CN1749679A - 使用微通道管的蒸发器 - Google Patents

Abstract

一种蒸发器使用了微通道管，尤其是这种蒸发器具有使用微通道管的热交换器结构。这种结构被用于家用空调器的蒸发器。这种使用微通道管的蒸发器包括第一热交换单元和第二热交换单元。第一热交换单元包括一对上、下集管和多个竖立在集管间以使冷凝水向下流的微通道管。第二热交换单元安装在第一热交换单元附近，包括一对上、下集管和多个竖立在集管间以使冷凝水向下流的微通道管。多个回管将相邻热交换单元的上集管连接起来，在相邻热交换单元之间输送冷媒。

Description

使用微通道管的蒸发器

                        技术领域

本发明涉及使用微通道管的热交换器，尤其是涉及一种使用微通道管的热交换器结构，它可应用于家用空调器的蒸发器。

                        技术背景

一般来说，使用微通道管的热交换器是一种冷媒沿着多个直径小于数毫米的管流动的热交换器。这种热交换器广泛地用于车辆空调器的冷凝器。

韩国专利公开第1996-0009342公开了一种使用微通道管的热交换器结构。下面，参照图1来描述这种使用微通道管的热交换器。

这种使用微通道管的热交换器包括多个沿水平方向布置的管1。这些管1沿着竖向分布，波纹状的翅片2位于管1之间。集管3、4用来将冷媒分配到管1中，或者用来将从管1收集冷媒。集管3、4位于管1的两端。集管3、4由圆形截面的铝棒构件制造，垂直地设置在管1的两端。管1与集管3、4连通。用于将管1隔离成若干个通道组A、B、C的隔离器10、11安装在集管3、4中。

上述的多个管1被隔离成入口侧通道组A、出口侧通道组C和中间通道组B。冷媒经入口侧通道组A进入蒸发器，经出口侧通道组C排出蒸发器。

参照图2，描述热交换器中冷媒的整个流动情况。冷媒沿着一个方向流经通道组A、B、C中每一组的所有管1，然后流经下一组B、C的管1。即，冷媒经冷媒入口6进入管1中后，被均匀地分配到入口侧通道组A的全部管1中，然后流向右集管4中位于隔离器11上方的上部。在右集管4位于隔离器11上方的上部，入口侧通道组A和中间通道组B相互连通，流进来的冷媒流向中间通道组B，接着被传输到左集管3中位于隔离器10下方的下部。接下来，经中间通道组B被传输到了左集管3的冷媒经出口侧通道组C进入右集管4位于隔离器11下方的下部，然后经冷媒出口8排出到外面。

这里没有描述的附图标记7和9表示用来封闭集管3、4端部的帽，没有描述的附图标记13和14表示位于最外侧波纹状翅片2的外表面上的侧板。

在上述的使用微通道管的热交换器中，气态的冷媒经冷媒入口6进入热交换器后，在从入口侧通道组A到出口侧通道组C的所有管1中流动，在管1中与空气进行热交换而被冷凝成液态，液态的冷媒经冷媒出口8被排放到外面。

这种使用微通道管的热交换器有多种称谓，例如，根据其材料被称为铝热交换器，根据其管的形状被称为扁管型热交换器，根据冷媒的流动被称为PFC(平行流动冷凝器)。

使用微通道管的热交换器的优点是，它的热交换效率高于翅片管型热交换器，因此可以小型化。但是，由于下面的几个问题，这种使用微通道管的热交换器无法用作家用空调器的蒸发器。

由于蒸发器是同高温空气进行热交换而不是同温度与蒸发器相当的空气进行热交换，所以，空气中的水分会冷凝，并在蒸发器表面上发生水的冷凝。传统使用微通道管的热交换器包括按水平方向布置的管。在这种传统的热交换器中，形成在热交换器表面上的冷凝水聚集在管间波纹状翅片的中空部分，因此，降低了热交换效率。

车辆冷凝器周围的空气流动速度较快，例如3～4m/s，而家用空调器的蒸发器周围的空气流动速度较慢，例如0.5～1.5m/s，因此，降低了每小时的热交换率。于是，传统的使用微通道管的热交换器需要非常大的热交换面积。

