專利名稱：具有不同流動的多通道熱交換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一般而言，本申請涉及橫過多通道管的寬度具有不同流動的多通道熱交換器。
背景技術(shù)：
可將熱交換器用于供暖、通風(fēng)、空調(diào)和制冷(HVAC&R)系統(tǒng)。多通道熱交換器通常 包括用于制冷劑流過熱交換器的多通道管。每根多通道管可包含幾條獨立的流動通道或通 路。在這些管之間可設(shè)置翅片以促進(jìn)容納在流動通路中的制冷劑與掠過(passing over) 管的外部流體之間的熱交換。此外，多通道熱交換器也可用于如住宅系統(tǒng)之類的小型公稱 壓力(tonnage)系統(tǒng)，或用于如工業(yè)冷卻系統(tǒng)之類的大型公稱壓力系統(tǒng)。多通道熱交換器內(nèi)的熱傳遞通常由外部流體流經(jīng)熱交換器驅(qū)動。一般而言，當(dāng) 所述流體流過熱交換器時(即，流過管上方)，該流體接觸單獨的多通道管并且橫向流過 (flow across)每根管，流體先接觸管的前沿，橫向流過管的寬度，最后接觸管的后沿。除了 一些其它因素，外部流體與制冷劑之間的熱傳遞取決于橫向流過多通道管的外部流體和在 多通道管內(nèi)側(cè)流動的制冷劑之間的溫差，例如，在蒸發(fā)器中，如空氣之類的外部流體可橫過 (flow over)多通道管。在多通道管內(nèi)側(cè)流動的制冷劑的溫度往往低于空氣，因而制冷劑從 空氣中吸收熱量。這種熱交換可冷卻流出熱交換器的空氣，并使熱交換器中流動的制冷劑 升溫。在利用冷凝器的實例中，如空氣之類的外部流體可橫過內(nèi)部通常容納有比空氣溫度 高的制冷劑的多通道管。當(dāng)空氣橫向流過這些管時，內(nèi)部制冷劑將熱量傳遞給空氣。這種 熱交換可使流出熱交換器的空氣升溫，并使流動于熱交換器內(nèi)的制冷劑冷卻。在蒸發(fā)器或冷凝器兩種應(yīng)用中，橫向流過管的外部流體與管內(nèi)流動的內(nèi)部制冷劑 之間的最大溫差一般出現(xiàn)在管的前沿。當(dāng)外部流體橫向流過管的寬度時，熱傳遞導(dǎo)致外部 流體溫度接近內(nèi)部制冷劑的溫度。于是，由于外部流體已從內(nèi)部制冷劑中吸收了一些熱量 或?qū)⒁恍崃總鹘o了內(nèi)部制冷劑，在管的后沿處熱量傳遞較少。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種熱交換器，其包括第一集管、第二集管、使集管之間形成流體連通 的多根多通道管、及在每根多通道管內(nèi)縱向地大體平行設(shè)置的多條流動通路。多通道管被 構(gòu)造成接受橫向流過管的寬度尺寸從前沿向后沿延續(xù)的外部流體，流動通路被構(gòu)造成有助 于每一多通道管內(nèi)的內(nèi)部流體在前沿附近流動。流動控制機械結(jié)構(gòu)可包括在多通道管內(nèi)、 所述管的容納最低蒸氣屬性(vapor quality)的端部附近。本發(fā)明還涉及一種用于熱交換器的多通道管。該管包括被構(gòu)造成與外部流體接觸 的前沿、被構(gòu)造成與前沿接觸后的外部流體接觸的后沿、及兩條或更多條沿管的長度方向 延伸的大體平行的流動通路。這些流動通路被構(gòu)造成使管內(nèi)前沿附近的內(nèi)部流體形成第一 流和使管內(nèi)后沿附近的內(nèi)部流體形成第二流。第二流相對于第一流減小。本發(fā)明還涉及采用這種熱交換器和多通道管的系統(tǒng)和方法。


圖1為可采用本發(fā)明的熱交換器的那類示例性住宅空調(diào)或熱泵系統(tǒng)的透視圖；圖2為圖1所示系統(tǒng)的室外單元的部分分解圖，其上部組合件被向上移動以露出 某些系統(tǒng)部件；圖3為示例性的商用或工業(yè)HVAC&R系統(tǒng)的透視圖，該系統(tǒng)采用制冷裝置和空氣處 理器以冷卻建筑物，并且也可采用本發(fā)明的熱交換器；圖4為可采用一或多個本發(fā)明的熱交換器的示例性空調(diào)系統(tǒng)的總體示意圖；
圖5為可采用用一或多個本發(fā)明的熱交換器的示例性熱泵系統(tǒng)的總體示意圖；圖6為本發(fā)明的包括多通道管的示例性熱交換器的透視圖；圖7為圖6所示熱交換器中使用的一段多通道管和翅片的詳細(xì)透視圖；圖8為示出了組成部分的圖6所示熱交換器的一部分的局部分解詳細(xì)透視圖；圖9下方是本發(fā)明的起冷凝器作用的以相同間距隔開的具有不同流動面積的示 例性多通道管的斷面圖，上方是橫過多通道管寬度的相應(yīng)溫度分布圖；圖10下方為本發(fā)明的起蒸發(fā)器作用的圖9所示的示例性多通道管的斷面圖，上方 是橫過多通道管的寬度的相應(yīng)溫度分布圖；圖11為可用在圖6所示熱交換器中的示例性多通道管的斷面圖，其示出了具有以 相同間距隔開的不同流動面積的流動通路；圖12為本發(fā)明另一示例性多通道管的斷面圖，其示出了具有以相同間距隔開的 不同流動面積的流動通路；圖13為一示例性多通道管的斷面圖，其示出了具有以逐漸增大的間距隔開的相 同尺寸的流動通路；圖14為另一示例性多通道管的斷面圖，其示出了具有以逐漸增大的間距隔開的 相同尺寸的流動通路；圖15為一示例性多通道管的斷面圖，其示出了具有以逐漸增大的間距隔開的不 同尺寸的流動通路；圖16為一示例性多通道管的斷面圖，其示出了具有以逐漸增大的間距隔開的不 同橫截面和尺寸的流動通路；圖17為一示例性的多通道管的詳細(xì)透視圖，該多通道管包括插入流動通路中的 流動控制機械結(jié)構(gòu)；圖18為圖17中采用的流動控制機械結(jié)構(gòu)的詳細(xì)透視圖；圖19為另一種可插入一示例性多通道管中的流動控制機械結(jié)構(gòu)的詳細(xì)透視圖；圖20為一示例性的多通道管的詳細(xì)透視圖，該多通道管包括插入流動通路中的 圖19所示的流動控制機械結(jié)構(gòu)；圖21為可用于插入圖20所示的流動控制機械結(jié)構(gòu)的支架的詳細(xì)透視圖；圖22為可與一示例性多通道管一道使用的另一種流動控制機械結(jié)構(gòu)的分解透視 圖；圖23為圖22所示的安置在多通道管端部的流動控制機械結(jié)構(gòu)的詳細(xì)透視圖；圖24為設(shè)置在多通道管端部上的另一種流動控制機械結(jié)構(gòu)的詳細(xì)透視圖；圖25為設(shè)置在多通道管端部上的又一種流動控制機械結(jié)構(gòu)的詳細(xì)透視圖26為可包封多通道管端部的再一種流動控制機械結(jié)構(gòu)的分解透視圖；圖27為一示例性多通道管的詳細(xì)透視圖，該多通道管包括圍繞一段管的流動控 制機械結(jié)構(gòu)；圖28為另一種流動控制機械結(jié)構(gòu)的詳細(xì)透視圖，該結(jié)構(gòu)可包括在一示例性多通 道管的一段內(nèi)。
具體實施例方式圖1-3示出了對于熱交換器的一些示例性應(yīng)用。一般而言，這種系統(tǒng)可以用于 HVAC&R領(lǐng)域和該領(lǐng)域之外的領(lǐng)域兩方面的設(shè)定范圍。然而，在目前設(shè)想的一些應(yīng)用中，可將 熱交換用于住宅、商業(yè)、輕工業(yè)、工業(yè)中，也可以用于為了加熱和冷卻某一體積或裝入物的 任何其他應(yīng)用中，例如住宅、建筑物、構(gòu)造等中。此外，熱交換也可以用于適用于不同流體的 基礎(chǔ)制冷和加熱的那些工業(yè)應(yīng)用。圖1示出了一種住宅供暖和供冷系統(tǒng)。通常，住宅10包 括制冷劑管路12，該管路可操作地將室內(nèi)單元14聯(lián)結(jié)到室外單元16。室內(nèi)單元14可安置 在雜用間、閣樓、地下室等處，室外單元16通常安置在住宅10的側(cè)面附近，室外單元上覆蓋 有保護(hù)罩以保護(hù)系統(tǒng)部件和防止樹葉或其他污染物進(jìn)入該單元。制冷劑管路12在室內(nèi)單 元14和室外單元16之間傳送制冷劑，通常沿一個方向傳送基本為液態(tài)的制冷劑，而沿相反 方向傳送基本為已蒸發(fā)的制冷劑。當(dāng)圖1所示系統(tǒng)作為空調(diào)器運行時，室外單元16的盤管用作冷凝器，以使來自室 內(nèi)單元14經(jīng)制冷劑管路12之一流到室外單元16的被蒸發(fā)的制冷劑再冷凝。