CN103776204B - 用于空气调节系统的蒸发器 - Google Patents

Abstract

一种用于空气调节系统的蒸发器，该蒸发器具有相变材料蛤壳式壳体。蒸发器具有上部歧管、从该歧管延伸的多个制冷剂管、以及限定用于存储相变材料的腔室的羽板式蛤壳式壳体。羽板式蛤壳式壳体设置在两个相邻制冷剂管的上部之间并与该上部热连通。羽板式蛤壳式壳体由两个蛤壳式板形成，每个蛤壳式板具有由折叠成相变材料腔室的狭板限定的羽板。折叠的狭板限定蛤壳式壳体内的羽板开口，使相变材料能够与相邻制冷剂管形成直接物理接触，由此改进在管内流动的制冷剂与蛤壳式壳体内的相变材料之间的热连通。该蒸发器比汽车发动机暂停时继续运行的现有技术蒸发器体积更小、成本更低且更容易制造，且更可靠。

Description

用于空气调节系统的蒸发器

技术领域

该申请要求2012年9月19日提交的美国临时专利申请第61/702,889号的EVAPORATOR PHASE CHANGE THERMAL SIPHON(蒸发器相变热虹吸)的权益。该申请是2012年4月20日提交的美国专利申请第13/451,665号的部分继续申请，该13/451,665是2009年6月10日提交的美国专利申请第12/481,933号的部分后续申请。美国临时专利申请第61/702,889号、美国专利申请第13/451,665号、以及美国专利申请第12/481,933号的内容以参见的方式纳入本文。

本实用新型涉及用于冷却汽车的乘客车厢的空气调节系统；更具体地涉及该空气调节系统的蒸发器；且再更具体地涉及具有相变材料的蒸发器。

背景技术

汽车的燃油效率可通过在不需要来自发动机的动力进行推进的短暂时期内关闭汽油发动机来得以提高，诸如当汽车滑行或在交叉路口暂时停车时。但是，常规空气调节系统的压缩机依赖汽油发动机的曲轴运行，且因此，在这些低效期间发动机继续运行以为汽车乘客提供冷却舒适度。

2007年1月2日授予Haller等人的美国专利第7,156,156号(此后称为Haller'156)提供一种当发动机不运行时空气调节系统不工作问题的解决方案。Haller'156专利示出蒸发器，在汽车发动机运行时的第一操作模式中，蒸发器使制冷剂流过以将来自空气流的热量传递到制冷剂。蒸发器包括沿水平方向延伸的歧管。至少一个管与歧管流体连通并远离歧管沿垂直方向向下延伸。

蒸发器限定用于存储相变材料(PCM)的至少一个空腔或箱体，以在汽车发动机运行时的第一操作模式中，将来自PCM的热量传递到制冷剂以冷却并冷冻PCM。Haller'156专利的空腔与多个管相邻设置并与多个管配合。在汽车发动机暂停的第二运行模式，热量从空气流直接传递到空腔内的PCM以冷却空气流并融化或加热PCM。

仍然一直需要改进的具有PCM的蒸发器，以改进当汽车发动机停机时的短暂期间继续运行的空气调节系统的效率，从而增加汽车的燃油效率。

实用新型内容

本实用新型提供一种蒸发器，该蒸发器具有用于存储相变材料的至少一个蛤壳式壳体。该蒸发器包括上部歧管、相对于重力从上部歧管沿向下方向延伸的多个制冷剂管、以及限定用于存储相变材料的腔室的羽板式蛤壳式壳体。羽板式蛤壳式壳体设置在两个相邻制冷剂管的上部之间并与该上部热连通。羽板式蛤壳式壳体由两个蛤壳式板形成，每个蛤壳式板具有由折叠入相变材料腔室的狭板限定的羽板。折叠的狭板限定蛤壳式壳体中的羽板开口，使相变材料能够与相邻制冷剂管形成直接物理接触，由此改进在管内流动的制冷剂与蛤壳式壳体内的相变材料之间的热连通。

在第二运行模式中，当压缩机不使制冷剂循环通过蒸发器时，热量从制冷剂传递到较低温度的PCM，由此冷却和冷凝制冷剂。较重的冷凝制冷剂穿过管沿垂直方向向下降落。冷凝的制冷剂然后从穿过蒸发器芯部的环境空气流接收热量，由此加热和蒸发制冷剂。较轻的蒸汽相制冷剂沿垂直方向上升，返回到较低温度的PCM以重复该循环。

