專利名稱：一種換熱器的微通道結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種換熱器的微通道結(jié)構(gòu)，具體涉及一種流線型的微通道結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
目前的換熱器領(lǐng)域里，微通道換熱器由于體積小、重量輕，緊湊度高，是當(dāng)今換熱器研究開發(fā)應(yīng)用的新方向?，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(zhì)和工作流體的進(jìn)出口來實(shí)現(xiàn)，其僅限于制冷工質(zhì)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(xué)直徑選擇有限制，很難選到適合于熱設(shè)計(jì)優(yōu)化以后的鋁管型材。還有，目前受生產(chǎn)鋁管型材技術(shù)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(shè)計(jì)的微通道換熱器就不能成為微通道換熱器技術(shù)的發(fā)展方向。隨著微加工技術(shù)的提高，通過平板印刷術(shù)、化學(xué)或光電蝕刻、鉆石切削以及線切割等方式加工的金屬微通道結(jié)構(gòu)成為本領(lǐng)域新的技術(shù)發(fā)展方向。例如，中國專利文獻(xiàn)CN101509736A以及CN201973962U中公開的微通道換熱器即屬于這種換熱器。目前的微通道換熱器，不論是鋁扁平管或緊湊型水與制冷工質(zhì)微通道換熱器，內(nèi)部通道的形式基本為方形或圓形橫截面的直通道。雖然這種換熱器的微細(xì)通道可強(qiáng)化換熱，但是同時(shí)帶來了流體壓力損失的增大，而且這種微通道結(jié)構(gòu)也未考慮擾動對強(qiáng)化換熱的影響。為解決上述問題，日本專利文件JP2006170549A公開了一種微通道結(jié)構(gòu)，所述微通道結(jié)構(gòu)成型于多層疊置的換熱板之間；所述換熱板上成型有多個(gè)規(guī)則排列的流線型翅片；翅片之間形成微通道。與直通道相比，這樣的微通道能使強(qiáng)制對流傳熱系數(shù)增加，流體的壓力損失減小，但是這樣的結(jié)構(gòu)由于缺少催生冷凝或蒸發(fā)相變的微細(xì)結(jié)構(gòu)，傳熱性能還有待于提聞，流體流動的阻力有待進(jìn)一步減小。

發(fā)明內(nèi)容
為此，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于改善和提高現(xiàn)有的微通道結(jié)構(gòu)的傳熱性能和流動性能，進(jìn)而提供一種強(qiáng)制對流傳熱系數(shù)高并且流動阻力小的換熱器微通道結(jié)構(gòu)。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明公開一種換熱器的微通道結(jié)構(gòu)，所述微通道形成于多層疊置的換熱板之間，所述換熱板上成型有多個(gè)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(cè)的所述翅片單元的后端設(shè)置于下游側(cè)的相鄰兩個(gè)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(gòu)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。上述換熱器的微通道結(jié)構(gòu)中，所述翅片單元的外輪廓為直線形或者曲線形。上述換熱器的微通道結(jié)構(gòu)中，相鄰的所述翅片單元組相對流體流動方向的傾斜方向相反；所述翅片單元與流體流動方向之間的夾角45 < α < 55 。上述換熱器的微通道結(jié)構(gòu)中，在流體流動方向上相鄰的兩個(gè)所述翅片單元形成一個(gè)翅片單元對，相鄰的兩個(gè)所述翅片單元在流體流動方向上的間距a ( 2mm，在垂直于流體流動方向上的間距b < Imm ;相鄰的所述翅片單元對之間在流體流動方向上的間距> 2a，相鄰的所述翅片單元對在垂直于流體流動方向上的間距> 2b。上述換熱器的微通道結(jié)構(gòu)中，所述翅片單元沿流體流動方向上的長度L < 2. 5mm,沿垂直于流體流動方向的寬度h < I. 5mm,所述翅片的厚度δ < O. 5mm。上述換熱器的微通道結(jié)構(gòu)中，組成所述翅片單元的所述翅片包括形成所述翅片單元的外輪廓的主流邊以及與所述主流邊鄰接的分流邊，相鄰所述翅片的所述分流邊相互平行且其間距O. 05mm≤t≤O. 35mm ;所述分流邊與流體流動方向的夾角O ≤ β ≤ 15