在這些應(yīng)用 中，用附圖標(biāo)記18表示的室內(nèi)單元的盤管用作蒸發(fā)器盤管。蒸發(fā)器盤管18接收液態(tài)制冷劑 (其可經(jīng)膨脹裝置膨脹，圖中未示出)并在制冷劑返回室外單元16之前使該制冷劑蒸發(fā)。室外單元16將流過其側(cè)面的環(huán)境空氣以箭頭所示方向吸入單元的側(cè)面，并借助 風(fēng)扇(圖中未示出)迫使空氣流過室外單元盤管，如箭頭所示地從室外單元上方將空氣排 出。當(dāng)作為空調(diào)器運行時，空氣被室外單元內(nèi)的冷凝器盤管加熱，并在空氣溫度高于其進(jìn)入 側(cè)溫度的狀態(tài)下排出該單元的頂部。空氣如箭頭所示地進(jìn)入和排出管網(wǎng)20時，空氣吹過室 內(nèi)盤管18，然后通過管網(wǎng)20循環(huán)流過住宅10。整個空調(diào)系統(tǒng)的運行通過溫度自動調(diào)節(jié)器 22或其它控制裝置或系統(tǒng)(如計算機、數(shù)字或模擬控制器等)保持如設(shè)定值那樣的期望溫 度。當(dāng)檢測到住宅內(nèi)側(cè)的溫度高于溫度自動調(diào)節(jié)器的設(shè)定值(加上很小的量)時，空調(diào)器 運行為對用于經(jīng)住宅循環(huán)的附加空氣進(jìn)行制冷。當(dāng)溫度達(dá)到設(shè)定值時(減去很小的量)，所 述單元將暫時停止制冷循環(huán)。當(dāng)圖1所示單元作為熱泵運行時，兩個盤管的作用簡單互換。也就是說，室外單元 16的盤管起蒸發(fā)器的作用，用以蒸發(fā)制冷劑，借此當(dāng)空氣掠過室外單元盤管時，冷卻進(jìn)入室 外單元16的空氣。室內(nèi)盤管18接收吹過的空氣流并借助使制冷劑冷凝來加熱所述空氣。圖2為圖1所示單元之一的局部分解圖，圖中示出的是室外單元16。通常，可將該單元考慮為包括構(gòu)成為護(hù)罩的上部組件24、風(fēng)扇組件、風(fēng)扇驅(qū)動電動機等。如圖2所示，由 于風(fēng)扇和風(fēng)扇驅(qū)動電動機被環(huán)繞的護(hù)罩遮蔽，因此看不到。室外盤管26安裝在護(hù)罩內(nèi)并大 體設(shè)置為環(huán)繞或至少部分環(huán)繞其他系統(tǒng)部件，如壓縮機、膨脹裝置、控制電路。圖3示出了另一種示例性應(yīng)用，這種情況是用于建筑物環(huán)境管理的HVAC&R系統(tǒng)。 建筑物28由包括制冷裝置30的系統(tǒng)冷卻，該裝置一般設(shè)置在建筑物上或建筑物附近，或者設(shè)置在設(shè)備房間或地下室內(nèi)。制冷裝置30為空氣冷卻裝置，其執(zhí)行制冷循環(huán)以冷卻水。水 通過水管32循環(huán)到建筑物28。水管沿特定方向通到處于個別層的空氣處理器34或建筑物 內(nèi)的一些區(qū)段中?？諝馓幚砥鬟€與管網(wǎng)36聯(lián)結(jié)，該管網(wǎng)適于從室外進(jìn)風(fēng)口 38吹入空氣。制冷裝置30冷卻循環(huán)到空氣處理器中的水，該裝置包括如上所述的用于蒸發(fā)和 冷凝制冷劑兩者的熱交換器。空氣吹過空氣處理器中容納有水的附加盤管，使水溫升高，被 循環(huán)的空氣溫度降低。然后被冷卻的空氣經(jīng)附加管網(wǎng)沿特定方向送到建筑物中的不同部 位。最后，分配的空氣沿特定方向被送到散流器，該散流器將已冷卻的空氣輸送到建筑物內(nèi) 的辦公室、廳堂、走廊及任何其他內(nèi)部空間。在很多應(yīng)用中，可用溫度自動調(diào)節(jié)器或其它操 作裝置(圖3中未示出)控制流過個別空氣處理器和管網(wǎng)的空氣和從個別空氣處理器和管 網(wǎng)流出的空氣的流動，以便在構(gòu)造內(nèi)不同部位處保持期望的溫度。圖4示出了可使用多通道管熱交換器的空調(diào)系統(tǒng)40。制冷劑流經(jīng)系統(tǒng)40中的閉合 制冷劑回路42。制冷劑可以是任何可吸熱和放熱的流體。比如，制冷劑可以是基于R-410A、 R-407C或R-134a的氫氟烴(hydrofluorocarbon，HFC)，或者可以是二氧化碳(R-744)或氨 (R-717)?？照{(diào)系統(tǒng)40包括控制裝置44，該控制裝置可使系統(tǒng)將周圍環(huán)境冷卻到指定溫度。通過使閉合制冷劑回路42中的制冷劑循環(huán)流過冷凝器46、壓縮機48、膨脹裝置50 和蒸發(fā)器52，系統(tǒng)40可冷卻周圍環(huán)境。高溫高壓的制冷劑蒸氣流入冷凝器46并流經(jīng)冷凝 器的多通道管。由電動機56驅(qū)動的風(fēng)扇54引導(dǎo)空氣橫過多通道管。風(fēng)扇可送出或吸入橫 過管的空氣?？諝鈾M向流過管時，熱量從制冷劑蒸氣傳遞給空氣，產(chǎn)生加熱的空氣58，并使 制冷劑蒸氣冷凝為液體。隨后液態(tài)制冷劑流入膨脹裝置50，在該裝置中所述制冷劑被膨脹 成低溫低壓的液體。通常，膨脹裝置50可為熱膨脹閥(TXV)；當(dāng)然，根據(jù)其它一些示例性實 施例，膨脹裝置可以為孔板或毛細(xì)管。制冷劑排出膨脹裝置后，除液態(tài)制冷劑外還存在一些 制冷劑蒸氣。從膨脹裝置50流出的制冷劑進(jìn)入蒸發(fā)器52并流過蒸發(fā)器多通道管。由電動機62 驅(qū)動的風(fēng)扇60使空氣橫過多通道管?？諝饬鬟^這些管時，熱量從空氣傳遞給制冷劑液體， 形成被冷卻的空氣64并使制冷劑液體沸騰為蒸氣。根據(jù)某些實施例，風(fēng)扇可用引導(dǎo)流體橫 過多通道管的泵代替。隨后制冷劑作為低溫低壓蒸氣流到壓縮機48。壓縮機48縮減制冷劑蒸氣的有效 體積，結(jié)果提高了蒸氣制冷劑的溫度和壓力。壓縮機可以是任何適合的壓縮機，如螺桿壓縮 機、往復(fù)式壓縮機、旋轉(zhuǎn)式壓縮機、擺桿式(swinglink)壓縮機、渦旋壓縮機或透平壓縮機。 壓縮機48由電動機66驅(qū)動，該電動機接收來自變速驅(qū)動裝置(VSD)的動力或直接從交流 或直流電源供電。雖然在某些應(yīng)用下電動機可以由可變頻或可變電壓的驅(qū)動裝置驅(qū)動，但 根據(jù)一示例性實施例，電動機66接收來自交流電源的固定線路電壓和頻率。電動機也可 以使用開關(guān)磁阻(switched reluctance, SR)電動機、感應(yīng)電動機、電子換向器永磁電動機 (electronically commutated permanent magnetmotor,ECM)、或任何其他適合類型的電動 機。制冷劑作為為進(jìn)入冷凝器并開始再次制冷循環(huán)已準(zhǔn)備就緒的高溫高壓蒸氣排出壓縮機 48?？刂蒲b置44控制制冷循環(huán)運行，該裝置包括控制電路68、輸入裝置70和溫度傳感器72?？刂齐娐?8與電動機56、62和66聯(lián)結(jié)，電動機56、62和66用來分別驅(qū)動冷凝器 風(fēng)扇54、蒸發(fā)器風(fēng)扇60和壓縮機48?？刂齐娐?8使用從輸入裝置70和傳感器72接收的信息來確定何時使驅(qū)動空調(diào)系統(tǒng)的電動機56、62和66運轉(zhuǎn)。在某些應(yīng)用中，輸入裝置可以 是常規(guī)的溫度自動調(diào)節(jié)器。當(dāng)然，輸入裝置不限于溫度自動調(diào)節(jié)器，更普遍地說，可以使用 能確定或改變設(shè)定值的任何信息源。這些信息源可包括局部或遠(yuǎn)程指令裝置、計算機系統(tǒng)、 處理器、以及可手動或自動設(shè)定與系統(tǒng)接收的信號相關(guān)的溫度的機械、電氣和機電裝置。例 如，在住宅空調(diào)系統(tǒng)中，輸入裝置可以是向控制電路提供溫度設(shè)定值的可編程的24V溫度 自動調(diào)節(jié)器。傳感器72確定環(huán)境空氣溫度并將該溫度提供給控制電路68。隨后，控制電 路68將接收到的來自傳感器的溫度與接收到的來自輸入裝置的溫度設(shè)定值進(jìn)行比較。如 果溫度高于設(shè)定值，控制電路68可使電動機56、62和66通電，以使空調(diào)系統(tǒng)40運行。控 制電路可執(zhí)行硬件或軟件控制算法來調(diào)節(jié)空調(diào)系統(tǒng)。