CN107709915A - 微型管热交换器 - Google Patents

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CN107709915A CN201680038855.0A CN201680038855A CN107709915A CN 107709915 A CN107709915 A CN 107709915A CN 201680038855 A CN201680038855 A CN 201680038855A CN 107709915 A CN107709915 A CN 107709915A
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A.A.阿拉亚里
J.H.惠顿
M.R.皮尔森
J.L.埃斯富姆斯
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    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
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    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
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    • F28F2260/00—Heat exchangers or heat exchange elements having special size, e.g. microstructures
    • F28F2260/02—Heat exchangers or heat exchange elements having special size, e.g. microstructures having microchannels

Abstract

提供热交换器，其包括入口歧管和布置成通常平行于入口歧管并从那里分开一段距离的出口歧管。多行微型管排列在基本上平行的关系中。多行微型管配置成流体地联接入口歧管和出口歧管。多行中的每行包括多个微型管。

Description

微型管热交换器
背景
本公开通常涉及热交换器，且更特别地涉及具有微型管的热交换器。
在近年来，很多兴趣和设计努力聚焦于制冷剂系统的热交换器、特别是冷凝器和蒸发器的有效操作。在热交换器技术中的相对最近的进步包括作为冷凝器和蒸发器的热交换器的平行流(也被称为微通道或迷你通道)的开发和应用。
微通道热交换器设置有多个并行热交换器管，每个热交换器管具有多个流动通路，制冷剂通过流动通路被分配并以并行方式流动。热交换器管可定向成基本上垂直于在与热交换器管流体连通的入口、中间和出口歧管中的制冷剂流动方向。
概述
根据一个实施方案，提供热交换器，其包括入口歧管和布置成通常平行于入口歧管并从那里分开一段距离的出口歧管。多行微型管排列在基本上平行的关系中。多行微型管配置成流体地联接入口歧管和出口歧管。多行中的每行包括多个微型管。
除了上面所述的特征的一个或多个以外或作为可选方案，在另外的实施方案中，至少一个微型管包括第一平表面和第二平表面。
除了上面所述的特征的一个或多个以外或作为可选方案，在另外的实施方案中，间隙存在于一行内的相邻微型管的至少一部分之间。
除了上面所述的特征的一个或多个以外或作为可选方案，在另外的实施方案中，在多行之一内的相邻微型管不连接到彼此。
除了上面所述的特征的一个或多个以外或作为可选方案，在另外的实施方案中，在多行之一内的相邻微型管通过至少一个肋状物联接到彼此。
除了上面所述的特征的一个或多个以外或作为可选方案，在另外的实施方案中，多行中的每行具有相同数量的微型管。
除了上面所述的特征的一个或多个以外或作为可选方案，在另外的实施方案中，微型管的流动通路具有在大约0.2mm和1.4mm之间的液压直径。
除了上面所述的特征的一个或多个以外或作为可选方案，在另外的实施方案中，多个微型管中的一个或多个的横截面形状通常是机翼形的。
除了上面所述的特征的一个或多个以外或作为可选方案，在另外的实施方案中，多个微型管的横截面形状通常是具有圆角的矩形。
除了上面所述的特征的一个或多个以外或作为可选方案，在另外的实施方案中，至少一个传热翅片布置在多行微型管中的相邻行之间形成的开口内。
