CN101975526A - 换热管和具有它的换热器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种换热管，所述换热管具有扁平的横截面形状且其内限定有沿换热管宽度方向间隔开的多个通道，其中0.45＜(4S_Z/P_Z)/H＜0.62且0.5＜w1/h1＜1.5，S_Z为所述多个通道的横截面积之和，P_Z为所述多个通道的横截面的周长之和，H为换热管的高度，w1为单个通道的宽度，h1为通道的高度。根据本发明实施例的换热管，可以充分利用制冷剂在通道内的流速增加提高换热性能，同时制冷剂在换热管内沿换热管长度方向的流动阻力不会过大，从而压降不会过大，从而实现了换热性能的最佳。本发明还提出一种具有上述换热管的换热器。

Description

换热管和具有它的换热器

技术领域

本发明涉及一种换热管和具有该换热管的换热器。

背景技术

随着对能效比要求的提高，对换热器的换热能力要求也逐渐提高。换热管是换热器的主要元件，对换热器的换热器性能有着重要的影响。

传统上，为了提高换热能力，通常增加换热管的宽度和高度，但是这会同时会带来成本的增加，并且在一些应用场合换热管尺寸的增加会受到限制。

此外，从换热器经济性考虑，可以通过下面的方式提高换热性能：

减小换热管内的通道的壁厚，从而增加通道流通面积并减小换热管的热阻；

增加换热管内的通道个数，从而增加制冷剂与换热管的接触面积来强化换热。

但是，减小的壁厚则会带来换热器的强度降低。增加通道的个数，就必须减小通道的横截面积，较小的通道将会带来较高的流通阻力，当制冷剂的压降过高时会影响换热温差，从而不利于换热，并且会带来***的耗功增加，降低***的能效。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。

为此，本发明第一方面的一个目的在于提出一种通过优化设计参数提高换热性能的换热管。

本发明第二方面的一个目的在于提出一种具有上述换热管的换热器。

根据本发明第一方面实施例提出一种换热管，所述换热管具有扁平的横截面形状，所述换热管内限定有沿换热管宽度方向间隔开的多个通道，其中0.45＜(4S_Z/P_Z)/H＜0.62且0.5＜w1/h1＜1.5，S_Z为所述多个通道的横截面积之和，P_Z为所述多个通道的横截面的周长之和，H为换热管的高度，w1为单个通道的宽度，h1为通道的高度。

根据本发明实施例的换热管，通过将换热管的参数设置为0.45＜(4S_Z/P_Z)/H＜0.62且0.5＜w1/h1＜1.5，可以充分利用制冷剂在通道内的流速增加提高换热性能，同时制冷剂在换热管内沿换热管长度方向的流动阻力不会过大，从而压降不会过大，从而实现了换热性能的最佳。

另外，根据本发明上述实施例的换热管还可以具有如下附加的技术特征：

所述换热管的宽度W在10-32毫米的范围内。

所述换热管的高度H在0.8-2.2毫米的范围内。

换热管的厚度方向上的上壁和下壁的厚度b在0.2-0.35毫米的范围内。

所述上壁和下壁的厚度b小于换热管的宽度方向上的两侧壁的厚度c。

相邻两个通道之间由隔肋间隔开，且所述隔肋的厚度在0.22-0.6毫米的范围内。

所述换热管具有长圆形的横截面形状。

所述换热管具有矩形的横截面形状。

根据本发明第二方面的实施例提出一种换热器，包括：第一集流管；第二集流管；换热管，所述换热管的两端分别与第一和第二集流管相连以连通第一集流管和第二集流管，其中所述换热管为根据本发明第一方面实施例所述的换热管；和翅片，所述翅片分别设置在相邻的换热管之间。

根据本发明实施例的换热器，换热管的换热性能实现了最佳化，因此整个换热器的换热性能最佳，提高了能效比。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明一个实施例的换热管的立体示意图；

图2是图1所示换热管的横截面图；

图3是根据本发明另一实施例的换热管的横截面图；

图4示出了通道的水力直径和换热管的高度之比与换热管的换热能力以及流动阻力的关系；

图5示出了单个通道的宽高比与换热管的换热能力及流动阻力的关系；和

图6是根据本发明实施例的换热器的示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

下面参考附图描述根据本发明实施例的换热管1。

如图1-2所示，根据本发明一个实施例的换热管1具有大体扁平状的横截面形状，因此通常也称为扁管，换热管1内限定有多个通道2，多个通道2沿换热管的宽度方向(图1中的X方向，也称为横向)间隔开，其中0.45＜(4S_Z/P_Z)/H＜0.62且0.5＜w1/h1＜1.5，S_Z为多个通道2的横截面积之和，P_Z为多个通道2的横截面的周长之和，H为换热管1的高度(换热管在图1中的方向Z的尺寸，Z方向也称为厚度方向)，w1为单个通道2的宽度，h1为通道2的高度。