热交换器中流动的冷媒从进入一个集管的上部到流出另一个集管的下部，其流动路径为“S”形，而在冷凝器中流动的冷媒从气态冷凝为液态，自然也具有“S”形的流动路径。如图2所示，由于冷媒的相变，出口侧通道组C的管1数目少于入口侧通道组A的管数目，这样可以使热交换器中的压损最小。但是，由于在蒸发器中流动的冷媒从液态蒸发为气体，所以，难以将冷凝器的通道结构应用于蒸发器。

尽管存在上述问题，还是提出了几种方法，用来将使用微通道管的热交换器应用于家用空调器的蒸发器。

韩国专利公开第2003-0063980公开了一种热交换器，其中，集管水平安装，微通道管垂直地布置在集管之间。在这种热交换器上形成有便于排放冷凝水的排水孔和管路槽。韩国专利公开第2004-0017447、2004-0017449、2004-0017920以及2004-0019628在集管和微通道管按照与前述专利相同的方式进行设置的情况下，公开了便于排放冷凝水的热交换器结构。

象上述专利所公开的那样，蒸发器的集管水平安装，微通道管垂直地布置在集管之间。这种蒸发器能够排放出足够量的冷凝水，但是，它有热交换面积小、难以使冷媒均匀流动等缺点。

因为蒸发器入口处的冷媒是两相状态，所以，由于气相和液相间流速的不同，不能将进入蒸发器集管的冷媒均匀地分配到相应管中。尤其是，在一个集管中将冷媒从一个通道组传输向另一个通道组，这种情况使上述的问题更加严重。

发明内容

于是，根据本发明的一个方面，要提供一种家用空调器的蒸发器，它使用热交换效率高的紧凑的微通道管。

根据本发明的另一个方面，家用空调器的蒸发器使用微通道管，能够容易地将冷凝水排出蒸发器，能够将冷媒均匀地分配进蒸发器。

根据本发明的一个方面，蒸发器使用微通道管并包括多个热交换单元，每个热交换单元都包括一对集管和安装在所述集管之间的多个微通道管。其中多个热交换器连接在一起，使冷媒在这些热交换器间连通。

安装在所述一对集管间的微通道管可以是竖立的，使冷凝水向下流。

可以形成多个冷媒回路，包括一系列使冷媒进入蒸发器和使冷媒排出蒸发器的通道。

每一个集管被多个隔离器分隔开，使每一个热交换单元的微通道管形成多个微通道组。

蒸发器还可包括回管，将相邻热交换单元的集管连接起来，并在相邻的热交换单元之间输送冷媒。

一个热交换单元的通道组可连接到相邻热交换单元的通道组，下游侧流动通道的横截面面积大于或者等于上游侧流动通道的横截面面积。

根据本发明的另一方面，一种蒸发器使用了微通道管并包括第一热交换单元和第二热交换单元。第一热交换单元包括一对上、下集管和多个竖立在集管间以使冷凝水向下流的微通道管。第二热交换单元安装在第一热交换单元附近，包括一对上、下集管和多个竖立在集管间以使冷凝水向下流的微通道管。

第一、二热交换单元的每一个集管都被多个隔离器分隔开，使第一、二热交换单元的每一个中的微通道管形成多个微通道组。

第一热交换单元的上集管和第二热交换单元的上集管由回管连接起来，使上集管相互连通。第一热交换单元的一个通道组和第二热交换单元的一个通道组可形成一个冷媒回路。可以形成多个冷媒回路。

