專(zhuān)利名稱(chēng)：集成多回路微通道換熱器的制作方法
集成多回路微通道換熱器相關(guān)申請(qǐng)
本申請(qǐng)要求2008年7月15日申請(qǐng)的美國(guó)臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)?1/080780的優(yōu)先權(quán)。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，已有許多關(guān)注和設(shè)計(jì)嘗試集中在制冷劑系統(tǒng)的換熱器(特別是冷凝器、氣 體冷卻器及蒸發(fā)器)的高效運(yùn)轉(zhuǎn)上。換熱器技術(shù)中的一個(gè)相對(duì)近期的進(jìn)步是研發(fā)和應(yīng)用平 行流，或所謂微通道或小通道換熱器(遍及本文中，這兩個(gè)術(shù)語(yǔ)將可互換地使用)作為冷凝 器、氣體冷卻器及蒸發(fā)器。這些換熱器設(shè)置有多個(gè)平行換熱管道，通常是非圓形的，制冷劑分布在其中并以 平行的方式流動(dòng)。換熱管道的取向大致基本垂直于與換熱管道流體連通的入口、中間和出 口歧管中的制冷劑流動(dòng)方向。換熱管道通常具有多通道構(gòu)造，制冷劑以平行方式分布在這 些多通道內(nèi)。傳熱翅片可夾置并剛性附接到換熱管道。采用這種通常具有鋁爐銅焊構(gòu)造的 平行流換熱器的主要原因涉及其卓越的性能、高度緊湊性、結(jié)構(gòu)剛性、低重量、低制冷劑裝 量及改善的抗腐蝕性。有時(shí)，可能需要在制冷劑系統(tǒng)中在單個(gè)換熱器芯和構(gòu)造中具有多個(gè)不同的制冷劑 回路。作為一個(gè)例子，可設(shè)置具有兩個(gè)完全分開(kāi)的具有分離的壓縮機(jī)和換熱器等的制冷劑 獨(dú)立回路的雙回路制冷劑系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)容量控制并提高效率。在其它應(yīng)用中，可能需要使整 個(gè)制冷劑流只通過(guò)換熱器的一部分，同時(shí)利用整個(gè)換熱器正面區(qū)域。另外，可能需要采用通 過(guò)換熱器芯的單制冷劑回路的多個(gè)獨(dú)立的制冷劑路線，以提高換熱器有效性。迄今為止，至少在采用微通道換熱器時(shí)，利用換熱器整個(gè)正面或剖面區(qū)域的多個(gè) 不同制冷劑回路的這種措施需要不同的換熱器。更傳統(tǒng)的換熱器，例如圓管和板翅換熱器， 可被形成為利用換熱器整個(gè)正面區(qū)域的多回路纏繞構(gòu)造，但是，微通道換熱器不容易被制 成包括這種多回路構(gòu)造。

發(fā)明內(nèi)容
一種微通道換熱器包括通向多個(gè)分離的微通道管簇(bank)內(nèi)的兩個(gè)分離的歧管。 在實(shí)施例中，分離的管簇沿第一方向相互平行地延伸通過(guò)換熱區(qū)域的一個(gè)維度。來(lái)自至少 兩個(gè)歧管的簇沿垂直于第一方向的第二方向散布。本發(fā)明的這些和其它特征可從以下說(shuō)明和附圖中得到最佳理解，以下是簡(jiǎn)要說(shuō)明。


圖IA是本發(fā)明換熱器的3D視圖。圖IB示出可采用本發(fā)明換熱器的第一示意圖。圖IC示出可采用本發(fā)明換熱器的第二示意圖。圖2示出圖IA換熱器的放大的歧管剖面。
圖3是圖2的端視圖。圖4A示出本發(fā)明換熱器的歧管剖面的細(xì)節(jié)。圖4B示出本發(fā)明換熱器的備選特征。圖5是換熱管道的剖視圖。圖6A示出本發(fā)明換熱器的另一實(shí)施例的3D視圖。圖6B是圖6A實(shí)施例的端視圖。圖6C示出圖6A換熱器的放大的歧管剖面。圖7A示出本發(fā)明換熱器的另一實(shí)施例的3D視圖。圖7B是圖7A實(shí)施例的端視圖。圖7C示出圖7A換熱器的放大的歧管剖面。
