CN102269536A - 用于换热器的扁管以及具有该扁管的换热器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于换热器的扁管，该扁管包括：相对的第一管壁和第二管壁，所述第一管壁和第二管壁在扁管的宽度方向上延伸；以及相对的第三管壁和第四管壁，所述第三管壁和第四管壁在扁管的高度方向上延伸，其中：在第一管壁和第二管壁与第三管壁和第四管壁的连接处的角部的外周具有圆角，该圆角的半径与扁管高度的比值大于或等于1/3并且小于或等于1/2。本发明的扁管例如可以实现下面的各种优点的至少一种：换热性能好，流通阻力低，经济性优良，效能高。本发明尤其是适用于小尺寸的扁管及使用此种扁管的换热器。

Description

用于换热器的扁管以及具有该扁管的换热器

技术领域

本发明涉及一种用于换热器的扁管以及具有该扁管的换热器。

背景技术

诸如微通道换热器的换热器具有扁管和与扁管交替设置的翅片。扁管内设有多条通道。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于换热器的扁管以及具有该扁管的换热器，由此例如改进换热器的换热性能。

本发明的目的是提供一种用于换热器的扁管以及具有该扁管的换热器，由此例如改进换热器的换热性能，降低流通阻力，降低成本。

根据本发明的一方面，本发明提供了一种用于换热器的扁管，该扁管包括：相对的第一管壁和第二管壁，所述第一管壁和第二管壁在扁管的宽度方向上延伸；以及相对的第三管壁和第四管壁，所述第三管壁和第四管壁在扁管的高度方向上延伸，其中：在第一管壁和第二管壁与第三管壁和第四管壁的连接处的角部的外周具有圆角，该圆角的半径与扁管高度的比值大于或等于1/3并且小于或等于1/2。

根据本发明的另一方面，第一管壁的壁厚大于或等于第二管壁的壁厚，且第三管壁的壁厚与第一管壁的壁厚的比值大于或等于1.5并且第三管壁的壁厚与第二管壁的壁厚的比值小于或等于2.5。

根据本发明的另一方面，第一管壁的壁厚大于或等于第二管壁的壁厚，且第三管壁的壁厚与第一管壁的壁厚的比值大于或等于1.7并且第三管壁的壁厚与第二管壁的壁厚的比值小于或等于2.5。

根据本发明的另一方面，第三管壁的壁厚与第一管壁的壁厚的比值大于或等于1.7并且小于或等于2.5。

根据本发明的另一方面，第三管壁的壁厚与第一管壁的壁厚的比值大于或等于1.5并且小于或等于2.5。

根据本发明的另一方面，第一管壁和第二管壁的壁厚之和与扁管的高度的比值范围为0.3至0.6。

根据本发明的另一方面，第一管壁和第二管壁的壁厚之和与扁管的高度的比值范围为0.3至0.5。

根据本发明的另一方面，换热器的扁管还包括：多个内部通道，其中扁管的宽度与所述内部通道的数量的比值范围为0.7至1.7mm。

根据本发明的另一方面，扁管的高度为1至1.6毫米。

根据本发明的又一方面，本发明提供了一种换热器，该换热器包括：用于热交换的多个扁管，以及多个翅片，所述多个翅片与所述换热管交替设置，其中所述扁管是上述扁管。

本发明的扁管例如可以实现下面的各种优点的至少一种：换热性能好，流通阻力低，经济性优良，效能高。本发明尤其是适用于小尺寸的扁管及使用此种扁管的换热器。

附图说明

图1是根据本发明的实施例的换热器的示意主视图；

图2是根据本发明的实施例的扁管的示意图；

图3是根据本发明的实施例的扁管的示意图；

图4-6是根据本发明的实施例的扁管的局部放大示意图；

图7-8是根据本发明的实施例的扁管与翅片组装在一起的示意图；

图9是表示根据本发明的实施例的扁管的参数(即，第一管壁和第二管壁的壁厚h1和h2之和与扁管的高度Ht的比值)与扁管换热能力C、流动阻力FR以及扁管强度的关系的示意图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施方式对本发明做进一步说明。