根据本发明实施例的换热管1，通过将换热管1的参数设置为0.45＜(4S_Z/P_Z)/H＜0.62且0.5＜w1/h1＜1.5，可以充分利用制冷剂在通道2内的流速增加提高换热性能，同时制冷剂在换热管1内沿换热管长度方向(图1中的Y方向，也称为换热管和通道的纵向)的流动阻力不会过大，从而压降不会过大，从而实现了换热性能的最佳。

下面参考图4和图5描述根据本发明实施例的换热管的上述结构参数的设计对换热管1的换热性能的影响，以及如何通过结构参数的设计实现换热性的最佳化。

1、换热管内部的传热

换热管内部换热的换热系数是评价其换热能力优劣的重要参数。当制冷剂流经换热管内部的通道时，其换热系数为：

$x_i=\frac{q}{N.L.P.\mathrm{\Δt}}---\left(1\right)$

式(1)中，N为通道2的个数，L是通道2的长度，P为单个通道2的横横截面的周长，Δt为换热温差。

基于通道对流换热系数的努谢尔特数是反映制冷剂在通道内传热强弱的无量纲数：

$\mathrm{Nu}=\frac{x_i{D}_h}{{\mathrm{\λ}}_f}---\left(10\right)$

其中，λ_f为制冷剂的传热系数。

Nu与下列参数有关：相态(单相流、两相流和物性参数)、流速、流动形态(层流区、过渡流区、紊流区)、通道的横截面形状、距离进口处的长度、热边界条件、进口的形状(渐扩或突变)、进口处制冷剂的温度和速度等。

由上可以看出，通过简单的改变换热管结构可以影响换热管换热能力的参数主要是：通道的个数N，单个通道的横截面的周长P，单个通道的横截面形状，单个通道的横截面积S，单个通道的当量直径D_h(即，4S/P)等，而上述几个参数同时也与换热管内部的流动阻力相关。

2、制冷剂在换热管内部的流动

在换热器中，换热管段的换热能力和流通能力是影响整个换热器应用的主要组成部分。换热管段的压降主要包括三部分，

Δp_tot＝Δp_c+Δp_e+Δp

其中，Δp_c和Δp_e为换热管内通道的进口和出口局部压力损失，与通道的横截面形状有关；Δp为制冷剂在通道长度方向上的压力损失。

制冷剂在换热管内流动的沿程压力损失：

$\mathrm{\Δp}=f\·\frac{L}{D_h}\frac{1}{2}\mathrm{\ρ}{U}_m^2$

式中，ρ为制冷剂的密度，D_h和L是单个通道的当量直径和通道长度，U_m为制冷剂流动的平均流速。f为沿程阻力系数，它与制冷剂的粘度、流速、通道横截面积、以及通道周壁的粗糙度有关。

由此可以看出，通过改变换热管结构可以影响换热管流通能力的参数主要有：

单个通道的横截面积，单个通道的当量直径，单个通道的横截面形状等。

3、换热管结构参数的优化

(1)(4S_Z/P_Z)/H，其中S_Z为换热管内全部通道的横截面积之和，P_Z为全部通道的横截面的周长之和

相同的条件下，其(4S_Z/P_Z)越小，P_Z越大(即制冷剂与通道壁的接触面积越大)，换热能力越好，制冷剂侧流动阻力也越大(即压降增加)。制冷剂侧压降如果太高，也会导致***的能效比降低。对于不同的换热管高度H，优化的(4S_Z/P_Z)也不相同。

图4示出了换热管及通道的换热能力及流通能力的变化曲线，从图4可以看出：

随着(4S_Z/P_Z)/H的减小，换热能力(图4中实线所示)及流动阻力(压降)(图4中虚线所示)均开始增加；

(4S_Z/P_Z)/H减小到一个数值(约0.7)，换热能力的增加有一个比较明显的提升，同时流动阻力(压降)也开始迅速攀升；

(4S_Z/P_Z)/H减小到某个数值后(约0.4)，换热性能增加减缓并逐渐平稳，而流动阻力(压降)继续以较大的幅度上升。

因此，考虑到流动阻力(压降)不宜过大，且要充分利用流速增加而带来的换热性能提升，将(4S_Z/P_Z)/H设定在0.45＜(4S_Z/P_Z)/H＜0.62的范围内，从而实现换热性能最佳化。

