专利名称：一种流量均匀分配的微通道蒸发器的制作方法
技术领域：
本发明涉及换热器技术领域，具体涉及一种流量均匀分配的M道蒸发器。
背景技术：
目前国内中央空调蒸发器主要采用管片式结构，即铜质管材经胀管技术与翅片结合，这种蒸
发器历史悠久，加工简单、工艺成熟。到上世纪80年代末90年代初，管带式结构逐渐成熟并开 始取代管片式结构。这种当时的新型换热器结构具有良好的换热性能，并且相对于管片式结构其 换热量的提升幅度大于阻力的提升幅度，因此，在90年代中期，汽车空调的蒸发器广泛采用这种 结构。管带式蒸发器性能比管片进一步提高，重量轻，加工工艺简单，可靠性好。但是管带式结 构不易做成多通路式(有两通路形式)，大都是一通到底的蛇形管，管道的阻力比较大，额外增大 了冷凝压力，另外管壁较厚，传热效率不高。很难在中央空调中使用。平行流式蒸发器的结构形 式是在管带式冷凝器的基础上通过变制冷剂单路进出或双路并串联为多流程进出设计而成。它同 样采用扁管挤压技术、百叶窗翅片成型技术和真空焊接技术。目前的平行流蒸发器(包括冷凝器) 还存在制冷剂流量不均匀分配问题，液体在M道扁平管内流量不均，严重的甚至在部分通道没 有制冷剂流入，造成部分通道换热瞎况恶化，影响换热器换热效率，降低制冷系统效率。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的缺点，提供一种流量均匀分配的微通道蒸发器。本发明的流 量均匀分配的微通道蒸发器利用扁平管4侵入集液管5的部分即突起9，将突起高度皿液管长度 方向设计为一变量，通制冷剂与不同突起高度碰撞后的运动达到均匀分配制冷剂，使得蒸发器的 有效容积得到合理利用，使制冷剂的流动和换热情况更趋合理，提高蒸发器的使用效率。
本发明目的通过以下技术方案来实现
一种流量均匀分配的微通道蒸发器，包括翅片2、边板3、扁平管4、集液管5、隔片8;扁平 管4垂直或7K平放置，百叶窗翅片3嵌于扁平管4之间，集液管5被金属隔片8分隔开形成不同 的流程；集液管5垂直扁平管4并分布于蒸发器两侧，扁平管4侵入集液管5的部分为突起9，扁 平管侵入鎌管内的深度为魏9的高度，通过制冷剂与不同高度的突起碰撞运动达到制冷齐啲 均匀分配。
每一流程的所述的突起9的高度通过以下公式计算得到
=/(ox2 + 6jc + c) 其中
—(48"5 +8082"4 —1360"3 -26025"2 -90183" —104832)x"(" + l)2 "—4020(8"3 + 7"2 - 17n + 2)(2"3 + 5"2 + 7387" + 6844)("2 -+1)
& _ -165(" +1)(2"3 ++ 7384)(3"3 -11" -2) 4咖+ 1)(8w3 + 7w2 -17w + 2)_ 3w2 +544 -1 C_ 237"(1-")
所述/ = |>^;实际工况确定^#下为一已知数值；n为每一流程的扁平管数，y为突起高度
m， x为第几根扁平管，/为一个流程的所有突起的高度和。
所述的集液管5由若干金属隔片8分隔开来，形成若干个流程。
所述的每一流程的扁平管4是由钎焊铝合金制成，每一流程的扁平管个数取决于制冷剂本身 干度的变化，管内压差的变化与质量流量的变化，以及集液管5与扁平管4本身的设计结构尺寸。 所述的进口接头1与出口接头7的方向是相同或者相反不足以影响制冷剂流量的分配。 所述的翅片，其特征是，翅片2的放置角度，布置类型等不足以影响制冷剂流量的分配。 在计算过程中集液管质量流量对制冷剂流量分配的影响可视为是微不足道的，每一流程的集 液管的相对长度，压差的变化也不足以影响流量的分配。
