CN101517349A - 微通道热交换器 - Google Patents

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CN101517349A
CN101517349A CNA2007800358255A CN200780035825A CN101517349A CN 101517349 A CN101517349 A CN 101517349A CN A2007800358255 A CNA2007800358255 A CN A2007800358255A CN 200780035825 A CN200780035825 A CN 200780035825A CN 101517349 A CN101517349 A CN 101517349A
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heat exchanger
micro channel
fin
channel heat
pipeline
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CNA2007800358255A
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P·J·布瑞丁
C·卡罗娜
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Johnson Controls Technology Co
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Johnson Controls Technology Co
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Abstract

提供了一种微通道热交换器，其被配置为将冷凝水排放出微通道热交换器。当所述微通道热交换器为垂直定向时，该微通道热交换器具有被定位为相对于水平面成一角度的管段。在所述管段之间的散热片可被定位为垂直于该成角度的管段，或者可被定位为垂直于水平面。

Description

微通道热交换器
相关专利申请的交叉引用
本申请要求享有于2006年9月28日提交的美国临时专利申请No.60/827,387的优先权，该申请在此通过引用的方式纳入本说明书。
背景技术
本申请主要涉及微通道热交换器。更具体而言，本申请涉及从微通道热交换器中排放冷凝水。
在一个典型的微通道热交换器或蛇管板(coil slab)中，一系列管段由散热片(fin)连接(物理连接和热连接)，该散热片被配置为允许空气流穿过热交换器，以提供空气流和循环流体之间的热传递，所述流体例如为水或制冷剂。热交换器的管段被定向为水平延伸(但也可被竖直定向)，并且各个管段具有多个用于使流体循环的管道或通道。管段的外部是一个通常具有矩形形状的连续表面。所述管段的连续表面提供了一个用于在连接的散热片之间的管段的顶表面上捕获湿气的地方。
在水平定向的管段的顶表面上收集或捕获湿气，严重限制了微通道热交换器在热泵应用中的使用。在热泵应用中，当热泵运行在加热模式时，室外蛇管用作蒸发器。当作为一蒸发器运行时，室外蛇管去除室外空气中的热量和湿气。所去除的湿气则可能聚集在管段的顶表面上，并且由于更大的压力降，减少了穿过热交换器的空气流而降低了***性能。该湿气也可在某些条件下凝固，进一步减少了穿过热交换器的空气流，从而降低了***的效率和能力。
一些试图降低聚集在管段的顶表面上的湿气量的技术包括：将亲水性涂层应用到热交换器的表面和倾斜整个热交换器。使用亲水性涂层具有许多缺点，包括增加成本(用于涂层及其应用的成本)和更加易于损坏和性能老化。而且，倾斜整个热交换器并未表现出增加了冷凝水的排放，却由于必须将单个蛇管板互相连接而引起了显著的制造问题和成本。
所公开的***和/或方法的预期优点满足这些需求中的一个或多个，或者提供其他的有益特征。其他的特征和优点将从本说明书中显而易见。所述公开的教导扩展到那些属于权利要求书范围内的实施方案，而不考虑它们是否完成上述需要的一个或多个。
发明内容
