CN104285108B - 具有冷凝物抽取器的热交换器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种热交换器组件，该热交换器组件具有第一集管；与第一集管间距开的第二集管；延伸在所述第一和第二集管之间并与第一和第二集管水力连通的多个制冷剂管子；插入在多个制冷剂管子之间的多个波纹翅片；以及冷凝物抽取器，其具有插入在多个制冷剂管子之间的带有延伸的指形物的梳形隔板部分和传输部分。梳形隔板部分构造成从多个制冷剂管子之间抽取冷凝物，而传输部分构造成传输冷凝物远离热交换器组件。

Description

具有冷凝物抽取器的热交换器

相关申请的交互参照

本申请要求对以下专利申请的优先权益：2012年5月18日提交的美国临时专利申请系列号No.61/648,852，其题为“具有冷凝物抽取器的热交换器”，本文以参见方式引入其全部内容。

技术领域

本发明涉及具有由管子和翅片形成的内芯的热交换器；具体来说，涉及具有从内芯中收集冷凝物和移去冷凝物的装置的热交换器。

背景技术

众所周知，住宅和商业应用的空调和热泵系统使用修正的自动热交换器，因为它们具有高的热传递效率、耐用性和制造的相对方便性。典型的自动热交换器通常包括入口集管、出口集管以及多个用以提供入口和出口集管之间水力连通的挤压成形的多端口制冷剂管子。热交换器的内芯由以下两部分形成：多个制冷剂管子，以及设置在制冷剂管子之间用以提高传热效率和增大结构刚度的波纹翅片。制冷剂管子可平行地对齐并相对于重力方向基本上向上定向。波纹的翅片可设置有百叶窗以提高传热效率。

对于热泵应用来说，在加热模式中，室外热交换器起作蒸发器的作用，而在冷却模式中，室内热交换器起作蒸发器的作用。当热交换器处于蒸发模式中时，部分膨胀的二相制冷剂从入口集管进入制冷剂管子的下部，并随着制冷剂从周围空气中吸收热量沿制冷剂管子向上移动而膨胀到蒸气相。当通过热交换器内芯的空气流冷却到其露点之下时，空气中的水分冷凝到制冷剂管子和翅片的外表面上。

对于某些住宅和/或商业应用，热交换器的尺寸可达到超过5英尺的高度。冷凝物积聚在内芯上，通过翅片内的百叶窗排出，并可在制冷剂管子和翅片之间的空间内聚集而形成冷凝物柱，由此，阻塞空气流通过内芯，导致传热效率降低。除了传热效率降低之外，当室内热交换器运行在蒸发模式中时，室内热交换器内芯中冷凝物的积聚是特别不理想的。横贯热交换器表面的空气流速度可达到700ft/min以上。在该速度时，空气流撞击冷凝物柱，并从内芯中发出冷凝物液滴而进入空气腔内。

希望具有从热交换器内芯中抽取和传送走冷凝物的创新的方案，以使对通过内芯的空气流的阻塞减到最小，由此，在蒸发模式中运行时，防止热交换器传热效率的降低。

发明内容

本发明提供热交换器组件，该热交换器组件具有第一集管、与第一集管间距开的第二集管、延伸在第一和第二集管之间并与第一和第二集管水力连通的多个制冷剂管子、插入在多个制冷剂管子之间的多个波纹翅片，以及冷凝物抽取器，其具有带有延伸的指形物的梳形隔板部分和传输部分，所述指形物插入在多个制冷剂管子之间。梳形隔板部分构造成从多个制冷剂管子之间抽取冷凝物，而传输部分构造成远离热交换器组件传输走冷凝物。

这里所披露的热交换器组件的一个优点在于，它提供了从热交换器内芯中抽取和传送走冷凝物的简单创新的方案。从内芯中移送走冷凝物使对通过内芯的空气流的阻塞减到最小，由此，提高传热效率并消除从内芯发送到下游内腔中的冷凝物。

