一种微通道换热器的制作方法

本发明涉及热交换技术领域，具体涉及一种微通道换热器。

背景技术：

微通道换热器在制冷领域得到了广泛地应用。微通道换热器主要包括集流管、扁管和翅片，其中集流管用于将换热介质导向流入每个扁管，扁管主要用于换热介质的流通和换热，翅片通过焊接和扁管连接，通过气体流动实现扁管内的换热介质的换热功能。

技术实现要素：

微通道换热器在系统中一般要配合风机带动气流流动进行换热，气体的流动主要由轴流式风机驱动，风机驱动气体从微通道换热器的气侧通过，请参图1所示，风机10与换热器相对设置，图2是运转时的风场仿真图，从中可以看出风机基座对应的换热器部分存在风场的盲区，换热器的中间部分，即对应的风机基座部分的风速较小，换热器的换热面积不能有效利用。

本发明正是为了解决上述问题而提出的，为此本发明采用如下技术方案：

一种微通道换热器，包括：

一种微通道换热器，包括：至少一层结构，即第一层，第一层包括集流管、与集流管连通的多个扁管及设于相邻扁管之间的翅片；所述微通道换热器的中部包括一个大致封闭或非封闭的孔部，所述孔部没有设置扁管与翅片；每个所述扁管具有面积较大的两相对表面，所述扁管包括至少一个非直线段，该非直线段的弯折方向为朝向所述其中一个表面一侧弯折；所述翅片两侧具有相对的峰部，所述翅片分别设于同层相邻所述扁管之间，翅片随扁管同向延伸，所述翅片的两峰部分别与该层相邻扁管相对的两表面相连接；每一扁管均具有至少一个内部通道，所述内部通道沿所述扁管 的长度方向延伸；第一层的所述集流管具有至少两个互相隔绝的腔体，即第一腔和第二腔，所述集流管的腔中至少有一腔设置有用于外接的第一接口；第一层的扁管中至少有部分扁管的一端连通所述第一腔，另一端连通所述第二腔；所述换热器的层数与第二接口的位置可以是以下两种情况中的一种：

一、换热器的层数为一层，所述集流管的除设置第一接口之外的其他腔设置有第二接口；

二、换热器的层数为至少两层，所述第一层的集流管的除设置第一接口之外的其他腔或者除第一层之外的其他层的集流管设置有第二接口。

所述扁管包括两端的平直段与主体部，所述非直线段设置在所述主体部，所述非直线段为折弯段或弧段，同层的主体部的相邻所述扁管的两个表面之间设置有所述翅片；同一翅片的两端的峰部连接的两个扁管，沿所述长度方向的不同位置其主体部之间的间距大致相等。

所述集流管上设有用于插接扁管的开孔孔，所述扁管平直段的至少一部分插入所述开孔孔内与设置该孔的腔连通；所述扁管任一端的平直段长度s≥(1/3～1/2)d+3，其中d为集流管当量内径，单位为毫米；所述扁管平直段插入开口内部分的深度h≤(1/3～1/2)d，且h＞t，其中t为集流管壁厚。

所述微通道换热器大致为环状结构或包括环状结构，所述第一集流管设置有至少一个隔板将集流管将其轴向的长度方向分隔以形成至少两个腔，两个腔包括第一腔与第二腔；第一腔与第二腔的轴线大致重合；与第二集流管大致平行设置，所述第一集流管与扁管的配合的孔与所述第一集流管的轴线大致垂直设置，所述第二集流管与扁管的平直段配合的孔之间平行设置且与所述第二集流管的轴线大致垂直设置。

从所述微通道换热器中心向外，所述扁管的内部通道的总通流面积逐步增加，相对位于外部的扁管的内部通道的总通流面积大于等于相对位于内部的扁管的内部通道的总通流面积。

不同的所述翅片的密度，即单位长度内的翅片峰数，从换热器的中心向外围逐渐变大。

位于所述换热器最内侧扁管的内侧设有与之平行延伸的内边板及设于二者之间的翅片；位于所述换热器最外侧扁管的外侧设有与之平行延伸的外边板及设于二者之间的翅片；所述内边板整体形成的环形内径大于集流管外径的两倍；所述内、外边板的径向距离与集流管的长度大致相同。