扁平管4侵入集液管5内部的侵入深度沿集液管高度方向设计为一变量，所以集液管质量流 量对制冷剂流量分配的影响可视为是微不足道的，每一流程的集液管的相对长度，压差的变化也 不足以影响流量的分配。进入集液管内的两相流制冷剂是环状或者是层流运动的。
根据集液管5与扁平管4布置方式的不同，以及内部制冷齐u流动方向的不同mm3t平行流蒸
发器有四种类型
(A) 型是扁平管4垂直放置，百叶窗翅片3以真空焊接技术嵌于扁平管4之间，集液管5垂 直扁平管4并7jC平分布于两侧，制冷剂10沿扁平管4自上而下运动；
(B) 型是扁平管4垂直放置，百叶窗翅片3以真空焊接技术嵌于扁平管4之间，集液管5垂 直扁平管4并水平分布于两侧，制冷剂10沿扁平管4自下而上运动；
(C) 型是扁平管4水平放置，百叶窗翅片3以真空焊接技术嵌于扁平管4之间，集液管5垂 直扁平管4并分布于两侧，制冷剂10沿扁平管4流动方向取决于进口接头1的位置；
(D) 型是扁平管4水平放置，百叶窗翅片3以真空焊接技术嵌于扁平管4之间，集液管5垂 直扁平管4并分布于两侧，制冷剂10沿扁平管4流动方向取决于进口接头1的位置。
如图1所示，现有技术中布置方式是(A)型时，当扁平管4在集液管5内的侵入深度为零， 两相流制冷剂的大部分液体在集液管5的前端，当扁平管4侵入集液管5内有突起时，如图2所 示，进入集液管5的两相流制冷剂10会与集液管5前端的第一根扁平管的突起发生碰撞， 一部分 液体首先会被吸入到集液管前端的第一根扁平管内， 一部分液体会在顶端分散至集液管5的后端， 流过第一根扁平管的制冷剂与从顶端分散至此的制冷剂汇合后又会与第二根扁平管的突起发生碰 撞， 一部分制冷剂会被吸入到第二根扁平管内， 一部分制冷剂会在顶端分散至集液管后端，如此 循环往复直至没有制冷剂再在顶端碰撞分散。
如图3所示，布置方式(B)型，当扁平管4在鎌管5内的侵入深度为零时，两相流制冷剂 的大部分液,集液管5的后端，当扁平管4侵入集液管5内有突起时，如图4所示，进入, 管5的两相流制冷剂10会与集液管5后端的第一根扁平管的突起发生碰撞， 一部分液体首先会被 吸入到集液管后端的第一根扁平管内， 一部分液体会在顶端分散至集液管5的前端，流过第一根 扁平管的制冷剂与从顶端分散至此的制冷齐IJ汇合后又会与第二根扁平管的突起发生碰撞， 一部分制冷齐哙被吸入到第二根扁平管内， 一部分制冷剂会在顶端分散至集液管前端，如此循环往复直 至没有制冷剂再在顶端碰撞分散。
如图5所示，布置方式(C)型，当扁平管4在集液管5内的侵入深度为零时，两相流制冷 剂的大部分液^E集液管5的下端，当扁平管4侵入集液管5内有突起时，如图6所^iS入集液 管5的两相流制冷剂10会与集液管5下端的第一根扁平管的突起发生碰撞， 一部分液体首先会被 吸入至瞎液管下端的第一根扁平管内， 一部分液体会在顶端分散至集液管5的上端，流过第一根 扁平管的第岭剂与从顶端分散至此的制冷剂汇合后又会与第二根扁平管的突起发生碰撞， 一部分 帝U冷剂会被吸入到第二根扁平管内， 一部分制冷剂会在顶端分散至集液管上端，如此循环往复直 至没有制冷剂再在顶端碰撞分散。
如图7所示，布置方式(D)型，当扁平管4在集液管5内的侵入深度为零时，两相流制冷 剂的大部分液^E集液管5的下端，当扁平管4侵入集液管5内有突起时，如图8所g入集液 管5的两相流制冷剂10会与集液管5下端的第一根扁平管的突起发生碰撞， 一部分液体首先会被 吸入到集液管下端的第一根扁平管内， 一部分液体会在顶端分散至集液管5的上端，流过第一根 扁平管的制冷剂与从顶端分散至此的制冷剂汇合后又会与第二根扁平管的突起发生碰撞， 一部分 制冷剂会被吸入到第二根扁平管内， 一部分制冷剂会在顶端分散至集液管上端，如此循环往复直 至没有制冷剂再在顶端碰撞分散。
