CN1749680A - 使用微通道管的蒸发器 - Google Patents

Abstract

一种蒸发器，利用微通道管，更具体地讲，这种蒸发器具有使用微通道管的热交换器的结构，该结构可被应用到家用空调器的蒸发器。使用微通道管的蒸发器包括多个热交换单元，每一个热交换单元包括安装在一对集管之间的多个微通道管；和为了在相邻热交换单元之间传输冷媒的整体集管。

Description

使用微通道管的蒸发器

                        技术领域

本发明涉及一种使用微通道管的热交换器，更具体地讲，涉及一种使用微通道管的热交换器的结构，其被应用到家用空调器的蒸发器上。

                        背景技术

通常，使用微通道管的热交换器是一种冷媒沿着直径小于几个毫米的多个管流动的热交换器。这样的热交换器被车辆空调器冷凝器广泛地使用。

韩国专利第1996-0009342号公开了使用微通道管的热交换器的结构。以下，将参照图1描述使用微通道管的热交换器。

使用微通道管的热交换器包括沿水平方向布置的多个管1。管1垂直地分布，并且波纹状的翅片2置于管1间。用于将冷媒分配到管1或用于从管1收集冷媒的集管3和4放置在管1的两末端。集管3和4由具有圆形横截面的铝棒构件制成，并且垂直地放置在管1的两端。管1与集管3和4连通，用于将管1分隔成几个通道组A、B和C的分离件10和11安装在集管3和4中。

多个管1被分隔成入口侧通道组A、出口侧通道组C和中间通道组B，冷媒通过该入口侧通道组进入蒸发器，冷媒通过该出口侧通道组从蒸发器排出。

参照图2，描述热交换器中冷媒的所有流动情况。冷媒在一个方向沿着每一通道组A、B和C的所有管1流动，然后沿着下一组B和C的管1流动。即，已经通过冷媒入口6进入管1的冷媒均匀分配在入口侧通道组A的所有管1中，然后流向右集管4中在分离件11上方的上部。在右集管4中位于分离件11上方的上部中，入口侧通道组A和中间通道组B彼此连通，进入的冷媒流向中间通道组B然后传输到位于分离件10下方的左集管3的下部。然后，经中间通道组B传输到左集管3的冷媒经出口侧通道组C进入右集管4中位于分离件11下方的下部，然后经冷媒出口8排到外面。

这里，没有描述的附图标号7和9表示用于封闭集管3和4端部的帽，没有描述的附图标号13和14表示放置在最外面的波纹状的翅片2外表面的侧板。

在如上所述使用微通道管的热交换器中，通过冷媒入口6已经进入到热交换器的气态冷媒沿着入口侧通道组A到出口侧通道组C的每一管1流动，在管1中与空气热交换而冷凝成液态，然后液态的冷媒通过冷媒出口8被排出到外面。

使用微通道管的热交换器有各种称谓，即，根据它的材料称为铝热交换器，根据它的管的形状称为平面管型热交换器，根据冷媒的流动情况称为PFC(平行流动冷凝器)。

使用微通道管的热交换器的优点在于，其热交换效率高于翅片型热交换器的热交换效率，并且微型化。然而，使用微通道管的热交换器由于如下几个问题而不能被用为家用空调器的蒸发器。

由于蒸发器与高温度的空气热交换而不是与蒸发器相同温度的空气进行热交换，所以空气中的水分被冷凝并且在蒸发器的表面出现水的冷凝。在包括沿水平方向布置的管的传统的使用微通道管的热交换器，形成在热交换器表面的冷凝水聚集在管间波纹状的翅片的中空部分，因此降低了热交换效率。

车辆冷凝器周围的空气流动速度比较快，例如3～4m/s，而家用空调器蒸发器周围的空气流动速度比较慢，例如0.5～1.5m/s，因此，降低了每小时的热交换效率。所以，传统的使用微通道管的热交换器需要很大的热交换面积。

