專利名稱：用于換熱器的扁管以及具有該扁管的換熱器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于換熱器的扁管以及具有該扁管的換熱器。
背景技術：
諸如微通道換熱器的換熱器具有扁管和與扁管交替設置的翅片。扁管內設有多條通道。
發明內容
本發明的目的是提供一種用于換熱器的扁管以及具有該扁管的換熱器，由此例如改進換熱器的換熱性能。本發明的目的是提供一種用于換熱器的扁管以及具有該扁管的換熱器，由此例如改進換熱器的換熱性能，降低流通阻力，降低成本。根據本發明的一方面，本發明提供了一種用于換熱器的扁管，該扁管包括相對的第一管壁和第二管壁，所述第一管壁和第二管壁在扁管的寬度方向上延伸；以及相對的第三管壁和第四管壁，所述第三管壁和第四管壁在扁管的高度方向上延伸，其中在第一管壁和第二管壁與第三管壁和第四管壁的連接處的角部的外周具有圓角，該圓角的半徑與扁管高度的比值大于或等于1/3并且小于或等于1/2。根據本發明的另一方面，第一管壁的壁厚大于或等于第二管壁的壁厚，且第三管壁的壁厚與第一管壁的壁厚的比值大于或等于1. 5并且第三管壁的壁厚與第二管壁的壁厚的比值小于或等于2. 5。根據本發明的另一方面，第一管壁的壁厚大于或等于第二管壁的壁厚，且第三管壁的壁厚與第一管壁的壁厚的比值大于或等于1. 7并且第三管壁的壁厚與第二管壁的壁厚的比值小于或等于2. 5。根據本發明的另一方面，第三管壁的壁厚與第一管壁的壁厚的比值大于或等于 1.7并且小于或等于2. 5。根據本發明的另一方面，第三管壁的壁厚與第一管壁的壁厚的比值大于或等于 1.5并且小于或等于2. 5。根據本發明的另一方面，第一管壁和第二管壁的壁厚之和與扁管的高度的比值范圍為0. 3至0. 6。根據本發明的另一方面，第一管壁和第二管壁的壁厚之和與扁管的高度的比值范圍為0. 3至0. 5。根據本發明的另一方面，換熱器的扁管還包括多個內部通道，其中扁管的寬度與所述內部通道的數量的比值范圍為0. 7至1. 7mm。根據本發明的另一方面，扁管的高度為1至1. 6毫米。根據本發明的又一方面，本發明提供了一種換熱器，該換熱器包括用于熱交換的多個扁管，以及多個翅片，所述多個翅片與所述換熱管交替設置，其中所述扁管是上述扁管。本發明的扁管例如可以實現下面的各種優點的至少一種換熱性能好，流通阻力低，經濟性優良，效能高。本發明尤其是適用于小尺寸的扁管及使用此種扁管的換熱器。
圖1是根據本發明的實施例的換熱器的示意主視圖；圖2是根據本發明的實施例的扁管的示意圖；圖3是根據本發明的實施例的扁管的示意圖；圖4-6是根據本發明的實施例的扁管的局部放大示意圖；圖7-8是根據本發明的實施例的扁管與翅片組裝在一起的示意圖；圖9是表示根據本發明的實施例的扁管的參數(即，第一管壁和第二管壁的壁厚 hi和h2之和與扁管的高度Ht的比值)與扁管換熱能力C、流動阻力FR以及扁管強度的關系的示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖及具體實施方式
對本發明做進一步說明。如圖1所示，根據本發明的換熱器10包括扁管16，多個翅片17，所述翅片17與所述扁管16交替設置；以及集流管11和12。換熱器10還包括出口管14和進口管15。扁管 16的兩端可以與集流管11和12相連并且扁管16與集流管11和12相連通。如圖2所示，扁管16包括多個通道161。如圖3所示，扁管16包括相對的第一管壁163和第二管壁165，所述第一管壁163和第二管壁165在扁管16的寬度方向上延伸； 以及相對的第三管壁167和第四管壁169，所述第三管壁167和第四管壁169在扁管16的高度方向上延伸。