JP2022502618A - マイクロチャネル熱交換器管支持ブラケット - Google Patents

Abstract

熱交換器は、複数の流体通路を画定する複数の熱交換管セグメントと、複数の熱交換管セグメントの隣り合う熱交換管セグメントの間に設けられた複数のフィンとを備える。屈曲部が、複数の熱交換管セグメントに形成され、屈曲部の第１の側に位置する熱交換器の第１の部分と、第１の側の反対側の屈曲部の第２の側に位置する熱交換器の第２の部分とを画定する。支持部は、屈曲部または屈曲部の近くに配置され、支持部は、支持基部と、支持基部から複数の熱交換管セグメントの隣り合う熱交換管セグメント間のギャップに延びる少なくとも１つの支持フィンガとを備える。

Description

例示の実施形態は、熱交換器の技術に関する。より詳細には、本開示は、折り畳まれた、または、リボン状に折り曲げられたマイクロチャネル熱交換器の支持部に関する。

マイクロチャネル熱交換器は通常、熱交換器の冷媒チャネルに接続された冷媒を含むマニホルドによって支持される。マイクロチャネル熱交換器を支持する別の支持システムは、熱交換器を取り囲むフレームである。近年、折り畳まれた、または、リボン状に折り曲げられた熱交換器への関心が高まっている。このような熱交換器では、マニホルドは、熱交換器の第１の端部のみに設けられて、熱交換器の第２の端部は、熱交換器の支持に使用され得るマニホルドを有さない。現在、このような場合には、フレームが利用されて、熱交換器を密閉し、必要な支持を提供する。フレームは、費用対効果が高くないことが多く、全ての熱交換器に対して実現可能というわけではない。

一実施形態では、熱交換器は、複数の流体通路を画定する複数の熱交換管セグメント、及び複数の熱交換管セグメントの隣り合う熱交換管セグメント間に設けられた複数のフィンを備える。屈曲部が、複数の熱交換管セグメントに形成されて、屈曲部の第１の側に位置する熱交換器の第１の部分、及び第１の側と反対側の屈曲部の第２の側に位置する熱交換器の第２の部分を画定する。支持部は、屈曲部または屈曲部近くに位置し、支持部は、支持基部、及び支持基部から複数の熱交換管セグメントの隣り合う熱交換管セグメント間のギャップ内に延びる少なくとも１つの支持フィンガを含む。

さらに、または代替的に、この実施形態または他の実施形態では、屈曲部は、リボン状屈曲部である。

さらに、または代替的に、この実施形態または他の実施形態では、支持部は、複数の熱交換管セグメントの少なくとも１つの熱交換管セグメントに固定される。

さらに、または代替的に、この実施形態または他の実施形態では、少なくとも１つの支持フィンガは、支持基部から直角に延びる。

さらに、または代替的に、この実施形態または他の実施形態では、少なくとも１つの支持フィンガは、屈曲部の熱交換管セグメントのリボン角度と等しいフィンガ角度で支持基部から延びる。

さらに、または代替的に、この実施形態または他の実施形態では、屈曲部は、鋭角または鈍角のいずれかである。

さらに、または代替的に、この実施形態または他の実施形態では、屈曲部は、１８０度の曲げ角である。

さらに、または代替的に、この実施形態または他の実施形態では、第１のヘッダは、複数の熱交換管セグメントの第１の端部で、複数の熱交換管セグメントに流体的に結合され、第２のヘッダは、第１の端部の反対側の複数の熱交換管セグメントの第２の端部で、複数の熱交換管セグメントに流体的に結合される。

さらに、または代替的に、この実施形態または他の実施形態では、屈曲部は、第１の端部と第２の端部の間の複数の熱交換管セグメントのほぼ中点に位置する。

さらに、または代替的に、この実施形態または他の実施形態では、熱交換器の第１の部分は、熱交換器の第２の部分にほぼ平行である。

さらに、または代替的に、この実施形態または他の実施形態では、複数のフィンは、屈曲部には存在しない。

さらに、または代替的に、この実施形態または他の実施形態では、熱交換器は、ほぼＣ型形状である。

さらに、または代替的に、この実施形態または他の実施形態では、熱交換器は、蒸気圧縮サイクルの凝縮器または蒸発器の１つとして構成される。

別の実施形態では、熱交換器を形成する方法は、複数の熱交換管セグメントの隣り合う熱交換管セグメント間に少なくとも１つのギャップを画定するように複数の熱交換管セグメントを配置すること、及び支持部を複数の熱交換管セグメントに固定することを含み、支持部は、支持基部、及び支持基部から少なくとも１つのギャップ内に延びる少なくとも１つの支持フィンガを含む。少なくとも１つの屈曲部は、複数の熱交換管セグメントに形成される。支持部は、少なくとも１つの屈曲部に位置する。

