CN102099651A - 集成多回路微通道换热器 - Google Patents
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Abstract
一种微通道换热器具有至少两个歧管，所述至少两个歧管与第一和第二多个换热管簇的各自一个连通。所述第一和第二多个换热管簇在单个微通道换热器芯内缠绕。
Description
相关申请
本申请要求2008年7月15日申请的美国临时专利申请号61/080780的优先权。
背景技术
近年来，已有许多关注和设计尝试集中在制冷剂系统的换热器（特别是冷凝器、气体冷却器及蒸发器）的高效运转上。换热器技术中的一个相对近期的进步是研发和应用平行流，或所谓微通道或小通道换热器（遍及本文中，这两个术语将可互换地使用）作为冷凝器、气体冷却器及蒸发器。
这些换热器设置有多个平行换热管道，通常是非圆形的，制冷剂分布在其中并以平行的方式流动。换热管道的取向大致基本垂直于与换热管道流体连通的入口、中间和出口歧管中的制冷剂流动方向。换热管道通常具有多通道构造，制冷剂以平行方式分布在这些多通道内。传热翅片可夹置并刚性附接到换热管道。采用这种通常具有铝炉铜焊构造的平行流换热器的主要原因涉及其卓越的性能、高度紧凑性、结构刚性、低重量、低制冷剂装量及改善的抗腐蚀性。
有时，可能需要在制冷剂系统中在单个换热器芯和构造中具有多个不同的制冷剂回路。作为一个例子，可设置具有两个完全分开的具有分离的压缩机和换热器等的制冷剂独立回路的双回路制冷剂系统，以实现容量控制并提高效率。在其它应用中，可能需要使整个制冷剂流只通过换热器的一部分，同时利用整个换热器正面区域。另外，可能需要采用通过换热器芯的单制冷剂回路的多个独立的制冷剂路线，以提高换热器有效性。
迄今为止，至少在采用微通道换热器时，利用换热器整个正面或剖面区域的多个不同制冷剂回路的这种措施需要不同的换热器。更传统的换热器，例如圆管和板翅换热器，可被形成为利用换热器整个正面区域的多回路缠绕构造，但是，微通道换热器不容易被制成包括这种多回路构造。
发明内容
一种微通道换热器包括通向多个分离的微通道管簇（bank）内的两个分离的歧管。在实施例中，分离的管簇沿第一方向相互平行地延伸通过换热区域的一个维度。来自至少两个歧管的簇沿垂直于第一方向的第二方向散布。
本发明的这些和其它特征可从以下说明和附图中得到最佳理解，以下是简要说明。
附图说明
图1A是本发明换热器的3D视图。
图1B示出可采用本发明换热器的第一示意图。
图1C示出可采用本发明换热器的第二示意图。
图2示出图1A换热器的放大的歧管剖面。
图3是图2的端视图。
图4A示出本发明换热器的歧管剖面的细节。
图4B示出本发明换热器的备选特征。
图5是换热管道的剖视图。
图6A示出本发明换热器的另一实施例的3D视图。
图6B是图6A实施例的端视图。
图6C示出图6A换热器的放大的歧管剖面。
图7A示出本发明换热器的另一实施例的3D视图。
图7B是图7A实施例的端视图。
图7C示出图7A换热器的放大的歧管剖面。
具体实施方式
图1示出具有换热器正面或剖面表面区域21的微通道换热器20。入口管24将制冷剂供应到第一入口歧管22，入口管28将制冷剂供应到第二入口歧管26。两个入口管24和28可连接到完全分离的独立的制冷剂回路，或可连接到单个制冷剂回路的共同的制冷剂源。出口歧管30和32通向出口管29和31，将制冷剂向下游分别传输到独立的多个制冷剂回路或传输到单个制冷剂回路。尽管在全文中以制冷剂和制冷剂系统为参照，但是，任何合适的传热流体（例如水、乙二醇、丙二醇或油）以及相关联的系统都可被代替使用。另外，尽管本发明的微通道换热器示意性地示出为单通程（pass）构造（见例如图1A），但也可通过类似的方式实施任意数量的通程，并且所有这种多通程微通道换热器（见图4B）都在本发明的范围内。
当入口管24和28及出口管29和31将制冷剂传输到制冷剂系统的分离的独立制冷剂回路时，由于在与换热外表面上流动的空气的传热相互作用中利用了整个前表面区域21，同时只运行其中一个制冷剂回路，从而在部分负载运行时实现了容量控制和效率提高。当入口管24和28及出口管29和31将制冷剂传输到制冷剂系统的单个制冷剂回路时，在一定条件下，可能需要使制冷剂只流动通过换热器20的一部分，同时为了性能更好仍利用整个换热前区域21。这种条件可因为例如头压控制或保持使油在整个制冷剂系统中正确循环并回到压缩机中的最小制冷剂速度这样的目的而产生。另外，可能需要采用通过换热器芯的单个制冷剂回路的多个独立制冷剂路线，以改善制冷剂分布和换热器有效性。如已知的，制冷剂分布对于两相制冷剂流（例如进入蒸发器的制冷剂流）尤其重要。