上述換熱器的微通道結(jié)構(gòu)中，所述翅片單元的外輪廓呈中間段為直線的“s”型曲線，其由圓冠形的前端翅片、后端翅片以及設(shè)置于所述前端翅片和所述后端翅片之間的平行四邊形的中間翅片構(gòu)成。上述換熱器的微通道結(jié)構(gòu)中，所述翅片單元的外輪廓為直線形；其由三個(gè)平行四邊形的翅片構(gòu)成，所述翅片在平行四邊形的鈍角邊為圓弧過渡。上述換熱器的微通道結(jié)構(gòu)中，所述微通道沿流體流動方向依次為導(dǎo)流段、換熱段和匯流段；所述導(dǎo)流段和所述匯流段的相鄰所述翅片單元沿流體流動方向上的間距大于所述換熱段的相鄰所述翅片單元沿流體流動方向上的間距。上述換熱器的微通道結(jié)構(gòu)中，所述換熱板上的所述翅片優(yōu)選通過光蝕刻的方法成型。本發(fā)明的上述技術(shù)方案相比現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)
(I)本發(fā)明的微通道結(jié)構(gòu)，翅片單元由至少兩段翅片構(gòu)成，相同長度和寬度的微通道其換熱面積較直通道時(shí)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(jié)構(gòu)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(zhì)的相變傳熱；并且，斷續(xù)的翅片結(jié)構(gòu)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(qiáng)制冷工質(zhì)和工作流體之間的換熱；因此，采用這種微通道結(jié)構(gòu)的換熱器的強(qiáng)制對流傳熱系數(shù)大大提高，換熱能力增強(qiáng)。(2)本發(fā)明中組成翅片單元的翅片間隔設(shè)置，便于流體的分流和混合，避免了現(xiàn)有技術(shù)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。(3)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_，進(jìn)一步提高了換熱器的熱通過性能。(4)為了獲得本發(fā)明的微通道結(jié)構(gòu)和現(xiàn)有技術(shù)中無間隙翅片的微通道結(jié)構(gòu)之間在流體壓力損失，申請人應(yīng)用了本發(fā)明的實(shí)施例I、實(shí)施例2中微通道結(jié)構(gòu)與現(xiàn)有的無間隙流線型翅片形成的微通道結(jié)構(gòu)進(jìn)行了對比試驗(yàn)，由圖6所可以看出，應(yīng)用了本發(fā)明的微通道結(jié)構(gòu)的流體壓力損失ΛΡ降低；其中實(shí)施例I中的微通道結(jié)構(gòu)形狀較現(xiàn)有技術(shù)中的微通道結(jié)構(gòu)壓力損失Λ P降低了 30. 8%，實(shí)施例2中的微通道結(jié)構(gòu)較現(xiàn)有技術(shù)中的微通道結(jié)構(gòu)壓力損失Λ P降低了 40%。


為了使本發(fā)明的內(nèi)容更容易被清楚的理解，下面根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施例并結(jié)合附圖，對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明，其中
圖I是本發(fā)明的換熱器微通道的整體結(jié)構(gòu) 圖2是本發(fā)明實(shí)施例I部分翅片單元之間的位置結(jié)構(gòu) 圖3是實(shí)施例I中單個(gè)翅片單元的結(jié)構(gòu)圖；
圖4是本發(fā)明實(shí)施例2部分翅片單元之間的位置結(jié)構(gòu) 圖5是實(shí)施例2中單個(gè)翅片單元的結(jié)構(gòu) 圖6是本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)的微通道結(jié)構(gòu)之間性能對比圖。圖中附圖標(biāo)記表示為
1_換熱板，2-翅片單兀,21-翅片,211-前端翅片,212-中間翅片,213-后端翅片，214-主流邊，215-分流邊，3-翅片單元對，4-導(dǎo)流段，5-換熱段，6-匯流段，7-翅片單元組。
具體實(shí)施例方式以下將結(jié)合附圖，使用以下實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步闡述。實(shí)施例I
圖I是本發(fā)明專利的新型微通道結(jié)構(gòu)，其中，所述微通道形成于多層疊置的換熱板I之間，所述換熱板I上成型有多個(gè)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7，多個(gè)所述翅片單元組7沿流體流動方向上間隔一段距離交錯排列；上游側(cè)的所述翅片單元2的后端設(shè)置于下游側(cè)的相鄰兩個(gè)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(cè)的相鄰兩個(gè)所述翅片單元2之間的任一位置，其不僅包括所述上游側(cè)翅片單元2的后端伸入下游側(cè)的相鄰翅片單元2之間的內(nèi)部，也包括上游側(cè)翅片單元2的后端在下游側(cè)的相鄰翅片單元2之間的外部。所述翅片單元2由至少兩段翅片21構(gòu)成，所述翅片21之前間隔一段距離；所述翅片單元2之間以及所述翅片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聞。