CN102812321B - 成型的微通道热交换器 - Google Patents

Abstract

一种热交换器（80），包括沿堆叠方向堆叠的多个热交换层（95）。层中的每一个包括第一板（110）和第二板（115），该第一板和第二板中的每一个包括第一封闭集管（120）、第二封闭集管（125）、以及在该第一封闭集管和该第二封闭集管之间延伸的至少一个流道（130）的一部分。该第一板和该第二板固定地附接到彼此以完全限定该第一封闭集管、该第二封闭集管、以及该至少一个流道。进口集管(85)与所述多个热交换层(95)中的每一个的第一封闭集管流体连通以将流体流引导至热交换层。出口集管与所述多个热交换层中的每一个的第二封闭集管流体连通以引导来自热交换层的流体流。该热交换器还包括多个翼片(100)，该多个翼片(100)各自定位在相邻的热交换层之间。

Description

成型的微通道热交换器

技术领域

本发明涉及热交换器，并且更具体地涉及使用成型板被装配的微通道热交换器。

背景技术

微通道热交换器包括第一流体流经的多个小通道。大的表面积与体积比提高热传递效率，从而允许使用更小的热交换器。

然而，微通道热交换器通常包括由被用铜焊接成热交换器组件的挤压管形成的通道。需要的管的数量和失效的铜焊接头的可能性增加了微通道热交换器的成本。

发明内容

在一个实施例中，本发明提供了一种热交换器，该热交换器包括沿堆叠方向堆叠的多个热交换层。层中的每一个包括第一板和第二板，该第一板和第二板中的每一个包括第一封闭集管、第二封闭集管、以及在该第一封闭集管和该第二封闭集管之间延伸的至少一个流道的一部分。该第一板和该第二板固定地附接到彼此以完全限定该第一封闭集管、该第二封闭集管、以及该流道。进口集管与所述多个热交换层是中的每一个的第一封闭集管流体连通以将流体流引导至所述热交换层。出口集管与所述多个热交换层中的每一个的第二封闭集管流体连通以引导来自热交换层的流体流。该热交换器还包括多个翼片，该多个翼片各自定位在相邻的热交换层之间。

在另一个构造中，本发明提供了一种热交换器，该热交换器包括沿堆叠方向堆叠的多个热交换层。层中的每一个包括第一板和第二板，该第一板和第二板中的每一个包括第一封闭集管、第二封闭集管、以及在该第一封闭集管和该第二封闭集管之间延伸的至少一个流路的一部分。该第一板和该第二板固定地附接到彼此以完全限定该第一封闭集管、该第二封闭集管、以及该流路。流动装置具有：第一端，其连接到所述多个热交换层中的第一个的第二封闭集管；以及第二端，其连接到所述多个热交换层中的第二个的第一封闭集管，以串联地连接所述多个热交换层中的所述第一个与所述多个热交换层中的所述第二个。进口集管与所述多个热交换层中的第一个的第一封闭集管流体连通以将流体流引导至所述多个热交换层中的第一个。出口集管与所述多个热交换层中的第二个的第二封闭集管流体连通以引导来自所述多个热交换层中的第二个的流体流。翼片层定位在所述多个热交换层中的第一个和所述多个热交换层中的第二个之间。

在又一个构造中，本发明提供了一种热交换器，该热交换器包括沿堆叠方向布置的多个热交换层。热交换层中的每一个包括进口和出口。多个翼片被布置成使得至少一个翼片定位在相邻的热交换层之间。进口集管外壁限定中心轴线，并且内壁布置在外壁内以在它们之间限定第一空间。外壁联接到所述多个热交换层中的至少一个以在第一空间和进口之间提供流体连通。填充塞布置在内壁内以在它们之间限定第二空间。第二空间与进口流体连通以接纳流体流。第二空间具有垂直于中心轴线测量的流动截面积，该流动截面积沿着中心轴线的长度改变。

