CN1759282A - 改进传热的制冰机蒸发器组件及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种蒸发器组件和制造该组件的方法，其中制冷剂流道设置成覆盖蒸发器板(22、24)中的一个或两者的背面的较大区域。制冷剂管道(26)包括多个横截面为非圆形例如矩形的细长部分。这些部分的尺寸和间隔设置成，通过它们的制冷剂流基本覆盖蒸发器板的背面的全部。所述部分由管或隆起(172、174)形成。采用接合工艺和/或压铸工艺制成该蒸发器组件。

Description

改进传热的制冰机蒸发器组件及其制造方法

技术领域

本发明涉及改进传热的制冰机蒸发器组件及该组件的制造方法。

背景技术

制冰机包括蒸发器组件，该蒸发器组件包括制冷剂管道和蒸发器板。所述蒸发器板具有一冰块形成于其上的前侧和一与制冷剂管道成传热关系的后侧。所述制冷剂管道构造成蛇形铜管。该铜管部分的横截面是圆形的，这形成与蒸发器板的后侧间隔开的不均匀的制冷剂流，由此造成了横穿过铜管直径的不均匀的热传递。另外，相邻管部分相互间隔太远，以致制冷剂流覆盖蒸发器板后侧的相对小的区域，通常约25％或更小。

通常通过将蛇形铜管焊接到对着成冰结构侧的蒸发器板后侧上而形成制冰机的(蒸发器)组件。各焊接区域是在操作过程中可能破裂的结构薄弱区域。而且，多个焊接区域增加了成本和组装时间。

因此，需要改进传热性能的蒸发器组件以及制造该蒸发器组件的方法。

本发明考虑为每一个蛇形管配两套蒸发器板和冰格。制冷剂接触面积和蒸发器板及冰格数量的增加带来了下列优点：

1)对于给定的制冰能力，允许制冰机在较高蒸发器温度下运行，从而可以降低30％的能耗。

2)蒸发器效率的增加可以大大降低压缩机的尺寸，从而可以降低成本和减小噪音。

3)对于给定的制冰能力，蒸发器的内部容积可以减小65％，从而可以降低制冷剂成本和减小取冰阶段的压缩机倒溢。

4)对于给定的制冰能力，蒸发器重量降低65％。这降低了冷冻和取在其它实施例中，隆起结构限定制冷剂管道部分。优选地，隆起结构包括与蒸发器板的第二侧成一体的多个隆起。至少两个隆起相互间隔并相互平行，以形成至少一个所述部分的相对侧。两个隆起之间的区域形成所述部分的另一侧。优选地，这些隆起中的至少一个与一相邻的部分共用。在某些实施例中，伴随多个隆起设置第一和第二接头以形成蛇形结构。

在上述任意实施例中，还设有一附加蒸发器板，该附加蒸发器板包括一具有利于形成冰块的结构的第一侧和一第二侧。制冷剂管道还与附加蒸发器板的第二侧热接触。在某些实施例中，非圆形横截面具有基本平坦并且基本平行于蒸发器板和附加蒸发器板的第一侧的相对侧。

本发明的方法通过在至少一个蒸发器板的第一侧上形成冰块结构来制造蒸发器组件。在蒸发器板的第二侧上形成一制冷剂管道。该制冷剂管道包括一个或多个部分，所述部分的尺寸设置成使通过这些部分的制冷剂流覆盖蒸发器板的一定百分比的第二侧，该百分比位于约30％至100％的范围内，优选地约40％至100％的范围内，最优选地约80％至100％的范围内。

在该方法的第一具体实施例中，管道部分是通过接合工艺(bondingprocess)形成在蒸发器板的第二侧上的单独的部件。

在第一实施例的一种方案中，每个管道部分部件包括一细长的矩形管。接合工艺将每个细长矩形管的一个表面连接到蒸发器板的第二侧上。优选地，细长矩形管在蒸发器板的第二侧上布置成相互平行。在细长矩形管的相对端设置第一和第二集管。接合工艺使第一和第二集管连接到细长矩形管上。

