專利名稱：一種集成式微通道換熱器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及兩種流體之間以熱交換為目的的換熱部件；特別涉及一種可以作為水和制冷工質之間進行熱能的傳遞的集成式微通道換熱器。
背景技術：
目前的換熱器領域里，微通道換熱器由于體積、重量相對較小，能夠滿足緊湊式換熱器的要求，是當今換熱器研究開發(fā)的新方向?，F(xiàn)有的用于熱泵系統(tǒng)的微通道換熱器，幾乎都是用扁平鋁管型材加上制冷工質和工作流體的進出口來實現(xiàn)，其僅限于制冷工質和空氣之間的熱交換用的岔流型換熱器。例如，中國專利文件CN102095285A公開的一種微通道換熱器即為上述岔流型換熱器。由于換 熱扁平管為鋁管型材，型材的尺寸為定值。對于微通道的水力學直徑選擇有限制，很難選到結構優(yōu)化設計以后的鋁管型材。還有，目前受生產(chǎn)鋁管型材技術的限制，微通道之間的壁厚不能做到傳熱要求的尺寸(要求壁厚很薄)，這樣，使用扁平管為鋁管型材設計的微通道換熱器就不能成為微通道換熱器技術的發(fā)展方向。隨著微加工技術的提高，通過平板印刷術、化學或光電蝕亥IJ、鉆石切削以及線切割等方式加工的金屬微通道換熱器成為了本領域新的技術發(fā)展方向。例如，中國專利文獻CN101509736A以及CN201973962U中公開的微通道換熱器即屬于這種換熱器。但是，由于加工及成型工藝的限制，這種換熱器存在熱交換壁厚厚、裝配不便、出入口的連接方式單一等缺點。其中，CN101509736A公開的微通道換熱器由制冷工質通道層、隔板層、工作流體層三層組成換熱單元疊置而成，其需要加工三種不同形狀的流體通道層再通過原子擴散的方式結合為整體，裝配方式復雜，加工成本較高。CN201973962U公開的微通道換熱器中制冷工質通道與工作流體通道成型于疊置結合連接的金屬板之間，相鄰金屬板至少一個側面上交替成型有制冷工質凹槽以及工作流體凹槽，金屬板疊置結合連接后，制冷工質凹槽以及工作流體凹槽分別形成制冷工質通道與工作流體通道。由于多層金屬板通過原子擴散的方式結合連接，為了保證換熱器整體的連接強度，金屬板的結合面的寬度不能低于O. 4_，這就導致?lián)Q熱器的熱交換的壁厚較厚，換熱能力不能滿足需求。為解決上述問題，美國專利文件US7334631B2公開了一種微通道換熱器，該換熱器的微通道結構交替地成型于多層疊置的換熱板之間；其只要通過加工兩種不同結構的換熱板既可以疊置起來形成換熱器。但是，該換熱器的換熱板上成型有多個規(guī)則排列的流線型翅片；翅片之間形成微通道；與直通道的換熱器相比，這種換熱器強制對流傳熱系數(shù)增力口，壓力損失減小，但是這樣的結構由于缺少催生冷凝或蒸發(fā)相變的微細結構，傳熱性能還有待于提聞，流體流動的阻力有待進一步減小。

發(fā)明內容
為此，本發(fā)明所要解決的技術問題在于現(xiàn)有換熱器的微通道結構設計不合理導致流體流動的阻力較大、換熱能力較差的問題，進而提供一種強制對流傳熱系數(shù)高并且流動阻力小的集成式微通道換熱器。為解決上述技術問題，本發(fā)明公開一種集成式微通道換熱器，包括多層疊置的換熱板，所述換熱板上成型有多個翅片單元，所述翅片單元沿垂直于流體流動的方向上均勻排列成翅片單元組，若干所述翅片單元組沿流體流動方向間隔一段距離交錯排列；上游側的所述翅片單元的后端設置于下游側的相鄰兩個所述翅片單元的中間位置；所述翅片單元由至少兩段翅片構成，相鄰所述翅片之前間隔一段距離；相鄰所述翅片單元之間以及相鄰所述翅片之間的流體通道形成所述微通道；垂直于所述換熱板板面方向上交替設置有工作流體微通道和制冷工質微通道實現(xiàn)換熱，其中所述換熱微通道流體流動的上游設置有分流段以及連通流體流入管道的入口 ；所述換熱微通道流體流動的下游設置有匯流段以及連通流體流出管道的出口；多層所述工作流體微通道的所述入口以及所述出口各自連通設置；多層所述制冷工質微通道的所述入口以及所述出口各自連通設置。