用于空气调节系统的、具有相变材料羽板式蛤壳式壳体的蒸发器提供发动机暂停时冷却汽车车厢的改进无源系统。其也可用于非车辆应用。其比汽车发动机暂停时继续运行的现有技术蒸发器体积更小、成本更低且更容易制造，且更可靠。此外，由在蛤壳式板上向内折叠的狭板限定的羽板开口允许相变材料与制冷剂管直接物理和热接触，由此增加热传递效率。最后，其可通过在相邻制冷剂管之间设置相变材料蛤壳式壳体而整合到现有蒸发器中。

由于参照结合附图而考虑的以下详细描述能更好地理解本实用新型的其它优点，因而这些优点会变得更容易理解。

附图说明

将参照附图进一步描述本实用新型，附图中：

图1是具有相变材料的蒸发器的示例实施例的立体图，相变材料容纳在定位在相邻制冷机管之间的羽板式蛤壳式壳体内；

图2是图1所示蒸发器的立体局部分解图；

图3是容纳相变材料的羽板式蛤壳式壳体的立体分解详图；以及

图4示出图3的已组装蛤壳式壳体。

具体实施方式

图中示出板式蒸发器100热交换器组件，具有容纳相变材料(PCM)250的羽板式蛤壳式壳体200，各图中相同的附图标记标示相应的部件。蛤壳式壳体200使包含更少质量和部件的蒸发器100更有效率，使得更便于制造。将更容易理解PCM羽板式蛤壳式壳体200的其它优点，因为这些优点在结合附图考虑时参照以下详细描述会变得更好理解。

汽车的典型空气调节系统包括汽车发动机驱动的压缩机。压缩机使两相制冷剂循环通过蒸发器，其中制冷剂在从流过蒸发器芯部的环境空气流吸收热能的同时膨胀成气相，由此冷却空气流，而蒸发器芯部由蒸发器的制冷剂管和互连的翅片限定。可将冷却的空气流通到汽车车厢以为乘客提供舒适的冷却。

为了节约燃料，汽车的发动机可在预定条件下停机，诸如当汽车在斜坡上向下滑行或在交叉路口暂时停车时。在发动机停机时期内，发动机不驱动使制冷剂循环通过蒸发器的压缩机。这种汽车的空气调节系统可设有具有相变材料的蒸发器以在发动机停机且不驱动压缩机时延长冷却乘客车厢的时间。

图1和2中示出具有多个羽板式蛤壳式壳体200的板式蒸发器100的示例性实施例。蛤壳式壳体200包含材料(PCM)250，该材料(PCM)250与蒸发器100的顶部区域116热连通。蒸发器100可由多个冲压金属板105制成。每个冲压金属板105限定本领域普通技术人员已知的特征，诸如歧管开口106、围绕歧管开口106的凸台107、内部肋108以及凸缘109。多个冲压金属板105通过将各金属板105堆叠并然后钎焊总体组件而组装成板式蒸发器100。每个金属板的歧管开口106、凸台107、内部肋108和凸缘109与相邻金属板105的相应歧管开口106、凸台107、内部肋108和凸缘109协配，从而限定一对上部歧管112、一对下部歧管114、以及将歧管112、114液压连接的多个扁平制冷剂管110。术语上部和下部参照重力方向使用。

多个羽板式蛤壳式壳体200与上部一对歧管112相邻靠近蒸发器100的顶部区域116设置在扁平制冷剂管110之间。羽板式蛤壳式壳体200可围绕一对上部歧管112的一部分、或者替代地可在上部歧管112紧接着的下方定位在扁平制冷剂管110的上部118内。诸如具有分子式C_nH_2n+2的液态饱和烃、石蜡或可在室温下保持在液态的任何其它材料的PCM250设置在每个羽板式蛤壳式壳体200内。可将诸如金属颗粒或纤维的导热材料添加到容纳在羽板式蛤壳式壳体200内的PCM250以增加热传递效率。

如图2最清楚示出的，当空气调节系统处于第二运行模式时，发动机停机且压缩机不再使制冷剂循环通过蒸发器100，热能从扁平制冷剂管110内的较高温度蒸汽态制冷剂传递到容纳在羽板式蛤壳式壳体200内的较低温度PCM250，由此将制冷剂冷却并冷凝成液相。当较高密度的冷凝液相制冷剂由于重力朝向扁平制冷剂管110的下部120下降时，制冷剂从环境空气流吸收热量并膨胀回蒸汽相。较低密度的蒸汽相制冷剂向上朝向较低温度的PCM250浮起，在该处蒸汽相制冷剂随后再冷却并再冷凝以重复该循环。制冷剂在制冷剂管内的该循环称为图2所示的热虹吸循环并称为TSC。通过将PCM250定位成仅与扁平制冷剂管110的上部118热接触，较低温度的PCM250包括扁平制冷剂管110内的稳定热虹吸，这允许在压缩机短时期内不运行时制冷剂继续冷却进来的空气流。热虹吸循环持续到发动机开动驱动压缩机或PCM250的冷却能力耗尽为止。

