CN1410738A - 热交换器 - Google Patents

Abstract

一种热交换器，其使用一种诸如二氧化碳之类的高工作压力的制冷剂作为制冷剂。该热交换器包括：相互之间按预定距离设置并彼此平行的第一和第二集束管，每个集束管至少具有两个由一隔壁独立隔开的腔室；一组管，用于分别与该第一和第二集束管的相互面对的腔室连接，其中，各管至少分为两个管组，每个组具有一个单一的制冷剂通道；一个制冷剂进口管，形成在该第一集束管一端的腔室处，通过该进口管提供制冷剂；在隔壁上形成的一组返回孔，用于将相邻的两个腔室相互连通，通过各孔制冷剂继续向下流过各管组；一制冷剂出口管，形成在沿制冷剂的流动方向，与各管组的最后一管组连接的第一和第二集束管之一的腔室处，制冷剂通过该出口管排出。

Description

热交换器

技术领域

本发明涉及一种热交换器，特别是涉及一种使用二氧化碳作为制冷剂的热交换器。

背景技术

通常，热交换器是一种通过一壁表面将一高温流体的热量传递给一低温流体的热交换装置。目前大都使用基于氟利昂的制冷剂作为具有一热交换器的空调系统的制冷剂。然而，由于基于氟利昂的制冷剂被认为是全球变暖的主要原因，因此其使用逐步受到了限制。在上述情况下，用二氧化碳作为取代基于氟利昂的制冷剂的下一代制冷剂的各种研究工作在非常活跃地进行着。

二氧化碳的全球变暖潜力(GWP)仅是R134a的大约1/1300，而R134a是一种典型的基于氟利昂的制冷剂，因此二氧化碳被认为是一种有利于环保的制冷剂。此外，二氧化碳具有如下优点：

由于运行压缩比低，因此二氧化碳制冷剂具有优越的容积效率，并且流入热交换器的空气温度和流出热交换器的制冷剂温度之间的温差比现存的制冷剂的温差更小。由于传热性能优秀，因此能改善冷却循环的效率。当外界温度与冬天一样低时，由于可以仅通过小的温差从外界空气中提取热量，因此将二氧化碳制冷剂用于热泵系统的可能性非常高。

此外，由于二氧化碳的定容冷却能力(蒸发潜热×气体密度)是现存的制冷剂R134a的7或8倍，因此压缩机的体积可以大大降低。由于二氧化碳制冷剂的表面张力较低，因此更易于沸腾传热。由于其定压比热大，流体粘度低，因此传热性能优越。由此可见，二氧化碳制冷剂具有作为制冷剂的优越热力学性能。

此外，根据冷却循环的观点讲，与常规制冷剂相比，由于其工作压力非常高，以致于在蒸发器一侧高达10倍，在气体冷却器(现存的冷凝器)一侧高达6-8倍，因此由于在该热交换器侧制冷剂中的压降形成的损失与现存制冷剂相比相对较低，所以可以使用具有大压降的表现优越传热性能的微通道热交换管。

然而，由于二氧化碳的冷却循环是一个超越临界压力循环(transcriticalpressure cycle)，不但蒸发压力，而且气体冷却压力都比现存的制冷剂循环高6-8倍，因此为了使用二氧化碳作为制冷剂，现用的蒸发器和冷凝器都应该再设计，以便保证适用于高的压力。

这就是说，在各种常规的车用蒸发器中的一种层状蒸发器因不能保证承受高的压力，因此不能使用二氧化碳作为制冷剂。在各种常规的车用冷凝器中的一种平行流型冷凝器需要再设计，以便在使用二氧化碳作为制冷剂时它可以用作热交换器。

此外，该平行流热型冷凝器是一种单板型，其设计有一排管，并采用单板多通道形式，其中通过添加多个隔板把制冷剂的流道形成为一多通道的形式，从而改善性能。该多通道方法使制冷剂在该热交换器中良好地分布。然而，当该制冷剂是处于气体冷却中时，二氧化碳制冷剂的温度连续降低，在该热交换器中没有冷凝过程。因此，整个热交换器中的温度偏差很严重，所以形成了沿着热交换器表面的自加热流。这种加热流阻碍制冷剂和外界来的空气之间的热交换，因此传热性能恶化。

同时，不象多通道方法那样，多板方法可以阻止多通道方法中的加热流，因此它使用二氧化碳作制冷剂比多通道方法更有效。在该多板方法中，设置有若干排管，制冷剂流过该若干排管进行热交换。

然而，在多板方法的热交换器中，需要安装与每个板相连的管，对高压来说，这是一种较弱的结构。此外，与多通道方法相比，制冷剂在热交换器中的分布可能稍微变差。

按常规，一种壁厚加厚的蛇形管热交换器已经被用作一种能承受高工作压力但无需考虑二氧化碳制冷剂特性的热交换器。然而，这种蛇形管热交换器具有大的压降，并且制冷剂在管中分布不规则，因此传热性能恶化，且制造成本增加。

此外，在用作具有与一冷凝器相同功能的气体冷却器的热交换器中，热交换器中的制冷剂温度因与外界空气的传热而降低，以致于二氧化碳制冷剂的比容降低。在使用二氧化碳制冷剂的情况下，一热交换器的比容差非常大，所以在温度为大约110℃或更大的制冷剂进口处的二氧化碳的比容比在温度为大约50℃的制冷剂出口处的二氧化碳的比容大大约3倍。

在使用二氧化碳为制冷剂的热交换器中，比容差随温度变化很大，保持辐射管的宽度不变对热交换器的重量，大小的小型化没有作用，并且零部件的制造成本增加。

同时，在多板方法的热交换器中，由于该热交换器的集束管箱(headertanks)的各独立制冷剂通道必须分别连接，每个通道由另外的管连接。因此，为了制造一个具有另外的管的热交换器，需要许多加工步骤来组装该热交换器。

