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CN104053965B - 具有热膨胀补偿的钎焊微通道换热器 - Google Patents

具有热膨胀补偿的钎焊微通道换热器 Download PDF

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CN104053965B
CN104053965B CN201280057890.9A CN201280057890A CN104053965B CN 104053965 B CN104053965 B CN 104053965B CN 201280057890 A CN201280057890 A CN 201280057890A CN 104053965 B CN104053965 B CN 104053965B
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Abstract

钎焊的铝微通道换热器包括多个交换管和蛇形翅片，还包括膨胀安全结构以容纳换热器中的不均匀膨胀。该膨胀安全结构至少在安装期间，在结构上给该换热器提供足够的支撑，从而使得在可控气体环境的钎焊过程中，该换热器的部件能够在压力下被稳定的夹紧。在一些实施例中，该膨胀安全结构是所述换热器的相邻连接件间的空隙或者滑动连接结构。附加的或者可选的，该膨胀安全结构包括在钎焊工序之后在蛇形翅片上切割形成的一个或多个狭缝，其中每一个狭缝沿着大致平行于所述交换管的方向延伸。

Description

具有热膨胀补偿的钎焊微通道换热器
技术领域
本发明总体上涉及钎焊微通道换热器，更具体地，涉及用于补偿这种换热器中的不均匀的热膨胀的装置。
背景技术
微通道换热器通常包括钎焊在两个或多个集管之间的多个交换管和蛇形翅片。该交换管在两个集管之间传递内部流体，其中，该蛇形翅片促进通过该换热器的内部流体和外部流体之间的热传递。
发明内容
本发明的一些实施例的目的是提供一种具有膨胀安全结构的钎焊的铝微通道换热器，以容纳在该换热器中的不均匀的热膨胀。
本发明的一些实施例的另一目的是提供一种膨胀安全结构，该膨胀安全结构至少在组装期间，提供足够的结构支持，以在可控气体钎焊过程中，，可以使该换热器的组件在压力下被夹紧。
本发明的一些实施例的另一目的是提供一种适用于包括多个交换管和蛇形翅片的换热器的膨胀安全结构。
在本发明的一些实施方案中，提供了一种用于传输与外部流体有热交换关系的内部流体的微通道换热器，该微通道换热器包括：开设有使内部流体进入该微通道换热器的入口的第一集管；第二集管；多个交换管，该多个交换管中的每一交换管在该第一集管和该第二集管之间的纵向方向延伸。该多个交换管在流体传递过程中，连接该第一集管与第二集管，以在该第一集管和第二集管之间传输该内部流体。该多个交换管包括第一交换管，第二交换管和第三交换管，该多个交换管彼此是分开的以确定多个空间，该空间包括第一空间和第二空间。该第一空间在该第一交换管和该第二交换管之间，该第二空间在该第二交换管和该第三交换管之间，且该第二交换管和该第三交换管之间相隔一分隔距离；该微通道换热器还包括与该多个交换管交互连接的多个蛇形翅片。该多个蛇形翅片包括：第一蛇形翅片和第二蛇形翅片，该第一蛇形翅片包容纳于该第一交换管和第二交换管之间的第一空间内，该第二蛇形翅片容纳于该第二交换管和第三交换管之间的第二空间内，该第二蛇形翅片开设有在纵向方向延伸的狭缝，该狭缝的长度比第二交换管和第三交换管之间的分隔距离长。
