CN116659272A - 微通道换热器及其加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及热交换技术领域，提供了一种微通道换热器及其加工方法。微通道换热器包括分集流器和换热管，分集流器由分集管部和均流板部构成的组合体结构；分集管部设有开孔表面和流体通道，开孔表面设有与流体通道相通的多个均流小孔，均流板部具有带焊料层的钎焊表面，钎焊表面设有若干个凹形的均流腔，换热管插接在均流腔底部的换热管插孔中并连通均流腔；开孔表面与钎焊表面贴合钎焊，均流腔通过均流小孔与流体通道连通。本发明提供的微通道换热器，可以提高换热效率，也可以改善承压能力、减少工质充注量、节省材料。本发明提供的加工方法，采用冲压拉伸、电火花开孔、一次钎焊成形工艺，适合批量生产前述微通道换热器。

Description

微通道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，尤其涉及一种微通道换热器及其加工方法。

背景技术

微通道换热器工作时，需要从分集流器的内腔将循环工质分配到与其相连的多条扁管中进行换热。随着以铝加工工艺为主的微通道换热器逐渐普及，现有方案仍存在如下的技术难点：一方面，现有分集流结构普遍通过直接在横截面形状为圆形、或“D”形的管体壁面处冲压开孔，将换热扁管端部插入其中钎焊成型。另一方面，现有分集流器结构在循环工质分配过程中，无法确保将其均匀地分配到全部换热扁管中，特别是气液相变介质的蒸发换热过程，易造成换热器各区域的换热不均匀问题。

发明内容

本发明提供一种微通道换热器，用以解决现有技术微通道换热器不均匀换热，导致换热效率不高、体积大、承压低、充注量大以及加工难度高的问题。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种微通道换热器，包括分集流器和换热管，分集流器是由分集管部和均流板部构成的组合体结构，分集管部设有开孔表面和流体通道，开孔表面设有与流体通道相通的多个均流小孔，均流板部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换热管插孔，换热管插接在换热管插孔中以连通均流腔，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。

进一步地，钎焊表面还设有若干个折流沟槽，折流沟槽连通两个相邻的均流腔；相邻的两根或多根所述换热管通过均流腔、折流沟槽串联，以构成多流程换热结构。

进一步地，构成多流程换热结构的一组所述换热管的流道通径沿介质流通方向依次增大。

进一步地，所述分集管部还包括第一分集接口和第二分集接口，流体通道是多孔管结构且至少包括第一孔管和第二孔管，其中，第一孔管的端部形成第一分集接口，第二孔管的端部形成第二分集接口。

进一步地，还包括钎焊在所述换热管换热表面的翅片，换热管包括第一换热管和第二换热管，第一换热管、翅片和第二换热管交替排列并通过钎焊实现固定，所述第一换热管和第二换热管适于通过所述翅片换热；第一换热管流经均流腔和均流小孔并与第一孔管连通，第二换热管流经均流腔和均流小孔并与第二孔管连通，以构成三介质换热器结构。

优选地，所述分集管部具有两个定位侧板，两个定位侧板位于所述开孔表面的两侧，所述均流板部被卡合在两个定位侧板之间。

进一步地，所述均流板部具有两个钎焊折边，两个钎焊折边位于所述钎焊表面的两侧，钎焊折边被所述定位侧板包覆。

进一步地，所述定位侧板还设有凹槽，所述均流板部两侧的边缘部分适于插入凹槽内以实现所述均流板部的定位和固定。

优选地，所述均流板部还具有两个钎焊折边，两个钎焊折边位于所述钎焊表面的两侧，所述分集管部被卡合在两个钎焊折边之间。

本发明还公开一种加工方法，用于前述微通道换热器的工业化生产。

本发明的一种加工方法，包括以下步骤：

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工艺，打出均流小孔；在带焊料层的板材上，采用拉伸冲压工艺完成凹形均流腔、换热管插孔的成形；

步骤2，将每根所述换热管分别插接在一个换热管插孔中；

步骤3，将所述分集管部的开孔表面与均流板部的钎焊表面贴合，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，以完成钎焊密封。

基于上述技术方案，本发明具有如下优点：

本发明的微通道换热器，采用孔板均流结构精确分配各换热管内的换热介质流量，可实现均匀高效换热；采用小通径流体通道结构，可缩小换热器体积、提高承压能力、减少工质充注量、节省加工材料。