日本专利出版物平10-206084公开了一种蛇形管热交换器的通用结构。该蛇形管热交换器具有一种较好的结构，但当使用诸如二氧化碳的在高压下工作的制冷剂时容易损坏。

日本专利申请2001-201276和2001一59687公开的热交换器具有一个耐压性能改善了的集束管。这些热交换器与该蛇形管热交换器区别不大，并且被限制用作二氧化碳热交换器。

此外，日本专利出版物平11-304378公开了一种车用热交换器，在该热交换器中，一辐射器和一冷凝器形成一整体。然而，这种结构很难原样用在使用二氧化碳的热交换器中。

此外，日本专利出版物平11-351783公开了一种热交换器，在该热交换器中，一内杆件(inner post member)形成在每个集束管箱的内壁上，以致于由各内杆件形成的空间是圆形的。然而，该热交换器基本上使用一多通道方法，这种方法对二氧化碳热交换器是不适用的。在这种热交换器中，单一的管连接到两个或多个由各内杆件形成的空间上。

日本专利出版物2000-81294公开了一种对上述热交换器进行改进的热交换器，其中一单一的管连接到由内杆件形成的两个空间上。由于在这个热交换器的结构中，流过各管的制冷剂流入这两个内部空间中，并在其中分布，因此各内杆件会成为阻力因素，阻止高压制冷剂从各管中排出。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的第一目的是提供一种使用诸如二氧化碳之类在高压下工作的制冷剂作为热交换介质的热交换器。

本发明的第二目的是提供一种热交换器，其在一个使用一种当传热时流体的温度不断降低时能够产生加热流的流体作为制冷剂的热交换器中，可以切断该热交换器中的加热流，并具有优越的耐压性能。

本发明的第三目的是提供一种热交换器，在该热交换器中，制冷剂可均匀分布。

本发明的第四目的是提供一种热交换器，在该热交换器的结构中，制冷剂平稳地连接到集束管中。

本发明的第五目的是提供一种热交换器，该热交换器具有一集束管，该集束管可用在多板型热交换器中，并且在该多板型热交换器中，可以采用多通道方法。

本发明的第六目的是提供一种热交换器，当使用随温度变化具有大的比容差的流体，例如二氧化碳作为制冷剂时，该热交换器的重量和大小可以降低。

本发明的第七目的是提供一种热交换器，在使用可在高压下工作并具有优越的传热性能的流体(诸如二氧化碳)作为制冷剂的热交换器中，该热交换器可以改善该制冷剂的热力学性能，同时在不需要对制造现存的冷凝器的制造设备进行较大改变的情况下就可被制造出来。

为了实现上述各目的，提供了一种热交换器，该热交换器包括：相互之间按预定距离设置并彼此平行的第一和第二集束管，每个集束管至少具有两个由一隔壁独立隔开的腔室；一组管，用于单独与该第一和第二集束管的腔室连接，且相互面对，其中，各管至少分为两个管组，每个组具有一个单一的制冷剂通道；一个制冷剂进口管，形成在该第一集束管一端的腔室处，通过该进口管提供制冷剂；在隔壁上形成的一组返回孔，用于将相邻的两个腔室相互连通，通过各孔制冷剂继续流过各管组；和一制冷剂出口管，沿制冷剂的流动方向形成在与各管组的最后一管组连接的第一和第二集束管之一的腔室处，制冷剂通过该出口管排出。

在本发明中，各管组中相邻的管组的制冷剂通道最好彼此相对。

在本发明中，连接到制冷剂出口管形成处的腔室上的管组最好设置在供入热交换器中的空气流的上游。

在本发明中，该管组最好形成一排管，将第一集束管的各腔室之一与对应的第二集束管的各腔室之一连接起来。

在本发明中，至少一个用于将每个腔室隔开的隔板最好设置在第一和第二集束管的每一个的至少两个腔室处，并且连接到具有隔板的腔室上的管排相对于每个隔板被分成两个管组。

在本发明中，制冷剂进口管和出口管最好设置在相同的腔室中，并且该制冷剂进口管和出口管也可以形成在第一集束管的不同腔室中。

在本发明中，最好第一和第二集束管的腔室大致为圆形。

在本发明中，最好该隔壁的水平截面的厚度厚于该第一和第二集束管其它部分的水平截面的厚度。

在本发明中，最好该隔壁的水平截面的厚度为其它部分的水平截面的厚度的1.5-2.5倍。

在本发明中，最好每个返回孔是大致圆形的，也可以是大致长方形的。

在本发明中，最好每个第一和第二集束管借助于将一集束管和一集束管箱钎焊起来而形成，将该集束管进行拉伸或冲压加工，并使其具有若干狭缝，将各管插装在该狭缝中，该集束管箱也进行拉伸或冲压加工。

在本发明中，最好隔壁在第一和第二集束管的每个的集束管箱和集束管至少之一处整体形成。

在本发明中，最好该第一和第二集束管包括：至少一个卡接部分，并且该卡接部分设置在该集束管和集束管箱至少之一和该隔壁之间。

在本发明中，最好该隔壁由另外的零部件形成，并且由钎焊焊接到该第一和第二集束管的每一个的内壁上。

在本发明中，最好根据流过各管组的制冷剂的温度的不同，各管的壁厚形成为一管组与另一管组不同。

在本发明中，最好流过高温制冷剂的管组的每个管的宽度被形成为大于流过低温制冷剂的管组的每个管的宽度。

在本发明中，当流过高温制冷剂的管组的每个管的宽度为X，而流过低温制冷剂的管组的每个管的宽度为Y时，最好X和Y满足下列关系0.5X≤Y＜X。

在本发明中，最好每个管包括：一组微通道管，当高温制冷剂流过的管组中每个微通道管的液力直径(hydraulic diameter)为X，低温制冷剂流过的管组的每个微通道管的液力直径为Y时，X和Y满足下列关系：0.5∑X≤∑Y＜∑X。

