專利名稱：換熱器及其扁管的制作方法
技術領域：
本發明涉及熱質交換技術領域，具體涉及一種換熱器及其扁管。
背景技術：
微通道換熱器(MCHE)以其高效、環保的特點，在空調等制冷技術領域得以廣泛的研究和使用。目前，隨著對能效比要求逐漸提高的發展趨勢，換熱設備對于MCHE換熱能力的要求也逐漸提高。微通道換熱器(MCHE)的主要換熱元件是換熱扁管。現有技術中，扁管采用全鋁材質，內部設置很多用于流通制冷劑流道，以實現制冷劑與扁管壁面換熱，而扁管外壁與翅片焊接來與外界的氣流進行熱交換。顯然，基于上述結構分析可知，換熱器的換熱能力的提升主要有兩條途徑一是增加換熱器的尺寸；另一是提高換熱器的換熱效率。然而，受裝配空間的限制，通過增加換熱器的尺寸來提高換熱能力很難在實際設計中實施；特別是，作為民用、輕商空調領域，增加換熱器的尺寸會帶來成本的大幅提高。也就是說，對于確定的相對較小的換熱器芯體尺寸，提高換熱效率成為有效改善換熱器換熱能力的主要解決途徑。而作為微通道換熱器的主要換熱部件，扁管的優化作用尤為明顯。眾所周知，常規的扁管設計為了獲得較高的換熱效率，通常通過增加內部通道的流通面積(即多個通道的橫截面積之和)進行調整，一方面增加制冷劑與扁管內壁的接觸面積，另一方面可減小扁管內部的流通阻力。但是，在外形尺寸確定的基礎上采取增加內部流通面積的手段，必然會影響到扁管整體的耐壓強度。有鑒于此，亟待針對現有扁管進行結構優化設計，以兼顧換熱效率及耐壓強度兩方面的要求，在最大限度滿足換熱能力的基礎上，有效提高產品的工作可靠性。
發明內容
針對上述缺陷，本發明解決的技術問題在于提供一種扁管，在滿足換熱要求的基礎上，具有較好的能效及耐壓強度。在此基礎上，本發明還提供一種應用該扁管的換熱器。本發明提供的一種扁管，其本體上具有沿寬度方向依次設置的多個通道；所述扁管的多個通道的橫截面積之和與扁管橫截面積之間滿足以下條件Sp/St = 0. 32 0. 50 ；式中Sp-多個通道的橫截面積之和，St-扁管橫截面積；且，所述扁管的外筋厚度、內筋厚度和扁管寬度之間滿足以下條件0. 25 彡(2*n+w*(Nch-I))/Wt 彡 0. 35 ；式中η-外筋厚度，W-內筋厚度，Nch-通道數量，Wt-扁管寬度。優選地，所述扁管寬度Wt = 10 14mm。優選地，所述扁管高度Ht = 1. 0 1. 5謹。優選地，所述扁管的通道數量Neh = 8 16。優選地，所述扁管寬度Wt = 10 12mm，通道數量Neh = 8 14 ；所述扁管的多個通道的橫截面積之和與扁管橫截面積之間滿足=SpAt = 0. 32 0. 38 ；所述扁管的外筋厚度、內筋厚度和扁管寬度之間滿足0. 28彡(2*n+w* (Nch-I) )/fft/fft彡0. 33。優選地，所述扁管寬度Wt = 12 14mm，通道數量Neh= 10 16 ；所述扁管的多個通道的橫截面積之和與扁管橫截面積之間滿足=SpAt = 0. 35 0. 42 ；所述扁管的外筋厚度、內筋厚度和扁管寬度之間滿足0. 3彡(2*n+w* (Nch-I) )/fft/fft彡0. 35。優選地，沿扁管的高度方向，所述扁管的外筋厚度呈由兩端部向中部逐漸增大的趨勢變化。優選地，所述外筋的中部厚度大于內筋的厚度以及通道的上下壁厚。優選地，所述外筋的中部厚度為0. 3 0. 7mm，所述內筋的厚度為0. 23 0. 42mm。