CN102278906B - 换热器及其扁管 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种扁管，其本体上具有沿宽度方向依次设置的多个通道；所述扁管的多个通道的横截面积之和与扁管横截面积之间满足以下条件：Sp/St＝0.32～0.50；式中：Sp-多个通道的横截面积之和，St-扁管横截面积；且，所述扁管的外筋厚度、内筋厚度和扁管宽度之间满足以下条件：0.25≤(2*n+w*(N_ch-1))/Wt≤0.35；式中：n-外筋厚度，w-内筋厚度，N_ch-通道数量，Wt-扁管宽度。本发明在满足换热要求的基础上，具有较好的能效及耐压强度。在此基础上，本发明还提供一种应用该扁管的换热器。

Description

换热器及其扁管

技术领域

本发明涉及热质交换技术领域，具体涉及一种换热器及其扁管。

背景技术

微通道换热器(MCHE)以其高效、环保的特点，在空调等制冷技术领域得以广泛的研究和使用。目前，随着对能效比要求逐渐提高的发展趋势，换热设备对于MCHE换热能力的要求也逐渐提高。

微通道换热器(MCHE)的主要换热元件是换热扁管。现有技术中，扁管采用全铝材质，内部设置很多用于流通制冷剂流道，以实现制冷剂与扁管壁面换热，而扁管外壁与翅片焊接来与外界的气流进行热交换。显然，基于上述结构分析可知，换热器的换热能力的提升主要有两条途径：一是增加换热器的尺寸；另一是提高换热器的换热效率。然而，受装配空间的限制，通过增加换热器的尺寸来提高换热能力很难在实际设计中实施；特别是，作为民用、轻商空调领域，增加换热器的尺寸会带来成本的大幅提高。也就是说，对于确定的相对较小的换热器芯体尺寸，提高换热效率成为有效改善换热器换热能力的主要解决途径。而作为微通道换热器的主要换热部件，扁管的优化作用尤为明显。

众所周知，常规的扁管设计为了获得较高的换热效率，通常通过增加内部通道的流通面积（即多个通道的横截面积之和）进行调整，一方面增加制冷剂与扁管内壁的接触面积，另一方面可减小扁管内部的流通阻力。但是，在外形尺寸确定的基础上采取增加内部流通面积的手段，必然会影响到扁管整体的耐压强度。

有鉴于此，亟待针对现有扁管进行结构优化设计，以兼顾换热效率及耐压强度两方面的要求，在最大限度满足换热能力的基础上，有效提高产品的工作可靠性。

发明内容

针对上述缺陷，本发明解决的技术问题在于提供一种扁管，在满足换热要求的基础上，具有较好的能效及耐压强度。在此基础上，本发明还提供一种应用该扁管的换热器。

本发明提供的一种扁管，其本体上具有沿宽度方向依次设置的多个通道；所述扁管的多个通道的横截面积之和与扁管横截面积之间满足以下条件：

Sp/St＝0.32～0.50；式中：

Sp-多个通道的横截面积之和，St-扁管横截面积；

且，所述扁管的外筋厚度、内筋厚度和扁管宽度之间满足以下条件：

0.25≤(2*n+w*(N_ch-1))/Wt≤0.35；式中：

n-外筋厚度，w-内筋厚度，N_ch-通道数量，Wt-扁管宽度。

优选地，所述扁管宽度Wt＝10～14mm。

优选地，所述扁管高度Ht＝1.0～1.5mm。

优选地，所述扁管的通道数量N_ch＝8～16。

优选地，所述扁管宽度Wt=10～12mm，通道数量N_ch=8～14；所述扁管的多个通道的横截面积之和与扁管横截面积之间满足：Sp/St＝0.32～0.38；所述扁管的外筋厚度、内筋厚度和扁管宽度之间满足：0.28≤(2*n+w*(N_ch-1))/Wt≤0.33。

优选地，所述扁管宽度Wt=12～14mm，通道数量N_ch=10～16；所述扁管的多个通道的横截面积之和与扁管横截面积之间满足：Sp/St＝0.35～0.42；所述扁管的外筋厚度、内筋厚度和扁管宽度之间满足：0.3≤(2*n+w*(N_ch-1))/Wt≤0.35。

优选地，沿扁管的高度方向，所述扁管的外筋厚度呈由两端部向中部逐渐增大的趋势变化。

优选地，所述外筋的中部厚度大于内筋的厚度以及通道的上下壁厚。

优选地，所述外筋的中部厚度为0.3～0.7mm，所述内筋的厚度为0.23～0.42mm。

本发明提供的一种换热器，包括：

两个集液管，分别设置有进口和出口或者其中一个集液管上设置有进口和出口；

若干根如前所述的扁管，沿集液管的长度方向依次设置在两个集液管之间；和

若干个翅片，设置在相邻扁管之间。

本发明提供的扁管从两个角度进行了优化结构。一是扁管的多个通道的横截面积之和与扁管横截面积之间的比例关系：Sp/St＝0.32～0.50，Sp-多个通道的横截面积之和，St-扁管横截面积；经试验表明，如此设计可兼顾内部流动冷媒与扁管壁面接触面积、流动速度，在尺寸相同及流量较小的情况下也可以较好的提高换热效率及降低系统驱动功耗，具有较好的经济性。另一是扁管的外筋厚度、内筋厚度和扁管宽度之间的比例关系：0.25≤(2*n+w*(N_ch-1))/Wt≤0.35，n-外筋厚度，w-内筋厚度，N_ch-通道数量，Wt-扁管宽度；如此设计，扁管既可以保证其耐压强度要求的同时，保证了内部流通截面具有较高的经济性。