一个实施方案涉及一种微通道热交换器，该微通道热交换器包括：第一和第二支撑构件，被布置在所述第一和第二支撑构件之间的多个管段，以及布置在所述多个管段之间的多个散热片。所述第一和第二支撑构件被布置为大体上互相平行。所述多个管段中的各个管段具有多个使流体循环的管道。所述多个管段被定位为相对于所述第一和第二支撑构件成一预定角度。
另一实施方案涉及一种用于空气调节或热泵***的室外单元，所述室外单元包括：用于为***压缩制冷剂的压缩机，被配置并布置为使空气通过所述室外单元循环的风扇，以及微通道热交换器。所述微通道热交换器包括：至少一个支撑构件，相邻于所述至少一个支撑构件布置的多个管段，以及布置在所述多个管段之间的多个散热片。所述多个管段中的各个管段具有使流体循环的多个管道。所述多个管段被定位为相对于所述至少一个支撑构件成一预定角度。
再一实施方案涉及一种微通道热交换器，该微通道热交换器包括：大体水平延伸并大体互相平行布置的多个管道，布置在所述多个管道之间的多个散热片，以及至少一个被配置并被布置为将流体分布至所述多个管道的集管(header)。所述多个管道中的各个管道具有使流体循环的多个通道。所述多个管道被定位为相对于水平面成一预定角度。所述多个管道、所述多个散热片以及所述至少一个集管被定向为相对于彼此大体互相垂直。
在此所描述的实施方案的具体优点在于，提高了从微通道热交换器的冷凝水排放，同时保持了单板设计，并潜在增加了穿过微通道热交换器的空气流。
可替代的示例性实施方案，涉及在权利要求书中概括陈述的其他特征以及特征的结合。
附图说明
图1A是一制冷***的示意图；
图1B是一热泵***的示意图；
图2是在热泵***中使用的一室外单元的局部横截面视图；
图3是用于微通道热交换器的排放配置的一实施方案的示意性端视图；
图4是图3的微通道热交换器的实施方案的局部侧视图；
图5是用于微通道热交换器的排放配置的另一实施方案的示意性端视图；
图6是图5的微通道热交换器的实施方案的等比例视图。
具体实施方式
在图1A和1B中，一个加热、通风、空气调节和制冷(HVAC&R)***100包括压缩机102、冷凝器104、蒸发器106和控制面板108(图1A)，或者压缩机102、换向阀150、室内单元154、室外单元152和控制面板108(图1B)。在***100中循环的是制冷剂。可在***100中使用的制冷剂的一些实例是基于氢氟烃(HFC)的制冷剂，例如，R-410A、R-407、R-134a、二氧化碳、CO2、(R-744)、氨、NH3、(R-717)以及任何其他合适的制冷剂类型。所述HVAC&R***100可包括许多其他在图1A和1B中未示出的部件。
***100可作为空气调节独立***运行，其中蒸发器106被布置在室内——即作为室内单元154——向室内空气提供制冷，以及优选地将冷凝器104布置在室外——即作为室外单元152——以将热量排放到室外空气中。通过包含换向阀150来控制并导向来自压缩机102中的制冷剂流，***100也可作为热泵***运行。当所述热泵运行在空气调节模式时，换向阀150如上文所述的对空气调节***控制的那样来控制制冷剂流。然而，当热泵运行在加热模式中时，所述制冷剂流处于与空气调节模式中的方向相反的方向，并且冷凝器104被优选布置在室内——即作为室内单元154——以向室内空气提供热量，以及蒸发器106优选地布置在室外——即作为室外单元152——以从室外空气中吸热。
压缩机102压缩制冷剂蒸汽，并将所述蒸汽经排放管路(如果作为热泵运行，还包括换向阀150)输送至冷凝器104。压缩机102可以是螺杆式压缩机、往复式压缩机、离心式压缩机、旋转式压缩机、摆杆式压缩机、螺旋式压缩机、涡轮式压缩机或任何其他合适的压缩机。所述由压缩机102输送至冷凝器104的制冷剂蒸汽参与与流体——即空气——的热交换，并且作为与流体热交换的结果，所述制冷剂蒸汽相变为制冷剂液体。冷凝的液体制冷剂从冷凝器104流经膨胀设备110到达蒸发器106。
输送至蒸发器106的冷凝的液体制冷剂参与与流体——即空气——的热交换，并且作为与流体热交换的结果，相变为制冷剂蒸汽。蒸发器106中的蒸汽制冷剂流出蒸发器106，并且通过吸入管路(如果作为热泵运行，还通过换向阀150)返回至压缩机102从而实现循环。
不论运行为热泵还是空气调节器，***100的压缩机102都由马达或驱动装置120驱动。马达120可由变速驱动装置(VSD)供电，或者可直接由交流或直流电源供电。所述VSD，如果使用的话，从交流电源中接收具有具体固定线电压和固定线频率的交流电，并且向具有可变电压和频率的马达120供电。在***100中使用的马达120可以是可被VSD供电的或者直接从AC或DC电源供电的任何类型的电动马达。例如，马达120可以是开关式磁阻(SR)马达、感应式马达、电子整流永磁式马达(ECM)、或任何其他合适的马达类型。