上述集成式微通道換熱器中，所述換熱板的一側成型有所述翅片；所述換熱板的翅片側與相鄰層的換熱板的平面?zhèn)冉Y合形成所述微通道。 上述集成式微通道換熱器中，所述換熱板的一側成型有所述翅片；相鄰所述換熱板的所述翅片側相互結合形成所述微通道。上述集成式微通道換熱器中，所述換熱板的兩側分別成型有所述翅片；其中一側的翅片之間形成所述工作流體微通道，另一側的翅片之間形成所述制冷工質微通道。上述集成式微通道換熱器中，所述翅片單元的外輪廓為直線形或者曲線形，所述翅片單元與流體流動方向之間的夾角45 ^ α ^55 。上述集成式微通道換熱器中，所述翅片單元的外輪廓呈中間段為直線的“s”型曲線，其由兩個所述翅片構成，所述翅片之間的間距O. 05mm ^ t ^ O. 35mm ;所述翅片間隔邊與流線方向的夾角O彡β彡15 。上述集成式微通道換熱器中，所述翅片單元的外輪廓為直線形；其由三個平行四邊形的翅片構成，所述翅片在平行四邊形的鈍角邊為圓弧過渡。上述集成式微通道換熱器中，所述入口分別設置于所述分流段的相對兩側，所述出口分別設置于所述匯流段的相對兩側。上述集成式微通道換熱器中，所述換熱板上的所述翅片通過光蝕刻成型。上述集成式微通道換熱器中，所述換熱板之間通過原子擴散的方法結合成一體。本發(fā)明的上述技術方案相比現(xiàn)有技術具有以下優(yōu)點
(I)本發(fā)明的微通道結構，翅片單元由至少兩段翅片構成，相同長度和寬度的微通道其換熱面積較直通道時增大了約55 %，相比于現(xiàn)有的流線型的微通道換熱面積增加
4.8% 7. 5% ;并且多段翅片的結構形式增加了與流體的接觸面積，可以形成了更多的汽化核心，這樣更加有利于制冷工質的相變傳熱；并且，斷續(xù)的翅片結構可以增加流體的擾動，對于低雷諾數(shù)的流動條件，這種擾動可以在流體阻力增加較少的前提下增強制冷工質和工作流體之間的換熱；因此，采用這種微通道結構的換熱器的強制對流傳熱系數(shù)大大提高，換熱能力增強；本發(fā)明中組成翅片單元的翅片間隔設置，便于流體的分流和混合，避免了現(xiàn)有技術中無間隙的流線型翅片形成的流體微通道由于連續(xù)折線的角度引起的渦流，從而降低流體流動的阻力。(2)本發(fā)明的翅片單元的外輪廓可以是直線形或曲線形；其均通過光蝕刻的方式加工成型，其可以使相鄰的微通道之間的換熱壁加工至低于O. 12_，并且相鄰兩層的換熱板之間的平面?zhèn)扰c翅片側或者翅片側相互結合，其可以在保證換熱器整體的強度的條件下?lián)Q熱壁厚大大降低，換熱器的換熱能力進一步地提高。
(3)為了獲得本發(fā)明的微通道結構和現(xiàn)有技術中無間隙翅片的微通道結構之間在流體壓力損失上的差別，申請人應用了本發(fā)明的實施例I、實施例2中微通道結構與現(xiàn)有的無間隙流線型翅片形成的微通道結構進行了對比試驗，由圖8所可以看出，應用了本發(fā)明的微通道結構的流體壓力損失ΛΡ降低，強制對流傳熱系數(shù)α提高；其中實施例I中的微通道結構形狀較現(xiàn)有技術中的微通道結構壓力損失Λ P降低了 30. 8%，實施例2中的微通道結構較現(xiàn)有技術中的微通道結構壓力損失ΛΡ降低了 40%。( 4 )本發(fā)明的集成式微通道換熱器由具有工作流體通道的換熱板和具有制冷工質流體通道的換熱板構成，只需兩種結構的換熱板，相對于三層板片構成換熱單元的結構，由于板片數(shù)量少，裝配簡單，加工成本降低。(5)本發(fā)明的集成式微通道換熱器分別在分流段和匯流段的相對兩側設置兩個入口和兩個出口，這種設置方式，便于用戶根據(jù)不同的安裝位置選擇連接管路。


