CN1705858A - 相互连接的微通道管 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种传热系统中使用的微通道管。微通道在隔壁中具有孔，隔壁将微通道彼此隔开，从而形成很多互相短接的通道，传热介质可以从其中流过。这使介质的液相和气相混合，从而提高系统效率。

Description

相互连接的微通道管

技术领域

本发明涉及传热装置中使用的相互连接的微通道管，所述传热装置如汽车或住宅或商业空调的热交换器。微通道管是相互连接的，便于蒸汽-液体相重新混合并提高热交换器的效率。

背景技术

微通道管近些年被应用于汽车空调单元以及住宅或商业空调热交换器。在使用时，制冷剂流过浮管(float tube)内的多个通道。制冷剂在其流过管时蒸发和冷凝，当其在液相和气相之间变化时吸收和释放热量。美国专利4998580和5372188(“188专利”)中每个专利披露了具有小液压直径流动通道(即微通道)的冷凝器。

当前使用的微通道管具有的通道是彼此隔离的，从而每个通道在传热时与其它通道分离独立工作。这使管前边缘与管偏流(leeway)侧之间传热不平衡，替代外传热介质流动方向。188专利的范围受到限制，因为它需要液压直径在约0.015到0.07英寸范围内，其中液压直径定义为每个流动通道的横截面积乘以4并除以相应流动通道的润湿周长。

因此，需要改进包括微通道管的热交换器的传热设计，用于提高传热效率以及使管的整个宽度上传热平衡更加均匀。本发明提供这些改进。

发明内容

本发明涉及一种传热管，包括环绕形成微通道的多个隔壁的外套，传热介质可以在形成的微通道中流动。隔壁优选地包括其中具有多个孔的侧壁，使传热介质可以在微通道之间流动，从而允许传热介质的液相和气相混合，从而提高管的传热。

孔占分隔侧壁面积的1％到20％，每个隔壁沿着隔壁长度方向每25mm有约5个孔到每75mm有约1个孔。这些孔占分隔侧壁高度的最多约80％，并且可以是圆形、椭圆形、正方形、矩形或三角形。

在一个实施例中，至少有2到12个隔壁，从而管中具有至少3个到13个微通道。优选地，至少有4到8个隔壁，从而管中具有至少5到9个微通道。隔壁优选地由单一薄片形成，优选地是形成蛇形隔壁的一种。

外套和隔壁是由金属制成，例如铝或铝合金，但铜或铜合金是优选的。如果需要，在外套的外表面装上翅片，有助于从中传导热量。

本发明的另一个实施例涉及热交换器的改进，所述热交换器包括多个微通道并且传热介质流过其中。改进包括在微通道中提供多个孔，从而传热介质可以在微通道之间流动，从而允许传热介质的液相和气相混合，以便改进管的传热。

附图说明

参看说明优选实施例的附图将更好地理解本发明。在附图中：

图1是本发明的热交换器管的剖视图；

图2是本发明热交换器管的透视图；

图3是热交换器沿图1中3-3线的剖视图。

具体实施方式

参看附图，图中表示出根据本发明的热交换器管由外套10和微通道12形成。传热管由形成多个微通道12的多个隔壁14形成。传热介质流过微通道12。在一个实施例中，本发明包括至少2到12个隔壁，形成至少3到13个微通道。在另一个实施例中具有至少4到8个隔壁，在外套中形成至少5到9个微通道。

微通道12形成传热介质流动的通道。当传热介质流过微通道时，它蒸发或冷凝，从而改变组成中的气相或液相含量。管前边缘的微通道和管偏流(leeway)边缘，由于外部原因可以有不同水平的传热。因此，位于管前边缘附近的微通道比位于偏流边缘附近的微通道具有多得多数量的气相(或液相)。因此需要设计微通道，使这些相在管整个宽度上穿过微通道是均匀的，以便优化两相流动传热。现在发现通道之间的小孔或孔有助于以及能够使气相和液相在管的所有微通道上是均匀混合和分布的，从而增强传热。

隔壁14中的开口或孔20可以是任何形状，例如狭槽、矩形、正方形或三角形，但优选的形状是圆或椭圆，因为这些形状没有在结构中产生应力的尖锐边缘。孔20允许液体和蒸气混合并且同时产生相的变化，从而均衡液体和蒸气的流动。这种混合使单个传热管比隔壁14中没有孔20的对比管的效率高约20％到50％。具有多个这种管的热交换器比传统热交换器的效率高约10％到30％。

传热介质的气相和液相混合对这种效率是重要的，但混合不能太强烈。一般需要将流动保持在层流条件下，因为湍流将导致压力下降太大，可以影响系统的效率。

孔可以是各种尺寸，但一般不超过隔壁高度的80％。孔的宽度一般不大于其高度。由于隔壁的典型高度是约2mm，则最大尺寸孔将是约1.6mm×1.6mm的正方形。直径约1.5mm的圆孔是可用的，椭圆形的较大直径是1.5mm，较小直径是1mm或者甚至是0.5mm，较大直径跨过隔壁高度。沿着管的长度方向通常是每25mm长度有约5个孔到每75mm长度有约1个孔，优选的是每25mm长度有2个孔到每50mm长度有1个孔。孔的布置没有一个临界状态，它们可以按均匀的方式或交错或偏移的方式排列。孔简单地由切割隔壁而形成，并且去除每个隔壁面积的约1％到20％。在优选实施例中，孔去除隔壁面积的约5％到10％。孔之间的面积必须足够大，不破坏管的力学强度，并能承受其中流动的传热介质的压力。