根據(jù)一些示例性實施例，控制電路可 包括模擬-數(shù)字(A/D)轉(zhuǎn)換器、微處理器、非易失性(non-volatile)存儲器和接口板。該 系統(tǒng)當(dāng)然也可包括其它裝置，比如檢測制冷劑、熱交換器、進(jìn)風(fēng)口和出風(fēng)口等的溫度和壓力 的附加壓力和/或溫度變換器或開關(guān)。圖5示出了可使用多通道管熱交換器的熱泵系統(tǒng)74。由于熱泵可用于冷卻和加熱兩者，制冷劑流過可逆的冷卻/加熱回路76。制冷劑可以為任何可吸熱和放熱的流體。力口 熱和冷卻運行由控制裝置78控制。熱泵系統(tǒng)74包括兩者都作為熱交換器運行的外側(cè)盤管80和內(nèi)側(cè)盤管82。根據(jù) 熱泵的運行模式，這些盤管或者用作蒸發(fā)器或者用作冷凝器。例如，當(dāng)熱泵系統(tǒng)74以冷卻 (或“AC”)模式運行時，外側(cè)盤管80用作冷凝器，將熱量釋放到外側(cè)空氣，而內(nèi)側(cè)盤管82 則作為蒸發(fā)器，吸收來自內(nèi)側(cè)空氣的熱量。當(dāng)熱泵系統(tǒng)74以加熱模式運行時，外側(cè)盤管80 用作蒸發(fā)器，吸收外側(cè)空氣的熱量，而內(nèi)側(cè)盤管82用作冷凝器，向內(nèi)側(cè)空氣釋放熱量。換向 閥84設(shè)置在可逆回路76中所述盤管之間，以控制制冷劑的流動方向，由此使熱泵在加熱模 式和冷卻模式之間轉(zhuǎn)換。熱泵系統(tǒng)74還包括兩個限流裝置(metering device)86和88，用于降低制冷劑進(jìn) 入蒸發(fā)器前的壓力和溫度。限流裝置還可以對進(jìn)入蒸發(fā)器的制冷劑流進(jìn)行調(diào)節(jié)，使進(jìn)入蒸 發(fā)器的制冷劑量等于或近似等于排出蒸發(fā)器的制冷劑量。限流裝置的使用取決于熱泵的運 行模式。例如，當(dāng)熱泵系統(tǒng)74按冷卻模式運行時，制冷劑在進(jìn)入用作蒸發(fā)器的內(nèi)側(cè)盤管82 之前，繞過限流裝置86，并流過限流裝置88。另一實例中，熱泵系統(tǒng)74按加熱模式運行時， 制冷劑在進(jìn)入用作蒸發(fā)器的外側(cè)盤管80之前，繞過限流裝置88，并流過限流裝置86。根據(jù) 其它一些示例性實施例，還可在加熱和冷卻模式兩者中只使用單獨一個限流裝置。通常，限 流裝置為熱膨脹閥(TXV)，當(dāng)然也可以是孔板或毛細(xì)管。作為低溫低壓液體的制冷劑進(jìn)入蒸發(fā)器中，在加熱模式下，蒸發(fā)器為外側(cè)盤管80， 在冷卻模式下其為內(nèi)側(cè)盤管82。作為在限流裝置86或88中發(fā)生膨脹過程的結(jié)果，還可能 存在一些制冷劑蒸氣。制冷劑流過蒸發(fā)器中的多通道管，從空氣中吸熱使制冷劑變?yōu)檎魵狻?在冷卻模式下，還可對橫向流過多通道管的室內(nèi)空氣進(jìn)行除濕?？諝庵械臐駳饪赡Y(jié)于多 通道管的外表面上，所以可從空氣中除去濕氣。排出蒸發(fā)器后，制冷劑流過換向閥84而進(jìn)入壓縮機90。壓縮機90縮減制冷劑蒸 氣的體積，借此，提高蒸氣的壓力和溫度。壓縮機也可以是任何適合的壓縮機，如螺桿壓縮 機、往復(fù)式壓縮機、旋轉(zhuǎn)式壓縮機、擺桿式壓縮機、渦旋壓縮機或透平壓縮機。從壓縮機90流出的升溫升壓的蒸氣制冷劑流進(jìn)冷凝器，該冷凝器的位置由熱泵模式?jīng)Q定。在冷卻模式中，制冷劑流入外側(cè)盤管80 (起冷凝器作用)。由電動機94提供動力的風(fēng)扇92引導(dǎo)空氣橫過容納有制冷劑蒸氣的多通道管。根據(jù)某些示例性實施例，可用引 導(dǎo)流體橫過多通道管的泵替代風(fēng)扇。熱量從制冷劑傳遞給外側(cè)空氣，使制冷劑冷凝為液體。 在加熱模式中，制冷劑流入內(nèi)側(cè)盤管82 (起冷凝器作用)。由電動機98提供動力的風(fēng)扇96 引導(dǎo)空氣橫過容納有制冷劑蒸氣的多通道管。熱量從制冷劑傳遞給內(nèi)側(cè)空氣，使制冷劑冷 凝為液體。從冷凝器排出后，制冷劑流過限流裝置(加熱模式為86，冷卻模式為88)并返回到 蒸發(fā)器(加熱模式為外側(cè)盤管80，冷卻模式為內(nèi)側(cè)盤管82)中再次開始所述過程。在冷卻和加熱兩種模式中，電動機100驅(qū)動壓縮機90并使制冷劑通過可逆制冷/ 加熱回路76進(jìn)行循環(huán)。電動機可接收或者直接來自交流或直流電源的電力、或者來自變速 驅(qū)動裝置(VSD)的動力。電動機可以使用開關(guān)磁阻(SR)電動機、感應(yīng)電動機、電子換向器 永磁電動機(ECM)、或任何其他適合類型的電動機。電動機100的運行由控制電路102控制?？刂齐娐?02接收來自輸入裝置104及 傳感器106、108和110的信息并利用這些信息控制熱泵系統(tǒng)74按冷卻模式和加熱模式兩 者運行。例如，在冷卻模式中，輸入裝置104向控制電路102提供溫度設(shè)定值。傳感器110 檢測室內(nèi)環(huán)境空氣溫度并將其提供給控制電路102。隨后控制電路102將該空氣溫度和溫 度設(shè)定值進(jìn)行比較，如果空氣溫度高于溫度設(shè)定值，使壓縮機電動機100及風(fēng)扇電動機94 和98投入運轉(zhuǎn)，以使冷卻系統(tǒng)運轉(zhuǎn)。在加熱模式中，控制電路102將來自傳感器110的空 氣溫度與來自輸入裝置104的溫度設(shè)定值進(jìn)行比較，如果所述空氣溫度低于溫度設(shè)定值， 則使電動機94、98和100投入運行，以使加熱系統(tǒng)運轉(zhuǎn)?？刂齐娐?02還利用接收到的來自輸入裝置104的信息使熱泵系統(tǒng)74在冷卻模 式和加熱模式之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換。例如，若將輸入裝置104設(shè)定為冷卻模式，控制電路102將向 電磁線圈112發(fā)送信號，使換向閥84處于空調(diào)位置114。因此，制冷劑將按下述方式流過 可逆回路76 從壓縮機90排出制冷劑，制冷劑在外側(cè)盤管80中冷凝，經(jīng)限流裝置88膨脹， 并被內(nèi)側(cè)盤管82蒸發(fā)。如果將輸入裝置設(shè)定為加熱模式，控制電路102將向電磁線圈112 發(fā)送信號，使換向閥84處于熱泵位置116。因此，制冷劑將按下述方式流過可逆回路76 從 壓縮機90排出制冷劑，制冷劑在內(nèi)側(cè)盤管82中冷凝，經(jīng)限流裝置86膨脹，并被外側(cè)盤管80 蒸發(fā)?？刂齐娐房蓤?zhí)行硬件或軟件控制算法來調(diào)節(jié)熱泵系統(tǒng)74。根據(jù)一些示例性實施 例，控制電路可包括模擬-數(shù)字(A/D)轉(zhuǎn)換器、微處理器、非易失性存儲器和接口板。控制電路還可在系統(tǒng)運行于加熱模式時開始除霜循環(huán)。當(dāng)室外溫度接近凍結(jié)溫度 時，被導(dǎo)引于外側(cè)盤管80上的室外空氣中的水分可冷凝和凍結(jié)于盤管上。傳感器106測量 外側(cè)空氣的溫度，傳感器108測量外側(cè)盤管80的溫度。這些傳感器將溫度信息傳給控制電 路，該控制電路確定何時開始除霜循環(huán)。例如，如果任一傳感器106或108向控制電路提供 的溫度低于凍結(jié)溫度，系統(tǒng)74可處于除霜模式。在除霜模式中，電磁線圈112被激勵，使換 向閥84處于空調(diào)位置114，并且關(guān)閉電動機94使空氣不流過多通道管。系統(tǒng)74按冷卻模 式運行直到升溫升壓的制冷劑流過外側(cè)盤管80對盤管進(jìn)行除霜為止。一旦傳感器108檢 測盤管80除霜完畢，控制電路102使換向閥84回到熱泵位置146。如所屬領(lǐng)域技術(shù)人員所 知，可將除霜循環(huán)設(shè)定為在很多不同時間和溫度組合情況下進(jìn)行。