為了使本發(fā)明的內容更容易被清楚的理解，下面根據(jù)本發(fā)明的具體實施例并結合附圖，對本發(fā)明作進一步詳細的說明，其中
圖I是本發(fā)明的集成式微通道換熱器立體 圖2是實施例I的制冷工質層的換熱板結構 圖3是實施例I的工作流體層的換熱板結構 圖4是本發(fā)明實施例I的部分翅片單元之間的位置結構 圖5是實施例I中單個翅片單元的結構 圖6是本發(fā)明實施例2的部分翅片單元之間的位置結構 圖7是實施例2中單個翅片單元的結構 圖8是本發(fā)明與現(xiàn)有技術的微通道結構之間性能對比圖。圖中附圖標記表示為
I-換熱板，2-翅片單元，21-翅片，3-翅片單元對，4-分流段，5-匯流段，7-入口，8出口，9-翅片單元組。
具體實施例方式以下將結合附圖，使用以下實施例對本發(fā)明進行進一步闡述。實施例I
圖I為本發(fā)明的集成式微通道換熱器，其包括多層疊置的換熱板1，所述換熱板I上成型有多個翅片單元2，所述翅片單元2沿垂直于流體流動的方向上均勻排列成翅片單元組9，若干所述翅片單元組9沿流體流動方向間隔一段距離交錯排列；上游側的所述翅片單元2的后端設置于下游側的相鄰兩個所述翅片單元2的中間位置；本發(fā)明所述的中間位置是指下游側的相鄰兩個所述翅片單元2的任一位置，其不僅包括所述上游側翅片單元2的后端伸入下游側的相鄰翅片單元2的之間的內部，也包括上游側翅片單元2的后端在下游側的相鄰翅片單元2的之間的外部；所述翅片單元2由至少兩段翅片21構成，相鄰所述翅片21之前間隔一段距離；相鄰所述翅片單元2之間以及相鄰所述翅片21之間的流體通道形成所述微通道；因此，本發(fā)明的換熱器微通道的換熱面積相比現(xiàn)有的微通道換熱面大大提高。垂直于所述換熱板I板面方向上交替設置有工作流體(圖I中B流體)微通道和制冷工質(圖I中A流體)微通道實現(xiàn)換熱，其中所述換熱微通道流體流動的上游設置有分流段4以及連通流體流入管道的入口 7 ;所述換熱微通道流體流動的下游設置有匯流段5以及連通流體流出管道的出口 8 ;多層所述工作流體微通道的所述入口 7以及所述出口 8各自連通設置；多層所述制冷工質微通道的所述入口 7和所述出口 8各自連通設置。本發(fā)明所述的流體流動方向如圖2中的V方向所示，其表示從微通道的入口到出口的直線方向。本實施例中，所述換熱板I的一側成型有所述翅片21 ;所述換熱板I的翅片側與相鄰層的換熱板I的平面?zhèn)冉Y合形成所述微通道。所述換熱板I通過光蝕刻的方式成型， 相鄰的所述換熱板I之間通過原子擴散的方法結合成一體。如圖2所示為其中制冷工質層的所述換熱板I結構；如圖3所示為其中工作流體層的所述換熱板I結構。其中，所述工作流體側的所述入口 7分別設置于所述分流段4的相對兩側，所述出口 8分別設置于所述匯流段5的相對兩側，以適應不同管路的安裝位置要求。所述翅片單元2的外輪廓為曲線形，具體的，本實施例中，所述翅片單元2的外輪廓為中間段為直線的“s”型曲線，如圖4、圖5所示，其由兩個所述翅片21構成，所述翅片21之間的間距t為O. 35mm ;所述翅片21間隔邊與流線方向的夾角β為15 。相鄰的所述翅片單元組7相對流體流動方向的傾斜方向相反；所述翅片單元2與流體流動方向之間的夾角α為55 。如圖4所示，在流體流動方向上，相鄰的兩個所述翅片單元2形成一個翅片單元對3，其中，兩個所述翅片單元2在流體流動方向上的間距a為2mm，在垂直于流體流動方向上的間距b為Imm ;相鄰的所述翅片單元對3之間在流體流動方向上的間距為4mm，相鄰的所述翅片單元對3在垂直于流體流動方向上的間距為2mm。如圖5所示，所述翅片單元2沿流體流動方向上的長度I為2. 5_，沿垂直于流體流動方向的寬度h為I. 5mm,所述翅片的厚度δ為O. 5mm。所述集成式微通道換熱器的兩股流體在出入口的流動方向與換熱段流動方向垂直布置。制冷工質流體由其入口 7進入，經(jīng)過其分流段4的分流后，分布到具有制冷工質流體通道的所述換熱板I的板面內，工作流體由其入口 7進入，經(jīng)過其分流段4的分流后，分布到具有工作流體通道的所述換熱板I板面內，兩股流體通過換熱段進行熱交換，然后分別經(jīng)過各自流體的匯流段5的匯流后，分別由制冷工質流體的出口 8、工作流體的出口 8流出。工作流體另一側的的入口和出口備用，以便不同連接方式的使用。實施例2
