CN101023316A - 热交换器及流体贮存器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种改进型流体贮存器(100)，该流体贮存器设计为在提供高效热交换的同时确保实现较少或无死区或未经过区。代表性的流体贮存器可以具有蛇形流动通道(102)，选择所述流动通道的横截面使得流体流动经过整个横截面区，同时还减少或消除死区。所述流体贮存器(100)可以由两个聚合物材料的片材模制，所述两个片材连接在一起以形成流体贮存器(100)。作为选择，流体贮存器(100)可以由柔性聚合物材料构成，所述柔性聚合物材料沿着接缝(118)结合以划分流道(102)。流体贮存器(100)可以位于过滤系统的上游或下游，以提供过滤的冷却水。流体贮存器(100)可以与诸如冷冻器等设备相关联。本发明还公开了制造流体贮存器(100)的方法。

Description

热交换器及流体贮存器

相关申请

本申请是如下美国临时专利申请的部分继续申请并且根据35U.S.C.§119(e)要求其优先权，所述专利申请是：2004年7月28日提交的名称为“HEAT EXCHANGER AND LIQUID RESERVOIR(热交换器及液体贮存器)”的专利申请No.60/591646、2004年8月27日提交的名称为“HEAT EXCHANGER AND LIQUIDRESERVOIR(热交换器及液体贮存器)”的专利申请No.60/604952、以及2004年12月9日提交的名称为“HEAT EXCHANGER ANDLIQUID RESERVOIR(热交换器及液体贮存器)”的专利申请No.60/634621，上述三件专利申请的内容在与本发明一致的范围内通过引用的方式并入本文。

背景技术

本发明总的来说涉及流体贮存器领域，更具体地说，本发明涉及在具有供水系统的设备中使用流体贮存器。本发明的流体贮存器可以提供先进先出式流动方式，该方式提供有益的性能特性，例如防止滞流并且改善热传递以提供冷却水。

对于贮水器与诸如冷冻器等设备之间的相互作用，存在大量设计上的折衷。这种折衷包括(但是不限于)流体贮存器在设备内的放置、避免流体贮存器内水的污染、流体贮存器的流体容量以及热交换部件的效率等，这些因素在流体贮存器的设计中需要进行权衡。在将水或其它流体的贮存器置于诸如冷冻器等设备中的设计准则中，通常期望尽可能在设备内占据最小的存储空间。

例如，现有的供水系统设计已经利用罐式流体贮存器和盘管式流体贮存器。现有公知的罐式流体贮存器的一个缺陷在于产生大量流动很小或者不流动的未经过区(un-swept volume)或“死”区。这些死区可能导致滞流条件，而滞流条件可以导致变味液体和/或液体的微生物污染。现有盘管式罐的一个公知的缺陷在于，由于当安装在某些构造中时只有罐表面的一小部分可以进行热交换，因此它们可能具有相当差的热交换效率。盘管式流体贮存器还可能难以制造，需要大量聚合物或其它材料进行制造，并且因为流体与较大的表面区域接触(这与现有公知的盘管式流体贮存器材料相关)而可能会导致水的口感较差。

发明内容

本发明的改进型流体贮存器包括消除低流动条件的结构，从而在流体贮存器内具有较少的或没有未经过区或死区。另外，本发明的改进型流体贮存器可以确保相当高效的热交换，从而提供令人期望的冷却水产品用于使用和消耗。在一些目前有限的代表性实施例中，改进型流体贮存器可以包括蛇形流体流动通道，该流体流动通道的横截面构造成流动通道内的流体流动经过流动通道的整个横截面区，而在流动通道中不存在大量死区或未经过区。流动通道的横截面形状可以构造成具有比公知的现有盘管式贮存器更大的热传递面，通过将改进型流体贮存器置于冷却环境附近，例如置于冷冻器中的冷藏室或冷冻室内或附近，这允许冷却流体。

在某些代表性实施例中，如下面所述，改进型流体贮存器可以例如由两个模制聚合物材料的片材可操作地组装，所述两个片材可操作地连接以形成流体贮存器。在其它代表性实施例中，流体贮存器可以例如由柔性聚合物材料可操作地组装，所述柔性聚合物材料沿着接缝结合，以形成流道。在某些代表性实施例中，改进型流体贮存器可以包括非刚性设计，其中可以不形成流道或流动通道的轮廓，直到流体流动使柔性聚合物沿着流道变形。在其它代表性实施例中，流体贮存器可以例如通过使用本领域公知的吹塑技术等方法可操作地组装。流体贮存器可以与过滤系统连接，以提供过滤的冷却液体。流体贮存器和/或过滤系统可以与诸如冷冻器等设备相关联。

在一方面，本发明的流体贮存器可以具有薄的外形，以方便沿着设备的壁/底板/顶板和/或框放置，或置于设备的壁/底板/顶板和/或框内。该薄的外形与实现非常良好的热交换特性以及较少或无死区的流动是一致的。流体贮存器可以设置为与冷却室热接触。由于热接触，从流体贮存器传递的液体可以得到冷却，并且该构造确保获得良好的冷却效率。本发明的流体贮存器设计结合了盘管式流体贮存器与罐式流体贮存器的一些优点，同时消除很多与盘管式流体贮存器和罐式流体贮存器相关的缺陷。