除了上面所述的特征的一个或多个以外或作为可选方案，在另外的实施方案中，多个微型管包括平表面，且多个热交换器翅片配置成附着到在一行内的多个微型管中的每个的平表面。
除了上面所述的特征的一个或多个以外或作为可选方案，在另外的实施方案中，配置成附着到在一行内的多个微型管中的每个的多个热交换器翅片由薄板形成，使得多个热交换器翅片被连接。
除了上面所述的特征的一个或多个以外或作为可选方案，在另外的实施方案中，传热翅片联接到在多行中的第一行内的至少一个微型管和在多行中的第二行内的至少一个微型管。
除了上面所述的特征的一个或多个以外或作为可选方案，在另外的实施方案中，所述至少一个传热翅片是锯齿状的。
除了上面所述的特征的一个或多个以外或作为可选方案，在另外的实施方案中，所述至少一个传热翅片是百叶式的。
除了上面所述的特征的一个或多个以外或作为可选方案，在另外的实施方案中，多行微型管在第一管束和第二管束中形成。第一管束和第二管束相对于穿过热交换器的第二传热流体的流动方向布置在彼此后面。
根据另一实施方案，提供热交换器系统，其包括排列在基本上平行的关系中并由歧管系统流体地连接的多个微型管。多个微型管中的每个界定流动通路，其中多个微型管布置在行中，且一行内的多个微型管的至少一部分彼此分开一段距离，使得间隙存在。
除了上面所述的特征的一个或多个以外或作为可选方案，在另外的实施方案中，间隙存在于多个微型管的每个之间。
除了上面所述的特征的一个或多个以外或作为可选方案，在另外的实施方案中，相邻微型管由在其间延伸的至少一个肋状物连接。
除了上面所述的特征的一个或多个以外或作为可选方案，在另外的实施方案中，在一行内的多个微型管的至少一部分布置在多组中，使得间隙存在于微型管的相邻组之间。
除了上面所述的特征的一个或多个以外或作为可选方案，在另外的实施方案中，布置在一组内的多个微型管中的每个整体地形成。
附图简述
在说明书的结尾处特别指出并清楚地主张主题。本公开的前述和其它特征及优点从结合附图理解的下面的详细描述中明显，其中：
图1是常规蒸气压缩系统的示例；
图2是根据本公开的实施方案的平行流热交换器的透视图；
图3是平行流热交换器的多个热交换器管的详细透视图；
图4是平行流热交换器的多个热交换器管之一的横截面视图；
图5a和图5b是具有变化的配置的平行流热交换器的热交换器管的顶视图；
图6是平行流热交换器的多个热交换器管的另一配置的详细透视图；
图7是平行流热交换器的头部的横截面视图；以及
图8a-8c是具有变化的流动路径配置的热交换器的示例的截面图。
详细描述参考附图作为示例解释本公开的实施方案连同优点和特征。
详细描述
当使用在制冷剂系统内的常规微通道热交换器时，问题可能出现。作为它们的较高表面密度和扁平管结构的结果，微通道热交换器可能易受保湿和随后的积霜的影响。这可能在具有水平定向的热交换器管的热交换器中是特别成问题的，因为水聚集并保留在管的扁平水平表面上。这不仅导致较大的流动和热阻力，而且导致在管表面上的腐蚀和洼坑。
现在参考图1，基本制冷剂系统20的示例被示出并包括压缩机22、冷凝器24、膨胀装置26和蒸发器28。压缩机22压缩制冷剂并向下游将它输送到冷凝器24内。从冷凝器24，制冷剂穿过膨胀装置26进入通向蒸发器28的入口制冷剂管30内。从蒸发器28，制冷剂返回到压缩机22以完成闭环制冷剂回路。
现在参考图2，示出例如配置成用作制冷剂系统20中的冷凝器24或蒸发器28的热交换器40的示例。如所示，热交换器40包括第一歧管42、与第一歧管42间隔开的第二歧管44和通常在第一歧管42和第二歧管44之间的间隔开的平行关系中延伸的多个热交换微型管46。应理解，热交换微型管46和相应的歧管42、44的其它定向在本公开的范围内。此外，弯曲的热交换微型管和/或弯曲的歧管也在本公开的范围内。
如所示，歧管42、44包括具有圆形横截面的垂直地伸长的、通常中空的闭端圆柱体(见图7)。然而，具有其它配置例如半圆形、半椭圆形、正方形、矩形或其它横截面的歧管42、44例如在本公开的范围内。
第一传热流体例如液体、气体或制冷剂的两相混合物配置成流经多个热交换器微型管46。虽然在本申请中利用术语“第一流体”，但是应理解，为了传热的目的，任何选定流体可流经多个微型管46。在所示的非限制性实施方案中，多个微型管46布置成使得第二传热流体例如空气配置成越过多个微型管46例如在例如相邻微型管46之间界定的空间52内流动。作为结果，经由微型管46在第一流体和第二流体之间传递热能。