将冷媒引进蒸发器的入口管和将冷媒排出蒸发器的出口管可穿过第一、二热交换单元的下集管形成。

通道组中位于一个冷媒回路入口处的流动通道的横截面面积大于或者等于通道组中位于该冷媒回路出口处的流动通道的横截面面积。

本发明其他方面和/或优点将部分在下面的描述部分中提出，部分会根据描述而清楚或者可以通过本发明的实践学习到。

附图说明

通过下面结合附图对实施方式的描述，本发明的这些和/或其他方面以及优点会变得清楚而更加容易理解。附图中，

图1是使用微通道管的传统热交换的前视图；

图2是表示在图1的那种热交换器中冷媒流动情况的示意图；

图3是根据本发明第一实施方式使用微通道管的蒸发器的分解透视图；

图4是图3中部分“A”的放大分解透视图；

图5是表示在根据本发明第一实施方式使用微通道管的蒸发器中冷媒流动情况的示意图；

图6是根据本发明第一实施方式使用微通道管的蒸发器的平面图；

图7是根据本发明第一实施方式使用微通道管的蒸发器的俯视图；

图8是根据本发明第二实施方式使用微通道管的蒸发器的平面图；

图9是根据本发明第三实施方式使用微通道管的蒸发器的平面图；

图10是根据本发明第四实施方式使用微通道管的蒸发器的平面图；

图11是表示根据本发明第一、二、三、四实施方式使用微通道管的蒸发器的热交换效率测试结果的曲线图。

具体实施方式

下面将详细地讨论本发明的实施方式。这些实施方式的例子表示在附图中，其中，相同的附图标记一直用来表示相同的元件。下面参照附图描述这些实施方式，以解释本发明。

如图3所示，根据本发明第一实施方式使用微通道管的蒸发器包括两个热交换单元20、30，每个热交换单元都包括竖立在一对可以水平布置的集管21、22或者31、32之间的多个微通道管43，这样，冷凝水就可以向下流。在下文中，放在前面位置的热交换单元被称为“第一热交换单元20”，放在后面位置的热交换单元被称为“第二热交换单元30”。

第一热交换单元20和第二热交换单元30具有相同的结构。

下面参照图3和图4详细地描述第一热交换单元20的结构。第一上集管21为管状结构，具有圆形截面。第一上集管21位于第一热交换单元20的上方。第一上集管21用铝制成，其内部由多个隔离器进行分隔。隔离器41用来截断冷媒在第一热交换单元20内部相邻部分之间的流动。垂直于第一上集管21纵向的长孔42穿过管状结构的第一上集管21的下表面形成。

多个微通道管(下文简称为“管”)43竖立在第一上集管21的下部。这些管43装到第一上集管21上，其上端的预定长度插进长孔42中。管43的内部分隔成多个部分，形成了多个纤细的通道。由于管43的横截面类似于口琴的结构，所以，管43被称为“口琴管”。

波纹状翅片44设在微通道管43之间。通常在波纹状翅片44上形成有散热缝44a，以利于进行热交换。

一般来说，安装蒸发器时，其表面垂直于空气流动方向。如图4所示，凝结在蒸发器表面上的水在自身重量作用下顺着竖立的管43的表面向下流。凝结在波纹状翅片44上的水由于波纹状翅片44的斜度而向下流，然后顺着管43的表面向下流，或者在波纹状翅片44和管43间的接触处再次顺着波纹状翅片44向下流。

位于管43下方的第一下集管22，其结构与第一上集管21的结构相同。

与第一热交换单元20一样，第二热交换单元30包括第二上集管31、微通道管43、波纹状翅片44和第二下集管32。

入口管45和出口管46连接到第一下集管22和第二下集管32。入口管45将通过了传统制冷循环的膨胀阀(未示出)的冷媒引进蒸发器中。出口管46将蒸发器汽化后的冷媒排出。从出口管46排出的冷媒被收集在连接到出口管46下端的收集歧管47中，然后被送到压缩机(未示出)(见图7)。

为了在第一热交换单元20和第二热交换单元30间连通冷媒，用多个回管48将第一上集管21和第二上集管31连接起来(见图6)。

如图5所示，下面将描述根据本发明第一实施方式使用微通道管的蒸发器中冷媒的流动情况。

图5的上部表示的是冷媒在第二热交换单元30中的流动情况，图5的下部表示的是冷媒在第一热交换单元20中的流动情况。

如上所述，每一个集管21、22、31、32的内部都用多个隔离器41进行分隔。根据第一实施方式，在这种蒸发器中，每一个集管21、22、31、32的内部都被分隔成四个部分，这四个部分的尺寸不同，形成了图5所示的冷媒流动路径。

