具有相變材料羽板式蛤殼式殼體的蒸發(fā)器的制造方法
【專利摘要】一種用于空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)的蒸發(fā)器，該蒸發(fā)器具有相變材料蛤殼式殼體。蒸發(fā)器具有上部歧管、從該歧管延伸的多個(gè)制冷劑管、以及限定用于存儲(chǔ)相變材料的腔室的羽板式蛤殼式殼體。羽板式蛤殼式殼體設(shè)置在兩個(gè)相鄰制冷劑管的上部之間并與該上部熱連通。羽板式蛤殼式殼體由兩個(gè)蛤殼式板形成，每個(gè)蛤殼式板具有由折疊成相變材料腔室的狹板限定的羽板。折疊的狹板限定蛤殼式殼體內(nèi)的羽板開口，使相變材料能夠與相鄰制冷劑管形成直接物理接觸，由此改進(jìn)在管內(nèi)流動(dòng)的制冷劑與蛤殼式殼體內(nèi)的相變材料之間的熱連通。該蒸發(fā)器比汽車發(fā)動(dòng)機(jī)暫停時(shí)繼續(xù)運(yùn)行的現(xiàn)有技術(shù)蒸發(fā)器體積更小、成本更低且更容易制造，且更可靠。
【專利說明】具有相變材料羽板式蛤殼式殼體的蒸發(fā)器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]該申請要求2012年9月19日提交的美國臨時(shí)專利申請第61/702，889號(hào)的EVAPORATOR PHASE CHANGE THERMAL SIPHON (蒸發(fā)器相變熱虹吸)的權(quán)益。該申請是2012年4月20日提交的美國專利申請第13/451，665號(hào)的部分繼續(xù)申請，該13/451，665是2009年6月10日提交的美國專利申請第12/481，933號(hào)的部分后續(xù)申請。美國臨時(shí)專利申請第61/702，889號(hào)、美國專利申請第13/451，665號(hào)、以及美國專利申請第12/481，933號(hào)的內(nèi)容以參見的方式納入本文。
[0002]本發(fā)明涉及用于冷卻汽車的乘客車廂的空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)；更具體地涉及該空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)的蒸發(fā)器；且再更具體地涉及具有相變材料的蒸發(fā)器。
【背景技術(shù)】
[0003]汽車的燃油效率可通過在不需要來自發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力進(jìn)行推進(jìn)的短暫時(shí)期內(nèi)關(guān)閉汽油發(fā)動(dòng)機(jī)來得以提高，諸如當(dāng)汽車滑行或在交叉路口暫時(shí)停車時(shí)。但是，常規(guī)空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)的壓縮機(jī)依賴汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸運(yùn)行，且因此，在這些低效期間發(fā)動(dòng)機(jī)繼續(xù)運(yùn)行以為汽車乘客提供冷卻舒適度。
[0004]2007年I月2日授予Haller等人的美國專利第7，156，156號(hào)(此后稱為Halier’156)提供一種當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)不運(yùn)行時(shí)空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)不工作問題的解決方案。Haller 156專利示出蒸發(fā)器，在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的第一操作模式中，蒸發(fā)器使制冷劑流過以將來自空氣流的熱量傳遞到制冷劑。蒸發(fā)器包括沿水平方向延伸的歧管。至少一個(gè)管與歧管流體連通并遠(yuǎn)離歧管沿垂直方向向下延伸。