圖6為可用于圖4所示空調(diào)系統(tǒng)40或圖5所示熱泵系統(tǒng)70中的示例性熱交換器 的透視圖。所述示例性熱交換器可以是圖4和圖5所示的冷凝器46、蒸發(fā)器52、外側(cè)盤管 80或內(nèi)側(cè)盤管82。值得注意的是，在類似或其他系統(tǒng)中，這種熱交換器也可以用作制冷裝 置的一部分或用于任何其他熱交換應(yīng)用中。熱交換器包括由一些多通道管124連接的集管 120和122。雖然在圖6中示出了三十根管，但管的數(shù)量可以改變。集管和管可由鋁或任何 其他傳熱良好的材料構(gòu)造。制冷劑從集管120流經(jīng)第一組管126到達(dá)集管122。然后制冷 劑經(jīng)第二管組128反向流回集管120。第一管的結(jié)構(gòu)可以和第二管相同，或者第一管的結(jié)構(gòu) 也可和第二管不同。根據(jù)其它一些示例性實施例，熱交換器也可旋轉(zhuǎn)大約90度，使多通道 管在上部集管和下部集管之間垂直延伸。此外，熱交換器可以相對于垂直位置傾斜一定角 度。雖然所示出的多通道管呈長橢圓形(oblong)，但這些管可以是任意形狀，如橫截面可以 為矩形、方形、圓形、卵形、橢圓形、三角形、不規(guī)則四邊形或平行四邊形。在一些示例性實施 例中，管可以具有范圍從0. 5mm到3mm高、從18mm到25mm寬的長橢圓形橫截面形狀。值得 指出的是，熱交換器可以由一塊板或厚片制成，或者可以包括彎曲部分、拐角部分、輪廓部 分等。在某些示例性實施例中，第一管的結(jié)構(gòu)可以不同于第二管的結(jié)構(gòu)。每段中的管也 可以不同。例如，所有管可以具有相同的橫截面，其中管的第一段可以呈矩形而第二段可以 呈卵形。如下面將參照圖11-28描述的管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)也可以在內(nèi)部或橫過管段改變，使得 內(nèi)部流動通路可以有不同的構(gòu)造或在它們中具有不同的流動控制機械結(jié)構(gòu)。制冷劑從進(jìn)口 130進(jìn)入熱交換器并通過出口 132排出熱交換器。盡管圖6中示出 的進(jìn)口設(shè)在集管120的頂部而出口設(shè)在集管120的底部，但進(jìn)口和出口的位置可以互換，使 流體從底部進(jìn)入從頂部排出。流體也可以通過設(shè)置在集管的底部、側(cè)部或頂部表面的多個 進(jìn)口和出口流入或流出集管。隔板134將集管120的進(jìn)口和出口部分隔開。雖然圖中只示 出了兩塊隔板134，可以采用任意數(shù)量的一或多塊隔板來將進(jìn)口和出口部分隔開。值得注意 的是，根據(jù)其它一些示例性實施例，進(jìn)口和出口可以包含在分開的集管上，這樣可不需要隔 板。在多通道管124之間可設(shè)置翅片136以增進(jìn)管與周圍環(huán)境之間的傳熱。根據(jù)一示 例性實施例，翅片由鋁構(gòu)成，用釬焊或其他方式連接到管，并布置成大體垂直于制冷劑流。 但是，根據(jù)其它一些示例性實施例，翅片也可以由其他利于傳熱的材料制成，并且可以平行 于制冷劑流延伸或相對于制冷劑流改變角度地延伸。翅片可以為百頁形翅片、波紋狀翅片 或其它適合形狀的翅片。當(dāng)外部流體、例如空氣大體如箭頭138所示地橫向流過多通道管124時，管124內(nèi)流動的制冷劑與外部流體之間發(fā)生傳熱。通常，此處所示為空氣的外部流體流經(jīng)與多通道 管124的上側(cè)和下側(cè)接觸的翅片136。外部流體首先在前沿140接觸多通道管124，然后橫 向流過管的寬度，最后與管的后沿142接觸。當(dāng)外部流體橫向流過管時，熱量傳遞給管和從 管傳遞給外部流體。例如，在冷凝器中，外部流體的溫度往往低于多通道管內(nèi)流動的流體的 溫度。當(dāng)外部流體接觸多通道管的前沿時，熱量從多通道管內(nèi)的制冷劑傳遞給外部流體。因 此，外部流體掠過多通道管時被加熱，而多通道管中流動的制冷劑被冷卻。在蒸發(fā)器中，夕卜 部流體的溫度往往高于多通道管內(nèi)流動的制冷劑的溫度。因此，當(dāng)外部流體接觸多通道管 的前沿時，熱量從外部流體傳遞到在管內(nèi)流動的制冷劑以加熱制冷劑。由于將熱量傳給了制冷劑，離開多通道管的外部流體被冷卻。圖7是沿管和翅片剖切的圖6所示的管124和翅片136的詳細(xì)透視圖。大體如箭 頭138所示的外部流體流過翅片136并橫過管124的寬度A，其與管的上下表面相接觸。翅 片136的作用是增進(jìn)管124中流動的制冷劑與橫向流過管的外部流體之間的熱傳遞。此處 所示為空氣的外部流體首先接觸前沿140，橫向流過管124的寬度A，最后接觸后沿142。制 冷劑在多通道管124內(nèi)以大體垂直于空氣流138的方向流過流動通路144。每根管124具 有寬度A，外部流體138橫向流過該寬度。每根管124還具有高度B，通常該高度比寬度A 小得多。外部流體橫向流過多通道管的寬度A時，制冷劑與外部流體之間發(fā)生熱傳遞。一 般而言，由于在前沿140處外部流體與制冷劑之間沒有發(fā)生熱傳遞或熱傳遞最小，該處制 冷劑與外部流體之間的溫差最大。具體地說，外部流體橫向流過管的寬度A時，外部流體吸 收來自管內(nèi)制冷劑的熱量或?qū)崃總鹘o管內(nèi)的制冷劑。由于熱傳遞， 外部流體與制冷劑的 溫度將隨流體流過管的寬度而趨于接近。因此，在管的前沿140 (此處溫差通常最大)處發(fā) 生的熱傳遞大于后沿142處(此處溫差通常最小)發(fā)生的熱傳遞。圖8為圖6所示熱交換器的某些部件的更詳細(xì)的分解圖。每根集管(在圖8中示 出的是集管120)都為具有開口端部的管狀結(jié)構(gòu)，開口端部由帽146封閉。在集管上形成有 開口或孔148，例如由常規(guī)的穿刺工藝形成。然后，將多通道管124以大體平行的方式插入 開口 148中。管的端部150插入開口 148中以使流體可從集管流入管內(nèi)的流動通路中。將 管插入集管的過程中，可由管的方位確定前沿140和后沿142。在某些制造過程中，可通過 如沖壓之類的過程在管上對前沿和后沿作出標(biāo)記，使每根管的前沿和后沿在插入時能夠平 行地排成排。隨后可將翅片136插入管124之間以增進(jìn)如空氣或水之類的外部流體和管內(nèi) 流動的制冷劑之間的傳熱。圖9示出了包括在冷凝器中的多通道管124的溫度分布152。溫度分布152表示 多通道管124的橫向?qū)挾華上的溫度變化。χ軸154表示多通道管124橫過寬度A的距離， y軸156表示管124中制冷劑的溫度和橫向流過管124的外部流體的溫度。外部流體的溫 度由空氣溫度158表示，制冷劑的溫度由冷凝溫度160表示。在前沿140處，空氣溫度158 比冷凝溫度160低得多?？諝鈾M向流過寬度A時，空氣通過接收來自流動于管124內(nèi)的制 冷劑的熱量而被加熱。因此，橫過寬度A的空氣溫度升高，使得后沿142處的空氣溫度158 高于其在前沿140處的空氣溫度。應(yīng)注意的是，冷凝溫度160保持相當(dāng)恒定，這導(dǎo)致大體用 陰影面積表示的溫差162橫過寬度A減小。溫差162代表冷凝溫度160與空氣溫度158之 間的溫度差。由于熱傳遞是溫差162的函數(shù)，更多的熱傳遞發(fā)生在溫差162較大的前沿140 附近。圖9還示出了橫過管124的寬度A的流動通路144的內(nèi)部構(gòu)造。內(nèi)部構(gòu)造是為使 溫度分布152的熱傳遞最大化而設(shè)計的。流動通路144以相同間距C分隔開，流動通路的 尺寸沿空氣流動方向138的橫過寬度A減小。流動通路164位于前沿140附近，其具有由 半徑D表示的第一尺寸。流動通路166距前沿140較遠(yuǎn)，其具有由半徑E表示的第二尺寸。 注意，半徑E比半徑D小，因此流動通路166的流動面積小于流動通路164的流動面積。流 動通路168距前沿140最遠(yuǎn)，其具有由半徑F表示的第三尺寸。半徑F在半徑D、E和F中是 最小的，因此流動通路168具有管124中最小的流動面積。所以，流動通路164、166和168 離前沿140越遠(yuǎn)，流動通路的尺寸、由此流動通路中的流動面積減小。最靠近前沿140的流動通路164具有最大的流動面積，因而能夠容納制冷劑的量最多，而距前沿140最遠(yuǎn)的流動通路168的流動面積最小，因而能夠容納制冷劑流的量最少。于是，管被構(gòu)造成允許更多的 制冷劑流過溫差162最大的前沿140附近。圖10示出了多通道管124的溫度分布170，此時多通道管用在作為蒸發(fā)器的熱交 換器中。溫度分布170表示橫過管124的寬度A的溫度變化。X軸154代表橫過寬度A的 距離，Y軸156代表制冷劑和外部流體的溫度，此處外部流體為空氣。由陰影面積表示的溫 差162代表掠過管124的空氣與管124內(nèi)流動的制冷劑之間的溫差。