本发明的加工方法，采用冲压拉伸、电火花开孔、组装、一次过炉钎焊，即可完成的微通道换热器加工，工艺成熟、简单方便、生产效率高。

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一简单地介绍，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为根据本发明实施例1的一种微通道换热器的主体结构剖面图；

图2为根据本发明实施例1的一种微通道换热器的主体结构侧视图；

图3为根据本发明实施例1的一种微通道换热器的分集流器断面图；

图4为根据本发明实施例1的一种微通道换热器的分集管部结构图；

图5为根据本发明实施例1的一种微通道换热器的均流板部结构图之一；

图6为根据本发明实施例1的一种微通道换热器的均流板部结构图之二；

图7为根据本发明实施例2的一种微通道换热器的分集流器断面图；

图8为根据本发明实施例2的一种微通道换热器的分集管部结构图；

图9为根据本发明实施例3的一种微通道换热器的主体结构侧视图；

图10为根据本发明实施例3的一种微通道换热器的分集管部结构图；

图11为根据本发明实施例3的一种微通道换热器的均流板部结构图；

图12为根据本发明实施例3的一种微通道换热器的换热管通径尺寸示意图；

图13为根据本发明实施例4的一种微通道换热器的主体结构侧视图；

图14为根据本发明实施例5的一种微通道换热器的主体结构局部图。

附图标记：

1：分集管部； 10：开孔表面； 100：均流小孔；

11：流体通道； 111：第一孔管； 112：第二孔管；

12：定位侧板； 120：凹槽； 2：均流板部；

20：钎焊表面； 21：均流腔； 210：换热管插孔；

23：折流沟槽； 31：第一分集接口； 32：第二分集接口；

41：第一换热管； 42：第二换热管； 5：翅片。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明的技术方案，结合具体实施例做进一步描述如下：

本发明提供一种微通道换热器实施例1，如图1、2和3所示，图1为竖向扁管结构的换热器，图2为横向扁管结构的换热器，图3为换热器的分集流器断面图；这里需要说明的是：本实施例1以下描述中的左、右、上、下等指向，均以图1为基础作说明；本实施例1包括上、下各一套分集流器和多根换热管41，所述分集流器是由分集管部1和均流板部2构成的组合体结构，分集管部1设有开孔表面10和流体通道11，开孔表面10设有与流体通道11相通的多个均流小孔100，分集管部1具有两个定位侧板12，两个定位侧板12分别位于开孔表面10的两侧，均流板部2被卡合在两个定位侧板12之间。均流板部2具有一个带焊料层的钎焊表面20，钎焊表面20设有若干凹形均流腔21，每个均流腔21底部设有一个换热管插孔210，换热管插接钎焊在换热管插孔210中，换热管与均流腔21形成连通，所述开孔表面10与钎焊表面20贴合钎焊，均流腔21通过一个或一组均流小孔100与流体通道11连通。

本实施例1结构的换热器在换热运行时，换热介质从位于下方的分集流器的分集管部的流体通道11进入，经不同的均流小孔100分流进入均流腔21，然后经换热管41与管外介质换热后，流入位于上方的分集流器的分集管部1的均流腔21，再经均流小孔100均流而进入位于上方的分集流器的流体通道11，实现单流程换热过程。

在本实施例1的结构中，由于换热管41仅需要插入换热管插孔210中钎焊密封，换热管41经均流腔21和均流小孔100即可实现与上、下两个分集流器的流体通道11的连通，由于换热管41无需直接插入流体通道11中，因此流体通道11的通径可以仅满足换热介质总流量和流阻要求以便设计成较小尺寸的流道，而小尺寸流体通道11也具有承压高、充注量小和节省成本的优点。

在本实施例1的结构中，按照换热管41的换热参数，通过控制与每个均流腔21连通的均流小孔100的数量或通径，即可满足多条换热管41对流量均匀度的要求，从而提高换热器的换热效率。

本发明提供一种微通道换热器的实施例2，如图7和8所示，微通道换热器的主体结构与实施例1基本相同，相同部分在此不再赘述，其区别在于：本实施例2中的流体通道11是多孔管结构。