通过考虑详细的描述和附图，本发明的其它方面将变得明显。

附图说明

图1是包括热交换器的压缩机系统的透视图；

图2是适合于与图1的压缩机一起使用的成型的微通道热交换器的一部分的透视图；

图3是沿着图2的线3-3截取的图2的热交换器的截面图；

图4是沿着图3的线4-4截取的图3的热交换器的集管的截面图；

图5是沿着图3的线5-5截取的图3的热交换器的集管的截面图；

图6是沿着图3的线6-6截取的图3的热交换器的集管的截面图；

图7是示出了成型的微通道板的图2的热交换器的一部分的分解透视图；

图8是适合于与图2的热交换器一起使用的另一成型的微通道板的顶视图；

图9是包括串联连接的与图7的微通道板类似的若干个成型的微通道板的另一热交换器的透视图；并且

图10是包括串联连接的与图8的微通道板类似的若干个成型的微通道板的另一热交换器的透视图。

具体实施方式

在详细地解释本发明的任何实施例之前，应理解的是，本发明在其应用上并不限于在下面的描述中所阐明的或在下面的附图中所示出的部件的结构和布置的细节。本发明能够具有其它实施例并且能够以各种方式实施或执行。

图1示意性地示出包括压缩机15、原动机20和干燥机25的气体压缩系统10。压缩系统10包括制冷系统30，并且可以可选地包括第二流体系统。制冷系统30包括制冷压缩机40、冷凝器45以及膨胀装置50，其随制冷系统30是典型的。第二流体系统（如果包括的话）包括泵和用于第二流体的储存器，该储存器可以被用作热沉以减小对制冷系统30的峰值负载。

原动机20可以包括电马达、发动机（例如，内燃式、旋转式、涡轮式、柴油式等）或能够对压缩机15提供轴功率的任何其它驱动器。

压缩机15包括：进口55，其为将被压缩的进气提供流体流路；以及出口60，压缩气体通过该出口60排出。示出的系统是用于压缩空气的开放系统。因此，空气从大气吸入到压缩机15中，并且被压缩并且通过出口60排出。然而，应理解，图1中所示的压缩机系统10可以用以压缩许多其它气体，并且如果需要，则其可以用在封闭循环（例如，制冷系统）中。

压缩机15包括轴62，轴62由原动机20驱动以使压缩机15的旋转元件旋转。在一些结构中，压缩机15包括旋转螺杆压缩机，其可以是喷油式（oil flooded）或无油式（oil less）。在喷油式构造中，将采用油分离器来在空气被引入到干燥机25之前将油与压缩空气分离。在其它构造中，可以采用离心或其它压缩机布置。当然，如可需要用于特定应用，也可以采用单级或多级压缩机。

干燥机25包括接收来自压缩机15的压缩空气的空气进口65。在如图1中所示的开放空气压缩系统10中，压缩空气包括在被吸入到压缩机15的空气中存在的湿气或水。在压缩期间，湿气由压缩空气的流携载作为夹带的液体或一定量的湿气。干燥机25包括热交换器80并且操作以将夹带的液体或一定量的湿气的一部分与压缩空气流分离，从在干燥机25的底部上的排出口70排出液体，并且从在干燥机25的顶部处的空气出口75排出基本上干燥的压缩空气流。

图1的干燥机25将已冷却的制冷剂输送到热交换器80，其用作制冷系统30的蒸发器以使空气和空气内的湿气冷却，从而使一部分湿气冷凝并将其移除。在一种结构中，制冷剂流经热交换器80并且空气流过热交换器80，如将描述的。

参照图2，示出了热交换器80的一种可能的布置。热交换器80包括进口集管85、出口集管90、多个封闭层95和多个波纹构件100。每个波纹构件100包括部分地限定出多个流道105的波纹板材料。每个波纹构件100附接到至少一个相邻的封闭层95，以更充分地封闭流道105。在优选的结构中，波纹板材料由特别合适于热传递应用的诸如金属并且特别地铝、铜、不锈钢等的材料形成。

每个封闭层95包括附接到彼此的上板110和下板115。在优选的结构中，上板110和下板115是相同的。每个板110、115被冲压或以其它方式被形成以部分地限定成型的进口集管120、成型的出口集管125和多个内部通道130。然后，上板110和下板115以面对的关系定位成使得：成型的部分120、125、130延伸远离相对的板，使得当板110、115附接到彼此时，它们配合以完全地限定和封闭成型的进口集管120、成型的出口集管125以及多个内部通道130。每个内部通道130从成型的进口集管120基本上直线地延伸到成型的出口集管125并且基本上平行于彼此。在其它结构中，通道130可以是弯曲的和/或不平行于彼此。此外，通道130可以形成为具有平滑的内壁或可包括突起部或增强在板110、115和流经通道130的介质（在示出的结构中是制冷剂）之间的热传递的其它湍流诱导元件。

