CN116576694A - 一种三介质换热器及其加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及热交换技术领域，尤其涉及一种三介质换热器及其加工方法，包括第一分集流器、第二分集流器、若干平行并保持间距排列的第一换热管和第二换热管，所述第一分集流器是由分集管部和第一均流板构成的组合体结构，所述第一换热管与所述第一分集流器的介质通道对应连通，还包括流体室、第二均流板，所述第一分集流器、第二均流板依次平行，流体室与第二均流板焊接或压接，组合后构成第二分集流器，所述第二换热管与所述第二分集流器的介质通道对应连通，组成三介质换热器。本发明的结构可以缩小换热器体积，以应对小空间使用三介质换热器的场景。

Description

一种三介质换热器及其加工方法

技术领域

本发明涉及热交换技术领域，尤其涉及一种三介质换热器及其加工方法。

背景技术

三介质换热器是一种能够实现制冷剂、载冷剂、空气等三种介质之间两两独立或联合换热的换热设备；根据三种介质的温度不同，可实现制冷剂-空气、制冷剂-载冷剂、载冷剂-载冷剂、载冷剂-空气以及制冷剂-(载冷剂和空气)、(制冷剂和载冷剂)-空气等多种换热模式；随着该技术逐渐成熟化，未来将在汽车、电子、空调、化工、医疗等诸多技术领域中发挥着关键作用。

目前，当三介质换热器面对作为空调室内机这类需要在小空间使用的场景时，尤其当将平行流扁管垂直放置时，现有技术中的分集流器体积过大，甚至可能占据整个迎风面积的三分之二，直接导致空调室内机的换热量不足、无法使用。

综上，需要进一步探索在保证高承压、高均流性的同时，缩小分集流器体积的三介质换热器结构形式。

发明内容

本发明目的在于公开一种三介质换热器，针对现有技术中三介质换热器的具有两个介质通道的分集流器体积过大的问题，在保证高承压、高均流性的同时，缩小换热器体积，以应对小空间使用三介质换热器的场景。

本发明的目的还提供一种三介质换热器的加工方法，便于前述三介质换热器的加工制作，成本低、可靠性高。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种三介质换热器，包括第一分集流器和第二分集流器，还包括若干平行并保持间距排列的第一换热管和第二换热管，所述第一分集流器是由分集管部和第一均流板构成的组合体结构，分集管部设有开孔表面和至少一个流体通道，开孔表面设有与流体通道相通的多个均流小孔，第一均流板具有一个带焊料层的钎焊表面，钎焊表面设有若干个凹形的均流腔，每个均流腔的底部均设有一个第一换热管插孔，所述第一换热管插接钎焊在第一换热管插孔中，换热管与均流腔形成连通，所述开孔表面与钎焊表面贴合并钎焊，均流腔通过若干个均流小孔与流体通道连通，所述第二分集流器包括流体室和第二均流板，所述第二均流板设有若干第二换热管插孔，所述第一分集流器和第二均流板依次平行，流体室与第二均流板通过焊接或压接的方式连接，以构成用于第二流体分集流的封闭腔体结构；

所述第二换热管插接并钎焊在所述第二换热管插孔中，所述第二换热管与所述流体室连通；所述第一换热管与所述第一分集流器的介质通道对应连通，所述第二换热管与所述第二分集流器的介质通道对应连通，以组成三介质换热器。

进一步地，所述第二均流板还设有若干个平行排列的第一换热管过孔，第一换热管过孔与所述第二换热管插孔在所述第二均流板上交替设置。

优选地，所述第一换热管过孔与第一换热管插孔同轴对应且数量相等，第一换热管过孔的孔径不小于第一换热管插孔的孔径。

优选地，所述分集管部和第一均流板均在流体室腔体内，所述第一分集流器和所述第二分集流器构成内外双通道结构。

可选地，所述第一均流板设置在流体室腔体内，分集管部设置在流体室腔体外，使所述第一分集流器和所述第二分集流器构成并列双通道结构。

优选地，所述分集管部是具有多个孔道的平行流扁管，每个孔道均在分集管部的同一壁面上开设有一个或多个均流小孔。

优选地，所述第二均流板上设有朝向所述流体室方向的安装凹槽，所述第二换热管插孔和所述第一换热管过孔相互平行地形成于所述安装凹槽的底部；所述第一换热管的一侧换热面和第二换热管的一侧换热面沿流体流动方向相互贴合，从而形成一个管组内两个扁管的相邻换热面贴合一体、且流体间相互隔离的结构。

