(57)【要約】      （修正有）【課題】複数のモードで動作する熱交換器を開発する。【解決手段】蒸発器１は、入口マニホルド２、入口マニホルド２に平行な出口マニホルド４、および出口マニホルド４に平行でこれに隣接する収集マニホルド３を含む。第１流れ導管は、入口マニホルド２から収集マニホルド３に延び、少なくとも１つの第２流れ導管が収集マニホルド３から出口マニホルド４へ延びる。蒸発器１は、エンクロージャ内に収容されるようにすることができる。空気は、空気が蒸発器１を通るときに、熱を空気から冷却剤へ移動させることにより調整される。冷却剤は、エンクロージャの外側から入口マニホルド２内へ受け入れられ、また、第１冷却剤通路および第２冷却剤通路を通って導かれ、熱を空気から受け取る。冷却材の流れは、第２通路から収集マニホルド３内へ受け入れられ、出口マニホルド４へ移動され、また、エンクロージャから排出される。【選択図】図１
2014016141.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸発器であって、
第１端部から第２端部へ長手方向に延びる入口マニホルドと、
前記入口マニホルドの前記第１端部および前記第２端部の一方に配置される流体入口ポートと、
前記入口マニホルド内に配置され、前記流体入口ポートから流れを受け取るために前記流体入口ポートに接続される、流体分配器と、
第１端部から第２端部へ長手方向に延びる、前記入口マニホルドに平行な出口マニホルドと、
前記出口マニホルドの前記第１端部および前記第２端部の一方に配置される流体出口ポートと、
第１端部から第２端部まで長手方向に延びる、前記出口マニホルドに平行であり且つこれに隣接する収集マニホルドと、
前記入口マニホルドから前記収集マニホルドまで延びる、複数の第１流れ導管と、
前記収集マニホルドから前記出口マニホルドまで延びる少なくとも１つの第２流れ導管と、を有する蒸発器。
【請求項２】
請求項１に記載の蒸発器であって、前記入口マニホルドは、前記出口マニホルドおよび前記収集マニホルドの少なくとも一方に隣接する、蒸発器。
【請求項３】
請求項１に記載の蒸発器であって、前記入口マニホルドの前記第１端部および前記第２端部の一方、前記出口マニホルドの前記第１端部および前記第２端部の一方は、前記入口マニホルドおよび前記出口マニホルドの長手方向に垂直な共通平面内に整合する、蒸発器。
【請求項４】
請求項１に記載の蒸発器であって、さらに、前記第２流れ導管の端部をシール式に受け入れるための、前記出口マニホルドに沿って前記第２流れ導管へ一対一対応で配置される複数の貫通部を有する、蒸発器。
【請求項５】
請求項４に記載の蒸発器であって、前記複数の貫通部の第１の１つは、第１流れ領域を備える第２流れ導管の端部を受け入れ、前記複数の貫通部の第２の１つは、前記第１流れ領域よりも小さい第２流れ領域を備える第２流れ導管の端部を受け入れ、前記複数の貫通部の前記第２の１つは、前記流体出口ポートと前記複数の貫通部の前記第１の１つとの間に配置される、蒸発器。
【請求項６】
請求項１に記載の蒸発器であって、前記出口マニホルドの長さは、前記収集マニホルドの長さよりも短い、蒸発器。
【請求項７】
請求項１に記載の蒸発器であって、前記入口マニホルドの長手方向軸と、前記出口マニホルドの長手方向軸との間の距離は、前記入口マニホルドの前記長手方向軸および前記収集マニホルドの前記長手方向軸が通過する平面に直交する方向において、前記入口マニホルドの外側直径および前記出口マニホルドの外側直径の合計の半分よりも短い、蒸発器。
【請求項８】
請求項１に記載の蒸発器であって、前記複数の第１流れ導管は、複数の平坦な管を有し、前記複数の平坦な管の各々は、
離間し対向する平坦な側部の第１ペアと、
離間し短く対向する狭い側部の第２ペアと、
第１管端部から第２管端部へ延びる１つ以上の流れチャネルと、
を有する、蒸発器。
【請求項９】
請求項１に記載の蒸発器であって、さらに、
前記入口マニホルドおよび前記収集マニホルドに対向して、前記蒸発器の端部に配置される中間ヘッダと、
前記入口マニホルドから前記中間ヘッダまで延びる第１の複数の平坦な管と、