在该方法的第二具体实施例中，制冷剂管道包括限定所述部分的隆起结构。优选地，第一和第二接头连接到隆起结构上，形成蛇形的制冷剂流道。

在该方法的第二实施例的一个方案中，通过接合工艺使隆起结构形成在蒸发器板的第二侧上。优选地，隆起结构设置在蒸发器板的第二侧和一体部之间，该体部包括基本平行于蒸发器板的第二侧的基本平坦的表面。在其它实施例中，隆起结构限定制冷剂管道部分。优选地，隆起结构包括与蒸发器板的第二侧成一体的多个隆起。至少两个隆起相互间隔并相互平行，以形成至少一个所述部分的相对侧。两个隆起之间的区域形成所述部分的另一侧。优选地，这些隆起中的至少一个与一相邻的部分共用。在某些实施例中，伴随多个隆起设置第一和第二接头以形成蛇形结构。

在上述任意实施例中，还设有一附加蒸发器板，该附加蒸发器板包括一具有利于形成冰块的结构的第一侧和一第二侧。制冷剂管道还与附加蒸发器板的第二侧热接触。在某些实施例中，非圆形横截面具有基本平坦并且基本平行于蒸发器板和附加蒸发器板的第一侧的相对侧。

本发明的方法通过在至少一个蒸发器板的第一侧上形成冰块结构来制造蒸发器组件。在蒸发器板的第二侧上形成一制冷剂管道。该制冷剂管道包括一个或多个部分，所述部分的尺寸设置成使通过这些部分的制冷剂流覆盖蒸发器板的一定百分比的第二侧，该百分比位于约30％至100％的范围内，优选地约40％至100％的范围内，最优选地约80％至100％的范围内。

在该方法的第一具体实施例中，管道部分是通过接合工艺(bondingprocess)形成在蒸发器板的第二侧上的单独的部件。

在第一实施例的一种方案中，每个管道部分部件包括一细长的矩形管。接合工艺将每个细长矩形管的一个表面连接到蒸发器板的第二侧上。优选地，细长矩形管在蒸发器板的第二侧上布置成相互平行。在细长矩形管的相对端设置第一和第二集管。接合工艺使第一和第二集管连接到细长矩形管上。

在该方法的第二具体实施例中，制冷剂管道包括限定所述部分的隆起结构。优选地，第一和第二接头连接到隆起结构上，形成蛇形的制冷剂流道。

在该方法的第二实施例的一个方案中，通过接合工艺使隆起结构形成在蒸发器板的第二侧上。优选地，隆起结构设置在蒸发器板的第二侧和一体部之间，该体部包括基本平行于蒸发器板的第二侧的基本平坦的表面。接合工艺将该隆起结构接合到该平坦表面上。

在该方法的第二实施例的另一方案中，通过压铸工艺使隆起结构形成在蒸发器板的第二侧上。优选地，隆起结构由一相邻的体部封闭，该体部成形为使每个所述部分具有大体为矩形的横截面。在该方案的一特定设计中，该体部包括在其表面上的匹配的隆起结构。这些隆起结构以匹配的方式固定在一起以形成所述部分。

在该方法的上述任意实施例中，制冷剂管道还固定到一附加蒸发器板的第二侧上。在某些实施例中，通过所述部分的制冷剂流基本覆盖蒸发器板和附加蒸发器板的第二侧的全部。

在采用接合工艺的上述实施例中，接合工艺可使用钎焊材料。

附图说明

通过参照下面结合附图的说明，将会理解本发明的其它目的、优点和特征，其中相同的参考符号表示相同的结构元件：

图1是本发明的蒸发器板和制冷剂组件的透视图；

图2是图1的正视图；

图3是图1的俯视图；

图4是图3的局部B的放大视图；

图5是图1的侧视图；

图6是沿图2的6-6线的放大的横截面视图；

图7是图1的分解图；

图8是本发明的制冷剂管道和蒸发器板组件的另一实施例的侧视图；

图9是可用于本发明的蒸发器组件中的管部分的另一实施例的横截面视图；

图10是本发明的可选实施例的分解透视图；以及

图11是本发明的另一可选实施例的分解透视图。

具体实施方式

参照图1，本发明的蒸发器组件20包括第一蒸发器板22、第二蒸发器板24和设置在蒸发器板22和24之间的制冷剂管道26。

参照图2-6，每个蒸发器板22和24基本相同，因此仅将详细说明蒸发器板22。蒸发器板22包括底部27、上侧32以及相对侧34和36。底部27包括前面28和背面30。示出为冰格38的冰块结构设置在前面28上和蒸发器板22的相对侧34和36之间。冰格38具有多行，每行由翅片40形成，它还具有多列，每列由隔板42形成。