在另一方面，本发明的流体贮存器可以设计并制造为通过流体贮存器实现令人期望的流动特性，从而确保实现具有较少死区或无死区的完全经过区，同时具有比管式罐等更大的流动面积，本领域的技术人员将理解这一点。更具体地，本发明的代表性流体贮存器可以制造成具有令人期望的横截面构造，其中流体贮存器的管道在大约0.50加仑/分钟的流速下具有在大约800至大约2500范围内的雷诺数；在其它代表性实施例中，流体贮存器在大约0.50加仑/分钟的流速下具有在大约1000至大约2000范围内的雷诺数；在其它代表性实施例中，流体贮存器在大约0.50加仑/分钟的流速下具有在大约1300至大约1900范围内的雷诺数。

一般来说，本发明流体贮存器的目前优选的代表性实施例包括入口、出口以及连接所述入口和出口的长形通道。在一些目前设计的代表性实施例中，所述长形通道具有蛇形形状，以便于紧凑地构造所述长形通道。所述通道的长形形状和相应长度基本上为所述通道的横截面直径的很多倍，从而确保期望的流体存储容积，同时实现在先进先出流动方式中具有较少死区或无死区。

在某些代表性实施例中，通道可以例如由两个特定形状(contoured)的片材可操作地组装，所述两个片材通过本领域公知的合适的方法可操作地连接在一起。所述特定形状的片材可以例如由保持轮廓形状的基本刚性的材料(例如，塑料)可操作地形成，以形成具有所选择形状的流道。所述片材之间的接缝隔开通道的相邻部分。在某些代表性实施例中，一个片材可以包括基本平坦的表面，其中基本平面的片材与特定形状的片材可以可操作地连接，以形成所述流动通道。在其它目前设计的代表性实施例中，流体贮存器的顶面和/或底面可以由柔性材料可操作地形成，例如由柔性聚合物或能够实现所需功能的其它弹性材料形成，本领域的技术人员将理解这一点。在这些柔性代表性实施例中，所述流道的形状可以由所述流道内的流体压力产生。一般来说，目前优选的是，流道内存在流体时的流道构造为大致圆形，一些扭曲靠近接缝，但是如果需要的话，流道的壁的厚度可以沿着流道的横截面径向变化，使得在暴露于流体压力时，流道的构造膨胀为不同的形状。

在基于特定形状刚性材料的一些目前优选的代表性实施例中，本发明的流体贮存器可以具有基本平面的膨胀，目前优选的是，所膨胀厚度不超过经过流体贮存器的基本平坦表面的最长边-边距离的大约10％，在其它代表性实施例中，膨胀厚度不超过所述最长边-边距离的大约5％，在其它代表性实施例中，膨胀厚度在所述最长边-边距离的大约0.2％至3％之间。如果两个表面都具有特定形状，那么具有最大面积的表面的平面突出部分可以用于评价经过该表面的距离。目前优选的是，所述长形通道的长度通常为经过所述平坦表面的最长边-边距离的至少三倍。下面将描述关于刚性材料的通道的合适的横截面特性的更多细节。

对于基于柔性聚合物的一些目前设计的代表性实施例，流体贮存器的形状可以在流体贮存器中存在流体压力的膨胀形式中类似地进行评价。在膨胀形式中，流体贮存器通常将具有与本文所述的特定形状的刚性材料构成的流体贮存器相当的尺寸。虽然柔性材料可以稍微具有弹性，使得形状可以根据压力而变化，但是形状上的差异在标准居民用水压力的范围内通常不显著。为了评价本文所述柔性流体贮存器的形状和特性，对流体贮存器的流道施加压力，该压力提供大约0.50加仑/分钟的流体流速。用于提供期望流动特性的合适尺寸得到描述。另外，为了安装在期望的位置中，倘若流道不堵塞，柔性流体贮存器可以弯曲。然而，需要注意的是，出于方便和确定的目的，流体贮存器的尺寸和其它特性在平面构造中进行评价。

在一些目前设计的代表性实施例中，本发明的流体贮存器可以与合适的分配装置可操作地相互作用。一般来说，分配装置的操作可以由需要期望数量的流体例如水的用户来启动。在一些目前设计的代表性实施例中，水可以通过设备的门例如冷冻器门中的分配装置进行分配。在某些可选的代表性实施例中，分配装置可以位于设备内部，例如位于冷冻器的冷藏室的内部，例如，如Meuleners等人的名称为“WATER FILTER AND DISPENSER ASSEMBLY(水过滤和分配装置)”的共同未决的美国临时专利申请No.60/537781中所述，该专利申请的内容在与本发明一致的范围内通过引用的方式并入本文。本发明的流体贮存器在设备内的位置和取向可以在安装过程中进行实际考虑，并且有效地排空在与流体供应装置相连之前可能包含在流体过滤系统和/或流体贮存器本身中的空气。本发明的流体贮存器的流动通道横截面可以选择为小至足以允许空气由于流体的表面张力而排出流动通道，而不管流体贮存器取向如何。

在另一方面，本发明的代表性流体贮存器可以与过滤系统相连。例如，进入室内或其它结构的来自城市水供应系统、井或其它水源的水可以在分配给用户之前进行过滤。一般来说，流体贮存器可以可操作地置于过滤系统的上游或下游。如果置于上游，流体贮存器将包含带有水/液体供应系统中的杀菌剂例如氯的水或其它流体，但是这些药剂可以在分配之前通过后面的过滤从液体中去除。因此，可以在用户使用和/或消耗之前，抑止微生物诸如细菌或真菌等的增殖。在过滤系统的上游具有水流体贮存器的代表性过滤系统的实例在如下专利申请中得到进一步描述，所述专利申请是：2003年5月23日提交的Fritze等人的名称为“WATER FILTER ASSEMBLY(水过滤装置)”的共同未决的美国专利申请No.10/445372，其要求2002年5月23日提交的美国临时专利申请60/383187的优先权，上述专利申请的内容在与本发明一致的范围内通过引用的方式并入本文。当流体贮存器置于过滤系统的上游并且流体贮存器位于两个阀之间时，流体贮存器可以经受恒定或断续的室内管线压力。