前記中間ヘッダから前記収集マニホルドまで延びる第２の複数の平坦な管と、と有し、前記複数の第１流れ導管は、前記第１の複数の平坦な管、前記中間ヘッダ、および前記第２の複数の平坦な管を通って延びる、蒸発器。
【請求項１０】
空気の流れを調節する方法であって、
空気の流れを、エンクロージャの空気入口内へ第１の流れ方向に導く工程と、
前記エンクロージャ内に収容される蒸発器の空気側を通るように空気の流れを導く工程と、
空気を調整するために、空気の流れが蒸発器を通るときに、熱を空気の流れから冷却剤の流れへ移動させる工程と、
調整された空気の流れを、空気出口を通して前記エンクロージャから排出させる工程と、
前記冷却剤の流れを、前記エンクロージャの外の位置から、前記エンクロージャ内に配置された入口マニホルドの端部内へ受け入れる工程と、
空気の流れから第１の量の熱を受け取るために、前記冷却剤の流れを、前記入口マニホルドから、前記蒸発器の第１冷却剤通路を通して第２流れ方向に導く工程と、
空気の流れから第２の量の熱を受け取るために、前記冷却剤の流れを、前記蒸発器の第２冷却剤通路を通して、第３流れ方向に導く工程と、を有し、前記第３流れ方向は、前記第２流れ方向の反対であり、
前記方法はさらに、冷却剤の流れを、前記第２冷却剤通路から収集マニホルド内へ受け入れる工程と、
冷却剤の流れを、前記収集マニホルドから出口マニホルドへ移動させる工程と、
冷却剤の流れを前記出口マニホルドの端部から前記エンクロージャの外の位置へ排出させる工程と、を有する方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の方法であって、前記第２流れ方向は、前記第１流れ方向に対して鋭角に向き決めされる、方法。
【請求項１２】
請求項１０に記載の方法であって、前記入口マニホルド内へ受け入れられる冷却剤の流れは、少なくとも部分的に液体であり、冷却剤の流れは、前記第１の量の熱および前記第２の量の熱を受け取ることにより蒸気化される、方法。
【請求項１３】
請求項１０に記載の方法であって、空気の流れは、前記第１冷却剤通路に出会う前に前記第２冷却剤通路に出会う、方法。
【請求項１４】
請求項１０に記載の方法であって、前記入口マニホルドからの冷却剤の流れを、前記蒸発器の第１冷却剤通路を通して導く工程は、冷却剤の流れを複数の平行に配置される流れ導管へ分配する工程を含む、方法。
【請求項１５】
請求項１０に記載の方法であって、さらに、冷却剤の流れを、前記第１冷却剤通路から、前記入口マニホルドおよび前記収集マニホルドの反対の前記蒸発器の端部に配置される中間ヘッダ内の前記第２冷却剤通路へ移動させる工程を有する、方法。
【請求項１６】
冷却剤システムにおいて仕様されるケーシングされる蒸発器であって、前記蒸発器は、
空気が前記ケーシングされた蒸発器内への流れることを可能にするための入口側部を備えるエンクロージャを有し、前記エンクロージャは、前記ケーシングされた蒸発器の外へ空気が流れることを可能にするための、前記入口側部から離間しこれに配向な出口側部を備え、前記エンクロージャは、前記入口側部および前記出口側部の間を延びる複数の側壁を備え、
前記蒸発器は、前記エンクロージャ内に配置される蒸発器を有し、前記蒸発器は、
前記エンクロージャの前記入口側部に対して鋭角に配置される空気入口コア面と、
前記空気入口コア面から離間し且つこれに平行な空気出口コア面と、
前記蒸発器のコアの共通端部において配置される、入口マニホルド、出口マニホルド、および収集マニホルドと、
前記複数の側壁の１つを通って前記入口マニホルド内へ延びる冷却剤入口ポートと、
前記複数の側壁の１つを通って前記出口マニホルド内へ延びる冷却剤出口ポートと、
前記蒸発器コアを通って前記入口マニホルドから前記収集マニホルドへ延びる複数の第１流れ導管と、
前記収集マニホルドから前記出口マニホルドへ延びる少なくとも１つの第２流れ導管と、を有する、蒸発器。
【請求項１７】