翅片40设置成相对于前面28成微小的角度，以有助于取冰步骤。最下部的翅片40用作蒸发器板22的下侧。本领域的技术人员应当很清楚，所述冰块结构可以形成为其它结构，而由此形成的冰块可以具有任何合适的几何形状。

参照图2-7，制冷剂管道26包括多个管道部分44，这些管道部分的相对端连接到集管46和48。集管48示于图7中，它包括每个管道部分44的一端容纳在其中的槽50。集管46也包括一槽50(示于图3和图4中)，管道部分44的另一端位于该槽中。集管46和48分别位于各蒸发器板22和24的侧34和36的外表面附近。这使管道部分44可以与蒸发器板22和24的背面30直接机械接触，从而使热传递和效率最大。

如图3、4、6和7所示，管道部分44的形状和尺寸能够提供与蒸发器板22和24热接触和机械接触的大的表面积。优选地，每个管道部分44的横截面是非圆形。更优选地，非圆形横截面包括覆盖蒸发器板22和24的底部27的大部分区域的相对的大面积表面。例如，所述横截面可以是具有大面积表面的大致矩形，该大面积表面平行于蒸发器板22和24的背面30和/或前面28。这使得相邻的管道部分44之间的间隙最小，从而制冷剂流覆盖蒸发器板22和24的底面27的相对大的区域。这与采用具有圆形横截面的管道部分的管道组件相反，其没有任何平行于蒸发器板背面和/或前面的大面积表面。

管道部分44的几何形状和间隙的间隔增大了热传递效率，由此提供了许多可能性。例如，采用蒸发器组件20的制冰机可在较小的空间内具有高的制冰能力或具有较低的能耗或二者结合。制冰机的其它部分将根据要达到这些目的中的哪一个目的而改变。可以增加其余的部件(例如，压缩机和冷凝器)以增大制冰能力，或者其余的部件可具有相同的尺寸或较小的尺寸以降低能耗。

作为另一个例子，在24小时内使用具有圆形横截面的制冷剂管道设计制造500磅冰，需要0°F的蒸发器温度。0°F的蒸发器温度和32°F(冷冻温度)的水之间的温度差导致水转变状态而形成冰。这需要一定尺寸的压缩机。采用本发明的蒸发器组件在24小时内制造相同的500磅冰，计划将需要18°F的蒸发器温度。压缩机的能耗主要是由高压侧和低压侧之间的压差决定的。通过采用本发明的热效率更高的蒸发器组件而使蒸发器板更热，使得低压侧和高压侧之间的压差降低，从而需要更少的能量。

蒸发器板22和24及冰格38优选地由不锈钢构造而成，管道部分44和集管48优选地由铝构造而成。管道部分44优选地是铝挤出件。每个挤出件优选地包括如图6、8和9所示的用于增加强度和从挤出件壁的传热的内槽52。为给制冷剂流提供蛇形流道，例如，可在集管46和48中的一个或两者上设置一个或多个隔板(未示出)。由此，制冰机的制冷剂回路可与集管46和48中的一个集管的顶部及另一个集管的底部流体连通。

尽管示出蒸发器组件20具有两个管道部分，本领域的技术人员应当很清楚可以使用多于两个的管道部分。例如，图8示出蒸发器组件60包括四个管道部分64。

另外，尽管蒸发器组件20示出为具有两个蒸发器板，但是可以设想蒸发器组件20仅具有一个蒸发器板。在一个蒸发器板的组件中，如果需要，可以通过任何合适的紧固结构实现附加的结构稳定性。例如，该结构可以设置在管道组件的相对侧上，并且通过螺钉、螺栓、软钎焊、硬钎焊等方式固定到蒸发器板和/或管道组件上。

用于制造蒸发器组件的方法包括下列步骤：

1.将钎焊料涂覆在每个待接合的表面上。这包括冰格38接触蒸发器板22或24、挤出件进入集管46和48以及挤出件44和集管46、48接触蒸发器板22和24所在位置处的所有表面。

