專利名稱：一種異形微通道與外波紋翅片一體成型的換熱器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及換熱器，特別是涉及一種節(jié)能環(huán)保、低成本的異形微通道與外波紋翅片一 體成型的換熱器。
背景技術(shù)：
隨著能源的日益緊缺，節(jié)能工作越來越顯得重要地位。如何提高家用空調(diào)器能效比成 為各空調(diào)器生產(chǎn)企業(yè)所面臨的頭等大事。在當今競爭激烈的市場中能否生產(chǎn)出低成本、高 能效比的空調(diào)器關(guān)系到企業(yè)的生死存亡。換熱器是空調(diào)的重要組成部件，各企業(yè)科研機構(gòu) 都致力于改進換熱器或者提出新型換熱器，已到達提高能效，降低成本的目的。
研究表明，由于制冷劑側(cè)傳熱系數(shù)比普通制冷劑高，制冷劑側(cè)所需的傳熱管徑和傳熱 面積很小，而空氣側(cè)所需要的傳熱面積則相對較大?？梢栽O(shè)想，未來空調(diào)換熱器應該趨向 一種具有小通道、管外具有很多翅片的高效緊湊式換熱器。 一種目前普遍研究的空調(diào)換熱 器的制作方法是，采用小管徑的肋片管式換熱器(用液壓或機械脹管技術(shù)使管徑擴張，達 到管壁和肋片的良好接觸)，制冷劑在管內(nèi)流動，空氣在管外掠過。但由于這種換熱器受 脹管技術(shù)的限制，管內(nèi)徑不能太小，管外壁與肋片之間存在空氣間隙，降低了換熱效率； 而且所需的小直徑管路長、彎頭多、阻力大，加工成本較高，并不是一種理想的空調(diào)換熱 器。微通道換熱器是一種理想的空調(diào)換熱器，但由于微通道換熱器的材料、工藝、加工設(shè) 備等要求很高，國內(nèi)外尚處于研究開發(fā)的初級階段。針對二氧化碳制冷系統(tǒng)，由于制冷劑 工作在超臨界狀態(tài)，其換熱器的設(shè)計必須克服由于制冷劑系統(tǒng)的運行壓力非常高，如果按 常規(guī)設(shè)計方法，通常需要采用較厚的壁厚，這樣會降低換熱性能，并不可取。
普通翅片管的翅片一般是在制冷管外繞上銅片或鋁片再經(jīng)焊接或脹管工藝而成。這種 方式形成的翅片管由于存在焊點和空氣間隙，傳熱性能及穩(wěn)定性、使用年限等方面都有問 題，而且脹管及焊接工藝方面技術(shù)難度較大、長期進行冷熱工作條件下，焊口易產(chǎn)生應力 而開裂，脹管片與管支管之間易留下間隙，從而影響換熱效果，制造中產(chǎn)生的廢品較多， 不利于降低成本。
在二氧化碳制冷循環(huán)系統(tǒng)中，二氧化碳工作在超臨界狀態(tài)(臨界壓力為7.13MPa)，工作壓力大大高于傳統(tǒng)冷媒，其冷卻壓力最高可以達到llMPa左右。由于高壓氣體很容易泄 漏(即使輕微泄漏，長期運行后也會造成整機性能下降)，因此，二氧化碳換熱器的設(shè)計 必須考慮嚴格的高壓密封要求，不能接受焊接工藝制造。傳統(tǒng)空調(diào)換熱器的設(shè)計普遍采用 焊接工藝，容易在焊接部位出現(xiàn)焊料厚度不均勻現(xiàn)象及難以避免有沙孔現(xiàn)象，形成應力集 中點和腐蝕突破點，降低了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。由于制冷劑系統(tǒng)的壓力較高，對穩(wěn)定 性和可靠性的要求也比傳統(tǒng)冷媒高，焊接工藝基本上是不能接受的。因此，必須設(shè)計一種 無需焊接的高壓密封技術(shù)，將微通道管、集氣器、出口管、入口管等制冷劑空調(diào)換熱器的 零部件無焊接密封連接，以提高系統(tǒng)的耐高壓性和安全性，避免因管道破裂而導致冷媒泄 漏，延長空調(diào)使用壽命。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點，提供一種具有耐高壓、傳熱效率高、體積小、 重量輕的異形微通道與外波紋翅片一體成型的換熱器。 本發(fā)明的目的通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)