[0005]蒸發(fā)器限定用于存儲(chǔ)相變材料(PCM)的至少一個(gè)空腔或箱體，以在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的第一操作模式中，將來自PCM的熱量傳遞到制冷劑以冷卻并冷凍PCM。Halier’ 156專利的空腔與多個(gè)管相鄰設(shè)置并與多個(gè)管配合。在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)暫停的第二運(yùn)行模式，熱量從空氣流直接傳遞到空腔內(nèi)的PCM以冷卻空氣流并融化或加熱PCM。
[0006]仍然一直需要改進(jìn)的具有PCM的蒸發(fā)器，以改進(jìn)當(dāng)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)停機(jī)時(shí)的短暫期間繼續(xù)運(yùn)行的空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)的效率，從而增加汽車的燃油效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明提供一種蒸發(fā)器，該蒸發(fā)器具有用于存儲(chǔ)相變材料的至少一個(gè)蛤殼式殼體。該蒸發(fā)器包括上部歧管、相對(duì)于重力從上部歧管沿向下方向延伸的多個(gè)制冷劑管、以及限定用于存儲(chǔ)相變材料的腔室的羽板式蛤殼式殼體。羽板式蛤殼式殼體設(shè)置在兩個(gè)相鄰制冷劑管的上部之間并與該上部熱連通。羽板式蛤殼式殼體由兩個(gè)蛤殼式板形成，每個(gè)蛤殼式板具有由折疊成相變材料腔室的狹板限定的羽板。折疊的狹板限定蛤殼式殼體中的羽板開口，使相變材料能夠與相鄰制冷劑管形成直接物理接觸，由此改進(jìn)在管內(nèi)流動(dòng)的制冷劑與蛤殼式殼體內(nèi)的相變材料之間的熱連通。
[0008]在第二運(yùn)行模式中，當(dāng)壓縮機(jī)不使制冷劑循環(huán)通過蒸發(fā)器時(shí)，熱量從制冷劑傳遞到較低溫度的PCM，由此冷卻和冷凝制冷劑。較重的冷凝制冷劑穿過管沿垂直方向向下降落。冷凝的制冷劑然后從穿過蒸發(fā)器芯部的環(huán)境空氣流接收熱量，由此加熱和蒸發(fā)制冷劑。較輕的蒸汽相制冷劑沿垂直方向上升，返回到較低溫度的PCM以重復(fù)該循環(huán)。
[0009]用于空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)的、具有相變材料羽板式蛤殼式殼體的蒸發(fā)器提供發(fā)動(dòng)機(jī)暫停時(shí)冷卻汽車車廂的改進(jìn)無源系統(tǒng)。其也可用于非車輛應(yīng)用。其比汽車發(fā)動(dòng)機(jī)暫停時(shí)繼續(xù)運(yùn)行的現(xiàn)有技術(shù)蒸發(fā)器體積更小、成本更低且更容易制造，且更可靠。此外，由在蛤殼式板上向內(nèi)折疊的狹板限定的羽板開口允許相變材料與制冷劑管直接物理和熱接觸，由此增加熱傳遞效率。最后，其可通過在相鄰制冷劑管之間設(shè)置相變材料蛤殼式殼體而整合到現(xiàn)有蒸發(fā)器中。
[0010]由于參照結(jié)合附圖而考慮的以下詳細(xì)描述能更好地理解本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)，因而這些優(yōu)點(diǎn)會(huì)變得更容易理解。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]將參照附圖進(jìn)一步描述本發(fā)明，附圖中:
[0012]圖1是具有相變材料的蒸發(fā)器的示例實(shí)施例的立體圖，相變材料容納在定位在相鄰制冷機(jī)管之間的羽板式蛤殼式殼體內(nèi)；
[0013]圖2是圖1所示蒸發(fā)器的立體局部分解圖；
[0014]圖3是容納相變材料的羽板式蛤殼式殼體的立體分解詳圖；以及
[0015]圖4示出圖3的已組裝蛤殼式殼體。
【具體實(shí)施方式】