由于管124位于蒸 發(fā)器內(nèi)，蒸發(fā)溫度172代表制冷劑的溫度。在溫度分布170中空氣的溫度由空氣溫度158 表示。當(dāng)大體由箭頭138示出的空氣橫向流過管124時，空氣的溫度降低到接近蒸發(fā)溫度 172。例如，如溫度分布170所示，空氣流138首先接觸前沿140，此時空氣溫度158比蒸發(fā) 溫度172高得多。當(dāng)空氣橫向流過寬度A時，空氣向管內(nèi)流動的制冷劑釋放熱。結(jié)果，橫過 寬度A的空氣被冷卻，溫度降低。如溫度分布170所示，在后沿142處的空氣溫度158比前 沿140的空氣溫度158低得多。蒸發(fā)溫度172在橫過寬度A上保持相對恒定。由于空氣橫 向流過寬度A時空氣溫度158接近蒸發(fā)溫度172，因而橫過寬度A的溫差162減小。所以， 在溫差最大的前沿140處發(fā)生的熱傳遞大于在溫差最小的后沿142處發(fā)生的熱傳遞。如圖9和圖10所示，可將相同的內(nèi)部管構(gòu)造用于冷凝器和蒸發(fā)器兩者中。圖10 中采用的管構(gòu)造與圖9中采用的管構(gòu)造相同。在圖10中，位于最靠近前沿140的流動通路 164的半徑最大，因此流動面積最大，允許更多的制冷劑流過前沿140附近。隨著流動通路 164、166和168距前沿140越來越遠(yuǎn)，它們的尺寸減小。例如，流動通路168距后沿142最 近，其半徑F最小，結(jié)果后沿142附近的流體流動量最少。當(dāng)管124用于冷凝器(圖9)和 管124用于蒸發(fā)器(圖10)時，前沿140為離最大的流動通路最近的管邊緣。蒸發(fā)器和冷 凝器之間的前沿位置的一致性允許在制造過程中對管進(jìn)行標(biāo)記以規(guī)定前沿和后沿。盡管圖 9、圖10中示出了三種不同尺寸的流動通路，但管內(nèi)不同尺寸的流動通路的數(shù)量可以改變。 例如，根據(jù)一些示例性實施例，可以提供五種不同尺寸的流動通路。此外，每種尺寸的流動 通路數(shù)也可以根據(jù)熱交換器的具體性能改變，如根據(jù)所使用的制冷劑、熱交換器的位置、管 表面面積及翅片的高度而改變。圖11到16示出了用于多通道管的可替換的流動通路構(gòu)造。這些附圖示出了用于 流動通路的示例性橫截面形狀、流動通路之間可采用的示例性間距和可以用于流動通路的 示例性的尺寸。然而，值得提醒的是，全部附圖所示的形狀和間距不是限制性的，而可以具 有其它任選的形狀、尺寸、間距及它們的組合。圖11示出了可替換的帶流動通路的管174，該流動通路被構(gòu)造成使流動集中在前 沿140附近。每條流動通路176、178和180都間隔相同間距G。但流動通路176、178和180 的尺寸橫過寬度A減小，以使流動集中在前沿140附近。例如，流動通路176距前沿140最 近，其具有高度為H長度為J的長橢圓形的開口。這種長橢圓形使得流過流動通路176的 量較大。流動通路178朝管的中部設(shè)置，其具有半徑為K的圓形截面。流動通路178的橫 截面積比流動通路176的橫截面積小。流動通路180最靠近后沿142并具有半徑為L的圓 形截面，半徑L小于半徑K。流動通路180的橫截面積最小，因此其允許流過的量也最少。圖12示出了另一種可替換的帶流動通路的管182，該流動通路被構(gòu)造成使流動集 中在管的前沿附近。所有流動通路184、186、188和190間隔相同間距M。但是，各流動通路184、186、188和190的橫截面尺寸和形狀不同，流動通路距后沿142越近，尺寸越小。流動 通路184距前沿140最近，其具有橫截面積較大的圓形開口。流動通路186設(shè)置在管的中 部附近，其具有方形開口，該開口的橫截面積小于流動通路184的橫截面積。流動通路188 位于流動通路186的右側(cè)，其橫截面積更小。流動通路188具有蝴蝶結(jié)領(lǐng)結(jié)(bow-tie)形 狀的橫截面，其橫截面的尺寸類似于流動通路186的方形開口的尺寸；但方形的中間部分 在上部和下部趨于減小這些流動通路的橫截面積。這種凹陷部(indentation)還可起增加 這些流動通路的摩擦壓力降的作用。流動通路190距后沿最近，其橫截面積最小。外橫截 面的尺寸與流動通路186的方形開口的尺寸近似；但流動通路190具有從正方形的全部四 個側(cè)面向內(nèi)凹進(jìn)的凹陷部，并沿流動通路的整個長度延伸。所述凹陷部是為減小流動通路 190的橫截面積和增加流動通路190的摩擦壓力降而設(shè)計的。每一流動通路184、186、188和 190都有不同形狀的開口，這是為橫過寬度A從前沿140到后沿142的流動通路184、186、 188和190的橫截面積減小而設(shè)計的。因此，更多的制冷劑在溫差162 (見圖9和10)最大 的前沿140附近的管182內(nèi)流動。圖13示出了又一種可供選擇的管構(gòu)造192，其包括由半徑N表示的相同尺寸的流 動通路194。代替采用圖9-12所示的改變流動通路尺寸，朝向后沿142流動通路194之間 的間距逐漸增大。當(dāng)使用相同尺寸N的流動通路時，增大的間距是為使流動集中于前沿140 附近設(shè)計的。設(shè)置于前沿140附近的流動通路以第一間距P間隔開。位于管中心附近的流 動通路被設(shè)置成以大于間距P的間距Q間隔開。距后沿142最近的流動通路以間距R間隔 開，該間距大于間距Q和間距P。雖然圖13示出了 P、Q和R三種間距，流動通路之間的間 隔可以使用任何數(shù)量的間距。例如，根據(jù)一示例性實施例，可以采用四種不同的間距，每一 間距是朝向前沿定位的前一間距的二倍。圖13示出的遞減的間隔還可用在不同橫截面形狀的流動通路上。例如，圖14示 出了具有由高度S、寬度T限定的相同尺寸的矩形橫截面的流動通路198。流動通路距后沿 142越近，流動通路198之間的間隔越大。設(shè)置在前沿140附近的流動通路以距離U間隔 開。位于管中部附近的流動通路之間的間隔距離為V，間距V是間距U的二倍。朝向后沿的 下一條流動通路的間隔距離為W，最靠近后沿設(shè)置的流動通路的間隔距離為X。橫過寬度從 前沿140到后沿142，間距U、V、W和X增加。因此，位于前沿140附近的流動通路較多，以 使更多的制冷劑流過前沿140附近。圖15和16示出了可供選擇的管構(gòu)造，其中橫過管寬度的間隔和流動通路的尺寸 兩者都改變。通常，從前沿140到后沿142，間隔增大而尺寸減小。圖15示出了一種可供選 擇的管200，其具有圓形橫截面、截面尺寸減小的流動通路。流動通路202具有由半徑Y(jié)表 示的第一橫截面面積，通路的間隔距離為AB。流動通路204設(shè)置在靠近管的中部，其具有由 半徑Z表示的較小的截面面積。流動通路204的間隔距離為AC，間距AC大于間距AB。流 動通路204之間較大的間距AC和較小的橫截面積使得管中部附近的流動比前沿140附近 的流動小。流動通路206設(shè)置為距后沿142最近，其具有由半徑AA表示的最小橫截面積。 流動通路206的間隔距離AD最大。增大流動通路之間的間隔和減小流動通路的尺寸兩者 是為使流動集中在前沿140附近而設(shè)計的。圖16示出了再一種可替換的管結(jié)構(gòu)208，其不僅增大流動通路之間的間隔、減小 流動通路的尺寸，而且還改變流動通路的橫截面形狀。流動通路210距前沿140最近，其呈長橢圓形，使得管208內(nèi)的流動通路的橫截面積最大。流動通路210與流動通路212的間隔距離為AE。間距AE是管208中采用的最小間距。流動通路210的右側(cè)為兩條圓形截面 的流動通路212，它們的橫截面積小于流動通路210的橫截面積。流動通路212的間隔距離 AF略大于間距AE。流動通路212的右側(cè)是方形截面的流動通路214，其橫截面積小于流動 通路212的橫截面積。流動通路214的間隔距離AG大于間距AF。流動通路214的右側(cè)為 蝴蝶結(jié)領(lǐng)結(jié)形截面的流動通路216，其橫截面積小于前面的流動通路214的橫截面積。流動 通路216的間隔距離AF比之前的間距AE、AF、AG都大。最后，流動通路218距后沿142最 近。流動通路218的橫截面積最小并包括沿開口的上、下、左、右側(cè)的凹陷部。流動通路218 的間隔距離AI最大。增大間距、改變形狀并減小橫截面積是為使流動集中在前沿140附近 而設(shè)計的。圖9-16示出的管構(gòu)造用于通過改變流動通路之間的間距、流動通路的形狀和橫 截面積而使制冷劑流動集中在管前沿140附近。