さらに、または代替的に、この実施形態または他の実施形態では、支持部を複数の熱交換管セグメントに固定することは、支持部を複数の熱交換管セグメントの少なくとも１つの熱交換管セグメントにろう付けすることを含む。

さらに、または代替的に、この実施形態または他の実施形態では、支持部は、少なくとも１つの屈曲部を形成する前に、複数の熱交換管セグメントに固定される。

さらに、または代替的に、この実施形態または他の実施形態では、複数のフィンは、複数の熱交換管セグメントの隣り合う熱交換管セグメント間に配置される。

さらに、または代替的に、この実施形態または他の実施形態では、複数のフィンは、少なくとも１つの屈曲部には存在しない。

さらに、または代替的に、この実施形態または他の実施形態では、第１のヘッダは、複数の熱交換管セグメントの第１の端部に固定され、第２のヘッダは、第１の端部の反対側の複数の熱交換管セグメントの第２の端部に固定される。

さらに、または代替的に、この実施形態または他の実施形態では、支持部は、少なくとも１つの屈曲部を形成した後、複数の熱交換管セグメントに取り付けられ、固定される。

以下の説明は、いかなる場合も限定とみなされるべきではない。添付の図面の参照において、類似の要素は類似の番号を付されている。

蒸気圧縮サイクルの実施形態の概略図である。 折り曲げ動作の前の熱交換器の実施形態の平面図である。 熱交換器の実施形態の部分断面図である。 熱交換器に形成された屈曲部の概略図である。 熱交換器の屈曲部の実施形態の部分斜視図である。 熱交換器の別の実施形態の斜視図である。 支持部を含む熱交換器の実施形態の部分斜視図である。 支持部を含む熱交換器の別の実施形態の部分断面図である。 熱交換器を形成する方法の概略図である。 熱交換器を形成する別の方法の概略図である。

開示された装置及び方法の１つまたは複数の実施形態の詳細な説明を図面を参照して、限定ではなく例示として本明細書に提示する。
図１を参照すると、加熱、換気、空調及び冷却（ＨＶＡＣ＆Ｒ）システムの蒸気圧縮冷媒サイクル２０が、概略的に示されている。例示のＨＶＡＣ＆Ｒシステムは、例えば、分散された、パッケージ化された、冷却装置の、屋上の、スーパーマーケットの、及び、輸送用のＨＶＡＣ＆Ｒシステムを含むが、これらに限定されない。冷媒Ｒは、蒸気圧縮サイクル２０を循環するように構成され、それによって、冷媒Ｒは、低温低圧で蒸発する時に熱を吸収し、高温高圧で凝縮される時に放熱する。
この蒸気圧縮冷媒サイクル２０内で、冷媒は、矢印によって示されるように、反時計回りに流れる。圧縮機２２は、冷媒蒸気を蒸発器２４から受け取り、高温高圧に圧縮し、次に相対的に熱い蒸気を凝縮器２６に送り、凝縮器２６で、空気などの冷却媒体（図示せず）との熱交換関係によって、蒸気は冷却、凝縮されて液体状態になる。液体冷媒Ｒは、次に、凝縮器２６から膨張装置２８に送られ、冷媒Ｒは膨張して、蒸発器２４に送られるとき、低温の二相の液体／蒸気状態になる。低圧の蒸気は次に、圧縮機２２に戻り、サイクルは繰り返される。
ここで図２を参照すると、蒸気圧縮サイクル２０で使用されるように構成される熱交換器３０の実施例が、より詳細に示されている。熱交換器３０は、蒸気圧縮サイクル２０の凝縮器２６または蒸発器２４のいずれかとして使用されてよい。熱交換器３０は、少なくとも、第１のマニホルドまたはヘッダ３２と、第１のマニホルド３２から間隔をおいた第２のマニホルドまたはヘッダ３４と、第１のマニホルド３２と第２のマニホルド３４とを接続し、それらの間に平行に間隔をおいて延びる複数の熱交換管セグメント３６とを備える。図に示した非制限的な実施形態では、第１のヘッダ３２及び第２のヘッダ３４は、ほぼ水平に向けられており、熱交換管セグメント３６は、２つのヘッダ３２と３４の間にほぼ垂直に延びている。しかしながら、他の構成では、第１のヘッダ３２及び第２のヘッダ３４は、ほぼ垂直に配置され、熱交換管セグメント３６は、第１のヘッダ３２と第２のヘッダ３４の間に水平に延びている。