本發(fā)明所述的流體流動方向如圖I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。所述翅片單元2的外輪廓為曲線形，具體的，本實(shí)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2和圖3所示，其由圓冠形的前端翅片211、后端翅片213以及設(shè)置于所述前端翅片211和所述后端翅片213之間的平行四邊形的中間翅片212構(gòu)成。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50°。如圖2所示，在流體流動方向上，相鄰的兩個(gè)所述翅片單元2形成一個(gè)翅片單元對3，其中，兩個(gè)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3所示，所述翅片單元2沿流體流動方向上的長度L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. 35mm。組成所述翅片單元2的所述翅片21包括形成所述翅片單元的外輪廓的主流邊214以及與所述主流邊214鄰接的分流邊215，相鄰所述翅片21的所述分流邊214相互平行且其間距t為O. 35mm ;所述分流邊214與流體流動方向的夾角β為15°。所述微通道沿流體流動方向依次由連通入口段的導(dǎo)流段4、換熱段5以及連通出口段的匯流段6組成；所述導(dǎo)流段4和所述匯流段6的相鄰翅片單元2沿流體流動方向上的間距大于所述換熱段5的相鄰翅片單元2沿流體流動方向上的間距。流體由入口段流入單層板片，進(jìn)入導(dǎo)流段分布均勻，在換熱段完成熱交換進(jìn)入?yún)R流段進(jìn)行匯流，再經(jīng)過出口段流出。所述換熱板I上的所述翅片21通過光蝕刻成型。 實(shí)施例2
圖4與圖5為本發(fā)明的另一種微通道結(jié)構(gòu)，其與實(shí)施例I中的微通道結(jié)構(gòu)的基本一致，區(qū)別點(diǎn)在于翅片單元的形狀。所述翅片單元2的外輪廓為直線型，具體的，本實(shí)施例中，所示翅片單元2由三個(gè)平行四邊形的翅片21構(gòu)成，所述翅片21在平行四邊形的鈍角邊為圓弧過渡。這樣結(jié)構(gòu)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。所述翅片單元2與流體流動方向之間的夾角α為45°。其中，如圖4所示，兩個(gè)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2mm ;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5mm。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2. 3mm，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的所述分流邊214的間距t為O. 2mm ;所述分流邊214與流體流動方向的夾角β為10 。實(shí)施例3
本實(shí)施例的微通道結(jié)構(gòu)與實(shí)施例2基本一致，區(qū)別點(diǎn)在于翅片的設(shè)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(gè)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2_，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 。根據(jù)不同的設(shè)計(jì)要求，本發(fā)明所述的翅片單元2還可以由兩段、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(jié)構(gòu)，還可以使sin曲線或者圓形、橢圓形、拋物線曲線的一部分。顯然，上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說明所作的舉例，而并非對實(shí)施方 式的限定。對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)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(shí)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(hù)范圍之中。
權(quán)利要求