具體實(shí)施例方式圖1示出具有換熱器正面或剖面表面區(qū)域21的微通道換熱器20。入口管對(duì)將 制冷劑供應(yīng)到第一入口歧管22，入口管觀將制冷劑供應(yīng)到第二入口歧管26。兩個(gè)入口管 24和觀可連接到完全分離的獨(dú)立的制冷劑回路，或可連接到單個(gè)制冷劑回路的共同的制 冷劑源。出口歧管30和32通向出口管四和31，將制冷劑向下游分別傳輸?shù)姜?dú)立的多個(gè) 制冷劑回路或傳輸?shù)絾蝹€(gè)制冷劑回路。盡管在全文中以制冷劑和制冷劑系統(tǒng)為參照，但是， 任何合適的傳熱流體(例如水、乙二醇、丙二醇或油)以及相關(guān)聯(lián)的系統(tǒng)都可被代替使用。另 外，盡管本發(fā)明的微通道換熱器示意性地示出為單通程(pass )構(gòu)造(見(jiàn)例如圖IA)，但也可 通過(guò)類(lèi)似的方式實(shí)施任意數(shù)量的通程，并且所有這種多通程微通道換熱器(見(jiàn)圖4B)都在本 發(fā)明的范圍內(nèi)。當(dāng)入口管M和觀及出口管四和31將制冷劑傳輸?shù)街评鋭┫到y(tǒng)的分離的獨(dú)立制 冷劑回路時(shí)，由于在與換熱外表面上流動(dòng)的空氣的傳熱相互作用中利用了整個(gè)前表面區(qū)域 21，同時(shí)只運(yùn)行其中一個(gè)制冷劑回路，從而在部分負(fù)載運(yùn)行時(shí)實(shí)現(xiàn)了容量控制和效率提高。 當(dāng)入口管M和觀及出口管四和31將制冷劑傳輸?shù)街评鋭┫到y(tǒng)的單個(gè)制冷劑回路時(shí)，在 一定條件下，可能需要使制冷劑只流動(dòng)通過(guò)換熱器20的一部分，同時(shí)為了性能更好仍利用 整個(gè)換熱前區(qū)域21。這種條件可因?yàn)槔珙^壓控制或保持使油在整個(gè)制冷劑系統(tǒng)中正確循 環(huán)并回到壓縮機(jī)中的最小制冷劑速度這樣的目的而產(chǎn)生。另外，可能需要采用通過(guò)換熱器 芯的單個(gè)制冷劑回路的多個(gè)獨(dú)立制冷劑路線，以改善制冷劑分布和換熱器有效性。如已知 的，制冷劑分布對(duì)于兩相制冷劑流(例如進(jìn)入蒸發(fā)器的制冷劑流)尤其重要。圖IB示出基本示例的可利用本發(fā)明的換熱器20的多回路制冷劑系統(tǒng)。在該多回 路制冷劑系統(tǒng)中，有兩個(gè)完全分離的獨(dú)立制冷劑回路300和301，每個(gè)包括其自身的膨脹設(shè) 備302，分離的蒸發(fā)器換熱器304和308，以及分離的壓縮機(jī)306?？衫斫猓瑢?duì)于兩個(gè)回路，制 冷劑都被引導(dǎo)通過(guò)單個(gè)換熱器20。圖IB非常簡(jiǎn)化，通過(guò)換熱器20的流可從圖IA的視圖中 得到更好的理解。但是，顯然該系統(tǒng)構(gòu)造能提供多制冷劑回路，同時(shí)在完全利用前區(qū)域21 的情況下仍只需要單個(gè)換熱器20，尤其對(duì)于只有其中一些制冷劑回路可運(yùn)轉(zhuǎn)的部分負(fù)載條 件。該系統(tǒng)可為熱泵或空調(diào)，換熱器20可為室內(nèi)換熱器或室外換熱器。另外，如果提供適 當(dāng)?shù)闹评鋭┚€路，則換熱器20可用于其它應(yīng)用，例如作為一個(gè)示例用于再加熱功能。圖IC示出本發(fā)明換熱器20的另一個(gè)應(yīng)用。在該應(yīng)用中，單個(gè)制冷劑管線401通向分支的制冷劑管線402和404，連接到與本發(fā)明換熱器20相關(guān)聯(lián)的制冷劑歧管。