在本发明的一些实施例中提供了用于传输与外部流体有热交换关系的内部流体的微通道换热器。该微通道换热器包括：开设有使内部流体进入该微通道换热器的入口的第一集管；第二集管；与该第一集管相邻的第三集管；该微通道换热器还包括第一组交换管，该第一组交换管中的每一交换管在纵向方向延伸。该第一组交换管在流体传输过程中，连接该第一集管与该第二集管，以从该第一集管向该第二集管传送内部流体；该微通道换热器还包括第二组交换管，该第二组交换管中的每一交换管在纵向方向延伸，该第二组交换管在流体传输过程中，连接该第二集管与该第三集管，以从该第二集管向该第三集管传输内部流体；该微通道换热器还包括第一组蛇形翅片，用于在横向方向上相互连接第一组交换管，其中，该横向方向大致垂直于纵向方向；该微通道换热器还包括第二组蛇形翅片，用于在横向方向上相互连接该多个第二组交换管；该微通道换热器还包括钎焊材料，用于将第一集管粘结到该第一组交换管，将该第二集管粘结到该第一组交换管，将该第二组交换管粘结到该第二集管，将该第二组交换管粘结到该第三集管，将该第一组蛇形翅片粘结到该多第一组交换管，和将第二组蛇形翅片粘结到该第二组交换管；以及该微通道换热器还包括膨胀安全结构，存在于该第一集管和该第三集管之间，且该膨胀安全结构用于容纳第一集管和第二集管在纵向方向的相对运动，以响应该第一组交换管相对于该多个第二管沿纵向方向的热膨胀的差异。
在本发明的一些实施例中提供了用于传输与外部流体有热交换关系的内部流体的微通道换热器。该微通道换热器包括：开设有使内部流体进入该微通道换热器的入口的第一集管；第二集管；与该第一集管相邻的第三集管；第一组交换管，该第一组交换管中的每一管沿纵向方向延伸。该第一组交换管在流体传输过程中，连接该第一集管与该第二集管，以从该第一集管向该第二集管传送内部流体；该微通道换热器还包括第二组交换管，该第二组交换管中的每一交换管在纵向方向延伸。该第二组交换管在流体传递过程中连接该第二集管与该第三集管，以从该第二集管向该第三集管传送内部流体；该微通道换热器还包括第一组蛇形翅片，用于在横向方向上相互连接第一组交换管，其中，该横向方向大致垂直所述于纵向方向；该微通道换热器还包括第二组蛇形翅片，用于在横向方向上相互连接该多个第二组交换管；该微通道换热器还包括钎焊材料，用于将第一集管粘结到该第一组交换管，将该第二集管粘结到该第一组交换管，将该第二组交换管粘结到该第二集管，将该第二组交换管粘结到该第三集管，将该第一组蛇形翅片粘结到该多第一组交换管，和将第二组蛇形翅片粘结到该第二组交换管；以及该微通道换热器还包括膨胀安全结构，存在于该第一集管和该第二集管之间。且该膨胀安全结构用于容纳第一集管和第三集管在纵向方向相对运动，以响应该第一组交换管相对于该多个第二管在纵向方向的热膨胀的差异；该微通道换热器还包括插入至该第一组交换管和该第二组交换管之间的加长构件，该加长构件在纵向方向伸长，该加长构件比该第一组交换管的每一个交换管短，该加长构件几乎不传递内部流体；该微通道换热器还包括将第一组交换管连接到该加长构件的第一蛇形翅片和钎焊材料；以及将第二组交换管连接至该加长构件的第二蛇形翅片和钎焊材料。
附图说明
图1是具有膨胀安全结构的微通道换热器的一个实施例的主视图；
图2是图1中通过圆圈2所确定区域的放大的剖视图；
图3是沿图1中线3-3截取的剖视图；
图4是沿图1中线4-4截取的剖视图；
图5是与图4类似的剖视图，但示出了可选的加长构件的剖视图；
图6是具有膨胀安全结构的微通道换热器的另一实施例的主视图；
图7是与图6类似的主视图，但示出了容纳换热器的不均匀热膨胀的膨胀安全结构；
图8是具有膨胀安全结构的微通道换热器的另一实施例的主视图；
图9是具有膨胀安全结构的微通道换热器的另一实施例的主视图；
图10是具有膨胀安全结构的微通道换热器的另一实施例的主视图；
图11是具有膨胀安全结构的微通道换热器的另一实施例的主视图；
图12是具有膨胀安全结构的微通道换热器的另一实施例的主视图。
具体实施方式