如圖3-4所示，在第一管壁163和第二管壁165與第三管壁167和第四管壁169 的連接處的角部168的外周具有圓角169，該圓角169的半徑R與扁管高度Ht的比值大于或等于1/3并且小于或等于1/2，即1/3 ( R/Ht ( 1/2。第三管壁167的壁厚η與第一管壁163的壁厚hi的比值大于或等于1. 5或1. 7并且小于或等于2. 5，或者第三管壁167的壁厚η與第一管壁163和第二管壁165中的任意一個的壁厚hi或h2的比值大于或等于1. 5或1. 7并且小于或等于2. 5。例如，如果第三管壁 167的壁厚η為0. 3mm,第一管壁163的壁厚hi和第二管壁165的壁厚h2可以是0. 12 0.18mm。第一管壁163和第二管壁165的壁厚可以相同，或可以不相同。第三管壁167的壁厚與第四管壁169的壁厚可以相同，或可以不相同。如圖3所示，第一管壁163的壁厚hi可以大于或等于第二管壁165的壁厚h2，且第三管壁167的壁厚η與第一管壁的壁厚的比值大于或等于1. 5或者1. 7并且第三管壁的壁厚與第二管壁的壁厚的比值小于或等于2. 5。如圖3所示，1. 5 ( n/hl并且n/h2彡2. 5 ； 或者1. 7彡n/hl并且n/h2彡2. 5。如圖3、5所示，第一管壁163和第二管壁165的壁厚hi和h2之和與扁管16的高度Ht的比值范圍為0. 3至0. 5，即0. 3 < (hl+h2) /Ht ^0.5,或者第一管壁163和第二管壁 165的壁厚hi和h2之和與扁管16的高度Ht的比值范圍為0. 3至0. 6，即0. 3彡(hl+h2) /Ht < 0. 6。例如，對于高度Ht為1. Omm的扁管，第一管壁163的壁厚hi和第二管壁165的壁厚h2可以是0. 15 0. 25mm,對于高度Ht為1. 6mm的扁管，第一管壁163的壁厚hi和第二管壁165的壁厚h2可以是0. 24 0. 4mm。如圖3所示，扁管的寬度Wt與所述內部通道161的數量N的比值Wt/N范圍可以為 0. 7 至 1. 7mm。如圖3所示，扁管高度Ht可以是1. 0 1. 6mm或1. 0 1. 5_。
下面說明本發明的扁管內部的傳熱與流動。 扁管內部的換熱系數和流動阻力是評價其性能優劣的重要參數。當制冷劑流經扁管內部的微通道時，其換熱系數為
_3] h= q (1)
iy Oh1^chrch1^1式中N。h為通道個數，Lch是通道長度，Pch為微通道的濕周，Δ t為換熱溫差。由上可以看出，通過簡單的改變扁管結構可以影響扁管換熱能力的參數主要是通道的個數，通道的截面積(影響流速)，通道的水力直徑。制冷劑在扁管內流動的沿程壓力損失為^ = f-~pU2m
d^ 2 (2)式中ρ為制冷劑的密度，Dh和L。h是通道的水力直徑和通道長度，Uffl為制冷劑的流速，f為沿程阻力系數，它與流體的粘度、流速、管徑、以及管壁的粗糙度有關。由此可以看出，通過改變扁管結構可以影響扁管流通能力的參數主要都跟通道的高度以及通道的截面積有關，而扁管內部通道的壁厚則直接影響到通道的高度及截面積。下面對扁管的結構參數進行分析。1、第三管壁167和第四管壁169的壁厚η如圖6所示，當換熱器工作時，扁管內部流通冷媒，具有一定的壓力P，扁管整個結構的各個部位均需要一定的承壓能力，尤其是扁管的第三管壁167和第四管壁169。從圖6 可以看出，豎直方向，第一管壁163和第二管壁165的表面承受著一定的壓力，扁管16內部的隔壁160水平方向的受力基本抵消，但最外端的側壁，即第三管壁167和第四管壁169水平方向內壁承受一定的壓力，外部卻沒有額外的壓力；并且，鄰近的第一管壁163和第二管壁165的表面受到的壓力也將會傳遞一部分到第三管壁167和第四管壁169的豎直方向。 因此，扁管的第三管壁167和第四管壁169的厚度也將直接影響到扁管的強度。