在热交换器中流动的冷媒进入一个集管的上部到从另一集管的下部排出，具有S形状，在冷凝器中流动的冷媒从气态冷凝到液态，因此，自然地具有S形状的流动路径。如图2所示，由于冷媒的相变，所以出口侧通道组C的管1的数量少于入口侧通道组A的管的数量，因此，使热交换器中的压损最小。然而，由于在蒸发器中流动的冷媒从液态蒸发到气态，所以很难将冷凝器的管道结构应用到蒸发器。

尽管存在上述问题，但还是提出几个用于将使用微通道管的热交换器应用到家用空调器器的蒸发器的方法。

韩国专利公开第2003-0063980号公开了一种热交换器，其中集管沿水平地安装，并且微通道管被垂直地放置在集管之间。用于容易将热交换器中形成的冷凝水排出的排水孔和管路槽形成在该热交换器中。韩国专利公开第2004-0017447、2004-0017449、2004-0017920和2004-0019628号公开了在集管和微通道管按照与先前专利相同方式布置的条件下，便于将冷凝水排出的热交换器的结构。

如以上专利的公开，蒸发器中的集管沿水平地安装，并且微通道管被垂直地放置在集管间，这种蒸发器可以排出足够量的冷凝水，但是具有不足，例如，热交换面积小和很难使冷媒均匀地流动。

由于在蒸发器入口的冷媒为两相状态，所以由于气态和液态之间流动速度的区别，进入蒸发器集管的冷媒不能均匀地分配在各个管中。具体地，在一个集管中将冷媒从一个通道组到另一通道组传输，因此，使以上问题更严重。

                        发明内容

因此，按照本发明的一方面，家用空调器的蒸发器使用具有高的热交换效率的紧凑微通道管。

按照本发明的另一方面，家用空气器的蒸发器使用微通道管，容易把冷凝水排出蒸发器，并且冷媒被均匀地分配到其中。

根据本发明的一方面，蒸发器使用微通道管并且包括多个热交换单元，每一个热交换单元包括安装在一对非整体集管之间的多个微通道管，和用于在相邻热交换单元之间传输冷媒的整体集管。

每一个热交换单元的集管可水平地布置，微通道管可竖直地安装。

整体集管可被分隔为作为一个热交换单元的集管单元和作为另一个热交换单元的集管单元，并且包括具有在两个集管单元之间传输冷媒的开口的隔板。

集管的每一个可被多个分离件分隔，使每一个热交换单元的微通道管构成多个通道组。

一个热交换单元的通道组可与相邻热交换单元的通道组连接；多个冷媒回路可由热交换单元的通道组间的连接部分形成。

出口侧通道组的流动通道的横截面面积可大于或等于入口侧通道组的流动通道的横截面面积。

相邻冷媒回路的流动方向可彼此相反。

根据本发明的另一方面，蒸发器使用微通道管并包括：第一热交换单元，该第一热交换单元包括多个微通道管，这些微管道管安装在水平布置的一对上集管和下集管之间；第二热交换单元，与第一热交换单元相邻安装，其包括安装在水平布置的一对上集管和下集管之间的多个微通道管，其中，第一热交换单元的上集管和第二热交换单元的上集管相互整体构成，因此，产生一个整体的上集管，而第一热交换单元的上集管和第二热交换单元的上集管是非整体集管。

整体上集管可包括：底座，第一和第二热交换单元的微通道管结合到其上；盖，与底座一起形成封闭的空间；隔板，将由底座和盖形成的封闭空间分隔为作为第一热交换单元的第一上集管单元和作为第二热交换单元的第二上集管单元。该隔板包括开口，用于在第一和第二上集管单元之间传输冷媒。

第一和第二热交换单元的每一个整体上集管以及下集管被多个分离件分隔，使第一和第二热交换单元的每一个的微通道管构成多个通道组。

一个热交换单元的一个通道组可与相邻热交换单元的一个通道组连接；并且多个冷媒回路可由热交换单元的通道组之间的连接部分形成。

在每一个冷媒回路的入口处的通道组的流动通道的横截面面积可小于或等于在每一个冷媒回路的出口处的通道组的流动通道的横截面面积，冷媒通过该冷媒回路的入口进入蒸发器，冷媒通过该冷媒回路的出口排出到外面。