控制面板108可包括模数(A/D)转换器、微处理器、非易失性存储器以及接口板，以控制HVAC&R***100的运行。控制面板108可执行控制算法以控制***100的运行。尽管控制算法可具体实现为计算机程序并被微处理器执行，但是将理解的是所述控制算法可由本领域普通技术人员使用数字和/或模拟硬件来实现并执行。如果使用硬件执行控制算法，可改变控制面板108的相应配置以包含必须的部件和去除可能不再需要的任何部件。
在一实施方案中，冷凝器104和/或蒸发器106可包括一个或多个微通道热交换器或蛇管板。所述微通道热交换器使制冷剂穿过两个或更多个管段循环，各个管段还具有用于制冷剂流动的多于两个的管道、通路或微通道(参见例如图3和图5)。管段可具有矩形、平行四边形、梯形、椭圆形、卵形或其他类似的几何形状的横截面形状。在管段中的管道可具有矩形、方形、圆形、卵形、椭圆形、三角形、梯形、平行四边形或其他适宜的几何形状的横截面形状。在一实施方案中，管段中的管道可具有大约半毫米(0.5mm)到大约三毫米(3mm)的尺寸，该尺寸例如是宽度或直径。在另一实施方案中，管段中的管道可具有大约一毫米(1mm)的尺寸，该尺寸例如是宽度或直径。
在管段之间连接的是两个或更多个散热片或散热片段。在一实施方案中，所述散热片可被布置为大体垂直于管段中的制冷剂流而延伸。然而，在另一实施方案中，所述散热片可被布置为大体平行于管段中的制冷剂流而延伸。所述散热片可以是百叶窗翅片式散热片、波纹式散热片或任何其他合适的散热片类型。最终，任何合适的分布***或集管都可用于将制冷剂分布在管道中。
在图2中，室外单元152可包括提供用于在热交换器202中循环的制冷剂和室外空气之间进行热交换的热交换器或蛇管板202。为了帮助热交换器202中的热传递，可使用一风扇204使室外空气穿过热交换器202循环。所述风扇可被配置为通过推入或者抽出在热交换器202中的室外空气而使所述室外空气循环。
图3～6示出热交换器202的作为大体竖直定向的微通道热交换器或蛇管板的实施方案。所述微通道热交换器202的大体竖直定向允许微通道热交换器202被制造为单个热交换器或蛇管板。
在图3和图4中，微通道热交换器202的示例性实施方案包括位于微通道热交换器202顶部和底部的支撑构件308。支撑构件308大体上互相平行，并且被布置为提供微通道热交换器202的大体竖直定向。另外，微通道热交换器202包括在顶部和底部支撑构件308之间大体水平延伸的两个或更多个管段302。管段302可被连接至一个或多个用于在管段302中分布制冷剂的分布***或集管。各个管段302具有用于使制冷剂穿过微通道热交换器202流动或循环的两个或更多个管道、通路或微通道304。所述管段302可具有矩形、平行四边形、梯形、椭圆形、卵形或其他类似的几何形状的横截面形状。在管段302中的管道304可具有矩形、方形、圆形、卵形、椭圆形、三角形、梯形、平行四边形或其他合适的几何形状的横截面形状。在一实施方案中，在管段302中的管道304可具有大约半毫米(0.5mm)到大约三毫米(3mm)的尺寸，该尺寸例如是宽度或直径。在另一实施方案中，在管段302中的管道304可具有大约一毫米(1mm)的尺寸，该尺寸例如是宽度或直径。
在图3和图4中的管段302被定位为大体上互相平行，并且相对于支撑构件308成一角度(A)。将管段302定位为成角度(A)有助于将冷凝水排放出微通道热交换器202，并且能防止冷凝水积聚在管段302的顶表面上。在一实施方案中，角度(A)可以为大约三(3)度到大约四十五(45)度。在另一实施方案中，所述角度(A)可以是大约十五(15)度。
在管段302之间连接的是两个或更多个散热片或散热片段306。散热片306可被布置为大体平行于管段302中的制冷剂流而延伸。另外，散热片306可被定位为当如图3中所示在横截面中观看时，大体垂直于支撑构件308。为了能够将散热片306定位为大体垂直于支撑构件308，散热片306应被制造为具有大致平行四边形形状的轮廓或横截面。该散热片306的大致平行四边形的轮廓或横截面，允许散热片306与两个周围的管段302的整个宽度相接触。所述散热片306可以是百叶窗翅片式散热片、波纹式散热片或任何其他适宜类型的散热片。而且，通过散热片306定位为大体垂直于支撑构件308，任何布置在散热片306中的相应竖直通气缝(正如图3中所示)也将大体垂直于支撑构件308。最后，由于管段302相对于支撑构件308成角度，在管段302和支撑构件308之间存在间隔。该间隔可保持敞开，其可用于附加的支撑构件，或者可用于附加的散热片。
