專利名稱：集成多回路微通道換熱器的制作方法
集成多回路微通道換熱器相關(guān)申請
本申請要求2008年7月15日申請的美國臨時專利申請?zhí)?1/080780的優(yōu)先權(quán)。
背景技術(shù)：
近年來，已有許多關(guān)注和設計嘗試集中在制冷劑系統(tǒng)的換熱器(特別是冷凝器、氣 體冷卻器及蒸發(fā)器)的高效運轉(zhuǎn)上。換熱器技術(shù)中的一個相對近期的進步是研發(fā)和應用平 行流，或所謂微通道或小通道換熱器(遍及本文中，這兩個術(shù)語將可互換地使用)作為冷凝 器、氣體冷卻器及蒸發(fā)器。這些換熱器設置有多個平行換熱管道，通常是非圓形的，制冷劑分布在其中并以 平行的方式流動。換熱管道的取向大致基本垂直于與換熱管道流體連通的入口、中間和出 口歧管中的制冷劑流動方向。換熱管道通常具有多通道構(gòu)造，制冷劑以平行方式分布在這 些多通道內(nèi)。傳熱翅片可夾置并剛性附接到換熱管道。采用這種通常具有鋁爐銅焊構(gòu)造的 平行流換熱器的主要原因涉及其卓越的性能、高度緊湊性、結(jié)構(gòu)剛性、低重量、低制冷劑裝 量及改善的抗腐蝕性。有時，可能需要在制冷劑系統(tǒng)中在單個換熱器芯和構(gòu)造中具有多個不同的制冷劑 回路。作為一個例子，可設置具有兩個完全分開的具有分離的壓縮機和換熱器等的制冷劑 獨立回路的雙回路制冷劑系統(tǒng)，以實現(xiàn)容量控制并提高效率。在其它應用中，可能需要使整 個制冷劑流只通過換熱器的一部分，同時利用整個換熱器正面區(qū)域。另外，可能需要采用通 過換熱器芯的單制冷劑回路的多個獨立的制冷劑路線，以提高換熱器有效性。迄今為止，至少在采用微通道換熱器時，利用換熱器整個正面或剖面區(qū)域的多個 不同制冷劑回路的這種措施需要不同的換熱器。更傳統(tǒng)的換熱器，例如圓管和板翅換熱器， 可被形成為利用換熱器整個正面區(qū)域的多回路纏繞構(gòu)造，但是，微通道換熱器不容易被制 成包括這種多回路構(gòu)造。

發(fā)明內(nèi)容
一種微通道換熱器包括通向多個分離的微通道管簇(bank)內(nèi)的兩個分離的歧管。 在實施例中，分離的管簇沿第一方向相互平行地延伸通過換熱區(qū)域的一個維度。來自至少 兩個歧管的簇沿垂直于第一方向的第二方向散布。本發(fā)明的這些和其它特征可從以下說明和附圖中得到最佳理解，以下是簡要說明。


圖IA是本發(fā)明換熱器的3D視圖。圖IB示出可采用本發(fā)明換熱器的第一示意圖。圖IC示出可采用本發(fā)明換熱器的第二示意圖。圖2示出圖IA換熱器的放大的歧管剖面。
圖3是圖2的端視圖。圖4A示出本發(fā)明換熱器的歧管剖面的細節(jié)。圖4B示出本發(fā)明換熱器的備選特征。圖5是換熱管道的剖視圖。圖6A示出本發(fā)明換熱器的另一實施例的3D視圖。圖6B是圖6A實施例的端視圖。圖6C示出圖6A換熱器的放大的歧管剖面。圖7A示出本發(fā)明換熱器的另一實施例的3D視圖。圖7B是圖7A實施例的端視圖。圖7C示出圖7A換熱器的放大的歧管剖面。
具體實施例方式圖1示出具有換熱器正面或剖面表面區(qū)域21的微通道換熱器20。入口管對將 制冷劑供應到第一入口歧管22，入口管觀將制冷劑供應到第二入口歧管26。兩個入口管 24和觀可連接到完全分離的獨立的制冷劑回路，或可連接到單個制冷劑回路的共同的制 冷劑源。出口歧管30和32通向出口管四和31，將制冷劑向下游分別傳輸?shù)姜毩⒌亩鄠€ 制冷劑回路或傳輸?shù)絾蝹€制冷劑回路。盡管在全文中以制冷劑和制冷劑系統(tǒng)為參照，但是， 任何合適的傳熱流體(例如水、乙二醇、丙二醇或油)以及相關(guān)聯(lián)的系統(tǒng)都可被代替使用。另 外，盡管本發(fā)明的微通道換熱器示意性地示出為單通程(pass )構(gòu)造(見例如圖IA)，但也可 通過類似的方式實施任意數(shù)量的通程，并且所有這種多通程微通道換熱器(見圖4B)都在本 發(fā)明的范圍內(nèi)。