1.一種換熱器的微通道結(jié)構(gòu)，其特征在于所述微通道形成于多層疊置的換熱板(I)之間，所述換熱板(I)上成型有多個(gè)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(7)，若干所述翅片單元組(7)沿流體流動方向間隔一段距離交錯排列；上游側(cè)的所述翅片單元(2)的后端設(shè)置于下游側(cè)的相鄰兩個(gè)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(gòu)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。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的微通道結(jié)構(gòu)，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。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述換熱器的微通道結(jié)構(gòu)，其特征在于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45 彡α彡55 。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一所述換熱器的微通道結(jié)構(gòu)，其特征在于在流體流動方向上相鄰的兩個(gè)所述翅片單元(2 )形成一個(gè)翅片單元對(3 )，相鄰的兩個(gè)所述翅片單元(2 )在流體流動方向上的間距a ( 2mm，在垂直于流體流動方向上的間距b < 2mm ;相鄰的所述翅片單元對(3)之間在流體流動方向上的間距> 2a，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彡2b。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一所述換熱器的微通道結(jié)構(gòu)，其特征在于所述翅片單元(2)沿流體流動方向上的長度L < 2. 5mm,沿垂直于流體流動方向的寬度h < I. 5mm，所述翅片(21)的厚度δ彡O. 5mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一所述換熱器的微通道結(jié)構(gòu)，其特征在于組成所述翅片單元(2)的所述翅片(21)包括形成所述翅片單元(2)的外輪廓的主流邊(214)以及與所述主流邊(214)鄰接的分流邊(215)，相鄰所述翅片(21)的所述分流邊(214)相互平行且其間距O.05mm ^ t ^ O. 35mm ;所述分流邊(214)與流體流動方向的夾角O < β < 15 。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6任一所述換熱器的微通道結(jié)構(gòu)，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，其由圓冠形的前端翅片(211)、后端翅片(213)以及設(shè)置于所述前端翅片(211)和所述后端翅片(213)之間的平行四邊形的中間翅片(212)構(gòu)成。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-6任一所述換熱器的微通道結(jié)構(gòu)，其特征在于所述翅片單元(2)的外輪廓為直線形；其由三個(gè)平行四邊形的翅片(21)構(gòu)成，所述翅片(21)在平行四邊形的鈍角邊為圓弧過渡。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-8任一所述換熱器的微通道結(jié)構(gòu)，其特征在于所述微通道沿流體流動方向依次為導(dǎo)流段(4)、換熱段(5)和匯流段(6);所述導(dǎo)流段(4)和所述匯流段(6)的相鄰所述翅片單元(2)沿流體流動方向上的間距大于所述換熱段(5)的相鄰所述翅片單元(2)沿流體流動方向上的間距。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-9任一所述換熱器的微通道結(jié)構(gòu)，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。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種換熱器的微通道結(jié)構(gòu)，所述微通道形成于多層疊置的換熱板(1)之間，所述換熱板(1)上成型有多個(gè)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(7)，所述翅片單元組(7)沿流體流動方向上間隔一段距離交錯排列；上游側(cè)的所述翅片單元(2)的后端設(shè)置于下游側(cè)的相鄰兩個(gè)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(gòu)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。該換熱器的微通道結(jié)構(gòu)可以保持較低流動阻力的情況下提高強(qiáng)制對流傳熱系數(shù)，增強(qiáng)換熱器的換熱能力。
文檔編號F28F3/04GK102706201SQ20121017080
公開日2012年10月3日 申請日期2012年5月29日 優(yōu)先權(quán)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(shù)有限公司