微孔殼管式換熱器的制造方法
【專利摘要】提供一種適于傳輸?shù)谝涣黧w(32)通過內(nèi)部(21)的換熱器(10)，其具有容納第二流體(41)的管狀體(40)，由此在所述流體之間發(fā)生熱傳遞，所述管狀體縱向延伸通過所述內(nèi)部、具有非圓形橫截面(42)、并被形成以界定沿所述管狀體縱向延伸的微通道(50)，所述第二流體通過所述微通道進(jìn)行傳輸。
【專利說明】微孔殼管式換熱器
[0001]發(fā)明背景
[0002]本文公開的主題涉及換熱器，且更具體地，涉及殼管式換熱器。
[0003]加熱和冷卻系統(tǒng)，如HVAC和制冷系統(tǒng)，一般采用多種類型的換熱器來提供加熱和冷卻。這些換熱器通常包括殼管式換熱器或管中管式換熱器。在每種情況下，在被引導(dǎo)以便彼此鄰近流通的液體之間以及緊密耦接以致彼此存在熱傳遞相互作用的液體之間，通常會(huì)發(fā)生熱傳遞。
[0004]例如,在殼管式換熱器中，殼形成容器的外部表面,其內(nèi)被引入制冷劑蒸氣。然后，水被引導(dǎo)通過水管，水管延伸通過容器，從而在制冷劑和水之間發(fā)生熱傳遞。在另一個(gè)實(shí)例中，制冷劑可被引導(dǎo)通過管，而水或其它熱傳遞介質(zhì)(如乙二醇或丙二醇)被引導(dǎo)通過管和換熱器外殼之間的空間。
[0005]殼管式換熱器一般占到水冷式制冷機(jī)成本的大約50%，并且通常決定所需的制冷劑量和單位占用間隔，響應(yīng)于一般會(huì)增加尺寸限制和殼管式換熱器成本的不斷提高的能量效率要求，其兩者均會(huì)隨著時(shí)間而改變。
[0006]發(fā)明簡述
[0007]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供換熱器的管狀體。換熱器適于傳輸?shù)谝涣黧w通過內(nèi)部，管狀體容納第二流體，由此在第一流體和第二流體之間發(fā)生熱傳遞。管狀體縱向延伸通過換熱器的內(nèi)部，具有非圓形橫截面，并被形成以界定縱向延伸通過管狀體的微通道，第二流體通過微通道進(jìn)行傳輸。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，換熱器被提供并包括界定內(nèi)部的殼、耦接到殼的歧管，由此第一流體在內(nèi)部連通、布置于內(nèi)部以傳輸?shù)诙黧w通過其的管狀體，由此在第一流體和第二流體之間發(fā)生熱傳遞。管狀體縱向延伸通過內(nèi)部，具有非圓形橫截面，并被形成以界定縱向延伸通過管狀體的微通道，第二流體通過微通道進(jìn)行傳輸。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的再一個(gè)方面，換熱器被提供并包括界定內(nèi)部的殼、耦接到殼的歧管，由此第一流體在內(nèi)部連通、傳輸?shù)诙黧w通過內(nèi)部的第一管狀體和第二管狀體，由此在第一流體和第二流體之間發(fā)生熱傳遞，其中第一管狀體和第二管狀體中的每一個(gè)縱向延伸通過換熱器的內(nèi)部，具有非圓形橫截面，并被形成以界定縱向延伸通過管狀體的微通道，第二流體通過微通道進(jìn)行傳輸。
[0010]根據(jù)結(jié)合附圖進(jìn)行的下列描述，這些及其它優(yōu)點(diǎn)和特征將更加顯而易見。
[0011]附圖簡述
[0012]作為本發(fā)明的主題被特別指出，并在本說明書結(jié)論處的權(quán)利要求書中明確要求保護(hù)。根據(jù)結(jié)合附圖進(jìn)行的下列詳細(xì)描述，本發(fā)明的前述和其它特征及優(yōu)點(diǎn)是顯而易見的，其中:
[0013]圖1為換熱器的橫截面視圖；
[0014]圖2為圖1的換熱器的部分管狀件的透視圖；和
[0015]圖3為圖1的換熱器的部分管狀件的透視圖。
[0016]詳述部分通過參考附圖實(shí)例的方式解釋本發(fā)明的實(shí)施方案，以及優(yōu)點(diǎn)和特征。[0017]發(fā)明詳述