在图5和图6中，微通道热交换器202的另一实施方案包括在微通道热交换器202的顶部和底部的支撑构件318。支撑构件318大体上互相平行，并且被布置为提供微通道热交换器202的大体竖直定向。另外，微通道热交换器202包括两个或更多个管段312，所述两个或更多个管段在顶部和底部支撑构件318之间大体水平延伸。管段312可被连接至一个或多个用于分布管段中的制冷剂的分布***或集管(如图6中所示)。各个管段312具有用于使制冷剂穿过微通道热交换器202流动或循环的两个或更多个管道、通路或微通道314。管段312可具有矩形、平行四边形、梯形、椭圆形、卵形或其他类似几何形状的横截面形状。管段312内的管道314可具有矩形、方形、圆形、卵形、椭圆形、三角形、梯形、平行四边形或其他合适的几何形状的横截面形状。在一实施方案中，管段312中的管道314可具有大约半毫米(0.5mm)到大约三毫米(3mm)的尺寸，该尺寸例如是宽度或直径。在另一实施方案中，管段312中的管道314可具有大约一毫米(1mm)的尺寸，该尺寸例如是宽度或直径。
在图5和图6中的管段312被定位为大体上互相平行，并且相对于支撑构件318成一角度(B)。将管段312定位为成角度(B)有助于将冷凝水排放出微通道热交换器202，并且能够防止冷凝水积聚在管段312的顶表面上。在一实施方案中，角度(B)可为大约三(3)度到大约四十五(45)度。在另一实施方案中，所述角度(B)可以是大约十五(15)度。
连接在管段312之间的是两个或更多个散热片或散热片段316。散热片316可被布置为大体平行于管段312中的制冷剂流而延伸。另外，散热片316可被定位为当在图5所示的横截面中观察时，大体垂直于管段312。为了获得散热片316相对于管段312的大体垂直定向，可如在本领域中所公知的来制造散热片316，然后形成与管段312相同角度的角度。散热片316可以是百叶窗翅片式散热片、波纹式散热片或任何其他合适类型的散热片。而且，通过将散热片316定位为大体垂直于管段312，位于散热片316中的任何相应的竖直通气缝(正如图5中所示)也将大体垂直于管段312。最后，由于管段312相对于支撑构件318成一角度，在管段312和支撑构件318之间存在一间隔。该间隔可保持敞开，可被用于附加的支撑构件，或者可被用于附加的散热片。
在图3～6的实施方案中的管段302，312可以成一角度，以使得从微通道热交换器202中排放的冷凝水远离室外单元152，即远离压缩机102。然而，在图3～6的实施方案中的管段302，312也可成一角度，以使得从微通道热交换器202中排放的冷凝水进入室外单元152，即流向压缩机102。当将冷凝水排进室外单元152时，可能需要一附加的排放***以从室外单元152的内部去除冷凝水。
在另一实施方案中，所述微通道热交换器的散热片可被布置为大体垂直于管段延伸。各个垂直延伸的散热片可具有多个小孔，所述小孔被布置为如相应管段所期望的那样的相同的角度。然后，当所述微通道热交换器被装配时，所述管段成一角度以允许将冷凝水排放出微通道热交换器。
在再一实施方案中，微通道热交换器可被制造为没有顶部和底部支撑构件中的一个或两个。集管到微通道热交换器中管段的连接，可为微通道热交换器提供必要的支撑和刚性以能够去除所述支撑构件。
当微通道热交换器202被描述为用于室外单元152中时，将理解的是，微通道热交换器202也可用于室内单元154。通过对室内单元154和室外单元152使用相同的热交换器，仅需提供一种热交换器类型，并且室内单元154可从微通道热交换器202的优点中受益。
应理解的是，本申请不限于在以下说明中所陈述或在附图中所示出的细节或方法。还应理解的是，在此所使用的措辞和术语仅为了说明的目的，而并不应理解为限制。
尽管在附图中所示出和在此所描述的示例性实施方案是目前优选的，但应理解的是，这些实施方案仅通过实施例的方式提供。因此，本申请不限于具体的实施方案，而是扩展至许多仍落在所附的权利要求书的范围内的修改。任何过程或方法步骤的次序或顺序可根据替代实施方案而修改或重新排序。