一種異形微通道與外波紋翅片一體成型的換熱器，包括散熱片組、上蓋板、下蓋板、 側(cè)板、進氣口和出氣口；散熱片組由多個散熱片并排連接而成，位于上蓋板、下蓋板和側(cè) 板組成的兩側(cè)面開口的框型結(jié)構(gòu)中，散熱片組分別與進氣口和出氣口連接；所述散熱片為 板材兩側(cè)設(shè)有波紋翅片，中部為多個異形微通道結(jié)構(gòu)，波紋翅片與板材一體成型；所述上 蓋板和下蓋板分別設(shè)有放置散熱片的槽，上蓋板和下蓋板的相鄰兩槽間隔相連通，使冷媒 依次流經(jīng)多個散熱片；所述異形微通道為邊長O. 8-lmra的方形通道。
為進一步實現(xiàn)本發(fā)明的目的，所述上蓋板、下蓋板分別與散熱片組之間都設(shè)有硅膠密 封墊，硅膠密封墊設(shè)在上下蓋板的槽道里，與散熱片兩端對齊。
所述上蓋板分別設(shè)有進氣口和出氣口；進氣口和出氣口上分別設(shè)有進氣嘴和出氣嘴； 進氣口與進氣嘴之間設(shè)有橡膠密封墊片；出氣口與出氣嘴之間設(shè)有橡膠密封墊片，橡膠密 封墊片設(shè)在出氣口的槽道內(nèi)。
所述側(cè)板與上下蓋板間用螺釘連接。
所述波紋翅片呈45。 75°傾斜角。
所述散熱片由鋁材加工而成。
所述上蓋板和下蓋板的相鄰兩槽間隔相連通是通過設(shè)置在上蓋板和下蓋板的轉(zhuǎn)向微通 道連通的，轉(zhuǎn)向通道在上下蓋板內(nèi)機械勾挖出的貫通的方形通道。相對于先有后技術(shù)，本發(fā)明具有如下優(yōu)點和有益效果
(1) 針對二氧化碳跨臨界制冷循環(huán)，運行壓力非常高。如果用普通的換熱管，需要采 用較厚的壁厚。本發(fā)明微通道采用底面邊長為0.8-lmm的方形通道，方形通道直接在扁平 鋁型材件上得到，扁平材件上方形通道有助于承受較高的壓力，將薄壁和微孔的雙重優(yōu)點 結(jié)合在一起。同時，二氧化碳是在超臨界狀態(tài)下運行，可以避免因流道過小而發(fā)生的管道 堵塞。由于采用異形微通道技術(shù)，在很低的雷諾數(shù)下，二氧化碳冷媒就可以獲得很高的流 速，這樣有利于增強對流換熱，提高換熱效率。而且可以使換熱器變得更加緊湊，在相同 換熱量的情況下，與普通的換熱器相比，可以大幅度降低換熱器的體積和重量。因此，異 形微通道換熱器具有耐高壓、傳熱效率高、體積小、重量輕的優(yōu)點。本發(fā)明采用異形微通
道設(shè)計了一種節(jié)能環(huán)保的二氧化碳汽車空調(diào)換熱器，經(jīng)測試，可以承受高達20MPa的壓力， 足以滿足制冷劑循環(huán)系統(tǒng)的最高壓力13MPa。
(2) 普通的換熱器都采用將翅片漲結(jié)套在換熱管上，帶來了接觸熱阻。本發(fā)明直接在 微通道外的管壁上擠壓出波紋翅片，消除了接觸熱阻。采用波紋翅片和微通道一體成型技 術(shù)不但無接觸熱阻，而且擠壓出的波紋翅片能夠增強空氣的湍動，提高換熱效率；普通換 熱器的脹管技術(shù)容易受外界因素的印象，使用壽命有限，而一體成型的散熱片，不需要其 他的維護，使用壽命長。翅片的擠壓，可以更具需要，調(diào)整厚度，寬度，長度甚至形狀等。 翅片的傾斜設(shè)計可以方便排水，能解決積水帶來的結(jié)霜問題。