[0016]圖中示出板式蒸發(fā)器100熱交換器組件，具有容納相變材料(PCM)250的羽板式蛤殼式殼體200，各圖中相同的附圖標(biāo)記標(biāo)示相應(yīng)的部件。蛤殼式殼體200使包含更少質(zhì)量和部件的蒸發(fā)器100更有效率，使得更便于制造。將更容易理解PCM羽板式蛤殼式殼體200的其它優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)檫@些優(yōu)點(diǎn)在結(jié)合附圖考慮時(shí)參照以下詳細(xì)描述會(huì)變得更好理解。
[0017]汽車的典型空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括汽車發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的壓縮機(jī)。壓縮機(jī)使兩相制冷劑循環(huán)通過蒸發(fā)器，其中制冷劑在從流過蒸發(fā)器芯部的環(huán)境空氣流吸收熱能的同時(shí)膨脹成氣相，由此冷卻空氣流，而蒸發(fā)器芯部由蒸發(fā)器的制冷劑管和互連的翅片限定?？蓪⒗鋮s的空氣流通到汽車車廂以為乘客提供舒適的冷卻。
[0018]為了節(jié)約燃料，汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)可在預(yù)定條件下停機(jī)，諸如當(dāng)汽車在斜坡上向下滑行或在交叉路口暫時(shí)停車時(shí)。在發(fā)動(dòng)機(jī)停機(jī)時(shí)期內(nèi)，發(fā)動(dòng)機(jī)不驅(qū)動(dòng)使制冷劑循環(huán)通過蒸發(fā)器的壓縮機(jī)。這種汽車的空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)可設(shè)有具有相變材料的蒸發(fā)器以在發(fā)動(dòng)機(jī)停機(jī)且不驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)時(shí)延長冷卻乘客車廂的時(shí)間。
[0019]圖1和2中示出具有多個(gè)羽板式蛤殼式殼體200的板式蒸發(fā)器100的示例性實(shí)施例。蛤殼式殼體200包含材料(PCM)250，該材料(PCM)250與蒸發(fā)器100的頂部區(qū)域116熱連通。蒸發(fā)器100可由多個(gè)沖壓金屬板105制成。每個(gè)沖壓金屬板105限定本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的特征，諸如歧管開口 106、圍繞歧管開口 106的凸臺(tái)107、內(nèi)部肋108以及凸緣109。多個(gè)沖壓金屬板105通過將各金屬板105堆疊并然后釬焊總體組件而組裝成板式蒸發(fā)器100。每個(gè)金屬板的歧管開口 106、凸臺(tái)107、內(nèi)部肋108和凸緣109與相鄰金屬板105的相應(yīng)歧管開口 106、凸臺(tái)107、內(nèi)部肋108和凸緣109協(xié)配，從而限定一對(duì)上部歧管112、一對(duì)下部歧管114、以及將歧管112、114液壓連接的多個(gè)扁平制冷劑管110。術(shù)語上部和下部參照重力方向使用。
[0020]多個(gè)羽板式蛤殼式殼體200與上部一對(duì)歧管112相鄰靠近蒸發(fā)器100的頂部區(qū)域116設(shè)置在扁平制冷劑管110之間。羽板式蛤殼式殼體200可圍繞一對(duì)上部歧管112的一部分、或者替代地可在上部歧管112緊接著的下方定位在扁平制冷劑管110的上部118內(nèi)。諸如具有分子式CnH2n+2的液態(tài)飽和烴、石蠟或可在室溫下保持在液態(tài)的任何其它材料的PCM250設(shè)置在每個(gè)羽板式蛤殼式殼體200內(nèi)?？蓪⒅T如金屬顆?；蚶w維的導(dǎo)熱材料添加到容納在羽板式蛤殼式殼體200內(nèi)的PCM250以增加熱傳遞效率。