[0018]如行業(yè)要求和政府法規(guī)所規(guī)定，為了滿足不斷提高的整體系統(tǒng)效率要求并降低二氧化碳排放，換熱器效能已經(jīng)成為最重要的驅(qū)動(dòng)力之一。優(yōu)越的換熱器性能最終導(dǎo)致占用間隔、重量和材料含量減少。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的多個(gè)方面，換熱器構(gòu)造為用于氣-液、液-液和氣-氣應(yīng)用場合的微通道換熱器(“MCHX”)。例如，在氣-液場合，空氣被引導(dǎo)于換熱器管之外且制冷劑或其它冷卻液被引導(dǎo)通過管。MCIIX設(shè)計(jì)允許緊湊的布置、增強(qiáng)的性能、減少制冷劑加注并提高結(jié)構(gòu)剛度。
[0020]參考圖1，提供了換熱器10。換熱器10包括界定內(nèi)部21于其中的殼20，流體耦接至殼20并由此第一流體32與殼20的內(nèi)部21相連通的進(jìn)口 /出口歧管30、31，和管狀體40。管狀體40被配置以傳輸?shù)诙黧w41通過殼20的內(nèi)部21，尤其是管狀體40內(nèi)。因此，在第一流體32和第二流體41之間發(fā)生熱傳遞。
[0021 ] 更具體地，管狀體40在一個(gè)或多個(gè)通道中縱向延伸通過殼20的內(nèi)部21，具有非圓形橫截面42，并被形成以界定微通道50。非圓形橫截面42可以為長形、橢圓形或矩形。微通道50在非圓形橫截面42內(nèi)被布置為并排結(jié)構(gòu)，并貫通管狀體40被縱向穿孔。微通道50在管狀體40內(nèi)提供通路，第二流體41通過所述通路進(jìn)行傳輸。例如，如圖1所示，非圓形橫截面42主要為具有圓角的矩形，微通道50沿其中心線對(duì)齊。如果微通道50相對(duì)于管狀體40足夠小，微通道50可以沿橫截面42的中心線直線排列或呈交錯(cuò)矩陣布置。必須理解，盡管微通道50被示出為具有圓形橫截面，但其可以具有任何非圓形或其它多邊形橫截面形狀，包括但不限于矩形、梯形或三角形，其中的每一個(gè)均在本發(fā)明范圍內(nèi)。
[0022]根據(jù)某些實(shí)施方案，水或乙二醇可以作為第二流體41被引導(dǎo)通過微通道50，并在內(nèi)部21中提供制冷劑(例如低壓制冷劑R134a或R1234yf)作為第一流體32用于冷凝或蒸發(fā)?；蛘撸评鋭?例如高壓制冷劑R410A或CO2)可以作為第二流體41被引導(dǎo)通過微通道50,而冷卻液作為第一流體32被引導(dǎo)通過內(nèi)部21。
[0023]管狀體40可以包括作為基本金屬的銅并附加鋁和/或塑料?；蛘?，管狀體40可以由鋁、塑料或其它材料組成。亦即，盡管管狀體40可以由銅材料制成，但也可以采用廉價(jià)的鋁或塑料材料以實(shí)現(xiàn)成本和重量的進(jìn)一步降低。在使用鋁時(shí)，可以采用釬焊爐操作來生產(chǎn)管狀體40或其管束以在隨后插入殼20。對(duì)于塑料材料，可以使用擴(kuò)散連接或任何其它已知方法來剛性裝配管狀體40或其管束。
[0024]參考圖2和圖3，管狀體40包括外部表面43，其上涂覆以涂層材料以促進(jìn)膜狀冷凝或滴狀冷凝之一并提高熱傳遞特性。管狀體40還包括內(nèi)部表面44。外部表面43和內(nèi)部表面44可以包括一個(gè)或多個(gè)孔狀特征件60、凹口 61、槽62和鰭狀物63?？谞钐卣骷?0可以由噴到外部表面43和/或內(nèi)部表面44上的金屬形成。凹口 61可以被制造以促進(jìn)成核現(xiàn)象。槽62和鰭狀物63可以在擠壓工藝或二次加工過程中集入管狀體40的外部表面43或內(nèi)部表面44中，并且可以相對(duì)于管狀體40縱向或橫向定向。
[0025]返回參考圖1，應(yīng)理解，管狀體40可以作為多個(gè)管狀體40提供,其中每個(gè)管狀體40大致按如上所述進(jìn)行構(gòu)造，但相對(duì)于彼此未必相似。例如，第一和第二管狀體400、401每個(gè)均可具有長形橫截面42，并且可以被定向使得長形部分大致垂直對(duì)齊或使得一者或兩者的長形部分相對(duì)于垂直方向成一定角度。兩者均成一定角度時(shí)，其角度可以相同或不同。在各種情況下，垂直或接近垂直的定向有助于冷凝物的排放。
