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。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。

技术实现要素：

为了在与风机配合时换热面积能尽量充分利用，本发明采用如下技术方案：

一种微通道换热器，包括：至少一层结构，即第一层，第一层包括第一集流管、第二集流管、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，每个扁管包括主体段及其两端的平直段，每个扁管两端的平直段错位设置，主体段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内弯折的同时，也沿着环绕的中心轴轴向移动，诸扁管与其两端的集流管构成一大致螺旋环；所述翅片两侧具有相对的峰部，所述翅片分别设于相邻所述扁管之间，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；第一层的扁管的一端连通所述第一集流管；所述第一集流管上设有第一接口。

所述第一、二集流管大致平行且位于所述螺旋环的同一径向方向；所述第一集流管与所述扁管一端的平直段大致位于同一平面，所述第二集流管与所述扁管另一端的平直段大致位于同一平面。

所述扁管在长度方向上包括主体段以及位于主体段两端的平直段；所述集流管上设有用于插接扁管的开孔，所述扁管平直段的至少一部分插入所述开孔内连通，主体段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。

所述第一集流管管与第二集流管大致为中空结构，沿所述第一集流管、第二集流管的轴向设置有多个与扁管的端部配合的孔，所述第一集流管的孔之间大致平行设置，所述第二集流管的孔之间大致平行设置。

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配合的孔与所述第二集流管的轴线大致垂直设置。

所述微通道换热器与同一翅片连接的两根扁管中，所述翅片靠近外侧的扁管的内环面或表面的峰部之间的间距(L2)的平均值大于其靠近内侧的扁管的外环面或表面的峰部之间的间距(L1)的平均值；从所述微通道换热器的中心向外，所述扁管的内部通道的长度递增。

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。

所述微通道换热器还包括内边板与外边板，内边板、外边板与所述扁管同向延伸，所述内边板与位于其相对外侧且相邻的扁管之间设置有翅片，所述外边板与与位于其相对内侧且与其相邻的扁管之间设置有翅片，所述第一集流管与第二集流管还分别包括两个端盖，所述第一集流管、第二集流管、扁管、翅片、内边板、外边板之间均通过焊接固定设置。

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。

所述第一层的所述第一集流管具有至少两个互相隔绝的腔体，即第一腔和第二腔；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集流管内腔，第二管组的一端连通所述第二腔，另一端连通所述第二集流管内腔；所述第一腔及所述第二腔中至少其中一个具有用于外接的第一接口。

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第一集流管的结构示意图。

图5为图3所示微通道换热器的第二集流管的结构示意图。

图6为图3所示微通道换热器的扁管的结构示意图。

图7为扁管内部通道通流面积递增的三种设计方案。

图8为图3所示微通道换热器的主视示意图。

图9为微通道换热器的另一种实施例的结构示意图。

图10为图9所示微通道换热器中转接管的剖视图。

图11为微通道换热器的另一种实施例的结构示意图。

图12为图11微通道换热器的主视示意图，图中省略翅片。

图13为微通道换热器的另一种实施例的结构示意图。

图14为图13微通道换热器中第一、二集流管及转接管的剖视示意图。

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，微通道换热器包括第一集流管20、第二集流管30、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。扁管40的两端分别插入第一集流管20与第二集流管30对应的孔并通过焊接与第一集流管20、第二集流管30固定，扁管40的两端分别连通第一集流管20与第二集流管30，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4所示，第一集流管20包括第一集流管管体21及其两端的第一端盖22、第一接管座23、第一接管24，第一接管24通过第一接管座23与第一集流管管体21连接固定并连通，第一接管24所在的接口作为换热器与系统连接的第一接口。第一集流管管体21为中空结构，沿第一集流管管体21轴向设置有多个供扁管40的端部插入的孔211，扁管40的一端伸入孔211并通过焊接固定，第一集流管20两端分别固定连接第一端盖22，使第一集流管20内形成相对封闭的腔体。

如图5所示，第二集流管30包括第二集流管管体31及其两端的第二端盖32、第二接管座33、第二接管34，第二接管34通过第二接管座33与第二集流管管体31连接固定并连通，第二接管34所在的接口作为换热器与系统连接的第二接口。第二集流管管体31也为中空结构，上面设置有多个供扁管40的端部插入的孔311，扁管40的另一端伸入孔311并通过焊接固定，第二集流管管体31的两端分别固定连接第二端盖32，使第二集流管30内形成相对封闭的腔体。