相同耐壓強度條件下，除了第一管壁163和第二管壁165的厚度需要達到要求，扁管的第三管壁167和第四管壁169的厚度則需要更高的強度要求。除了以上原因，還需要考慮，扁管組裝在換熱器芯體內時，第一管壁163和第二管壁165的表面仍處于翅片的包圍中，而第三管壁167和第四管壁169則會直接裸露在芯體的外表面。在組裝和運輸過程中， 第三管壁167和第四管壁169更容易受到創傷，故本發明提出(參見圖3)1. 5 彡 n/hl，n/h2 彡 2. 5，并且 hi 彡 h2采用上述壁厚，即能保證扁管的使用可靠性，也有較大的經濟性。下面說明第三管壁167和第四管壁169的形狀。由于第三管壁167和第四管壁169的處于扁管的兩側，第三管壁167和第四管壁169的不僅是承壓的主要部位，對與芯體的組裝也有較大的影響。如圖7和8所示，對于翅片17與扁管16之間的焊接，當連接處的角部168的外周的圓角169的半徑R較小時，扁管 16端部為標準的矩形時，翅片17和扁管16表面配合最好，焊接效果也最好。并且由于扁管16組裝后，只有端部露在芯體外面，當系統運行時，端部處于迎風面，其形狀對于芯體迎面空氣流動阻力也有影響。如果圓角169的半徑R太小，矩形的迎風面會使迎風阻力會增加。另外，對于標準矩形的扁管，其端部受力明顯，相同厚度時，圓弧型的側壁比矩形的耐壓能力會高。圖7為端部為標準矩形的扁管16與翅片17配合示意圖。圖8為端部為圓弧段的扁管16與翅片17的配合示意圖。但是圓角169的半徑R越大，翅片與扁管之間不能焊接的長度也越長，這樣會造成一定焊接強度降低，另外由于扁管和翅片之間的接觸長度減小，其之間的傳熱熱阻增加，不利于整個換熱器的換熱效果。故本發明提出(參見圖4)1/3 彡 R/Ht 彡 1/2當圓角169的半徑R在扁管高度的三分之一到一半之間，既可以保證扁管與翅片的焊接質量，損失極小的接觸長度，卻可以換來扁管的耐壓強度，具有一定的經濟性。2、第一管壁163的壁厚hi和第二管壁165的厚度h2與扁管高度Ht如圖5所示，相同的扁管尺寸，扁管16的第一管壁163的壁厚hi和第二管壁165 的厚度h2關系到扁管強度和內部通道的高度，同樣也會關系到流通截面積以及內部流通冷媒和扁管壁面接觸面積。而流通截面積的大小會影響系統運行時內部冷媒的流通速度， 冷媒和扁管接觸面積則會影響到系統的換熱效果。具體來說，扁管16的第一管壁163的壁厚hi和第二管壁165的厚度h2越厚，則扁管的耐壓強度和使用可靠性也越高，但會減小扁管16內部通道的高度，減小流通截面積， 影響到流體的速度和通道的流動阻力。通道內流動阻力越大，系統運行的功耗也會越大。通道高度的降低，也減小了冷媒和扁管內壁面的接觸面。根據傳熱理論可知，接觸面積越大，傳熱的能力也越好。反之，壁厚越薄，雖然扁管內部的流道截面增加，但扁管的使用可靠性反而降低。另外，扁管內部通道的截面也并非越大越好，相同尺寸下，隨著通道截面積的增加，扁管的換熱能力有一個明顯的拋物線狀變化，如圖9所示，縱軸分別是換熱能力C、流動阻力FR以及扁管強度，橫軸為第一管壁163和第二管壁165的壁厚hi和h2之和與扁管16的高度Ht的比值(hhh2)/Ht。隨著扁管第一管壁163和第二管壁165的壁厚hi和h2在整個扁管高度Ht中所占比例的增加，換熱能力C有一個明顯的拋物線狀變化。當比值(hhM)/Ht在0.3 0.6段，扁管有一個較高的換熱能力C，而此段的流動阻力FR具有較高的經濟性，既可以保持較高流速，也不會帶來較大系統功耗。在比值(hhh2)/Ht低于0.3段，扁管內部流阻FR較低，但強度S也較低，另外換熱能力C也不高；比值(hhh2)/Ht高于0. 6段，雖然扁管的強度S增加，但換熱能力C 較低，有一定的成本浪費。考慮到換熱器的實用性和可靠性，以及一定經濟性，本發明選用 (hl+h2)/Ht 在 0. 3 0. 6 優選 0. 3 0. 5。根據本發明的實施例的扁管外形尺寸范圍能夠提供換熱性能好、流通阻力低、有經濟性且高效換熱的換熱器，尤其是對于小型換熱器，由于換熱器外形尺寸較小，但整個系統對能效比和成本的需求又都很高，本發明的扁管外形尺寸范圍能夠使得換熱器換熱性能好、流通阻力低、有經濟性且高效換熱。