不同的扁管的通流面积与其长度之比大致相同。

不同的所述翅片的密度，即单位长度内的翅片峰数，从换热器的中心向外围逐渐变大。

所述第一层的所述集流管具有至少三个互相隔绝的腔体，即第一腔、第二腔和第三腔；三个腔体的轴线大致重合；第一层的扁管至少包括两组，即第一管组和第二管组，第一管组的一端连通所述第一腔，另一端连通所述第二腔，第二管组的一端连通所述第一腔，另一端连通所述第三腔；所述第二腔及所述第三腔中至少其中一个具有用于外接的第一接口，另一腔具有用于外接的第二接口或用于与其他层连接的接口；所述第二腔与第三腔的长度之和大致等于所述第一腔的长度。

本发明换热器的环形或环状结构设计，在与轴流式风机配合使用时，中部留出空间和风机的基座相对应设置，避开了风场的盲区，换热器的换热面积能够很好的被利用，节省了换热器的材料，同时集流管也会相对较短，进一步省材，降低成本。

附图说明

下面以微通道换热器为示例进行说明，附图只是进行了示意，而不能视作对发明实施例的限制。

图1为目前所知的矩形微通道换热器与轴流式风机在系统中的相对设置示意图。

图2为轴流式风机在矩形微通道换热器表面的风场仿真示意图。

图3为微通道换热器一种实施例的结构示意图。

图4为图3所示微通道换热器的集流管的结构示意图。

图5为图3所示微通道换热器的扁管的结构示意图。

图6为图3所示微通道换热器的主视示意图。

图7为扁管内部通道通流面积递增的三种设计方案。

图8为一种环形微通道换热器，其翅片密度由内而外递增。

图9为具有单个集流管的微通道换热器的一种结构示意图。

图10为图9所示微通道换热器的主视图。

图11为微通道换热器的另一种结构示意图。

图12为图11换热器的第一、二集流管及连接体的爆炸示意图，图中省略端盖。

图13为具有单个集流管两流程的微通道换热器的一种结构示意图。

图14为微通道换热器的另一种结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例进行具体说明，请参照图3-图14。

如图3所示，微通道换热器包括集流管80、若干扁管40、若干翅片50，微通道换热器的中部区域没有设置扁管与翅片，而形成一个大致闭环或不闭环的孔部63。集流管80具有两个腔体，扁管40的两端分别插入集流管80对应的孔并通过焊接与集流管80固定，扁管40的两端分别连通集流管80的两个腔体，翅片50设置于相邻的扁管40之间，另外换热器还设置有位于内外两边的边板61,62，扁管与边板之间也设置有翅片。

如图3、4所示，集流管80包括集流管管体800、两个端盖806、两个接管座23，33及两个接管24，34，在集流管80内设置一个分隔板81，从而将集流管80的内腔分隔成两个相对独立的集流腔：第一集流腔801、第二集流腔802，第一集流腔801、第二集流腔802分别设有若干用于与扁管配合的孔803，集流管管体800在第一集流腔801侧设置有一个接口804作为进口，第一接管座23、第一接管24在接口804部位与集流管管体800通过焊接固定，并且第一接管24通过接口804与第一集流腔801连通；集 流管管体800在第二集流腔802侧设置有一个接口805作为出口，第二接管座33、第二接管34在接口805部位与集流管管体800通过焊接固定，并且第二接管通过接口805与第二集流腔802连通；进口与出口接管分别接通这两个腔。这样就避免了两个集流管之间的空间，可以减小用于设置集流管的空间，另外避免空气流从两个集流管之间的空隙流过，增加换热面积及换热效率。