当本发明的流体贮存器位于水过滤系统的下游时，可以实现关于过滤系统的放置提供相对更高灵活性和通用性的可选的代表性构造。在一些目前设计的代表性实施例中，水过滤系统可以位于冷冻单元的外部，使得由于过滤系统内(更具体地，过滤元件本身内部)的完全或部分液体冷冻而导致水流堵塞的危险如果不是完全消除，也是有效地消除。在这些代表性实施例中，如果位于两个阀之间，流体贮存器可以经受断续的流体管线压力，或者流体贮存器可以通过暴露于连通大气的敞开管线而总是位于比管线压力更低的压力下，例如，如2004年9月23日提交的Fritze等人的名称为“Reduced Pressure WaterFiltration System(降低压力的水过滤装置)”的共同未决的美国专利公开No.2005/0103721A1中所描述的，该专利申请要求2003年9月23日提交的美国临时专利申请60/505152的优先权，上述专利申请的内容在与本发明一致的范围内通过引用的方式并入本文。

附图说明

图1是根据本发明的一种可行的示意性流体贮存器的透视图，其具有蛇形流动通道，该通道的横截面积大于入口和出口的横截面积。

图2是图1所示代表性流体贮存器的端视图。

图3是图1所示代表性流体贮存器的顶视图。

图4是图1所示代表性流体贮存器沿着图3所示的线4-4截取的剖视图。

图5是图1所示代表性流体贮存器在图4所示的末端5处的放大图。

图6是流体贮存器的一种可行的代表性实施例的底部透视图，其具有蛇形流动通道，该通道的横截面积大于入口和出口的横截面积。

图7是图6所示代表性流体贮存器的顶部透视图。

图8是图6所示代表性流体贮存器的侧视图。

图9是图6所示代表性流体贮存器的侧视图，示出入口和出口。

图10是流体贮存器的一种可行的代表性实施例的顶视图，其具有蛇形流动通道，该通道的横截面积等于入口和出口的横截面积。

图11是图10所示代表性流体贮存器的底视图。

图12是图10所示代表性流体贮存器的侧视图。

图13是流体贮存器的一种可行的代表性实施例的底视图，其蛇形流动通道、入口和出口具有恒定的横截面积。

图14是图13所示代表性流体贮存器的顶视图。

图15是图13所示代表性流体贮存器的侧视图。

图16是流体贮存器的一种可行的代表性实施例的分解透视图，其具有与入口和出口一体的管道配件。

图17是图16所示代表性流体贮存器的入口和出口的放大分解透视图。

图18是柔性流体贮存器的一种可行的代表性实施例的底视图，其具有蛇形流动通道，该通道的横截面积等于入口和出口的横截面积。

图19是图18所示代表性柔性流体贮存器的入口和出口的放大底视图。

图20是柔性流体贮存器的一种可行的代表性实施例的底视图，其具有一体的入口和一体的出口，该入口和出口定向为与柔性流体贮存器的平面基本上垂直。

图21是图20所示代表性流体贮存器的底视图。

图22是可行的代表性流道的剖视图，其与刚性流体贮存器或柔性流体贮存器的代表性实施例一起使用。

图23是可行的代表性流道的剖视图，其与刚性流体贮存器或柔性流体贮存器的代表性实施例一起使用。

图24是可行的代表性流道的剖视图，其与刚性流体贮存器或柔性流体贮存器的代表性实施例一起使用。

图25是可行的代表性流道的剖视图，其与刚性流体贮存器或柔性流体贮存器的代表性实施例一起使用。

图26是适合用于家用流体流动应用场合的可行的代表性流道直径的雷诺数曲线图。

具体实施方式

本文所述的改进型流体贮存器结合了盘管式流体贮存器和罐式流体贮存器的特征，从而在表现出各种类型流体贮存器的更少缺陷的同时，实现两种类型流体贮存器的令人期望的特征。理想的新式改进型处理方法应用让这些以前在商业上不实用的流体贮存器可以大规模地商业应用。在一些目前优选的代表性实施例中，流体贮存器设计为具有这样的流动，该流动提供先进先出式流动而不存在可能导致变味液体的低流动区或死区。同时，一些目前优选的流体贮存器的代表性实施例可以具有比常规盘管更大的流动通道横截面，从而利用更少的材料并且对于给定的罐容积具有更小的压降。在某些代表性实施例中，流体贮存器为单体式结构的形式，其中曲形流道和相邻的流道通过接缝等隔开。单体式结构可以通过模压工序形成，或者通过将两个或更多个片材连接在一起而形成。改进型流体贮存器可以包含在过滤系统和/或诸如冷冻器等设备中，以供应冷却水。

在某些代表性实施例中，本文所述的流体贮存器包括单体聚合物结构，该结构具有两个口以及位于这两个口之间的流动通道。流动通道可以形成迂回通道。形成于聚合物结构内部的接缝可以建立流动通道的相邻部分之间的边界。在某些代表性实施例中，流动通道在材料轮廓方面在大部分通道上具有近似恒定的直径，以建立期望的通道流动特性。关于由刚性材料构成的单体式结构，流动通道与刚性材料的轮廓相对应。在其它代表性实施例中，流动通道与柔性材料构成的可膨胀部分相对应，其中接缝形成流动通道的边界。整体单体式结构可以具有基本平面的外形，其中至少一个具有特定形状的表面形成流动通道。此外，该结构可以经由合适的流体连接件例如管道配件或本领域技术人员所公知的其它合适的连接方法安装于过滤系统。具有或不具有过滤系统的流体贮存器可以安装在诸如冷冻器等设备中，和/或流体贮存器可以与家用水供应装置相连。