盡管上面描述了本發明的實施例，但本發明不限于上述實施方式。例如，實施例中提供了扁管的多個參數，但是只要下面的一個或多個條件滿足1. 5 ^ n/hl并且n/ h2 ^ 2. 5 ；1. 7 ^ n/hl 并且 n/h2 彡 2. 5 ； 1/3 彡 R/Ht ( 1/2 ；0. 3 ( (hl+h2)/Ht 彡 0. 5 ； 0. 3彡(hl+h2)/Ht ^ 0.6 ；0. 7mm彡fft/N彡1. 7mm就能夠實現本發明的目的。或者說，只要發明內容或說明書中提到的條件中的一個或多個條件能夠滿足，就可以實現本發明的目的。因此，任意一個條件可以單獨作為本發明的保護對象，任意多個條件的組合也可以作為本發明的保護對象。
權利要求
1.一種用于換熱器的扁管，包括相對的第一管壁和第二管壁，所述第一管壁和第二管壁在扁管的寬度方向上延伸；以及相對的第三管壁和第四管壁，所述第三管壁和第四管壁在扁管的高度方向上延伸， 其中在第一管壁和第二管壁與第三管壁和第四管壁的連接處的角部的外周具有圓角，該圓角的半徑與扁管高度的比值大于或等于1/3并且小于或等于1/2。
2.根據權利要求1所述的用于換熱器的扁管，其中第一管壁的壁厚大于或等于第二管壁的壁厚，且第三管壁的壁厚與第二管壁的壁厚的比值小于或等于2. 5。
3.根據權利要求1所述的用于換熱器的扁管，其中第一管壁的壁厚大于或等于第二管壁的壁厚，且第三管壁的壁厚與第一管壁的壁厚的比值大于或等于1. 7并且第三管壁的壁厚與第二管壁的壁厚的比值小于或等于2. 5。
4.根據權利要求1所述的用于換熱器的扁管，其中第三管壁的壁厚與第一管壁的壁厚的比值大于或等于1. 7并且小于或等于2. 5。
5.根據權利要求1所述的用于換熱器的扁管，其中第三管壁的壁厚與第一管壁的壁厚的比值大于或等于1. 5并且小于或等于2. 5。
6.根據權利要求1所述的用于換熱器的扁管，其中第一管壁和第二管壁的壁厚之和與扁管的高度的比值范圍為0. 3至0. 6。
7.根據權利要求1所述的用于換熱器的扁管，其中第一管壁和第二管壁的壁厚之和與扁管的高度的比值范圍為0. 3至0. 5。
8.根據權利要求1所述的用于換熱器的扁管，還包括 多個內部通道，其中扁管的寬度與所述內部通道的數量的比值范圍為0. 7至1. 7mm。
9.根據權利要求1所述的用于換熱器的扁管，其中 扁管的高度為1至1.6毫米。
10.一種換熱器，包括用于熱交換的多個扁管，以及多個翅片，所述多個翅片與所述換熱管交替設置， 其中所述扁管是根據權利要求1所述的扁管。
全文摘要
本發明提供了一種用于換熱器的扁管，該扁管包括相對的第一管壁和第二管壁，所述第一管壁和第二管壁在扁管的寬度方向上延伸；以及相對的第三管壁和第四管壁，所述第三管壁和第四管壁在扁管的高度方向上延伸，其中在第一管壁和第二管壁與第三管壁和第四管壁的連接處的角部的外周具有圓角，該圓角的半徑與扁管高度的比值大于或等于1/3并且小于或等于1/2。本發明的扁管例如可以實現下面的各種優點的至少一種換熱性能好，流通阻力低，經濟性優良，效能高。本發明尤其是適用于小尺寸的扁管及使用此種扁管的換熱器。
文檔編號F28F1/02GK102269536SQ20111023596
公開日2011年12月7日 申請日期2011年8月17日 優先權日2011年8月17日
發明者陸向迅 申請人:三花丹佛斯(杭州)微通道換熱器有限公司