請求項１６に記載のケーシングされた蒸発器であって、さらに、前記エンクロージャ内に配置される凝縮トレイを有し、前記凝縮トレイは、前記ケーシングされた蒸発器が動作向きにあるときに、前記入口マニホルド、前記出口マニホルド、および前記収集マニホルドのすぐ下に配置される、蒸発器。
【請求項１８】
請求項１６に記載のケーシングされた蒸発器であって、前記冷却剤入口ポートおよび前記冷却剤出口ポートは、互いに隣接して配置される、蒸発器。
【請求項１９】
請求項１６に記載のケーシングされた蒸発器であって、前記蒸発器はさらに、前記共通の端部の反対の前記蒸発器コアの端部に配置される中間ヘッダを有し、前記複数の第１流れ導管は、前記中間ヘッダを通って延びる、蒸発器。
【請求項２０】
請求項１６に記載のケーシングされた蒸発器であって、前記収集マニホルドは、前記空気入口コア面により画定される第１平面と、前記空気出口コア面により画定される第２平面との間に配置される、蒸発器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
[0001]本発明は熱交換器に関し、特に、空調のために蒸発器として動作する熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
[0002]蒸気圧縮システムは、冷却、および／または空調、および／または加熱、あるいは他の用途で広く用いられている。典型的な蒸気圧縮システムにおいて、しばしば作動流体と称される冷却剤は、連続熱力学サイクルを循環し、熱エネルギーを、温度および／または湿度の制御される環境から、制御されない周囲環境へ、またその逆方向へ移動させる。そのような蒸気圧縮システムは、その実施形態を様々なに異なるもととすることができ、多くの場合、蒸発器として動作する少なくとも１つの熱交換器、および凝縮器として動作する少なくとも１つの他の熱交換器とを含む。
【０００３】
[0003]上述のようなシステムにおいて、冷却剤は、典型的には、熱力学状態（すなわち、圧力およびエンタルピー条件）で蒸発器に入り、ここで冷却剤は予冷却された液体または相対的に蒸気の少ない部分的に蒸気化された２相流体である。熱エネルギーは、冷却剤が蒸発器を通るときに冷却剤に導かれ、冷却剤は、相対的に蒸気の多い部分的に蒸気化された２相流体または過熱蒸気として蒸発器を出る。この熱エネルギーは、しばしば、温度および／または湿度が制御される環境へ空気を排出する前に空気の流れを調整するために空気の流れから除去される顕熱および／または潜熱である。
【０００４】
[0004]このシステムの他のポイントにおいて、冷却剤は、典型的には、蒸発器の動作圧力よりも高い圧力で、過熱蒸気として凝縮器に入る。熱エネルギーは、冷却剤が凝縮器を通るときに、冷却剤から除去され、冷却剤は、少なくとも部分的に凝縮された状態で凝縮器を出る。多くの場合、冷却剤は、完全に凝縮された状態で、予冷却された液体として凝縮器を出る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
[0005]いくつかの蒸気圧縮システムは、熱ポンプシステムの反対であり、空調モード（制御されない周囲環境の温度が制御される環境の望ましい温度よりも高い場合など）または熱ポンプモード（制御されない周囲環境の温度が制御される環境の望ましい温度よりも低い場合など）で動作することができる。そのようなシステムは、１つのモードでは蒸発器として動作し、他のモードでは凝縮器として動作することができる熱交換器を必要とすることがある。
【０００６】
[0006]いくつかの冷却システムにおいて使用される特に有利なある熱交換器は、並行流れ（parallel flow, PF）スタイルの熱交換器である。そのような熱交換器は、入口マニホルドから出口マニホルドへ熱移動領域を通って冷却剤を導くために、複数の並行に配置されるチャネル、特に微小シャネルを備えることで特徴付けられる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