扁平管4侵入集液管5内部的突起9的高度为一变量。
本发明微通道平行流蒸发器可以将制冷剂均匀分配到平行流蒸发器众多的微通道扁平管内， 利用突起长度的变化实现流量的均匀分配，有效合理利用蒸发器换热面积，使制冷剂均匀流动， 保证蒸发器的安全有效运行，提高制冷系统效率。
扁平管4在集液管5内侵入深度，即突起9的高度以布置方式(A)为例
我们M5:多个T型的两相流流动分析模型，保证每根扁平管流量相同，謝门建立多个T型的 两相流流动分析模型,以达到每根扁平管内制冷剂的流量分配均匀。
如图17所示，ll为气体分界线，12为液体分界线，13为气体分界线到管壁的距离，14为 液体分界线到管壁的距离，在一个T型的两相流流动分析模型中，16、 15分别为气体与液体流动 的各自分界曲线的曲率判S^和^。在该模型中我们忽略流量均匀分配的其它影响因素，只考虑
离心力的影响。在一个T型的两相流流动分析模型中，扁平管内的两相流气体与液体的实际流量 大小由它们各自的曲率半径&和&决定。在该模型中我们忽略流量均匀分配的其它影响因氣只
考虑离心力的影响。劍门可以得到如下关系式
i=ML!zL ()
其中，"t=C[5 + 20exp{-53(^/Z)川(hg(gas)or /<formula>formula see original document page 6</formula>
&(松/附3)为气体密度，/^(A:g/附3)为液体的密度，t/g(m/力为气体平均流速，f/y(附/" 为液体平均流速，"g(m)为气体分界线到管壁的距离，^(w)为液体分界线到管壁的距离，D(— 为集液管直径，S(w)为相邻两扁平管间的距离，A(m)为扁平管在集液管内的侵入深度，括号中 为各参数的单位。
因为在相同温度和相同压力的状态下制冷剂(R134a)与空气的相对密度为2. 9,且整个两相流
中气体的总质量相对较小,对对流换热的影响可忽略.劍门只考虑液态制冷剂的流量均匀分配.在 多个T型的两相流分析模型中比较i ,,謝门可以的至咖下关系式
必力) 附g /附g
上式中m为每根扁平管内的平均流量质量，g为引力常数. 即得
<formula>formula see original document page 6</formula>1) (3)
在多个T型的两相流流动分析模型中，劍门建立多个T型节点的方程。就可以得到当制冷剂
在扁平管中流量均匀分配时，不同的扁平管对应的突起的高度.劍门令扁平管数目为变量^ ;令
旨扁平管对应的突起的高度为^，每一根扁平管；求出一个对应的突起高度。建立的直角坐标
系，将得到的数据Op h);02, y2)......O*, yA)......O", :v )标于坐标系
中。将不同的离散的点连接起来可以得到一条曲线。我们设A是在n个节点x,.e[:c,，;g上给定的 离散函数，在指定的函数空间找到一个函数F(x)作为h的近似连续模型，要求F(x)在《处的值 与X的误差的平方和最小。
即<formula>formula see original document page 6</formula>22 (h 一 < - S 一 = 0
罢=(h -"V -K -C，K = 0
将未知量a， b,c留在方程左边，整理得法方程组:
i=l 1=1 t=l
《+ < + "艺4 = S x^
fc=l t=l fc=l Jt=l
<^ ^ + ^ ^ + a力xA4 =尤x〖a
(4)
(5)
因为