(3) 為了保證密封技術(shù)，本發(fā)明的散熱片上下蓋板采用了硅膠密封墊密封，密封預緊 力來自上下蓋板和散熱片組連接在一起的緊固螺絲。進出口氣嘴采用橡膠密封圈與螺釘配 合密封，連接在上蓋板上。這種方法無需彎道彎曲，無需焊接工藝，保證管路的耐高壓和 密封要求和安全，不會出現(xiàn)因為管道破裂而冷媒泄露，大大延長了空調(diào)的使用壽命。
(4) 本發(fā)明鋁材料制備散熱片，鋁材市場價格只有銅材的1/3左右,大大降低了換熱 器的材料成本。


圖1是本發(fā)明異形微通道與外波紋翅片一體成型的換熱器分體結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2是圖1中散熱片結(jié)構(gòu)示意圖。 圖3是圖l中散熱片的剖視圖。 圖4是圖1中上蓋板結(jié)構(gòu)示意圖 圖5是上蓋板剖面示意圖。
5圖6是圖1中下蓋板結(jié)構(gòu)示意圖。 圖7是下蓋板剖面示意圖。
圖中示出1—散熱片；2—散熱片組；3—上蓋板；4一下蓋板；5—側(cè)板；6—橡膠密封墊
片；7—硅膠密封墊；8—進氣嘴；9一進氣口 ； IO—出氣口； ll一出氣嘴；12—板材；13 一波紋翅片；14一異形微通道；15—螺釘孔；16—轉(zhuǎn)向通道
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的描述，需要說明的是，本發(fā)明要求保護的 范圍并不局限于實施方式表述的范圍。
如圖1 7所示， 一種異形微通道與外波紋翅片一體成型的換熱器包括散熱片組2、上蓋 板3、下蓋板4、側(cè)板5、進氣口9和出氣口10;散熱片組2由多個散熱片1并排連接而成，位 于上蓋板3、下蓋板4和側(cè)板5組成的兩側(cè)面開口的框型結(jié)構(gòu)中，開口的一側(cè)對著熱側(cè)，另一 側(cè)要設(shè)有吹風裝置，上蓋板3和下蓋板4通過螺釘連接在散熱片上下兩端，上蓋板3、下蓋板 4與散熱片組2之間都設(shè)有硅膠密封墊，硅膠密封墊設(shè)在上下蓋板的槽道里，與散熱片兩端 對齊。側(cè)板通過螺釘固定在兩側(cè)。側(cè)板5與上蓋板3、下蓋板4間用螺釘通過螺釘孔15連接。 上蓋板3設(shè)有連接在首末散熱片1微孔的進氣口9和出氣口 10。進氣口9和出氣口 IO上分別設(shè) 有進氣嘴8和出氣嘴11;進氣口9與進氣嘴8之間設(shè)有橡膠密封墊片6;出氣口10與出氣嘴11 之間設(shè)有橡膠密封墊片6，橡膠密封墊片設(shè)在出氣口的槽道內(nèi)。散熱片組2分別與進氣口9 和出氣口10連接；散熱片1為板材兩側(cè)設(shè)有波紋翅片13，中部有多個異形微通道14結(jié)構(gòu)，波 紋翅片13與板材12—體成型；由于波紋翅片13與板材12—體，不存在接觸熱阻和電腐蝕現(xiàn) 象，因而能保持穩(wěn)定的傳熱性能、延長翅片管的使用年限。上蓋板3和下蓋板4分別設(shè)有放 置散熱片的槽，上蓋板3和下蓋板4的相鄰兩槽間隔相連通，使冷媒依次流經(jīng)多個散熱片。