[0007]本発明のいくつかの実施形態において、蒸発器は、一方の端部に配置される流体入口ポートを備える入口マニホルドと、入口マニホルド内に配置され、且つ、流体入口ポートに接続される流体分配器とを含む。一方の端部に配置される流体出口ポートを備える出口マニホルドは、入口マニホルドと並行に配置され、収集マニホルドは、出口マニホルドに平行且つ隣接して配置される。複数の第１の流れ導管は、入口マニホルドから収集マニホルドへ延び、少なくとも１つの第２流れ導管は、収集マニホルドから出口マニホルドへ延びる。
【０００８】
[0008]いくつかの実施形態において、入口マニホルドは、出口マニホルドおよび収集マニホルドの少なくとも１つに隣接する。いくつかの実施形態において、中間ヘッダが、蒸発器の、入口マニホルドおよび収集マニホルドの反対の端部に配置される。
【０００９】
[0009]本発明のいくつかの実施形態において、空調方法は、空気の流れを、エンクロージャ内に収容される蒸発器の空気側を通してエンクロージャの入口に導くステップを有し、また、空気出口を通してエンクロージャから調整された空気の流れを取り出すステップを有する。空気を調整するために空気の流れが蒸発器を通過するときに、熱は空気の流れから冷却剤の流れへ移動される。冷却材の流れ、エンクロージャの外部の位置からエンクロージャ内に配置された入口マニホルドの端部内に受け入れられ、空気から熱を受け取るために、第１冷却剤通路および第２冷却剤通路に導かれ、冷却剤は第１および第２の通路を反対方向に流れる。冷却材の流れは、第２通路から収集マニホルドに受け取られ、出口マニホルドへ移動され、また、エンクロージャの外の位置へ取り除かれる。
【００１０】
[0010]いくつかの実施形態において、第１通路内の冷却剤の流れ方向は、エンクロージャに入る空気の流れに対して鋭角をなすように向き決めされる。いくつかの実施形態において、空気の流れは、第１冷却剤通路に結合する前に、第２冷却剤通路に結合される。いくつかの実施形態において、冷却剤の流れは、入口マニホルドおよび収集マニホルドの反対側の蒸発器の端部に配置される中間ヘッダ内で、第１冷却剤通路から第冷却剤通路へ移動される。
【００１１】
[0011]本発明のいくつかの実施形態において、ケーシングされた蒸発器はエンクロージャを含み、エンクロージャは、空気の流れがケーシングされた蒸発器に入ることを可能にする入口側部、および空気の流れがケーシングされた蒸発器の外に出ることを可能にする、入口側部に平行に離間する出口側部、および、入口側部および出口側部の間を延びる複数の側壁を備える。蒸発器は、エンクロージャ内に配置され、エンクロージャの入口側部に鋭角に配置される空気入口コア面、および、空気入口コア面に平行に離間する空気出口コア面を含む。入口マニホルド、出口マニホルド、および収集マニホルドは、蒸発器コアの共通端部において配置される。冷却剤入口ポートは、側壁の１つを通って入口マニホルド内に延び、冷却剤出口ポートは、側壁の１つを通って出口マニホルド内に延びる。複数の第１流れ導管は、蒸発器を通って入口マニホルドから収集マニホルドへ延び、少なくとも１つの第２流れ導管は、収集マニホルドから出口マニホルドへ延びる。
【００１２】
[0012]いくつかの実施形態において、凝縮トレイは、ケーシングされた蒸発器が動作配置にあるときに、エンクロージャ内に、また入口マニホルド、出口マニホルド、および収集マニホルドの直下に配置される。いくつかの実施形態において、冷却剤入口ポートおよび冷却剤出口ポートは、互いに隣接して配置される。いくつかの実施形態において、収集マニホルドは、空気入口コア面および空気出口コア面により画定される平面の間に配置される。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態による蒸発器の斜視図である。
【図２】図１の領域ＩＩ−ＩＩの詳細図である。
【図３】図２の線分ＩＩＩ−ＩＩＩに沿う断面図である。
【図４】図１の蒸発器の上面図である。
【図５】図１の蒸発器に使用するためのフィンおよび管の組み合わせの部分斜視図である。
【図６】本発明のいくつかの実施形態の利益を受けるように構成される蒸気圧縮システムの概略線図である。
【図７】本発明の他の実施形態によるケーシングされた蒸発器の斜視図である。