本发明的其他方面和/或优点部分将在以下描述中陈述，部分将从描述中变得清楚，或可以通过本发明的实践学习。

                         附图说明

通过下面附图对实施例的描述，本发明的上述和其他方面和特点将会变得更加清楚并更容易理解，其中：

图1是传统的使用微通道管的热交换器的前视图；

图2是示出图1的热交换器中冷媒的流动的示意图；

图3是根据本发明优选实施例的使用微通道管的蒸发器的分解透视图；

图4是图3的蒸发器的上集管的分解透视图；

图5是图3的蒸发器的下集管的分解透视图；

图6是示出图3的蒸发器的上集管中冷媒的流动的平面图；

图7是图3的蒸发器的俯视图；

图8是示出图3的蒸发器中冷媒的流动的示意性图；

图9a和9b是示出根据本发明另一实施例的蒸发器的上集管中的冷媒的流动的俯视图；

图10a、10b和10c是示出根据本发明优选实施例的使用微通道管的蒸发器的上集管的隔板多种结构的正视图。

                      具体实施方式

以下，将详细描述本发明的实施例，附图中示出本发明的例子，其中相同的标号始终表示相同的部件。以下通过参照描述实施例以解释本发明。

如图3所示，根据本发明优选实施例的使用微通道管的蒸发器包括两个热交换单元20和30，每个热交换单元都包括在一对水平放置的集管之间垂直安装的多个微通道管43。以下，放置在前部的热交换单元称为第一热交换单元20，放置在后部的热交换单元称为第二热交换单元30。

整体上集管50放置在第一热交换单元20和第二热交换单元30的上表面，因此，在第一和第二热交换单元20和30之间传输冷媒。

如图4所示，上集管50包括：底座53，其上设置垂直于底座53的纵向穿过底座形成的多个长孔58；盖54，具有弧形的横截面积，放置在底座53上表面上，以与底座53一起形成封闭空间；隔板55，沿着底座53纵向将由底座53和盖54形成的空间分隔成形成一部分第一热交换单元20的第一上集管单元51和形成一部分第二热交换单元30的第二上集管单元52；分离件57，用于将第一上集管单元51和第二上集管单元52的每一个分隔成多个部分。开口56穿过隔板55而形成，用来使冷媒在第一和第二热交换单元20和30之间穿过这些开口传输。

竖直安装的多个微通道管(以下简称“管”)43连接到上集管50的下部。在管43上端以设计长度插进长孔58的条件下，管43的上端与上集管50结合。管43的内部被分隔成多个部分以形成细通道。由于管43的横截面近似于口琴的结构，所以管43被称为口琴管。

波纹状的翅片44插在微通道管43间。优选地，散热缝44a在波纹状的翅片44上形成以便于热交换。

通常，当安装蒸发器时，蒸发器的表面垂直于空气流动的方向。如图4所示，水冷凝在蒸发器的表面，由于其自身的重量沿着竖直安装的管43的表面向下流动。水冷凝在波纹状的翅片44上，沿着波纹状的翅片44的斜度向下流动，然后沿着管43的表面向下流动或者在波纹状的翅片44和管43的交接处又沿着波纹状的翅片44向下流动。

第一下集管22放置在第一热交换单元20的管43的下部，并且第二下集管43放置在第二热交换单元30的管43的下部。

如图5所示，第一下集管22由具有圆形横截面的铝管制成。由于第一下集管22的内部被多个分离件23分隔成多个部分，可以截断冷媒在第一下集管22中相邻部分的流动。多个长孔24穿过第一下集管22的上表面形成，使长孔垂直于第一下集管22的纵向，在管32的下端以设计长度插入长孔的条件下，管43的下端与第一下集管22结合。第二下集管32具有与第一上集管的结构相同的结构。