散熱片是換熱器最主要最基本的組成元件。散熱片優(yōu)選采用異形微通道外波紋翅片一 體成型的鋁型材件，異形微通道通過機械插壓形成，形成貫通的通道，異形微通道為邊長 O.S-l隱的方形通道。波紋翅片13是在鋁型材件外側(cè)鏟削而成，高度為l-3mm，片距為 0.2-lmm，片厚為0. 1-0. 2mm，波紋翅片大大增大空氣側(cè)的傳熱面積，中間擠削出縫隙用作 換熱積水出水。上蓋板3和下蓋板4設(shè)置有對應的連接相鄰散熱片微孔的轉(zhuǎn)向通道17，轉(zhuǎn) 向通道是上蓋板3和下蓋板4內(nèi)通過機械插壓貫通形成的通道。
波紋翅片13呈45。 75°傾斜角(與材件表面平行為起始角)，傾斜角起到一定的排 水作用。銅由于具有良好的導熱性、成型加工性和耐腐蝕性，被長期作為制作空調(diào)散熱器的材 料，約占空調(diào)總成本的40%以上，銅價對空調(diào)行業(yè)的影響舉足輕重。鑒于銅的價格比較高， 本發(fā)明采用價格低(當前鋁價1.9萬元/噸)、密度小、傳熱性能僅次于銅的高效全鋁換 熱器代替銅翅片管換熱器，可以大大降低空調(diào)換熱器的成本。
使用時，在制冷劑流程，冷媒首先進入進氣嘴8，通過上蓋板3的進氣口 9到達第一 塊散熱片1的異形微通道14內(nèi)，進行散熱，流到下蓋板4的轉(zhuǎn)向通道17,從下蓋板4轉(zhuǎn) 向流進第二塊散熱片，然后通過設(shè)置在上蓋板3的轉(zhuǎn)向通道17流入第3塊散熱片，如此單 向流動依次通過散熱片組中的每一塊散熱片，進行散熱，最后到達上蓋板3的出氣口 10微 孔通道，從通道到達出氣嘴ll流出，在換熱器中完成散熱過程.
在空氣側(cè)，空氣通過風機，穿過波紋翅片13之間的縫隙，與波紋翅片之間形成對流換 熱，帶走熱量，換熱積水通過翅片排排之間的縫隙排除。
針對制冷劑跨臨界制冷循環(huán)，運行壓力非常高。如果用普通的換熱管，需要采用較厚 的壁厚。本發(fā)明微通道14是底面邊長為0.8-2mm的方形通道，方形通道直接在扁平鋁型材 件上得到，扁平材件上方形通道有助于承受較高的壓力，這樣直接在扁平鋁型材件上通微 孔可以減小壁厚，將薄壁和微孔的雙重優(yōu)點結(jié)合在一起。同時，制冷劑是在超臨界狀態(tài)下 運行，可以避免因流道過小而發(fā)生的管道堵塞。由于采用異形微通道技術(shù)， 一方面，在很 低的雷諾數(shù)下，冷媒就可以獲得很高的流速，這樣有利于增強對流換熱，提高換熱效率。 另一方面，可以使換熱器變得更加緊湊，在相同換熱量的情況下，與普通的換熱器相比， 可以大幅度降低換熱器的體積和重量。因此，異形微通道換熱器具有耐高壓、傳熱效率高、 體積小、重量輕的優(yōu)點。如采用異形微通道設(shè)計了一種節(jié)能環(huán)保的制冷劑汽車空調(diào)換熱器， 以二氧化碳作制冷劑，方形通道邊長為0.8mm，經(jīng)測試，可以承受高達20MPa的壓力，足 以滿足制冷劑循環(huán)系統(tǒng)的最高壓力13MP&另外，本發(fā)明的通道數(shù)量，流道長度，散熱片數(shù) 量均可以按照換熱量的要求靈活設(shè)計。
管道內(nèi)徑對換熱性能的影響比較復雜管徑減小，制冷劑流速加快，增強了對流換熱。 另一方面，如果管徑過大，為了承受高壓，需要增加管道壁厚，這就引起換熱器體積和重 量的增大，壓縮機功率隨之增大、浪費了能源。采用微孔通道技術(shù)，可以實現(xiàn)了小壁厚與 小管徑雙重優(yōu)點的結(jié)合，以緊湊的結(jié)構(gòu)達到環(huán)保、節(jié)能、降低成本的目的。
權(quán)利要求