附图说明

现将参照附图来进一步描述本发明，附图中：

图1示出现有技术的热交换器组件，其具有由多个制冷剂管子和翅片形成的内芯。

图2示出图1的热交换器组件内芯和形成在邻近制冷剂管子之间的冷凝物柱的详图。

图3示出具有冷凝物抽取器的热交换器组件的本发明的实施例。

图4是横贯图3剖切线4-4的热交换器组件的局部侧视图，示出图3冷凝物抽取器的冷凝收集部分和冷凝物梳形隔板部分。

图5示出与热交换器组件间隔开的图3的冷凝物抽取器。

图6示出图3冷凝物抽取器的另一替代实施例的立体图。

图7示出用于图6所示的冷凝物抽取器的冷凝收集导管。

图8示出横贯图6剖切线8-8的中所示冷凝物抽取器的局部剖视图。

图9示出图3的热交换器组件，其具有冷凝物抽取器的替代的冷凝物收集部分。

具体实施方式

参照图1和2，图中所示是现有技术的热交换组件10，其具有下部入口集管12和上部出口集管14，该上部出口集管14相对入口集管12以隔开且基本上平行的关系延伸。多个基本上平行的制冷剂管子18设置用以在入口和出口集管12、14之间达到水力连通。具有百叶窗36的多个波形翅片20插入在邻近制冷剂管子18之间，以提高传热效率。制冷剂管子18和波形翅片20形成热交换器内芯22。制冷剂管子18的外表面19与波形翅片20的外表面21合作，以形成用于空气流通过内芯22的多个空气流通道24。

对于热交换组件10的住宅应用来说，集管12、14通常垂直于重力方向定向，而制冷剂管子18基本上在重力方向上或朝向重力方向倾斜地定向。在蒸发模式的运行过程中，部分膨胀的二相制冷剂从入口集管12进入制冷剂管子18的下部，并沿制冷剂管子18上升。当制冷剂在制冷剂管子18内上升时，通过从通过空气流通道24穿过热交换组件10的内芯22的空气流中吸收热能，制冷剂膨胀到蒸气相。当热能从空气流传递到制冷剂中时，空气流可冷却到低于其露点。空气流中的水分冷凝并积聚到制冷剂管子18的外表面19和翅片20的外表面21上。当冷凝物通过翅片20的百叶窗36朝向热交换组件10的下部迁移时，积聚在邻近制冷剂管子18之间的冷凝物26形成冷凝物柱(C)；由此，阻塞空气通过内芯22的流动。该对于通过内芯22的空气流的阻塞降低了热交换组件10的传热效率。

参照图3至9，其中，在这些附图中，同样的附图标记表示相对应的零件，附图示出了本发明热交换组件10的示范的实施例。如图3和4中所示，热交换器组件100包括第一集管112和第二集管114，该第二集管114相对第一集管以隔开且基本上平行的关系延伸。多个基本上平行的制冷剂管子118水力地连接第一和第二集管112、114。制冷剂管子118包括向前鼻部128和相对的后鼻部130，向前鼻部128定向到流入空气流的方向。具有通过腿134连接的交替的突脊132的多个波形翅片120插入在相邻制冷剂管子118之间，其中，交替的突脊132与相邻的制冷剂管子118的平表面119接触。翅片120的腿134可包括百叶窗136，以提高传热效率和沿着制冷剂管子118的长度排放冷凝物。

多个制冷剂管子118和相邻制冷剂管子118之间的波形翅片120形成了热交换器内芯122。该热交换器内芯122包括定向到空气流方向的上游面138和相对的下游面140。制冷剂管子118的平的外表面119连同相邻制冷剂管子118之间的波形翅片120的外表面121一起形成了多个空气流通道124，以让空气流通过内芯122从上游面138流到下游面140。百叶窗136引导空气流通过相邻空气流通道124之间的翅片120。制冷剂管子118和翅片120可由诸如铝的导热材料形成。集管112、114、制冷剂管子118和翅片120可组装成热交换器组件100，并用行内任何公知的方法进行铜焊，以提供结实可靠的液密的热交换器组件100。

图3示出具有冷凝物抽取器200的热交换器组件100的本发明的实施例，该冷凝物抽取器200构造成抽取和传输冷凝物远离内芯122。图4示出横贯图3中剖切线4-4的具有冷凝物抽取器200的热交换器组件100的局部侧向剖视图。波形翅片120包括定向到流入空气流方向的前导边缘142和相对的尾部边缘144。波形翅片120的前导边缘142延伸通过制冷剂管子118的向前鼻部128，由此，提供波形翅片120的悬垂部分146。该悬垂部分146提供了传热表面，传热表面比翅片120的空气下游部分干燥。翅片120的尾部边缘144延伸到刚好不到制冷剂管子的后鼻部130，由此，在制冷剂管子118平的外表面119上提供在翅片120的尾部边缘144和制冷剂管子118的后鼻部130之间的间隙表面(G)。