扁管40在成形前为纵向延伸的扁平状结构，其具有面积较大的两相对承载表面，所述扁管大体呈弧形延伸，该弧形的弯折方向为朝向所述其中一个承载表面一侧弯折，扁管40成形后包括两端的平直段42及环状的主体段41，环状的主体段41包括内环面411、外环面411’、面积较小的侧表面412，扁管40内具有内部通道，内部通道沿扁管40的长度方向延伸，扁管40两端分别为一个平直段42，两个平直段42的端部分别插入第一集流腔801与第二集流腔802从而连通第一集流腔801与第二集流腔802。

集流管80侧壁上设置的多个孔803沿集流管管体800的轴向排列。这些扁管40大致成同心环状设置，扁管40之间大致互相平行，这样，多条扁管40与集流管80共同构成一个大致完整的环形幅面。

由于在管壁上开孔，径向孔比斜向孔加工更方便，成本低，故集流管管体800侧壁上的孔都开在径向上，孔之间平行设置。扁管40包括主体段41及位于主体段两端的平直段42，如图5所示，主体段41呈弧形延伸，平直段42呈直线形延伸，两端的平直段42的至少一部分分别插入集流管管体800的孔中，平直段42与集流管管体中心轴大致垂直，即便在组装扁管时，直插比斜插也更加方便快速。

如图6所示，相邻的扁管40之间设置有翅片，具体地，位于相对外侧的扁管的主体部41a的内环面411与位于其内侧相邻的扁管的主体部41b的外环面411’之间设置有翅片50，翅片的主体大致呈三角形或波浪形，这组翅片靠近外侧的扁管的主体部41a的内环面411的顶端部或者说峰部之间的间距L2的平均值大于其靠近内侧的扁管的主体部41b的外环面411’ 的端部或峰部之间的间距L1的平均值。假设集流管当量内径为d，壁厚为t，扁管40任一端的平直段42的纵向长度为s，则s≥(1/3～1/2)d；假设扁管平直段42插入开口内部分的深度为h，则t＜h≤(1/3～1/2)d。

扁管40内具有多个内部通道，由于不同扁管40内部通道的长度不同，从换热器中心向外通道长度递增，在通道大小流量相同时其流阻也随长度变化而不同，即从换热器中心向外流阻递增。为了保证微通道换热器各部分的换热性能大致均匀，使进入各不同扁管40的制冷剂量大致与其换热面积匹配，各扁管的内部通道的通流面积也可以设计成不同，具体来说，从换热器中心向外，扁管40的通流面积递增。如使不同扁管的通流面积与该扁管的长度成正比，如可以使相对外面的扁管400’的通流面积与其长度l’之比大致与相对内部的扁管400的通流面积与其长度l之比相同，这样换热器整体换热均匀，效率相对较好。

扁管40的通流面积的递增方式可以是逐级渐变式的，如1、2、3、4……；也可以是越级渐变式的，如1、1、2、2、3、3……，这里数字只是示意递增的方式，并不限定具体比值。这里的通流面积指的是同一扁管40的多条内部通道总的通流面积。因此，可以保持不同扁管40的每条内部通道401的通流面积不变的情况下，逐渐增加扁管40’内部通道401’的数量，如图7a所示；也可以保持不同扁管40的内部通道401数量不变，逐渐增大扁管40”每条内部通道401”的通流面积，如图7b所示；当然，也可以是其他形式，如图7c所示,相对内侧的扁管40具有多个内部通道401，但相对外侧的扁管40”’的内部通道401”’数量较少但相对要大，而使其总的流通面积要大于相对内侧的扁管。

所述多个内部通道在扁管40的横向上依次排列，在扁管40的横向大致均匀分布，以使流体能够均匀地进出各内部通道，以达到最佳的换热效果。

翅片50大体为纵向延伸，其两侧具有相对的峰部，翅片50分别设于相邻所述扁管的主体段面积较大的内外环面之间，翅片随扁管同向延伸， 翅片的两峰部分别与相邻扁管相对的两承载表面焊接固定。

本实施例翅片采用的是波浪形的翅片50，翅片具有弹性，可变形，可塑性好，可以根据扁管的弯曲程度进行拉展延伸，以适合相邻扁管之间的安装空间，该翅片两侧的波峰即是上面所说的峰部。通过调整翅片50的密度也可以改善换热效果，具体来说，鉴于风速从换热器中心向外递增，可以从换热器由内向外，增加翅片50的密度。通常，采用单位长度内的翅片的波峰数来衡量其密度。从图8示例中可清楚地看出该换热器的翅片密度由内向外逐渐增加。