本發明提供的一種換熱器，包括兩個集液管，分別設置有進口和出口或者其中一個集液管上設置有進口和出口；若干根如前所述的扁管，沿集液管的長度方向依次設置在兩個集液管之間；和若干個翅片，設置在相鄰扁管之間。本發明提供的扁管從兩個角度進行了優化結構。一是扁管的多個通道的橫截面積之和與扁管橫截面積之間的比例關系=SpAt = 0. 32 0. 50，Sp-多個通道的橫截面積之和，St-扁管橫截面積；經試驗表明，如此設計可兼顧內部流動冷媒與扁管壁面接觸面積、 流動速度，在尺寸相同及流量較小的情況下也可以較好的提高換熱效率及降低系統驅動功耗，具有較好的經濟性。另一是扁管的外筋厚度、內筋厚度和扁管寬度之間的比例關系 0. 25彡(2*n+w* (Neh-I))/Wt彡0.35，η-外筋厚度，W-內筋厚度，Neh-通道數量，Wt-扁管寬度；如此設計，扁管既可以保證其耐壓強度要求的同時，保證了內部流通截面具有較高的經濟性。與現有技術相同外形尺寸的換熱器相比，應用本發明所述的扁管具有最佳的換熱效率，并且在有效降低系統驅動功耗的同時，具有較好的耐壓強度。
圖1是具體實施方式
中所述換熱器的整體結構示意圖；圖2是圖1中所示扁管的軸測示意圖；圖3是圖1中所示扁管的截面示意圖；圖4示出了具體實施方式
中所述多個通道的橫截面積之和；圖5示出了具體實施方式
中所述的扁管橫截面積；圖6示出了扁管的性能與流阻變化的曲線圖；圖7示出了具體實施方式
中所述的扁管受力分析圖。圖中集液管1、進口 12、出口 11、扁管2、通道21、外筋22、內筋23、上下壁24、翅片3。
具體實施例方式本發明的核心是提供一種結構優化的扁管，在兼顧換熱效率的同時可有效降低系統能耗，且具有較好的耐壓強度。不失一般性，本實施例以一種單根集液管上設置進口、出口的換熱器為例進行詳細說明。請參見圖1，該圖是本實施方式所述換熱器的整體結構示意圖。該換熱器包括兩個集液管1，該換熱器的進口 12和出口 11均設置在其中一個集液管1上；沿集液管1的長度方向，若干根扁管2依次設置在兩個集液管1之間，形成內部連通的介質通道；若干個翅片3設置在相鄰扁管2之間。顯然，該換熱器的主體構成及各構件之間的具體連接關系與與現有技術相同，本領域技術人員基于現有技術完全可以實現，故本文不再贅述。為詳細說明扁管的具體結構，請一并參見圖2和圖3，其中，圖2是本實施方式所述扁管的軸測示意圖，圖3是圖2中所示扁管的截面示意圖。如圖2和圖3所示，該扁管2的本體上具有沿寬度方向依次設置的多個通道21 ； 扁管2的多個通道的橫截面積之和Sp與扁管橫截面積M之間滿足以下條件=SpAt = 0. 32 0. 50 ；且，扁管2的外筋厚度η、內筋厚度w和扁管寬度Wt之間滿足以下條件 0. 25 彡(2*n+w* (Nch-I))/Wt 彡 0. 35。需要說明的是，本文中所述多個通道的橫截面積之和Sp為扁管內部的通流面積， 即如圖4中陰影所示的部分，扁管橫截面積M如圖5中陰影所示的部分。另外，本文中關于扁管2的外筋22及內筋23所指代結構的含義與現有技術相同，即，扁管2兩側板壁之間的立筋形成多個通道21，其中，沿扁管2的寬度方向，位于外側的兩個立筋為外筋22，除去外筋22之外的扁管2內部的立筋為內筋23。經生產試驗表明，滿足條件Sp/St = 0. 32 0. 50，可兼顧內部流動冷媒與扁管壁面接觸面積、流動速度，在尺寸相同及流量較小的情況下也可以較好的提高換熱效率及降低系統驅動功耗，具有較好的經濟性。