在图5中，第二下集管32的左部32a和第二上集管31的左部31a具有相同的尺寸。安装在第二下集管32的左部32a和第二上集管31的左部31a之间的管43形成了第一通道组G1。第二下集管32的其余部分32b、32c、32d与第二上集管31的对应其余部分31b、31c、31d分别具有相同的尺寸，形成了通道组G2、G3和G4。按照与第二下集管32和第二上集管31相同的方式，第一上集管21被分隔成四个部分21a、21b、21c、21d，第一下集管22被分隔成四个部分22a、22b、22c、22d，并按顺序形成了通道组G5、G6、G7、G8。

通道组G1、G3、G6和G8中任意一组的管43的数量都少于通道组G2、G4、G5和G7中任意一组的管43的数量。由于冷媒在蒸发器中汽化时体积膨胀，所以通道组G1、G3、G6、G8和通道组G2、G4、G5、G7之间管43数量的不同减小了冷媒在蒸发器中压力的降低。

入口管45连接到第二下集管32与通道组G1相连的部分32a上。经入口管45进入到第二下集管32中的冷媒在部分32a处被分配到通道组G1的管43中。沿着通道组G1的管43流动的冷媒的那些被分隔开的部分在第二上集管31的部分31a被收集起来，然后将收集起来的冷媒再次分配到回管48中，并输送到第一上集管21的部分21a。冷媒又被分到通道组G5的管43中，并被输送到第一下集管22的部分22a。在第一下集管22的部分22a处的冷媒经连接到部分22a的出口管46被排放到外面。

当冷媒流经通道组G1和G5时，由于同周围空气进行热交换而汽化。使冷媒进入蒸发器的通道组G1是入口侧通道组，使冷媒排出蒸发器的通道组G5是出口侧通道组。冷媒从一个入口管45到相对的出口管46的路线称作“冷媒回路”。按照与通道组G1和G5相同的方式，通道组G3、G6和G8为入口侧通道组，通道组G2、G4和G7为出口侧通道组，并因此形成了三个冷媒回路。因此，在蒸发器中总共形成了四个冷媒回路，而且相邻冷媒回路的冷媒流动方向彼此相反。根据通道组G1、G2、G3、G4、G5、G6、G7、G8间管43数量的不同来设计冷媒的流动方向。

如上所述，通道组G1、G3、G6和G8中任意一组的管43的数量都少于通道组G2、G4、G5和G7中任意一组的管43的数量。通道组G1、G2、G3、G4、G5、G6、G7、G8间管43数量上的这种不同表示的是，出口侧通道组G2、G4、G5、G7的流动通道的横截面面积大于入口侧通道组G1、G3、G6、G8的流动通道的横截面面积。由于一般情况下蒸发器接收的是液态的冷媒而排放的是气体的冷媒，所以，具有上述结构的蒸发器能够减少蒸发器中压力的降低。

当冷媒在传统的蒸发器中由一个通道组被输送到下一个通道组时，由于冷媒在集管中流动然后被分配到管43中，所以，难以均匀地分配冷媒。在根据本实施方式的蒸发器中，由于冷媒经过连接集管的多个回管进行输送，所以，可以均匀地分配冷媒。

图8是根据本发明第二实施方式使用微通道管的蒸发器的平面图。按照与第一实施方式的蒸发器相同的方式，根据第二实施方式的蒸发器也包括两个热交换单元。不过，第二实施方式的蒸发器的冷媒通道结构不同于第一实施方式的蒸发器。即，第二实施方式的蒸发器总共有三个冷媒回路。位于图8下部的第一上集管51和位于图8上部的第二上集管52都被两个分离器54分隔成三个部分。与第一实施方式的蒸发器的方式相同，出口侧通道组的流动通道的横截面面积大于入口侧通道组的流动通道的横截面面积。第一上集管51和第二上集管52利用多个回管53相互连通，因此能够在二者间输送冷媒。如箭头所示，相邻冷媒回路的冷媒流动方向彼此相反。