当然，翅片50的密度的递增方式可以是逐级渐变式的，如1、2、3、4……；也可以是越级渐变式的，如1、1、2、2、3、3……，这里数字只是示意递增的方式，并不限定具体比值。

在微通道换热器最内侧扁管40的内侧还设有内边板61，内边板61与最内侧扁管40大致保持平行延伸，二者之间设置有翅片50，内边板61也可选用扁管，只是其两端不与集流管连通。在换热器最外侧扁管40的外侧还设有外边板62，外边板62与最外侧扁管40大致保持平行延伸，二者之间设置有翅片50，外边板62也可选用扁管，其两端不与集流管连通。如图6所示，假设内边板61整体形成的环形孔部63的内径大致为d₀，则d₀＞2d(即集流管当量内径的两倍)。假设内边板61、外边板62的径向距离为r，集流管的长度为m，则r与m大致相同，以使换热器整体更加美观，且使集流管长度较短，节省了材料，降低了成本。

加工时，将微通道换热器的所有零部件准备好，并将相应扁管加工成相应所需的不同长度，并将不同长度的扁管弯折成具有平直段与主体段的结构，然后将扁管分别装入集流管对应的孔211，将其余零部件组装完成，并将相邻扁管之间、最内侧的扁管与内边板之间、最外侧的扁管与外边板之间装入长度不同的翅片，并进行组装固定，然后通过炉焊焊接固定。

上面介绍的换热器，集流管与扁管共同构成一个环形幅面，那么集流管不可避免的在占用一部分换热面积，基于此，集流管也可以是位于环形 面外，不与扁管共同构成环形幅面，这样就可以增大换热面积。如图9所示，每个扁管40包括主体段41’及平直段42a,主体段41’与平直段42a之间可设置圆弧过渡部；主体段41’为C形，该C形的弯折方向为朝向所述其中一个承载表面一侧内弯折，扁管40的主体部均为优弧，多个扁管40的主体部的圆心均在大致同一位置，其两端的平直段42均向外侧延伸，且同一扁管的两端的平直段42a二者互相平行，扁管40围绕成的圆心到其两端的平直段42a延长线的垂直距离相等。诸扁管40的平直段42a互相平行且等距设置，且同一扁管40的平直段42a之间的距离由内向外递增，即最朝内设置的扁管的两平直段42a1之间距离最小，而越向外的扁管的两平直段之间距离越大，且最朝内设置的扁管的两平直段42a1的长度越长，而越向外的扁管的平直段的长度越短；所有平直段朝外的端部均插接到集流管80a的孔中，集流管80a与平直段42a大致垂直设置。相邻扁管的平直段42a之间的距离等于相邻扁管的主体段41’之间的距离，且相邻扁管的平直段42a之间及相邻扁管的主体段41’之间均设置有翅片。内边板61’大致呈带缺口的圆形结构，从而形成的孔部63’也大致为圆形结构。集流管80a通过隔板81a分隔为两个相对独立的腔：第一集流腔801a、第二集流腔802a，同一扁管的两端的两个平直段分别插入第一集流腔801a、第二集流腔802a，相应地，在集流管80上设置进、出口，两个腔分别连通进、出口管，这样该微通道换热器的换热面积进一步增加，其他结构可参考上面的描述。

图10所示的微通道换热器是上述图9所示结构上的进一步改进，其主要区别在于内边板61”为圆形结构，这样加工更加方便，且由此形成的换热器中间的孔部63”也为圆形结构；还有在最朝内设置的扁管的两平直段42a1之间的距离等于相邻扁管的平直段42a之间的距离，也等于相邻扁管的主体段41”之间的距离，且最朝内设置的扁管的两平直段42a1之间也设置有翅片。