具體請參見圖6，該圖為基于應用本方案所作生產試驗中所獲得的，扁管的多個通道的橫截面積之和和扁管橫截面積與換熱和流通能力關系的變化曲線。如圖6可以看出，隨著流道截面所占比例的增加，換熱能力有一個明顯的拋物線狀變化；即，當SpAt在0. 32 0. 50段，扁管有一個較高的換熱能力；而此區間內的內部流動阻力具有較高的經濟性，既可以保持較高流速，也不會帶來較大系統功耗；而在SpAt低于0. 3的區間，扁管的換熱能力較小，且壓降較高；在SpAt高于0. 48的區間，雖然流阻較小，但換熱效率較低，存在成本浪費。此外，滿足0. 25 ( (2*n+w* (Nch-I)) /Wt ( 0. 35的扁管2既可以保證其耐壓強度要求的同時，保證了內部流通截面具有較高的經濟性。如圖7所示，當扁管2內部流通制冷劑時，扁管通道21的上下壁M和立筋均受力，其中，內筋23水平方向上的受力相等，即可以抵消，但上下壁M會對扁管內筋23產生拉力。如果內筋厚度較薄則會撕裂內筋23，從而帶來相應的扁管通孔的撕裂。如果內筋厚度較厚，則會減小內部流通截面積，增加流阻。基于此，本方案對于外筋厚度η、內筋厚度w和扁管寬度Wt之間的比例關系約束，有效兼顧上述因素。在上述結構約束條件的基礎上，扁管2的結構參數進一步優選地扁管寬度Wt = 10 14mm。扁管高度Ht = 1. 0 1. 5mm。扁管的通道數量Neh = 8 16。以下為兩個最優實施例實施例1 扁管寬度Wt = 10 12mm，通道數量Neh = 8 14 ；扁管的多個通道的橫截面積之和與扁管橫截面積之間滿足=SpAt = 0. 32 0. 38 ；扁管的外筋厚度、內筋厚度和扁管寬度之間滿足0. 28 ( (2*n+w* (Nch-I))/fft/fft ( 0. 33。
另外，沿扁管2的高度方向，具體如圖7所示，該扁管2的外筋22厚度η呈由兩端部向中部逐漸增大的趨勢變化，也就是說，外筋22厚度η是呈變化狀態，接近于扁管2上下壁M端的外筋厚度小于中部外筋22的厚度，其漸變可以為不同規律。比如，扁管2兩端的外表面設計呈圓弧狀，有利于空氣流通，空氣流通阻力小；同時，整個外筋22的中心位置相對來說為最外表面，在安裝運輸過程中最容易受到劃傷撞傷，所以可將扁管2高度方向的中心處的外筋22厚度η做到最大，可以防止扁管2受損，而遠離中心的地方厚度可以減薄， 可以有效減輕扁管2重量。同時，外筋22的中部厚度大于內筋23的厚度w以及通道的上下壁M的厚度wall ；同樣，由于扁管2的外筋22在芯體組裝完成后，裸露芯體的外表面， 上述設置使得具有一定的厚度余量的外筋22能進一步可靠地保護扁管。當然，對于扁管2的外筋22厚度也并非越厚越好，在滿足保護扁管2的同時，外筋 22的厚度也要考慮整個換熱器的換熱性能和流通性能。換熱器運行過程中，扁管2迎風側的外筋22正對進風方向，流通空氣和外筋22之間的換熱溫差相對較大，較厚的外筋22厚度其傳熱熱阻也大，不利于換熱器的換熱；過厚的外筋22厚度也會影響扁管2內部通道21 的大小，從而影響扁管2的流通性能；過厚的外筋22厚度也不利于實現換熱器芯體沿扁管 2長度方向上的折彎。本申請的發明人通過大量的實驗發現，優選地，外筋22的中部厚度為 0. 3 0. 7mm,內筋23的厚度為0. 23 0. 42mm。實施例2 扁管寬度Wt = 12 14mm，通道數量Neh = 10 16 ；扁管的多個通道的橫截面積之和與扁管橫截面積之間滿足=SpAt = 0. 35 0. 42 ；扁管的外筋厚度、內筋厚度和扁管寬度之間滿足0. 3彡(2*n+w* (Nch-I) )/fft/fft彡0. 35。本實施例與實施例1的其他結構參數無其他差別。以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護范圍。