在制造過程中，在對管進(jìn)行擠壓或成型時 可采用這些構(gòu)造。例如，在制造過程中，可通過采用不同擠壓模以形成流動通路的擠壓工藝 形成不同尺寸和形狀的流動通路。根據(jù)一些示例性實施例，在制造過程中，可對管進(jìn)行壓印 或標(biāo)記以辨別前沿和/或后沿。圖17-28示出了在制造過程中或在制造之后通過對現(xiàn)有管進(jìn)行改型而有利于管 前沿附近的流動的管構(gòu)造。圖17示出了一種帶有以相同間距AJ隔開的流動通路144的可 供選擇的管220。每一流動通路具有由開口 224表示的相同尺寸。空氣流138從前沿140 到后沿142掠過管?？蓪⒉迦爰?22插入位于后沿142附近的開口 224中以減小它們的尺 寸。插入件122是為減小處于后沿142附近的流動通路的尺寸、使得流動集中到前沿140處 而設(shè)計的。根據(jù)一些示例性實施例，可在制造過程中將插入件222插入管中，并通過例如釬 焊或其它連接過程連接到管上。根據(jù)一些可替換的示例性實施例，可通過將插入件222放 置在流動通路中而對現(xiàn)有管進(jìn)行改型。裝有插入件的流動通路的數(shù)量可以根據(jù)具體的熱交 換器性能改變，例如根據(jù)使用的制冷劑、管內(nèi)流動速率，管內(nèi)流動通路的數(shù)量進(jìn)行改變。還 可改變熱交換器中管之間裝有插入件的流動通路的數(shù)量。例如，熱交換器中位于下部附近 的管接收的空氣流越少，所述下部管中可以使用的插入件數(shù)量越多?？蓪⒉迦爰O(shè)置在管的任一端。然而，根據(jù)本實施例，可將插入件安置在容納最低 蒸汽屬性的管、即容納的制冷劑蒸氣比率最低的管的端部中。例如，在蒸發(fā)器中，制冷劑通 ?？梢砸砸合嗔魅牍軆?nèi)。當(dāng)制冷劑沿管的長度流動時，它從橫過該管的熱空氣中吸收熱量 并由液體變?yōu)檎魵庀?。因而，管的入口?cè)流體所含的液體最多，于是蒸氣屬性最低。故此， 在用作蒸發(fā)器的熱交換器中使用的管中，可將插入件插入管的入口側(cè)。另一方面，在冷凝器 中，制冷劑主要以汽相流入管中。制冷劑蒸氣被橫過管的冷空氣冷卻，使蒸氣冷凝為液體。 因此，在冷凝器中，管出口側(cè)流體所含的液體量最多，因而具有最低蒸氣屬性。結(jié)果，可將插 入件設(shè)置在冷凝器中管流動通路的出口側(cè)。圖18為用于圖17中的插入件222的詳細(xì)透視圖。插入件222包括長度為AK的 主體226。插入時，主體226伸進(jìn)多通道管的流動通路中。插入件222還包括頭部228，頭 部的橫截面大于流動通路開口。由于頭部尺寸相對較大，頭部228從流動通路開口 224中 突出(如圖17所示)。頭部228也提供對插入件222的支撐和防止插入件222滑入流動 通路太多。頭部228包括開口 230，該開口與延伸通過主體226的通道232鄰接。通道232允許制冷劑在插入件222內(nèi)流動，該通道具有小于流動通路開口的半徑AL。將插入件插入流動通路中時，較小的半徑減小了流動面積。長度AK和半徑AL可根據(jù)多通道管中所需的 節(jié)流多大而改變。插入件可由鋁或其它合適材料構(gòu)成，經(jīng)釬焊或其他方式連接到流動通路 上。圖19示出了一種可插入多通道管的流動通路中的可替換插入件234。插入件234 包括主體236、頭部238和錐形端部240。錐形端部240便于插入流動通路。頭部238的橫 截面尺寸大于流動通路的橫截面尺寸，使插入件234突出流動通路，同時主體236的一部分 被插入流動通路中以限制流動通路的尺寸。主體236具有可插入流動通路中的長度AM。然 而，根據(jù)一些示例性實施例，可以不將整個長度裝配到流動通路中。錐形端部240允許將常 規(guī)插入件用到不同尺寸的流動通路中，其中通過根據(jù)流動通路的開口尺寸改變數(shù)量而插入 所述插入件。插入件234包括開口 242，該開口小于流動通路開口，以使流動通路尺寸減小。 通路244從開口 242延伸到插入件的端部，以允許制冷劑在插入件中流動。雖然圖19和20 示出了圓形橫截面的插入件，插入件也可以具有任何裝配到流動通路中的橫截面形狀。例 如，可將方形橫截面的插入件插入方形橫截面的流動通路中。圖20示出了一種使用插入件234的可替換的管構(gòu)造245。可用安裝支架246將 插入件234安置在流動通路144中。根據(jù)一些示例性實施例，支架可以由鋁構(gòu)成并可在插 入件插入流動通路之前通過釬焊或其它連接方式與插入件連接。在插入插入件時，支架可 使插入件對準(zhǔn)和穩(wěn)定。支架246包括可置于管的前表面250上的后表面248。支架可與插 入件永久固定，并在將插入件插入流動通路中時與管連接。當(dāng)然，根據(jù)其它一些示例性實施 例，將插入件安置到流動通路中后，可使支架離開插入件。圖21為支架246的詳細(xì)透視圖。支架246包括提供用于插入件的凹處的凹槽252。 凹槽252可使插入件安置到流動通路中時穩(wěn)定和利于對準(zhǔn)。所述支架可用在可替換的插入 件234和圖18所示的插入件222上。圖22示出了可替換的管構(gòu)造254，其采用了用于改變流動通路144的尺寸的板 256，以增進(jìn)前沿140附近的流動。為了改變流動通路144的尺寸，板256可以與某些流動 通路144部分重疊的方式經(jīng)釬焊或其它方式連接到管上。可將板的后表面258附聯(lián)到管的 前表面260。板256包括不同尺寸和間隔的開口 262，這些開口的尺寸和間隔不同于流動通 路開口 264的尺寸和間隔。例如，可將較大的開口安置在管的前沿140附近，以便包圍多條 流動通路并使流體流過這些流動通道的整個橫截面，而將較小的開口安置在管的后沿142 附近，以便與流動通道部分重疊并減小流動橫截面積。如圖所示，可將板256用在具有相同 間隔AP、相同尺寸的流動通路144的管上。當(dāng)然，根據(jù)其它一些示例性實施例，可將板用在 如圖16-19所示的不同間隔、橫截面和尺寸的內(nèi)部管構(gòu)造上。雖然可將板插在管的任一端 上，但在本實施例中，可將板插在所述管的容納最低蒸氣屬性的端部上。圖23示出了帶有板256的管構(gòu)造254，該板抵靠(against)管設(shè)置。板的第一開 口 264覆蓋設(shè)置在最靠近前沿140的兩條第一流動通路264。開口 264相對較大的尺寸使 得兩條第一流動通路的整個面積都用于制冷劑在前沿140附近的管內(nèi)流動。板256還包括 第二開口 268，該開口與單獨的流動通路開口 264沒有對齊。盡管第二開口 268與流動通路 開口 264相比尺寸相同，但第二開口 268處于開口 264之間的中心，使得第二開口 268部分 地?fù)踝×鲃油烽_口 264，以減小能用于制冷劑流動的橫截面積。板開口 262、266和268間隔距離為AQ，這使得板開口 262、266和268能與流動通路開口 264部分重疊，但沒有完全與流動通路開口 264對準(zhǔn)。如圖中虛線所示，一些流動通路開口 264被板256部分擋住。被 擋住的開口通常位于更靠近后沿142之處，而沒被擋住的開口通常位于更靠近前沿140之 處。因此，更靠近后沿142的開口的能用于流動的橫截面積減小，結(jié)果形成增進(jìn)前沿140附 近流動的管構(gòu)造。盡管圖23示出了兩種不同尺寸的開口，所述板可以具有任何數(shù)量的不同 尺寸的開口。例如，板可以具有靠近前沿的與流動通路直接對齊的開口，而在后沿附近開口 的尺寸小于所述流動通路開口。還可用板來定制用于具有流動通路的多通道管，所述流動通路被構(gòu)造為增進(jìn)前沿 附近的流動，如圖9-16所示。圖24示出了一種可替換的構(gòu)造270，其中板272用來定制包 含不同尺寸和橫截面的流動通路274、276和278的管124。流動通路274、276和278被構(gòu) 造成增進(jìn)前沿140附近的制冷劑流動。流動通路274位于前沿140附近，其具有圓形橫截 面和較大的尺寸。流動通路276設(shè)置在管的中部附近，其也具有圓形橫截面，但尺寸小于第 一流動通路274。第三流動通路278位于緊鄰后沿142之處，其為矩形并且尺寸較小。板 272包括開口 280、282和290，它們構(gòu)造成允許制冷劑流過板272進(jìn)入流動通路274、276和 278。將第一開口 280對準(zhǔn)成允許制冷劑流入四條第一流動通路274。