【図８】図７の線分ＶＩＩI−ＶＩＩＩに沿う断面図である。
【図９】本発明の他の実施形態による、蒸発器の部分斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
[0022]本発明の実施形態を詳細に説明する前に、本発明は、以下の説明または添付図面に示される要素の詳細な構成および配置に応用が限定されるものではないことを理解されたい。本発明は、他の実施形態とすることができ、また、様々な方法で実施化または実行することができる。また、本明細書で使用される語法、用語は、説明を目的とするものであり、限定することを意図するものではない。本明細書において、「含む」、「有する」、「備える」およびそれら類似の語の使用は、それ以前に挙げられた項目およびその等価物を追加的な項目とともに包含することを意図している。他で特定または限定しない限り、「取り付けられる」、「接続される」、「支持される」、「連結される」およびそれら類似の語は、広く、直接的および間接的な取り付け、接続、支持、連結の両方を包含するように使用される。さらに、「接続される」および「連結される」との語は、物理的または機械的な接続または連結に限定されない。
【００１５】
[0023]本発明のいくつかの側面による例示的な実施形態が図１−４に図示され説明される。例示的な実施形態は、空気の流れから潜熱および／または顕熱を冷却剤へ移動させるのに特に有効な蒸発器１を含み、少なくとも部分的に液体の状態から過熱蒸気の状態へ蒸発させる。そのような蒸発器１の他の応用は、第１モードの動作で蒸発器として動作し、第２モードの動作で凝縮器として動作することができる。他の応用において、蒸発器１は、たとえば、ランキン（Rankine）サイクル発電システムのような他のタイプのシステムの用途があり得る。
【００１６】
[0024]例示的な蒸発器１は、平行流れ管およびフィンの構成である。複数の平坦な管９は、２つの平行なバンク９ａ、９ｂ内に配置され、各バンク内の平坦な管９の間に隣接して配置される入り組んだ曲がりくねったフィン構造１１を備える。フィン構造１１および平坦な管９の典型的な繰り返し区域が図５に詳細に示されている。図５を参照すると、平坦な管９は、２つの離間したボードを含み、平坦な側部１２が２つの短いアーチ型の側部１３により結合される。フィン構造１１の入り組んだ部分のクレストは、ボードおよび管９の平坦な側部１２にたとえば鑞付けにより結合される。平坦な管９の内側容積を、相対的に小さな液体直径の複数の流れチャネル１４に分割するために、内側ウェブ構造１５が平坦な管９の内部に配置され、冷却剤が平坦な管９を通って輸送されるようにすることができる。空気は、フィン構造１１の入り組んだ構造、ボードおよび管９の平坦な表面１２により形成されるチャネルを通って導かれ、空気流れと冷却剤の流れとの間の有効な熱伝達が可能になる。フィン構造１１および平坦な管９のアセンブリは、蒸発器コア３９と称される。
【００１７】
[0025]蒸発器コア３９は、第１コア面２５と第２コア面２６とにより画定される平面の間に境界付けられる。いくつかの実施形態において、第１コア面２５は、空気入口コア面として機能し、第２コア面２６は、空気出口コア面として機能する。他の実施形態において、空気の流れの方向は逆にされ、第１コア面２５は空気出口コア面として機能し、第２コア面２６は、空気入口コア面として機能する。
【００１８】
[0026]図１−４を参照すると、蒸発器１の第１バンクの平坦な管９ａは、蒸発器１の第１端部において配置される入口マニホルド２から、蒸発器１の反対の第２端部において配置される中間ヘッダ３１へ延びる。同様に、蒸発器１の第２バンクの平坦な管９ｂは、中間ヘッダ３１から、第１マニホルド２に隣接する、蒸発器１の第１端部において配置される収集マニホルド３へ延びる。平坦な管９ａを通って移動する流体流れは、中間ヘッダ３１内に収容される流れ通路内に受け入れられるようにすることができ、また、第２の複数の管９ｂに移動させることができるようにすることができ、あるいはその逆も可能である。そのような中間ヘッダ３１の例示的な実施形態は、２０１１年３月３１日に出願された、Mrossらの係属中の米国特許出願第１３／０７６６０７号明細書に説明されている。この出願明細書の内容は参照より本明細書に組み込まれる。しかし、中間ヘッダ３１は、代替的に他の構造とすることもでき、また、いくつかの実施形態において、中間ヘッダ３１は全く取り除くことができることを理解されたい。たとえば、いくつかの実施形態において、蒸発器１は、入口マニホルド２から収集マニホルド３へ延びる管９の単一のバンクを含むことができる。