[0026]類似地，第一和第二管狀體400、401每個(gè)均可包括具有不同孔狀特征件60、凹口61、槽62和鰭狀物63的外部表面43和內(nèi)部表面44。第一和第二管狀體400、401可以具有相同或不同的尺寸。進(jìn)一步，第一和第二管狀體400、401之間的距離以及第二管狀體401和第三管狀體402之間的距離可以相同或不同。類似地，取決于殼20內(nèi)各個(gè)管狀體的位置，管狀體400、401和402中微通道之間的距離可以不同。在某些情況下，管狀體40的相對(duì)位置可以被設(shè)置以減少換熱器10的占用間隔并/或防止或減少漫流。
[0027]盡管本發(fā)明僅結(jié)合有限數(shù)量的實(shí)施方案進(jìn)行詳細(xì)描述，但容易理解，本發(fā)明并不限制于這些公開的實(shí)施方案。相反，本發(fā)明可以被修改以包含之前雖未描述，但其符合本發(fā)明精神和范圍的任何數(shù)量的變化、改動(dòng)、替代或等效布置。另外，盡管已經(jīng)描述了本發(fā)明的多個(gè)實(shí)施方案，但應(yīng)理解，本發(fā)明的多個(gè)方面可能僅包括所述實(shí)施方案的某些部分。因此，本發(fā)明不應(yīng)被看作是受之前描述的限制，而是僅受所附權(quán)利要求范圍的限制。
【權(quán)利要求】
1.一種換熱器的管狀體，所述換熱器適于傳輸?shù)谝涣黧w通過內(nèi)部，所述管狀體容納第二流體，由此在所述第一流體和所述第二流體之間發(fā)生熱傳遞，其中所述管狀體: 縱向延伸通過所述換熱器的所述內(nèi)部， 具有非圓形橫截面，并 被形成以界定縱向延伸通過所述管狀體的微通道，所述第二流體通過所述微通道進(jìn)行傳輸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的管狀體，其包括銅合金、鋁合金或塑料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的管狀體，其包括涂敷于其外部表面的涂層材料，其促進(jìn)膜狀冷凝和滴狀冷凝之一。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的管狀體，其中所述第一流體包括制冷劑且所述第二流體包括水或乙二醇溶液。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的管狀體，其中所述第一流體包括水或乙二醇溶液且所述第二流體包括制冷劑。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的管狀體，其具有長形橫截面，所述微通道沿所述長形橫截面被界定于長形排列中。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的管狀體，其中所述微通道中的任何一個(gè)或多個(gè)具有圓形橫截面。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的管狀體，其中所述微通道中的任何一個(gè)或多個(gè)具有非圓形或多邊形橫截面形狀。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的管狀體，其還包括: 其外部表面和內(nèi)部表面中的至少一個(gè)上的孔狀特征件、凹口、槽和鰭狀物中的一個(gè)或多個(gè)。