將第二開口 282對準(zhǔn) 成允許制冷劑流入第二流動通路276。將第三開口 290對準(zhǔn)成部分擋住第三流動通路278， 以使制冷劑僅可流過這些流動通路的一部分。板開口 280、282和290被構(gòu)造為通過部分擋 住最靠近后沿142的流動通路274來增進(jìn)前沿140附近的流動。根據(jù)其它一些示例性實施 例，板可以包含任何數(shù)量的不同尺寸和間隔的開口，這些開口被構(gòu)造為與流動通路對準(zhǔn)和/ 或部分擋住流動通路。圖25示出了一種可替換結(jié)構(gòu)292，其采用了被設(shè)計成部分擋住特定流動通路的可 替換的板294。板294的高度橫過寬度A逐漸增大，從前沿140附近較小的高度AS到后沿 附近較大的高度AT。借助從前沿140到后沿142漸增的量，逐漸增大的高度使得板294擋 住流動通路144。以這種方式，位于前沿140附近的流動通路保持部分或完全未被擋住，而 位于后沿142附近的流動通路受擋較多，以增進(jìn)前沿140附近的流動。板294可用在包括 相同尺寸、橫截面和間隔的流動通路的管上，如圖25所示，也可用在如前面圖9-16所示的 具有不同橫截面、間隔和尺寸的管上。另外，板的高度AS和AT可根據(jù)所需擋住量改變。雖 然圖25中示出的板294與管的上部對齊，但根據(jù)其它一些示例性實施例，可使板與管的下 部對齊。圖26示出了一種用于增進(jìn)前沿140附近的流體流動的可替換構(gòu)造296。替代圖 22-25所示的板，可在管端部300上方設(shè)置管套298。管套298包封管的外部部分并可在管 套298與管之間提供額外的穩(wěn)定和牢固的連接。管套298包括可以是中空的內(nèi)部容積301， 以允許管套298包圍管的外側(cè)。前表面302可以包含開口 304，該開口使制冷劑流過管套 298并流入包含在管中的流動通路開口 306。可將管套開口 304構(gòu)造成對準(zhǔn)流動通路開口 306和部分擋住一些流動通路開口 306，以增進(jìn)前沿140附近的流動。管套298包括決定管 套298和管之間的部分重疊量的長度AU。例如，長度AU增大時，管套298包封管更多。根據(jù) 管套所需的支撐可以改變長度AU。管套可以由鋁或其它適合的材料構(gòu)成，其可以寬松地設(shè) 置在管上，或者釬焊或連接到管上。前表面302可以包含不同構(gòu)造的開口，例如由圖22-25 示出的板所圖示說明的那些結(jié)構(gòu)。根據(jù)某些示例性實施例，開口可以有不同的橫截面、間隔和尺寸，以增進(jìn)前沿附近的流動。圖27和28示出了可替換的用于增進(jìn)前沿附近流動的構(gòu)造，其中管的一些段起流 動控制機械結(jié)構(gòu)的作用。圖27示出了包含波紋段310的可替換的管308。在波紋段301 中，將凹陷部312制造在流動通路144中，以便從初始的流動通路314轉(zhuǎn)變?yōu)椴y形的流動 通路316。所述管包括初始流動通路314，該通路位于前沿140附近并具有方形橫截面。波 紋流動通路316位于后沿142附近，其包括形成蝴蝶結(jié)領(lǐng)結(jié)形橫截面的凹陷部312。蝴蝶結(jié) 領(lǐng)結(jié)形橫截面可為波紋形流動通路316提供比初始流動通路314的橫截面和流動面積小的 橫截面和流動面積。設(shè)計為較小的橫截面和流動面積是為了使更多的制冷劑流進(jìn)更靠近前 沿140的初始流動通路314中。蝴蝶領(lǐng)結(jié)形橫截面延伸通過管的長度為AV。根據(jù)某些示例 性實施例，長度AV可延伸于管的整個長度。當(dāng)然，根據(jù)其它一些示例性實施例，長度AV可 以僅延伸于管的一部分。在本實施例中，長度AV可延伸于靠近管 的蒸氣屬性低的那端的管 的一部分中。如可想到的那樣，根據(jù)處于熱交換器中的管用作蒸發(fā)器還是用作冷凝器可改 變管的低蒸氣屬性端。例如，在蒸發(fā)器中，管的入口側(cè)容納的液體最多，因而蒸氣屬性最低。 因此，在蒸發(fā)器中，長度AV可在管入口側(cè)附近延伸。在冷凝器中，管的出口側(cè)容納的液體最 多，因而蒸氣屬性最低。結(jié)果，在冷凝器中，長度AV可在管的出口側(cè)附近延伸?？稍诠艿闹圃爝^程中形成波紋段，或者通過形成波紋的方式對現(xiàn)有管進(jìn)行改型， 以便定制已制得的和/或包含在熱交換器內(nèi)的管?？梢岳霉ぞ?，如壓模壓等形成波紋段， 以在流動通路內(nèi)形成凹陷部。凹陷部的角度變化取決于針對增進(jìn)前沿附近的流動的需求而 減小的尺寸。圖28示出了一種可替換的管318，該管包括增進(jìn)前沿140附近流動的擠壓段320。 管318包括初始流動通路322和包含在擠壓段320中的擠壓流動通路324。初始流動通路 322的橫截面大于擠壓流動通路324的橫截面。在擠壓段320中，管的延伸長度為AW的部 分被擠壓或壓平，以減小擠壓流動通路324的尺寸。根據(jù)某些示例性實施例，擠壓段可延伸 于管的整個長度，而根據(jù)其它一些示例性實施例，擠壓段可以在位于管蒸氣屬性低的那端 延伸長度AW。擠壓段320的作用是減小管的高度，從未改型時的高度AY到被減小的高度 AZ0可根據(jù)熱交換器特有的性能改變減小的高度AZ。被擠壓的寬度AX的變化取決于擠壓 開口 324的數(shù)量。擠壓段320形成越靠近后沿142尺寸就越小的擠壓流動通路324，這可用 來使流動集中于前沿140附近。根據(jù)本發(fā)明，可以使用管構(gòu)造的任意組合以增進(jìn)管前沿附近的流動。例如，管可以 包含如圖9-16所示的各種不同尺寸、橫截面和間隔的流動通路。可以使用如圖17-26中 所示的插入件或擋板或管套使這些管進(jìn)一步改型。根據(jù)某些示例性實施例，可通過使用如 圖22-26所示的擋板或管套使包含相同尺寸和間隔的流動通路的管、例如圖22所示的管改 型。根據(jù)其它一些示例性實施例，可使具有相同橫截面積和間隔的管形成波紋或?qū)ζ溥M(jìn)行 擠壓以提供包含在一段管內(nèi)的流動控制機械結(jié)構(gòu)?？筛鶕?jù)熱交換器的特有性能改變在管上 進(jìn)行的改型或所采用的構(gòu)造。圖9-28所描繪的管構(gòu)造可以應(yīng)用于各種熱交換器和包含熱交換器的HVAC&R系統(tǒng) 中。當(dāng)然，這些構(gòu)造應(yīng)具體地更適合于用作蒸發(fā)器和/或冷凝器的熱交換器，在這些熱交換 器中制冷劑與外部流體的溫差在管前沿處比后沿處大得多。這些管構(gòu)造是為增進(jìn)前沿附近 的制冷劑流動以便在前沿附近出現(xiàn)大的溫差而設(shè)計的。
值得注意的是，這里討論使用的術(shù)語“多通道”管或“多通道熱交換器”是指這樣 一些配置，其中傳熱管包括多條處于集管之間的流動通路，集管向所述管分配流體和收集 來自該管的流體?？蓪⒃S多其他術(shù)語用于所屬領(lǐng)域的類似配置中。這種可替換的術(shù)語包括 “微通道”和“微端口(microport) ”。術(shù)語“微通道”有時隱含具有流動通路為微米級或更 小的管，但在本說明書中，這種術(shù)語并不意味著具有任何特指的較大和較小的尺寸界限。相 反，用于描述和要求保護(hù)的本說明書中的實施例的術(shù)語“微通道”意味著涵蓋了所有這類尺 寸。所屬領(lǐng)域中有時使用的其他術(shù)語包括“平行流動”和“釬焊的鋁”。但是，所有的這些配 置和結(jié)構(gòu)都傾向于包含在術(shù)語“微通道”的范圍內(nèi)。一般而言，這種“微通道”管包括沿寬 度設(shè)置或處于大體平的平面中的流動通路、平面管(Planar tube)，但是，另一方面，除非在 所附權(quán)利要求中進(jìn)行了其他具體限定，本發(fā)明不希望限制為任何具體的幾何構(gòu)造。雖然說明書中只圖示和描述了本發(fā)明的某些特征和實施例，在實質(zhì)上沒有超出權(quán)利要求所陳述的主題的新穎教導(dǎo)和優(yōu)點的前提下，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員可以作出許多改型和 變換(如在各個零件的比例、尺寸、大小、結(jié)構(gòu)和形狀，參數(shù)值(如溫度、壓力等)，安裝配置， 使用的材料，顏色，方位等方面)?？梢愿鶕?jù)可替代的實施例對任何過程和方法步驟的順序 和次序進(jìn)行改變或重新排序。因此，可以理解，所附權(quán)利要求將覆蓋落入本發(fā)明真正構(gòu)思的 所有那些改型和替換。并且，為了對這些示例性實施例進(jìn)行簡要說明，沒有描述具體實施的 全部特征(即，那些與實現(xiàn)本發(fā)明的最佳模式不相關(guān)的特征，或那些與要求保護(hù)的發(fā)明不 相關(guān)的特征)。應(yīng)意識到，在對任何這類具體實施進(jìn)行開發(fā)時，如在任何建造和設(shè)計方案中， 可作出很多實施的具體決策。對這種開發(fā)的努力可能復(fù)雜且耗時，盡管如此，但對于所屬領(lǐng) 域技術(shù)人員來說，本申請的好處是無需進(jìn)行過多的試驗就能開始常規(guī)的設(shè)計、生產(chǎn)和制造。