在某些代表性实施例中，流体贮存器可以包含在具有液体供应装置的设备中，该液体供应装置与限定于流体贮存器中的流动通道流体连接。流体贮存器可以制造为，使得流动通道在大约0.5加仑/分钟的流速下具有在大约800至大约2500范围内的雷诺数。除了具有有利的流动特性之外，如果流体贮存器可以置于设备的壁、框或隔板中而与冷藏室热接触，从而允许在流体流过和/或位于流动通道中时冷却流体，那么本发明的流体贮存器可以同时起到用作热交换器双重功能。0.5加仑/分钟的流速是出于估计的目的而指定的，实际上该流体贮存器可以用于可选的流速中。

在某些代表性实施例中，单体式流体贮存器可以通过结合两个基本刚性的聚合物片材而形成，其中至少一个片材具有特定的形状。当结合之后，轮廓在所产生的单体式流体贮存器中的两个口之间限定流动通道。两个片材的结合可以采用多种制造方法实现，例如利用超声波焊接、热结合、RF结合或粘接剂结合，或者利用能够有效实现所期望功能的任何其它的连接手段。轮廓可以利用例如真空成形和/或压力成形方法而形成。在其它代表性实施例中，至少一个片材的造型以及片材的结合是在制造步骤中不需要再定位片材的情况下实现的。

在其它代表性实施例中，单体式流体贮存器可以通过如下方法而形成，即连接第一柔性聚合物表面与相邻的柔性聚合物表面，从而限定将至少两个流动口流体互连的连续流道。相邻的柔性聚合物表面可以布置为，通过堆叠两个柔性聚合物片材或者通过将单个聚合物片材折叠而形成第一柔性聚合物表面和第二柔性聚合物表面而进行结合。相邻的柔性聚合物表面可以利用如下方法可操作地安装，所述方法即，利用合适的结合工序，例如利用超声波焊接、热结合、RF结合或粘接剂结合，或者利用能够有效实现所期望功能的任何其它的连接手段。通过使用相邻的柔性聚合物表面，单体式流体贮存器结构可以固有地为柔性的，从而在与设备一起使用时易于安装和组装。

如图1至图5所示，流体贮存器100的目前优选的代表性实施例可以包括单体式结构，该结构具有将流体入口104与流体出口106可操作地流体互连的流道102。流道102包括由多个流动管108限定的基本蛇形的流动布置，流动管108通过多个左弯管110和多个右弯管112可操作地互连。在该代表性实施例中，弯管为圆形的，但是其它形状的弯管也可以获得合适的流动特性。虽然可以将其它通道构造用于流道102，但是基本蛇形的结构在确保实现较少死区或无死区、较大的总容积以及较大的热交换表面积的同时确保延伸通道的紧凑布置。流体贮存器100包括流体贮存器本体114，该本体为流体贮存器100提供基本刚性的结构，从而有助于制造、存放、操纵流体贮存器100以及在流体管路中安装流体贮存器100。流体贮存器本体114可以包括操纵部分116和多个接缝118。操纵部分116确保在流体贮存器100的制造和/或安装过程中方便地抓握或操纵流体贮存器。接缝118可以确保互连和安装相邻的流动管108，以便为流体贮存器100提供强度和刚度。接缝118为流体密封的，从而防止流体直接在相邻的流动管108之间流动，但是迫使流体顺序地以蛇形方式流过流道102。

如图1至图3所示，流道102形成基本蛇形的通道，该通道包括在自身上向回折弯。与盘管相比，该流道基本上位于同一平面内而不自身交叉或对折。然而，如果需要，该单体式结构可以包括自身交叉或对折的流道，同时该流道具有期望的特性，例如较少的死区或无死区、较大的总容积以及较大的热交换表面积。但是，自身交叉的流道并非目前优选的，这是因为它们通常包括更复杂的处理方法并且由于交叉点处的厚度增大而可能表现出安装方面的复杂性的缘故。蛇形通道可以构造成多种结构中的任意一种，这些结构包括多个具有相同或不同长度的部分，并且可以选择这些部分的数量以产生与安装结构的安装区一致的期望的体积。

如图2和图4所示，接缝118可以以基本平面的取向布置，从而限定位于顶面122与底面124之间并且与该顶面和底面基本上平行的中间平面120，其中所述顶面和底面通常由流道102限定。换句话说，流道与单体式结构的轮廓相对应。应该注意到，在本发明中顶面和底面的指定只是出于方便和易于理解的考虑，而与使用中流体贮存器100的安装取向无关。

流体贮存器100以及本文所述流体贮存器的其它代表性实施例可以由如下所述的一种或多种合适的材料构成。一般来说，令人期望的是由聚合物构成流体贮存器100，但是金属(包括金属混合物)也可以是适合的。合适材料例如聚合物等的选择可以是基于多种因素，例如成本、处理能力、耐久性以及与饮用水的相容性。举例来说，合适的聚合物包括(但是不限于)聚烯烃，例如聚乙烯、聚丙烯、聚乙烯共聚物、Dowlex^、聚氨酯、聚苯乙烯、尼龙(聚酰胺)、以及聚酯(诸如聚对苯二甲酸乙二醇酯，例如包括Mylar^)。聚合物的具体分子量以及聚合配方可以通过本领域技术人员所公知的方法进行选择。在某些情况下，可以根据所使用的制造方法以及流体贮存器的期望的物理或安装特性例如壁厚和总体尺寸等选择具有刚性、半刚性或柔性特性的聚合物。关于刚性材料，可以使用合适的金属(包括金属混合物)例如不锈钢等以代替聚合物。