入口管45和出口管46连接到第一下集管22和第二下集管32的下部，入口管45用于将通过了传统的制冷循环膨胀阀(未显示)的冷媒吸入蒸发器，出口管46用于将蒸发器蒸发的冷媒排放到蒸发器的外部。从出口管46排出的冷媒被收集在与出口管46的下端连接的收集歧管47中，并传输到压缩机(未显示)(参照图7)。

以下，将参照图8描述根据本发明上述实施例的使用微通道管的蒸发器中的冷媒的流动情况。

图8上部示出了第二热交换单元30中冷媒的流动情况，图8下部示出了第一热交换单元20中冷媒的流动情况，图8中部示出了上集管50中冷媒的流动情况。

如上所述，上集管50、第一下集管22和第二下集管32的每一个的内部都被多个对应的分离件57、23或者33分隔为多个部分。在本实施例的蒸发器中，上集管50、第一下集管22和第二下集管32的每一个的内部都被分隔为四部分，并且这四部分有不同的大小，以形成图8显示的冷媒的流动情况。

在图8中，第二下集管32的左部32a和第二上集管单元52的左部52a具有相同的大小，并且安装在第二下集管32的左部32a和第二上集管单元52的左部52a之间的管43形成一个通道组G1。第二下集管32的剩余部分32b、32c和32d和第二上集管单元52的对应剩余部分52b、52c和52d分别具有相同的大小，以形成通道组G2、G3和G4。与第二下集管32和第二上集管单元52相同的方式，第一上集管单元51被分隔为四部分51a、51b、51c和51d，并且第一下集管22也被分隔为四部分22a、22b、22c和22d，以按顺序形成通道组G5、G6、G7和G8。

通道组G1、G3、G6和G8任意一个中的管43的数量都少于通道组G2、G4、G5和G7任意一个中的管43的数量。考虑到当蒸发器中冷媒蒸发时冷媒膨胀的体积，在通道组G1、G3、G6、G8、G2、G4、G5和G7之间管43的数量的上述区别减少了蒸发器中冷媒压力的降低。

入口管45连接到与通道组G1连接的第二下集管32的左部32a。通过入口管45进入到第二下集管32的冷媒在左部32a被分配到通道组G1的管43中。沿通道组G1的管43流动的冷媒的分开的部分在第二上集管单元52的左部52a被收集，并且收集的冷媒通过隔板55的开口56被传输到第一上集管51的部分51a。冷媒又被分配到通道组G5的管43中，并且传输到第一下集管22的部分22a。在第一下集管22的部分22a的冷媒通过与部分22a连接的出口管46排放到外面。

当冷媒穿过通道组G1和G5时，冷媒与外围的空气热交换而蒸发。通道组G1是入口侧通道组，通道组G5是出口侧通道组，冷媒通过通道组G1进入蒸发器，通过通道组G5从蒸发器排出。冷媒从入口管45到对应的出口管46的路径被称为冷媒回路。与通道组G1和G5相同的方式，通道组G3、G6和G8是入口侧通道组，通道组G2、G4和G7是出口侧通道组，因此形成三个冷媒回路。所以，在蒸发器中一共形成四个冷媒回路，并且相邻冷媒回路中冷媒的流动方向彼此相反。考虑到通道组G1、G2、G3、G4、G5、G6、G7和G8之间管43数量的区别来设计流动的方向。

如上所述，通道组G1、G3、G6和G8任意一个中的管43的数量都少于通道组G2、G4、G5和G7任意一个中的管43的数量。在通道组G1、G2、G3、G4、G5、G6、G7和G8间管43数量的上述区别表示，出口侧通道组G2、G4、G5和G7的流动通道的横截面面积大于入口侧通道组G 1、G3、G6和G8的流动通道的横截面面积。由于蒸发器接收液态冷媒并且排放气态冷媒，所以通常蒸发器具有上述结构以减少蒸发器中压力的降低。