(2)单个通道的横截面形状，即单个通道的宽高比；

换热管内部的每个通道为具有类矩形横截面形状，对于矩形通道，不同的宽高比，通道内的传热系数也不相同，且通道内的流动阻力系数也与通道的宽高比有关。通道的横截面形状不仅对通道内部的流动换热产生影响，并且对制冷剂在进出口段的流动都有一定的影响。

图5示出了换热器的通道参数在一定条件下变化过程中，换热性能随通道宽高比值变化的曲线：

随着w1/h1减小，换热器的换热能力(图5中实线所示)及流动阻力(压降)(图5中虚线所示)均开始增加；

w1/h1减小到一个数值(约1.7)，换热能力的增加有一个比较明显的加速，同时压降在w1/h1＝1.4时也开始逐渐加速攀升；

w1/h1减小到某个数值后(约0.4)，换热性能增加减缓并逐渐平稳，而压降继续以较大的幅度上升。

由此，将换热管的宽高比设定在0.5＜w1/h1＜1.5范围内，从而实现换热性能的最佳化。

综上分析，通过将换热管的结构参数设定为0.45＜(4S_Z/P_Z)/H＜0.62且0.5＜w1/h1＜1.5，可以实现换热性能的最佳化。

在本发明的一些实施例中，换热管1的宽度W可以设定在10-32毫米的范围内。换热管1的高度H可以设定在0.8-2.2毫米的范围内。

在本发明的一些具体示例中，换热管1在厚度方向上的上壁和下壁的厚度b设定在0.2-0.35毫米的范围内。优选地，上壁和下壁的厚度小于换热管1在宽度方向上的两侧壁的厚度c，由于组装到换热器上时，两侧壁露在外面，因此通过是两侧壁的厚度大于上壁和下壁的厚度，可以增加换热管的强度，避免侧壁受到损坏。

如图2所示，相邻两个通道之间由隔肋11间隔开，隔肋11的厚度s设定在0.22-0.6毫米的范围内。

如图2所示，换热管1具有长圆形的横截面形状。在换热管1具有长圆形横截面的情况下，在宽度方向上的最外侧两个通道2的横截面形状与中间的通道2的横截面形状不完全相同，而中间通道2的横截面形状可以相同。

然而，需要理解的是，本发明并不限于此。如图3所示，在本发明的一个可选实施例中，换热管1可以具有矩形的横截面形状。在此实施中，所有通道2的横截面形状可以全部相同。

下面参考图6描述根据本发明实施例的换热器。如图6所示，根据本发明一个实施例的换热器包括：第一集流管2，第二集流管3，换热管1和翅片4。

翅片3分别设置在相邻的换热管1之间。换热管1的两端分别与第一集流管2和第二集流管3相连以连通第一集流管2和第二集流管3，其中换热管1为根据本发明上述实施例描述的换热管。

根据本发明实施例的换热器，换热管1的换热性能实现了最佳化，因此整个换热器的换热性能最佳，提高了能效比。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种换热管，其特征在于，所述换热管具有扁平的横截面形状，所述换热管内限定有沿换热管宽度方向间隔开的多个通道，其中0.45＜(4S_Z/P_Z)/H＜0.62且0.5＜w1/h1＜1.5，S_Z为所述多个通道的横截面积之和，P_Z为所述多个通道的横截面的周长之和，H为换热管的高度，w1为单个通道的宽度，h1为通道的高度。

2.根据权利要求1所述的换热管，其特征在于，所述换热管的宽度W在10-32毫米的范围内。

3.根据权利要求1所述的换热管，其特征在于，所述换热管的高度H在0.8-2.2毫米的范围内。

4.根据权利要求1所述的换热管，其特征在于，所述换热管的厚度方向上的上壁和下壁的厚度b在0.2-0.35毫米的范围内。

5.根据权利要求4所述的换热管，其特征在于，所述上壁和下壁的厚度b小于所述换热管的宽度方向上的两侧壁的厚度c。

6.根据权利要求1所述的换热管，其特征在于，相邻两个通道之间由隔肋间隔开，且所述隔肋的厚度在0.22-0.6毫米的范围内。

7.根据权利要求1所述的换热管，其特征在于，所述换热管具有长圆形的横截面形状。

8.根据权利要求1所述的换热管，其特征在于，所述换热管具有矩形的横截面形状。

9.一种换热器，其特征在于，包括：

第一集流管；

第二集流管；

换热管，所述换热管的两端分别与第一和第二集流管相连以连通第一集流管和第二集流管，其中所述换热管为根据权利要求1-8中任一项所述的换热管；和

翅片，所述翅片分别设置在相邻的换热管之间。

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