可选地，所述第二均流板上设有朝向所述流体室方向的安装凹槽，所述第二换热管插孔形成于所述安装凹槽的底部；所述第一换热管过孔与所述第二换热管插孔在所述第二均流板上间隔设置；

所述第一换热管的一侧换热面和所述第二换热管的一侧换热面沿换热介质的流动方向间隔设置或部分贴合。

优选地，所述第一均流板包括相互贴合并连接的插接板和安装板，所述插接板形成配合面和第一换热管插孔，所述第一换热管通过所述配合面插接并钎焊在所述第一换热管插孔中，所述安装板形成所述钎焊表面和贯通所述安装板的连接孔；

所述第一换热管插孔的远离所述配合面的一侧端口朝向远离所述第一均流板的方向延伸，以形成环形的安装凸起；

所述连接孔的两个端口分别与所述安装板的两个表面平齐设置，所述安装凸起插接在所述连接孔内，且所述安装凸起不超出所述钎焊表面设置；或者，所述连接孔的远离所述钎焊表面的一侧端口朝向远离所述安装板的方向延伸，以形成环状的连接凸起，所述安装凸起与所述连接凸起相互套设，且所述安装凸起不超出所述钎焊表面设置。

一种三介质换热器的加工方法，用于上述三介质换热器的批量生产制造，至少包括如下步骤：

步骤1，在挤出型材工艺生产的所述分集管部的开孔表面上，采用电火花放电打孔或机械钻孔、铣孔工艺，打出均流小孔；采用拉伸冲压工艺在第一均流板上完成均流腔和第一换热管插孔的成型，并采用拉伸冲压工艺在第二均流板上完成第一换热管过孔和第二换热管插孔的成型；

步骤2，将每根所述第一换热管穿过第一换热管过孔分别插接在一个第一换热管插孔中，将每根所述第二换热管分别插接在第二换热管插孔中，并按工艺需求将两根换热管相互贴合、部分贴合或间隔设置；

步骤3，将所述第一分集流器的分集管部的开孔表面与第一均流板的钎焊表面贴合，并将第一分集流器和第二均流板依次平行设置，以完成换热器的组装；

步骤4，将组装好的换热器放入钎焊炉，完成钎焊密封；

步骤5，将流体室与第二均流板焊接或压接，完成换热器的装配。

一种热泵空调系统，包括一个或多个换热器，其中至少一个换热器是本发明第一方面所描述的三介质换热器。

基于上述技术方案，本发明具有如下优点：

(1)本发明提供的一种三介质换热器，其结构可显著降低分集流器体积，减少循环工质充注量、节省加工材料，以应对小空间使用三介质换热器的场景；

(2)本发明提供的一种三介质换热器，其分集流器内的不同流道组流道口，均设置在均流板的若干凹形均液腔上方，通过流道口的开孔大小和数量的不同，精确调节进入均液腔内换热介质流量，便于实现管内、管外多种换热介质之间的高效换热；

(3)本发明提供的一种三介质换热器，在实现扁管内两种介质分集流的同时，确保介质均匀分布进入对应扁管，在一台换热器内完成三种介质间的直接换热；

(4)本发明提供的一种三介质换热器的加工方法，可采用钎焊工艺，分集管部、均流板、换热管和翅片直接过炉钎焊，批量加工，精度高、成本低、密封可靠性好。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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为本发明公开的一种三介质换热器的整体结构断面示意图；

图2为图1中A处结构的爆炸示意图；

图3为本发明的一个实施例中的第一均流板的结构示意图。

附图标记：

1-第一分集流器； 10-分集管部； 100-开孔表面；

101-流体通道； 102-均流小孔； 11-第一均流板；

110-钎焊表面； 111-均流腔； 112-第一换热管插孔；

2-第二分集流器； 20-流体室； 21-第二均流板；

210-第二换热管插孔； 211-第一换热管过孔； 31-第一换热管；

32-第二换热管； 24-插接板； 241-配合面；

25-安装板； 251-连接孔； 252-连接凸起。

具体实施方式

为清楚表达本发明的目的、技术方案和技术优势，下面将结合发明附图，对本发明中的技术方案进一步清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供一种三介质换热器实施例，如图1所示，包括第一分集流器1和第二分集流器2，还包括若干平行并保持间距排列的第一换热管31和第二换热管32。如图2所示，所述第一分集流器1是由分集管部10和第一均流板11构成的组合体结构，分集管部10设有开孔表面100和至少一个流体通道101，开孔表面100设有与流体通道101相通的多个均流小孔102，第一均流板11具有一个带焊料层的钎焊表面110，钎焊表面110设有若干凹形均流腔111，每个均流腔111底部设有一个第一换热管插孔112，所述第一换热管31插接钎焊在第一换热管插孔112中，介质管与均流腔111形成连通，所述开孔表面100与钎焊表面110贴合钎焊，均流腔111通过一个或一组均流小孔102与流体通道101连通。