为了实现上述目的，提供一种热交换器，该热交换器包括：设置得相互隔开预定距离并彼此平行的第一和第二集束管；一组用于将第一和第二集束管连接起来的管，其中各相互邻接的管由一个桥形件连接起来，在该桥形件中形成有一组通孔；一制冷剂进口管，形成在第一集束管的一端部，制冷剂通过该管供到第一集束管中；和一制冷剂出口管，形成在该第一和第二集束管之一处，并且制冷剂通过该出口管排出。

在本发明中，最好该桥形件形成得比该管薄。

在本发明中，最好第一和第二集束管的每一个具有至少两个由一隔壁隔开的腔室，并且各管分别连接该相互面对的第一和第二集束管的各腔室。在本发明中，最好每个腔室沿每个集束管的长度方向被分成至少两个空间，并且相应的管连接到每个腔室的空间上。

附图说明

借助于参照下列各附图对本发明的优选实施例的详细说明可以更清楚地明白本发明的上述目的和优点。

图1是一个表示本发明优选实施例的热交换器的透视图；

图2是一个表示本发明另一个优选实施例的热交换器的透视图；

图3A和3B是本发明的另一个实施例所述的，具有不同隔板结构的热交换器；

图4A是表示图1的第一集束管的优选实施例的透视图；

图4B是一个沿图1中1-1剖取的剖视图，其表示图1的第一集束管的优选实施例；

图5是一隔壁的厚度比X和破裂压力之间的关系的曲线图；

图6A-6D是形成在第一集束管中的卡接部分的示意图；

图7是第二集束管的局部的分解图；

图8是一个沿图1的II-II线剖取的剖视图，其表示该第二集束管的优选实施例；

图9-12是一个表示该第二集束管的返回孔的不同优选实施例的分解图；

图13和14是表示本发明的第二集束管的不同优选实施例的分解图；

图15是一个表示在图16所述的热交换器中，比容随制冷剂的温度变化的曲线图；

图16是一个表示本发明另一个优选实施例的热交换器的透视图；

图17是一个图16中III部分的放大图；

图18A和18B是沿图16中IV-IV线剖取的剖视图，其表示各管不同的布置情况的优选实施例；

图19是图16的热交换器中的二氧化碳制冷剂的冷却循环的一个P-h曲线图；

图20A和20B是表示本发明的热交换器的各管的不同优选实施例的透视图；

图21A-21D是用于解释图20B所述管的制造方法的示意图。

具体实施方式

参见附图1，本发明的一优选实施例的热交换器包括：一个第一集束管10和一第二集束管20，该第一集束管具有一第一腔室12和一第三腔室14，该两腔室由一隔壁隔开，该第二集束管具有一第二腔室22和一第四腔室24，该两腔室由一隔壁隔开。每个集束管10和20的上下端部由盖11和21密封，并且集束管10和20相互隔开一预定距离，并相互平行。

一组连接相应的腔室12，14，22和24并且流过制冷剂的管50安装在该第一和第二集束管10和20之间。管50将第一集束管10的第一腔室12和第二集束管20的第二腔室22，和第一集束管10的第三腔室14和第二集束管20的第四腔室24分别连接起来。在管50之间设置有辐射翅片60，该翅片垂直设置，以致于流入该管50中制冷剂与空气之间平稳地进行热交换，空气是第二热交换介质。

一制冷剂进口管30设置在该第一集束管10的第一腔室12的上部处，而一制冷剂出口管40设置在该第一集束管10的第三腔室14的下部处。一组用于将该第二腔室22和第四腔室24连接起来的返回孔如下所述形成在一个隔壁中，该隔壁将该第二集束管20的第二腔室22和第四腔室24隔开，因此进入每个腔室的制冷剂可以返回。

在具有上述结构的热交换器中，管50分成至少两个管组，每个管组形成为具有一个在制冷剂相同方向和时间流动的制冷剂通道。根据本发明的优选实施例，管组包括一排将第一集束管10的一个腔室和第二集束管20的相应腔室连接起来的管，并且与该管组的传热可被提供为一个多板热交换器。

根据图1所述的本发明的优选实施例，管50分为第一管组51和第二管组52。从图1中可以看出：第一管组51由一排将第一集束管10的第一腔室12和第二集束管20的第二腔室22连接起来的管构成，而第二管组52由一排将第一集束管10的第三腔室14和第二集束管20的第四腔室24连接起来的管构成。此处，第一管组51具有从第一腔室12到第二腔室22的第一制冷剂通道51a，而第二管组52具有从第四腔室24到第三腔室14的第二制冷剂通道52a。因此，通过连接到第一腔室12上的制冷剂进口管30提供的制冷剂流过该第一腔室12，并在流过该第一管组51的第一制冷剂通道51a时进行热传递，并到达该第二腔室22。然后，该制冷剂从该第二腔室22返回到第四腔室24中。该制冷剂在其流过该第二管组52的第二制冷剂通道52a时进行热传递，然后，到达第三腔室14，并通过该制冷剂出口管40排出。在本发明中，该第一管组51和第二管组52彼此相邻，具有相反方向的制冷剂通道51a和52a，所以传热效率可以进一步提高。

如图1所示，由于第二管组52连接到形成制冷剂出口管40的第三腔室14上，并设置在从外界流入的空气流的上游，因此制冷剂流逆空气流流动，所以整体上的传热效率得到了改善。这种结构将用到本发明的下述所有优选实施例中。