通过空气流通道124的空气流中的水分在内芯122上部附近冷凝成冷凝物26，并向下迁移通过相邻制冷剂管子122之间翅片120的百叶窗136而形成冷凝物柱(C)。流入的空气流推动空气流通道124内的冷凝物26朝向管子的后鼻部130，在悬垂部分上只留下冷凝物26的薄膜，因此使得较干的表面具有较高的传热率。一旦冷凝物26沿着间隙表面(G)集中，冷凝物26的粘附力和毛细管作用，沿着制冷剂管子118的间隙表面(G)，形成流向热交换器组件100底部的稳定的冷凝物26流动。业已发现，沿着制冷剂管子118的暴露的间隙表面(G)的该冷凝物26的流动粘附力，可抵挡流入的空气流的力，由此，防止来自热交换器组件100内芯122的冷凝物发出或喷吐到下游空气腔内。

图5示出与热交换器组件100间隔开的冷凝物抽取器200。该冷凝物抽取器200构造成与翅片120的悬垂部分和间隙表面(G)一体地工作，以远离热交换器组件100的内芯122抽取和传输冷凝物26。冷凝物抽取器200包括冷凝物传输部分210和梳形隔板部分220，冷凝物传输部分210接合内芯122的下游面140，而梳形隔板部分220延伸通过接合内芯122上游面138的内芯122的流动通道124；由此，将冷凝物抽取器200夹紧到内芯122上的位置中。梳形隔板部分220可包括平面部段223和从平面部段223中延伸出的多个指形物224。指形物224构造成插入并通过流动通道124。至少一个指形物224包括具有朝上翻的部段228的远端226，其接合翅片120的前导边缘142。

回到图4，循着通过内芯122的空气流的方向，指形物224沿着大致重力方向倾斜，回头朝向冷凝物传输部分210。在过渡到冷凝物传输部分210之前，指形物224一体地延伸入平面部段223内。多个指形物224密封地接合平的外表面119和制冷剂管子118的后鼻部130，以防止冷凝物26继续向下流到内芯122。梳形隔板部分220中途截取并且引导冷凝物26远离内芯122内的流动通道124和间隙表面(G)，通向到平面部段223。传输部分210可以是倾斜定位的沟槽232，其功能类似于排放槽，其使用重力将冷凝物26传输到热交换器组件内芯122端部处的管口256。

冷凝物抽取器200可由适于修正而可铜焊的材料片形成。该金属片可切割成可折叠而形成冷凝物传输部分210和梳形隔板部分220的图案。冷凝物抽取器200还可由材料片冲切而形成冷凝物传输部分210和梳形隔板部分220。如图4所示，示范的传输部分210具有基本上的V形状，该形状通过折叠金属板片形成。本技术领域内技术人员将会认识到，传输部分210的横截面形状可包括任何横截面形状，其可通过折叠或冲切金属板片来形成，包括U形、C形或矩形。

图6至8中所示的是冷凝物抽取器200的另一替代的实施例，该冷凝物抽取器200具有由冷凝物导管250形成的冷凝物传输部分210。所示冷凝物导管250包括圆形横截面形状，但也可以是能够传输液体的任何封闭或敞开的形状。冷凝物导管250包括纵向裂缝252，其基本上延伸在冷凝物导管250的长度上。梳形隔板部分220的指形物224沿着朝内芯122的下游面140的大致重力方向倾斜，以过渡到平面的部分223，然后，直接延伸入冷凝物抽取器200的纵向裂缝252内。如图7所示，冷凝物导管250可形成沿着裂缝周期性布置的孔254，以便于从平面部段223中抽取冷凝物26到导管内。该导管也可呈倾斜，使冷凝物26朝向内芯122边缘处的管口256排放。可将摺边260设置在梳形隔板部分220的边缘处，以将导管保持在梳形隔板部分220上。

具有用来除去冷凝物26的传输部分210的冷凝物抽取器200的替代的实施例，包括位于远离内芯122的梳形隔板端部边缘处的摺边260，其带有如图9所示的几个略微的下陷262。在这些下陷中，设置了小孔264，薄的塑料片或金属丝266延伸到内芯122的底部。冷凝物26将循着这些细线到达内芯122的底部并远离热交换器组件100。绞合的多股线显得擅长于移动冷凝物26且不允许冷凝物通过内芯122被空气流排出。