图2中的热交换器40的所示非限制性实施方案具有单通流动配置。例如，第一传热流体配置成在由箭头B指示的方向上通过多个热交换器微型管46从第一歧管42流到第二歧管44。为了形成多通流动配置，第一歧管42和第二歧管44中的至少一个包括两个或多个流体地分开的室。可通过将单独的歧管联接在一起或可选地通过将挡板或分隔板(未示出)定位在歧管42、44的至少一个内来形成流体地分开的室。此外，虽然热交换器40被示为仅具有单个管束，但是具有相对于第二传热流体的流动布置在彼此后面的多个管束的其它配置在本公开的范围内。在一个实施方案中，可通过在多个热交换器微型管46内形成一个或多个弯头来形成具有多个管束的热交换器40。
现在参考图3，更详细地示出热交换器微型管46。如所示，热交换器微型管46具有配置成界定传热流体的流动通路的基本上中空的内部48。如在本文使用的，术语“微型管”指具有在大约0.2mm到1.4mm之间且更特别地在大约0.4mm和1mm之间的液压直径的热交换器管。微型管46的壁厚度可以在大约.05mm和.4mm之间，取决于制造的方法。在一个实施方案中，挤出的微型管46可通常具有例如大约.3mm的壁厚度。微型管46的横截面形状被选择为提高在由箭头A指示的方向上在微型管46的外部周围流动的第二传热流体和流经多个微型管46的内部的第一传热流体之间的传热。在所示的非限制性实施方案中，热交换器微型管46的外圆周的横截面形状通常是矩形的，并包括圆角。然而，应认识到，可构造具有各种横截面形状中的任一个的微型管46。例如，外圆周的横截面形状可包括但不限于圆形、椭圆形、矩形、三角形或机翼形。微型管46的形状可配置成减小在每个微型管46后面的伴流大小，这减小压力降并提高传热。
热交换器微型管46布置在多行50中，使得每行50包括一个或多个热交换器微型管46。在行50具有多个热交换微型管46的实施方案中，每行50可具有相同或可选地不同数量的热交换微型管46。在行50内的热交换微型管46布置成基本上平行于彼此。如在本文使用的，术语“基本上平行”意欲涵盖在行50内的热交换器微型管46例如由于在例如微型管46之间的平直度的变化而不完全平行的配置。参考图5a-5b，在层50内的相邻微型管46的至少一部分彼此分开一段距离，使得间隙52存在于微型管46之间，允许流体例如水冷凝物例如流经那里。在一个实施方案中，微型管46可完全与彼此分离，如图5b所示。可选地，如图5a所示，一个或多个肋状物54可在相邻热交换微型管46之间延伸。肋状物可向层50提供稳定性和/或可简化制造。在相邻热交换微型管46之间延伸的肋状物54可以但不需要基本上彼此对准。
在图6所示的又一实施方案中，在每行50内的多个热交换器微型管46可形成为组56，每组56由两个或多个整体地形成的热交换器微型管46组成。可选地，一个或多个热交换器微型管46的中空内部48可被划分以形成在单个热交换器微型管46内的多个平行流动通道。然而通常在热交换器40的宽度之上维持在相邻热交换器微型管46或热交换器微型管46的相邻组56之间的至少部分分离。
现在参考图4，每个热交换微型管46具有前缘58和后缘60。每个热交换器微型管46的前缘58相对于穿过热交换器40的第二传热流体(例如空气)A的流动布置在它的相应后缘60的上游。微型管46可此外包括一个或多个传热翅片70(见图3和图6)可附着到的第一平表面62和第二相对的平表面64。
再次参考图3，多个传热翅片70可布置在热交换微型管46的平表面62、64(图4)之间，并例如通过例如炉内钎焊过程刚性地附着到热交换微型管46的平表面62、64以增强外部传热并向热交换器40提供结构刚度。通过形成具有平表面62、64的热交换器微型管46，在微型管46和传热翅片70之间的接触区域增加，这不仅提高在微型管46和翅片70之间的传热，而且使在微型管46和翅片70之间的连接变得更容易形成。
翅片70可被形成为布置在热交换器微型管46的相邻行50之间的空间66内的层，使得每个翅片层联接到在周围行50内的多个微型管46中的至少一个。在图3所示的实施方案中，翅片70是披针状的或锯齿状的。然而，其它结构例如无花样的、百叶式的或以另外方式增强的翅片70也在本公开的范围内。多个翅片70的包括提供额外的辅助传热表面积，其中翅片70与在方向A上流动的相邻第二传热流体直接接触。