图2表示本发明的另一个优选实施例的热交换器，其中另外设置有一个由一排管构成的管组。参见图2所示，第一和第二集束管10和20分别还包括第五和第六腔室15和25。该第五和第六腔室15和25由管50连接起来。此处，连接第五和第六腔室15和25的一排管形成一第三管组53。该第三管组53具有一个从第五腔室15到第六腔室25的第三制冷剂通道53a。因此，流入的制冷剂I通过第一管组51后返回，通过第二管组52后返回，并且通过第三管组53后作为排出制冷剂0而排出。此处，制冷剂出口管40装在连接到该第三管组53的第六腔室25处，该第三管组53是该制冷剂流动方向的最后管组。不但该第二集束管20的第二和第四腔室22和24，而且该第一集束管10的第三和第五腔室14和15都连接起来。该第一集束管10的第三和第五腔室14和15由一组形成在将第三腔室14和第五腔室15隔开的隔壁中的返回孔连接。在如上所述的优选实施例中，相互邻接的第一管组51，第二管组52和第三管组53在相反的方向具有制冷剂通道51a，52a和53a，所以传热效率进一步提高。此外，由于与形成制冷剂出口管40的第五腔室15相连的第三管组53设置在从外界流入的空气流的上游，因此，制冷剂流逆空气流而流动，所以在整体上热传递的效率提高了。

很显然，上述结构可以用于包括更多腔室以致于它具有若干管组的热交换器中。

图3A和3B显示本发明另一个优选实施例的热交换器，用于改善制冷剂在上述多板型热交换器中不很好的分布。这就是说，在热交换器的集束管的每个腔室中添加一个隔板，以致于与具有隔板的腔室相连的一排管相对于该隔板可分为两个管组。如图3A和3B所示的本发明优选实施例具有这样的结构，即，在该结构中，隔板添加在如图1所示具有两个管组的热交换器中。很明显，添加一隔板的结构可以适用于图2所示优选实施例中。

图3A所示热交换器是借助于将隔板16和26安装在图1所示的热交换器的第一和第二集束管10和20的腔室处而形成的。根据本发明的优选实施例，隔板16只安装在第一集束管10的第一腔室12中，而隔板26安装在第二集束管20的第二和第四腔室22和24两者中。此处，安装在第二集束管20处的隔板26被安装用来同时将第二腔室22和第四腔室24分开。由于隔板安装在该第二集束管20中，因此在第二集束管20处的制冷剂返回通道可以是两个。

当隔板16和26安装好后，每一排管50分别形成两个管组。连接第一集束管10的第一腔室12和第二集束管20的第二腔室22的这一排管相对于安装在第一腔室12中的隔板16和安装在第二腔室22中隔板26分成较上的第一管组51和较下的第四管组54。连接第一集束管10的第三腔室14和第二集束管20的第四腔室24的该排管相对于安装在该第四腔室24中的隔板26分成较上的第二管组52和较下的第三管组53。此处，第一，第二，第三和第四管组51，52，53和54具有第一，第二，第三和第四制冷剂通道51a，52a，53a和54a。

在该热交换器中，通过安装在该第一集束管10的第一腔室12处的制冷剂进口管30供给的制冷剂由安装在第一腔室12中的隔板16防止向下流，并通过用于形成第一制冷剂通道51a的第一管组51流到第二集束管20的第二腔室22中。该制冷剂返回到第二集束管20的第四腔室24中。在由安装在第二集束管20的第二和第四腔室22和24中的隔板26防止向下流的同时，该制冷剂流过用于形成第二制冷剂通道52a的第二管组52进入该第一集束管10的第三腔室14中。在第三腔室14中流动的制冷剂向下流到该第三腔室14的最下部分，此处没有安装隔板。此时，制冷剂流过用于形成第三制冷剂通道53a的第三管组53，朝第二集束管20的第四腔室24流动。流入第四腔室24下部的制冷剂通过返回孔返回到第二腔室22中，并流过用于形成第四制冷剂通道54a的第四管组54，进入第一腔室12中。最后，制冷剂通过连接到该第一腔室12上的制冷剂出口管40排出。

在具有上述结构的热交换器中，制冷剂出口管40安装在与安装制冷剂进口管30相同的腔室处，如图3A所示。

在上述优选实施例中，彼此相邻安装的第一管组51，第二管组52，第三管组53和第四管组54具有相互反向的制冷剂通道51a，52a，53a和54a，所以传热效率进一步提高了。由于第四管组54连接到形成制冷剂出口管40处的第一腔室12上，并设置在从外界流入的空气流的上游，因此制冷剂流逆空气流而流动，所以传热效率在整体上得到了提高。

接着，在图3B所示的热交换器中，两对隔板26和26’安装在第二集束管20中，所以三个制冷剂返回通道形成在该第二集束管20中。此处，隔板16和16’分别安装在该第一集束管10的第一和第三腔室12和14中。隔板16和16’安装在与安装在第二集束管20中的隔板26和26’相同的高度处。如上所述，安装在第二集束管20中的隔板26和26’同时将第二腔室22和第四腔室24分开。

每一排管50分别由隔板16，16’，26和26’形成三个管组。连接第一集束管10的第一腔室12和第二集束管20的第二腔室22的一排管相对于安装在第一腔室12中的隔板16和形成在第二腔室22中的隔板26和26’分为处于较上侧的第一管组51，处于中间位置的第四管组54，和处于较下侧的第五管组55。连接第一集束管10的第三腔室14和第二集束管20的第四腔室24的一排管相对于安装在该第三腔室14中的隔板16’和形成在第四腔室24中的隔板26和26’，分成处于较上的第二管组52，处于中间的第三管组53和处于较下的第六管组56。此处，第一，第二，第三，第四，第五和第六管组51，52，53，54，55和56分别具有第一，第二，第三，第四，第五和第六制冷剂通道51a，52a，53a，54a，55a和56a。