参照图3，两个蛤壳式板210中的每个包括互补结构，互补结构允许一个蛤壳式板210绕中心轴线A转动180度并组装到另一蛤壳式板210上以形成羽板式蛤壳式壳体200。两个蛤壳式板210可从诸如铝的导热材料片冲压或以其它方式形成，以限定羽板230、PCM端口226以及上部歧管开口224。

扁平制冷剂管110的上部118可包括从制冷剂管的一表面延伸到制冷剂管的相反表面的通孔124。羽板式蛤壳式壳体200可包括与扁平制冷剂管110中的通孔124协配的PCM端口226，以限定通过热交换组件100的PCM通道126，用于PCM250在羽板式蛤壳式壳体200之间的液压连通。PCM250的通道126允许在制造期间用PCM250方便填充羽板式蛤壳式壳体200，并还允许PCM250由于横贯蒸发器100的热梯度而从一个羽板式蛤壳式壳体200迁移到另一个以考虑羽板式蛤壳式壳体200内PCM250的不均等膨胀和/或收缩。

将PCM250保持在一对上部歧管112紧接着的下方允许PCM250与制冷剂管内制冷剂之间更高的导热性。当空气调节系统在第二模式运行时，羽板式蛤壳式壳体200沿制冷剂管延伸的长度可调节成提供实现所要求冷却性能所需的PCM250要求量，此间，压缩机不使冷却剂循环通过蒸发器100。

较佳地是用PCM250填充少于羽板式蛤壳式壳体200的全容量，以考虑在高达200℉的高温下材料的体积膨胀。PCM226的位置相对于羽板式蛤壳式壳体200定位成允许PCM250在羽板式蛤壳式壳体200之间迁移。如果PCM250端口226太高，则PCM250不能重新分配，且不会发生羽板式蛤壳式壳体200的容积在空间之间的均衡。PCM250的均匀分布会使成本最低并确保最佳运行。如果羽板式蛤壳式壳体200具有过量PCM250，这将导致附加成本。如果PCM250太少，这将导致蒸发器100的该部分性能较差。

参照图3和4，每个羽板式蛤壳式壳体200由两个大致相同形成的蛤壳式板210组装成。每个蛤壳式板210包括外表面212、与外表面212相反的内表面214、从内表面214的周界垂直延伸的缘边216、从缘边216延伸的多个凸片218、以及穿过中心轴线(A)延伸的中心肋228。每个蛤壳式板210还限定一对歧管开口224和PCM端口226。

多个羽板230形成在蛤壳式板210的相应歧管开口224下方中心轴线(A)两侧上的第一部分220和第二部分222上。各羽板230可通过相对于内表面214以大致直角来折叠限定在成对狭缝之间的多个狭板231而形成。为了增加羽板230的数量，可形成长而窄的隆起并随后切开以限定具有长度(L)的矩形狭板231。一组羽板230可在中心轴线A的一侧上沿第一方向延伸，而另一组羽板230可在中心轴线A的另一侧上沿第二方向延伸。第一方向可相对于中心轴线A成直角，而第二方向可平行于中心轴线A。

通过首先将一个蛤壳式板210绕中心轴线(A)转动180度使得一个蛤壳式板210的内表面214朝向另一个定向而将两个蛤壳式板210组装成羽板式蛤壳式壳体200。两个蛤壳式板210然后合在一起，使得每个蛤壳式板210的缘边216彼此配合。一个蛤壳式板210的凸片218与另一蛤壳式板210的凸片218协配以将两个蛤壳式板210锁定在一起以提供限定内部PCM腔室232的羽板式蛤壳式壳体200。

如图4所示，一旦两个蛤壳式板210结合，则矩形狭板231隆起、切缝、并折叠成使得一个蛤壳式板210的羽板230的远侧边缘234可与另一蛤壳式板210的羽板230的远侧边缘234以90度角配合。一旦蛤壳式壳体200组装好并在制冷剂管110之间钎焊就位，则羽板230的远侧边缘234的交叉配合为蛤壳式壳体200提供结构整体性，并又增加板式蒸发器100的总体结构整体性。通过切缝和折叠羽板230而在蛤壳式板210内限定的羽板开口236使PCM250能够与制冷剂管110的外表面直接物理接触，由此增加PCM250与制冷剂管110内制冷剂之间的导热性。