2^ =1+2 + 3 +......+w = ~^-^
2
!>〖=l2+2、32+……+""("+1)(2"+1)
"i 6 (6)
t《=l3 +23 +33 +.+"3 ="2(" + 1)2
fV=l4 +24 + 34 + , 7, — "(" +1)(2" +1)(3"2 + 3" -1)
即得到y关于x的二次函数
y = /(or2十Z x + c)
其中
:(48"5 +8082"4 —1360"3 —26025"2 —90183" —104832) x/7(n +1)2 "—4020(8w3 + 7w2 -17w + 2)(2w3 + 5"2 + 7387" + 6844)("2 - 2w +1)
5 = —165(m +1)(2"3 + 3" + 7384)(3"3 -1 In — 2) (7) _4w(" + l)(8w3+7"2-17w + 2)
3"2+544m-1 c一 237"(1-")/ = t A实际系统工况确定^l牛下为一 已知数值；n为每一流程的扁平管数，y为突起高度
On) ， x为第几te^平管，/为一个流程的所有^M的高度和。
从突起高度的函数曲线可得出不同扁平管对应的突起高度值.并且随着流程的进行制冷剂干
度变大，扁平管数目增多，即n值变大，值增大.函数y值极点的绝对值
=6.46^ a变大。整个曲线趋于平缓。
本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果
1、 本发明的 31平行流蒸发器系统结构简洁，有效合理利用蒸发器换热面积，使制冷剂均 匀流动，保证蒸发器的安全有效运行，提高制冷系统效率。
2、 本发明的〗tffl道平fi^流蒸发器的有效容积得到合理利用，制冷剂的流动和换热情况更趋合 理，提高了蒸发器的使用效率。
3、 本发明的微通道平行流蒸发器性能进一步提高，加工工艺简单，可靠性好，稳定性高。
4、 本发明的微通道平行流蒸发器解决了由于蒸发器内制冷剂流量分配不均匀，造成的制冷剂
液,微通道扁平管内流量不均，严重的甚至在部分通道没有制冷剂流入，造成部分通道换热情
况恶化，影响换热器换热效率，降低制冷系统效率等问题.
图1为现有技术的!腿道平行流蒸发器(A)型布置时制冷齐啲分配状况； 图2为本发明的Wit平行流蒸发器(A)型布置时制冷齐啲分配状况； 图3为5见有技术的Mit平行流蒸发器(B)型布置时制冷齐啲分配状况；
图4为本发明的M3t平行流蒸发器(B)型布置时制冷剂的分配状况；
图5为现有技术的M道平行流蒸发器(C)型布置时制冷剂的分配状况； 图6为本发明的德通道平行流蒸发器(C)型布置时制冷剂的分配状况； 图7为现有技术的M道平行流蒸发器(D)型布置时制冷齐啲分配状况； 图8为本发明的M道平行流蒸发器(D)型布置时制冷剂的分配状况； 图9为本发明的〗tiKI平行流蒸发器(A)型布置时的结构图； 图IO为本发明的，，道平行流蒸发器(A)型布置时集液管的结构图； 图11为本发明的M道平行流蒸发器(B)型布置时的结构图； 图12为本发明的微通道平行流蒸发器(B)型布置时集液管的结构图； 图13为本发明的微通道平行流蒸发器(C)型布置时的结构图； 图14为本发明的微通道平行流蒸发器(C)型布置时集液管的结构图； 图15为本发明的^ffl道平行流蒸发器(D)型布置时的结构图；图16为本发明的M道平行流蒸发器(D)型布置时集液管的结构图； 图17为扁平管的横截面图； 图18为一个T型的两相流流动分析模型。
具体实施例方式