當入口管M和觀及出口管四和31將制冷劑傳輸?shù)街评鋭┫到y(tǒng)的分離的獨立制 冷劑回路時，由于在與換熱外表面上流動的空氣的傳熱相互作用中利用了整個前表面區(qū)域 21，同時只運行其中一個制冷劑回路，從而在部分負載運行時實現(xiàn)了容量控制和效率提高。 當入口管M和觀及出口管四和31將制冷劑傳輸?shù)街评鋭┫到y(tǒng)的單個制冷劑回路時，在 一定條件下，可能需要使制冷劑只流動通過換熱器20的一部分，同時為了性能更好仍利用 整個換熱前區(qū)域21。這種條件可因為例如頭壓控制或保持使油在整個制冷劑系統(tǒng)中正確循 環(huán)并回到壓縮機中的最小制冷劑速度這樣的目的而產(chǎn)生。另外，可能需要采用通過換熱器 芯的單個制冷劑回路的多個獨立制冷劑路線，以改善制冷劑分布和換熱器有效性。如已知 的，制冷劑分布對于兩相制冷劑流(例如進入蒸發(fā)器的制冷劑流)尤其重要。圖IB示出基本示例的可利用本發(fā)明的換熱器20的多回路制冷劑系統(tǒng)。在該多回 路制冷劑系統(tǒng)中，有兩個完全分離的獨立制冷劑回路300和301，每個包括其自身的膨脹設 備302，分離的蒸發(fā)器換熱器304和308，以及分離的壓縮機306?？衫斫?，對于兩個回路，制 冷劑都被引導通過單個換熱器20。圖IB非常簡化，通過換熱器20的流可從圖IA的視圖中 得到更好的理解。但是，顯然該系統(tǒng)構(gòu)造能提供多制冷劑回路，同時在完全利用前區(qū)域21 的情況下仍只需要單個換熱器20，尤其對于只有其中一些制冷劑回路可運轉(zhuǎn)的部分負載條 件。該系統(tǒng)可為熱泵或空調(diào)，換熱器20可為室內(nèi)換熱器或室外換熱器。另外，如果提供適 當?shù)闹评鋭┚€路，則換熱器20可用于其它應用，例如作為一個示例用于再加熱功能。圖IC示出本發(fā)明換熱器20的另一個應用。在該應用中，單個制冷劑管線401通向分支的制冷劑管線402和404，連接到與本發(fā)明換熱器20相關(guān)聯(lián)的制冷劑歧管。制冷劑 流控制設備，如閥406，控制制冷劑流到分支制冷劑管線402和404，然后到換熱器20。以這 種方式，經(jīng)過換熱器20的制冷劑總?cè)莘e、制冷劑速度以及用于換熱器20的傳熱區(qū)域可得到 控制。提供這種控制的各種原因在本領域是已知的，但利用在單個換熱器結(jié)構(gòu)內(nèi)提供纏繞 的制冷劑回路的微通道換熱器是創(chuàng)造性的。圖2示出入口歧管22和沈的細節(jié)。出口歧管30和32被以類似的方式構(gòu)造和連 接到換熱器芯?？衫斫猓瑏碜悦總€歧管22和沈的連接管道33備選地通向沿第一方向垂直 于前換熱表面區(qū)域21的平面延伸的分離的獨立換熱管簇34。每個歧管具有連接到多個制 冷劑換熱管道34的多個連接管道33。從圖中可理解，連接到兩個歧管22和沈的換熱管 簇34沿大致垂直于第一方向的第二方向沿歧管軸線具有交替模式。例如，在一些應用中， 第一方向是水平方向而第二方向是豎直方向，在其它應用中，第一方向是豎直方向而第二 方向是水平方向。圖3示出換熱器20的端視圖及其通向連接管道33的歧管22和26。值得注意的 是，盡管歧管被示出為大致豎直地延伸，而換熱器管簇大致水平地延伸，該歧管也可大致水 平地延伸，而換熱器管簇大致豎直地延伸。換熱器20通常包括外部傳熱翅片，類似于標準微通道換熱器構(gòu)造，但為了簡化對 附圖的理解而將其省略。圖4A示出通向入口歧管沈內(nèi)、連接管道33內(nèi)和換熱管簇34內(nèi)的入口管觀的細 節(jié)。如已知的，用于微通道換熱器的換熱管道34通常具有由分隔壁101分開的多個平行的 制冷劑通道100，如圖5中所示。平行制冷劑通道100每個優(yōu)選地具有小于5 mm，可能小于 3 mm的液力直徑。注意，術(shù)語“液力直徑”不暗示該通道的剖面是圓形。