热交换器和相关联的管板
背景技术
热交换器一般包括延伸穿过主体部分的很多管，以传递来自在管内部行进的流体和位于主体部分内部的流体的热量。归因于一些热交换器的尺寸，有必要支撑主体部分内部的管以防止或减少多个管在操作期间的移动。支撑延伸穿过热交换器的管的一种方式是利用管板。管板包括接纳管中的对应一个的多个孔。为了允许管安装在管板内，管板中的孔比管大并且使用机械紧固件或型锻过程来将管固定到管板以支撑管。
发明内容
在一个示例性实施方案中，一种热交换器包括主体部分和一对端板，所述一对端板与所述主体部分至少部分地形成封闭件。多个管延伸穿过所述主体部分和所述一对端板中的至少一个。至少一个管板包括多个开口，其中所述多个管中的对应一个位于所述多个开口中的一个中。所述管板由在存在制冷剂的情况下膨胀的材料制成。
在上述的又一个实施方案中，所述热交换器是无折流板热交换器。
在上述任一项的又一个实施方案中，所述管板由单个整块材料形成。
在上述任一项的又一个实施方案中，所述至少一个管板包括制冷剂膨胀材料，所述制冷剂膨胀材料在所述多个开口中的相邻开口之间不间断地延伸。
在上述任一项的又一个实施方案中，所述管板至少部分地遵循所述主体部分的内轮廓。
在上述任一项的又一个实施方案中，所述管板延伸所述主体部分的直径的20%至90%。
在上述任一项的又一个实施方案中，所述管板至少部分地遵循所述主体部分的内轮廓。
在上述任一项的又一个实施方案中，所述主体部分包括第一制冷剂端口和第二制冷剂端口。至少一个管板包括多个管板。
在上述任一项的又一个实施方案中，支撑结构支撑所述管板。
在上述任一项的又一个实施方案中，所述支撑结构包括形成矩阵的多个杆。
在上述任一项的又一个实施方案中，至少一个管板由多个几何形状的构件形成。所述多个几何形状的构件中的每一个包括所述多个开口中的一个。所述多个几何形状的构件中的每一个由单个整块材料制成。
在上述任一项的又一个实施方案中，所述多个管包括在外表面上的接合所述至少一个管板的热传递增强特征。
在另一个示例性实施方案中，一种操作热交换器的方法包括以下步骤：支撑多个管，所述多个管延伸穿过管板中的多个开口中的对应一个。将所述管板放置成与制冷剂接触。所述管板响应于与进入所述热交换器的所述制冷剂接触而膨胀并且接触所述多个管。
在上述任一项的又一个实施方案中，所述多个管包括在外表面上的接合所述管板的热传递增强特征。
在上述任一项的又一个实施方案中，多个管板由单个整块制冷剂膨胀材料制成。
在上述任一项的又一个实施方案中，所述管板延伸所述热交换器的主体部分的直径的20%至90%。
在上述任一项的又一个实施方案中，所述管板包括多个几何形状，所述多个几何形状组装在一起以形成所述管板。
在上述任一项的又一个实施方案中，支撑结构支撑所述管板。
在上述任一项的又一个实施方案中，在所述管板与所述制冷剂接触的情况下减少所述多个管的振动和移动。
在上述任一项的又一个实施方案中，所述热交换器是无折流板热交换器。
附图说明
图1示出了示例热交换器。
图2示出了沿着图1的线2-2截取的热交换器的截面图，示出了管板。
图3示出了图2的一部分的放大图。
图4示出了图2的截面图，其中热交换器中有制冷剂。
图5示出了图4的一部分的放大图。
图6示出了沿着图2的线6-6截取的截面图，示出了多个管板。
图7示出了另一个示例管板。
图8示出了又一个示例管板。
图9示出了用于组装单独主体部分的示例锁紧机构。
图10示出了管板中的另一个示例开口的放大图。
图11示出了处于膨胀状态的图10的管板。
具体实施方式
图1示出了用于制冷系统或者在多种流体之间传递热量的其他装置的示例热交换器20，诸如蒸发器或冷凝器。热交换器20包括被一对端板24封闭的主体部分22。多个管28延伸穿过由主体部分22和该一对端板24限定的封闭件。水箱25封闭端板24以提供进入或离开多个管28的流体。多个管28与该一对端板24中的对应一个流体密封以防止流体在多个管28与管28延伸穿过的对应端板24之间离开热交换器20。