需要解释的是，上述“每个均流腔111均通过一个或一组均流小孔102与流体通道101连通”指的是：当第一均流板11被安装到分集管部10上后，每个均流腔111所连通的均流小孔102可以为一个、两个或者多个，也即开孔表面100上对应于单个均流腔111的均流小孔102的数量可以为一个、两个或者多个。

在本实施例的结构中，所述第二分集流器2包括流体室20和第二均流板21，所述第二均流板21设有若干第二换热管插孔210，所述第一分集流器1和第二均流板21依次平行。流体室20与第二均流板21焊接或压接以实现连接，两者组合后构成用于第二流体分集流的封闭腔体结构。所述第二均流板21还设有若干平行排列的第一换热管过孔211，第一换热管过孔211与所述第一换热管插孔112位置同轴对应且数量相等。第一换热管过孔211与所述第二换热管插孔112交替设置。所述第一换热管31与所述第一分集流器1的介质通道对应连通，所述第二换热管32与所述第二分集流器2的介质通道对应连通，组成三介质换热器。

在本实施例的结构中，所述第一换热管过孔211与第一换热管插孔112同轴，第一换热管过孔211的孔径不小于第一换热管插孔112的孔径。

所述第二均流板21上设有朝向所述流体室20方向的安装凹槽，所述第二换热管插孔112和所述第一换热管过孔211相互平行地形成于所述安装凹槽的底部；所述第一换热管31的换热面和第二换热管32的换热面沿流体流动方向相互贴合，形成一个管组内两个扁管的相邻换热面贴合一体、且流体间相互隔离的结构。

在本实施例的结构中，所述分集管部10和第一均流板11均在流体室20腔体内，第一分集流器1和第二分集流器2构成内外双通道结构。

在本实施例的结构中，所述分集管部10是多孔道结构的平行流扁管，每个孔道均在分集管部10的同一壁面上开设有一个或多个均流孔。

在本发明的另一个实施例中，所述第二均流板21上设有朝向所述流体室20方向的安装凹槽，所述第二换热管插孔112形成于所述安装凹槽的底部。所述第一换热管过孔211与所述第二换热管插孔112在所述第二均流板21上间隔设置。

与上一个实施例不同，在本实施例中，第一换热管过孔211与第二换热管插孔112并非相邻设置在安装凹槽上，而是沿第二均流板21的长度方向间隔设置在第二均流板21上。

如图3所示，在一些实施例中，所述第一均流板11包括相互贴合并连接的插接板24和安装板25，所述插接板24形成配合面241和第一换热管插孔112，所述第一换热管31通过所述配合面241插接并钎焊在所述第一换热管插孔112中，所述安装板25形成所述钎焊表面110和贯通所述安装板25的连接孔251。

所述第一换热管插孔112的远离所述配合面21的一侧端口朝向远离所述第一均流板11的方向延伸，以形成环形的安装凸起。

所述连接孔251的两个端口分别与所述安装板25的两个表面平齐设置，所述安装凸起插接在所述连接孔251内，且所述安装凸起不超出所述钎焊表面110设置；或者，所述连接孔251的远离所述钎焊表面110的一侧端口朝向远离所述安装板25的方向延伸，以形成环状的连接凸起252，所述安装凸起与所述连接凸起252相互套设，且所述安装凸起不超出所述钎焊表面110设置。

本发明所保护的三介质换热器，相较于相关技术中的换热器，具有以下优点：可以减小流体通道101的容积并增加其承压能力，并且可以减少循环工质的充注量，进而减小对环境污染的风险；此外，由于可以减小流体通道101的容积，因此可以减小三介质换热器的占用体积，从而使得三介质换热器可以满足小空间的使用要求，扩大其适用范围。