在本实施例2的结构中，由于流体通道11采用了多孔管结构，一方面，进一步增加了流体通道11的承压强度，有效减少管壁厚度，节省材料成本；另一方面，均流小孔100可开设在不同孔道上，均流腔21通过对应的均流小孔100与多个孔道连通，利用该方式可以对每个均流腔21所对应的均流小孔100的开口形状、尺寸和数量进行设计调整，使得分流更精确。

本发明还提供一种微通道换热器的实施例3，如图9、10、11和12所示，微通道换热器的主体结构与实施例2大致相同，其不同之处在于：本实施例3的换热器，包括左分集流器、第一组换热管41、第二组换热管42和右分集流器，左分集流器的流体通道11是双孔管结构，左分集流器还具有第一分集接口31和第二分集接口32，左分集流器还具有两排均流小孔100，其中一排均流小孔100经流体通道11的第一孔管111与第一分集接口31连通，另一排均流小孔100经流体通道11的第二孔管112与第二分集接口32连通；本实施例3中右分集流器的相邻两个均流腔21之间还设有折流沟槽23，第一组换热管41经折流沟槽23与第二组换热管42串联，构成双流程换热结构。

本实施例3的换热器在换热运行时，换热介质从左分集流器的第一分集接口31进入流体通道11的第一孔管111、与第一孔管111连通的均流小孔100、均流腔21和第一换热管41，并在第一换热管41中与管外介质完成第一个换热流程后，流入右分集流器的均流腔21，然后通过折流沟槽23流入相邻的另一个均流腔21，再折返进入第二换热管42，换热介质在第二换热管42内与管外介质完成第二个换热流程后，再经左分集流器的另一排均流小孔100进入左分集流器流体通道11的第二孔管112，最后从第二分集接口32流出，实现双流程换热过程。

在本实施例3中，第一换热管41与第二换热管42的通道结构不同，一种为第一换热管41的厚度小于第二换热管42的厚度，从而使得第二换热管42的流阻小于第一换热管41的流阻；另一种通道结构如图12所示：第一换热管41的厚度与第二换热管42的厚度相同，但孔型不同；第三种通道结构如下：第一换热管41与第二组换热管42是同样尺寸结构的换热管，但第一个换热流程的第一换热管41的数量少于第二个换热流程的第二换热管42的数量。

简单的，本领域技术研发人员可依据本实施例3的结构原理，构建更多流程的换热器结构。

在本实施例3的结构中，相邻的两根或多根换热管通过折流沟槽23实现串联，使得循环工质可以在相应多流程换热结构实现折流，从而精确地控制换热器不同流程换热管内循环工质的流量，降低流程流阻并提高换热效率。

本发明还提供一种微通道换热器的实施例4，如图13所示，微通道换热器的主体结构与实施例3基本相同，其不同之处在于：本实施例4的左分集流器和右分集流器均是双孔管结构，均具有第一分集接口31和第二分集接口32；左分集流器和右分集流器均具有两排均流小孔100，其中一排均流小孔100经流体通道11的第一孔管111与第一分集接口31连通，另一排均流小孔100经流体通道11的第二孔管112与第二分集接口32连通。

在本实施例4中，第一组换热管41、翅片5和第二组换热管42在上下方向上交替排列并通过钎焊实现固定，第一组换热管41分别经均流腔21、均流小孔100和流体通道11的第一孔管111，并与左、右分集流器的第一分集接口31连通，第二组换热管42分别经均流腔21、均流小孔100、流体通道11的第二孔管112，并与左、右分集流器的第二分集接口32连通，从而构成管内双通道的三介质换热器结构。

本实施例4的换热器在换热运行时，一方面，第一种换热介质从左分集流器的第一分集接口31进入流体通道11的第一孔管111、与第一孔管111连通的均流小孔100、均流腔21和第一换热管41，换热介质在第一换热器41内与管外介质进行换热后，依次流经右分集流器的均流腔21、与第一孔管111连通的均流小孔100和流体通道11的第一孔管111，最后从右分集流器的第一分集接口31流出；另一方面，第二种换热介质从右分集流器的第二分集接口32进入流体通道11的第二孔管112、与第二孔管112连通的均流小孔100、均流腔21和第二换热管42，换热介质在第二换热器42与管外介质进行换热后，依次流经左分集流器的均流腔21、与第二孔管112连通的均流小孔100和流体通道11的第二孔管112，最后从左分集流器的第二分集接口32流出。可以理解，本实施例4所描述的换热器可以实现管内两种介质和管外一种介质，构成的三者之间相互的换热过程。