制冷剂通过第一端口26A或第二端口26B进入热交换器20并且通过第一端口26A或第二端口26B中的另一个离开热交换器20。在所示的示例中，第一端口26A和第二端口26B位于热交换器20的相对侧上。尽管所示的示例中仅示出了单个第一端口26A和单个第二端口26B，但可以存在多个第一端口26A和第二端口26B，并且第一端口26A和第二端口26B可以位于热交换器20的其他部分中，诸如在该一对端板24中。
图2示出了沿着图1的线2-2截取的热交换器20的截面图。如图2所示，主体部分22与端板24（见图1）至少部分地形成内腔30。在所示的示例中，主体部分22包括圆形截面。然而，主体部分22不限于具有圆形截面，并且可以形成其他截面形状，诸如正方形、矩形或卵形。
多个管28至少部分地由管板32支撑。管板32包括至少部分地遵循主体部分22的内轮廓22A的外周边32A。管板32可以通过机械连接（诸如紧固件或粘合剂）附接到主体部分22，或者与内轮廓22A摩擦配合以允许管板32的一定移动。在所示的示例中，管板32延伸主体部分22的直径的60%至70%，以提供内腔30的未被管板32阻塞的区域。在另一个示例中，管板32可以延伸主体部分的直径的20%直至90%的任何地方。另外地，管板32可以从主体部分22的内轮廓22A的相对侧向内定位，使得在管板32的相对侧上存在内腔30的未被阻塞的区域。
管板32可以由可膨胀材料制成，所述可膨胀材料由单个整块材料形成。可膨胀材料包括在存在工作流体（诸如制冷剂）的情况下将隆起或膨胀的材料。例如，可膨胀材料在存在工作流体的情况下通过包括以下至少一项的过程进行膨胀：工作流体的分子吸附到可膨胀材料上（例如，吸附到可润湿表面上）或工作流体扩散到可膨胀材料中。可膨胀材料可以包括聚合物材料，例如尼龙（例如，尼龙6，6）、聚四氟乙烯（PTFE）、聚酰亚胺、聚醚醚酮（PEEK）、聚苯硫醚（PPS）、聚酰胺-酰亚胺（PAI）。可膨胀材料还可以可选地包括填充材料，例如玻璃纤维、碳纤维、玄武岩纤维、芳纶纤维等等。可膨胀材料可以包括0重量%（wt%）至90wt%的填充材料。管板32可以由单块材料通过在模具中浇铸材料或将材料片加工成期望的轮廓以适应多个管28和内轮廓22A的形状来形成。工作流体可以包括R744（CO2）、R410a、R1234zd、R290（丙烷）、R1224yd、R1123、R1234ze或另一类似的工作流体。
在所示的示例中，管板32包括多个开口34，每个开口具有直径D1。直径D1大于多个管28中的每一个的外直径DT（见图3）。直径D1与直径DT之间的长度差异产生多个管28与开口34中的对应一个之间的间隔。在多个管28与开口34中的对应一个之间形成的间隔允许多个管28在热交换器20的组装期间轻松穿过管板32。
图4和图5示出了在暴露于制冷剂时处于膨胀状态的管板32。制冷剂通过第一端口26A和第二端口26B中的一个引入到热交换器20中，并且通过第一端口26A和第二端口26B中的另一个离开热交换器20。通过第一端口26A和第二端口26B进入和离开热交换器20的制冷剂可以处于液体状态、蒸气状态或双相状态中的至少一个。
当管板32处于膨胀状态时，开口34的直径D1减小以关闭开口34与多个管28中的对应一个的外直径之间的间隔。这使管板32与多个管28至少部分接触以使多个管28稳定，以便防止由热交换器20的操作期间的振动或移动造成的损坏。管板32还可以包括延伸穿过管板32的中间部分的通道35或者至少部分地由管板32和主体部分22限定的边缘通道37。