制冷劑 流控制設(shè)備，如閥406，控制制冷劑流到分支制冷劑管線402和404，然后到換熱器20。以這 種方式，經(jīng)過(guò)換熱器20的制冷劑總?cè)莘e、制冷劑速度以及用于換熱器20的傳熱區(qū)域可得到 控制。提供這種控制的各種原因在本領(lǐng)域是已知的，但利用在單個(gè)換熱器結(jié)構(gòu)內(nèi)提供纏繞 的制冷劑回路的微通道換熱器是創(chuàng)造性的。圖2示出入口歧管22和沈的細(xì)節(jié)。出口歧管30和32被以類(lèi)似的方式構(gòu)造和連 接到換熱器芯?？衫斫猓瑏?lái)自每個(gè)歧管22和沈的連接管道33備選地通向沿第一方向垂直 于前換熱表面區(qū)域21的平面延伸的分離的獨(dú)立換熱管簇34。每個(gè)歧管具有連接到多個(gè)制 冷劑換熱管道34的多個(gè)連接管道33。從圖中可理解，連接到兩個(gè)歧管22和沈的換熱管 簇34沿大致垂直于第一方向的第二方向沿歧管軸線具有交替模式。例如，在一些應(yīng)用中， 第一方向是水平方向而第二方向是豎直方向，在其它應(yīng)用中，第一方向是豎直方向而第二 方向是水平方向。圖3示出換熱器20的端視圖及其通向連接管道33的歧管22和26。值得注意的 是，盡管歧管被示出為大致豎直地延伸，而換熱器管簇大致水平地延伸，該歧管也可大致水 平地延伸，而換熱器管簇大致豎直地延伸。換熱器20通常包括外部傳熱翅片，類(lèi)似于標(biāo)準(zhǔn)微通道換熱器構(gòu)造，但為了簡(jiǎn)化對(duì) 附圖的理解而將其省略。圖4A示出通向入口歧管沈內(nèi)、連接管道33內(nèi)和換熱管簇34內(nèi)的入口管觀的細(xì) 節(jié)。如已知的，用于微通道換熱器的換熱管道34通常具有由分隔壁101分開(kāi)的多個(gè)平行的 制冷劑通道100，如圖5中所示。平行制冷劑通道100每個(gè)優(yōu)選地具有小于5 mm，可能小于 3 mm的液力直徑。注意，術(shù)語(yǔ)“液力直徑”不暗示該通道的剖面是圓形。圖4B示出備選的換熱器通程布置200。這是多通程換熱器構(gòu)造，其中歧管22和 30實(shí)際被再分成多個(gè)歧管室，并分別包含入口和出口歧管室205和206以及中間歧管室 207和208。作為例子，制冷劑流動(dòng)通過(guò)從歧管22的入口歧管室205朝歧管30的中間歧管 室207延伸的換熱管簇34，然后倒轉(zhuǎn)流動(dòng)方向通過(guò)另一個(gè)換熱管簇201以到達(dá)歧管22的 中間歧管室208，然后再次倒轉(zhuǎn)方向以流動(dòng)通過(guò)又一個(gè)換熱管簇202以到達(dá)歧管30的出口 室206。分割板204將每個(gè)歧管22和30分別再分成歧管室205和208以及歧管室207和 208。在本實(shí)施例內(nèi)，另一制冷劑回路的換熱器管簇可與換熱管簇34、201和202纏繞。圖 4B是非常簡(jiǎn)化的視圖?？衫斫猓诒緦?shí)施例中通常會(huì)利用從歧管22和30橫向延伸的連接 制冷劑管道33，但為簡(jiǎn)化起見(jiàn)在圖4B中省略。 圖6A和6B示出另一實(shí)施例75，其中入口歧管82具有三個(gè)相鄰的連接管道84，因 而有三個(gè)相鄰換熱管道，并且出口歧管80只有兩個(gè)相鄰的連接管道86，因而只有兩個(gè)相鄰 的換熱管道。如前，該交替的模式沿歧管軸線重復(fù)自身。以這種方式，可控制連接到每個(gè)入 口歧管的換熱器部分的相對(duì)尺寸。當(dāng)然，也可采用3:2之外的比。例如當(dāng)制冷劑回路以及 相關(guān)聯(lián)的壓縮系統(tǒng)具有不同尺寸和容量從而允許不同階段的容量調(diào)制和卸載時(shí)，這種不等 的回路分割可變得有利。