1、一種異形微通道與外波紋翅片一體成型的換熱器，包括散熱片組、上蓋板、下蓋板、側(cè)板、進氣口和出氣口；散熱片組由多個散熱片并排連接而成，位于上蓋板、下蓋板和側(cè)板組成的兩側(cè)面開口的框型結(jié)構(gòu)中，散熱片組分別與進氣口和出氣口連接；其特征在于所述散熱片為板材兩側(cè)設(shè)有波紋翅片，中部為多個異形微通道結(jié)構(gòu)，波紋翅片與板材一體成型；所述上蓋板和下蓋板分別設(shè)有放置散熱片的槽，上蓋板和下蓋板的相鄰兩槽間隔相連通，使冷媒依次流經(jīng)多個散熱片；所述異形微通道為邊長0.8-1mm的方形通道。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的異形微通道與外波紋翅片一體成型的換熱器，其特征在于 所述上蓋板、下蓋板分別與散熱片組之間都設(shè)有硅膠密封墊，硅膠密封墊設(shè)在上下蓋板的槽 道里，與散熱片兩端對齊。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的異形微通道與外波紋翅片一體成型的換熱器，其特征在于 所述上蓋板分別設(shè)有進氣口和出氣口；進氣口和出氣口上分別設(shè)有進氣嘴和出氣嘴；進氣 口與進氣嘴之間設(shè)有橡膠密封墊片；出氣口與出氣嘴之間設(shè)有橡膠密封墊片，橡膠密封墊 片設(shè)在出氣口的槽道內(nèi)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的異形微通道與外波紋翅片一體成型的換熱器，其特征在于 所述側(cè)板與上下蓋板間用螺釘連接。
5、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的異形微通道與外波紋翅片一體成型的換熱器，其特征在于 所述波紋翅片呈45。 75°傾斜角。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1 5任一項所述的異形微通道與外波紋翅片一體成型的換熱器，其特 征在于所述散熱片由鋁材加工而成。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1 5任一項所述的異形微通道與外波紋翅片一體成型的換熱器，其特 征在于所述上蓋板和下蓋板的相鄰兩槽間隔相連通是通過設(shè)置在上蓋板和下蓋板的轉(zhuǎn)向微通道連通的，轉(zhuǎn)向通道在上下蓋板內(nèi)機械勾挖出的貫通的方形通道。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種異形微通道與外波紋翅片一體成型的換熱器，包括散熱片組、上蓋板、下蓋板、側(cè)板、進氣口和出氣口；散熱片組由多個散熱片并排連接而成，散熱片為板材兩側(cè)設(shè)有波紋翅片，中部為多個異形微通道結(jié)構(gòu)，波紋翅片與板材一體成型；上蓋板和下蓋板分別設(shè)有放置散熱片的槽，上蓋板和下蓋板的相鄰兩槽間隔相連通，使冷媒依次流經(jīng)多個散熱片；異形微通道為邊長0.8-1mm的方形通道。本發(fā)明利用微孔通道技術(shù)、整體外翅片技術(shù)和無需焊接制冷劑高壓密封技術(shù)，適用于二氧化碳制冷系統(tǒng)，有效地解決了其系統(tǒng)高壓運行的問題。本發(fā)明換熱器結(jié)構(gòu)緊湊，換熱效率高，體積小，質(zhì)量輕，換熱器采用全鋁復合材料，大大降低了成本。
文檔編號F28F3/10GK101509731SQ20091003762
公開日2009年8月19日 申請日期2009年3月6日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月6日
發(fā)明者炅 李, 汪雙鳳 申請人:華南理工大學