[0021]如圖2最清楚示出的，當(dāng)空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)處于第二運(yùn)行模式時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)停機(jī)且壓縮機(jī)不再使制冷劑循環(huán)通過蒸發(fā)器100，熱能從扁平制冷劑管110內(nèi)的較高溫度蒸汽態(tài)制冷劑傳遞到容納在羽板式蛤殼式殼體200內(nèi)的較低溫度PCM250，由此將制冷劑冷卻并冷凝成液相。當(dāng)較高密度的冷凝液相制冷劑由于重力朝向扁平制冷劑管110的下部120下降時(shí)，制冷劑從環(huán)境空氣流吸收熱量并膨脹回蒸汽相。較低密度的蒸汽相制冷劑向上朝向較低溫度的PCM250浮起，在該處蒸汽相制冷劑隨后再冷卻并再冷凝以重復(fù)該循環(huán)。制冷劑在制冷劑管內(nèi)的該循環(huán)稱為圖2所示的熱虹吸循環(huán)并稱為TSC。通過將PCM250定位成僅與扁平制冷劑管110的上部118熱接觸，較低溫度的PCM250包括扁平制冷劑管110內(nèi)的穩(wěn)定熱虹吸，這允許在壓縮機(jī)短時(shí)期內(nèi)不運(yùn)行時(shí)制冷劑繼續(xù)冷卻進(jìn)來的空氣流。熱虹吸循環(huán)持續(xù)到發(fā)動(dòng)機(jī)開動(dòng)驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)或PCM250的冷卻能力耗盡為止。
[0022]參照圖3，兩個(gè)蛤殼式板210中的每個(gè)包括互補(bǔ)結(jié)構(gòu)，互補(bǔ)結(jié)構(gòu)允許一個(gè)蛤殼式板210繞中心軸線A轉(zhuǎn)動(dòng)180度并組裝到另一蛤殼式板210上以形成羽板式蛤殼式殼體200。兩個(gè)蛤殼式板210可從諸如鋁的導(dǎo)熱材料片沖壓或以其它方式形成，以限定羽板230、PCM端口 226以及上部歧管開口 224。
[0023]扁平制冷劑管110的上部118可包括從制冷劑管的一表面延伸到制冷劑管的相反表面的通孔124。羽板式蛤殼式殼體200可包括與扁平制冷劑管110中的通孔124協(xié)配的PCM端口 226，以限定通過熱交換組件100的PCM通道126，用于PCM250在羽板式蛤殼式殼體200之間的液壓連通。PCM250的通道126允許在制造期間用PCM250方便填充羽板式蛤殼式殼體200,并還允許PCM250由于橫貫蒸發(fā)器100的熱梯度而從一個(gè)羽板式蛤殼式殼體200遷移到另一個(gè)以考慮羽板式蛤殼式殼體200內(nèi)PCM250的不均等膨脹和/或收縮。
[0024]將PCM250保持在一對(duì)上部歧管112緊接著的下方允許PCM250與制冷劑管內(nèi)制冷劑之間更高的導(dǎo)熱性。當(dāng)空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)在第二模式運(yùn)行時(shí)，羽板式蛤殼式殼體200沿制冷劑管延伸的長度可調(diào)節(jié)成提供實(shí)現(xiàn)所要求冷卻性能所需的PCM250要求量，此間，壓縮機(jī)不使冷卻劑循環(huán)通過蒸發(fā)器100。
[0025]較佳地是用PCM250填充少于羽板式蛤殼式殼體200的全容量，以考慮在高達(dá)200 °F的高溫下材料的體積膨脹。PCM226的位置相對(duì)于羽板式蛤殼式殼體200定位成允許PCM250在羽板式蛤殼式殼體200之間遷移。如果PCM250端口 226太高，則PCM250不能重新分配，且不會(huì)發(fā)生羽板式蛤殼式殼體200的容積在空間之間的均衡。PCM250的均勻分布會(huì)使成本最低并確保最佳運(yùn)行。如果羽板式蛤殼式殼體200具有過量PCM250，這將導(dǎo)致附加成本。如果PCM250太少，這將導(dǎo)致蒸發(fā)器100的該部分性能較差。[0026]參照圖3和4，每個(gè)羽板式蛤殼式殼體200由兩個(gè)大致相同形成的蛤殼式板210組裝成。每個(gè)蛤殼式板210包括外表面212、與外表面212相反的內(nèi)表面214、從內(nèi)表面214的周界垂直延伸的緣邊216、從緣邊216延伸的多個(gè)凸片218、以及穿過中心軸線(A)延伸的中心肋228。每個(gè)蛤殼式板210還限定一對(duì)歧管開口 224和PCM端口 226。