應(yīng)該理解，也可代之以使用通向相鄰換熱管道的單個(gè)大直徑的連 接制冷劑管道84或86。 圖6C是示出歧管結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)的透視3D視圖。本發(fā)明系統(tǒng)的能力是顯然的，因其通 過(guò)采用各種尺寸的不同數(shù)量的換熱管簇而在容量調(diào)制上提供高度靈活性的控制。很明顯，制冷劑將流到每個(gè)歧管80和82內(nèi)，流到各自連接制冷劑管道86和84內(nèi)，然后流到相關(guān)聯(lián) 的換熱管簇內(nèi)。該實(shí)施例可利用如圖4B所示的多通程備選構(gòu)造，或可用于單通程構(gòu)造中。圖7A和圖7B示出本發(fā)明構(gòu)思的能力和靈活性，其中實(shí)施例90具有帶相關(guān)聯(lián)連接 制冷劑管道94的入口歧管92、帶相關(guān)聯(lián)連接制冷劑管道98的入口歧管96、帶相關(guān)聯(lián)連接 制冷劑管道112的入口歧管110以及帶相關(guān)聯(lián)連接制冷劑管道116的入口歧管114?？刹?用多于四個(gè)流動(dòng)通過(guò)換熱器90的獨(dú)立制冷劑回路。圖7C是示出圖7A的歧管布置的細(xì)節(jié)的透視3D視圖?？蓪㈩~外的歧管配合到換 熱器結(jié)構(gòu)周?chē)目捎每臻g中，如圖7C所示。如圖所示，入口歧管96和114位于芯傳熱區(qū)域 21的一側(cè)上，而歧管92和110位于芯傳熱區(qū)域21的相對(duì)側(cè)上。如前，流動(dòng)通過(guò)幾個(gè)入口歧 管的制冷劑流入各自的連接制冷劑管道中，并流入各自換熱管簇中。再次，如圖4B所示的 多通程構(gòu)造也可用在該實(shí)施例中。連接制冷劑管道33可具有不同的剖面區(qū)域，包括(但不限于)圓形、卵形、矩形和方 形剖面。所有這些連接制冷劑管道構(gòu)造均在本發(fā)明的范圍內(nèi)。另外，在一些設(shè)計(jì)布置中，當(dāng) 換熱管道34以交替方式彎曲使其直接配合到不同的入口和出口歧管(如示出本發(fā)明的多 個(gè)附圖所體現(xiàn)的那樣定位)時(shí)，可不需要連接制冷劑管道33。這種設(shè)計(jì)布置盡管可行，但從 可制造性和可靠性角度看可能并不是期望的。最后，根據(jù)換熱器芯內(nèi)的制冷劑通程布置，入 口和出口歧管可位于換熱器芯21的相同端。本發(fā)明的換熱器可用在所有類(lèi)型的制冷劑系統(tǒng)內(nèi)，例如空調(diào)系統(tǒng)、制冷系統(tǒng)和熱 泵系統(tǒng)，以及用在其它輔助系統(tǒng)內(nèi)，例如水冷卻或加熱系統(tǒng)、工藝氣體/空氣冷卻或加熱系 統(tǒng)以及油冷卻或加熱系統(tǒng)。另外，本發(fā)明的換熱器可在商用和住宅空調(diào)和熱泵系統(tǒng)、海運(yùn)集 裝箱單元、制冷貨車(chē)一拖車(chē)單元、售賣(mài)機(jī)(merchandiser)、瓶裝飲料冷卻機(jī)、超市制冷系統(tǒng) 等中用作蒸發(fā)器、冷凝器、氣體冷卻器、再熱換熱器或任何其它換熱器
盡管已公開(kāi)了本發(fā)明的實(shí)施例，但本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可認(rèn)識(shí)到在本發(fā)明的范圍內(nèi)可 進(jìn)行一定的修改。為此，應(yīng)研究所附權(quán)利要求來(lái)確定本發(fā)明的真實(shí)范圍和內(nèi)容。
權(quán)利要求