热交换器微型管46和翅片70的参数都可基于热交换器40的应用被优化。相应地，与常规微通道热交换器比较，热交换器40提供材料和制冷剂体积的明显减小，同时允许冷凝物在相邻热交换器微型管46之间并通过在翅片70中形成的开口流出。此外，如图7所示，微型管设计允许沿着它们的长度在相邻微型管46之间的空间布置中的灵活性。例如，多个微型管46的流动轴45和47可收敛在歧管42、44内(例如微通道管46可以沿着热交换器的部分是不平行的)。比较起来，在多端口微通道管中的微通道之间的空间布置可以是固定的(例如当多端口管以固定的横截面和因而固定的通道间距被挤出时)。因此，至少以这种方式，与可对应地产生在热交换器40的总大小的减小的多端口微通道管(例如，平坦多端口管)比较，歧管42、44可被制造得更小，空间52可被制造得更大，微型管46延伸到歧管内的距离可减小，或包括前述项中的至少一个的组合可被实现。
现在参考图8a-8c，热交换器40可以用各种方式适合于实现多通流动配置。例如，如图8a所示，热交换器微型管46的一行或多行50配置成在第一方向上接收流，而热交换器微型管46的一行或多行50配置成在第二相对的方向上接收流。更特别地，专用于每个流通过的每行相同数量的微型管46可以但不需要是相等的。在图8b中，在热交换器40的相邻管束内的对准的行50可具有不同的流动配置。可选地，在同一行50内的热交换器微型管46可具有不同的流动配置(图8b和图8c)。在本文所示的流动配置被预期仅仅是示例，且其它配置在本公开的范围内。此外，关于具有单个管束的热交换器40描述了所示和所述流动配置；然而，具有多个管束的热交换器40的循环可能性是无限的。
实施方案1：热交换器，其包括入口歧管；布置成通常平行于入口歧管的出口歧管，出口歧管从入口歧管分开一段距离；以及排列在基本上平行的关系中的多行微型管，多行微型管配置成流体地联接入口歧管和出口歧管，其中多行中的每行包括多个微型管。
实施方案2：根据实施方案1的热交换器，其中至少一个微型管包括第一平表面和第二平表面。
实施方案3：根据实施方案1或实施方案2的热交换器，其中间隙存在于一行内的相邻微型管的至少一部分之间。
实施方案4：根据实施方案1-3中的任一项的热交换器，其中在多行之一内的相邻微型管不连接到彼此。
实施方案5：根据实施方案1-4中的任一项的热交换器，其中在多行之一内的相邻微型管通过至少一个肋状物联接到彼此。
实施方案6：根据实施方案1-5中的任一项的热交换器，其中多行中的每行具有相同数量的微型管。
实施方案7：根据实施方案1-6中的任一项的热交换器，其中微型管的流动通路具有在大约0.2mm和1.4mm之间的液压直径。
实施方案8：根据实施方案1-7中的任一项的热交换器，其中多个微型管中的一个或多个的横截面形状通常是机翼形的。
实施方案9：根据实施方案1-8中的任一项的热交换器，其中多个微型管的横截面形状通常是具有圆角的矩形。
实施方案10：根据实施方案1-9中的任一项的热交换器，其中至少一个传热翅片布置在多行微型管中的相邻行之间形成的开口内。
实施方案11：根据实施方案1-10中的任一项的热交换器，其中多个微型管包括平表面，以及多个热交换器翅片配置成附着到在一行内的多个微型管中的每个的平表面。
实施方案12：根据实施方案11的热交换器，其中配置成附着到在一行内的多个微型管中的每个的多个热交换器翅片由薄板形成，使得多个热交换器翅片被连接。
实施方案13：根据实施方案11或实施方案12的热交换器，其中传热翅片联接到在多行中的第一行内的至少一个微型管和在多行中的第二行内的至少一个微型管。
实施方案14：根据实施方案11-13中的任一项的热交换器，其中所述至少一个传热翅片是锯齿状的。
实施方案15：根据实施方案11-13中的任一项的热交换器，其中所述至少一个传热翅片是百叶式的。
实施方案16：根据实施方案1-16中的任一项的热交换器，其中多行微型管在第一管束和第二管束中形成，第一管束和第二管束相对于穿过热交换器的第二传热流体的流动方向布置在彼此后面。
实施方案17：一种热交换器系统，其包括：平行流热交换器，其包括排列在基本上平行的关系中并由歧管系统流体地连接的多个微型管，多个微型管中的每个界定流动通路，其中多个微型管布置在行中，且一行内的多个微型管的至少一部分彼此分开一段距离，使得间隙存在于其间。
实施方案18：根据实施方案17的热交换器系统，其中间隙存在于多个微型管的每个之间。
实施方案19：根据实施方案18的热交换器系统，其中相邻微型管由在其间延伸的至少一个肋状物连接。
实施方案20：根据实施方案17的热交换器系统，其中在一行内的多个微型管的至少一部分布置在多组中，使得间隙存在于微型管的相邻组之间。