根据图3B所示热交换器，通过安装在第一集束管10的第一腔室12处的制冷剂进口管30供给的制冷剂，由形成在第一腔室12中的隔板16防止流到中部，并流过形成第一制冷剂通道51a的第一管组51，朝第二集束管20的第二腔室22中流。该制冷剂返回到第四腔室24中，并且流入第四腔室24中的制冷剂由形成在第二集束管20的第二腔室22和第四腔室24中的隔板26防止朝中部流动，并且流过形成第二制冷剂通道52a的第二管组52，朝第一集束管10的第三腔室14中流。流入第三腔室14中的制冷剂由将第三腔室14的中部和下部分开的隔板16’防止朝下流，并流过形成第三制冷剂通道53a的第三管组53，朝第二集束管20的第四腔室24中流。流入第四腔室24中部的制冷剂通过返回孔返回到第二腔室22中，并流过形成第四制冷剂通道54a的第四管组54。制冷剂流入第一腔室12，然后朝下流，并流过形成第五制冷剂通道55a的第五管组55，朝第二集束管20的第二腔室22中流动。然后，制冷剂返回到第四腔室24中，并流过形成第六制冷剂通道56a的第六管组56，朝第三腔室14中流。最后，该制冷剂通过连接到第三腔室14上的制冷剂出口管40，排出到热交换器的外面。

如图3B所示，制冷剂出口管40安装在第三腔室14处，而不是安装在第一腔室12处，在此处安装有制冷剂进口管30。当第二集束管中的制冷剂返回通道的数量为奇数时，制冷剂进口管30和制冷剂出口管40连接到不同的腔室上。第一，第二，第三，第四，第五和第六管组51，52，53，54，55和56分别具有第一，第二，第三，第四，第五和第六制冷剂通道51a，52a，53a，54a，55a和56a，各通道方向彼此相反，所以传热效率进一步提高了。由于第六管组56连接到第三腔室14上，此处形成有制冷剂出口管40，并且该第六管组布置在从外界流入的空气流的上游，因此制冷剂流逆空气流而流动，故传热效率整体上得到了提高。

接着，将详细说明用在本发明优选实施例的热交换器中的集束管。

图4A和4B表示用于图1所示的本发明的优选实施例所述的热交换器中的第一集束管10。该第一集束管10具有一集束管17和集束管箱18，他们相互连接，形成独立的腔室12和14，沿长度方向为制冷剂导流。该第二集束管20具有上述相同的结构。尽管第一和第二集束管10，20的腔室12，14，22和24可以具有任何形状的水平截面，但最好是大致圆形的水平截面，以便承受二氧化碳制冷剂的大工作压力。以下的说明基于第一集束管10作出。

如图4A所述，第一集束管10由集束管17和与集束管17相连的集束管箱18构成，在该集束管17处形成有一组狭缝13。尽管集束管17和集束管箱18可以用任何方法制成，以使腔室12和14的水平截面为大致圆形，但如果可能，集束管17最好用冲压加工，集束管箱18最好用拉伸加工制造而成。因此，如图4B所示，集束管17和集束管箱18最好用钎焊连接在一起，以便集束管17的端部17a完全装纳在集束管箱18的一端部18a的内侧。在常规的热交换器中，集束管和集束管箱都进行冲压加工，不象本优选实施例这样，并且集束管和集束管箱如此连接，以致于集束管箱的端部装纳在集束管端部的内侧处，并且制冷剂流动通道的水平截面不是完整的圆形。在这种结构中，由于彼此相连的集束管和集束管箱的部分不完全接触，当使用具有高工作压力的二氧化碳制冷剂时，集束管箱和集束管之间的连接部分不能承受高的压力，可能会破裂。然而，在该优选实施例的结构中，由于集束管箱被拉伸加工，以致于在装纳集束管的位置、集束管被形成为与集束管箱的一部分紧密接触，因此上述的可能性几乎不存在。例如，当集束管的各端部17a被冲压加工接近一直角时，集束管箱的各端部18a(在此处装纳各端部17a)被拉伸接近一直角。然后，各部分17a和18a相互连接起来，从而增加紧密接触力。在本发明中，很明显，集束管17和集束管箱18两者可以都由拉伸加工或冲压加工制成。

同时，如图4A中看出的那样，在集束管17中形成有一组狭缝13。由于狭缝13是分开形成在该第一集束管10的每个腔室12和14中，各管可以连接到各狭缝13中。

参见图4B，将第一集束管10的腔室12和14分开的隔壁16的水平截面的厚度t1最好比其余部分的水平截面的厚度t2更厚。由于在第一集束管10的腔室12和14中二氧化碳制冷剂的压力作用在该第一集束管10上，并在所有的方向都相同，因此将一对腔室12和14独立分开的隔壁16接受一个力，该力比其余部分接受的力大两倍，所以该连接被损坏的可能性非常高。因此，通过使隔壁16的水平截面的厚度比其余部分的更厚，可以增加连接部分，从而隔壁16与其余部分一样，可以承受二氧化碳制冷剂的高工作压力。表1表示第一集束管10的破裂压力相对于隔壁16的厚度t1与其余部分的厚度t2之比(t1/t2＝X)的变化的情况。

              表1

隔壁的厚度比(t1/t2＝X)	破裂压力(Mpa)
		0.5	24.5
1.0	31.8
		1.5	41.2
2.0	53.5
		2.5	69.3
3.0	89.9
		3.5	116.6
4.0	151.3
		4.5	196.2
5.0	254.5

从上表1可以看出：隔壁16的厚度t1与其余部分的厚度t2的比值(t1/t2＝X)和破裂压力Pb之间的关系可以综合由下列等式表示：

   Pb＝18.9×e^0.52X                等式1

从表1和图5中可以看出：当隔壁16的厚度t1被形成为其余部分的厚度t2的1.5倍或更大时，破裂压力可以保持较满意的水平。因此隔壁16的厚度t1最好设置为其余部分的厚度的1.5倍或更大。当隔壁16的厚度t1过分增加时，增加不需要的材料消耗。由于热交换器的厚度和整体重量增加，因此隔壁16的厚度t1最好不大于其余部分的厚度t2的2.5倍。当隔壁16的厚度t1是其余部分的厚度t2的2.5倍或更大时，则在厚度为t2的部分处会产生破裂。

