專利名稱：減小水截留的微通道熱交換器模塊設(shè)計(jì)的制作方法
減小水截留的微通道熱交換器模塊設(shè)計(jì)相關(guān)申請
本申請要求2008年9月8日提交的第61/095，019號美國臨時(shí)申請的優(yōu)先權(quán)。
背景技術(shù)：
近年來，很多興趣和設(shè)計(jì)工作已經(jīng)集中在制冷系統(tǒng)中熱交換器的高效和持久運(yùn) 行。制冷系統(tǒng)熱交換器的持續(xù)高效直接被轉(zhuǎn)換成增加的系統(tǒng)性能和減少的壽命成本。熱交 換器技術(shù)中的一個相對近的進(jìn)步是平行流動或稱為微通道或小通道熱交換器(這兩種術(shù)語 在整個文本中將交換地使用)的開發(fā)和應(yīng)用，如室內(nèi)和室外熱交換器。這些平行流動熱交換器具有多個平行的熱交換管(通常為非圓形)，其中制冷劑分 布在這些熱交換管中并按照平行方式流動。熱交換管通常包含多個通道，并且通常被定向 成基本上與入口、中間和出口歧管中的制冷劑流動方向垂直，入口、中間和出口歧管與熱交 換管流體連通。通常在熱交換管之間布置熱傳遞增強(qiáng)散熱片且熱傳遞增強(qiáng)散熱片剛性附接 到熱交換管。采用通常有全鋁爐內(nèi)釬焊結(jié)構(gòu)的平行流動熱交換器的主要原因是與其優(yōu)越的 性能，緊湊程度高，結(jié)構(gòu)剛度，減少制冷劑補(bǔ)充和增強(qiáng)的抗腐蝕性有關(guān)。微通道熱交換器至少部分提供有益結(jié)果，原因是其內(nèi)部流動通道具有很小的水力 直徑。然而，存在與微通道熱交換器相關(guān)的其他挑戰(zhàn)。一個挑戰(zhàn)是對于裸露的室外微通道 熱交換器(和其他熱交換器類型一樣)來說，由于他們的結(jié)構(gòu)、材料系統(tǒng)和制造處理的本質(zhì)， 裸露的室外微通道熱交換器易受工業(yè)腐蝕環(huán)境和海岸腐蝕環(huán)境中的大氣腐蝕。特別地，可能保留在外置式換熱器表面的增加的水量和增加的潮濕時(shí)間(特別地， 在海岸腐蝕環(huán)境中)會帶來腐蝕挑戰(zhàn)。保護(hù)性防腐蝕涂層是眾所周知，但價(jià)格昂貴。另一方面，盡管已知便宜的涂層，但 是效果不好。因此，期望大大減少室外熱交換器(通常，冷凝器或氣體冷卻器)的外表面上保 留的水量，因此明顯減慢腐蝕反應(yīng)。
發(fā)明內(nèi)容
在本發(fā)明的公開實(shí)施例中，提供一種具有至少一個熱交換管排的微通道熱交換 器，所述至少一個熱交換管排具有多個流動通道，所述流動通道具有小于5 mm的水力直徑， 且優(yōu)選地小于2 mm，且所述至少一個熱交換管排具有包含在熱交換器中的裝置和相關(guān)聯(lián)的 子系統(tǒng)或結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，用以減小滯留在熱交換器外表面上的水量。所述裝置可以采用包含熱交換器內(nèi)的制冷劑的特定路線、與熱交換器相關(guān)聯(lián)的風(fēng) 扇的操作和控制、或提供至少部分地阻擋液體達(dá)到熱交換管排的結(jié)構(gòu)。根據(jù)下面的說明書和附圖將最佳地理解本發(fā)明的這些和其他特征，其下是簡要描 述。
圖IA示出微通道熱交換器的現(xiàn)有技術(shù)布置。
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圖IB示意性示出已知熱交換器的一個示例。圖IC是通過管排的截面圖。圖2示出本發(fā)明的第一實(shí)施例。圖3示出本發(fā)明的第二實(shí)施例。圖4示出本發(fā)明的第三實(shí)施例。圖5示出本發(fā)明的另一實(shí)施例。圖6A示出本發(fā)明的又一實(shí)施例。圖6B示出圖6A實(shí)施例的一部分的側(cè)視圖。圖6C是圖6A實(shí)施例的一部分的頂視圖。
