器的透视图。

图2为所述容积式微通道换热器的另一个视角的透视图。

图3为所述容积式微通道换热器在所述储液段沿水平方向的剖视图（从上往下看）。

图4为所述容积式微通道换热器在所述换热段沿水平方向的剖视图（从上往下看）。

图5为所述容积式微通道换热器沿竖直方向的剖视图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步描述。

如图1~图2所示，根据本发明的一个具体实施例，所述容积式微通道换热器为具有储液功能的换热器，其从下往上依次收缩，下部为换热段1，中部为储液段2，顶部为加液段3。换热段1、储液段2和加液段3是一个完整的实体。所述容积式微通道换热器的材质包括但不限于不锈钢、铝合金、钛合金、铜合金之中的任一种，优选地为不锈钢材质。

加液段3是一个管状体，在管状体的内壁设有内螺纹3t。

储液段2为一个中空且上部开口的容器，其底部连接着所述换热段1，其顶部连接着所述加液段3。储液段2从底部到顶部为逐渐收坡口的形状，且坡面均逐渐坡向加液段3。坡面既可以是单面坡面，也可以是多面坡面。在该实施例中，坡面2p是单面坡面，坡面2q是多面坡面。

如图3所示，在储液段2的内部空间2a的底部设有至少一个连通孔2t，连通孔2t朝向储液段2的内部。在此实施例中有3个连通孔，以减小流动阻力。在储液段2的底部还设有液体出口管2d，液体出口管2d和所述储液段2的内部空间2a连通。

如图1、图5所示，在所述储液段2的侧壁上还设有锥台状凸起2b，在锥台状凸起2b上设有温度传感器安装孔2c，温度传感器安装孔2c和所述储液段2的内部空间2a连通。

如图1~图5所示，在所述容积式微通道换热器的储液段1的底部还设有若干个环状凸起1f，所述环状凸起1f用于从底部固定所述容积式微通道换热器。

在所述容积式微通道换热器的储液段2的其中一个坡面2q上设有柱状凸起2e，在所述柱状凸起2e上设有固定孔2f，所述固定孔2f不与所述储液段2的内部空间2a连通，所述柱状凸起2e和所述固定孔2f用于从上部固定所述容积式微通道换热器。

如图4、图5所示，所述容积式微通道换热器的换热段1内部具有两组呈交错排列但互不连通的微通道，第一组微通道1y是供液体流动的微通道，第二组微通道1r是供制冷剂流动的微通道。

如图1~图5所示，在所述换热段1的外部设有制冷剂进口管1a、制冷剂出口管1b、液体进口管1c，以及制冷剂第三管1g。

所述制冷剂进口管1a和所述换热段1内部的第二组微通道1r的进口连通，所述制冷剂出口管1b和所述换热段1内部的第二组微通道1r的出口连通，所述液体进口管1c和所述换热段1内部的第一组微通道1y的进口连通，所述换热段1内部的第一组微通道1y的出口和所述储液段2的内部空间2a底部的连通孔2t连通，所述制冷剂第三管1g和所述换热段1内部的第二组微通道1r的出口连通。

所述容积式微通道换热器可用在微型蒸气压缩式制冷系统中当作蒸发器或冷凝器使用。

（一）当所述容积式微通道换热器用作蒸发器以对液体进行冷却时：

所述制冷剂进口管1a和制冷系统的节流元件的出口相连，所述制冷剂出口管1b和制冷系统的压缩机吸气口相连，所述制冷剂第三管1g可以连接制冷剂充填栓或制冷剂压力检测装置（如压力传感器等），从而构成完整闭合的制冷剂循环回路；所述液体进口管1c、液体出口管2d分别和外部液体管路相连，从而构成完整闭合的液体循环回路。

此时， 经过节流后的低压制冷剂气-液混合物由制冷剂进口管1a进入所述容积式微通道换热器，在第二组微通道1r中蒸发吸热，使相邻的第一组微通道1y中的液体温度降低。蒸发后的低压制冷剂变成气体，由所述制冷剂出口管1b流出，去往制冷系统的压缩机的吸入口。

同时，液体由所述液体进口管1c流入所述换热段1内部的第一组微通道1y。液体在流经第一组微通道1y时，热量被相邻的第二组微通道1r中的制冷剂吸收，温度降低。降温后的液体由所述连通孔2t进入其上部的储液段2的内部空间2a中，在这里降温后的液体充分混合，有利于提高低温液体温度的均匀性，同时还起到温度缓冲的作用。储液段2中的低温液体随后经过液体出口管2d流出所述容积式微通道换热器。

（二）当所述容积式微通道换热器用作冷凝器以对液体进行加热时：

所述制冷剂进口管1a和制冷系统的压缩机的排气口相连，所述制冷剂出口管1b和制冷系统的节流元件的入口相连，所述制冷剂第三管1g可以连接制冷剂充填栓或制冷剂压力检测装置（如压力传感器等），从而构成完整闭合的制冷剂循环回路；所述液体进口管1c、液体出口管2d分别和外部液体管路相连，从而构成完整闭合的液体循环回路。