如图1所示，根据本发明的换热器10包括扁管16，多个翅片17，所述翅片17与所述扁管16交替设置；以及集流管11和12。换热器10还包括出口管14和进口管15。扁管16的两端可以与集流管11和12相连并且扁管16与集流管11和12相连通。

如图2所示，扁管16包括多个通道161。如图3所示，扁管16包括：相对的第一管壁163和第二管壁165，所述第一管壁163和第二管壁165在扁管16的宽度方向上延伸；以及相对的第三管壁167和第四管壁169，所述第三管壁167和第四管壁169在扁管16的高度方向上延伸。

如图3-4所示，在第一管壁163和第二管壁165与第三管壁167和第四管壁169的连接处的角部168的外周具有圆角169，该圆角169的半径R与扁管高度Ht的比值大于或等于1/3并且小于或等于1/2，即1/3≤R/Ht≤1/2。

第三管壁167的壁厚n与第一管壁163的壁厚h1的比值大于或等于1.5或1.7并且小于或等于2.5，或者第三管壁167的壁厚n与第一管壁163和第二管壁165中的任意一个的壁厚h1或h2的比值大于或等于1.5或1.7并且小于或等于2.5。例如，如果第三管壁167的壁厚n为0.3mm，第一管壁163的壁厚h1和第二管壁165的壁厚h2可以是0.12～0.18mm。第一管壁163和第二管壁165的壁厚可以相同，或可以不相同。第三管壁167的壁厚与第四管壁169的壁厚可以相同，或可以不相同。

如图3所示，第一管壁163的壁厚h1可以大于或等于第二管壁165的壁厚h2，且第三管壁167的壁厚n与第一管壁的壁厚的比值大于或等于1.5或者1.7并且第三管壁的壁厚与第二管壁的壁厚的比值小于或等于2.5。如图3所示，1.5≤n/h1并且n/h2≤2.5；或者1.7≤n/h1并且n/h2≤2.5。

如图3、5所示，第一管壁163和第二管壁165的壁厚h1和h2之和与扁管16的高度Ht的比值范围为0.3至0.5，即0.3≤(h1+h2)/Ht≤0.5，或者第一管壁163和第二管壁165的壁厚h1和h2之和与扁管16的高度Ht的比值范围为0.3至0.6，即0.3≤(h1+h2)/Ht≤0.6。例如，对于高度Ht为1.0mm的扁管，第一管壁163的壁厚h1和第二管壁165的壁厚h2可以是0.15～0.25mm，对于高度Ht为1.6mm的扁管，第一管壁163的壁厚h1和第二管壁165的壁厚h2可以是0.24～0.4mm。

如图3所示，扁管的宽度Wt与所述内部通道161的数量N的比值Wt/N范围可以为0.7至1.7mm。

如图3所示，扁管高度Ht可以是1.0～1.6mm或1.0～1.5mm。

下面说明本发明的扁管内部的传热与流动。

扁管内部的换热系数和流动阻力是评价其性能优劣的重要参数。当制冷剂流经扁管内部的微通道时，其换热系数为：

$h=\frac{q}{N_{\mathrm{ch}}{L}_{\mathrm{ch}}{P}_{\mathrm{ch}}\mathrm{\Δt}}---\left(1\right)$

式中N_ch为通道个数，L_ch是通道长度，P_ch为微通道的湿周，Δt为换热温差。由上可以看出，通过简单的改变扁管结构可以影响扁管换热能力的参数主要是：通道的个数，通道的截面积(影响流速)，通道的水力直径。

制冷剂在扁管内流动的沿程压力损失为：

$\mathrm{\Δp}=f\·\frac{L_{\mathrm{ch}}}{D_h}\frac{1}{2}\mathrm{\ρ}{U}_m^2---\left(2\right)$