具體實(shí)施例方式圖IA示出典型的微通道熱交換器室外模塊20。上層甲板22包括風(fēng)扇系統(tǒng)，用于 在一對微通道熱交換器沈和28的上方移動(通常拉動)空氣。可以理解，積聚在室外模塊 20內(nèi)部的水將趨于聚集到此熱交換器布置的低部分128。此外，存在于大氣的濕氣，具體 地，存在于潮濕環(huán)境的濕氣也將積聚在外部的熱交換器表面上。由于微通道熱交換器的緊 密連接的結(jié)構(gòu)，這種濕氣較長時(shí)間地滯留在熱交換器芯內(nèi)。應(yīng)該注意，圖IA所示的室外模 塊20是示例性，且存在許多室外模塊布置的變形，包括(但不限于)垂直和V形以及直的和 成形的熱交換器。所有設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)落入本發(fā)明的范圍內(nèi)且能夠得到本發(fā)明的益處。如圖IB所示，微通道熱交換器沈包括進(jìn)口 21，流體地連接且將制冷劑傳遞到進(jìn)口 /出口歧管觀的頂室23。在離開歧管觀的頂室23之后，制冷劑進(jìn)入第一熱交換管排25 且進(jìn)入相對的中間歧管四的頂室27。從歧管四的頂室27，制冷劑通過第二熱交換管排11 返回到歧管觀的中間室13。從歧管觀的中間室13，制冷劑通過第三熱交換管排15回到 中間歧管四的底室17。從歧管四的底室17，制冷劑還通過第四熱交換管排19到歧管觀 的出口室16。如所示，分隔板43分別將歧管觀和19分成室23、13、16和27、17。另外，散 熱片18位于熱交換管排25、11、15和19之間。應(yīng)該注意，四次通過的熱交換器構(gòu)造是示例 性，可以在相同熱交換器結(jié)構(gòu)中包含不同的通過次數(shù)。所有這些布置落入本發(fā)明的范圍?？梢岳斫猓诶淠骰驓怏w冷卻器的情況下，最熱的制冷劑(通常為離開壓縮機(jī)的 制冷劑)處于入口 21處和熱交換器沈的第一熱交換管排25內(nèi)，S卩，位于微通道熱交換器沈 的頂部內(nèi)。如上所述，在微通道熱交換器沈的下部分積聚的水最多。由于冷凝制冷劑流自 然地與重力方向一致，因此對于微通道冷凝器，這種頂至底的制冷劑流布置是典型布置。如圖IC所示，管排的熱交換管包括由分隔壁101提供的多個小制冷劑通道100。 這些通道具有小于5 mm的水力直徑，優(yōu)選地小于2 mm。通道可以是任何形狀，術(shù)語“直徑” 不是暗指圓形截面。在圖2中，實(shí)施例32包括位于豎直方向上的下部位置的入口 /出口歧管180的入 口室30，入口室30通向熱交換管排40從而將制冷劑傳遞到中間歧管182的室36。從室 36，制冷劑通過熱交換管排42達(dá)到入口 /出口歧管180的室31，且通過另一熱交換排管44 回到中間歧管182的另一室37。從室37，制冷劑通過熱交換管排46達(dá)到入口 /出口歧管 180的出口室33。在圖2實(shí)施例中，與圖IB的現(xiàn)有技術(shù)相反，入口室30位于微通道熱交換 器32的底部部分，從而向該部分提供了比將存在于熱交換器出口的出口室33中的制冷劑熱得多的制冷劑。通過使最熱的制冷劑進(jìn)入位于微通道熱交換器的下部的入口 30，較熱的制冷劑將 提供更多熱量，以蒸發(fā)保留在圖IA的底部區(qū)域128的外部熱交換器表面的濕氣，通常在該 表面積聚最多的濕氣。因此，將大大減小在最敏感的較低熱交換器管排處的腐蝕影響。圖3示出實(shí)施例60，其中，入口制冷劑線61也處于豎直方向上的最低部分，該線 61通向入口 /出口歧管190的入口室62。從入口室62，制冷劑通過熱交換管排64達(dá)到中 間歧管192中的室66，熱交換管排68，入口 /出口歧管190的中間室67，且通過分支制冷劑 線70達(dá)到不與室67相鄰的相同入口 /出口歧管190的另一中間室72，進(jìn)而通往熱交換管 排73。從熱交換管排73，制冷劑通過中間歧管192的另一中間室74，熱交換管排76，且達(dá) 到出口制冷劑線78。