图1B示出基本示例的可利用本发明的换热器20的多回路制冷剂系统。在该多回路制冷剂系统中，有两个完全分离的独立制冷剂回路300和301，每个包括其自身的膨胀设备302，分离的蒸发器换热器304和308，以及分离的压缩机306。可理解，对于两个回路，制冷剂都被引导通过单个换热器20。图1B非常简化，通过换热器20的流可从图1A的视图中得到更好的理解。但是，显然该系统构造能提供多制冷剂回路，同时在完全利用前区域21的情况下仍只需要单个换热器20，尤其对于只有其中一些制冷剂回路可运转的部分负载条件。该系统可为热泵或空调，换热器20可为室内换热器或室外换热器。另外，如果提供适当的制冷剂线路，则换热器20可用于其它应用，例如作为一个示例用于再加热功能。
图1C示出本发明换热器20的另一个应用。在该应用中，单个制冷剂管线401通向分支的制冷剂管线402和404，连接到与本发明换热器20相关联的制冷剂歧管。制冷剂流控制设备，如阀406，控制制冷剂流到分支制冷剂管线402和404，然后到换热器20。以这种方式，经过换热器20的制冷剂总容积、制冷剂速度以及用于换热器20的传热区域可得到控制。提供这种控制的各种原因在本领域是已知的，但利用在单个换热器结构内提供缠绕的制冷剂回路的微通道换热器是创造性的。
图2示出入口歧管22和26的细节。出口歧管30和32被以类似的方式构造和连接到换热器芯。可理解，来自每个歧管22和26的连接管道33备选地通向沿第一方向垂直于前换热表面区域21的平面延伸的分离的独立换热管簇34。每个歧管具有连接到多个制冷剂换热管道34的多个连接管道33。从图中可理解，连接到两个歧管22和26的换热管簇34沿大致垂直于第一方向的第二方向沿歧管轴线具有交替模式。例如，在一些应用中，第一方向是水平方向而第二方向是竖直方向，在其它应用中，第一方向是竖直方向而第二方向是水平方向。
图3示出换热器20的端视图及其通向连接管道33的歧管22和26。值得注意的是，尽管歧管被示出为大致竖直地延伸，而换热器管簇大致水平地延伸，该歧管也可大致水平地延伸，而换热器管簇大致竖直地延伸。
换热器20通常包括外部传热翅片，类似于标准微通道换热器构造，但为了简化对附图的理解而将其省略。
图4A示出通向入口歧管26内、连接管道33内和换热管簇34内的入口管28的细节。如已知的，用于微通道换热器的换热管道34通常具有由分隔壁101分开的多个平行的制冷剂通道100，如图5中所示。平行制冷剂通道100每个优选地具有小于5 mm，可能小于3 mm的液力直径。注意，术语“液力直径”不暗示该通道的剖面是圆形。
图4B示出备选的换热器通程布置200。这是多通程换热器构造，其中歧管22和30实际被再分成多个歧管室，并分别包含入口和出口歧管室205和206以及中间歧管室207和208。作为例子，制冷剂流动通过从歧管22的入口歧管室205朝歧管30的中间歧管室207延伸的换热管簇34，然后倒转流动方向通过另一个换热管簇201以到达歧管22的中间歧管室208，然后再次倒转方向以流动通过又一个换热管簇202以到达歧管30的出口室206。分割板204将每个歧管22和30分别再分成歧管室205和208以及歧管室207和208。在本实施例内，另一制冷剂回路的换热器管簇可与换热管簇34、201和202缠绕。图4B是非常简化的视图。可理解，在本实施例中通常会利用从歧管22和30横向延伸的连接制冷剂管道33，但为简化起见在图4B中省略。
图6A和6B示出另一实施例75，其中入口歧管82具有三个相邻的连接管道84，因而有三个相邻换热管道，并且出口歧管80只有两个相邻的连接管道86，因而只有两个相邻的换热管道。如前，该交替的模式沿歧管轴线重复自身。以这种方式，可控制连接到每个入口歧管的换热器部分的相对尺寸。当然，也可采用3:2之外的比。例如当制冷剂回路以及相关联的压缩系统具有不同尺寸和容量从而允许不同阶段的容量调制和卸载时，这种不等的回路分割可变得有利。应该理解，也可代之以使用通向相邻换热管道的单个大直径的连接制冷剂管道84或86。
图6C是示出歧管结构细节的透视3D视图。本发明系统的能力是显然的，因其通过采用各种尺寸的不同数量的换热管簇而在容量调制上提供高度灵活性的控制。很明显，制冷剂将流到每个歧管80和82内，流到各自连接制冷剂管道86和84内，然后流到相关联的换热管簇内。该实施例可利用如图4B所示的多通程备选构造，或可用于单通程构造中。