为方便理解，下文将具体描述本发明所保护的三介质换热器与现有的换热器之间的区别。

如中国专利CN210051186U公开了一种三介质换热器，该结构也直接导致分集流器高度几乎三倍于匹配的扁管最大宽度；中国专利CN110530177A公开了一种三介质换热器，CN113606961A公开了一种具有辅助换热结构的三介质换热器，CN216115589U公开了一种多介质换热器的分集流结构，三者的分集流器区别于早期焊接方案，避免中间隔板处的热容过大，有效提高焊接质量，然而三项专利的分集流器结构本质相似，都选用横截面为圆形或“D”形结构的空心柱体作为高压侧分集流器，并用插接的方式进行钎焊，致使其高度仍大于匹配扁管的最大宽度；在此类结构基础上进行优化，皆无法避免插接后的第一腔体大于扁管最大宽度的限制，随之三介质换热器结构仍无法满足小空间的使用需要，其换热器结构仍有待改进。

需要指出的是，相关技术中的换热器结构由于其结构和加工的局限性(也即只能在分集流器的管道上冲压开孔以实现换热管的焊接)，导致现有的分集流管的孔径必须大于扁管最大宽度，否则无法满足冲压开孔和换热管的焊接要求。

而本发明提出的三介质换热器中的分集流结构，将第一分集流器1划分为两个相互独立的分集管部10和第一均流板11，并且通过分集管部10实现换热介质的流通导向，并通过第一均流板11实现换热管的安装，使得本发明的分集流结构无需直接在流体通道101上冲压开孔，从而流体通道101的内径可以被设计成较小的尺寸，以减小其容积、增加其承压能力，并且减少循环工质的充注量，进而减小对环境污染的风险。此外，由于第一分集流器1可以被设计为较小的尺寸，因此三介质换热器的整体尺寸可以被设计地较小，从而满足三介质换热器在小空间下的使用需求。

本发明还提供一种三介质换热器的加工方法，用于上述三介质换热器的批量生产制造，至少包括如下步骤：

步骤1，在挤出型材工艺生产的所述分集管部1的开孔表面100上，采用电火花放电打孔或机械钻孔、铣孔工艺，打出均流小孔102；在带焊料层的板材上，采用拉伸冲压工艺在第一均流板11上完成凹形均流腔111和第一换热管插孔112的成型，采用拉伸冲压工艺在第二均流板21上完成第一换热管过孔211和第二换热管插孔210的成形；

步骤2，将每根所述第一换热管31穿过第一换热管过孔211分别插接在一个第一换热管插孔112中，将每根所述第二换热管32分别插接在第二换热管插孔210中，并按工艺需求将两根换热管相互贴合、部分贴合或间隔设置；

步骤3，将所述第一分集流器1的分集管部10的开孔表面100与第一均流板11的钎焊表面110贴合，并将第一分集流器1和第二均流板21依次平行排列，完成换热器的组装；

步骤4，将组装好的换热器放入钎焊炉，完成钎焊密封；

步骤5，将流体室20与第二均流板21焊接或压接，完成换热器的装配。

本发明还提供一种热泵空调系统，包括一个或多个换热器，其中至少一个换热器是上述任一实施例所描述的三介质换热器结构。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种三介质换热器，包括第一分集流器(1)和第二分集流器(2)，还包括若干平行并保持间距排列的第一换热管(31)和第二换热管(32)，其特征在于：

所述第一分集流器(1)包括分集管部(10)和第一均流板(11)，所述分集管部(10)设有开孔表面(100)和至少一个流体通道(101)，所述开孔表面(100)设有与所述流体通道(101)相通的多个均流小孔(102)，所述第一均流板(11)具有一个带焊料层的钎焊表面(110)，所述钎焊表面(110)设有若干个凹形的均流腔(111)，每个所述均流腔(111)的底部均设有一个第一换热管插孔(112)；

所述第一换热管(31)插接并钎焊在所述第一换热管插孔(112)中，所述第一换热管(31)与所述均流腔(111)连通，所述开孔表面(100)与所述钎焊表面(110)贴合并钎焊，每个所述均流腔(111)均通过若干个所述均流小孔(102)与所述流体通道(101)连通；

所述第二分集流器(2)包括流体室(20)和第二均流板(21)，所述第二均流板(21)设有若干个第二换热管插孔(210)，所述第一分集流器(1)和所述第二均流板(21)依次平行，所述流体室(20)与所述第二均流板(21)通过焊接或压接的方式连接，以构成封闭腔体结构；

所述第二换热管(32)插接并钎焊在所述第二换热管插孔(210)中，所述第二换热管(32)与所述流体室(20)连通，以组成三介质换热器。

2.根据权利要求1所述的三介质换热器，其特征在于：所述第二均流板(21)还设有若干个平行排列的第一换热管过孔(211)，所述第一换热管过孔(211)与所述第二换热管插孔(210)在所述第二均流板(21)上交替设置。