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，成形后扁管40如图6所示，扁管40的主体段可以是大体为环绕延伸，其环绕方向为朝向所述其中一个承载表面一侧内弯折的同时，也沿着环绕的中心轴轴向移动，从而形成一大致螺旋形，相应地，其构成的换热器整体也是大致呈螺旋形，扁管40与其两端的集流管形成一个大致的单圈闭合螺旋环，两端的集流管在螺旋环的中心轴方向上叠放设置，以减少集流管部的面积占有，减少了无翅片区的面积，从而增大了迎风面的有效换热面积。本实施例中扁管的两个侧表面不再位于同一平面，而是略呈扭转状。

扁管40包括两端的平直段42及主体段41，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，平直段42的端部插入第一集流管20与第二集流管30从而连通第一集流管20与第二集流管30。

第一集流管管体21侧壁上设置的多个孔211沿第一集流管管体21的轴向排列。第二集流管管体31侧壁上设置的多个孔311沿第二集流管管体31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，当第一集流管20与第二集流管30并排在一起，侧壁大致贴合或贴近时，多条扁管40与并排在一起的第一集流管20、第二集流管30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，故第一集流管管体21与第二集流管管体31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6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第一集流管管体21和第二集流管管体31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。

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。

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。

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。

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。

除了上面介绍的单层换热器，还可以是多层的结构，以图9双层换热器为例，在层与层之间的交接处设置转接管，转接管92的结构如图10所示，转接管92侧壁两相对位置设有孔921，分别用来插接扁管，其余结构可参照以上描述。

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11、图12中以单层两流程为例，图12中省略了翅片，图中箭头示意制冷剂流向，第一接管座23与第二接管座33与第一集流管管体21a的侧壁固定设置，在第一集流管管体21a设置有隔板槽，隔板100插入隔板槽并通过焊接固定，通过隔板100的设置，将第一集流管20a的内腔分为两个相互隔绝的腔体，即第一集流腔25和第二集流腔26，第一接管33、第二接管34分别与所述第一集流腔25和第二集流腔26连通。通过隔板100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25连通，另一端则插入第二集流管30a的孔而与第二集流管的内腔连通；第二管组40b的一端与第二集流腔26连通，另一端插入第二集流管30a的孔与第二集流管的内腔连通。这样，该微通道换热器具有两个流程，制冷剂从第一接管进入到第一集流腔25，再通过第一管组40a到第二集流管30a的腔体，此为第一个流程；第二集流管30a的腔体是连通的，制冷剂从第二集流管30a再进入第二管组40b，流到第二集流腔26，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图12所示的反向流动。

单层三流程以上的换热器可参照以上描述，所不同的是，设置的隔板数有所不同，扁管分组数不同，扁管的组数与流程数相同。隔板的设置符合这样的规律：两集流管内的隔板数相等或相差一个，即当总共设置偶数个隔板时，两集流管内的隔板数相等，此时第一接管和第二接管分别设置在两个集流管上；当总共设置奇数个隔板时，两集流管内的隔板数相差一个，此时第一接管和第二接管均设置在隔板数量多的集流管上，与不同的腔体连通。当总共设置的隔板数为n时，该换热器的流程数为n+1，扁管分为n+1组。第一流程的扁管数可以小于等于其他流程的扁管数，其他流程的扁管数可以相等或不等。故各流程的扁管数配比方式可以是1、2、2……，也可以是1、2、1……，也可以是1、2、3、……，这里数字只是示意递增的方式，并不限定具体比值。

多层多流程而每层两流程的结构可参照上面介绍的单层两流程结构，如图13、14所示，转接管92中设置隔板100a，通过隔板100a的设置，转接管92中分隔成两个腔，即第三集流腔922和第四集流腔923，第一管组40a的一端与第一集流腔25连通，另一端与第三集流腔922连通，第二管组40b的一端与第二集流腔26连通，另一端与第四集流腔923连通。转接管92起到的作用相当于连接扁管，使各扁管呈多圈螺旋延伸，制冷剂从第一接管24进入第一集流腔25，再通过第一管组40a进入转接管92的第三集流腔922，然后通过扁管进入第二集流管，第二集流管腔体是相通的，制冷剂通过扁管再进入转接管92的第四集流腔923，最后通过第二管组进入第二集流腔26，最后从第二接口34流出。当然，制冷剂流向也可以是反向流动。多流程的多层换热器，其设置方式大体如下：每一层的设置方 式和单层的设置方式大致相同，均采用隔板分隔腔体的方式设计多流程结构。第一流程是第一层的部分扁管，然后再通过转接管进入下一层，直至到最后一层，再通过另外部分扁管、转接管回到第一层，最后从出口流出。

换热器还可以是其他环状结构如扁管是由多个弧形与直线形或折弯段的组合而成的换热器，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。