成型的进口集管120和成型的出口集管125中的每个包括从相应的集管120、125延伸到板110、115的边缘的管部分135。第一管140被尺寸设计为配合在成型的进口集管110的管部分135内并且在进口集管85和成型的进口集管110之间提供流体连通。第二管145被尺寸设计为配合在成型的出口集管125的管部分135内并且在出口集管90和成型的出口集管125之间提供流体连通。

如图3中所示，进口集管85包括外壁150、第一盖155、第二盖160、肋壁165以及填充塞170。外壁150包括基本上圆筒形管，其在顶部和底部处敞开并且限定纵向或中心轴线175。外壁150包括进口孔180和分别接纳第一管140中之一的多个出口孔隙185。第一盖155密封地附接到靠近一端的外壁15，第二盖160密封地附接到靠近第二相对端的外壁150，以完全地封闭外壁150的内部190。

肋壁165布置在外壁150的内部190内并且从第一盖155延伸到第二盖160。环状肋195围绕肋壁165的圆周延伸并且密封地接触外壁150。环状肋195、肋壁165和外壁150配合以限定多个环状空间200。在优选的结构中，环状空间200的数量等于封闭层95的数量，使得第一管140中的一个延伸穿过外壁150的出口孔185中的一个，以在环形空间200和第一管140之间提供流体连通。当然，其它结构可以被布置成具有比封闭层95更多或更少的环状空间200。

肋壁165包括多个出口孔210和靠近一端的进口孔205，且每个出口孔210被布置成与环状空间200中的一个相邻。进口管215从（膨胀装置50下游的）流体源延伸，通过外壁150的进口孔180并且通过肋壁165的进口孔205以提供流体向肋壁165内的空间220中的流动。

填充塞170布置在肋壁165内的空间220中并且从第一盖155延伸到第二盖160。填充塞170与肋壁115配合以限定在第一盖155和第二盖160之间延伸的环状流动区域225。填充塞170是基本上圆筒形的，并且包括锥形部分230，锥形部分230被布置成使得如垂直于填充塞170的中心轴线175测量的流动面积是不均匀的。该面积随着离进口205的距离增加而减小。图4-6示出该面积随着离进口205的距离增加而减小。

在继续之前，应当指出，进口集管85和出口集管90可以基本上是相同的。因此，将不再详细地描述出口集管90，除了指出如下情况之外：关于进口集管85描述为“进口”的任何特征关于出口集管90将是“出口”，反之亦然。在优选的结构中，进口集管85和出口集管90是不相同的。通常，特别地当热交换器是蒸发器时，进口集管85使用示出的结构来精细地控制蒸发的液体气体混合物到各个封闭层95的相等分配。通常，出口集管90可以是简单的管。对于冷凝器，若需要的话，进口集管85和出口集管90两者可以是光滑管。

为了装配图1-7的热交换器80，首先形成集管85、90。集管85、90可以如图3中所示堆叠或布置，然后在单个铜焊操作中铜焊。替代地，可以以逐步方式将这些部件附接到彼此并进行铜焊、钎焊、焊接等。

在一种布置中，填充塞170和肋壁165密封地附接到第一盖155和第二盖160中的每个，以封闭空间220。然后，将填充塞170、肋壁165、第一盖155和第二盖160插入到外壁150中，并且密封地附接到外壁150，以封闭环状空间200。最后，将进口管215（对于出口集管90为出口管）和第一管140（对于出口集管90为第二管145）通过外壁150插入，且进口管215还穿过肋壁165。然后，将管140密封地附接到它们穿过的部件，以完成装配。

在优选的布置中，集管85、90的部件用低熔点材料包覆并且被定位成如图3中所示。然后，将整个组件加热到期望的温度以熔化低熔点材料并且将所有部件密封地附接到它们所接触的部件。