3.根据权利要求2所述的三介质换热器，其特征在于：所述第一换热管过孔(211)与第一换热管插孔(112)同轴对应且数量相等，所述第一换热管过孔(211)的孔径不小于所述第一换热管插孔(112)的孔径。

4.根据权利要求1至3任一项所述的三介质换热器，其特征在于：所述分集管部(10)和所述第一均流板(11)均在所述流体室(20)腔体内，使所述第一分集流器(1)和所述第二分集流器(2)构成内外双通道结构。

5.根据权利要求1至3任一项所述的三介质换热器，其特征在于：所述第一均流板(11)设置在所述流体室(20)腔体内，所述分集管部(10)设置在所述流体室(20)腔体外，使所述第一分集流器(1)和所述第二分集流器(2)构成并列双通道结构。

6.根据权利要求1至3任一项所述的三介质换热器，其特征在于，所述分集管部(10)是具有多个孔道的平行流扁管，每个孔道均在所述分集管部(10)的同一壁面上开设有一个或多个均流小孔。

7.根据权利要求1至3任一项所述的三介质换热器，其特征在于：

所述第二均流板(21)上设有朝向所述流体室方向的安装凹槽，所述第二换热管插孔和所述第一换热管过孔相互平行地形成于所述安装凹槽的底部；

所述第一换热管(31)的一侧换热面和所述第二换热管(32)的一侧换热面沿换热介质的流动方向相互贴合。

8.根据权利要求1至3任一项所述的三介质换热器，其特征在于：

所述第二均流板(21)上设有朝向所述流体室方向的安装凹槽，所述第二换热管插孔形成于所述安装凹槽的底部；所述第一换热管过孔与所述第二换热管插孔在所述第二均流板上间隔设置；

所述第一换热管(31)的一侧换热面和所述第二换热管(32)的一侧换热面沿换热介质的流动方向间隔设置或部分贴合。

9.根据权利要求1至3任一项所述的三介质换热器，其特征在于，所述第一均流板(11)包括相互贴合并连接的插接板(24)和安装板(25)，所述插接板(24)形成配合面(241)和第一换热管插孔(112)，所述第一换热管(31)通过所述配合面(241)插接并钎焊在所述第一换热管插孔(112)中，所述安装板(25)形成所述钎焊表面(110)和贯通所述安装板(25)的连接孔(251)；

所述第一换热管插孔(112)的远离所述配合面(21)的一侧端口朝向远离所述第一均流板(11)的方向延伸，以形成环形的安装凸起；

所述连接孔(251)的两个端口分别与所述安装板(25)的两个表面平齐设置，所述安装凸起插接在所述连接孔(251)内，且所述安装凸起不超出所述钎焊表面(110)设置；或者，所述连接孔(251)的远离所述钎焊表面(110)的一侧端口朝向远离所述安装板(25)的方向延伸，以形成环状的连接凸起(252)，所述安装凸起与所述连接凸起(252)相互套设，且所述安装凸起不超出所述钎焊表面(110)设置。

10.一种三介质换热器的加工方法，用于权利要求1至9中任一项所述三介质换热器的批量生产制造，其特征在于：至少包括根据下步骤：

步骤1，在挤出型材工艺生产的分集管部(1)的开孔表面(100)上，采用电火花放电打孔或机械钻孔、铣孔工艺，打出均流小孔(102)；在带焊料层的板材上，采用拉伸冲压工艺在第一均流板(11)上完成均流腔(111)和第一换热管插孔(112)的成型，并采用拉伸冲压工艺在第二均流板(21)上完成第一换热管过孔(211)和第二换热管插孔(210)的成型；

步骤2，将每根所述第一换热管(31)穿过第一换热管过孔(211)分别插接在一个第一换热管插孔(112)中，将每根所述第二换热管(32)分别插接在第二换热管插孔(210)中，并按工艺需求将两根换热管相互贴合、部分贴合或间隔设置；

步骤3，将所述第一分集流器(1)的分集管部(10)的开孔表面(100)与第一均流板(11)的钎焊表面(110)贴合，并将第一分集流器(1)和第二均流板(21)依次平行设置，以完成换热器的组装；

步骤4，将组装好的换热器放入钎焊炉，完成钎焊密封；

步骤5，将流体室(20)与第二均流板(21)焊接或压接，以完成换热器的装配。