ここで図３を参照すると、熱交換管セグメント３６の実施形態の断面図が示されている。熱交換管セグメント３６は、前縁４０、後縁４２、第１表面４４及び第２表面４６を有する扁平なマイクロチャネル熱交換管を備える。熱交換管セグメント３６の前縁４０は、熱交換器３０を通り、熱交換管セグメント３６を流れる空気流Ａに関して、各後縁４２の上流にある。熱交換管セグメント３６の内部流路は、内壁によって、複数の個別のフローチャネル４８に分けられてよく、フローチャネル４８は、熱交換管セグメント３６の入口端から出口端までの長さにわたって延び、第１のマニホルド３２と第２のマニホルド３４の間で流体連通を確立する。フローチャネル４８は、円形の断面、または、例えば、長方形の断面、台形の断面、三角形の断面、もしくは別の非円形の断面を有してよい。個別のフローチャネル４８を備える熱交換管セグメント３６は、押し出し、または折り畳みを含むが、これらに限定されない既知の技術及び材料を使用して形成されてよい。

本明細書に開示の熱交換管セグメント３６は、複数のフィン５０を備える。いくつかの実施形態では、フィン５０は、リボンのように蛇状に折り畳まれたフィン材料の連続ストリップから形成されて、熱交換管セグメント３６に対してほぼ直角に延びる複数の密集したフィン５０を提供する。熱交換管セグメント３６内の１つまたは複数の流体と空気流Ａとの熱エネルギー交換は、集合して主要な熱交換面を形成する熱交換管セグメント３６の外側表面４４、４６と、二次的な熱交換面を画定するフィン５０との熱エネルギー交換とを通して生じる。

図４及び図５に示すように、屈曲部６０は、熱交換器３０の各熱交換管セグメント３６に形成される。屈曲部６０は、熱交換管セグメント３６の縦軸５４にほぼ垂直に延びる屈曲部軸５２を中心に形成される。図示の実施形態においては、図５に最もよく示されるように、屈曲部６０は、熱交換管セグメント３６を曲げ、ねじることによって形成されたリボン状の屈曲部である。いくつかの実施形態では、リボン状の屈曲部６０は、マンドレル（図示せず）を中心に形成される。他の手段またはツールがリボン状の屈曲部６０の形成に利用されてよいことを当業者は理解されよう。リボン状の屈曲部６０では、熱交換管セグメント３６は、屈曲部６０の各端部で、第１の向き、例えば、水平である。屈曲部６０に沿って、熱交換管セグメント３６は、屈曲部６０の中点で、熱交換管セグメント３６が第２の向き、例えば、垂直またはほぼ垂直になるように、ねじられる。しかしながら、他のタイプの屈曲部が、本開示の範囲内で企図される。いくつかの実施形態では、リボン状の屈曲部６０を利用して、空気流Ａに対してマルチパス熱交換器３０の構成を形成する。しかしながら、リボン状の屈曲部６０は、例えば、Ｖ型形状の熱交換器３０等、他の熱交換器の形状の形成に利用されてよいことを、当業者は容易に理解されよう。