2.将步骤1中的组件放置在将其保持在一起的固定装置中。

3.将该固定装置和组件放入钎焊炉中，以便加热蒸发器组件20并将冰格38、蒸发器板22和24、管道44以及集管46和48钎焊到一起。

参照图10，蒸发器组件120构成本发明的可选实施例。蒸发器组件120包括第一蒸发器板122、第二蒸发器板124以及设置在蒸发器板122和124之间的一制冷剂管道组件126。

每个蒸发器板122和124都基本相同，因此将仅详细说明蒸发器板122。蒸发器板122包括底部127、上侧132以及相对侧134和136。底部127包括一前面(在图10中被遮住)和一背面130。示出为冰格138的冰块结构设置在所述前面上以及蒸发器板122的相对侧134和136之间。冰格138具有多行，每行由翅片140形成，它还具有多列，每列由隔板142形成。

管道组件126包括流道边界隆起结构170，该结构170设置在蒸发器板122和124之间并与它们相接触以便限定制冷剂的流道。流道边界隆起170包括具有叉齿174的第一部分172和具有叉齿178的第二部分176。部分172和176设置成使叉齿174和178交替相间构成蛇形流道。优选地，部分172和176是实心的并且与蒸发器板122、124和冰格138使用相同的材料。优选地，蒸发器板122和124及部分172和176的材料是不锈钢，冰格138的材料是铜。

制冷剂流道在两个相对侧上由蒸发器板122和124的背面130限定，并在所有其它侧上由流道边界隆起172和174限定。流道具有适于被单独的接头184和186盖住的第一和第二端口180和182，接头184和186与制冰机的制冷剂回路连接。流道包括五个制冷剂回路部分，每个具有大体为矩形的横截面。每个制冷剂回路部分在两个相对侧上由叉齿174和叉齿178限定。蒸发器板122和124的背面130上的在叉齿174和178中间的区域限定该制冷剂回路部分的另外两个相对侧。

流道边界隆起172和174以及蒸发器板122和124的几何形状设计成，使形成的制冷剂流(道)的横截面面积等于普通制冷剂管道直径的流道的横截面面积。这优选地等于直径为0.5英寸的管。这降低了当制冷剂流过蒸发器组件120时的压降量，以便与0.5英寸的铜管设计相当。

使流道边界隆起172和174尽可能薄也是所希望的。这允许在使蒸发器组件120的内部容积最小的同时，使制冷剂与蒸发器板122和124的接触最大化。使蒸发器组件120的内部容积最小使得制冷剂成本降低并且在取冰阶段制冷剂到压缩机的回溢较少。

尽管蒸发器组件120示出为具有两个蒸发器板，但是可以设想蒸发器组件120仅具有一个蒸发器板。在一个蒸发器板的组件中，制冷剂管道组件可夹在蒸发器板和一具有至少一个平坦表面的体部之间，以最终形成该管道组件。

参照图11，蒸发器组件220构成本发明的另一可选实施例。蒸发器组件220包括第一蒸发器板222、第二蒸发器板224和制冷剂管道组件226。蒸发器板222和224各具有与蒸发器板122和124的背面130稍微不同的背面230，但是在其它方面是相同的。

制冷剂管道226类似于制冷剂管道组件126，不同之处在于构造方式和蛇形管的布置。对于构造方面，一边界隆起结构202设置在蒸发器板222的背面230上，匹配的边界隆起结构(未示出)设置在蒸发器板224的背面230上。隆起结构202包括一外围隆起204和从外围隆起204向内延伸的内部隆起206、208和210。隆起206和210是直的，而隆起208形成为U形，隆起210位于该U形之中。一对制冷剂接头212和214设置在外围隆起204中的能使制冷剂沿虚线216蛇形流动的位置处。

当蒸发器板222和224以背靠背的方式固定在一起时，该相匹配的隆起结构相互匹配，在接头212和214之间形成沿线216的蛇形流道。在流道中的制冷剂与各蒸发器板222和224直接接触，因此使热传递及效率提高。可选地，在蒸发器板224的背面130上的匹配的隆起结构可以省略，而使隆起204、206、208和210足够高以接合蒸发器板224的背面230。