下面结合附图和实施实例，Xt本发明作进一步地详细说明，{旦本发明的实施方式不限于此。 如图9、图10所示，本发明包括进口接头l、翅片2、边板3、扁平管4、集液管5、蒸发器 支架6、出口接头7、隔片8、 ，9、制冷剂IO，图16为扁平管4的横截面图，根据集液管5与 扁平管4布置方式的不同，以及内部制冷剂流动方向的不同，本发明的M道蒸发器有以下几禾中 型式图9、 10中MJI蒸发器的布置方式是(A)型，扁平管4垂直放置，百叶窗翅片3以真空 焊接技术嵌于扁平管4之间，集液管5垂1^平管4并水平分布于两侧，制冷剂10沿扁平管4自 上而下运动；图ll、 12中是(B)型，扁平管4垂直放置，百叶窗翅片3以真空焊接技术嵌于扁 平管4之间，集液管5垂直扁平管4并水平分布于两侧，制冷剂10沿扁平管4自下而上运动；图 13、 14中是(C)型，扁平管4水平放置，百叶窗翅片3以真空焊接技术嵌于扁平管4之间，集液 管5垂直扁平管4并分布于两侧,制冷剂10沿扁平管4流动方向取决于进口接头1的位置；图15、 图16是(D)型，扁平管4水平放置，百叶窗翅片3以真空焊接技术嵌于扁平管4之间，驗管5 垂直扁平管4并分布于两侧，制冷剂10沿扁平管4流动方向取决于进口接头1的位置。 实施例l
以布置方式(A)为例其工作原理是制冷剂从膨胀阀中流出，进入集液管5。当扁平管4在集 液管5内的侵入深度为零时，两相流制冷剂的大部分液体在集液管5的前端，当扁平管4在集液 管5内有突起时，进入集液管5的两相流制冷剂10会与集液管5前端的第一根扁平管的，发生 碰撞， 一部分液体首先会被吸入到集液管前端的第一根扁平管内， 一部分液体会在顶端分散至集 液管5的后端，流过第一根扁平管的制冷剂与从顶端分散至此的制冷剂汇合后又会与第二根扁平 管的突起发生碰撞， 一部分制冷齐哙被吸入到第二根扁平管内， 一部分制冷齐哙在顶端分散至集 液管后端，如此循环往复直至没有制冷剂再在顶端碰撞分散。本发明微通道平行流蒸发器可以将 制冷剂均匀分配到平行流蒸发器众多的微通道扁平管内，禾拥突起长度的变化实现流量的均匀分 配，有效合理利用蒸发器换热面积，使制冷剂均匀流动，保证蒸发器的安全有效运行，提高制冷 系统效率。
因在实际应用中扁平管的数目随工况的不同而不同,劍门以10根扁平管为例算得它的突起高 度二次曲线函数.
将"=10代入公式(5), (6)解得
<formula>formula see original document page 9</formula>其中n=10,
所以|X、=—12302>
所以 A=0.528|]h
B=-3.615》t
即得^ = /(0.528 -3.615;<; —0.269)
也可以将11=10直接带入(7)式得到a、 b、 c的值进而求得;;=/(0.528, -3.615x-0.269)。
考虑至U突起的高度为一标量，我们取二次函数的极值点所在水平线为x轴，x轴的水平向右 为x轴正方向，y轴正方向垂直x轴向上。
因为在不同工况与工作环境中对微通道平行流蒸发器的装置要求不同,在特定的工况与工作 环境要求中劍门假设单位时间内每根扁平管内制冷剂流量w为10Skg,集液管直径D为0.56 m， 液体平均流速C/,为100 m/s,相邻两扁平管间的距离S为0. 02 m,扁平管直径h为0.01 m,液体的密
度/ ,为2.9 kg/m3.引力常数g为9.8 ms—2,
由公式(2)可得=0.03
因为对于函数少=J;c2 + fix + C,
有曲率半径i = _^_^ (9)
[i+(力Y2
对公式(7)求导，联立公式(2)得
将/ = 0.023代入公式(6)得x从1到10对应的y值，也即从左至右第1到10根扁平管所 对应的^fe高度，如下