本質(zhì)上，此實(shí)施例在底部和頂部熱交換器管排部分64和73提供了更 熱的制冷劑，與中間熱交換管排68和76相比，管排部分64和73可能會更多地受到腐蝕的 影響。這可能是有益的，例如，在頂部和底部熱交換器部分具有減少的氣流且因此與中心部 分相比具有更低的除水潛力。圖3實(shí)施例僅是示例性的，且提供交織的制冷劑傳遞(與傳統(tǒng) 交錯制冷劑傳遞相比)的其他分支線配置也是可行的且在本發(fā)明的范圍內(nèi)。圖4示出實(shí)施例80，其中，制冷劑入口線82處于微通道熱交換器的頂部。制冷劑 流控制設(shè)備，諸如閥84和86選擇地使制冷劑通過分接線88達(dá)到注入點(diǎn)90。如果閥86打 開且閥84關(guān)閉，則制冷劑將正常進(jìn)入入口 /出口歧管200的入口室92、熱交換管排94、中 間歧管202的中間室96，通過熱交換管排98回到入口 /出口歧管200的中間室112。從中 間室112，制冷劑通過熱交換管排103達(dá)到中間歧管202的室105，和熱交換管排102。從 熱交換管排102，制冷劑通過入口 /出口歧管200的出口室110且達(dá)到出口制冷劑線108。 此實(shí)施例將如圖IB的現(xiàn)有技術(shù)那樣運(yùn)行。然而，周期地，或者當(dāng)接收到在較低熱交換管排 102的外表面上存在有積聚的濕氣的某些指示時(shí)，可以關(guān)閉或限制閥86且打開閥84 (部分 地或全部)。因此，至少部分來自入口制冷劑線82的熱制冷劑蒸汽將進(jìn)入注入點(diǎn)90。這種 熱制冷劑將提供附加熱量以幫助低熱交換管排102的外表面上積聚的冷凝物的蒸發(fā)。閥84 和86可以是0N/0FF電磁閥或調(diào)節(jié)閥，并且可以分別在脈動模式或調(diào)制模式下操作。如上 所述，圖4實(shí)施例是示例性，且周期地向具有更多積聚的冷凝物的熱交換器部分提供更高 溫度的制冷劑的其他制冷劑旁通配置也是可行的，且在本發(fā)明的范圍內(nèi)。圖5示出又一實(shí)施例，該實(shí)施例概述了減小室外熱交換器模塊120的外部熱交換 器表面上積聚的冷凝物量的不同方式。在室外熱交換器模塊120中，存在微通道熱交換器 122和124以及空氣運(yùn)動設(shè)備，諸如風(fēng)扇126。風(fēng)扇1 通常沿向前方向運(yùn)行，以拉動空氣 穿過微通道熱交換器122和124，然后通過風(fēng)扇孔128。然而，風(fēng)扇1 可以相反地運(yùn)轉(zhuǎn)與 吹動空氣穿過熱交換器122和124，因此也將積聚的冷凝物從熱交換器122和IM的外表面 吹走(由于現(xiàn)在氣流和重力方向一致)。風(fēng)扇1 可以周期地，或者，再次，當(dāng)已經(jīng)接收到關(guān) 于熱交換器122和124的外表面上冷凝物積聚的某些指示(諸如，增加的空氣側(cè)壓降)時(shí)反 向運(yùn)轉(zhuǎn)。通常，在反向運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，室外熱交換器模塊內(nèi)設(shè)置的軸向風(fēng)扇具有足夠的氣流，但是 也可以使用其他風(fēng)扇類型。如果風(fēng)扇126是多速或可變速風(fēng)扇，則可以增加風(fēng)扇速度以減 小冷凝物去除時(shí)間。此外，如果多風(fēng)扇系統(tǒng)與室外熱交換器模塊120相關(guān)聯(lián)，則可以增加在 運(yùn)行的風(fēng)扇的數(shù)量以縮短吹走時(shí)間。應(yīng)該指出，風(fēng)扇反向運(yùn)行可以與制冷系統(tǒng)壓縮機(jī)運(yùn)行 一致，從而在整個制冷系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)的熱制冷劑通過蒸發(fā)輔助冷凝物去除，或者可以獨(dú)立地執(zhí)行和控制風(fēng)扇逆轉(zhuǎn)。