[0027]多個(gè)羽板230形成在蛤殼式板210的相應(yīng)歧管開口 224下方中心軸線(A)兩側(cè)上的第一部分220和第二部分222上。各羽板230可通過相對(duì)于內(nèi)表面214以大致直角來折疊限定在成對(duì)狹縫之間的多個(gè)狹板231而形成。為了增加羽板230的數(shù)量，可形成長而窄的隆起并隨后切開以限定具有長度(L)的矩形狹板231。一組羽板230可在中心軸線A的一側(cè)上沿第一方向延伸，而另一組羽板230可在中心軸線A的另一側(cè)上沿第二方向延伸。第一方向可相對(duì)于中心軸線A成直角，而第二方向可平行于中心軸線A。
[0028]通過首先將一個(gè)蛤殼式板210繞中心軸線(A)轉(zhuǎn)動(dòng)180度使得一個(gè)蛤殼式板210的內(nèi)表面214朝向另一個(gè)定向而將兩個(gè)蛤殼式板210組裝成羽板式蛤殼式殼體200。兩個(gè)蛤殼式板210然后合在一起，使得每個(gè)蛤殼式板210的緣邊216彼此配合。一個(gè)蛤殼式板210的凸片218與另一蛤殼式板210的凸片218協(xié)配以將兩個(gè)蛤殼式板210鎖定在一起以提供限定內(nèi)部PCM腔室232的羽板式蛤殼式殼體200。
[0029]如圖4所示，一旦兩個(gè)蛤殼式板210結(jié)合，則矩形狹板231隆起、切縫、并折疊成使得一個(gè)蛤殼式板210的羽板230的遠(yuǎn)側(cè)邊緣234可與另一蛤殼式板210的羽板230的遠(yuǎn)側(cè)邊緣234以90度角配合。一旦蛤殼式殼體200組裝好并在制冷劑管110之間釬焊就位，則羽板230的遠(yuǎn)側(cè)邊緣234的交叉配合為蛤殼式殼體200提供結(jié)構(gòu)整體性，并又增加板式蒸發(fā)器100的總體結(jié)構(gòu)整體性。通過切縫和折疊羽板230而在蛤殼式板210內(nèi)限定的羽板開口 236使PCM250能夠與制冷劑管110的外表面直接物理接觸，由此增加PCM250與制冷劑管110內(nèi)制冷劑之間的導(dǎo)熱性。
[0030]盡管已參照其示例實(shí)施例描述了本發(fā)明，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可在不偏離本發(fā)明范圍的條件下進(jìn)行各種改變并且用等同構(gòu)件來替換本發(fā)明的各構(gòu)件。此外，可作出許多修改以使特定情形或材料適應(yīng)本發(fā)明的說明，而不脫離本發(fā)明的實(shí)質(zhì)范圍。因此，本發(fā)明并不局限于為實(shí)施本發(fā)明而被考慮作為最佳模式所披露的具體實(shí)施例，而本發(fā)明會(huì)包括所有落入所附權(quán)利要求范圍的所有實(shí)施例。
【權(quán)利要求】
1.一種用于空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)的蒸發(fā)器(100)，包括: 上部歧管； 多個(gè)制冷劑管(110)，所述多個(gè)制冷劑管(110)從所述上部歧管延伸并與所述上部歧管液壓連通；以及 蛤殼式殼體(200)，所述蛤殼式殼體(200)設(shè)置在兩個(gè)相鄰制冷劑管(I 10)之間并與所述兩個(gè)相鄰制冷劑管(I 10)熱連通； 其中所述蛤殼式殼體(200)包括兩個(gè)蛤殼式板(210)，所述兩個(gè)蛤殼式板(210)限定構(gòu)造成存儲(chǔ)相變材料的腔室(232)，以及 其中所述蛤殼式板(210)中的一個(gè)包括第一部分(220)，所述第一部分(220)限定第一部分(220)的羽板(230)，所述羽板(230)具有延伸到所述腔室(232)內(nèi)的遠(yuǎn)側(cè)羽板邊緣(234)。
2.如權(quán)利要求1所述用于空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)的蒸發(fā)器(100)，其特征在于，所述一個(gè)蛤殼式板(210)的所述第一部分(220)還包括多個(gè)平行狹板(231)，所述多個(gè)平行狹板(231)折疊成所述腔室(232)以限定所述第一部分(220)的羽板(230)和相應(yīng)的第一部分(220)的羽板開口(236)，以使所述相變材料與所述制冷劑管(110)之間直接物理接觸。
