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CN102564205B - 微通道换热器的分流结构 - Google Patents

微通道换热器的分流结构 Download PDF

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CN102564205B
CN102564205B CN201210032698.6A CN201210032698A CN102564205B CN 102564205 B CN102564205 B CN 102564205B CN 201210032698 A CN201210032698 A CN 201210032698A CN 102564205 B CN102564205 B CN 102564205B
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fluid
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王凱建
石景祯
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Hangzhou micro control energy saving Technology Co., Ltd.
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HANGZHOU SHENSHI HEAT EXCHANGER CO Ltd
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Abstract

本发明公开了一种微通道换热器的分流结构，其包括，流体流入部分(1)、流体流出部分(3)，以及设置于流体流入部分(1)与流体流出部分(3)之间的换热微通道(2)；在所述流体流入部分(1)与所述换热微通道(2)之间和/或所述换热微通道(2)与所述流体流出部分(3)之间设置分流结构，所述分流结构使一股流体从中间部位分成两股，间隔一定距离后将两股分成四股，依次分成需要的流体通道数量。该分流结构解决了现有分流结构流体流动局部压力损失大的问题，特别适用于微通道换热器。

Description

微通道换热器的分流结构
技术领域
本发明属于流体分流技术领域，特别涉及一种流体由大空腔分配到数百或数千个微小通道的分流结构。
背景技术
目前的换热器领域里，微通道换热器由于体积小、重量轻，结构紧凑，是一种开始实用化的新型换热器，引领当今换热器研究开发的新方向。现存的用于热泵系统的微通道换热器，几乎都是用扁平铝管型材加上制冷工质和工作流体的进出口来实现，仅限于制冷工质和空气之间的热交换用的岔流型换热器。此形式的换热器，制冷工质由集管（多筒结构）进入，分配到每层铝扁管内，在扁平管内流动，单层铝扁管受铝型材工艺限制，单层通道数最大也只能做到数十个左右，不能形成没有接触热阻的三维中空结构。
为解决上述技术问题，中国专利文献CN101509736A中公开了一种紧凑型微通道换热器，包括壳体，壳体上分别设置了高温流体及低温流体的进出口和微通道。微通道由高温流体通道，低温流体通道以及高温流体通道和低温流体通道之间的隔层用固体原子扩散的方法结合成一个整体结构。但是由于微通道的孔径大小达到微米级，流体由入口处较大空腔同时分配至数百个微小通道（齐头并进形式），局部压力损失较大，直接影响流路系统消耗的功率。
发明内容
为此，本发明所要解决的技术问题在于现有微通道换热器的流体局部压力损失较大，进而提供一种减小流体局部压力损失的微通道换热器的分流结构。
为解决上述技术问题，本发明公开一种微通道换热器的分流结构，其包括，流体流入部分、流体流出部分，以及设置于流体流入部分与流体流出部分之间的换热微通道；在所述流体流入部分与所述换热微通道之间和/或所述换热微通道与所述流体流出部分之间设置有分流结构，所述分流结构使一股流体从中间部位分成两股，间隔一定距离后将两股分成四股，依次分成需要的流体通道数量。
所述换热微通道由叠置设置的换热板形成，所述换热板的板面上成型有与流体流动方向平行设置的多个凸起；相邻凸起与相邻换热板板面之间形成了所述微通道；所述板面的中间位置处为一级分流凸起，其长度大于两端的凸起长度，流体经过所述中间位置的一级分流凸起等分成两股，所述一级分流凸起两侧间隔一定距离分别成型有二级分流凸起，所述二级分流凸起的长度大于其两端的凸起长度，流体经过所述二级分流凸起等分为四股，二级分流凸起的两侧面再成型三级分流凸起，依次成型的多个分流凸起，最终将所述流体等分成需要的流体通道数量。
所述换热板板面上依次成型有所述一级分流凸起，所述二级分流凸起，以及所述三级分流凸起，将流体等分成八股。
所述凸起的端部为钝头形状。
所述凸起的端部为流线形、尖角形、圆形或椭圆形其中的一种。
所述凸起的端部为钝头尖角形状，所述钝头尖角的角度α的范围为0°＜α＜90°。
所述钝头尖角的角度α为55°～65°。
相邻两个所述凸起的端部在垂直于流体流动方向上的距离l与通道的水力学直径De的关系为l≥6De。
所述换热板通过光蚀刻的方式加工成型。
相邻换热板之间通过固体原子扩散的方法结合为整体。
本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
本发明的微通道分流结构是将大通道内的抛物线型的流动速度分布在有限的距离内分割成无数小的抛物线型，该分流结构逐级将中间较高的速度分至两边，进而在微通道入口处达到速度趋向均一。
进一步的，实现分流的凸起端部的结构为钝头形状，这种钝头形状的设置易于流体的流入，避免了微通道入口和出口多股流体齐头并进时由于尖锐的棱角导致的分离现象，降低压力损失。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中
图1  是微通道换热器的分流结构的示意图；
图2  是换热器微通道入口段局部放大平面图；
图3  是换热板的立体图；
图4  是不同结构形式的入口和出口压力损失对比。
图中附图标记表示为：
1-流体流入部分  2-换热微通道  3-流体流出部分  21-换热板  22-凸起  221-一级分流凸起  222-二级分流凸起  223-三级分流凸起。
具体实施方式
以下将结合附图，使用以下实施例对本发明进行进一步阐述。
图1为本发明的一种微通道换热器的分流结构，其包括，流体流入部分1、流体流出部分3，以及设置于流体流入部分1与流体流出部分3之间的换热微通道2；在所述流体流入部分1与所述换热微通道2之间以及所述换热微通道2与所述流体流出部分3之间设置一种使一股流体在中间部位分成两股，间隔一定距离后将两股分成四股，依次分成需要的流体通道数量的分流结构。
所述换热微通道2由互相叠置设置的换热板21形成，所述换热板2的板面上成型有与流体流动方向平行设置的多个凸起22；相邻凸起22以及相邻换热板21板面之间形成了所述微通道。
如图3所示，所述板面的中间位置处的一级分流凸起221的长度大于两端的凸起22长度，流体经过所述中间位置的一级分流凸起221等分成两股，所述一级分流凸起221两侧分别成型二级分流凸起222将两股流体等分为四股，二级分流凸起222的两侧面再成型三级分流凸起223，三级分流凸起两侧面成型四级分流凸起，将所述流体等分成16股流体通道。
所述凸起22的端部优选为钝头形状；更优选的，该凸起22端部为流线形D、尖角形A、圆形B或椭圆形C其中的一种。如图2所示。这种端部钝头的设置易于流体的流入，避免了齐头并进时（如图2中的齐头形E），由于尖锐的棱角导致的分离现象，降低压力损失。
本实施例中，所述凸起22的端部为钝头尖角形状，所述钝头尖角的角度α的范围为00＜α＜900。其随着角度α的增加，入口压力损失和出口压力损失呈下降趋势。优选的，所述钝头尖角的角度α为55°～65°。
根据流体流入流出急缩小急扩大时核流（core flow）效应，相邻两个所述凸起22的端部在垂直于流体流动方向上的距离l与通道的水力学直径De关系为l≥6De（所述水力学直径De=4*过流截面积/润湿周长）。这样可以在比较短的长度内使流体速度趋向均匀。
由于微通道的尺寸达到微米级，所述换热板通过光蚀刻的方式加工成型。相邻换热板4之间通过固体原子扩散的方法结合为整体。
对于不同的钝头形状，其压力损失不同，申请人对于不同钝头形式的换热器进行了数值实验，其中，分流凸起形状如表1所示，其压力损失结果如图4所示。其中：
1）条件为入口段总长度一致，有效通道长度一致。
2）△Pin为进口段压力损失，△Pout为出口段压力损失。
图4的中表示的流体流入流出的设计参数如表1所示。
表1分流部分设计参数
Figure GDA0000465821200000041
根据图4可以知道，当分流部分的设计取No.2时流体在入口和出口处的压力损失最大；同样的头部形状条件下分流部长度的增加则压力损失减小。在一定的分流部分长度的条件下，表1中所示的头部形状条件（No.4，No.5，No.6）的入口和出口压力损失基本相同；可以根据制造成本选择适当的设计形状和参数。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (9)