尽管已参照其示例实施例描述了本实用新型，但本领域技术人员应当理解，可在不偏离本实用新型范围的条件下进行各种改变并且用等同构件来替换本实用新型的各构件。此外，可作出许多修改以使特定情形或材料适应本实用新型的说明，而不脱离本实用新型的实质范围。因此，本实用新型并不局限于为实施本实用新型而被考虑作为最佳模式所披露的具体实施例，而本实用新型会包括所有落入所附权利要求范围的所有实施例。

Claims (10)

1.一种用于空气调节系统的蒸发器(100)，包括：

上部歧管；

多个制冷剂管(110)，所述多个制冷剂管(110)从所述上部歧管延伸并与所述上部歧管液压连通；以及

蛤壳式壳体(200)，所述蛤壳式壳体(200)设置在两个相邻制冷剂管(110)之间并与所述两个相邻制冷剂管(110)热连通；

其中所述蛤壳式壳体(200)包括两个蛤壳式板(210)，所述两个蛤壳式板(210)限定构造成存储相变材料的腔室(232)，以及

其中所述蛤壳式板(210)中的一个包括第一部分(220)，所述第一部分(220)限定第一部分(220)的羽板(230)，所述羽板(230)具有延伸到所述腔室(232)内的远侧羽板边缘(234)，通过切缝和折叠所述羽板(230)而在所述蛤壳式板(210)内限定羽板开口(236)，从而使所述相变材料能够与所述制冷剂管(110)的外表面直接物理接触。

2.如权利要求1所述用于空气调节系统的蒸发器(100)，其特征在于，所述第一部分(220)的羽板(230)通过将多个平行狭板(231)折叠入所述腔室(232)而形成，以限定相应的第一部分(220)的羽板开口(236)，以使所述相变材料与所述制冷剂管(110)之间直接物理接触。

3.如权利要求2所述用于空气调节系统的蒸发器(100)，其特征在于，所述蛤壳式板(210)中的至少一个还包括：

中心肋(228)，所述中心肋(228)沿轴线A延伸并将所述蛤壳式板(210)分成所述第一部分(220)和第二部分(222)，

其中所述第二部分(222)限定第二部分(222)的羽板(230)，所述第二部分(222)的羽板(230)具有延伸到所述相变材料腔室(232)内的远侧羽板边缘。

4.如权利要求3所述用于空气调节系统的蒸发器(100)，其特征在于，所述第二部分(222)的羽板(230)通过将多个平行狭板(231)折叠入所述腔室(232)而形成，以限定相应的第二部分(222)的羽板开口(236)。

5.如权利要求4所述用于空气调节系统的蒸发器(100)，其特征在于，所述第一部分(220)的羽板(230)沿第一方向延伸，且所述第二部分(222)的羽板(230)沿第二方向延伸。

6.如权利要求5所述用于空气调节系统的蒸发器(100)，其特征在于，所述第一方向相对于所述第二方向成90度。

7.如权利要求6所述用于空气调节系统的蒸发器(100)，其特征在于，

所述蛤壳式板(210)中的另一个与所述蛤壳式板(210)中的所述一个相同，并包括第二部分(222)，所述第二部分(222)限定第二部分(222)的羽板(230)，所述第二部分(222)羽板(230)具有远侧羽板边缘；

所述蛤壳式板(210)中的一个绕A轴线转动180度，使得所述蛤壳式板(210)中的所述一个的所述第一部分(220)的羽板(230)相对于所述蛤壳式板(210)中的所述另一个的所述第二部分(222)的羽板(230)以90度延伸。

8.如权利要求7所述用于空气调节系统的蒸发器(100)，其特征在于，壳式板(210)中的所述一个的所述第一部分(220)的所述远侧羽板边缘(234)与所述蛤壳式板(210)的所述另一个的所述第二部分(222)的所述远侧羽板边缘(234)接触。

9.如权利要求8所述用于空气调节系统的蒸发器(100)，其特征在于，所述蛤壳式壳体(200)构造成存储相变材料，使得相变材料仅与所述制冷剂管(110)的处于所述上部歧管下方的上部(118)直接物理接触。

10.如权利要求8所述用于空气调节系统的蒸发器(100)，其特征在于，所述蛤壳式板(210)中的一个限定定位在所述羽板(230)上方的相变材料端口(226)。