图1中，另外参照图2-图5，示出了微通道换热器10的一个实施例，该微通道换热器10包括用于容纳热交换器10的不均匀的热膨胀的膨胀安全结构12。
在如图示的例子中，换热器10包括：第一组交换管14a，在第一集管16(歧管)和第二集管18之间延伸，第二组交换管14b，在第二集管18和第三集管20之间延伸，第一组蛇形翅片22a，与所述第一组交换管14a以交替排列的方式的层叠并粘合(例如，钎焊)，以及第二组蛇形翅片22b，与该第二组交换管14b以交替排列的方式的层叠并粘合。术语“蛇形”，意味着该翅片的形状是具有峰和谷的波状例如，正弦波，方波，以及上述波形的各种变型。
在图示的实施例中，蛇形翅片22的峰和谷被钎焊或以其它方式粘合到相邻的交换管14，由此翅片22使该多个交换管14在横向方向24上互连。每一个翅片22进一步的在纵向方向26上(平行于交换管14)而不是横向方向24上延伸。一般的表达方式，“该蛇形翅片与该交换管以交替设计的方式层叠，”意味着每个翅片22容纳在两个交换管之间的对应的空间28内，且该交换管不穿过该翅片。因此，在一个空间28中的蛇形翅片22是与另一个空间28中的蛇形翅片22相互分离的，并且换热器10具有多个空间28，例如，第一空间、第二空间、第三空间，等等。在横向方向24上，每个空间28由两个相邻的交换管14确定，该两个相邻的交换管14之间相隔一分隔距离30，而在纵向方向26上，每个空间28进一步通过分别位于交换管14的相对两端的集管之间的间隔距离32来定义。
在本实施例中，第一集管16具有入口34，第三集管20具有出口36。内部流体38(例如，制冷剂，水，乙二醇等)通过入口34进入第一集管16，并且该第一组交换管14a将流体38传送到第二集管18。该第二组交换管14b将流体38从第二集管18传送到第三集管20，出口36从第三集管20内排放流体38。入口34和出口36可以被连接到包括换热器10的系统的各种元件。这样的系统，可以是例如空调或热泵，其中，该换热器10可以作为蒸发器或冷凝器发挥作用。
翅片22(即，翅片22a和22b)是热传导性的，以促进流过交换管14(即交换管14a和14b，它们也是热传导性的)的内部流体38和流过翅片22和交换管14的外部表面的外部流体(例如空气)之间的热传递。风扇，风箱或一些其他已知的手段可以用于迫使空气或者一些其他的外部流体流过换热器10的外部表面。
虽然热交换器10的实际结构可能会有不同，在一些实施例中，管子14、翅片22、集管16、18和20和加长构件40(稍后解释)主要由常见的铝(和/或其合金)制造，并且通过常见的钎焊材料42接合或粘结。在一些实施例中，该换热器10的至少一些上述部件被涂上(例如通过电镀，包覆等手段)一薄层钎焊材料42(例如，在铝翅片上包覆钎焊合金)，以便在零件被依照期望的布置形式组装之后，整个组装在可控气体环境(例如，极限的真空)中被加热，直到钎焊材料42熔化，流动，随后将部件连接在一起。通过提供具有基本上平坦的表面44的交换管14，可提高交换管到翅片的热传递，如图3所示。
在如图1所示的例子中，膨胀安全结构12是将第一集管16与第三集管20隔开以在该第一集管16与第三集管20之间开设空隙46。空隙46允许集管16和20之间的相对运动，从而使交换管14a在纵向方向26的膨胀大于或小于交换管14b。空隙46也可以容纳在垂直方向(如图1所示的垂直方向)上的热膨胀的差异。在换热器10中的热膨胀差异可能在当流体38流过换热器10时，由内部流体38的温度的增加或减少所产生的。