合适的配件可以结合在流体入口104和流体出口106中，用于连接流体贮存器与管道、导管等。可以选择配件，以在处理和成分方面与流体贮存器100的材料以及连接流体贮存器100和相关流体系统的管道的材料相容。具体地，如果使用交联聚乙烯或PEX管道(通称为PEX-a或PEX-b或PEX-c管道)，那么令人期望的是机械式卡紧管道的配件，这是因为管道中聚合物的交联性质使其不传导热焊接或超声波焊接。但是，也可以在流体入口104和流体出口106处使用粘接剂固定管道。可以选择其它的材料，以实现热焊接或超声波焊接。

虽然用于形成流体贮存器100的聚合物可以为初始交联的，也可以不是初始交联的，但是在成形工序之后聚合物可以进一步交联。一般来说，物理工序可以用于执行交联，例如用于交联PEX-c的电子束、紫外照射和/或电晕放电以及其它物理工序(包括但是不限于本领域所公知的其它工序)。在某些代表性实施例中，化学交联剂例如用于以恩格尔法(Engel method)交联和形成PEX-a的液态过氧化物，以及催化剂和/或暴露于空气和湿气可以触发聚合物的交联，例如在硅烷交联技术中使用锡催化剂和湿固化(水浴或蒸汽浴)以交联和形成PEX-b。

虽然聚合物是用于形成流体贮存器的方便、低成本而高效的材料，但是很多聚合物的导热性较低。可以通过以具有较高导热性的材料填充聚合物而使所选择聚合物的导热性增高。合适的导热材料包括(但是不限于)例如金属颗粒/粉末(诸如小铜片、铝和/或铁粉等)、和/或碳颗粒(诸如碳黑和/或石墨)以及能够实现期望环境中的期望功能的任何其它的材料。颗粒可以具有使所产生的合成物具有合适的机械特性的任何合理的形状和尺寸。对于某些代表性实施例，颗粒填充的重量百分比可以不超过大约40％，但是在其它代表性实施例中，颗粒填充的重量百分比在2％至35％之间。本领域的技术人员可以认识到，可以通过本发明所公开的内容设计出上述指定颗粒填充范围内的其它范围。关于本文所说明的片材等，其可以表示包括多个层的层压制品，这些层可以具有或不具有彼此不同的成分。

基于刚性材料的流体贮存器200另一个代表性实施例示于图6至图9中。流体贮存器200可以包括单体式刚性本体202，该本体具有可以为基本平坦的底面204，顶面206可以具有特定的形状，以形成流体入口210与流体出口212之间的流体流动通道208。刚性本体202可以包括与前面关于流体贮存器100所述材料类似的材料，并且可以利用类似的制造技术以及本领域技术人员所公知的其它制造技术制造。虽然基本上为平面，但是底面204可以部分地具有特定形状，以形成流体入口210与流体出口212，这如图7所示。在该代表性实施例中，流体流动管道208具有蛇形形状，其具有用于连接流体入口210与流体出口212的十一个180度的弯管214以及两个90度的弯管216。尽管描述为流体入口210与流体出口212，但是可以理解，为了易于定向和安装流体贮存器100，任一口可以交换地用作流体入口210和流体出口212。如图6和图7所示，流入管道218和流出管道220可以紧固于流体入口210和流体出口212，以便提供流入和流出流体贮存器100。如果由合适的材料构成，流入管道218和流出管道220可以焊接于流体入口210与流体出口212，但是可以使用其它结合方法，例如粘接剂结合、热结合、机械卡紧等。可以使流体入口210与流体出口212位于沿着底面204或顶面206的其它位置，具体地说，可以理解，流体入口210与流体出口212的位置并非必须彼此紧邻。当流体贮存器200定位并安装于设备中，例如如2004年10月28日提交的Meuleners等人的美国专利申请No.10/975193所述位于设备的壁、框或隔板中，或者位于设备的冷冻部分中，那么基本平坦的底面204可以直接放在设备的壁上，以使流体贮存器200与设备之间的物理接触量最大化，从而增大设备与流体贮存器200之间的总体热转移，这样可以在流体使用和消耗之前彻底冷冻流体流动通道208中的流体，上述专利申请的名称为“IMPROVED DESIGNS FORFILTRATION SYSTEMS WITHIN APPLIANCES(设备内过滤系统的改进设计)”，该专利申请的内容在与本发明一致的范围内通过引用的方式并入本文。

图10、图11和图12中的流体贮存器250示出流体贮存器200的可选变化形式。流体贮存器250可以与流体贮存器200基本上类似，包括相似的特征例如具有基本平坦的底面204和特定形状的顶面206的刚性本体202。流体贮存器250还可以包括流体流动通道208，该流动通道具有有效的180度弯管214和有效的90度弯管216。当然，合适的设计可以使弯管具有其它角度。流体贮存器250与流体贮存器200的区别之处在于，从流体入口252到流体出口254(包括流体流动通道208在内)，流体入口252和流体出口254各自的横截面积基本上近似恒定。相反，图6、图7、图8和图9所述的流体流动通道208在流体入口210与流体出口212之间扩张为更大的横截面积。流体贮存器250可以包括与前面关于流体贮存器100的代表性实施例所述材料类似的材料，并且可以利用类似的制造工序制造。