此外，為了從熱交換器122和IM的外表面去除冷凝物，尤其在延長的關(guān)閉時(shí)間段 內(nèi)，風(fēng)扇系統(tǒng)1 可以基于定時(shí)器或傳感器讀數(shù)周期地打開。另外，在正常操作期間，尤其 在低環(huán)境溫度時(shí)，可以減小在運(yùn)行的風(fēng)扇的數(shù)量(例如，對于多風(fēng)扇系統(tǒng))，或者可以減小可 變速風(fēng)扇的速度，以實(shí)現(xiàn)更低的氣流和通過熱交換器122和IM循環(huán)的制冷劑的更高溫度， 因此導(dǎo)致更快的冷凝物蒸發(fā)和熱交換器干燥。圖6A示出實(shí)施例129，意在減小雨水達(dá)到熱交換器芯的可能性。在此，室外熱交換 器模塊129的上層板131基本上是實(shí)心的。風(fēng)扇孔133容納蓋134。由于蓋134將雨水徑 向向外轉(zhuǎn)向且遠(yuǎn)離熱交換器130，因此熱交換器130接觸到充分減少的水量。如圖6B所示， 蓋134通常是圓錐形，但是其他形狀或配置(例如，角錐狀)也是可接受的。圖6C是蓋134 的頂視圖。此外，蓋134可以由金屬絲網(wǎng)、穿孔板等形成，具有不阻礙風(fēng)扇136提供的氣流 的足夠的多孔性和防止水流過蓋134的小微孔尺寸。另一方面，蓋134可以由實(shí)心材料制 成，且風(fēng)扇136提供的氣流將通過蓋134與上層板131之間的間隙逃出?？梢栽谠S多不同應(yīng)用中使用利用本發(fā)明的制冷系統(tǒng)，包括，但不限于，空調(diào)系統(tǒng)、 熱泵系統(tǒng)、船舶集裝箱單元、冷藏車單元和超市制冷系統(tǒng)。另外，盡管已經(jīng)參照微通道熱交 換器和室外應(yīng)用描述了本發(fā)明，諸如冷凝器和氣體冷卻器，但是可以理解，可應(yīng)用于其他熱 交換器類型，諸如環(huán)形管和板散熱片熱交換器，以及室內(nèi)應(yīng)用，諸如再加熱熱交換器和蒸發(fā) 器。此外，盡管已經(jīng)參照具有水平管方向的傾斜熱交換器配置描述了本發(fā)明，但是可以應(yīng)用 于具有垂直或水平管方向的垂直配置。盡管已經(jīng)公開了本發(fā)明的實(shí)施例，但是本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將認(rèn)識到，特定修 改將落入本發(fā)明的范圍內(nèi)。對此，所附權(quán)利要求應(yīng)該用于確定本發(fā)明的真實(shí)范圍和內(nèi)容。
權(quán)利要求
1.一種微通道熱交換器，包括熱交換器芯，其包括至少一個熱交換管排，所述至少一個熱交換管排具有在所述至少 一個熱交換管排中的多個熱交換管，從而所述至少一個熱交換管排具有多個內(nèi)部平行流動 通道；以及用于減小熱交換器芯內(nèi)的冷凝物滯留的裝置。
2.如權(quán)利要求1所述的熱交換器，其中，所述于減小熱交換器芯內(nèi)的冷凝物滯留的裝 置包括對在所述熱交換管內(nèi)流動的制冷劑進(jìn)行路線選擇。
3.如權(quán)利要求2所述的熱交換器，其中，存在多個所述熱交換管排，并且制冷劑按照 相反平行方向從入口歧管通過所述多個熱交換管排，進(jìn)入中間歧管，從所述中間歧管流到 出口歧管，所述入口歧管流體地連接到第一熱交換管排，其中，所述入口歧管和所述第一熱 交換管排都位于所述熱交換器的底部，以向所述熱交換器的底部提供更高溫度的制冷劑。
4.如權(quán)利要求3所述的熱交換器，其中，存在多于兩個的所述熱交換管排，所述第一 熱交換管排在所述熱交換管排的垂直最低處，中間熱交換管排之一在所述熱交換管排的垂 直最高處。
5.如權(quán)利要求3所述的熱交換器，其中，存在多于兩個的所述熱交換管排，所述熱交 換管排被布置為垂直交織配置。