式中ρ为制冷剂的密度，D_h和L_ch是通道的水力直径和通道长度，U_m为制冷剂的流速，f为沿程阻力系数，它与流体的粘度、流速、管径、以及管壁的粗糙度有关。

由此可以看出，通过改变扁管结构可以影响扁管流通能力的参数主要都跟通道的高度以及通道的截面积有关，而扁管内部通道的壁厚则直接影响到通道的高度及截面积。

下面对扁管的结构参数进行分析。

1、第三管壁167和第四管壁169的壁厚n

如图6所示，当换热器工作时，扁管内部流通冷媒，具有一定的压力P，扁管整个结构的各个部位均需要一定的承压能力，尤其是扁管的第三管壁167和第四管壁169。从图6可以看出，竖直方向，第一管壁163和第二管壁165的表面承受着一定的压力，扁管16内部的隔壁160水平方向的受力基本抵消，但最外端的侧壁，即第三管壁167和第四管壁169水平方向内壁承受一定的压力，外部却没有额外的压力；并且，邻近的第一管壁163和第二管壁165的表面受到的压力也将会传递一部分到第三管壁167和第四管壁169的竖直方向。因此，扁管的第三管壁167和第四管壁169的厚度也将直接影响到扁管的强度。

相同耐压强度条件下，除了第一管壁163和第二管壁165的厚度需要达到要求，扁管的第三管壁167和第四管壁169的厚度则需要更高的强度要求。除了以上原因，还需要考虑，扁管组装在换热器芯体内时，第一管壁163和第二管壁165的表面仍处于翅片的包围中，而第三管壁167和第四管壁169则会直接裸露在芯体的外表面。在组装和运输过程中，第三管壁167和第四管壁169更容易受到创伤，故本发明提出(参见图3)：

1.5≤n/h1，n/h2≤2.5，并且h1≤h2

采用上述壁厚，即能保证扁管的使用可靠性，也有较大的经济性。

下面说明第三管壁167和第四管壁169的形状。

由于第三管壁167和第四管壁169的处于扁管的两侧，第三管壁167和第四管壁169的不仅是承压的主要部位，对与芯体的组装也有较大的影响。如图7和8所示，对于翅片17与扁管16之间的焊接，当连接处的角部168的外周的圆角169的半径R较小时，扁管16端部为标准的矩形时，翅片17和扁管16表面配合最好，焊接效果也最好。并且由于扁管16组装后，只有端部露在芯体外面，当系统运行时，端部处于迎风面，其形状对于芯体迎面空气流动阻力也有影响。如果圆角169的半径R太小，矩形的迎风面会使迎风阻力会增加。另外，对于标准矩形的扁管，其端部受力明显，相同厚度时，圆弧型的侧壁比矩形的耐压能力会高。图7为端部为标准矩形的扁管16与翅片17配合示意图。图8为端部为圆弧段的扁管16与翅片17的配合示意图。

但是圆角169的半径R越大，翅片与扁管之间不能焊接的长度也越长，这样会造成一定焊接强度降低，另外由于扁管和翅片之间的接触长度减小，其之间的传热热阻增加，不利于整个换热器的换热效果。故本发明提出(参见图4)：

1/3≤R/Ht≤1/2

当圆角169的半径R在扁管高度的三分之一到一半之间，既可以保证扁管与翅片的焊接质量，损失极小的接触长度，却可以换来扁管的耐压强度，具有一定的经济性。

2、第一管壁163的壁厚h1和第二管壁165的厚度h2与扁管高度Ht

如图5所示，相同的扁管尺寸，扁管16的第一管壁163的壁厚h1和第二管壁165的厚度h2关系到扁管强度和内部通道的高度，同样也会关系到流通截面积以及内部流通冷媒和扁管壁面接触面积。而流通截面积的大小会影响系统运行时内部冷媒的流通速度，冷媒和扁管接触面积则会影响到系统的换热效果。

具体来说，扁管16的第一管壁163的壁厚h1和第二管壁165的厚度h2越厚，则扁管的耐压强度和使用可靠性也越高，但会减小扁管16内部通道的高度，减小流通截面积，影响到流体的速度和通道的流动阻力。通道内流动阻力越大，系统运行的功耗也会越大。通道高度的降低，也减小了冷媒和扁管内壁面的接触面。