屈曲部６０は、熱交換管セグメント３６の第１のセクション６２及び第２のセクション６４を画定し、第１のセクション６２及び第２のセクション６４は、屈曲部６０をはさんで反対の側に配置される。屈曲部の構成においては、第１のセクション６２は、熱交換器３０の第１のパスまたは第１のスラブを画定し、第２のセクション６４は、熱交換器３０の第２のパスまたは第２のスラブを画定し、それによって、マルチパス熱交換器３０の構成を画定する。図示の実施形態において、屈曲部６０は、第１のマニホルド３２と第２のマニホルド３４の間の熱交換管セグメント３６のほぼ中点に形成され、それによって、第１のセクション６２及び第２のセクション６４は、ほぼ等しい長さになる。他の実施形態では、第１のセクション６２の長さ及び第２のセクション６４の長さが等しくならないことがある場合に、他の構成が利用されてよい。

図に示すように、熱交換器３０は、第１のセクション６２及び第２のセクション６４が互いに鈍角または鋭角のいずれかで配置されるように、形成されてよい。さらに、図５に示すように、屈曲部６０は、第１のセクション６２と第２のセクション６４がほぼ平行になるように構成されてよい。屈曲部６０の結果として、熱交換器３０は、図５に示すように、平らな平面の熱交換器３０として、または、Ａコイル式またはＶコイル式熱交換器３０として構成されてよい。さらに、ここで図６を参照すると、熱交換器３０の構成は、屈曲部６０が１８０度の屈曲部であるＣ型形状の熱交換器３０などの他の形状をとってよく、熱交換器３０は、屈曲部６０とマニホルド３２、３４の間に追加の屈曲部６６、６８を備える。追加の屈曲部６６、６８は、１８０度未満であり、結果として、図６に示すＣ型形状の熱交換器３０となる。いくつかの実施形態では、屈曲部６６、６８は、リボン状の屈曲部であり、他の実施形態では、他のタイプの屈曲部が利用されてよい。

図２を再び参照すると、複数の第１のフィン５０ａは、第１のセクション６２に配置され、複数の第２のフィン５０ｂは、第２のセクション６４に配置され、各熱交換管セグメント３６の屈曲部６０の部分に、フィン５０は存在しない。第１のフィン５０ａ及び第２のフィン５０ｂは、ほぼ同じであってよい、または、代替的に、サイズ、形状、密度または材料のうちの１つまたは複数が異なってよい。

図７を参照すると、熱交換器３０は、屈曲部６０に位置する支持部７０を備える。支持部７０は、屈曲部６０の熱交換管セグメント３６に固定された櫛状の構造であり、フィン５０は存在しない。支持部７０は、基部７２、及び基部７２から延びる複数のフィンガ７４を備える。フィンガ７４は、屈曲部６０の隣り合う熱交換管セグメント３６の間のリボン状ギャップ７６にそれぞれ挿入されるように構成される。いくつかの実施形態では、支持部７０は、図８に示すように、熱交換器の幅７８全体にわたり、他の実施形態では、支持部７０は、熱交換器の幅７８の一部にのみわたる、または、複数の支持部７０が屈曲部６０で利用され、それぞれ、熱交換器の幅７８に沿って部分的に延びる。支持部７０は、例えば、ろう付けによって熱交換管セグメント３６に固定される。さらに、いくつかの実施形態では、支持部７０は、熱交換管セグメント３６と同じ材料から形成され、他の実施形態では、支持部の材料７０は、支持部７０が屈曲部６０で熱交換管セグメント３６に固定されて、屈曲部６０で熱交換器３０を支持し得る限り、熱交換管セグメント３６の材料とは異なってよい。支持部７０を利用して、熱交換器３０を１つまたは複数のブラケット８４または他の取付構造に固定して、熱交換器３０をＨＶＡＣ＆Ｒシステムに配置する。

他の実施形態では、フィンガ７４は、各リボン状ギャップ７６に挿入され、他の実施形態では、フィンガ７４は、リボン状ギャップ７６の少なくとも一部では省略されてよく、支持部７０は、それでもなお、屈曲部６０で熱交換器３０を十分に支持し得る。図７の実施形態では、複数のフィンガ７４が、基部７２から直角に延びる。別の実施形態では、図８の実施形態に示すように、複数のフィンガ７４は、基部７２から非直角に、折り曲げプロセスによる熱交換管セグメント３６のねじれ度を表す屈曲部６０のリボン角度８２に対して補完的なフィンガ角度で、いくつかの実施形態では、リボン角度８２とほぼ等しいフィンガの角度８０で延びる。図８の実施形態では、支持部７０は、例えば、膠または他の接着剤によって熱交換管セグメント３６に固定される。