流体贮存器300的另一个可选的代表性实施例示于图13、图14、图15、图16和图17中，该流体贮存器基于刚性材料的选择和制造。在该代表性实施例中，流体贮存器300可以包括流体贮存器本体302，该本体具有特定形状的顶面304和特定形状的底面306，以在流体入口310与流体出口312之间形成流体流动通道308。因此，流体贮存器300包括关于流体贮存器本体302的中心面314基本对称的流动通道横截面，但是可选的代表性实施例也可以具有不对称的特定形状的表面。如图所示，流体流动通道308在流体入口310与流体出口312之间具有基本一致的横截面，但是可以理解，根据设计上的考虑例如流体流速、期望的流体贮存器存储容量、流体流动通道308内期望的流体速度以及流体贮存器300的总体热传递特性，流体流动通道308的横截面可以选择地大于流体入口310和流体出口312的类似横截面。流体流动通道308包括基本蛇形的构造，该构造具有十五个180度的弯管314和两个90度的弯管316。

参照图16和图17所示的流体贮存器300的分解视图，合适的管道配件318可以紧固在流体入口310和流体出口312中，以便于与流入管道320和流出管道322连接和卡紧。管道配件318可以包括本领域技术人员所公知的多种合适的管道配件中的任意种类，例如可以从很多制造商(包括John Guest International，Ltd.，of Middlesex，United Kindom)获得的推压式管道配件，或者无钩式管道配件，例如如2003年4月11日提交的名称为“Plastic Tube Joint(塑性管接头)”的共同未决的美国专利公布No.2004/0201212A1中所述的无钩式管道配件。管道配件318可以通过使用合适的安装方法例如一体成型、粘接剂结合和/或热焊接以及超声波焊接等方法合适地紧固在流体入口310和流体出口312中。管道配件318可以用于牢固地把持由不容易直接结合到热交换器材料诸如高度交联聚合物等的管道材料构成的流体入口310和流体出口312。

柔性流体贮存器400的代表性实施例示于图18和图19中。柔性流体贮存器400具有流体贮存器本体402，该本体在流体入口406与流体出口408之间具有基本蛇形的流道404。流道404基本上由十一个180度的弯管410和两个90度的弯管412限定。焊接接缝或焊接部分414限定流道404的相邻部分之间的边界。周边接缝416以图18和图19所示的非膨胀构造的基本平面结构设置在流体贮存器本体402的外边缘附近。在该代表性实施例中，流体贮存器400的总体形状为基本矩形，其中延伸部分418位于一角以提供流体入口406和流体出口408，但是根据需要通常可以使用任何方便的形状。

参照图19所示的放大图，管道420可以例如通过焊接或粘接剂结合而与流体入口406和流体出口408可操作地连接，用于可操作地互连流道404与流体供应源和使用点出口。与关于前面代表性实施例所述一样，流体贮存器400可以构造并制造成包括管道连接件，该管道连接件类似地焊接和/或结合在流体入口406与流体出口408中，用于流体互连流道404与流体供应源和使用点出口。

柔性流体贮存器500的另一个可选的代表性实施例示于图20和图21中。柔性流体贮存器500包括基本蛇形的流道502，该流道流体互连流体入口504与流体出口506。流道502基本上由十一个180度的弯管510处的十一个“方形的”角部508限定。流体入口504和流体出口506都包括通过流体贮存器500的壁514直接连接的一体流动口512，使得一体流动口512与壁514限定的基本平坦的表面基本上垂直。一体流动口512可以通过将例如前面关于其它流体贮存器的代表性实施例所述的管道连接件焊接和/或结合于流体入口504与流体出口506中而形成。因此，与图18和图19所示的柔性流体贮存器400的代表性实施例相反，除了在流体入口504与流体出口506中具有将要与流动口512相连的孔之外，流道502并不形成有一体流动口512。

除了上面描述并显示的流体贮存器之外，可选的代表性流体贮存器实施例可以制造成在单个单体式流体贮存器中同时包括刚性和柔性部件。例如，代表性单体式流体贮存器可以包括单体式刚性本体202与流体贮存器本体402的组合，从而限定刚性的第一表面和柔性的第二表面。通过合适的制造工序，例如粘接剂结合、热焊接以及本领域技术人员所熟悉的多种模压工序，刚性的第一表面和柔性的第二表面可以可操作地连接以限定连续的蛇形流道。

与前述多种流体贮存器相关的流动通道可以包括多种横截面形状和尺寸。虽然这些形状特别适用于由刚性材料构成的流体贮存器，例如流体贮存器100、流体贮存器200以及流体贮存器300，但是通过选择性地改变柔性流体贮存器的片材厚度，除了大致圆形的横截面之外，这些横截面形状中的一些还可以用于柔性流体贮存器，例如柔性流体贮存器400以及柔性流体贮存器500。横截面形状的一些代表性实例示于图22、图23、图24和图25中。参照图22，这些流动通道具有与前面关于图6至图12所述的流体贮存器200和流体贮存器300相应的平底面600和曲形顶面602。如下四个特定形状示于图22中：延伸的半圆604、半圆606、延伸的椭圆608以及椭圆610。参照图23，流动通道的代表性实施例具有特定形状的顶面620和特定形状的底面622。如图23所示，特定形状的顶面620和特定形状的底面622具有基本上相同的轮廓，该轮廓基本上对应于分别显示流体贮存器100和流体贮存器300的图1至图5、图13至图17中的轮廓。图23所示的顶面形状和底面形状如下：延伸的半圆624、半圆626、延伸的椭圆628以及椭圆630。作为选择，特定形状的顶面620和特定形状的底面622可以包括不同的轮廓，例如特定形状的顶面620包括延伸的半圆624，而特定形状的底面622包括椭圆630。