1.一種微通道換熱器，包括至少兩個(gè)歧管，所述至少兩個(gè)歧管與第一和第二多個(gè)換熱管道的各自一個(gè)連通；以及 所述第一和第二多個(gè)換熱管道在單個(gè)換熱器芯內(nèi)提供微通道換熱器。
2.如權(quán)利要求1所述的微通道換熱器，其中，所述微通道換熱器具有傳熱表面區(qū)域，所 述至少兩個(gè)歧管每個(gè)連通到所述第一和第二多個(gè)傳熱管道中的獨(dú)立一個(gè)，所述傳熱管道沿 第一方向延伸通過(guò)所述傳熱表面區(qū)域，所述第一和第二多個(gè)傳熱管道大致相互平行，所述 傳熱區(qū)域具有大致垂直于所述第一方向的第二方向，來(lái)自所述第一和第二多個(gè)管道的換熱 管道沿所述第二方向相互纏繞。
3.如權(quán)利要求2所述的微通道換熱器，其中，所述至少兩個(gè)歧管在所述傳熱表面區(qū)域 的相對(duì)側(cè)上隔開(kāi)。
4.如權(quán)利要求1所述的微通道換熱器，其中，所述至少兩個(gè)歧管通過(guò)連接制冷劑管道 連接到所述多個(gè)傳熱管道，所述連接制冷劑管道在垂直于所述傳熱表面區(qū)域的平面中從待 連接的所述至少兩個(gè)歧管延伸到所述換熱管道。
5.如權(quán)利要求1所述的微通道換熱器，其中，有至少四個(gè)所述歧管，每個(gè)所述歧管與獨(dú) 立的換熱管道連通。
6.如權(quán)利要求5所述的微通道換熱器，其中，所述至少四個(gè)歧管中的至少一個(gè)位于所 述傳熱表面區(qū)域的兩個(gè)橫側(cè)的每個(gè)上。
7.如權(quán)利要求1所述的微通道換熱器，其中，所述至少兩個(gè)歧管是入口歧管和出口歧管之一。
8.如權(quán)利要求1所述的微通道換熱器，其中，所述多個(gè)傳熱管道的每一個(gè)具有延伸到 所述傳熱區(qū)域的平面內(nèi)的多個(gè)獨(dú)立的制冷劑通道，并且其中，所述換熱管道的所述多個(gè)制 冷劑通道具有小于5 mm的液力直徑，優(yōu)選地小于3 mm。
9.如權(quán)利要求1所述的微通道換熱器，其中，所述連接制冷劑管道的每一個(gè)連接到幾 個(gè)傳熱管道。
10.如權(quán)利要求1所述的微通道換熱器，其中，所述換熱管道彎曲或成形為配合到所述 至少兩個(gè)歧管內(nèi)。
11.如權(quán)利要求1所述的微通道換熱器，其中，所述第一和第二多個(gè)換熱管道包括多個(gè) 不同數(shù)量的換熱管道。
12.如權(quán)利要求1所述的微通道換熱器，其中，從入口歧管到出口歧管有單個(gè)制冷劑通程。
13.如權(quán)利要求1所述的微通道換熱器，其中，入口歧管和出口歧管之間有多個(gè)通程， 所述入口歧管和出口歧管的每一個(gè)被再分以提供中間歧管室。
14.如權(quán)利要求1所述的微通道換熱器，其中，所述至少兩個(gè)歧管被連接到制冷劑系統(tǒng) 的分離的獨(dú)立制冷劑回路。
15.如權(quán)利要求1所述的微通道換熱器，其中，所述至少兩個(gè)歧管被連接到制冷劑系統(tǒng) 的單個(gè)制冷劑回路。
全文摘要
一種微通道換熱器具有至少兩個(gè)歧管，所述至少兩個(gè)歧管與第一和第二多個(gè)換熱管簇的各自一個(gè)連通。所述第一和第二多個(gè)換熱管簇在單個(gè)微通道換熱器芯內(nèi)纏繞。
文檔編號(hào)F28F9/02GK102099651SQ200980127426
公開(kāi)日2011年6月15日 申請(qǐng)日期2009年7月7日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月15日
發(fā)明者A·C·柯克伍德, A·利夫森, M·F·塔拉斯 申請(qǐng)人:開(kāi)利公司