与现有技术相同外形尺寸的换热器相比，应用本发明所述的扁管具有最佳的换热效率，并且在有效降低系统驱动功耗的同时，具有较好的耐压强度。

附图说明

图1是具体实施方式中所述换热器的整体结构示意图；

图2是图1中所示扁管的轴测示意图；

图3是图1中所示扁管的截面示意图；

图4示出了具体实施方式中所述多个通道的横截面积之和；

图5示出了具体实施方式中所述的扁管横截面积；

图6示出了扁管的性能与流阻变化的曲线图；

图7示出了具体实施方式中所述的扁管受力分析图。

图中：

集液管1、进口12、出口11、扁管2、通道21、外筋22、内筋23、上下壁24、翅片3。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种结构优化的扁管，在兼顾换热效率的同时可有效降低系统能耗，且具有较好的耐压强度。

不失一般性，本实施例以一种单根集液管上设置进口、出口的换热器为例进行详细说明。

请参见图1，该图是本实施方式所述换热器的整体结构示意图。

该换热器包括两个集液管1，该换热器的进口12和出口11均设置在其中一个集液管1上；沿集液管1的长度方向，若干根扁管2依次设置在两个集液管1之间，形成内部连通的介质通道；若干个翅片3设置在相邻扁管2之间。显然，该换热器的主体构成及各构件之间的具体连接关系与与现有技术相同，本领域技术人员基于现有技术完全可以实现，故本文不再赘述。为详细说明扁管的具体结构，请一并参见图2和图3，其中，图2是本实施方式所述扁管的轴测示意图，图3是图2中所示扁管的截面示意图。

如图2和图3所示，该扁管2的本体上具有沿宽度方向依次设置的多个通道21；扁管2的多个通道的横截面积之和Sp与扁管横截面积St之间满足以下条件：Sp/St＝0.32～0.50；且，扁管2的外筋厚度n、内筋厚度w和扁管宽度Wt之间满足以下条件：0.25≤(2*n+w*(N_ch-1))/Wt≤0.35。

需要说明的是，本文中所述多个通道的横截面积之和Sp为扁管内部的通流面积，即如图4中阴影所示的部分，扁管横截面积St如图5中阴影所示的部分。另外，本文中关于扁管2的外筋22及内筋23所指代结构的含义与现有技术相同，即，扁管2两侧板壁之间的立筋形成多个通道21，其中，沿扁管2的宽度方向，位于外侧的两个立筋为外筋22，除去外筋22之外的扁管2内部的立筋为内筋23。

经生产试验表明，满足条件Sp/St＝0.32～0.50，可兼顾内部流动冷媒与扁管壁面接触面积、流动速度，在尺寸相同及流量较小的情况下也可以较好的提高换热效率及降低系统驱动功耗，具有较好的经济性。具体请参见图6，该图为基于应用本方案所作生产试验中所获得的，扁管的多个通道的横截面积之和和扁管横截面积与换热和流通能力关系的变化曲线。如图6可以看出，随着流道截面所占比例的增加，换热能力有一个明显的抛物线状变化；即，当Sp/St在0.32～0.50段，扁管有一个较高的换热能力；而此区间内的内部流动阻力具有较高的经济性，既可以保持较高流速，也不会带来较大系统功耗；而在Sp/St低于0.3的区间，扁管的换热能力较小，且压降较高；在Sp/St高于0.48的区间，虽然流阻较小，但换热效率较低，存在成本浪费。

此外，满足0.25≤(2*n+w*(N_ch-1))/Wt≤0.35的扁管2既可以保证其耐压强度要求的同时，保证了内部流通截面具有较高的经济性。如图7所示，当扁管2内部流通制冷剂时，扁管通道21的上下壁24和立筋均受力，其中，内筋23水平方向上的受力相等，即可以抵消，但上下壁24会对扁管内筋23产生拉力。如果内筋厚度较薄则会撕裂内筋23，从而带来相应的扁管通孔的撕裂。如果内筋厚度较厚，则会减小内部流通截面积，增加流阻。基于此，本方案对于外筋厚度n、内筋厚度w和扁管宽度Wt之间的比例关系约束，有效兼顾上述因素。

在上述结构约束条件的基础上，扁管2的结构参数进一步优选地：扁管宽度Wt＝10～14mm。扁管高度Ht＝1.0～1.5mm。扁管的通道数量N_ch＝8～16。

以下为两个最优实施例：

实施例1：扁管宽度Wt=10～12mm，通道数量N_ch=8～14；扁管的多个通道的横截面积之和与扁管横截面积之间满足：Sp/St＝0.32～0.38；扁管的外筋厚度、内筋厚度和扁管宽度之间满足：0.28≤(2*n+w*(N_ch-1))/Wt≤0.33。