權利要求
1.一種扁管，其本體上具有沿寬度方向依次設置的多個通道；其特征在于，所述扁管的多個通道的橫截面積之和與扁管橫截面積之間滿足以下條件Sp/St = 0. 32 0. 50 ；式中Sp-多個通道的橫截面積之和，St-扁管橫截面積；且，所述扁管的外筋厚度、內筋厚度和扁管寬度之間滿足以下條件0. 25 ( (2*n+w*(Nch-I))/Wt ( 0. 35 ；式中η-外筋厚度，W-內筋厚度，Nch-通道數量，Wt-扁管寬度。
2.根據權利要求1所述的扁管，其特征在于，所述扁管寬度Wt= 10 14mm。
3.根據權利要求2所述的扁管，其特征在于，所述扁管高度Ht= 1. 0 1. 5mm。
4.根據權利要求3所述的扁管，其特征在于，所述扁管的通道數量N。h= 8 16。
5.根據權利要求1所述的扁管，其特征在于，所述扁管寬度Wt= 10 12mm， 通道數量N。h = 8 14;所述扁管的多個通道的橫截面積之和與扁管橫截面積之間滿足SpAt = 0. 32 0. 38 ；所述扁管的外筋厚度、內筋厚度和扁管寬度之間滿足: 0. 28 彡(2*n+w* (Nch-I))/fft/Wt 彡 0. 33。
6.根據權利要求1所述的扁管，其特征在于，所述扁管寬度Wt= 12 14mm， 通道數量Neh = 10 16 ；所述扁管的多個通道的橫截面積之和與扁管橫截面積之間滿足Sp/^t = 0. 35 0. 42 ；所述扁管的外筋厚度、內筋厚度和扁管寬度之間滿足 0. 3 彡(2*n+w* (Nch-I))/Wt/Wt 彡 0. 35。
7.根據權利要求1-6任一項所述的扁管，其特征在于，沿扁管的高度方向，所述扁管的外筋厚度呈由兩端部向中部逐漸增大的趨勢變化。
8.根據權利要求7所述的扁管，其特征在于，所述外筋的中部厚度大于內筋的厚度以及通道的上下壁厚。
9.根據權利要求8所述的扁管，其特征在于，所述外筋的中部厚度為0.3 0. 7mm，所述內筋的厚度為0. 23 0. 42mm。
10.一種換熱器，包括兩個集液管，分別設置有進口和出口或者其中一個集液管上設置有進口和出口； 若干根扁管，沿集液管的長度方向依次設置在兩個集液管之間；和若干個翅片，設置在相鄰扁管之間；其特征在于， 所述扁管如權利要求1至9中任一項所述的扁管。
全文摘要
本發明公開一種扁管，其本體上具有沿寬度方向依次設置的多個通道；所述扁管的多個通道的橫截面積之和與扁管橫截面積之間滿足以下條件Sp/St＝0.32～0.50；式中Sp-多個通道的橫截面積之和，St-扁管橫截面積；且，所述扁管的外筋厚度、內筋厚度和扁管寬度之間滿足以下條件0.25≤(2*n+w*(Nch-1))/Wt≤0.35；式中n-外筋厚度，w-內筋厚度，Nch-通道數量，Wt-扁管寬度。本發明在滿足換熱要求的基礎上，具有較好的能效及耐壓強度。在此基礎上，本發明還提供一種應用該扁管的換熱器。
文檔編號F28F1/02GK102278906SQ20111023619
公開日2011年12月14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