制冷剂管道226具有许多管道部分，各管道部分具有大体为矩形的横截面。例如，一个管道部分具有一对由隆起206和208限定的相对侧。在蒸发器板222和224的背面230上的在隆起206和208之间的区域限定了制冷剂管道的另外一对相对侧。

蒸发器组件220的暴露的表面涂覆防止腐蚀的涂层。蒸发器板222和224优选地为铝或铝合金。

通过在炉中将两个由铝压铸件形成的制冰模222和224钎焊到一起，形成蒸发器组件220。压铸件222和224铸有当其钎焊到一起时形成一限定的制冷剂流道的隆起几何结构。

蒸发器组件220具有下列优点：

1.提高热传递。在传统的蒸发器中，输送制冷剂的铜管接合到制冰表面的背面。在蒸发器组件220中，热量不是通过管道的与蒸发器板接触的表面部分传递，而是铝铸件的整个背部表面都接触到制冷剂。

2.通过使两个而不是一个制冰表面与一个制冷剂流道相关联，使传热性能提高。

3.减少了部件总数。与具有管、板及用于冰格的多个条带的传统设计相比，(本发明)仅具有两个铝压铸件。

4.较轻的重量。(铝与铜相比)

5.易于制造。

尽管蒸发器组件220示出为具有两个蒸发器板，但是可以设想蒸发器组件220仅具有一个蒸发器板。在一个蒸发器板的组件中，制冷剂管道组件可夹在该蒸发器板和一具有至少一个平坦表面的体部之间，以最终形成该管道组件，所述隆起设置在蒸发器板和该平板表面的一个或两者上。

由此，具体参照本发明的优选形式对本发明进行了说明。显然，在不脱离由所附权利要求限定的本发明的精神和范围的条件下，可对本发明进行各种变更和改变。

Claims (39)

1.一种蒸发器组件，包括：

至少一个蒸发器板，该蒸发器板包括一具有利于形成冰块的结构的第一侧和一第二侧；以及

一制冷剂管道，该管道设置成与所述蒸发器板的所述第二侧热接触，而且该管道包括一个或多个部分，所述部分的尺寸设置成使通过所述部分的制冷剂流覆盖所述蒸发器板的一定百分比的所述第二侧，该百分比在约30％至100％的范围内。

2.根据权利要求1所述的蒸发器组件，其特征在于，通过所述部分的制冷剂流基本覆盖所述蒸发器板的所述第二侧的全部。

3.根据权利要求1所述的蒸发器组件，其特征在于，一个或多个所述制冷剂管道部分具有非圆形横截面。

4.根据权利要求3所述的蒸发器组件，其特征在于，所述横截面是矩形。

5.根据权利要求3所述的蒸发器组件，其特征在于，所述非圆形横截面具有基本平坦且基本平行于所述第一侧的一侧。

6.根据权利要求1所述的蒸发器组件，其特征在于，具有多个所述部分；所述制冷剂管道还包括连接所述部分成一种结构的第一和第二集管。

7.根据权利要求1所述的蒸发器组件，其特征在于，每个所述部分包括一矩形管，该矩形管具有一个安装成与所述蒸发器板的所述第二侧直接机械接触的表面。

8.根据权利要求1所述的蒸发器组件，其特征在于，还包括限定所述制冷剂管道部分的隆起结构。

9.根据权利要求8所述的蒸发器组件，其特征在于，所述隆起结构包括与所述蒸发器板的所述第二侧成一体的多个隆起；至少两个所述隆起相互间隔并相互平行；所述隆起形成至少一个所述部分的相对侧；所述隆起之间的区域包括所述一个部分的另一侧。

10.根据权利要求9所述的蒸发器组件，其特征在于，所述隆起中的至少一个与一相邻的部分共用。

11.根据权利要求9所述的蒸发器组件，其特征在于，还包括第一和第二接头；所述第一和第二接头以及所述隆起设置成形成蛇形结构。

12.根据权利要求1所述的蒸发器组件，其特征在于，还包括一附加蒸发器板，该附加蒸发器板包括一具有利于形成冰块的结构的第一侧和一第二侧，所述制冷剂管道还与所述附加蒸发器板的所述第二侧热接触。