为了在包括空隙46和膨胀安全结构12的区域中提供一些结构支撑，换热器10具有钎焊或粘结在该两组交换管14a和14b之间的加长构件40。在加长构件40被钎焊到交换管14a和14b上的实施例中，在钎焊过程中，在膨胀安全结构12所在的区域中的支撑结构是特别重要的。加长构件40可以具有各种各样的剖面区域，如图4和图5所示。图4示出了具有管状剖面区域(类似于交换管14)的加长构件40a的实施例；然而，加长构件40a并不传送任何内部流体38。图5示出了具有大致为矩形的剖面区域的实心棒状加长构件40b的实施例。在一些实例中，加长构件40比交换管14短，因为加长构件40没有必要与任一集管接触。
在另一个例子中，如图6和图7所示，微通道热交换器48包括第一集管50，第二集管52，和第三集管54。所述第一集管50和第三集管54以滑动的方式相互对接并在所述第一集管50和第三集管54之间提供膨胀安全结构56。相较于图6，鉴于交换管14a与交换管14b的热膨胀存在差异，图7示出的交换管14a比交换管14b更长。
在另一个例子中，如图8所示，微通道换热器58类似于图1所示的热交换器10；然而，在换热器58中，通过将交换管14a放置得更加靠近交换管14b，以省略该加长构件40。为了代替如图1所示的加长构件40和中间蛇形翅片22c，将最下面的翅片22a’连接到最上面的翅片22b’的只有最下面的交换管14a’。换热器58还包括与膨胀安全结构12和56相似或相同的膨胀安全结构60。在一些实例中，如图9所示的微通道换热器62，在最上面的翅片22b”中的空隙64被增加到如图8所示的膨胀安全结构60中以建立更加灵活的膨胀安全结构60’。在某些情况下，空隙64的形成可以从通过锯开翅片22b’空隙完成，进而产生翅片22b”。为了使换热器62的膨胀安全结构60’具有足够的灵活性，空隙64在纵向方向26上具有长度66，该长度66大于交换管14a和14b之间的分隔距离68。空隙64的长度66最好是分隔距离68的十倍以上。在一些例子中，长度66大约是分隔距离68的30倍大小。
图10示出微通道换热器70的例子，其中，在多个蛇形翅片22上的一个或多个空隙64足以为换热器70提供膨胀安全结构(即空隙64)。在一些实例中，除了被切割形成空隙64以外，翅片22与本文提到的其它翅片相同。在图10中，两个分开的集管16和20被替换为由两个集管结合形成的具有阻挡片74或塞子的单独的集管72，该阻挡片74或塞子将集管72划分成两个腔室72a和72b。流体38通过入口34进入腔室72a，且第一组交换管14a将流体38输送到集管18。该第二组交换管14b将流体38从集管18传送到腔室72b，出口36从内室72b内部排放出流体38。由于流体38横跨换热器70的宽度两次，因此它可以被认为是一个双通换热器。
图11则示出了一种单通道形式的换热器。在本实施例中，换热器76包括未设置阻挡片74的单室入口集管78和单室出口集管80。交换管14在从入口集管78到出口集管80的单通道内传递流体38。空隙64(任何数量的空隙，一个或多个)可以作为换热器的膨胀安全结构。
如图1和图6-11所示的换热器的任意例子都可以被改装以提供任何通数的通道。如图12所示出的换热器包括第一集管82、第二集管84、第三集管86和第四集管88，这些集管使换热器80成为三通的换热器。该上部的四根交换管14作为第一通道将流体38从第一集管82输送到第二集管84，中间的四根交换管14作为第二通道将流体38从第二集管84传送到第三集管86，下部的四根交换管14则作为第三通道将流体38从第三集管86传送至第四集管88。通过狭缝64’、位于集管82和86之间的空隙90(或滑动连接)、狭缝64、位于集管84和88之间的空隙92(或滑动连接)、和/或上述各个部件的各种组合，可以提供一个或多个膨胀安全结构。例如，狭缝64’具有磨损/锯齿边缘94，以促进在该区域的热传递。这样的磨损/锯齿边缘可以是常规的锯切过程的切削毛刺的结果。
应当指出，当一个集管被表述为与另一个集管“相邻”时，这意味着该两个集管相互邻近但不一定彼此接触。