当冷媒在传统的蒸发器中从一个通道组传输到下一通道组时，由于冷媒在集管中流动然后分配到管43中，所以很难均匀地分配冷媒。在根据本实施例的蒸发器中，由于冷媒通过穿过上集管50的隔板55形成的开口56来传输冷媒，所以冷媒可以被均匀地分配(参照图6)。

图9a和9b示出根据本发明另一实施例的蒸发器的整体上集管的内部结构。与根据先前实施例的蒸发器相同的方式，根据另一实施例的蒸发器的每一个都包括两个热交换单元。然而，蒸发器的每一个都具有与先前实施例蒸发器不同的冷媒通道结构。图9a所显示实施例的蒸发器一共具有三个冷媒回路。上集管60的第一上集管单元61和第二上集管单元62的每一个都被两个分离件分隔为三个部分。与先前实施例的蒸发器相同的方式，出口侧通道组的流动通道的横截面面积大于入口侧通道组的流动通道的横截面面积。在热交换单元之间冷媒的传输通过上集管60的隔板64的开口实现，并且如箭头所示，相邻冷媒回路中冷媒的流动方向彼此相反。图9b显示的实施例的蒸发器一共具有两个冷媒回路。上集管70的第一上集管单元71和第二上集管单元72的每一个都被一个分离件73分隔，出口侧通道组的流动通道的横截面面积大于入口侧通道组的流动通道的横截面面积，并且如箭头所示，相邻冷媒回路中冷媒的流动方向彼此相反。

图10a、10b和10c示出穿过上集管隔板的开口形状、大小和位置的各种修改情况。图10a中显示的隔板81包括圆形开口82，图10b中显示的隔板83包括穿过其上部形成的开口84，图10c中显示的隔板85包括穿过其整个部分形成的开口86。

使用微通道管的上述蒸发器的集管、管和波纹状的翅片由铝材料制成，并且通过炉铜焊工艺制造。

由以上的描述很清楚，本发明提供了一种具有尺寸小并效率高的使用微通道管的蒸发器，因此，可使家用空调器微型化。

本发明的蒸发器包括多个热交换单元，因此具有足够的热交换面积。

本发明的蒸发器在蒸发器和集管的安装5方向上均匀地分配冷媒以在热交换单元间传输冷媒。

本发明的蒸发器很容易地通过其安装方向(的设计)来排出冷凝水。

虽然已经显示和说明了本发明的几个实施例，但是本领域的技术人员应该理解，在不脱离由权利要求和其等同物限定的本发明的原理和精神的情况下，可以对其进行更改。

Claims (7)

1、一种热交换装置，包括：

整体集管；

水平分布的多个单集管，与整体集管平行并且在整体集管下方；

微通道管，从整体集管延伸至每一个单集管，

其中，整体集管通过微通道管从一个单集管向另一个单集管传输冷媒。

2、如权利要求1所述热交换单元，其中，整体集管和单集管的每一个相对微通道管都近似垂直地布置。

3、如权利要求1所述的热交换单元，其中，整体集管被分隔为第一集管单元和第二集管单元，整体集管包括具有用于在第一集管单元和第二集管单元之间传输冷媒的开口的隔板。

4、如权利要求3所述的热交换单元，其中，

第一和第二集管单元每一个都与多个微通道管接合；

第一和第二集管单元的每一个都被多个分离件分隔，分别将与第一和第二集管单元相关的微通道管形成多个通道组。

5、如权利要求4所述的热交换单元，还包括：

多个热交换单元，每一个由从整体集管延伸至单集管的微通道管来限定；

连接部分，将一个热交换单元的通道组连接到相邻热交换单元的通道组；和

多个冷媒回路，由通道组之间的连接部分构成。

6、如权利要求5所述的热交换单元，其中，冷媒从入口侧微通道管流到出口侧微通道管；

出口侧微通道管具有大于或等于入口侧微通道管的横截面面积。

7、如权利要求5所述的热交换单元，其中，相邻冷媒回路具有彼此相反的流动方向。

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