【００１９】
[0027]図３に最もよく示されるように、出口マニホルド４は、全体として、コア面２５、２６により画定される平行平面の間に配置される。入口マニホルド２の少なくとも一部および収集マニホルド３、および好ましくは、入口マニホルド２の大部分および収集マニホルド３は、同様に、コア面２５、２６により画定される平行平面の間に配置される。
【００２０】
[0028]明確さのために、図１、２には、入り組んだフィン構造１１の一部だけが示されている。いくつかの実施形態（全てである必要はない）において、フィン構造１１は、マニホルド２、３から、中間ヘッダ３１までコア３９の全体の幅に延びることが理解される。例示的な実施形態において、平坦な管９ａおよび平坦な管９ｂは、連続的なフィン構造１１が平坦な管９の第１および第２のバンクの両方に共通するように、互いに整合するように配置される（図３に最もよく示される）。しかし、いくつかの実施形態において、平坦な管の各バンクに別個のフィン構造を使用することが好ましいことがある。
【００２１】
[0029]入口マニホルド２は、第１端部３２から第２端部３３まで延びる。複数のスロット１６は、入口マニホルド２の長手方向長さに沿って配置され、管９ａの第１バンクの端部１０は、スロット１６内にシール式に受け入れられる。流体入口ポート５は、第１端部３２に配置され、また、入口マニホルド２内に配置される流れ分配装置１９と流体連通する。例示的な実施形態の流れ分配装置１９は、図３に最もよく示されている。例示的な実施形態において、流れ分配装置１９は、入口マニホルド２の少なくともいくらかの長さを延びる円筒形管を含み、いくつかの実施形態においては全長に延びる。流体入口ポート５から平坦な管９ａのバンク内の流体チャネル１４へ受け入れられる冷却剤の流れを均一に分配するために、流れ分配装置１９の長さに沿ってオリフィス（図示せず）が配置される。多くの他のタイプの流れ分配装置が当業界で知られており、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく同様に置換することができることを理解されたい。
【００２２】
[0030]収集マニホルド３は、第１端部３４から第２端部３５へ延びる。複数のスロット１６は、収集マニホルド２の長手方向長さに沿って配置され、管９ｂの第２バンクの端部はスロット１６内にシール式に受け入れられる。出口マニホルド４は、入口マニホルド２および収集マニホルド３に隣接して、蒸発器１の第１端部に配置される。出口マニホルド４は、第１端部３６から第２端部３７へ延び、流体出口ポート６は、端部３６に配置される。しかし、いくつかの実施形態においては、流体出口ポート６は、代替的に端部３７に配置される。いくつかの実施形態において（全てでではない）、第１端部３２、３４、３６のいくつかまたは全ては、ほぼ同一面上にある。同様に、いくつかの実施形態において（全てではない）、第２端部３３、３５、３７のいくつかまたは全ては、同一面上にある。
【００２３】
[0031]流れ導管７は、収集マニホルド３と出口マニホルド４との間に延びる。対応する開口部３２は、流れ導管７の端部をシール式に受け入れるために、マニホルド３、４の側壁に設けられる。流れ導管７をマニホルド３、４に組み立てるのを支援するために、好ましくは、流れ導管の各々の外周の周りにサドル特徴８が設けられる。マニホルド３、マニホルド４、および流れ導管７は、好ましくは鑞付け操作により結合されるが、これらは溶接、接着などの他のプロセスで結合させることもできる。いくつかの特に好ましい実施形態において、蒸発器１のいくつかまたは全ての要素（たとえば、管９、フィン構造１１、入り口マニホルド２、中間ヘッダ３１、ポート５、６）は、同様の操作において結合される。