重要的是应注意，在各种示例性实施方案中所示出的微通道热交换器的构造和布置仅为了示例性目的。尽管在本公开文本中仅详细描述了一些实施方案，但是在阅读本公开文本后的本领域的普通技术人员将容易地意识到，可以做出许多修改(例如，各元件的大小、尺寸、结构、形状以及比例，参数值，安装布置，材料的使用，颜色，及定向等的修改)，而本质上不偏离在权利要求中所陈述的主题的新颖性教导和优点。例如，被显示为整体成形的元件可由多个部分或元件构造，元件的位置可被倒置或者以其它方式改变，并且分立元件的性质或数目或位置也可被改变或变化。因此，所有这种修改都旨在被包含在本发明的范围内。任何过程或方法步骤的次序或顺序都可根据可替代实施方案而修改或重新排序。在权利要求中，任何方法加功能的条款都意在覆盖执行所述功能的本文中所描述的结构，并且不仅是结构等同物而且也是等同结构。在不偏离本申请范围的情况下，对于示例性实施方案的设计、运行条件和布置可做出其他替换、修改、改变和省略。

Claims (20)

1.一种微通道热交换器，包括：
第一和第二支撑构件，所述第一和第二支撑构件被布置为大体上互相平行；
多个管段，其被布置在所述第一和第二支撑构件之间，所述多个管段中的各个管段具有多个使流体循环的管道；
多个散热片，其被布置在所述多个管段之间；以及
其中所述多个管段被定位为相对于所述第一和第二支撑构件成一预定角度。
2.根据权利要求1所述的微通道热交换器，其中所述预定角度为大约3度到大约45度。
3.根据权利要求2所述的微通道热交换器，其中所述预定角度是大约15度。
4.根据权利要求1所述的微通道热交换器，其中所述多个散热片被定向为大体垂直于所述多个管段。
5.根据权利要求1所述的微通道热交换器，其中所述多个散热片被定向为大体垂直于所述第一和第二支撑构件。
6.根据权利要求1所述的微通道热交换器，其中所述多个管段被定位为所述预定角度，允许将冷凝水排放出所述微通道热交换器。
7.根据权利要求1所述的微通道热交换器，其中所述第一和第二支撑构件、所述多个管段以及所述多个散热片被定向为相对于彼此大体上互相垂直。
8.一种用于空气调节或热泵***的室外单元，包括：
压缩机，用于为***压缩制冷剂；
风扇，被配置并布置为使空气穿过所述室外单元循环；以及
微通道热交换器，所述微通道热交换器包括：
至少一个支撑构件，其大体上水平延伸；
多个管段，其被布置为相邻于所述至少一个支撑构件，所述多个管段中的各个管段具有多个使流体循环的管道；
多个散热片，其被布置在所述多个管段之间；以及
其中所述多个管段被定位为相对于所述至少一个支撑构件成一预定角度。
9.根据权利要求8所述的室外单元，其中所述预定角度为大约3度到大约45度。
10.根据权利要求9所述的室外单元，其中所述预定角度是大约15度。
11.根据权利要求8所述的室外单元，其中所述多个散热片被定向为大体垂直于所述多个管段。
12.根据权利要求8所述的室外单元，其中所述多个散热片被定向为大体垂直于所述至少一个支撑构件。
13.根据权利要求8所述的室外单元，其中所述多个散热片被定位为所述预定角度，允许将冷凝水排放出所述微通道热交换器。
14.根据权利要求8所述的室外单元，其中所述至少一个(at lestone)支撑构件、所述多个管段以及所述多个散热片被定向为相对于彼此大体互相垂直。
15.一种微通道热交换器，包括：
多个管道，大体上水平延伸并且被布置为大体互相平行，所述多个管道中的各个管道具有多个使流体循环的通道；
多个散热片，被布置在所述多个管道之间；
至少一个集管，其被配置并布置为将流体分布至所述多个管道；
所述多个管道被定位为相对于水平面成一预定角度；以及
其中所述多个管道、所述多个散热片以及所述至少一个集管被定向为相对于彼此大体互相垂直。
16.根据权利要求15所述的微通道热交换器，其中所述多个散热片被定向为大体垂直于所述多个管道。
17.根据权利要求15所述的微通道热交换器，其中所述多个散热片被定向为大体垂直于所述水平面。
18.根据权利要求15所述的微通道热交换器，其中所述多个管道被定位为所述预定角度，允许将冷凝水排放出所述微通道热交换器。
19.根据权利要求15所述的微通道热交换器，其中所述预定角度为大约3度到大约45度。
20.根据权利要求19所述的微通道热交换器，其中所述预定角度是大约15度。
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