虽然本发明是相对于优选实施例中进行的描述，但是对于本领域技术人员来说将是显而易见的。因此，本发明的范围是通过参照下面的权利要求来确定的。

Claims (19)

1.一种微通道换热器，用于传输与外部流体有热交换关系的内部流体，所述微通道换热器包括：
设有使内部流体进入所述微通道换热器的入口的第一集管；
第二集管；
多个交换管，所述多个交换管中的每一交换管在所述第一集管和所述第二集管之间的纵向方向延伸，所述多个交换管在流体传递过程中连接所述第一集管与所述第二集管，以在所述第一集管和第二集管之间传输所述内部流体，所述多个交换管包括第一交换管，第二交换管和第三交换管，所述多个交换管彼此分隔以形成多个空间，所述多个空间包括第一空间和第二空间，所述第一空间位于所述第一交换管和所述第二交换管之间，所述第二空间位于所述第二交换管和所述第三交换管之间，且所述第二交换管和所述第三交换管之间相隔一分隔距离；以及
交互连接所述多个交换管的多个蛇形翅片，所述多个蛇形翅片包括第一蛇形翅片和第二蛇形翅片，所述第一蛇形翅片容纳于所述第一交换管和所述第二交换管之间的第一空间内，所述第二蛇形翅片容纳于所述第二交换管和第三交换管之间的第二空间内，所述第二蛇形翅片开有沿纵向方向延伸的通过锯开所述第二蛇形翅片而形成的狭缝，所述狭缝的长度比所述第二交换管和所述第三交换管之间的分隔距离长，其中所述狭缝具有促进热传递的磨损/锯齿边缘。
2.如权利要求1所述的微通道换热器，其特征在于，所述狭缝的长度是所述第二交换管和所述第三交换管之间的分隔距离的长度的十倍以上。
3.如权利要求1所述的微通道换热器，其特征在于，所述狭缝的长度比第一集管和第二集管之间的间隔距离短。
4.如权利要求1所述的微通道换热器，其特征在于，所述多个蛇形翅片开设有与所述第二蛇形翅片开设的狭缝相似的多个狭缝。
5.如权利要求1所述的微通道换热器，其特征在于，进一步包括将所述第二蛇形翅片粘合到所述第一交换管和所述第二交换管的钎焊材料。
6.如权利要求1所述的微通道换热器，其特征在于，所述多个交换管包括连接到所述多个蛇形翅片的多个基本平直的表面。
7.一种微通道换热器，用于传输与外部流体有热交换关系的内部流体，所述微通道换热器包括：
设有使内部流体进入所述微通道换热器的入口的第一集管；
第二集管；
与所述第一集管相邻的第三集管；
第一组交换管，所述第一组交换管中的每一交换管沿纵向方向延伸，所述第一组交换管在流体传输过程中，连接所述第一集管与所述第二集管，以从所述第一集管向所述第二集管传输内部流体；
第二组交换管，所述第二组交换管中的每一交换管沿纵向方向延伸，所述第二组交换管在流体传输过程中，连接所述第二集管与所述第三集管，以从所述第二集管向所述第三集管传输内部流体；
第一组蛇形翅片，用于在横向方向上相互连接所述第一组交换管，其中所述横向方向大致垂直于所述纵向方向；
第二组蛇形翅片，用于在横向方向上相互连接所述第二组交换管；
钎焊材料，用于将第一集管粘结到所述第一组交换管，将所述第二集管粘结到所述第一组交换管，将所述第二组交换管粘结到所述第二集管，将所述第二组交换管粘结到所述第三集管，将所述第一组蛇形翅片粘结到所述第一组交换管，和将所述第二组蛇形翅片粘结到所述第二组交换管；以及
膨胀安全结构，存在于所述第一集管和所述第三集管之间，且该膨胀安全结构容纳第一集管和第三集管在纵向方向的相对运动，以应对所述第一组交换管相对于所述第二组交换管沿纵向方向的热膨胀的差异；以及
插入至所述第一组交换管和所述第二组交换管之间的第三蛇形翅片，所述 第三蛇形翅片开设有沿纵向方向延伸的通过锯开所述第三蛇形翅片而形成的狭缝，所述狭缝长度比所述第一组交换管和所述第二组交换管之间的分隔距离长，其中所述狭缝具有促进热传递的磨损/锯齿边缘。
8.如权利要求7所述的微通道换热器，其特征在于，所述膨胀安全结构为所述第一集管与所述第三集管之间的滑动方式的邻接。