如上所述，很明显，第一集束管的结构可以原样用在第二集束管中和其中设置有两个或更多的腔室的单一集束管中。

同时，第一集束管10的集束管17和集束管箱18，如图6A-6D所示的那样，最好具有通过卡接进行连接的卡接部分C。尽管在各图中没有示出，很显然，该卡接部分设置在该第二集束管20中。该卡接部分C增加了集束管17和集束管箱18之间的连接力，从而改善钎焊特性，所以该第一集束管10可以承受二氧化碳制冷剂的高工作压力。

如图6A-6D所示，该卡接部分C具有一个形成在隔壁16与集束管箱18形成一体连接的端部处的卡接凸体16a，和一个形成在该集束管17处对应于该卡接凸体16a的卡接槽17b。如图6C所示，该卡接凸体16a形成为多个以预定间距隔开的部件。如图6D所示，该卡接槽17b可以形成为一通孔，以便该卡接凸体16a插入。

同时，如图7所示，在第二集束管20中，一组返回孔29形成得可以将各独立的腔室22和24连接起来。根据本发明的优选实施例，如图8所示，可将与第二集束管20的集束管箱28一体形成的隔壁26进行冲孔而形成各返回孔29。各返回孔29形成为图7所示的几乎圆形，图9所示的圆角长方形，或图10所示的正方形。如图11所示，各返回孔29可以这样形成，即，在将第二集束管20的独立腔室22和24分开的集束管箱28隔壁26中形成若干长方形槽，然后将集束管箱28连接到集束管27上。很明显，各返回孔29可以具有将腔室22和24连接起来的任何形状。

很明显，卡接部分可以形成在该第二集束管20中形成有返回孔29的地方。每个返回孔的尺寸可以在一个范围内变化，在该范围内，各返回孔可以承受二氧化碳制冷剂的压力，并且通过各返回孔的连接可以平滑地进行。

如图12所示，各返回孔29可以形成为在安装制冷剂进口管的上部处彼此相当靠近，并且在安装制冷剂出口管的下部处彼此离开相当远。这就是说，各返回孔29之间的间隔朝该第二集束管20的上部降低，而朝该第二集束管20的下部增加。在使用二氧化碳制冷剂的情况下，由于其密度随温度降低从接近为气相的材料到接近为液相的材料非线性地迅速增加，因此其比重增加，在第二集束管20的下部处的二氧化碳制冷剂变浓。因此，各返回孔29密集地形成在该第二集束管20的上部处，此处安装有制冷剂进口管，所以在第二集束管20中的腔室22和24之间的制冷剂可以均匀地分布到该第二集束管20的整个长度中。当制冷剂平滑分布时，由于制冷剂均匀分布在整个热交换器中，因此该热交换器的性能可以得到改善。

如图12-14所示，各返回孔29可以形成在集束管27的隔壁26或集束管箱28的隔壁26中，或者可以形成在集束管27和集束管箱28两者的隔壁26中。这就是说，如图12所示，当隔壁26形成在集束管箱28处时，各返回孔29形成在该集束管箱28中的隔壁26中。当隔壁26形成在如图1 3所示的集束管27处时，各返回孔29形成在集束管27中的隔壁26中。如图14所示，当隔壁26形成在集束管27和集束管箱28两者中时，各返回孔29形成在集束管27和集束管箱28两者的隔壁26中。

当各返回孔29形成在上述隔壁26中时，由于集束管27和集束管箱28在上述第二集束管20中彼此完全接触，并且不会形成因返回孔29形成的局部非接触部分，因此集束管27和集束管箱28之间的连接力进一步增加。

如图13和14所示，其中形成有各返回孔29的集束管27的隔壁26不能通过将该集束管27进行冲压而制成，在这种情况下，返回孔29和隔壁26可以同时采用拉伸加工形成。

如上所述，第一集束管10和第二集束管20的结构可以应用到本发明上述所有优选实施例所述的热交换器中，不管腔室的数量如何变化。

同时，现在说明本发明的热交换器中使用的管50的结构。管50的结构可以应用到本发明所有的优选实施例中。

首先，利用二氧化碳制冷剂的特性，即，其比容随温度降低而急剧降低，因此热交换器可以小型化。

如上所述，当热交换器使用二氧化碳作为制冷剂，并且该热交换器用作一个其作用是冷凝器的气体冷却器时，工作压力的范围为100-130巴。此处，该热交换器中制冷剂的比容随温度因热交换作用的降低而降低，如图15所示。这就是说，A点表示当制冷剂通过热交换器的制冷剂进口管供给时的温度和比容，C点表示完成热传递后，当制冷剂通过热交换器的制冷剂出口管排出时的温度和比容。因此，以110℃流入的制冷剂以大约50℃温度排出。此时，制冷剂的比容降低到大约1/3。

图16表示本发明的另一个优选实施例的热交换器，该热交换器因使用二氧化碳制冷剂的特性(即其比容随温度降低而显著减少)而变得紧凑。

参见附图，本发明优选实施例所述热交换器具有与上述各热交换器相同的结构，但除管70的结构外。由于其他零部件与上述优选实施例所述的热交换器的相应零部件完全相同，因此下面重点说明管70的结构。如图16所示的热交换器包括第一和第二集束管10和20，每个集束管分别具有两个腔室12和14，22和24。然而，该优选实施例并不仅限于上述结构，并且可以采用图2所示结构。此外，该优选实施例各管排的结构可以用在上述各优选实施例中，其中在该集束管的腔室处设置至少一个隔板。

在图16所述热交换器中，当制冷剂流过第一管组71时，进行第一次热传递，当制冷剂流过第二管组72时，进行第二次热传递。因此，流过第一管组71并进行第一次热传递的制冷剂的温度，与流过第二管组72并进行第二次热传递的制冷剂的温度彼此不同。当该热交换器用作一气体冷却器时，第一管组71的制冷剂温度高于第二管组72的制冷剂的温度。