图7A和图7B示出本发明构思的能力和灵活性，其中实施例90具有带相关联连接制冷剂管道94的入口歧管92、带相关联连接制冷剂管道98的入口歧管96、带相关联连接制冷剂管道112的入口歧管110以及带相关联连接制冷剂管道116的入口歧管114。可采用多于四个流动通过换热器90的独立制冷剂回路。
图7C是示出图7A的歧管布置的细节的透视3D视图。可将额外的歧管配合到换热器结构周围的可用空间中，如图7C所示。如图所示，入口歧管96和114位于芯传热区域21的一侧上，而歧管92和110位于芯传热区域21的相对侧上。如前，流动通过几个入口歧管的制冷剂流入各自的连接制冷剂管道中，并流入各自换热管簇中。再次，如图4B所示的多通程构造也可用在该实施例中。
连接制冷剂管道33可具有不同的剖面区域，包括（但不限于）圆形、卵形、矩形和方形剖面。所有这些连接制冷剂管道构造均在本发明的范围内。另外，在一些设计布置中，当换热管道34以交替方式弯曲使其直接配合到不同的入口和出口歧管（如示出本发明的多个附图所体现的那样定位）时，可不需要连接制冷剂管道33。这种设计布置尽管可行，但从可制造性和可靠性角度看可能并不是期望的。最后，根据换热器芯内的制冷剂通程布置，入口和出口歧管可位于换热器芯21的相同端。
本发明的换热器可用在所有类型的制冷剂系统内，例如空调系统、制冷系统和热泵系统，以及用在其它辅助系统内，例如水冷却或加热系统、工艺气体/空气冷却或加热系统以及油冷却或加热系统。另外，本发明的换热器可在商用和住宅空调和热泵系统、海运集装箱单元、制冷货车－拖车单元、售卖机（merchandiser）、瓶装饮料冷却机、超市制冷系统等中用作蒸发器、冷凝器、气体冷却器、再热换热器或任何其它换热器
尽管已公开了本发明的实施例，但本领域普通技术人员可认识到在本发明的范围内可进行一定的修改。为此，应研究所附权利要求来确定本发明的真实范围和内容。
Claims (15)
1.一种微通道换热器，包括：
至少两个歧管，所述至少两个歧管与第一和第二多个换热管道的各自一个连通；以及
所述第一和第二多个换热管道在单个换热器芯内提供微通道换热器。
2.如权利要求1所述的微通道换热器，其中，所述微通道换热器具有传热表面区域，所述至少两个歧管每个连通到所述第一和第二多个传热管道中的独立一个，所述传热管道沿第一方向延伸通过所述传热表面区域，所述第一和第二多个传热管道大致相互平行，所述传热区域具有大致垂直于所述第一方向的第二方向，来自所述第一和第二多个管道的换热管道沿所述第二方向相互缠绕。
3.如权利要求2所述的微通道换热器，其中，所述至少两个歧管在所述传热表面区域的相对侧上隔开。
4.如权利要求1所述的微通道换热器，其中，所述至少两个歧管通过连接制冷剂管道连接到所述多个传热管道，所述连接制冷剂管道在垂直于所述传热表面区域的平面中从待连接的所述至少两个歧管延伸到所述换热管道。
5.如权利要求1所述的微通道换热器，其中，有至少四个所述歧管，每个所述歧管与独立的换热管道连通。
6.如权利要求5所述的微通道换热器，其中，所述至少四个歧管中的至少一个位于所述传热表面区域的两个横侧的每个上。
7.如权利要求1所述的微通道换热器，其中，所述至少两个歧管是入口歧管和出口歧管之一。
8.如权利要求1所述的微通道换热器，其中，所述多个传热管道的每一个具有延伸到所述传热区域的平面内的多个独立的制冷剂通道，并且其中，所述换热管道的所述多个制冷剂通道具有小于5 mm的液力直径，优选地小于3 mm。
9.如权利要求1所述的微通道换热器，其中，所述连接制冷剂管道的每一个连接到几个传热管道。
10.如权利要求1所述的微通道换热器，其中，所述换热管道弯曲或成形为配合到所述至少两个歧管内。
11.如权利要求1所述的微通道换热器，其中，所述第一和第二多个换热管道包括多个不同数量的换热管道。
12.如权利要求1所述的微通道换热器，其中，从入口歧管到出口歧管有单个制冷剂通程。
13.如权利要求1所述的微通道换热器，其中，入口歧管和出口歧管之间有多个通程，所述入口歧管和出口歧管的每一个被再分以提供中间歧管室。
14.如权利要求1所述的微通道换热器，其中，所述至少两个歧管被连接到制冷剂系统的分离的独立制冷剂回路。
15.如权利要求1所述的微通道换热器，其中，所述至少两个歧管被连接到制冷剂系统的单个制冷剂回路。
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