图9是根据本发明第三实施方式使用微通道管的蒸发器的平面图。按照与第二实施方式的蒸发器相同的方式，根据第三实施方式的蒸发器也包括三个冷媒回路。不过，第三实施方式的蒸发器不同于第二实施方式的蒸发器，区别之处在于，出口侧通道组的流动通道的横截面面积等于入口侧通道组的流动通道的横截面面积，而且各冷媒回路的冷媒流动方西相同。位于图9下部的第一上集管61和位于图9上部的第二上集管62都被分离器64分隔成三个部分。第一上集管61和第二上集管62由多个回管63连接，因此能够在二者间输送冷媒。如箭头所示，冷媒从第二上集管62流向第一上集管61。

图10是根据本发明第四实施方式使用微通道管的蒸发器的平面图。按照与第三实施方式的蒸发器相同的方式，根据第四实施方式的蒸发器也包括三个冷媒回路，而且出口侧通道组的流动通道的横截面面积等于入口侧通道组的流动通道的横截面面积。但是，第四实施方式的蒸发器不同于第三实施方式的蒸发器，区别之处在于，将第四实施方式的蒸发器的第一上集管71和第二上集管72连接起来的回管73，其数量是第三实施方式的蒸发器中回管63数量的一半。

图11是表示热交换效率测试结果的曲线图。这里的热交换测试是在韩国工业标准KS C 9306的条件下，对根据本发明第一、二、三、四实施方式制造的、具有相同容量和尺寸的使用微通道管的蒸发器进行的。

在图11中，X轴上的值从左面开始代表的是第一、二、三、四实施方式的蒸发器，Y轴上的值代表的是各实施方式的蒸发器热交换量相对于第四实施方式的蒸发器热交换量的百分比。

第三实施方式的蒸发器与第四实施方式的蒸发器相比，第三实施方式的蒸发器回管数量是第四蒸发器回管数量的两倍。但是，与第四实施方式的蒸发器热交换效率相比，第三实施方式的蒸发器热交换效率只降低了8％。这种结果表明，大量的回管并不有利于热交换效率，而是需要根据蒸发器通道组的尺寸或者冷媒回路的数量来调节回管的数量。

与第四实施方式的蒸发器不同，第二实施方式的蒸发器中，出口侧通道组的流动通道的横截面面积大于入口侧通道组的流动通道的横截面面积。在这种情况下，第二实施方式的蒸发器热交换效率比第四实施方式的蒸发器热交换效率增加了9％。第一实施方式的蒸发器与第二实施方式的蒸发器的方式相同，出口侧通道组的流动通道的横截面面积大于入口侧通道组的流动通道的横截面面积，但是比第二实施方式的蒸发器多一个冷媒回路。第一实施方式的蒸发器热交换效率比第四实施方式的蒸发器热交换效率下降了3％。这些结果表明，如果出口侧通道组的流动通道的横截面面积大于入口侧通道组的流动通道的横截面面积，那么这种蒸发器的热交换效率就高。另外，为了满足高热交换效率，蒸发器需要具有数量合适的冷媒回路。

上述的使用微通道管的蒸发器中，集管、管、波纹状翅片用铝材料制成，并利用炉铜焊工艺制造。

从上面的描述中可以清楚的是，本发明提供了一种使用微通道管的蒸发器，其尺寸小，效率高，因此能够使家用空调器小型化。

本发明的蒸发器包括多个热交换单元，因此具有充分的热交换面积。

本发明的蒸发器通过其安装方向和连接热交换单元的回管能够均匀地分配冷媒。

本发明的蒸发器通过其安装方向能够容易地排出冷凝水。

尽管对本发明的几个实施方式进行了表示和描述，但是，本领域技术人员应该理解，对这些实施方式可以作出多种改变，而不会超出本发明的原理和精神。本发明的范围由权利要求及其等同物来限定。

Claims (18)