x=l y=0.07 ; x=2 y=0.02 ; x=3 y=0.002 ; x=4 y二O, 004 ; x=5 y=0.03 ; x= 6 y=0.08 ; x=7 y=0. 16; x=8 y=0.25 ; x=9 y=0.37 ; x=10 y=0.5 。
综上所述，这是本发明的较佳设计和计算方法以及实施方式，依本发明构造及技术方 案所作的改动，所产生的功能未超出本发明构造及技术方案的范围时，均属本发明的保护 范围。
/ =艺h实际系统工况确定条件下为一己知数值，/ = J>t的确定如下步骤:
权利要求
1、一种流量均匀分配的微通道蒸发器，包括翅片(2)、边板(3)、扁平管(4)、集液管(5)、隔片(8)；其特征在于扁平管(4)垂直或水平放置，百叶窗翅片(3)嵌于扁平管(4)之间，集液管(5)被金属隔片(8)分隔开形成不同的流程；集液管(5)垂直扁平管(4)并分布于蒸发器两侧，扁平管(4)侵入集液管(5)的部分为突起(9)，扁平管侵入集液管内的深度为突起(9)的高度。
2、 根据权利要求1所述的一种流量均匀分配的微通道蒸发器，其特征在于每一流程的所述突 起(9)的高度通过以下公式计算得到<formula>formula see original document page 2</formula>其中_ (48"5 +8082"4 -1360"3 —26025"2 -90183" —104832)xm(m + 1)2 "—4020(8"3 + 7"2 -17w + 2)(2"3 + 5"2 + 73 87w + 6844)("2 - 2w +1)& _ -165(" +1)(2"3 + 3w + 7384)(3"3 -11"-2) 一 4咖+ l)(8w3+7w2-17w + 2)3"2+544"-l C_ 237"(l-w) °
3、 据权禾腰求1所述的一种流量均匀分配的微ffi3t蒸发器，其特征在于，所述/ = |>4 ;实际工况确定条件下为一已知数值；n为每一流程的扁平管数，y为突起高度m， x为第几根扁平管， /为一个流程的所有突起的高度和。
4、 据权利要求1所述的一种流量均匀分配的微ffiil蒸发器，其特征在于，所述的扁平管(4) 是由韦千焊铝合MiJ成。
5、 禾腰求l戶腿的进口接头与出口接头，其特征是，进口接头(1)与出口接头(7)的方向 是相同或者相反不足以影响制冷剂流量的分配。
6、 利要求1所述的翅片，其特征是，翅片(2)的放置角度，M道蒸发器布置类型不足以 影响制冷齐喊量的分配。
7、 利要求1所述的翅片，其特征是，每一流程的集液管的相对长度，压差的变化不足以影响 流量的分配。
全文摘要
本发明公开了一种流量均匀分配的微通道蒸发器，涉及换热器技术领域，包括翅片(2)、边板(3)、扁平管(4)、集液管(5)、隔片(8)；扁平管(4)垂直或水平放置，百叶窗翅片(3)嵌于扁平管(4)之间，集液管(5)垂直扁平管(4)并分布于蒸发器两侧，扁平管(4)侵入集液管(5)的部分为突起(9)，扁平管在集液管内的侵入深度为突起(9)的高度，通过制冷剂与不同高度的突起碰撞运动达到制冷剂的均匀分配，突起(9)的高度通过公式y＝l(ax<sup>2</sup>+bx+c)计算得到。本发明可以将制冷剂均匀分配到平行流蒸发器众多的微通道扁平管内，系统结构简洁，有效合理利用蒸发器换热面积，使制冷剂均匀流动，保证蒸发器的安全有效运行，提高制冷系统效率。
文档编号F28D1/04GK101509732SQ20091003786
公开日2009年8月19日 申请日期2009年3月12日 优先权日2009年3月12日
发明者巫江虹, 程 李, 王惜慧 申请人:华南理工大学