圖4B示出備選的換熱器通程布置200。這是多通程換熱器構(gòu)造，其中歧管22和 30實際被再分成多個歧管室，并分別包含入口和出口歧管室205和206以及中間歧管室 207和208。作為例子，制冷劑流動通過從歧管22的入口歧管室205朝歧管30的中間歧管 室207延伸的換熱管簇34，然后倒轉(zhuǎn)流動方向通過另一個換熱管簇201以到達歧管22的 中間歧管室208，然后再次倒轉(zhuǎn)方向以流動通過又一個換熱管簇202以到達歧管30的出口 室206。分割板204將每個歧管22和30分別再分成歧管室205和208以及歧管室207和 208。在本實施例內(nèi)，另一制冷劑回路的換熱器管簇可與換熱管簇34、201和202纏繞。圖 4B是非常簡化的視圖?？衫斫猓诒緦嵤├型ǔ脧钠绻?2和30橫向延伸的連接 制冷劑管道33，但為簡化起見在圖4B中省略。 圖6A和6B示出另一實施例75，其中入口歧管82具有三個相鄰的連接管道84，因 而有三個相鄰換熱管道，并且出口歧管80只有兩個相鄰的連接管道86，因而只有兩個相鄰 的換熱管道。如前，該交替的模式沿歧管軸線重復自身。以這種方式，可控制連接到每個入 口歧管的換熱器部分的相對尺寸。當然，也可采用3:2之外的比。例如當制冷劑回路以及 相關(guān)聯(lián)的壓縮系統(tǒng)具有不同尺寸和容量從而允許不同階段的容量調(diào)制和卸載時，這種不等 的回路分割可變得有利。應該理解，也可代之以使用通向相鄰換熱管道的單個大直徑的連 接制冷劑管道84或86。 圖6C是示出歧管結(jié)構(gòu)細節(jié)的透視3D視圖。本發(fā)明系統(tǒng)的能力是顯然的，因其通 過采用各種尺寸的不同數(shù)量的換熱管簇而在容量調(diào)制上提供高度靈活性的控制。很明顯，制冷劑將流到每個歧管80和82內(nèi)，流到各自連接制冷劑管道86和84內(nèi)，然后流到相關(guān)聯(lián) 的換熱管簇內(nèi)。該實施例可利用如圖4B所示的多通程備選構(gòu)造，或可用于單通程構(gòu)造中。圖7A和圖7B示出本發(fā)明構(gòu)思的能力和靈活性，其中實施例90具有帶相關(guān)聯(lián)連接 制冷劑管道94的入口歧管92、帶相關(guān)聯(lián)連接制冷劑管道98的入口歧管96、帶相關(guān)聯(lián)連接 制冷劑管道112的入口歧管110以及帶相關(guān)聯(lián)連接制冷劑管道116的入口歧管114?？刹?用多于四個流動通過換熱器90的獨立制冷劑回路。圖7C是示出圖7A的歧管布置的細節(jié)的透視3D視圖?？蓪㈩~外的歧管配合到換 熱器結(jié)構(gòu)周圍的可用空間中，如圖7C所示。如圖所示，入口歧管96和114位于芯傳熱區(qū)域 21的一側(cè)上，而歧管92和110位于芯傳熱區(qū)域21的相對側(cè)上。如前，流動通過幾個入口歧 管的制冷劑流入各自的連接制冷劑管道中，并流入各自換熱管簇中。再次，如圖4B所示的 多通程構(gòu)造也可用在該實施例中。連接制冷劑管道33可具有不同的剖面區(qū)域，包括(但不限于)圓形、卵形、矩形和方 形剖面。所有這些連接制冷劑管道構(gòu)造均在本發(fā)明的范圍內(nèi)。另外，在一些設計布置中，當 換熱管道34以交替方式彎曲使其直接配合到不同的入口和出口歧管(如示出本發(fā)明的多 個附圖所體現(xiàn)的那樣定位)時，可不需要連接制冷劑管道33。這種設計布置盡管可行，但從 可制造性和可靠性角度看可能并不是期望的。最后，根據(jù)換熱器芯內(nèi)的制冷劑通程布置，入 口和出口歧管可位于換熱器芯21的相同端。本發(fā)明的換熱器可用在所有類型的制冷劑系統(tǒng)內(nèi)，例如空調(diào)系統(tǒng)、制冷系統(tǒng)和熱 泵系統(tǒng)，以及用在其它輔助系統(tǒng)內(nèi)，例如水冷卻或加熱系統(tǒng)、工藝氣體/空氣冷卻或加熱系 統(tǒng)以及油冷卻或加熱系統(tǒng)。另外，本發(fā)明的換熱器可在商用和住宅空調(diào)和熱泵系統(tǒng)、海運集 裝箱單元、制冷貨車一拖車單元、售賣機(merchandiser)、瓶裝飲料冷卻機、超市制冷系統(tǒng) 等中用作蒸發(fā)器、冷凝器、氣體冷卻器、再熱換熱器或任何其它換熱器