1.一种蒸发器，包括：

多个热交换单元，每个热交换单元都包括一对集管和安装在所述集管之间的多个微通道管；

连接部分，将所述多个热交换单元中的不同热交换单元的集管连接起来，形成使冷媒在所述多个热交换单元之间流动的冷媒回路。

2.如权利要求1所述的蒸发器，其中，安装在所述集管间的微通道管是竖立的，使冷凝水向下流。

3.如权利要求1或2所述的蒸发器，其中，所述蒸发器具有多个冷媒回路，每一个冷媒回路都具有单独的一系列连接起来的微通道管，以使冷媒进入所述蒸发器和排出所述蒸发器，所述多个冷媒回路沿着不同的路径引导冷媒。

4.如权利要求1或2所述的蒸发器，其中，每一个所述集管被多个隔离器分隔开，所述隔离器将每一个所述热交换单元的微通道管分隔成多个通道组。

5.如权利要求1或2所述的蒸发器，其中，多个连接部分将不同的热交换单元的集管连接起来。

6.如权利要求5所述的蒸发器，其中，所述多个连接部分的每一个都由回管形成。

7.如权利要求1所述的蒸发器，其中，出口微通道管的横截面面积大于或者等于入口微通道管的横截面面积。

8.一种蒸发器，包括：

第一热交换单元，包括第一对上集管和下集管以及多个第一微通道管，所述多个第一微通道管竖立在所述第一对上集管和下集管之间，使冷凝水向下流；

第二热交换单元，安装在所述第一热交换器附近，所述第二热交换单元包括第二对上集管和下集管及多个第二微通道管，所述多个第二微通道管竖立在所述第二对上集管和下集管之间，使冷凝水向下流；

连接部分，将所述第一热交换单元的上集管连接到所述第二热交换单元的上集管，形成使冷媒从所述第一热交换单元流向所述第二热交换单元的冷媒回路。

9.如权利要求8所述的蒸发器，其中，所述第一、二热交换单元的每一个集管都被多个隔离器分隔开，以使所述第一、二热交换单元的每一个中的微通道管形成多个微通道组。

10.如权利要求8所述的蒸发器，其中，入口管将冷媒引进所述蒸发器，出口管将冷媒排出所述蒸发器，所述入口管和所述出口管分别经所述第一、二热交换单元的下集管连接到所述蒸发器。

11.如权利要求9所述的蒸发器，其中，通道组中位于一个冷媒回路入口处的流动通道的横截面面积，大于或者等于通道组中位于该冷媒回路出口处的流动通道的横截面面积。

12.一种热交换装置，包括：

多个热交换单元；

多个微通道管，安装在每一个所述热交换单元的上部和下部之间；

多个回管，将相邻热交换单元的上部连接起来，并在所述相邻热交换单元之间输送冷媒。

13.一种热交换装置，包括：

第一热交换单元，具有多个微通道管；

第二热交换单元，具有多个微通道管；

连接部分，将所述第一热交换单元连接到所述第二热交换单元，使冷媒首先流经所述第一热交换单元的微通道管然后流经所述第二热交换单元的微通道管，

其中，所述第一热交换单元的微通道管平行第二热交换单元的微通道管设置，并设置在与所述第二热交换单元的微通道管不同的平面上。

14.如权利要求13所述的热交换装置，其中，每一个热交换单元都具有成对的集管，所述微通道管在所述成对的集管之间延伸并将所述成对的集管连接起来。

15.如权利要求13所述的热交换装置，其中，所述微通道管竖立在所述上部和所述下部之间，使冷凝水向下流。

16.如权利要求15所述的热交换装置，其中，多个所述冷媒回路形成了一系列冷媒通道，使冷媒进入所述热交换装置和排出所述热交换装置。

17.如权利要求16所述的热交换装置，其中，所述上部和所述下部中的每一个都被多个隔离器分隔，使每一个热交换单元的微通道管形成多个通道组。

18.如权利要求17所述的热交换装置，其中，一个热交换单元的通道组连接到相邻热交换单元的通道组，出口侧通道组的流动通道的横截面面积大于或者等于入口侧通道组的流动通道的横截面面积。

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