10.一種換熱器，其包括: 界定內(nèi)部的冗I ； 耦接至所述殼的歧管，由此第一流體與所述內(nèi)部相連通；和 布置于所述內(nèi)部中以傳輸?shù)诙黧w通過其的管狀體，由此在所述第一流體和所述第二流體之間發(fā)生熱傳遞，所述管狀體: 縱向延伸通過所述內(nèi)部， 具有非圓形橫截面，并 被形成以界定縱向延伸通過所述管狀體的微通道，所述第二流體通過所述微通道進(jìn)行傳輸。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的換熱器，其中所述管狀體包括銅合金、鋁合金或塑料。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的換熱器，其中涂層材料被涂敷于所述管狀體的外部表面以促進(jìn)膜狀冷凝和滴狀冷凝之一。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的換熱器，其中所述第一流體包括水或乙二醇溶液且所述第二流體包括制冷劑。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的換熱器，其中所述第一流體包括制冷劑且所述第二流體包括水或乙二醇溶液。
15.根據(jù)權(quán)利要求10所述的換熱器，其中所述管狀體具有長形橫截面，所述微通道沿所述長形橫截面被界定于長形排列中。
16.根據(jù)權(quán)利要求10所述的換熱器，其中所述微通道中的任何一個(gè)或多個(gè)具有圓形橫截面。
17.根據(jù)權(quán)利要求10所述的換熱器，其中所述微通道中的任何一個(gè)或多個(gè)具有非圓形或多邊形橫截面形狀。
18.根據(jù)權(quán)利要求10所述的換熱器，其中所述管狀體包括: 形成于其內(nèi)部表面和外部表面中的至少一個(gè)上的孔狀特征件、凹口、槽和鰭狀物中的一個(gè)或多個(gè)。
19.一種換熱器,其包括: 界定內(nèi)部的冗I ； 耦接至所述殼的歧管，由此第一流體與所述內(nèi)部相連通；和 傳輸?shù)诙黧w通過所述內(nèi)部的第一管狀體和第二管狀體，由此在所述第一流體和所述第二流體之間發(fā)生熱傳遞，其中所述第一管狀體和所述第二管狀體中的每一個(gè): 縱向延伸通過所述換熱器的所述內(nèi)部， 具有非圓形橫截面，并 被形成以界定縱向延伸通過所述管狀體的微通道，所述第二流體通過所述微通道進(jìn)行傳輸。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的換熱器，其中所述第一管狀體和所述第二管狀體每個(gè)均具有長形橫截面且相對(duì)于彼此大致垂直對(duì)齊。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的換熱器，其中所述第一管狀體和所述第二管狀體相對(duì)于彼此以不同的角度布置。
22.根據(jù)權(quán)利要求19所述的換熱器，其中所述第一管狀體和所述第二管狀體每個(gè)均包括不同尺寸和橫截面形狀的微通道。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的換熱器，其中所述橫截面形狀為多邊形或非圓形。
24.根據(jù)權(quán)利要求19所述的換熱器，其中所述第一管狀體和所述第二管狀體每個(gè)均包括其外部表面和內(nèi)部表面中的至少一個(gè)上的一個(gè)或多個(gè)孔隙、凹口、槽和鰭狀物。
25.根據(jù)權(quán)利要求19所述的換熱器，其中所述第一管狀體和所述第二管狀體具有不同的尺寸。
26.根據(jù)權(quán)利要求19所述的換熱器，其中布置于所述第一管狀體中的微通道之間的所述間隔不同于布置于所述第二管狀體中的微通道之間的所述間隔。
27.根據(jù)權(quán)利要求19所述的換熱器，其包括多個(gè)管狀體，其中所述管狀體以彼此不同的距離或相對(duì)于彼此不同的角度布置。
【文檔編號(hào)】F28F1/02GK103635771SQ201280032054
【公開日】2014年3月12日 申請(qǐng)日期:2012年6月26日 優(yōu)先權(quán)日:2011年6月27日
【發(fā)明者】M.F.塔拉斯, J.L.埃斯富姆斯, S.本達(dá)普迪 申請(qǐng)人:開利公司