盡管已公開了本發(fā)明的實施例，但本領域普通技術(shù)人員可認識到在本發(fā)明的范圍內(nèi)可 進行一定的修改。為此，應研究所附權(quán)利要求來確定本發(fā)明的真實范圍和內(nèi)容。
權(quán)利要求
1.一種微通道換熱器，包括至少兩個歧管，所述至少兩個歧管與第一和第二多個換熱管道的各自一個連通；以及 所述第一和第二多個換熱管道在單個換熱器芯內(nèi)提供微通道換熱器。
2.如權(quán)利要求1所述的微通道換熱器，其中，所述微通道換熱器具有傳熱表面區(qū)域，所 述至少兩個歧管每個連通到所述第一和第二多個傳熱管道中的獨立一個，所述傳熱管道沿 第一方向延伸通過所述傳熱表面區(qū)域，所述第一和第二多個傳熱管道大致相互平行，所述 傳熱區(qū)域具有大致垂直于所述第一方向的第二方向，來自所述第一和第二多個管道的換熱 管道沿所述第二方向相互纏繞。
3.如權(quán)利要求2所述的微通道換熱器，其中，所述至少兩個歧管在所述傳熱表面區(qū)域 的相對側(cè)上隔開。
4.如權(quán)利要求1所述的微通道換熱器，其中，所述至少兩個歧管通過連接制冷劑管道 連接到所述多個傳熱管道，所述連接制冷劑管道在垂直于所述傳熱表面區(qū)域的平面中從待 連接的所述至少兩個歧管延伸到所述換熱管道。
5.如權(quán)利要求1所述的微通道換熱器，其中，有至少四個所述歧管，每個所述歧管與獨 立的換熱管道連通。
6.如權(quán)利要求5所述的微通道換熱器，其中，所述至少四個歧管中的至少一個位于所 述傳熱表面區(qū)域的兩個橫側(cè)的每個上。
7.如權(quán)利要求1所述的微通道換熱器，其中，所述至少兩個歧管是入口歧管和出口歧管之一。
8.如權(quán)利要求1所述的微通道換熱器，其中，所述多個傳熱管道的每一個具有延伸到 所述傳熱區(qū)域的平面內(nèi)的多個獨立的制冷劑通道，并且其中，所述換熱管道的所述多個制 冷劑通道具有小于5 mm的液力直徑，優(yōu)選地小于3 mm。
9.如權(quán)利要求1所述的微通道換熱器，其中，所述連接制冷劑管道的每一個連接到幾 個傳熱管道。
10.如權(quán)利要求1所述的微通道換熱器，其中，所述換熱管道彎曲或成形為配合到所述 至少兩個歧管內(nèi)。
11.如權(quán)利要求1所述的微通道換熱器，其中，所述第一和第二多個換熱管道包括多個 不同數(shù)量的換熱管道。
12.如權(quán)利要求1所述的微通道換熱器，其中，從入口歧管到出口歧管有單個制冷劑通程。
13.如權(quán)利要求1所述的微通道換熱器，其中，入口歧管和出口歧管之間有多個通程， 所述入口歧管和出口歧管的每一個被再分以提供中間歧管室。
14.如權(quán)利要求1所述的微通道換熱器，其中，所述至少兩個歧管被連接到制冷劑系統(tǒng) 的分離的獨立制冷劑回路。
15.如權(quán)利要求1所述的微通道換熱器，其中，所述至少兩個歧管被連接到制冷劑系統(tǒng) 的單個制冷劑回路。
全文摘要
一種微通道換熱器具有至少兩個歧管，所述至少兩個歧管與第一和第二多個換熱管簇的各自一個連通。所述第一和第二多個換熱管簇在單個微通道換熱器芯內(nèi)纏繞。
文檔編號F28F9/02GK102099651SQ200980127426
公開日2011年6月15日 申請日期2009年7月7日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月15日
發(fā)明者A·C·柯克伍德, A·利夫森, M·F·塔拉斯 申請人:開利公司