管和隔壁可以由金属板制成。虽然可以用铝板制成管和隔壁，但优选地用铜或铜合金板形成管和隔壁。后者是有优势的，因为它不需要钎焊的覆层，而铝需要。热交换器管可以由两件制成，外部的外套和内部的隔壁，它可以是波纹状翅片。管也可以由单件金属板利用折叠工艺制成。在内部隔壁中简单地切入孔，形成微通道之间的流动通道。

外套10和隔壁可以由任何适当的可钎焊材料制成，这是本领域一般技术人员公知的材料，如金属、合金或者甚至是复合材料。如上所述，优选的材料包括铜和铜合金或铝和铝合金。铜合金的典型合金元素包括锌、锡或镍。在一个实施例中，管是焊接成的黄铜制成的薄壁管。为了方便，隔壁可以用与外套相同的材料制成。

一般采用适当的钎焊填充材料通过钎焊将隔壁14连在外套10上。对于铜或铜合金制成的外套，钎焊工艺可以包括在隔壁14插入外套10之前用钎焊膏涂覆隔壁14，或者将隔壁14与隔壁14两侧的钎焊薄片一起插入外套10中，从而将隔壁14连在外套10上。隔壁插件可以用辊涂覆钎焊膏。优选的钎焊合金是铜-镍-锡-磷合金，例如OKC600，它可以在市场中买到。OKC600包括约1％到5％镍，约15％到20％锡，约4％到7％磷，以及其余是铜。不需要对此钎焊材料添加焊剂，因为磷作为焊剂，使铜-镍-锡-磷成为自熔合金。得到的接头和结构还具有较好的抗蚀性能，因为不存在焊剂。而且，由于没有残余的焊剂需要去除，因此便于清洁。

对于铝或铝合金的结构，外套10内部具有覆层，而隔壁14未覆层。另外，覆层可以应用于隔壁14，而不是应用在外套10内部。这种覆层改进了钎焊操作。

如果需要，可以在外套10的外表面连接翅片16并且翅片16在外套10之间穿行，便于将热量从外套10中导出，并且提供额外的表面积，通过空气流过热交换器实现对流传热。外套可以通过滚动或喷射涂覆钎焊材料，便于翅片16的结合。OKC600是铜或铜合金外套优选的钎焊材料。对于铝或铝合金制成的外套10，外套10的外部或者翅片16将得到覆层，使翅片结合到外套上。在钎焊过程中并在熔剂帮助下覆层熔化，形成钎焊接头。

多个管可以连接形成热交换器。热交换器包括在多个管的每个末端的头部。头部可以用与管和隔壁插入件相同的材料制成。在一个实施例中，头部由铜或铜合金制成并且是开槽的，用于收集管。在组装过程中，翅片插在管之间。头部涂钎焊膏，戴有涂膏的帽，并且如果需要插入管，将钎焊膏涂在接头上。

中间有孔的微通道结构使制冷剂在通道之间穿过，改进热量分布和性能。这基本上增大了传热介质的流动通道，使其更加容易循环。微通道实际上形成很多短的相互连接的通道，传热介质可以通过这些通道流过。以这种方式，液相和气相的介质在管的宽度上更加均匀地混合，从而增强热交换器的传热，并增大系统的能量效率。

钎焊过程一般在炉子中进行。在此过程中一个关心的问题是防止管或钎焊材料的氧化。炉子的露点低于约-40℃，氧含量低于约100ppm。通常使用惰性气氛，例如露点低于约-65℃和氧含量低于约10ppm的氮。

应该理解的是，本发明并不限于这里图示和描述的准确结构。因此，本领域的一般技术人员容易从这里给出的内容或者通过常规的试验得到所有临时修改，而这些修改将在权利要求限定的本发明精神和范围内。

Claims (15)

1.一种传热管，包括环绕多个隔壁的外套，隔壁在外套中形成微通道，传热介质可以在微通道中流动，隔壁包括有多个孔的侧壁，使传热介质在微通道之间流动，从而使传热介质的液相和气相混合，以改进管的传热。

2.如权利要求1所述的传热管，其特征在于至少存在2到12个隔壁，从而在管中形成至少3到13个微通道。

3.如权利要求1所述的传热管，其特征在于至少存在4到8个隔壁，从而在管中形成至少5到9个微通道。

4.如权利要求1所述的传热管，其特征在于孔占隔壁侧壁面积的约1％到20％。

5.如权利要求4所述的传热管，其特征在于每个隔壁沿着隔壁长度方向的孔数量为每英寸5个孔到每三英寸1个孔。

6.如权利要求4所述的传热管，其特征在于孔占隔壁侧壁高度的至多约80％。

7.如权利要求1所述的传热管，其特征在于孔是圆形、正方形、矩形或三角形。

8.如权利要求1所述的传热管，其特征在于多个隔壁是由一张单独的板制成的。

9.如权利要求8所述的传热管，其特征在于板形成蛇形隔壁。

10.如权利要求1所述的传热管，其特征在于外套由铜或铜合金制成。

11.如权利要求10所述的传热管，其特征在于隔壁侧壁由铜或铜合金制成。

12.如权利要求1所述的传热管，其特征在于外套和隔壁侧壁由铝或铝合金制成。

13.如权利要求1所述的传热管，还包括连接在外套外表面的翅片，从而有助于传热。

14.一种热交换器，包括两个相对的头部以及多个在头部之间延伸的传热管，传热管包括环绕多个隔壁的外套，隔壁在外套中形成微通道，传热介质可以在微通道中流动，隔壁包括有多个孔的侧壁，使传热介质在微通道之间流动，从而使传热介质的液相和气相混合，以改进管的传热。

15.在一种包括多个微通道的热交换器中，其中传热介质流过微通道，其改进包括在微通道中形成多个孔，从而传热介质可以在微通道之间流动，使传热介质的液相和气相混合，以改进管的传热。