其與實施例I中的微通道結構的基本一致，區(qū)別點在于翅片單元的形狀。本實施例的所述翅片單元2的外輪廓為直線型，所述翅片單元2與流體流動方向之間的夾角α為45 。具體的，本實施例中，所示翅片單元2由三個平行四邊形的翅片21構成，所述翅片21在平行四邊形的鈍角邊為圓弧過渡。這樣結構的微通道避免了連續(xù)曲線形成的渦流，從而降低流動的阻力損失。
其中，如圖6所示，兩個所述翅片單元2在流體流動方向上的間距a為1mm，在垂直于流體流動方向上的間距b為O. 5mm ;相鄰的所述翅片單元對3之間在流體流動方向上的間距為3mm，相鄰的所述翅片單元對3在垂直于流體流動方向上的間距為2mm。如圖7所示，所述翅片單元2沿流體流動方向上的長度I為2. 3_，沿垂直于流體流動方向的寬度h為I. 3mm,所述翅片的厚度δ為O. 5mm。相鄰所述翅片21的間隔邊的間距t為O. 2mm ;所述間隔邊與流體流動方向的夾角β 為 10 。實施例3 本實施例的微通道結構與實施例2基本一致，區(qū)別點在于翅片的設置位置以及尺寸參數(shù)。其中，所述翅片單元2與流體流動方向之間的夾角α為55°。兩個所述翅片單元2在流體流動方向上的間距a為I. 5mm，在垂直于流體流動方向上的間距b為I. 5mm ;相鄰的所述翅片單元對3之間在流體流動方向上的間距為3mm，相鄰的所述翅片單元對3在垂直于流體流動方向上的間距為4mm。如圖5所示，所述翅片單元2沿流體流動方向上的長度L為2mm，沿垂直于流體流動方向的寬度h為Imm,所述翅片的厚度δ為O. 25mm。相鄰所述翅片21的所述分流邊214的間距t為O. 05mm ;所述分流邊214與流體流動方向的夾角β為O 。在其他實施方式中，根據(jù)不同的設計要求，本發(fā)明所述的翅片單元2還可以由四段或更多段的所述翅片21組成。另外，所述翅片單元的外輪廓的曲線結構，還可以使sin曲線或者圓形、橢圓形、拋物線曲線的一部分。在其他實施方式中，所述換熱板I還可以在其中一側成型有所述翅片21 ;相鄰所述換熱板I的所述翅片側相互結合形成其中一種流體的微通道，另一種流體微通道同樣形成于上述翅片側結合的換熱板上；兩種流體通道互相交錯排列后形成所述換熱器。所述換熱板I還可以在兩側分別成型有所述翅片21 ;其中一側的翅片21之間形成所述工作流體微通道，另一側的翅片21之間形成所述制冷工質微通道。多層所述換熱板I層疊后形成所述換熱器。在其他實施方式中，為了方便不同連接方式的使用，所述制冷工質側的所述入口 7分別設置于所述分流段4的相對兩側，所述出口 8分別設置于所述匯流段5的相對兩側。顯然，上述實施例僅僅是為清楚地說明所作的舉例，而并非對實施方式的限定。對于所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。而由此所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處于本發(fā)明創(chuàng)造的保護范圍之中。
權利要求