另外，管板32的响应于暴露于制冷剂而膨胀的性质消除了对管板32与多个管28之间的附加机械附接件的需要。通过消除对管板32与多个管28之间的附加机械附接件的需要，制造热交换器20所需的时间量因多个管28与管板32之间的机械附接件的数量和制作这些附接件所需的精度水平而大大减少。
另外，通过消除对管板32与多个管28之间的机械附接件（诸如型锻或使用紧固件）的需要，多个管28可以在管28的整个长度上包括热增强特征40。这增加了内腔30中的制冷剂与穿过管28的流体之间的热传递。另外，如图5所示，管板32已经膨胀，使得开口34接触管28以便为管提供支撑。
图10和图11示出了管板32中的另一个示例开口34A。开口34A的形状是不规则的并且包括多个突起。当管板32放置成与制冷剂接触时，管板32膨胀并接触管28（图11）以防止管28在热交换器20的操作期间移动或振动。开口34A中的突起还允许制冷剂在管28与管板32之间穿过。
图6是沿着图2的线6-6截取的截面图。如图6所示，管板32仅部分地延伸跨过内腔30的直径以允许制冷剂流过热交换器20。在所示的示例中，有三个管板32位于内腔30中并且这三个管板32全部都沿着内腔30的相同部分对齐以允许如上所述的制冷剂的移动。在另一个示例中，当多个管28仅延伸穿过内腔30的中间部分时，管板32可以与主体部分22的相对侧间隔开。
图7示出了类似于上述管板32的另一个示例管板132，但上文所述或附图中示出的内容除外。管板132包括用于接纳多个管28中的对应一个的开口134以及在管板132中的开口134之间延伸从而形成矩阵的加强构件135。加强构件135可以附接到管板132的外表面以形成支撑结构，或者位于管板132本身内。加强构件135可以是金属杆，诸如钢或铝，或者加强构件135可以是纤维的。在所示的示例中，加强构件135中的至少一个从管板132上的第一周边位置延伸到管板132上的一般与第一周边位置相对的第二周边位置。
图8示出了类似于上述管板32的又一个示例管板232，但上文所述或附图中示出的内容除外。管板32由多个主体部分235和开口234组成，每个主体部分具有六边形形状，所述开口用于接纳多个管28中的对应一个。如图8所示，六边形主体装配在一起以形成紧密地接近主体部分22的内轮廓22A的管板232。主体部分235可以利用摩擦配合、粘合剂或振动焊接技术装配在一起。在所示的示例中，主体部分235由单个整块制冷剂膨胀材料制成。
主体部分235可以容易添加到管板232或从中减去以针对具体应用来定制管板232。这减少了针对低容量应用来制造或加工附加管板所需的时间量。尽管在所示的示例中，主体部分335被示为六边形，但也设想其他形状，诸如三角形、五角形、六边形、正方形或矩形。
图9示出了类似于上述主体部分235的另一个示例单独主体部分335，但上文所述或附图中示出的内容除外。主体部分335可以通过使用安装腿337而附接到相邻的主体部分335，所述安装腿可在主体部分335中的通路339内移动。由于安装腿337是可移动的并且能够滑动到通路339中，因此安装腿337可以接合相邻的主体部分335并且将相邻的主体部分335锁在一起以形成与图8所示的网格类似的网格。尽管在所示的示例中，主体部分335被示为六边形，但也设想其他形状，诸如三角形、五角形、六边形、正方形或矩形。
尽管不同的非限制性实施方案被示为具有具体部件，但本公开的实施方案不限于那些特定的组合。可以将来自非限制性实施方案中的任一个的部件或特征与来自其他非限制性实施方案中的任一个的特征或部件组合使用。
应理解，相似的附图标记贯穿若干附图标识对应或类似的元件。还应理解，尽管在这些示例性实施方案中公开并示出了特定的部件布置，但其他布置也可以受益于本公开的教导。
前述描述应被解释为说明性的，而没有任何限制意义。本领域一般技术人员将理解，在本公开的范围内可以进行某些修改。出于这些原因，应研究所附权利要求以确定本公开的真实范围和内容。