【００２４】
[0032]いくつかの実施形態において、出口マニホルド４を、図３に示されるように、少なくとも部分的に入口マニホルド２と収集マニホルド３との間の空間内に配置することが特に好ましいことがある。この配置は、マニホルド２、３、４に有利に小型な構成を提供することができる。そのようないくつかの実施形態において、出口マニホルド４の長手方向軸とマニホルド２、３の長手方向軸を通る平面との間の距離「ｄ」は、マニホルド２、４の外側直径の合計の半分よりも小さい。
【００２５】
[0033]入口マニホルド２、収集マニホルド３、および出口マニホルド４は、円形の断面を備えるように示されているが、１つまたはそれ以上のマニホルドを、円形以外の断面を備えるようにすることができ、たとえば、限定するわけではないが、四角形、六角形、八角形、または楕円形などとすることができる。いくつかの実施形態において、出口マニホルド４は、マニホルド２、３の一方または両方よりも断面積または直径が小さくなるようにすることができる。いくつかの特に好ましい実施形態において、出口マニホルド４は、サイズおよび／または形状が出口ポート６に類似するようにすることができる。
【００２６】
[0034] 図６の概略図を参照しながら、蒸気圧縮システム４０内の蒸発器１の動作の原理が以下で説明される。蒸気圧縮システム４０は、コンプレッサ３３、凝縮器３５、膨張器３４、および蒸発器１を含む。コンプレッサ３３は、冷却剤作動流体をシステム４０を通るように導くように動作する。上昇した温度および圧力における過熱蒸気の冷却剤は、コンプレッサ４０から凝縮器３５へ導かれ、ここで、冷却剤を高圧の予冷却された液体へ冷却および凝縮させるために、熱は冷却剤から除去される。コンプレッサ３３および凝縮器３５は、一般に、互いに近接して配置され、また、一般に、単一の装置内に収容される。
【００２７】
[0035]続けて図６を参照すると、高圧の予冷却された液体の冷却剤は、管（一般に「液体ライン」と称される）４１を通して膨張器３４へ導かれる。膨張器３４は恒温バルブ、電子的に制御可能な膨張装置、固定オリフィス、または、高圧の予冷却液体を低圧液体または液体−蒸気混合物へと膨張させるための蒸気圧縮システムで一般に使用される任意の他のタイプの膨張器とすることができる。膨張器３４は、典型的には、蒸発器１の流体入口５に近接して設けられる。
【００２８】
[0036]ここで相対的に低い温度および圧力である膨張した冷却剤は、流体入口ポート５を通って入口マニホルド２へ導かれる。冷却剤は、入口マニホルド２から収集マニホルド３へ延びる複数の流れ導管１７に分配される。例として、複数の流れ導管１７は、管９のチャネル１４、中間ヘッダ３１の流れ通路を備えることができる。冷却剤は、複数の流れ導管１７を通るときに、蒸気化され、また、部分的に過熱される。次に、冷却剤は、流れ導管７を通って出口マニホルド４へ移動され、また、流体出口ポート６を通って低圧で過熱された蒸気で蒸発器１から出る。低圧で過熱された蒸気は、管（一般に「吸引ライン」と称される）４２を通ってコンプレッサ３３の入口に戻される。
【００２９】
[0037]コンプレッサ３３および凝縮器３５は、しばしば、膨張器３４および蒸発器１から実質的な距離を離されて配置される。一例として、コンプレッサ３３および凝縮器３５を建物の外に配置して、凝縮器３５内の冷却剤から除去される熱が外気に容易に移動できるようにし、一方、蒸発器および膨張器３４を、加熱および冷却のために建物の一部内に配置することができる。結果として、液体ライン４１および吸引ライン４２は、一般に、これらの２つの分離した位置の間を延びるように単一の「ラインセット」として設けられる。
【００３０】