此时，由压缩机排出的高压气态制冷剂由制冷剂进口管1a进入所述容积式微通道换热器，在第二组微通道1r中冷凝放热，使位于另一侧的第一组微通道1y中的液体温度升高。冷凝后的高压制冷剂变成液态，由制冷剂出口管1b流出，去往外部制冷系统的节流元件的入口。

同时，液体由液体进口管1c流入所述换热段1内部的第一组微通道1y。液体在流经第一组微通道1y时，吸收相邻的第二组微通道1r中的制冷剂的热量，温度升高。升温后的液体由所述连通孔2t进入其上部的储液段2的内部空间2a中，在这里升温后的液体充分混合，有利于提高高温液体温度的均匀性，同时还起到温度缓冲的作用。储液段2中的高温液体随后经过液体出口管2d流出所述容积式微通道换热器。

所述容积式微通道换热器将普通制冷系统中的容器和换热器集成为一体，减小了容器和换热器之间的连接管路，结构紧凑、体积小巧、换热系数高，用于微型制冷系统中作为蒸发器或冷凝器使时可显著减小整个制冷系统的体积，降低液体泄漏的可能性，系统更易装配和维修。从下往上逐渐收缩的断面结构使得所述容积式微通道换热器能够采用增材制造方式进行制造，可一体连续成型。可广泛用于便携式人体降温、光电子设备冷却、大功率芯片降温等诸多领域。

上文中所指的“液体”，是指与制冷剂进行换热的被冷却液体，如水、水溶液等。在上文中涉及的“连通”、“相连”，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，所涉及的前、后、左、右、上部、下部、内部、外部、中部、端部、顶部、底部、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 (7)

1.一种容积式微通道换热器，用于制冷剂和液体换热，其特征是：

所述容积式微通道换热器从下往上逐渐收缩并依次划分为换热段、储液段和加液段，所述换热段、储液段和加液段为一个完整的实体；

所述容积式微通道换热器的加液段为一个管状体，在管状体的内壁设有内螺纹，或在管状体的外壁设有外螺纹；

所述容积式微通道换热器的储液段为一个具有中空的内部空间的腔体，其底部连接着所述换热段，其顶部连接着所述加液段的下部开口，所述储液段的外壁具有一个或多个坡面，且坡面均逐渐坡向所述加液段；

在所述储液段的内部空间的底部设有至少一个连通孔，所述连通孔朝向所述储液段的内部空间；

在所述储液段的底部设有液体出口管，所述液体出口管和所述储液段的内部空间连通；

所述容积式微通道换热器的换热段内部具有两组呈交错排列但互不连通的微通道，第一组微通道是供液体流动的微通道，第二组微通道是供制冷剂流动的微通道；

在所述容积式微通道换热器的换热段的外部还设有制冷剂进口管、制冷剂出口管、液体进口管；

所述制冷剂进口管和所述换热段内部的第二组微通道的进口连通，所述制冷剂出口管和所述换热段内部的第二组微通道的出口连通，所述液体进口管和所述换热段内部的第一组微通道的进口连通，所述换热段内部的第一组微通道的出口和所述储液段的内部空间底部的连通孔连通。

2.根据权利要求1所述的容积式微通道换热器，其特征是：所述容积式微通道换热器的材质包括但不限于不锈钢、铝合金、钛合金、铜合金之中的任一种。

3.根据权利要求1所述的容积式微通道换热器，其特征是：

所述容积式微通道换热器的换热段还设有制冷剂第三管，所述制冷剂第三管和所述换热段内部的第二组微通道的出口连通，所述制冷剂第三管用于安装制冷剂充填栓或制冷剂压力检测装置。

4.根据权利要求1所述的容积式微通道换热器，其特征是：

在所述容积式微通道换热器的储液段的侧壁上还设有锥台状凸起，在锥台状凸起上设有温度传感器安装孔，所述温度传感器安装孔和所述储液段的内部空间连通。

5.根据权利要求1所述的容积式微通道换热器，其特征是：

在所述容积式微通道换热器的储液段的底部还设有若干个环状凸起，所述环状凸起用于从底部固定所述容积式微通道换热器；

在所述容积式微通道换热器的储液段的坡面上还设有柱状凸起，在所述柱状凸起上设有固定孔，所述固定孔不与所述储液段的内部空间连通，所述柱状凸起和所述固定孔用于从上部固定所述容积式微通道换热器。

6.根据权利要求1所述的容积式微通道换热器，其特征是：所述容积式微通道换热器的用途之一是用作对液体进行降温的蒸发器。

7.根据权利要求1所述的容积式微通道换热器，其特征是：所述容积式微通道换热器的用途之一是用作对液体进行加热的冷凝器。

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