1.一种微通道换热器的分流结构，其特征在于：
微通道换热器包括，流体流入部分（1）、流体流出部分（3），以及设置于流体流入部分（1）与流体流出部分（3）之间的换热微通道（2）；
在所述流体流入部分（1）与所述换热微通道（2）之间和所述换热微通道（2）与所述流体流出部分（3）之间设置有分流结构；
所述换热微通道（2）由叠置设置的换热板（21）形成，所述换热板（21）的板面上成型有与流体流动方向平行设置的多个凸起（22）以形成分流结构；相邻凸起（22）与相邻换热板（21）板面之间形成了所述换热微通道；
所述板面的中间位置处为一级分流凸起（221），其长度大于两端的凸起长度，流体经过所述中间位置的一级分流凸起（221）等分成两股，所述一级分流凸起（221）两侧间隔一定距离分别成型有二级分流凸起（222），所述二级分流凸起（222）的长度大于其两端的凸起长度，流体经过所述二级分流凸起（222）等分为四股，二级分流凸起（222）的两侧面再成型三级分流凸起（223），依次成型的多个分流凸起，最终将所述流体等分成需要的流体通道数量。
2.根据权利要求2所述的微通道换热器的分流结构，其特征在于：
所述换热板板面上依次成型有所述一级分流凸起（221），所述二级分流凸起（222），以及所述三级分流凸起（223），将流体等分成八股。
3.根据权利要求1或2所述的微通道换热器的分流结构，其特征在于：
所述凸起（22）的端部为钝头形状。
4.根据权利要求3所述的微通道换热器的分流结构，其特征在于：
所述凸起（22）的端部为流线形、尖角形、圆形或椭圆形。
5.根据权利要求3所述的微通道换热器的分流结构，其特征在于：
所述凸起（22）的端部为钝头尖角形状，所述钝头尖角的角度α的范围为0°＜α＜90°。
6.根据权利要求5所述的微通道换热器的分流结构，其特征在于：
所述钝头尖角的角度α为55°～65°。
7.根据权利要求1所述的微通道换热器的分流结构，其特征在于：
相邻两个所述凸起（22）的端部在垂直于流体流动方向上的距离l与通道的水力学直径De的关系为l≥6De。
8.根据权利要求1所述的微通道换热器的分流结构，其特征在于：
所述换热板（21）通过光蚀刻的方式加工成型。
9.根据权利要求1所述的微通道换热器的分流结构，其特征在于：
相邻换热板（21）之间通过固体原子扩散的方法结合为整体。
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