根据传热理论可知，接触面积越大，传热的能力也越好。反之，壁厚越薄，虽然扁管内部的流道截面增加，但扁管的使用可靠性反而降低。另外，扁管内部通道的截面也并非越大越好，相同尺寸下，随着通道截面积的增加，扁管的换热能力有一个明显的抛物线状变化，如图9所示，纵轴分别是换热能力C、流动阻力FR以及扁管强度，横轴为第一管壁163和第二管壁165的壁厚h1和h2之和与扁管16的高度Ht的比值(h1+h2)/Ht。随着扁管第一管壁163和第二管壁165的壁厚h1和h2在整个扁管高度Ht中所占比例的增加，换热能力C有一个明显的抛物线状变化。当比值(h1+h2)/Ht在0.3～0.6段，扁管有一个较高的换热能力C，而此段的流动阻力FR具有较高的经济性，既可以保持较高流速，也不会带来较大系统功耗。在比值(h1+h2)/Ht低于0.3段，扁管内部流阻FR较低，但强度S也较低，另外换热能力C也不高；比值(h1+h2)/Ht高于0.6段，虽然扁管的强度S增加，但换热能力C较低，有一定的成本浪费。考虑到换热器的实用性和可靠性，以及一定经济性，本发明选用(h1+h2)/Ht在0.3～0.6优选0.3～0.5。

根据本发明的实施例的扁管外形尺寸范围能够提供换热性能好、流通阻力低、有经济性且高效换热的换热器，尤其是对于小型换热器，由于换热器外形尺寸较小，但整个系统对能效比和成本的需求又都很高，本发明的扁管外形尺寸范围能够使得换热器换热性能好、流通阻力低、有经济性且高效换热。

尽管上面描述了本发明的实施例，但本发明不限于上述实施方式。例如，实施例中提供了扁管的多个参数，但是只要下面的一个或多个条件满足：1.5≤n/h1并且n/h2≤2.5；1.7≤n/h1并且n/h2≤2.5；1/3≤R/Ht≤1/2；0.3≤(h1+h2)/Ht≤0.5；0.3≤(h1+h2)/Ht≤0.6；0.7mm≤Wt/N≤1.7mm就能够实现本发明的目的。或者说，只要发明内容或说明书中提到的条件中的一个或多个条件能够满足，就可以实现本发明的目的。因此，任意一个条件可以单独作为本发明的保护对象，任意多个条件的组合也可以作为本发明的保护对象。

Claims (10)

1.一种用于换热器的扁管，包括：

相对的第一管壁和第二管壁，所述第一管壁和第二管壁在扁管的宽度方向上延伸；以及

相对的第三管壁和第四管壁，所述第三管壁和第四管壁在扁管的高度方向上延伸，

其中：在第一管壁和第二管壁与第三管壁和第四管壁的连接处的角部的外周具有圆角，该圆角的半径与扁管高度的比值大于或等于1/3并且小于或等于1/2。

2.根据权利要求1所述的用于换热器的扁管，其中：

第一管壁的壁厚大于或等于第二管壁的壁厚，且第三管壁的壁厚与第二管壁的壁厚的比值小于或等于2.5。

3.根据权利要求1所述的用于换热器的扁管，其中：

第一管壁的壁厚大于或等于第二管壁的壁厚，且第三管壁的壁厚与第一管壁的壁厚的比值大于或等于1.7并且第三管壁的壁厚与第二管壁的壁厚的比值小于或等于2.5。

4.根据权利要求1所述的用于换热器的扁管，其中：

第三管壁的壁厚与第一管壁的壁厚的比值大于或等于1.7并且小于或等于2.5。

5.根据权利要求1所述的用于换热器的扁管，其中：

第三管壁的壁厚与第一管壁的壁厚的比值大于或等于1.5并且小于或等于2.5。

6.根据权利要求1所述的用于换热器的扁管，其中：

第一管壁和第二管壁的壁厚之和与扁管的高度的比值范围为0.3至0.6。

7.根据权利要求1所述的用于换热器的扁管，其中：

第一管壁和第二管壁的壁厚之和与扁管的高度的比值范围为0.3至0.5。

8.根据权利要求1所述的用于换热器的扁管，还包括：

多个内部通道，其中

扁管的宽度与所述内部通道的数量的比值范围为0.7至1.7mm。

9.根据权利要求1所述的用于换热器的扁管，其中：

扁管的高度为1至1.6毫米。

10.一种换热器，包括：

用于热交换的多个扁管，以及

多个翅片，所述多个翅片与所述换热管交替设置，

其中所述扁管是根据权利要求1所述的扁管。

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