图7示出热交换器80的局部分解图以说明装配过程。在一些结构中，每个部件用低熔点材料包覆以允许在一次铜焊操作中对整个组件进行铜焊。因此，每个封闭层95的上板110和下板115被定位成以期望的面对关系彼此相邻。第一管140和第二管145插在上板110和下板115之间，并且插入到进口集管85和出口集管90的相应的进口/出口孔180中。波形构件100定位在封闭层95之间，并且如果需要的话，则定位在最上和最下的封闭层95的顶部和/或底部上。然后，将整个组件加热到期望的温度以熔化低熔点材料，并且可密封地附接所有的部件以制成单个单一结构。在其它结构中，将部件以多个步骤装配。例如，在一种结构中，首先将各个封闭层95的上板110和下板115附接到彼此。接着，根据需要，将第一管140和第二管145附接到每个封闭层95，将波形构件100附接到封闭层95。最后，将每个封闭层95的第一管140和第二管145附接到相应的进口集管85和出口集管90以完成装配。

在操作中，流体流从源例如从制冷系统30的膨胀装置50排出经由进口管215到进口集管85中。参照图3，该流被引入到由填充塞170和肋壁165的配合所限定的内部空间220。随着该流从内部空间220的第一端朝第二端传递，一部分经由出口孔185从内部空间220排出到环状空间200。集管85内的流动速度是质量流量和面积的函数，因为流体的密度基本上保持不变。随着流被排放，如果内部空间220的流动面积是均匀的，则流动速度将下降。然而，如图3-6中所示，内部空间220的流动面积实际上随着质量流量减小而减小，从而在进口集管85内产生基本上均匀的流动速率。集管85内的均匀的流动速率改善流体到各个封闭层95的分配，以保证到每个封闭层95的相对均匀的流动。

从出口孔185排出的流收集在在肋之间的环状空间200中并且被引入到期望的封闭层95中。参照图2，流经过成型的进口集管120的管部分135然后分布到各个内部通道130。然后，该流沿大体上第一方向235流至成型的出口集管125和成型的出口集管125的管部分135。如上所指出的，在一些结构中，内部通道可以呈之字形或沿另一非线性方向移动，若需要的话。然而，最终，流体从封闭层95的一端移动到相对端并且因此沿大体上第一方向235移动。

参照图3，然后，该流进入出口集管90的环状空间200并且被收集在在肋壁165的肋195之间的各个环状空间200中。该流从环状空间200经由形成在肋壁165中的进口孔185传递到内部空间220。随着该流进入内部空间220并且朝出口管215流动，流体的量增加。为了维持流动速度，内部空间220的流动面积沿流动方向增加。如所讨论的，增加的空间是填充塞170的锥形部分230的尺寸增加的结果。然后，流经由出口管215离开出口集管90，并且如图1中所示，返回到制冷压缩机40以完成冷却循环。因此，图1的热交换器80操作为蒸发器以使空气流冷却以使来自空气流的水凝结以产生期望的干空气流。

由封闭空间95中的流体加热或冷却的第二流体被引导通过由波形构件100限定的通道105。该流大体上沿垂直于第一方向235的第二方向240流动。然而，Z字形或其它非线性流路径可以由波形构件100来限定。此外，需要时，波形构件100可以被布置成产生对角流或甚至基本上平行于封闭层95中的流的流。

图8示出适合于与图1-7的热交换器80一起使用的封闭层245的另一布置。图8的封闭层245以几乎与关于图1-7所描述的相同的方式成型和装配。图8的结构包括封闭进口集管250和封闭出口集管255，与图1-7的结构一样。然而，不是布置在封闭层245的相对端上，封闭进口集管250和封闭出口集管255布置在封闭层245的相同的侧上。因此，从封闭进口集管250延伸到封闭出口集管255的封闭通道260是U形。几乎与图1-7的结构一样，在封闭通道260内的流沿第一方向235流动，在封闭层245的一端处转弯然后沿与第一方向235相反的方向返回。热断裂部263定位在沿相反方向引导流体的通道260之间以抵制通道260之间的热传递。在利用图8的封闭层245的结构中，进口集管250和出口集管255将定位成与封闭层245的相同的端相邻而非在如图2中所示的相反端上。