本发明还提供一种微通道换热器的实施例5，如图14所示，微通道换热器的主体结构与实施例4基本相同，其不同在于：每根第一换热管41中部的一个换热表面与相邻一个第二换热管42换热表面相互贴合，每根第一换热管41的两端部折弯后，再插入换热管插孔中，构成可实现两两介质直接换热的三介质换热器结构。

本实施例5结构的换热器在换热运行时，第一换热管41和第二换热管42两组流道内的介质既可通过流道间壁实现直接换热，两组流道共用换热表面，又可分别通过换热表面与管外第三介质进行换热，从而实现在三种介质中任意两两介质间的直接换热。

本发明还提供一种微通道换热器的实施例6，微通道换热器的主体结构与实施例1基本相同，其不同在于：均流板部2具有两个钎焊折边，两个钎焊折边分别位于钎焊表面20两侧，钎焊折边被定位侧板12包覆。

本发明还提供一种微通道换热器的实施例7，微通道换热器的主体结构与实施例1基本相同，其不同在于：均流板部2还具有两个钎焊折边，钎焊折边位于钎焊表面20的两侧，分集管部1被卡合在两个钎焊折边之间。

根据本发明的上述实施例1至7中的任意一个，本发明所保护的微通道换热器，相较于相关技术中的换热器，具有以下优点：一方面，可以减小流体通道11的容积并增加其承压能力，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；另一方面，可以精确调节进入均流腔21内换热介质流量，使不同换热管中的换热介质流量保持一致，便于实现管内、管外多种换热介质之间的高效换热。

为方便理解，下文将具体描述本发明所保护的微通道换热器与现有的换热器结构之间的区别。

在相关技术中，如申请号为CN200910003071.6中国发明专利提出的一种热交换器，其结构及加工工艺使分集流器高度需超过相匹配的扁管最大宽度。然而上述换热器结构具有以下缺点：过大的分集流器导致其容积增大，并也会增加循环工质的充注量，提高对环境污染的风险。为了解决上述技术问题，本发明所保护的微通道换热器，将分集流器的整体结构设计为两个相互独立的部件(也即分集管部1和均流板部2)，其中，分集管部1具体用于提供换热介质流通的流体通道11，均流板部2用于实现换热管的插接和换热介质在多个换热管内的均匀分流。

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设计成较大的尺寸，否则无法满足冲压开孔和换热管的焊接要求。而本发明提出的换热器结构，将分集流器的整体结构划分为两个相互独立的分集管部1和均流板部2，并且通过分集管部1实现换热介质的流通导向，并通过均流板部2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11上冲压开孔，从而流体通道11的内径可以被设计成较小的尺寸，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，相关技术的分集流结构还具有以下缺陷：现有换热器的分集流结构在循环介质分配过程中，无法确保将换热介质精确地分配到所连接的扁管中，可能导致换热不均匀的情况发生，其分集流结构仍有待改进。针对该问题，申请号为CN201410410165.6中国发明专利提出一种改进的制冷剂分流结构，将含有分流腔的柱体置于传统的分集流管中，通过调节其结构中槽型流道的轨迹曲率、轨迹长度、横截面面积和形状等参数，控制进入不同腔体中的循环介质流量，以达到均匀分配热量的目的。然而，上述结构在推广过程中还存在一些难度：(1)该结构在槽型流道设计和柱体制作时较为复杂，较难一体化加工成型，量产难度变高；(2)分流腔增加了分集流管的换热管接口冲压难度，若先安装分流腔后进行加工，则不易冲压开孔；若先开孔后进行加工，此时分集流器内径变小的问题也增加了分流腔的安装难度。

为了解决上述技术问题，本发明提出的微通道换热器，通过在分集管部1的开孔表面10上设置多个均流小孔100，使得流体通道11内的换热介质可以依次沿着均流小孔100和均流板部2的均流腔21流动至换热管4内，其中，本结构可以通过控制单个均流腔21所对应的均流小孔100的形状、数量和尺寸，从而控制换热介质流动至换热管4内的流量大小，进而可以精确调节进入均流腔21内的换热介质流量，使不同换热器4中的换热介质的流量保持一致。