1.一種集成式微通道換熱器，其特征在于包括多層疊置的換熱板(1)，所述換熱板(I)上成型有多個翅片單元(2)，所述翅片單元(2)沿垂直于流體流動的方向上均勻排列成翅片單元組(9)，若干所述翅片單元組(9)沿流體流動方向間隔一段距離交錯排列；上游側的所述翅片單元(2)的后端設置于下游側的相鄰兩個所述翅片單元(2)的中間位置；所述翅片單元(2)由至少兩段翅片(21)構成，相鄰所述翅片(21)之前間隔一段距離；相鄰所述翅片單元(2)之間以及相鄰所述翅片(21)之間的流體通道形成所述微通道；垂直于所述換熱板(I)板面方向上交替設置有工作流體微通道和制冷工質微通道實現(xiàn)換熱，其中所述換熱微通道流體流動的上游設置有分流段(4)以及連通流體流入管道的入口(7);所述換熱微通道流體流動的下游設置有匯流段(5)以及連通流體流出管道的出口(8);多層所述工作流體微通道的所述入口(7)以及所述出口(8)各自連通設置；多層所述制冷工質微通道的所述入口(7)和所述出口(8)各自連通設置。
2.根據(jù)權利要求I所述的集成式微通道換熱器，其特征在于 所述換熱板(I)的一側成型有所述翅片(21);所述換熱板(I)的翅片側與相鄰層的換熱板(I)的平面?zhèn)冉Y合形成所述微通道。
3.根據(jù)權利要求I所述的集成式微通道換熱器，其特征在于 所述換熱板(I)的一側成型有所述翅片(21);相鄰所述換熱板(I)的所述翅片側相互結合形成所述微通道。
4.根據(jù)權利要求I所述的集成式微通道換熱器，其特征在于 所述換熱板(I)的兩側分別成型有所述翅片(21);其中一側的翅片(21)之間形成所述工作流體微通道，另一側的翅片(21)之間形成所述制冷工質微通道。
5.根據(jù)權利要求1-4任一所述的集成式微通道換熱器，其特征在于 所述翅片單元(2)的外輪廓為直線形或者曲線形，所述翅片單元(2)與流體流動方向之間的夾角45 ≤α≤55 。
6.根據(jù)權利要求1-5任一所述的集成式微通道換熱器，其特征在于 所述翅片單元(2)的外輪廓呈中間段為直線的“s”型曲線，其由兩個所述翅片(21)構成，所述翅片(21)之間的間距O. 05mm ≤ t ≤ O. 35mm ;所述翅片(21)間隔邊與流線方向的夾角O ≤β≤15 。
7.根據(jù)權利要求1-5任一所述的集成式微通道換熱器，其特征在于 所述翅片單元(2)的外輪廓為直線形；其由三個平行四邊形的翅片(21)構成，所述翅片(21)在平行四邊形的鈍角邊為圓弧過渡。
8.根據(jù)權利要求1-7任一所述的集成式微通道換熱器，其特征在于 所述入口(7)分別設置于所述分流段(4)的相對兩側，所述出口(8)分別設置于所述匯流段(5)的相對兩側。
9.根據(jù)權利要求1-8任一所述的換熱器的微通道結構，其特征在于所述換熱板(I)上的所述翅片(21)通過光蝕刻成型。
10.根據(jù)權利要求1-9任一所述的集成式微通道換熱器，其特征在于所述換熱板(I)之間通過原子擴散的方法結合成一體。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種集成式微通道換熱器，包括多層疊置并成型多個翅片單元的換熱板，翅片單元沿垂直于流體流動的方向上按一定規(guī)則均勻排列成翅片單元組，翅片單元組沿流體流動方向間隔交錯排列；上游的翅片單元的后端設置于下游的相鄰兩個翅片單元的中間位置；翅片單元由至少兩段間隔的翅片組成；相鄰翅片單元以及相鄰翅片之間形成微通道；垂直于換熱板方向上交替設置有工作流體和制冷工質微通道實現(xiàn)換熱，其中換熱微通道的流體流動的上游設置有分流段以及連通流體流入管道的入口；換熱微通道的流體流動的下游設置有匯流段以及連通流體流出管道的出口；多層所述工作流體微通道的所述入口以及所述出口各自連通設置；多層所述制冷工質微通道的所述入口和所述出口各自連通設置。該換熱器解決了現(xiàn)有換熱器流體阻力大，換熱能力弱的問題。
文檔編號F28F3/04GK102706187SQ20121017080
公開日2012年10月3日 申請日期2012年5月29日 優(yōu)先權日2012年5月29日
發(fā)明者王凱建, 石景禎 申請人:杭州沈氏換熱器有限公司, 浙江微智源能源技術有限公司