図９を参照すると、熱交換器３０を形成する方法の概略図が示されている。最初に、熱交換器３０のコアがアセンブルされる。図９の実施形態では、ステップ１００において、熱交換管セグメント３６が形成され、フィン５０がステップ１０２で形成される。熱交換管セグメント３６とフィンとは、ステップ１０４で交互に積層される。ステップ１０６において、第１のヘッダ３２及び第２のヘッダ３４が、熱交換管セグメント３６に取り付けられる。あるいは、別の実施形態では、第１のヘッダ３２及び第２のヘッダ３４は、フィン５０が熱交換管セグメント３６間に挿入された後、熱交換管セグメント３６に取り付けられる。ブロック１０８において、支持部（複数可）７０が、熱交換器３０内に挿入されて、コアアセンブリを形成する。ブロック１１０において、コアアセンブリが一緒にろう付けされて、熱交換管セグメント３６、フィン５０、ヘッダ３２、３４、及び支持部７０を適所に固定する。ブロック１１０で、アセンブリのろう付けの後、屈曲部（複数可）６０が、熱交換器３０に形成される。図９に示す実施形態では、支持部７０は、第１のヘッダ３２及び第２のヘッダ３４の取付後、取り付けられるが、他の実施形態では、支持部７０は、アセンブリのろう付け前の任意の時点で取り付けられることを当業者は理解されよう。

図９の例示の方法では、屈曲部（複数可）６０は、支持部７０を熱交換器にろう付けした後、形成されるが、他の実施形態では、図１０のフローチャートに示すように、支持部７０は、屈曲部（複数可）６０を形成した後、例えば、支持部７０を接着することによって取り付けられてよいことは理解されるべきである。

本開示の支持部７０を利用することによって、マニホルド３２、３４、または、熱交換器３０を取り囲むフレームを介して支持する必要がある既存の熱交換器とは異なり、熱交換管セグメント３６に沿った様々な位置で熱交換器３０を支持することが可能になる。さらに、支持部７０は、以前のフレームより費用対効果の高い解決法を提供する。熱交換器３０の屈曲部（複数可）６０に、またはその近くに支持部７０を設けることによって、折り曲げプロセス中に通常生じる熱交換管セグメント３６の相対的な動きを防止するという追加の利益を有し、これは、システムのロバスト性を向上させる。

「約」という用語は、出願時に利用可能な機器に基づいた特定の量の測定に関連する誤差の程度を含むことを意図する。

本明細書の専門用語は、特定の実施形態を説明する目的のためのみに用いられており、本開示を限定する意図はない。本明細書で使用される場合、単数形の「ａ」、「ａｎ」及び「ｔｈｅ」は、文脈により別段の明記がない限り、複数形も含むことが意図されている。用語「含む、備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」及び／または「含んでいる、備えている（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」は、本明細書で使用されるとき、記載した特徴、整数、ステップ、動作、要素及び／または構成要素の存在を指定するが、１つまたは複数の他の特徴、整数、ステップ、動作、要素、構成要素及び／またはそれらのグループの存在または追加を排除しないことがさらに理解されよう。

本開示は例示の１つまたは複数の実施形態を参照して記載されているが、本開示の範囲を逸脱することなく、様々な変更が行われてよく、また均等物が本開示の要素の代わりをする場合もあることは当業者には理解されるであろう。さらに、本開示の必須の範囲を逸脱することなく、特定の状況または材料を本開示の教示に適合させるために多くの修正が行われてよい。したがって、本開示は、本開示を実施するために企図された最良の形態として開示される特定の実施形態に限定されるのではなく、本開示は、特許請求の範囲内に収まる全ての実施形態を含むことが意図されている。

Claims (20)