这就是说，从图15和16中可以看出：处于A点状态的制冷剂，在完成第一次热交换后，变为B点的状态，然后，在完成第二次热交换后，再变为C点的状态。尽管制冷剂进口点和出口点之间的比容差是这样的，即，最终比容是初始比容的大约30％，但可以看出：在中部反转点B点处的比容是初始比容的大约65％。因此，从A点到B点进行热交换的管的宽度，与从B点到C点进行热交换的管的宽度可以不同。从B点到C点进行第二次热交换(低温制冷剂流过)的第二管组72的管70b的宽度，可以制成得小于从A点到B点进行第一次热交换(高温制冷剂流过)的第一管组71的管70a的宽度。下面详细说明各管的宽度差。

图17是图16中III部分的放大图。参见图17，当构成第一管组71的管70a的宽度为X，而构成第二管组72的管70b的宽度为Y时，X大于Y。此处，最好第一管组71的管的宽度与第二管组72的管的宽度差不是太大。这是因为管的宽度的过分减小会在制冷剂中产生过度的压降，所以冷却性能会恶化。

这就是说，在图19所示的二氧化碳制冷剂的P-h曲线中，在热交换中，当制冷剂不产生压降时的气体冷却表示为时期2→3，由蒸发器吸收的热量表示为4→1时期的Q1。然而，当制冷剂在进口管和出口管之间产生压降时，气体冷却的开始压力稍稍增加，所以气体冷却从点2’处开始，并在时期2’3’进行。当蒸发压力稍稍降低时，过热度稍稍增加，所以蒸发曲线形成一个时期4’1’。此处，蒸发器吸收的热量Q2小于Q1，故冷却性能降低。

因此，在图16所示的本发明的优选实施例所述的热交换器中，构成第一管组71的各管70a的宽度X和构成第二管组72的各管70b的宽度Y最好满足下列关系0.5X≤Y＜X。这就是说，流过低温制冷剂的第二管组72的各管70b的宽度，形成得小于第一管组71的各管70a的宽度，并且至少等于或大于各管70a的宽度的一半。

上述关系并不限制于管的宽度，也可以由管中制冷剂实际流过的管孔的液力直径表示。这就是说，如图18A和18B所示，当本发明的管的内部形成有制冷剂流过的若干微通道管时，如图18A所示，当第一管组71的各管70a的微通道管80a的液力直径为x，而第二管组72的各管70b的微通道管80b的液力直径为y时，最好x和y满足下列关系0.5∑x≤∑y＜∑x。每个管的液力直径之和就是制冷剂实际流过的空间。

此外，如图18B所示，第一管组71的各管70a和第二管组72的各管70b是交错设置的。当各管交错设置时，在各管之间流过的空气流中产生漩流，所以传热效率得到改善。

如上所述，当制冷剂进行第二次热交换时，由于比容小于进行第一次热交换时的比容，因此传热效率可以保持平衡，即使设置具有更小的宽度的各管时，也是如此。

同时，如图1所示，连接各独立的腔室的各排管50，被分成第一管组51和第二管组52。构成第一管组51的各管50a和构成第二管组52的各管50b，如图20A所示，分别形成作为一种单独的管，之间没有任何连接件，或者如图20B所示，整体形成作为一整体型管。参见图20B，一整体型管90包括：第一管组91的一管90a和一第二管槽92的一管90b，它们之间由一桥形件94连接起来。由桥形件相互连接起来的管90a和90b可以在一个制造步骤中整体形成。一通孔95形成在相邻的桥形件94之间，用于防止管90a和管90b之间的热交换。由于整体型管90是将各管插入每一个集束管中而整体形成的，因此装配步骤更容易了。

若干微通道管93形成在每个管90a和90b中，所以制冷剂，特别是二氧化碳制冷剂，在各管中流动的传热效率改善了。

接下来，将说明图20B所示的整体型管70的制造方法。

首先，如图21A所示，具有制冷剂流过的若干微通道93的第一管90a和第二管90b，和将该第一管90a和第二管90b连接起来的桥形件94由拉伸加工整体形成。此处，该桥形件94最好形成得比该第一和第二管90a和90b更薄，从而减少该第一90a和第二管90b之间的热交换。

如图21B所示，通过对该桥形件94每隔一预定距离进行冲孔形成各通孔95，并且将该管切成理想的长度。该管如此地进行切断，以致于它的两端部安装在通孔95处，所以该管可以插装在集束管中。

图21C表示切出的管的一端部。如图中所示，形成在桥形件94处的通孔95的两侧表面与该第一和第二管90a和90b的侧表面不是精确地配合的。当各管按这样的状态插装在集束管的狭缝中时，在插装过程中，该集束管可能被刮伤，这会引起钎焊失败。因此利用一后处理步骤使管的各端部平滑是必要的。当狭缝的形状为椭圆形时，管的端部可以利用倒圆装置100和110进行倒圆处理，如图21C所示。特别是，通过倒圆处理，管的端部96变成圆滑的，如图21D所示。

上述说明是基于管安装在一个具有两排另外的管进行热交换的热交换器中而作出的。然而，管也可以用到具有若干排管的多板型热交换器中。

如上所述，本发明可以获得如下的效果。

首先，在二氧化碳制冷剂流过热交换器的各管时，一种自我热交换形成，所以可以防止与外界空气的传热效率的降低。

第二，对于在高压下工作的制冷剂，例如二氧化碳制冷剂来说，可以获得优越的耐压性。此外，制冷剂在整个热交换器中均匀分布，所以热交换器的性能可以得到相当大的改善，

第三，通过在该集束管中形成返回孔，二氧化碳制冷剂可以在该多板型热交换器中平稳地连接，或均匀分布。

第四，本发明的热交换器中使用的集束管不但可以用到多板型热交换器中，而且可以用到多通道型热交换器中。因此，整个热交换器的纵向长度和侧向长度可以降低，而其宽度加大，所以本发明的集束管可用于使用二氧化碳的蒸发器，并在使用二氧化碳的热泵中，用作气体冷却器和蒸发器。