图24和图25中示出用于增大流动通道的表面积和热传递效率的横截面形状和尺寸的可选代表性实施例。图24所示的流动通道包括曲形顶面700和曲形底面702。曲形底面702可以造型为如图24和图25所示的各种结构。曲形顶面700可以类似地弯成曲形底面702所示的构造，这对于某些流动应用可以具有优势，例如，通过内凹部703响应于冷冻用水的膨胀而向外凸出，曲形顶面700和曲形底面702的轮廓的内凹部703可以有助于防止在冷冻时断裂。根据为曲形顶面700和曲形底面702所选择的材料，在因为冷冻水融解形成液体而导致释放膨胀压力之后，内凹部703可以恢复。根据图22、图23、图24和图25所示的代表性实例，可以形成通道的各种可选横截面形状。可以选择特定的形状，以便具有期望的热交换和流体流动特性，并且方便处理。

在一些目前优选的代表性实施例中，流体贮存器可以形成为单独的一体件。例如，流体贮存器可以利用吹塑法形成。吹塑法通常通过在模具内将软化的聚合物管充气而实现，其中聚合物在模具的壁上膨胀，从而导致聚合物具有模具的形状。然后将聚合物冷却以保持该成型的形状。然而，在可选的处理方法中，流体贮存器可以由结合在一起的两个片材构成，例如由图16所示的特定形状的顶面304和特定形状的底面306构成。因此，在这些代表性实施例中，存在两个处理步骤：用于一个或两个片材的造型步骤以及结合步骤，但是这些步骤可以在时间上为分离的或不分离的。可以使用其它的额外步骤。造型步骤可以例如利用吹塑法或压力成型法实现。在这些方法中，聚合物片材被热软化并且在模型上进行造型。在真空成形中，软化的片材被吸在阳模或阴模上。在压力成型中，软化的片材被吹在阳模或阴模上。可以使用吸气和压力的组合。两个片材可以利用超声波焊接、热焊接/热熔、射频RF加热/结合、粘接剂结合等方法密封在一起。用于执行这些结合工序的各种工具在本领域为人公知。特定形状的件可以进行定位和密封。在结合片材之后，可以对结构进行修整、使其平滑或进行类似地精修。

对于基本上定位以便在造型的同时进行结合的片材，本发明的代表性流体贮存器的制造可以以基本连续并且同时形成成对片材的工序中实现。在该成对片材成形工序中，片材可以在工序开始时置于一起，其中一个或两个模型紧邻合适的片材(多个)。然后可以加热片材，其中采用真空/吸气方式实现的造型步骤以及热结合步骤组合进行。结合和造型步骤的精确定时可以基本上为同时的。成对片材成形工序的显著特征在于，一次对准片材，用于进行片材的造型和结合，一旦开始处理就不需要移动和重定位片材。这在使处理更高效的同时提高了可重复性。

此外，采用成对片材成形工序，片材可以包括多个层。在某些代表性实施例中，这些层可以为复合片材提供不同的功能。例如，某一层可以提供抗菌功能，阻止味道转移，限制氧转移和/或增加导热性。可以在执行成对片材成形工序之前将多个层层压在一起。

当制造柔性流体贮存器时，流体贮存器结构可以由例如两个片材或单个折叠的片材形成，但是，如果片材之间的边缘沿着接缝设置，也可以使用更多的片材形成流体贮存器。成形工序包括结合相邻片材以形成流道之间的接缝。对于很多柔性聚合物，可以采用加热结合或其它热结合工序实现结合。然而，粘接剂结合或其它结合工序同样可以用于形成接缝。

在某些代表性实施例中，可以选择横截面积以便为流体贮存器获得期望的流动特性，从而确保具有较少死区或无死区的连续经过区，但是具有比管式罐等更大的面积。在所涉及的某些代表性实施例中，流体贮存器可以制造为这样，流动通道在大约0.50加仑/分钟的流速下具有在大约800至大约2500范围内的雷诺数；在其它代表性实施例中，流动通道在大约0.50加仑/分钟的流速下具有在大约1000至大约2000范围内的雷诺数；在其它代表性实施例中，流动通道在大约0.50加仑/分钟的流速下具有在大约1300至大约1900范围内的雷诺数。

雷诺数是与流体流动的特征相关的参数。雷诺数定义为密度、速度和粘度所划分的特征长度的乘积。0.50加仑/分钟的流速位于家庭应用的标准范围内，并且是评价流动的方便的参考点。流动通道可以在0.50加仑/分钟的流速下进行评价，但是在实际应用中可以在不同的流速下进行评价。对于采用刚性或柔性材料构成的流体贮存器，这些评价以类似的方式进行。基于所选择的流速对流动通道进行评价是在不参照横截面形状细节的情况下用于评价流动通道的一种方便的方法。在40华氏度下某一粘度的水对于各种直径的管，计算的雷诺数列于下面表1中，并且绘制于图26中。

为了进行比较，在0.5加仑/分钟的流速下，具有1.25至1.5英寸横截面内径的标准商用罐具有大约680的雷诺数。计算商用罐的雷诺数并将其在表中的右上部分以粗字体列于表1中。这些罐还可以具有未经过区热分层，从而导致混合。因此，这些罐通常不具有先进先出式流动，这可能导致在口感和污染方面具有不满足需要的特性。然而，管式罐通常具有4000以上的雷诺数，计算其雷诺数并将其雷诺数在表中的左下部分以粗字体列于表1中。虽然管式罐通常具有先进先出式流动，但是其可能具有与过大表面积有关的其它不满足需要的特性，例如大压降、高制造成本以及存储流体的不满足需要的口感。本文所述的设计通过将罐式设计和盘管式设计的很多有利特征相组合而克服这些问题。例如，流体贮存器可以特别地设计为具有与盘管式设计类似的先进先出式流动，同时与罐式设计类似，具有用于增大存储容积的设计管道横截面，同时还保持雷诺数在大约680至大约4000的范围内。