本发明还提供一种换热器的加工方法，用于上述换热器的批量生产制造，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10上，采用电火花放电打孔或机械钻孔工艺，打出均流小孔100；采用拉伸冲压工艺，在带焊料层的板材上完成凹形均流腔21和换热管插孔210的成形；步骤2，将每根换热管(包括第一换热管41和第二换热管42)插接在所述换热管插孔210中；步骤3，将所述分集管部1的开孔表面10与均流板部2的钎焊表面20贴合，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。

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)

1.一种微通道换热器，包括分集流器和换热管，其特征在于：所述分集流器是由分集管部(1)和均流板部(2)构成的组合体结构，分集管部(1)设有开孔表面(10)和流体通道(11)，开孔表面(10)设有与流体通道(11)相通的多个均流小孔(100)，均流板部(2)具有一个带焊料层的钎焊表面(20)，钎焊表面(20)设有若干个凹形的均流腔(21)，每个均流腔(21)的底部均设有一个换热管插孔(210)，换热管插接在换热管插孔(210)中以连通所述均流腔(21)，开孔表面(10)与钎焊表面(20)贴合并钎焊，均流腔(21)通过若干个均流小孔(100)与流体通道(11)连通。

2.根据权利要求1所述的微通道换热器，其特征在于：所述钎焊表面(20)还设有若干个折流沟槽(23)，所述折流沟槽(23)连通两个相邻的所述均流腔(21)；相邻的两根或多根所述换热管通过均流腔(21)和折流沟槽(23)串联，以构成多流程换热结构。

3.根据权利要求2所述的微通道换热器，其特征在于：构成多流程换热结构的一组所述换热管的流道通径沿介质流通方向依次增大。

4.根据权利要求1所述的微通道换热器，其特征在于：所述分集管部(1)还包括第一分集接口(31)和第二分集接口(32)，所述流体通道(11)是多孔管结构且至少包括两部分孔管，分别为第一孔管(111)和第二孔管(112)，其中所述第一孔管(111)与第一分集接口(31)连通，所述第二孔管(112)与第二分集接口(32)连通。

5.根据权利要求4所述的微通道换热器，其特征在于：还包括钎焊在所述换热管的换热表面的翅片(5)，换热管包括第一换热管(41)和第二换热管(42)，第一换热管(41)、翅片(5)、第二换热管(42)交替排列并通过钎焊实现固定，所述第一换热管(41)和第二换热管(42)适于通过所述翅片(5)换热；所述第一换热管(41)流经所述均流腔(21)和所述均流小孔(100)并与所述第一孔管(111)连通，所述第二换热管(42)流经所述均流腔(21)和所述均流小孔(100)并与所述第二孔管(112)连通，以构成三介质换热器结构。

6.根据权利要求1至5任一项所述的微通道换热器，其特征在于：所述分集管部(1)具有两个定位侧板(12)，两个所述定位侧板(12)分别位于所述开孔表面(10)的两侧，所述均流板部(2)被卡合在两个所述定位侧板(12)之间。

7.根据权利要求6所述的微通道换热器，其特征在于：所述均流板部(2)具有两个钎焊折边，两个钎焊折边分别位于所述钎焊表面(20)两侧，所述钎焊折边被所述定位侧板(12)包覆。

8.根据权利要求6所述的微通道换热器，其特征在于：所述定位侧板(12)还设有凹槽(120)，所述均流板部(2)两侧的边缘部分适于插入所述凹槽(120)内以实现所述均流板部(2)的定位和固定。

9.根据权利要求1至5任一项所述的微通道换热器，其特征在于：所述均流板部(2)还具有两个钎焊折边，所述钎焊折边位于所述钎焊表面(20)的两侧，所述分集管部(1)被卡合在两个所述钎焊折边之间。

10.一种换热器的加工方法，用于权利要求1至9任一项所述换热器的批量生产制造，其特征在于：包括根据下步骤：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(10)上，采用电火花放电打孔或机械钻孔工艺，打出所述均流小孔(100)；在带焊料层的板材上，采用拉伸冲压工艺完成凹形的所述均流腔(21)和所述换热管插孔(210)的成形；步骤2，将每根所述换热管分别插接在一个所述换热管插孔(210)中；步骤3，将所述分集管部(1)的开孔表面(10)与均流板部(2)的钎焊表面(20)贴合，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，以完成钎焊密封。