除了上面介绍的单层换热器，还可以是多层的结构，以图11、12双层 换热器为例，在层与层之间的交接处设置集流管或转接管，集流管80b、80c同样通过连接体92连通，第一层的第一集流管80b与第二层的第二集流管80c相对的侧壁上设有相对应的孔803b、803c，孔803b与第一集流腔802b连通，孔803c与第三集流腔802c连通，同时，连接体92上对应位置也设有孔921，第一层的第一集流管80b、连接体92与第二层的第二集流管80c三者固定连接且孔的位置对应，即上层的第一集流腔80b与第二层的第二集流腔80c通过连接体92连通。

制冷剂在第一层换热器走完之后，将从第一集流管80b的第二集流腔802b通过连接体92进入第二层的第二集流管80c的第三集流腔802c，然后再走完第二层。

以上介绍的微通道换热器均为单流程，除此之外，还可以是多流程的。图13中以单层两流程为例，第一接管座23与第二接管座33与集流管80d的侧壁固定设置，在集流管80d中沿其轴向设置有两个隔板槽，隔板100、101分别插入隔板槽并通过焊接固定，通过隔板100、101的设置，将集流管80d的内腔分为三个相互隔绝的腔体，即第一集流腔801d、第二集流腔802d和第三集流腔803d，第一接管24、第二接管34分别与所述第一集流腔801d和第二集流腔802d连通。通过隔板的设置，扁管40被分为两组，即第一管组40a和第二管组40b，第一管组40a的一端与第一集流腔801d连通，另一端则与第二集流腔802d连通；第二管组40b的一端与第一集流腔801d连通，另一端则与第三集流腔连通。这样，该微通道换热器具有两个流程，制冷剂从第一接管、第一接管座23进入到第二集流腔802d，再通过第一管组40a到第一集流腔801d，此为第一个流程；制冷剂从第一集流腔801d再进入第二管组40b，流到第三集流腔803d，最后从第二接管流出，此为第二个流程。第一管组40a与第二管组40b的扁管数可以设置为相同，也可以设置成不同。由于内侧扁管比较短同时风速相对较低，换热系数较低气态制冷剂换热主要集中在内侧扁管内，中部和外侧风速比较大，所以，在第一流程相对靠近内侧设置的情况下，在扁管数的设置上，可优 化为第一管组40a的扁管数少于第二管组40b的扁管数，图中的配比只是示例，其可以是根据换热面积、风速、制冷剂系数等优化出的一个管组的配比，而不是拘泥于图示。这样的流程设置能够使换热器的流程更优化，微通道换热器的换热面积得到更合理利用，性能进一步得到提高。其中第二集流管30a的腔体作为联接腔之用。另外，两个流程可以根据系统需要调整，使第一流程相对靠近外侧，而使第二流程相对靠近内侧，或者说使制冷剂流动方向与上面所述反向流动。

换热器除了是同心环形还可以是其他环状结构如扁管是由多个弧形与直线形的组合，如扁管是大致呈多边形结构而组合而成的换热器，图14示出了一个单集流管的多边形微通道换热器，其中扁管包括两端的平直段42、主体部41c，主体部41c包括多个以形成大致多边形的直段413及相邻直段413之间以用于过渡的多个弧段414，由内向外设置的两个相邻扁管之间在不同位置的间距大致相等，包括相邻的扁管直段413之间的间距与相邻弧段414之间的间距相等，且在相邻的扁管直段之间及相邻的扁管弧段之间均设置有翅片50。这里所说的多边形包括但不限于三角形、四边形、五边形、六边形等，其余结构及组装方式可参照上面，这里不再详述。

本说明书中提到相邻扁管之间设置有翅片，这里“相邻扁管”指的是同一层之间沿换热器径向方向的相邻位置之间的扁管。

需要说明的是：以上实施例仅用于说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案，例如对“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”等方向性的界定，尽管本说明书参照上述的实施例进行了详细的说明，但是，本领域的普通技术人员应当理解，所属技术领域的技术人员仍然可以对上述实施例进行相互组合、修改或者等同替换，而一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改进，均应涵盖在本发明的权利要求范围内。