表1：对于各种流动通道直径的雷诺数

流速gpm	各种直径下的雷诺数
									0.17″	0.23″	0.375″	0.5″	0.75″	1.0″	1.25″	1.5″
	0.10	1203	889	545	409	273	204	164									136
0.20									2406	1778	1090	818	546	408	328	272
	0.30	3609	2667	1635	1227	819	612	492									408
0.40									4812	3556	2180	1636	1092	816	656	544
	0.50	6015	4445	2725	2045	1365	1020	820									680
0.60									7218	5334	3270	2454	1638	1224	984	816
	0.70	8421	6223	3815	2863	1911	1428	1148									952
0.80									9624	7112	4360	3272	2184	1632	1312	1088
	0.90	10827	8001	4905	3681	2457	1836	1476									1224
1.00									12030	8890	5450	4090	2730	2040	1640	1360
	1.10	13233	9779	5995	4499	3003	2244	1804									1496
1.20									14436	10668	6540	4908	3276	2448	1968	1632
	1.30	15639	11557	7085	5317	3549	2652	2132									1768
1.40									16842	12446	7630	5726	3822	2856	2296	1904
	1.50	18045	13335	8175	6135	4095	3060	2460									2040
1.60									19248	14224	8720	6544	4368	3264	2624	2176
	1.70	20451	15113	9265	6953	4641	3468	2788									2312
1.80									21654	16002	9810	7362	4914	3672	2952	2448
	1.90	22857	16891	10355	7771	5187	3876	3116									2584
2.00									24060	17780	10900	8180	5460	4080	3280	2720

上述代表性实施例被认为是示例性的而非限制性的。另外的实施例也位于本发明的范围内。尽管已经参照具体的代表性实施例描述了本发明的概念，但是本领域的技术人员将认识到，可以在不脱离本发明所述概念的精髓和范围以及本发明的权利要求书的情况下，包括多种变化、修改和替代。

Claims (20)

1.一种流体贮存器，包括：

具有流体通道的结构，所述流体通道流体连接流体入口与流体出口，所述流体通道具有至少两个位于所述流体入口与所述流体出口之间的弯部，

其中，所述流体通道对于在大约40流速为大约0.5加仑/分钟的水具有在大约680至大约4000范围内的雷诺数。

2.根据权利要求1所述的流体贮存器，其中所述流体通道包括：多个有效的180度弯部，其限定蛇形流体通道。

3.根据权利要求1所述的流体贮存器，其中，

所述流体通道的通道横截面积超过所述流体入口与所述流体出口的横截面积。

4.根据权利要求1所述的流体贮存器，其中所述流体通道包括：

顶部聚合物片材和底部聚合物片材，其中所述顶部聚合物片材和所述底部聚合物片材可操作地连接以形成单体式结构。

5.根据权利要求1所述的流体贮存器，其中所述流体入口与所述流体出口各自包括：

管道配件。

6.根据权利要求1所述的流体贮存器，其中所述流体结构包括：刚性的单体式流体结构。

7.根据权利要求6所述的流体贮存器，其中所述刚性的单体式流体结构包括：

选自包括聚烯烃聚合物和金属的群组的材料。

8.根据权利要求1所述的流体贮存器，其中所述流体结构包括：柔性的单体式流体结构。

9.根据权利要求8所述的流体贮存器，其中，所述流体通道在加压流体的作用下膨胀至全开状态。

10.根据权利要求8所述的流体贮存器，其中，

所述柔性的单体式流体结构包括选自如下群组的聚烯烃聚合物，所述群组包括：

聚乙烯、聚丙烯、聚乙烯共聚物、聚氨酯、聚苯乙烯、聚酰胺、以及聚酯。

11.根据权利要求1所述的流体贮存器，其中，

所述流体通道对于在大约40流速为大约0.5加仑/分钟的水具有在大约820至大约2725范围内的雷诺数。

12.一种设备，包括根据权利要求1所述的流体贮存器。

13.根据权利要求12所述的设备，其中所述设备包括：

冷冻器。

14.根据权利要求13所述的设备，其中所述设备还包括：水过滤系统，其与所述流体贮存器可操作地流体连接。

15.一种用于形成流体贮存器结构的方法，包括如下步骤：

成形的步骤，其可操作地制造顶面和底面，所述顶面和底面每个具有多个形成于其中的接缝；以及

可操作地连接的步骤，其在所述多个接缝处可操作地连接所述顶面和所述底面，以限定具有至少两个弯部的流体通道，其中所述顶面和所述底面中至少之一具有特定形状的表面。

16.根据权利要求15所述的方法，其中，

所述可操作地连接的步骤包括选自如下群组的结合工序，所述群组包括：

超声波焊接、热结合、射频结合、粘接剂结合及其组合。

17.根据权利要求15所述的方法，其中，

所述成形的步骤包括选自如下群组的模压工序，所述群组包括：

吹塑、压力成型以及真空成形。

18.根据权利要求15所述的方法，还包括如下步骤：

折叠聚合物片材以限定所述顶面和所述底面。

19.根据权利要求15所述的方法，还包括如下步骤：

将管道配件放在流体入口和流体出口中，其中所述流体入口和所述流体出口位于所述流体通道的流体相对的端部。

20.一种流体贮存器，包括：

单体式结构，其沿着入口与出口之间的蛇形路径具有流体通道，其中相邻的流体通道由接缝隔开。

Images