權(quán)利要求
一種熱交換器，包括第一集管；第二集管；與所述第一集管和第二集管流體連通的多根多通道管，該多通道管被構(gòu)造為接受橫向流過寬度尺寸從前沿向后沿延續(xù)的外部流體；及設(shè)置在每根多通道管內(nèi)的多條大體平行的流動通路，該流動通路縱向延伸通過每根多通道管，所述流動通路被構(gòu)造成增進(jìn)每根多通道管內(nèi)的內(nèi)部流體在所述前沿附近的流動。
2.如權(quán)利要求1所述的熱交換器，其中，包括設(shè)置于所述多通道管之間的翅片，以便在 運行期間將熱量傳遞給流過所述流動通路的內(nèi)部流體，或從所述內(nèi)部流體傳出熱量。
3.如權(quán)利要求1所述的熱交換器，其中，設(shè)置在所述前沿附近的第一流動通路與設(shè)置 在所述后沿附近的第二流動通路具有不同的橫截面形狀。
4.如權(quán)利要求1所述的熱交換器，其中，設(shè)置在所述前沿附近的第一流動通路大于設(shè) 置在所述后沿附近的第二流動通路。
5.如權(quán)利要求1所述的熱交換器，其中，第一流動通路設(shè)置在所述前沿附近，第二流動 通路設(shè)置在所述后沿附近，插入件設(shè)置在所述第二流動通路中以減小該第二流動通路的尺 寸，使得所述第二流動通路小于所述第一流動通路。
6.如權(quán)利要求1所述的熱交換器，其中，第一流動通路設(shè)置在所述前沿附近，第二流動 通路設(shè)置在所述后沿附近，所述第二流動通路具有被部分地?fù)踝〉拈_口，以減小該第二流 動通路的尺寸，使得所述第二流動通路小于所述第一流動通路。
7.如權(quán)利要求1所述的熱交換器，其中，所述流動通路包括設(shè)置在所述前沿附近、以第 一距離間隔開的多條第一流動通路，和設(shè)置在所述后沿附近、以大于所述第一距離的第二 距離間隔開的多條第二流動通路。
8.如權(quán)利要求1所述的熱交換器，其中，所述流動通路之間的距離沿所述管的寬度從 所述前沿到后沿增大。
9.如權(quán)利要求1所述的熱交換器，其中，所述流動通路的橫截面積沿所述管的寬度從 所述前沿到所述后沿減小。
10.如權(quán)利要求1所述的熱交換器，其中，所述前沿附近的管的高度大于所述后沿附近 的管的高度。
11.一種用于熱交換器的多通道管，包括被構(gòu)造成與外部流體接觸的前沿；被構(gòu)造成與所述前沿接觸后的所述外部流體接觸的后沿；及兩條或多條沿其長度延伸的大體平行的流動通路，它們被構(gòu)造成使所述管內(nèi)在前沿附 近的內(nèi)部流體形成第一流和使所述管內(nèi)在后沿附近的內(nèi)部流體形成第二流，所述第二流相 對于所述第一流減小。
12.如權(quán)利要求11所述的多通道管，其中，設(shè)置在所述前沿附近的第一流動通路與設(shè) 置在所述后沿附近的第二流動通路具有不同的橫截面形狀。
13.如權(quán)利要求11所述的多通道管，其中，設(shè)置在所述前沿附近的第一流動通路大于 設(shè)置在所述后沿附近的第二流動通路。
14.如權(quán)利要求11所述的多通道管，其中，設(shè)置在所述前沿附近的多個第一流動通路以第一距離間隔開，設(shè)置在所述后沿附近的多個第二流動通路以大于所述第一距離的第二 距離間隔開。
15.一種熱交換器，包括第一集管； 第二集管；與所述第一和第二集管流體連通的多根多通道管，該多通道管被構(gòu)造為接受橫向流過 每根多通道管的寬度從前沿向后沿流動的外部流體；設(shè)置在每根多通道管內(nèi)的多條大體平行的流動通路，該流動通路縱向延伸通過每根多 通道管；及包括在至少一條多通道管中的流動控制機械結(jié)構(gòu)，該流動控制機械結(jié)構(gòu)被構(gòu)造成有助 于內(nèi)部流體在前沿附近的流動并被設(shè)置在所述管的容納最低蒸氣屬性的端部附近。
16.如權(quán)利要求15所述的熱交換器，其中，所述流動控制機械結(jié)構(gòu)包括設(shè)置在所述后 沿附近的波紋流動通路和設(shè)置在所述前沿附近的非波紋流動通路。
17.如權(quán)利要求16所述的熱交換器，其中，所述波紋流動通路橫過所述多通道管長度 的橫截面相同。
18.如權(quán)利要求15所述的熱交換器，其中，所述流動控制機械結(jié)構(gòu)包括設(shè)置在所述多 通道管端部上的板，以便部分地?fù)踝≡O(shè)置在所述后沿附近的至少一條流動通路。
19.如權(quán)利要求18所述的熱交換器，其中，所述板經(jīng)釬焊與所述管連接。
20.如權(quán)利要求15所述的熱交換器，其中，所述流動控制機械結(jié)構(gòu)包括包封所述管的 端部部分的管套。
21.如權(quán)利要求15所述的熱交換器，其中，所述流動控制機械結(jié)構(gòu)包括設(shè)置在所述后 沿附近的至少一條流動通路中的插入件，該插入件被構(gòu)造成減小該流動通路的尺寸。
22.如權(quán)利要求21所述的熱交換器，其中，所述插入件經(jīng)釬焊與所述管連接。
23.如權(quán)利要求15所述的熱交換器，其中，所述流動控制機械結(jié)構(gòu)包括設(shè)置在所述后 沿附近的擠壓流動通路和設(shè)置在所述前沿附近的未擠壓流動通路。
24.一種增進(jìn)將熱量交換給流體或從流體交換出熱量的方法，包括將內(nèi)部流體引入熱交換器的第一集管，該第一集管與多根多通道管流體連通，每根多 通道管包括多條沿其長度延伸的大體平行的流動通路； 使外部流體從前沿到后沿橫向流過多通道管； 使內(nèi)部流體流過流動通路而該流動集中于所述前沿附近；及 將內(nèi)部流體收集于第二集管中。
25.—種供暖、通風(fēng)、空調(diào)或制冷系統(tǒng)，包括 被構(gòu)造成壓縮氣態(tài)制冷劑的壓縮機；被構(gòu)造成接收和冷凝經(jīng)壓縮的制冷劑的冷凝器； 被構(gòu)造成降低經(jīng)冷凝的制冷劑的壓力的膨脹裝置；及 被構(gòu)造成在制冷劑返回到所述壓縮機之前蒸發(fā)該制冷劑的蒸發(fā)器； 其中，所述冷凝器和蒸發(fā)器中至少之一包括帶有第一集管、第二集管及與所述第一集 管和第二集管流體連通的多根多通道管的熱交換器，所述多通道管被構(gòu)造成接受橫向流過 每根多通道管的寬度尺寸從前沿向后沿延續(xù)的外部流體，該多通道管包括設(shè)置在每根多通道管內(nèi)的多條大體平行的流動通路，該流動通路縱向延伸通過每根多通道管，所述流動通路被構(gòu)造成增進(jìn)每根多通道管內(nèi)的內(nèi)部流體在前沿附近的流動。
全文摘要
本發(fā)明提供包括多通道管構(gòu)造的供暖、通風(fēng)、空調(diào)和制冷(HVAC&R)系統(tǒng)及熱交換器，該多通道管構(gòu)造被設(shè)計成增進(jìn)多通道管內(nèi)的制冷劑在首先與外部流體接觸的管邊緣附近的流動。該管構(gòu)造包括多條具有不同橫截面、間距和尺寸的流動通路?？蓪⑷绮迦爰?、擋板、管套、波紋段和擠壓段之類的流動控制機械結(jié)構(gòu)用在流動通路上，以有助于首先與外部流體接觸的管邊緣附近的流動。
文檔編號F25B39/00GK101825404SQ200910253039
公開日2010年9月8日 申請日期2009年8月28日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月28日
發(fā)明者喬斯·R·Y·德拉克魯茲, 威廉·L·科普科, 穆斯塔發(fā)·K·亞尼克 申請人:約翰遜控制技術(shù)公司