13.根据权利要求12所述的蒸发器组件，其特征在于，一个或多个所述制冷剂管道部分具有矩形横截面。

14.根据权利要求12所述的蒸发器组件，其特征在于，通过所述部分的制冷剂流基本覆盖所述蒸发器板和所述附加蒸发器板各自的第二侧的全部。

15.根据权利要求12所述的蒸发器组件，其特征在于，所述部分具有基本平坦并且基本平行于所述蒸发器板和所述附加蒸发器板的所述第一侧的相对侧。

16.根据权利要求1所述的蒸发器组件，其特征在于，所述百分比在约40％至100％的范围内。

17.根据权利要求1所述的蒸发器组件，其特征在于，所述百分比在约80％至100％的范围内。

18.一种制造蒸发器组件的方法，包括：

在至少一个蒸发器板的第一侧上形成冰块结构；以及

在所述蒸发器板的第二侧上形成一制冷剂管道，其中所述制冷剂管道包括一个或多个部分，所述部分的尺寸设置成使通过所述部分的制冷剂流覆盖所述蒸发器板和所述附加蒸发器板的一定百分比的所述第二侧，该百分比在约30％至100％的范围内。

19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，所述管道部分是通过接合工艺形成在所述蒸发器板的所述第二侧上的单独的部件。

20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，每个所述管道部分部件包括一细长的矩形管；所述接合工艺将每个所述细长的矩形管的表面连接到所述蒸发器板的所述第二侧上。

21.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，所述细长的矩形管在所述蒸发器板的所述第二侧上布置成相互平行；所述制冷剂管道还包括设置在所述细长矩形管的相对端的第一和第二集管；所述接合工艺使所述第一和第二集管连接到所述细长矩形管上。

22.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，所述接合工艺使用钎焊材料。

23.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，所述制冷剂管道包括限定所述部分的隆起结构。

24.根据权利要求23所述的方法，其特征在于，所述部分具有大体为矩形的横截面。

25.根据权利要求23所述的方法，其特征在于，所述制冷剂管道还包括第一和第二接头，所述接头连接到所述隆起结构以形成蛇形的制冷剂流道。

26.根据权利要求23所述的方法，其特征在于，通过接合工艺使所述隆起结构形成在所述蒸发器板的所述第二侧上。

27.根据权利要求26所述的方法，其特征在于，所述接合工艺使用钎焊材料。

28.根据权利要求26所述的方法，其特征在于，所述隆起结构设置在所述蒸发器板的所述第二侧和一体部之间，该体部包括基本平行于所述蒸发器板的所述第二侧的基本平坦的表面；所述接合工艺将所述隆起结构连接到所述平坦表面上。

29.根据权利要求23所述的方法，其特征在于，通过压铸工艺使所述隆起结构形成在所述蒸发器板的所述第二侧上。

30.根据权利要求29所述的方法，其特征在于，所述隆起结构由一相邻的体部封闭，该体部成形为使每个所述部分具有大体为矩形的横截面。

31.根据权利要求30所述的方法，其特征在于，还包括多个所述隆起结构，所述体部包括在其表面上的匹配隆起结构；所述隆起结构以匹配的方式固定在一起以形成所述部分。

32.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，还包括将所述制冷剂管道固定到一附加蒸发器板的第二侧上。

33.根据权利要求32所述的方法，其特征在于，一个或多个所述制冷剂管道部分具有矩形横截面。

34.根据权利要求33所述的方法，其特征在于，通过所述部分的制冷剂流基本覆盖所述蒸发器板和所述附加蒸发器板的所述第二侧的全部。

35.根据权利要求33所述的方法，其特征在于，所述部分的尺寸设置成使通过所述部分的制冷剂流也覆盖所述附加蒸发器板的一定百分比的所述第二侧，该百分比在约30％至100％的范围内。

36.根据权利要求35所述的方法，其特征在于，所述百分比在约40％至100％的范围内。

37.根据权利要求35所述的方法，其特征在于，所述百分比在约80％至100％的范围内。

38.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，所述百分比在约40％至100％的范围内。

39.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，所述百分比在约80％至100％的范围内。

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