实施方案21：根据实施方案20的热交换器系统，其中布置在一组内的多个微型管中的每个整体地形成。
虽然仅结合有限数量的实施方案详细描述了本公开，但是应容易理解，本公开不限于这样公开的实施方案。更确切地，本公开可被修改以合并直到此时未描述的、但在精神和/或范围内相称的任何数量的变化、变更、替换或等效布置。此外，虽然描述了各种实施方案，但是应理解，本公开的方面可以只包括所述实施方案中的一些。相应地，本公开不应被看作由前述描述限制，但只被所附权利要求的范围限制。

Claims (21)

1.一种热交换器，其包括：
入口歧管；
出口歧管，其布置成通常平行于所述入口歧管，所述出口歧管从所述入口歧管分开一段距离；以及
多行微型管，其排列在基本上平行的关系中，所述多行微型管配置成流体地联接所述入口歧管和所述出口歧管，其中所述多行中的每行包括多个微型管。
2.根据权利要求1所述的热交换器，其中所述至少一个微型管包括第一平表面和第二平表面。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的热交换器，其中间隙存在于一行内的相邻微型管的至少一部分之间。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的热交换器，其中在所述多行之一内的相邻微型管不连接到彼此。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的热交换器，其中在所述多行之一内的相邻微型管通过至少一个肋状物联接到彼此。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的热交换器，其中所述多行中的每行具有相同数量的微型管。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的热交换器，其中所述微型管的流动通路具有在大约0.2mm和1.4mm之间的液压直径。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的热交换器，其中所述多个微型管中的一个或多个的横截面形状通常是机翼形的。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的热交换器，其中所述多个微型管的横截面形状通常是具有圆角的矩形。
10.根据前述权利要求中的任一项所述的热交换器，其中至少一个传热翅片布置在所述多行微型管中的相邻行之间形成的开口内。
11.根据前述权利要求中的任一项所述的热交换器，其中所述多个微型管包括平表面，以及多个热交换器翅片配置成附着到在一行内的所述多个微型管中的每个的所述平表面。
12.根据权利要求11所述的热交换器，其中配置成附着到在一行内的所述多个微型管中的每个的所述多个热交换器翅片由薄板形成，使得所述多个热交换器翅片被连接。
13.根据权利要求11或权利要求12所述的热交换器，其中所述传热翅片联接到在所述多行中的第一行内的至少一个微型管和在所述多行中的第二行内的至少一个微型管。
14.根据权利要求11-13中的任一项所述的热交换器，其中所述至少一个传热翅片是锯齿状的。
15.根据权利要求11-13中的任一项所述的热交换器，其中所述至少一个传热翅片是百叶式的。
16.根据前述权利要求中的任一项所述的热交换器，其中所述多行微型管在第一管束和第二管束中形成，所述第一管束和所述第二管束相对于穿过所述热交换器的第二传热流体的流动方向布置在彼此后面。
17.一种热交换器系统，其包括：
平行流热交换器，其包括排列在基本上平行的关系中并由歧管系统流体地连接的多个微型管，所述多个微型管中的每个界定流动通路，其中所述多个微型管布置在行中，且一行内的所述多个微型管的至少一部分彼此分开一段距离，使得间隙存在于其间。
18.根据权利要求17所述的热交换器系统，其中间隙存在于所述多个微型管的每个之间。
19.根据权利要求18所述的热交换器系统，其中相邻微型管由在其间延伸的至少一个肋状物连接。
20.根据权利要求17所述的热交换器系统，其中在一行内的所述多个微型管的至少一部分布置在多组中，使得所述间隙存在于微型管的相邻组之间。
21.根据权利要求20所述的热交换器系统，其中布置在一组内的所述多个微型管中的每个整体地形成。
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