图9示出图1-7的封闭层95的另一布置。封闭层95以及完整热交换器80的剩余部分基本上与封闭层95以及图1-7中所示的热交换器80的剩余部分相同。然而，不是将每个封闭层95的一端连接到进口集管85并且将另一端连接到出口集管90，封闭层95被布置成在排出流体之前引导流体通过三个封闭层95。该流沿第一方向235通过第一封闭层95a、通过流动装置265（例如，管、管道、导管、等）到第二封闭层95b并且沿基本上与第一方向235相反的第二方向流动。然后，该流经过第二流动装置270到沿第一方向235引导流体的第三封闭层95c。在经过第三封闭层95c之后，流体从热交换器80排出。

在类似于图9中的布置的另一布置中，流经过仅前两个封闭层95并且被排出。在该布置中，进口集管85和出口集管90两者定位在封闭层95的相同侧上，而非如在图9的布置的相对侧上。

在图10中示出的另一布置中，图8的封闭层245被布置成使得流在流被排出之前经过第一封闭层245a和第二封闭层245b。因此，图1-7的结构产生热交换器80，其中封闭层95中的流流过波形构件100一次并且被排出。图8的结构提供如下布置：在该布置中，流在它被排出之前横跨波形构件100两次。图9的结构提供了波形构件100的三个交叉，而图10的结构提供了四个。本领域普通技术人员将认识到，存在可以实现不同程度的热交换的与在此处示出各种结构不同的布置。例如，图8的封闭层245可与图1-7的封闭层95组合以仅使用两个封闭层95、245实现三个交叉。因此，本发明不应被限制于此处示出和讨论的结构。

因此，本发明尤其提供包括多个容易地构造的成型通道130的热交换器80。本发明的各种特征和优势在以下权利要求中阐明。

Claims (10)

1.一种热交换器，包括：

沿堆叠方向堆叠的多个热交换层，每个层包括第一板和第二板，所述第一板和所述第二板中的每个包括第一封闭集管、第二封闭集管和在所述第一封闭集管和所述第二封闭集管之间延伸的至少一个流道的一部分，所述第一板和所述第二板固定地附接到彼此以完全地限定所述第一封闭集管、所述第二封闭集管和所述流道；

进口集管，所述进口集管与平行的所述多个热交换层中每个的第一封闭集管流体连通，以将流体流引导至所述热交换层中的每个；

出口集管，所述出口集管与平行的所述多个热交换层中每个的第二封闭集管流体连通，以引导来自所述热交换层中每个的流体流；以及

多个翼片，所述多个翼片中的每个定位在相邻的热交换层之间。

2.根据权利要求1所述的热交换器，其中所述第一封闭集管、所述第二封闭集管和所述至少一个流道的所述一部分由形成在所述第一板和所述第二板中的每一个中的凹陷形成。

3.根据权利要求1所述的热交换器，其中所述流道沿第一方向引导流体，并且所述多个翼片沿基本上垂直于所述第一方向的第二方向引导第二流体。

4.根据权利要求1所述的热交换器，其中所述第一板包括第一端和第二端，并且其中所述流道以基本上U形从被布置成与所述第一端相邻的第一封闭集管延伸到被布置成与所述第一端相邻的第二封闭集管。

5.根据权利要求4所述的热交换器，其中所述U形流道限定沿第一方向引导流动的第一流动分支和沿与所述第一方向相反的第二方向引导流动的第二流动分支，其中所述第一板包括热断裂部，所述热断裂部形成为所述板的一部分并且定位在所述第一流动分支和所述第二流动分支之间。

6.根据权利要求1所述的热交换器，其中所述进口集管包括外壁、内壁、以及限定纵向轴线的填充塞，其中所述内壁和所述填充塞协作以限定接纳来自源的流体流的内部空间，并且所述内壁和所述外壁协作以限定将所述流体流引导至所述热交换层中的每一个的外部空间。

7.根据权利要求6所述的热交换器，其中所述内壁包括多个肋，所述多个肋与所述外壁协作以将所述外部空间划分成多个独立的环状空间。

8.根据权利要求7所述的热交换器，其中环状空间的数量等于热交换层的数量。

9.根据权利要求6所述的热交换器，其中所述填充塞包括具有垂直于所述纵向轴线截取的非圆形截面的部分，所述截面沿着所述纵向轴线的长度改变。

10.根据权利要求1所述的热交换器，其中所述第一板与所述第二板基本上相同。