1. 複数の流体通路を画定する複数の熱交換管セグメントと、
   前記複数の熱交換管セグメントの隣り合う熱交換管セグメント間に設けられた複数のフィンと、
   前記複数の熱交換管セグメントに形成された屈曲部であって、前記屈曲部の第１の側に設けられた熱交換器の第１の部分と、前記第１の側の反対側の前記屈曲部の第２の側に設けられた前記熱交換器の第２の部分とを画定する前記屈曲部と、
   前記屈曲部に、または、その近くに設けられた支持部と、
   を備える熱交換器であって、前記支持部は、
   支持基部と、
   前記支持基部から前記複数の熱交換管セグメントの隣り合う熱交換管セグメント間のギャップに延びる少なくとも１つの支持フィンガと、
   を含む、熱交換器。
2. 前記屈曲部は、リボン状屈曲部である、請求項１に記載の熱交換器。
3. 前記支持部は、前記複数の熱交換管セグメントの少なくとも１つの熱交換管セグメントに固定される、請求項１に記載の熱交換器。
4. 前記少なくとも１つの支持フィンガは、前記支持基部から直角に延びる、請求項１に記載の熱交換器。
5. 前記少なくとも１つの支持フィンガは、前記屈曲部で、前記熱交換管セグメントのリボン角度と等しいフィンガ角度で、前記支持基部から延びる、請求項１に記載の熱交換器。
6. 前記屈曲部は、鋭角または鈍角のいずれかである、請求項１に記載の熱交換器。
7. 前記屈曲部は、１８０度の曲げ角である、請求項１に記載の熱交換器。
8. 前記複数の熱交換管セグメントの第１の端部で、前記複数の熱交換管セグメントに流体的に結合された第１のヘッダと、
   前記第１の端部の反対側の前記複数の熱交換管セグメントの第２の端部で、前記複数の熱交換管セグメントに流体的に結合された第２のヘッダと、
   をさらに含む、請求項１に記載の熱交換器。
9. 前記屈曲部は、前記第１の端部と前記第２の端部の間の前記複数の熱交換管セグメントのほぼ中点に位置する、請求項８に記載の熱交換器。
10. 前記熱交換器の前記第１の部分は、前記熱交換器の前記第２の部分にほぼ平行である、請求項１に記載の熱交換器。
11. 前記複数のフィンは、前記屈曲部には存在しない、請求項１に記載の熱交換器。
12. 前記熱交換器は、ほぼＣ型形状である、請求項１に記載の熱交換器。
13. 前記熱交換器は、蒸気圧縮サイクルの凝縮器または蒸発器の１つとして構成される、請求項１に記載の熱交換器。
14. 熱交換器を形成する方法であって、
    複数の熱交換管セグメントを、前記複数の熱交換管セグメントの隣り合う熱交換管セグメント間に少なくとも１つのギャップを画定するように配置することと、
    支持部であって、
    支持基部と、
    前記支持基部から前記少なくとも１つのギャップ内に延びる少なくとも１つの支持フィンガとを備える
    前記支持部を前記複数の熱交換管セグメントに固定することと、
    前記複数の熱交換管セグメントに少なくとも１つの屈曲部を形成することと
    を含み、前記支持部は、前記少なくとも１つの屈曲部に設けられる、方法。
15. 前記複数の熱交換管セグメントに前記支持部を前記固定することは、前記支持部を前記複数の熱交換管セグメントの少なくとも１つの熱交換管セグメントにろう付けすることを含む、請求項１４に記載の方法。
16. 前記支持部は、前記少なくとも１つの屈曲部を形成する前に、前記複数の熱交換管セグメントに固定される、請求項１４に記載の方法。
17. 前記複数の熱交換管セグメントの隣り合う熱交換管セグメント間に複数のフィンを配置することをさらに含む、請求項１４に記載の方法。
18. 前記複数のフィンは、前記少なくとも１つの屈曲部には存在しない、請求項１４に記載の方法。
19. 前記複数の熱交換管セグメントの第１の端部に第１のヘッダを固定することと、
    前記第１の端部の反対側の前記複数の熱交換管セグメントの第２の端部に第２のヘッダを固定することと、
    をさらに含む、請求項１４に記載の方法。
20. 前記支持部は、前記少なくとも１つの屈曲部を形成した後、前記複数の熱交換管セグメントに取り付けられ、固定される、請求項１４に記載の方法。

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