另外，沿扁管2的高度方向，具体如图7所示，该扁管2的外筋22厚度n呈由两端部向中部逐渐增大的趋势变化，也就是说，外筋22厚度n是呈变化状态，接近于扁管2上下壁24端的外筋厚度小于中部外筋22的厚度，其渐变可以为不同规律。比如，扁管2两端的外表面设计呈圆弧状，有利于空气流通，空气流通阻力小；同时，整个外筋22的中心位置相对来说为最外表面，在安装运输过程中最容易受到划伤撞伤，所以可将扁管2高度方向的中心处的外筋22厚度n做到最大，可以防止扁管2受损，而远离中心的地方厚度可以减薄，可以有效减轻扁管2重量。同时，外筋22的中部厚度大于内筋23的厚度w以及通道的上下壁24的厚度wall；同样，由于扁管2的外筋22在芯体组装完成后，裸露芯体的外表面，上述设置使得具有一定的厚度余量的外筋22能进一步可靠地保护扁管。

当然，对于扁管2的外筋22厚度也并非越厚越好，在满足保护扁管2的同时，外筋22的厚度也要考虑整个换热器的换热性能和流通性能。换热器运行过程中，扁管2迎风侧的外筋22正对进风方向，流通空气和外筋22之间的换热温差相对较大，较厚的外筋22厚度其传热热阻也大，不利于换热器的换热；过厚的外筋22厚度也会影响扁管2内部通道21的大小，从而影响扁管2的流通性能；过厚的外筋22厚度也不利于实现换热器芯体沿扁管2长度方向上的折弯。本申请的发明人通过大量的实验发现，优选地，外筋22的中部厚度为0.3～0.7mm，内筋23的厚度为0.23～0.42mm。

实施例2：扁管宽度Wt=12～14mm，通道数量N_ch=10～16；扁管的多个通道的横截面积之和与扁管横截面积之间满足：Sp/St＝0.35～0.42；扁管的外筋厚度、内筋厚度和扁管宽度之间满足：0.3≤(2*n+w*(N_ch-1))/Wt≤0.35。本实施例与实施例1的其他结构参数无其他差别。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种扁管，其本体上具有沿宽度方向依次设置的多个通道；其特征在于，所述扁管宽度Wt=10～12mm，通道数量N_ch=8～14；所述扁管的多个通道的横截面积之和与扁管横截面积之间满足以下条件：

Sp/St＝0.32～0.38；式中：

Sp－多个通道的横截面积之和，St－扁管横截面积；

且，所述扁管的外筋厚度、内筋厚度、通道数量和扁管宽度之间满足以下条件：

0.28≤(2*n+w*(N_ch-1))/Wt≤0.33；式中：

n－外筋厚度，w－内筋厚度，N_ch－通道数量，Wt－扁管宽度。

2.根据权利要求1所述的扁管，其特征在于，所述扁管的高度Ht＝1.0～1.5mm。

3.根据权利要求1或2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两端部向中部逐渐增大的趋势变化。

4.根据权利要求3所述的扁管，其特征在于，所述外筋的中部厚度大于内筋的厚度以及通道的上下壁厚。

5.根据权利要求4所述的扁管，其特征在于，所述外筋的中部厚度为0.3~0.7mm，所述内筋的厚度为0.23～0.42mm。

6.一种扁管，其本体上具有沿宽度方向依次设置的多个通道；其特征在于，所述扁管宽度Wt=12～14mm，通道数量N_ch=10～16；所述扁管的多个通道的横截面积之和与扁管横截面积之间满足以下条件：

Sp/St＝0.35～0.42；式中：

Sp－多个通道的横截面积之和，St－扁管横截面积；

且，所述扁管的外筋厚度、内筋厚度、通道数量和扁管宽度之间满足以下条件：

0.3≤(2*n+w*(N_ch-1))/Wt≤0.35；式中：

n-外筋厚度，w-内筋厚度，N_ch-通道数量，Wt-扁管宽度。

7.根据权利要求6所述的扁管，其特征在于，所述扁管的高度Ht＝1.0～1.5mm。

8.根据权利要求6或7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两端部向中部逐渐增大的趋势变化。

9.根据权利要求8所述的扁管，其特征在于，所述外筋的中部厚度大于内筋的厚度以及通道的上下壁厚。

10.根据权利要求9所述的扁管，其特征在于，所述外筋的中部厚度为0.3~0.7mm，所述内筋的厚度为0.23～0.42mm。

11.一种换热器，包括：

两个集液管，分别设置有进口和出口或者其中一个集液管上设置有进口和出口；

若干根扁管，沿集液管的长度方向依次设置在两个集液管之间；和

若干个翅片，设置在相邻扁管之间；其特征在于，

所述扁管如权利要求1至10中任一项所述的扁管。

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