3.如權(quán)利要求2所述用于空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)的蒸發(fā)器(100)，其特征在于，所述蛤殼式板(210)中的至少一個(gè)還包括: 中心肋(228 )，所述中心肋(228 )沿軸線-A延伸并將所述蛤殼式板(210 )分成所述第一部分(220)和第二部分(222)，` 其中所述第二部分(222)限定第二部分(222)的羽板(230)，所述第二部分(222)的羽板(230)具有延伸到所述相變材料腔室(232)內(nèi)的遠(yuǎn)側(cè)羽板邊緣。
4.如權(quán)利要求3所述用于空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)的蒸發(fā)器(100)，其特征在于，所述蛤殼式板(210)的所述第二部分(222)還包括折疊成所述腔室(232)的多個(gè)平行狹板(231)，以限定所述第二部分(222)的羽板(230)和相應(yīng)的第二部分(222)的羽板開口(236)。
5.如權(quán)利要求4所述用于空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)的蒸發(fā)器(100)，其特征在于，所述第一部分(220)的羽板(230)沿第一方向延伸，且所述第二部分(222)的羽板(230)沿沿第二方向延伸。
6.如權(quán)利要求5所述用于空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)的蒸發(fā)器(100)，其特征在于，所述第一方向相對(duì)于所述第二方向成90度。
7.如權(quán)利要求6所述用于空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)的蒸發(fā)器(100)，其特征在于， 所述蛤殼式板(210)中的另一個(gè)與所述蛤殼式板(210)中的所述一個(gè)大致相同，并包括第二部分(222)，所述第二部分(222)限定第二部分(222)的羽板(230)，所述第二部分(222)的羽板(230)具有遠(yuǎn)側(cè)羽板邊緣； 所述蛤殼式板(210)中的一個(gè)繞A軸線轉(zhuǎn)動(dòng)180度，使得所述蛤殼式板(210)中的所述一個(gè)的所述第一部分(220)的羽板(230)相對(duì)于所述蛤殼式板(210)中的所述另一個(gè)的所述第二部分(222)的羽板(230)以90度延伸。
8.如權(quán)利要求7所述用于空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)的蒸發(fā)器(100)，其特征在于，殼式板(210)中的所述一個(gè)的所述第一部分(220)的所述遠(yuǎn)側(cè)羽板邊緣(234)與所述蛤殼式板(210)的所述另一個(gè)的所述第二部分(222)的所述遠(yuǎn)側(cè)羽板邊緣(234)接觸。
9.如權(quán)利要求8所述用于空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)的蒸發(fā)器(100)，其特征在于，所述蛤殼式殼體(200)構(gòu)造成存儲(chǔ)相變材料，使得相變材料僅與所述制冷劑管(110)的處于所述上部歧管下方的上部(118)直接物理接觸。
10.如權(quán)利要求8所述用于空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)的蒸發(fā)器(100)，其特征在于，所述蛤殼式板(210)中的一個(gè)限定定位在所述羽板`(230)上方的相變材料端口(226)。
【文檔編號(hào)】F25B39/02GK103776204SQ201310445184
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2013年9月22日 優(yōu)先權(quán)日:2012年9月19日
【發(fā)明者】G·S·弗里蘭, S·B·利帕 申請人:德爾福技術(shù)有限公司