9.如权利要求7所述的微通道换热器，其特征在于，所述膨胀安全结构为将所述第一集管与所述第三集管分开而在所述第一集管和所述第三集管之间形成的空隙。
10.如权利要求7所述的微通道换热器，其特征在于，进一步包括：
加长构件，插入至所述第一组交换管和所述第二组交换管之间，该加长构件在纵向方向上加长，所述加长构件的长度和剖面区域中的至少一者与所述第一组交换管中的每一个交换管均不同；
将所述第一组交换管连接到所述加长构件的第一蛇形翅片和钎焊材料；以及
将所述第二组交换管连接到所述加长构件的第二蛇形翅片和钎焊材料。
11.如权利要求10所述的微通道换热器，其特征在于，所述加长构件是管状的，但是实质上不传递内部流体。
12.如权利要求10所述的微通道换热器，其特征在于，所述加长构件是实心的棒状。
13.如权利要求10所述的微通道换热器，其特征在于，所述加长构件比所述第一组交换管的每一个交换管都短。
14.如权利要求7所述的微通道换热器，其特征在于，所述第一组交换管和所述第二组交换管包括连接到所述多个蛇形翅片的多个基本平直的表面。
15.一种微通道换热器，用于传输与外部流体有热交换关系的内部流体，所述微通道换热器包括：
设有使内部流体进入所述微通道换热器的入口的第一集管；
第二集管；
与所述第一集管相邻的第三集管；
第一组交换管，所述第一组交换管中的每一交换管沿纵向方向延伸，所述第一组交换管在流体传输过程中，连接所述第一集管与所述第二集管，以从所述第一集管向所述第二集管传输内部流体；
第二组交换管，所述第二组交换管中的每一交换管沿纵向方向延伸，所述第二组交换管在流体传输过程中，连接所述第二集管与所述第三集管，以从所述第二集管向所述第三集管传送内部流体；
第一组蛇形翅片，用于在横向方向上相互连接所述第一组交换管，其中所述横向方向大致垂直于所述纵向方向；
第二组蛇形翅片，用于在横向方向上相互连接所述第二组交换管；
钎焊材料，用于将第一集管粘结到所述第一组交换管，将所述第二集管粘结到所述第一组交换管，将所述第二组交换管粘结到所述第二集管，将所述第二组交换管粘结到所述第三集管，将所述第一组蛇形翅片粘结到所述第一组交换管，和将所述第二组蛇形翅片粘结到所述第二组交换管；以及
膨胀安全结构，存在于所述第一集管和所述第三集管之间，且该膨胀安全结构容纳第一集管和第三集管在纵向方向的相对运动，以响应所述第一组交换管相对于所述多个第二组交换管在纵向方向的热膨胀的差异；
加长构件，插入至所述第一组交换管和所述第二组交换管之间，所述加长构件在纵向方向加长，所述加长构件比所述第一组交换管的每一个交换管短，所述加长构件实质上不传递内部流体；
将所述第一组交换管连接到所述加长构件的第一蛇形构件和钎焊材料；以及
将所述第二组交换管连接到所述加长构件的第二蛇形构件和钎焊材料；
所述微通道换热器还包括：
插入至所述第一组交换管和所述第二组交换管之间的第三蛇形翅片，所述 第三蛇形翅片开设有沿纵向方向延伸的通过锯开所述第三蛇形翅片而形成的狭缝，所述狭缝长度比所述第一组交换管和所述第二组交换管之间的分隔距离长，其中所述狭缝具有促进热传递的磨损/锯齿边缘。
16.如权利要求15所述的微通道换热器，其特征在于，所述膨胀安全结构是所述第一集管与所述第三集管之间的滑动方式的邻接。
17.如权利要求15所述的微通道换热器，其特征在于，所述膨胀安全结构为将所述第一集管与所述第三集管分开而在所述第一集管和所述第三集管之间形成的空隙。
18.如权利要求15所述的微通道换热器，其特征在于，所述加长构件为管状。
19.如权利要求15所述的微通道换热器，其特征在于，所述加长构件为实心的棒状。
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