[发明专利]紧凑型微通道换热器

说明书

技术领域：

本发明涉及一种工作流体与制冷工质间热能交换的紧凑型微通道换热器，特别涉及热泵热水器，热泵锅炉以及地热热泵中使用的冷凝器，气体冷却器或者蒸发器，属于传热·换热技术领域。

背景技术：

热泵热水器，热泵锅炉以及地热热泵中都离不开换热器，对换热器的性能，大小，质量以及成本都提出了很高的要求。对现有的上述产品，在性能和质量得以保证的条件下，如何使换热器做得更小，更轻，更低成本，成为技术攻关的重点。在换热能力一定的条件下，要使换热器紧凑化，意味着工作流体的强制对流传热系数要大大提高；换热器构成的材料既要强度高，还要导热性能好，适合加工工艺。

目前研究开发出用于热泵的微通道换热器，几乎都是用现成的扁平铝管加上制冷工制的进出口以及加上和制冷工制换热流体的进出口来实现的。如专利申请号200510012007.6，200810115272.0以及200510079932.0中阐述的用于热泵的微通道换热器，都是在扁平铝管的基础上提出的想法或者实物。专利申请号200510012007.6中提出的微通道换热器的结构为，多筒集流管和焊接在两个集流管间的换热扁管束，换热扁管束采用微通道结构，集流管采用至少两个流道的多筒结构，其特征在于多筒结构的集流管与换热扁管束焊接面采用挤压成形的整体平面结构。以上的结构在制冷工制通过的微通道和工作流体通过的翅片之间是钎焊结合，由此产生的传热热阻不可忽略。同时换热扁管受到加工工艺的限制，对设计上传热性能好的水力学直径的组合，会实现起来困难或者使成本大为提高。专利申请号200810115272.0中发明的微通道换热器以及专利申请号200510079932.0中发明的使用微通道管的蒸发器，和专利申请号200510012007.6中陈述的微通道换热器的区别在于换热扁管束是平行于地面还是垂直于地面这一整体结构，换热扁管束垂直于地面时，有利于冷凝水的疏导，减小在湿工况下翅片表面的换热热阻，有利于增强传热，提高冷冻循环过程的换热性能。可是微通道带状管和翅片之间的焊接热阻问题，微通道带状管中的微通道的任意水力学直径制造成本问题，依然存在。

上述专利申请号为代表的微通道换热器中的制冷工制为自然冷媒或者HFC冷媒，工作流体为空气。对于自然冷媒中CO2的微通道直径，专利申请号200510012007.6中给出的范围是0.7至1.2mm，专利申请号200810115272.0中给出的范围是0.3至3mm。由于目前还没有查到用于工作流体为液体，比如水的微通道换热器，因此对于工作流体为水和制冷工制换热的微通道换热器的液体侧的微通道直径需要研究来决定。

发明内容：

本发明的目的在于针对现有技术的不足，实现用于液体和制冷工制换热的微通道换热器，作为热泵热水器，热泵锅炉以及地热热泵中使用的冷凝器，气体冷却器或者蒸发器用，极大地提高单位体积换热器的换热能力，节省换热器使用材料，从而减小热泵热水器，热泵锅炉以及地热热泵的体积和重量。

本发明是这样实现的：紧凑型微通道换热器，包括壳体，在所述壳体上分别设置了高温流体进出口和低温流体的进出口，其特征在于：所述壳体上设置有若干复数通道上下层叠而成的微通道，所述微通道上单数层复数通道与所述高温流体进出口相通，其双数层复数通道与所述高温流体进出口相通。

在高温流体通道之间、低温流体通道之间以及高温流体通道与低温流体通道之间都有隔层。

本发明提出并实现的微通道换热器由加工了复数通道后的金属片叠层，然后通过原子扩散结合成为一个整体微通道结构。微通道的层数，每层微通道的列数以及微通道的水力学直径都可以根据传热，换热以及流动性能设计的结果，耐压强度，刚度的设计结果来决定。具体的结构陈述如下：加工了复数通道后的制冷工质侧金属片的上下，叠加没有任何通道的金属片，在没有任何通道的金属片上再叠加加工了复数通道后的工作流体侧金属片，这样依次叠加以后，就可以设计得到满足换热量的大小和工作流体压力损失限制条件的微通道换热器。不管是制冷工质侧的微通道尺寸还是工作流体侧的微通道尺寸以及没有任何通道的金属片的厚度，都可以实现传热，换热以及流动性能设计的设计参数，耐压强度，刚度的设计要求。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1.体积小，在同样换热能力的条件下，和正在使用中的套管式换热器相比，体积可以减小一百倍以上。

2.重量轻，在同样换热能力的条件下，和正在使用中的套管式换热器相比，重量可以减小到八分之一以下。

3.单位体积中的传热面积大于七百，达到了紧凑型换热器定义的指标。