这里披露的具有冷凝物抽取器200的热交换器组件100提供了远离热交换器内芯122抽取和传输冷凝物的简单的创新方案。远离内芯122的冷凝物26的传输使得对通过内芯122的空气流的阻碍减到最小，由此，提高传热效率，并消除从内芯122排放到下游腔中的冷凝物。

尽管已经描述和图示了本发明的具体实施例，但应该理解到，提供实施例只是举例而已，本发明不应被认为受限的，本发明由附后权利要求书的合适范围来限定。

Claims (10)

1.一种热交换器组件，该热交换器组件包括：

第一集管；

与所述第一集管间隔开的第二集管；

延伸在所述第一和第二集管之间并与第一和第二集管水力连通的多个制冷剂管子；

插入在多个制冷剂管子之间的多个波纹翅片，由此限定内芯，所述内芯具有用于从所述内芯的上游面至所述内芯的下游面的气流的流动通道；以及

冷凝物抽取器，所述冷凝物抽取器具有梳形隔板部分，

其中，所述梳形隔板部分包括延伸入所述流动通道的指形物并且构造成从所述多个制冷剂管子之间抽取冷凝物，

其中，所述梳形隔板部分过渡到冷凝物传输部分，使得由所述指形物提取的冷凝物在重力下从所述梳形隔板部分流到所述传输部分，

其中，所述冷凝物传输部分包括：

与所述梳形隔板部分的所述指形物相对的具有摺边的边缘，

冷凝物导管，所述冷凝物导管具有纵向裂缝，以接纳所述摺边插入所述冷凝物导管，以及

多个孔，沿着所述纵向裂缝的所述孔构造成接纳冷凝物在重力下流入所述冷凝物导管。

2.如权利要求1所述的热交换器组件，其特征在于，

所述冷凝物传输部分直接相邻所述内芯的所述下游面和所述上游面中的一个定位。

3.如权利要求2所述的热交换器组件，其特征在于，

所述指形物的至少一个包括远端，所述远端具有接合所述内芯的所述上游面和所述下游面中另一个的上翻部段；以及

其中，所述指形物的所述上翻部段与所述冷凝物传输部分协作将所述冷凝物抽取器夹持到所述热交换器组件。

4.如权利要求3所述的热交换器组件，其特征在于，所述制冷剂管子包括平的外表面；以及所述多个指形物构造成密封抵靠多个所述制冷剂管子的所述平的外表面，使得所述多个指形物中途截取和再引导冷凝物远离所述内芯。

5.如权利要求1所述的热交换器组件，其特征在于，

所述冷凝物抽取器包括倾斜成某一角度的沟槽，该角度足以使冷凝物流到所述沟槽的一端。

6.如权利要求1所述的热交换器组件，其特征在于，所述冷凝物传输部分包括：具有与所述梳形隔板部分的所述指形物相对的摺边的边缘；

在所述摺边上形成孔的至少一个下陷；以及

从所述孔沿重力方向朝向所述内芯下部延伸的股线材料。

7.如权利要求1所述的热交换器组件，其特征在于，所述制冷剂管子包括平的外表面；

所述多个翅片包括尾部边缘，而所述多个制冷剂管子包括后鼻部，

其中，所述后鼻部延伸超出所述尾部边缘，由此，在所述翅片的所述尾部边缘和所述制冷剂管子的所述后鼻部之间，形成位于所述多个制冷剂管子的所述平的外表面上的间隙表面。

8.如权利要求7所述的热交换器组件，其特征在于，

所述冷凝物传输部分直接相邻与所述间隙表面相邻的所述下游面定位，这样，所述梳形隔板部分的所述指形物中途截取并再引导沿所述间隙表面流动的冷凝物。

9.如权利要求1所述的热交换器组件，其特征在于，

所述多个翅片包括前导边缘，而所述多个制冷剂管子包括前鼻部，

其中，所述前导边缘延伸超过所述前鼻部，由此形成超过所述前鼻部的翅片的悬垂部分。

10.如权利要求9所述的热交换器组件，其特征在于，

所述多个指形物包括多个远端，所述多个远端具有包括接合到所述多个翅片的所述前导边缘的上翻部段的远端。