6.如權(quán)利要求5所述的熱交換器，其中，至少一個分支管將制冷劑從所述熱交換管排 中的一個連接到所述熱交換管排中的另一個。
7.如權(quán)利要求3所述的熱交換器，其中，包括流動控制設(shè)備，用于選擇性地將高溫制 冷劑的至少一部分從上游位置分接到下游位置，以在下游位置提供附加熱量。
8.如權(quán)利要求7所述的熱交換器，其中，所述下游位置在中間歧管中。
9.如權(quán)利要求8所述的熱交換器，其中，所述中間歧管與所述多個熱交換管排中的垂 直方向上最低的一個連通。
10.如權(quán)利要求1所述的熱交換器，其中，存在與熱交換器相關(guān)聯(lián)的至少一個風(fēng)扇，所 述至少一個風(fēng)扇可操作以使空氣運(yùn)動穿過所述至少一個熱交換管排，以從在所述熱交換管 內(nèi)流動的制冷劑吸收熱量，所述至少一個風(fēng)扇選擇性地可反向操作以使空氣運(yùn)動穿過所述 至少一個熱交換管排以去除積聚在外部熱交換器表面上的濕氣。
11.如權(quán)利要求1所述的熱交換器，其中，存在與熱交換器相關(guān)聯(lián)的至少一個風(fēng)扇，所 述至少一個風(fēng)扇可操作以使空氣運(yùn)動穿過所述至少一個熱交換管排，以從在所述熱交換管 內(nèi)流動的制冷劑吸收熱量，所述至少一個風(fēng)扇是可變速風(fēng)扇且所述可變速風(fēng)扇選擇性地且 周期性地以減小的速度運(yùn)行，以增加流動通過至少一個熱交換管排的制冷劑的溫度，從而 去除積聚在外部熱交換器表面上的濕氣。
12.如權(quán)利要求1所述的熱交換器，其中，存在與熱交換器相關(guān)聯(lián)的至少一個風(fēng)扇，所 述至少一個風(fēng)扇可操作以拉動空氣穿過所述至少一個熱交換管排，以從在所述熱交換管內(nèi) 流動的制冷劑吸收熱量，在延長的關(guān)閉時(shí)間段期間周期地打開所述至少一個風(fēng)扇，以使空 氣運(yùn)動穿過所述至少一個熱交換管排，從而去除積聚在外部熱交換器表面上的濕氣。
13.如權(quán)利要求1所述的熱交換器，其中，存在與熱交換器相關(guān)聯(lián)的至少兩個風(fēng)扇，所 述至少兩個風(fēng)扇可操作以使空氣運(yùn)動穿過所述至少一個熱交換管排，以從在所述熱交換管 內(nèi)流動的制冷劑吸收熱量，并且所述至少兩個風(fēng)扇的至少一個風(fēng)扇被選擇性地且周期性地關(guān)閉，以增加流動通過至少一個熱交換管排的制冷劑的溫度，從而去除積聚在外部熱交換 器表面上的濕氣。
14.如權(quán)利要求1所述的熱交換器，其中，存在蓋和與熱交換器相關(guān)聯(lián)的框架結(jié)構(gòu)，所 述框架結(jié)構(gòu)包括基本上實(shí)心的上層板和安裝到所述框架結(jié)構(gòu)上的且使空氣運(yùn)動穿過所述 至少一個熱交換管排從而通過風(fēng)扇孔的風(fēng)扇，所述蓋用于阻擋濕氣進(jìn)入所述風(fēng)扇孔。
15.如權(quán)利要求14所述的熱交換器，其中，所述蓋包括金屬絲網(wǎng)材料。
全文摘要
微通道熱交換器具有芯，所述芯具有至少一個熱交換管排，所述至少一個熱交換管排具有多個流動通道，所述流動通道具有小于5mm的小水力直徑。提供用于減小至少一個熱交換管排的外表面上滯留水量的裝置。這些裝置可以包含對熱交換器內(nèi)的制冷劑的特定路線選擇、與熱交換器相關(guān)聯(lián)的風(fēng)扇的操作和控制、或提供至少部分地阻擋液體達(dá)到熱交換器管排的結(jié)構(gòu)。
文檔編號F28F1/32GK102150001SQ200980134996
公開日2011年8月10日 申請日期2009年4月24日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月8日
發(fā)明者L. 埃斯富爾姆斯 J., F. 塔拉斯 M. 申請人:開利公司