第五，本发明的热交换器结构可以用到使用除二氧化碳之外的不同制冷剂的热交换器中，以及使用二氧化碳制冷剂的热交换器中。

第六，在使用诸如二氧化碳之类的，其比容随温度变化而显著变化的制冷剂中，热交换器的整体重量和体积将显著降低，但冷却性能不会降低很多。

第七，在使用二氧化碳制冷剂的热交换器中，各管可以在单一步骤中组装，并易于用现存的设备制造，因此改善了生产性能。

尽管参照各优选实施例已经具体地示出了并说明了本发明，但本技术领域的普通技术人员应该懂得：在不脱离由所附加的各权利要求限定构成的本发明的范围和精神实质的情况下，可以在形状和细节方面作出各种变化。

Claims (26)

1.一种热交换器，其包括：

相互之间按预定距离设置并彼此平行的第一和第二集束管，每个集束管至少具有两个由一隔壁独立隔开的腔室，

一组管，用于单独与该第一和第二集束管的相互面对的腔室连接，

一个制冷剂进口管，形成在该第一集束管一端的腔室处，通过该进口管提供制冷剂，

在隔壁上形成的一组返回孔，用于将相邻的两个腔室相互连通，通过各孔，制冷剂继续向下流过各管组，

一制冷剂出口管，形成在沿制冷剂的流动方向，与各管组的最后一管组连接的第一和第二集束管之一的腔室处，制冷剂通过该出口管排出，

其中，各管被分成至少两个管组，每个管组具有一单一的制冷剂通道。

2.如权利要求1所述的热交换器，其中各管组中相邻的管组的制冷剂通道彼此相反。

3.如权利要求1所述的热交换器，其中连接到制冷剂出口管处的腔室上的管组被设置在流入热交换器中的空气流的上游。

4.如权利要求1所述的热交换器，其中该管组由一排管形成，将第一集束管的腔室之一与对应的第二集束管的腔室之一连接起来。

5.如权利要求1所述的热交换器，其中至少一个用于将每个腔室隔开的隔板被设置在第一和第二集束管的每一个的至少两个腔室中的每个腔室处。

6.如权利要求5所述的热交换器，其中制冷剂进口管和出口管设置在相同的腔室中。

7.如权利要求5所述的热交换器，其中该制冷剂进口管和出口管形成在第一集束管的不同腔室中。

8.如权利要求1所述的热交换器，其中第一和第二集束管的腔室大致是圆形。

9.如权利要求1所述的热交换器，其中该隔壁的水平截面的厚度厚于该第一和第二集束管其它部分的水平截面的厚度。

10.如权利要求9所述的热交换器，其中该隔壁的水平截面的厚度比其它部分的水平截面的厚度大1.5-2.5倍。

11.如权利要求1所述的热交换器，其中每个返回孔为大致圆形的。

12.如权利要求1所述的热交换器，其中每个返回孔为大致长方形的。

13.如权利要求1所述的热交换器，其中各返回孔沿集束管的长度方向设置。

14.如权利要求1所述的热交换器，其中每个第一和第二集束管通过将一集束管和一集束管箱钎焊起来而形成，将该集束管进行拉伸或冲压加工，并使其具有若干狭缝，将各管插装在该狭缝中，该集束管箱也进行拉伸或冲压加工。

15.如权利要求14所述的热交换器，其中隔壁在第一和第二集束管的每个的集束管箱和集束管至少之一处整体形成。

16.如权利要求14所述的热交换器，其中该第一和第二集束管包括：至少一个卡接部分。

17.如权利要求16所述的热交换器，其中该卡接部分设置在该集束管和集束管箱至少之一和该隔壁之间。

18.如权利要求1所述的热交换器，其中该隔壁部分由另外的部件形成，并且被钎焊焊接到该第一和第二集束管的每一个的内壁上。

19.如权利要求1所述的热交换器，其中根据流过各管组的制冷剂的温度的不同，各管的壁厚形成为一管组与另一管组不同。

20.如权利要求19所述的热交换器，其中流过高温制冷剂的管组的每个管的宽度被形成为大于流过低温制冷剂的管组的每个管的宽度。

21.如权利要求20所述的热交换器，其中当流过高温制冷剂的管组的每个管的宽度为X，而流过低温制冷剂的管组的每个管的宽度为Y，X和Y满足下列关系0.5X≤Y＜X。

22.如权利要求20所述的热交换器，其中每个管包括：一组微通道管，当高温制冷剂流过的管组的每个微通道的液力直径为x，低温制冷剂流过的管组的每个微通道的液力直径为y时，x和y满足下列关系：0.5∑x≤∑y＜∑x。

23.一种热交换器，其包括：

设置得相互隔开预定距离并彼此平行的第一和第二集束管，

一组将第一和第二集束管连接起来的管，

一制冷剂进口管，形成在第一集束管的一端部，制冷剂通过该管供到第一集束管中，

一制冷剂出口管，形成在该第一和第二集束管之一处，并且制冷剂通过该出口管排出，

其中各相互邻接的管由一个桥形件连接起来，在该桥形件中形成有一组通孔。

24.如权利要求23所述的热交换器，其中该桥形件形成得比该管更薄。

25.如权利要求23所述的热交换器，其中第一和第二集束管的每一个具有至少两个由一隔壁隔开的腔室，并且各管分别连接该第一和第二集束管的相互面对的腔室。

26.如权利要求25所述的热交换器，其中每个腔室沿每个集束管的长度方向被分成至少两个空间，并且相应的管连接到每个腔室的空间上。

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