[0038]液体ライン４１および吸引ライン４２を有するラインセットの膨張器３４および蒸発器１への接続を単純化するために、ポート５、６を端部３２、３６に隣接して配置することなどにより、蒸発器１の流体入口ポート５および流体出口ポート６を、互いにすぐ隣に隣接するように配置することが非常に有利となり得る。これにより、インストーラーが共通の位置でラインセットを終端させることができる。しかし、流体ポート５、６のそのような配置は、複数の流れ導管１７の間の流れ分配の均一性を減少させることがあり、ポート５、６に近い導管が、より遠くに位置する導管よりも、全体の冷却剤の流れの実質的により大きな割合を受け取る傾向にある。そのような不均衡分配は、空気の調整不足、システム安定性の低下、蒸発器内の低い発熱量などの、いくらかの望ましくない効果を生じさせることがある。
【００３１】
[0039]発明者らは、流れ導管７の数、サイズ、位置の適切な選択により、上述の不均衡分配を実質的に取り除くことができることを発見した。まず、収集マニホルド３内の流れ導管１７から冷却剤を受け取り、その後、冷却剤を流れ導管７を通して出口マニホルド４へ移動させることで、流れ導管１７がすべて等しい好ましい流れ経路となるようにできる。例示的な実施形態は２つの流れ導管７を示しているが、いくつかの場合、より多いまたはより少ない導管７が好ましいことがあることを理解されたい。さらに、いくつかの流れ導管７は、他のいくつかの流れ導管７よりも大きな流れ面積を備えるようにすることが好ましいことがある。いくつかの実施形態において、流体出口ポート６により近く配置される流れ導管７が、流体出口ポート６から遠くに配置される流れ導管７よりも小さな流れ面積を備えるようにすることが好ましいことがある。
【００３２】
[0040]本発明の他の実施形態によれば、ケーシングされた蒸発器２０が提供され、これは、エンクロージャ２１内に配置される蒸発器１を含む。ケーシングされた蒸発器２０は、中心加熱および冷却システム内のプレナム区域として有効に機能することができる。いくつかの実施形態において、ケーシングされた蒸発器２０は、空気移動装置および／または他の加熱装置のすぐ下流に取り付けることができる。
【００３３】
[0041]エンクロージャ２１は、エンクロージャ２１の１つの面上に配置される空気入口２２、および、エンクロージャ２１の反対の面上に配置される空気出口２３を含む。側壁２４は、空気入口２２と空気出口２３との間を延び、また、空気２９の流れのための、ケーシングされた蒸発器を通って、空気入口２１から空気出口２３へのダクト付きの空気流れ経路を提供する。蒸発器１は、空気流れ経路が蒸発器１のコア３９を通って延びるようにエンクロージャ２１内に配置される。入口ポート５および出口ポート６は、側部２４の１つを通って延び、また、互いに隣接するように配置され、吸引ライン４２、膨張装置３４、液体ライン４１、ポート６、５のアセンブリが単純化される。
【００３４】
[0042]蒸発器１は、空気入口コア面２５が空気入口２２に対して鋭角３０に向き決めされるように、エンクロージャ２１内に配置される。いくつかの好ましい実施形態において、鋭角３０は３０度から６０度の間であり、より好ましい実施形態では鋭角３０は約４５度である。
【００３５】
[0043]蒸発器１がエンクロージャ２１内に配置されており、空気入口２２を通ってケーシングされた蒸発器２０に入る空気２９の流れは、空気が蒸発器１のコア３９を通るときに冷却剤に熱を除去することで冷却および調整され、また、空気出口２３を通ってケーシングされた蒸発器２０から排出される。冷却剤の流れは、エンクロージャ２１の側部２４を通って延びる流体入口ポート５により、エンクロージャ２１の外部の位置から入口マニホルド２の端部内に受け入れられる。冷却剤の流れは、平坦な管９ａのバンク内の流れチャネル１４を備える第１冷却剤通路１８ａを通って導かれる。
【００３６】
[0044]入口マニホルド２の反対の蒸発器１の端部において、冷却剤の流れは、中間ヘッダ３７を通って第１冷却剤通路１８ａから第２冷却剤通路１８ｂへ移動され、通路１８ａ内の流れの方向と反対の方向に流れ、通路１８ｂは、平坦な管９ｂのバンク内に流れチャネル１４を備える。冷却材の流れは、収集マニホルド３内に受け入れられ、流れ導管７により出口マニホルド４へ移動される。冷却剤の流れは、流体出口ポート６によりエンクロージャ２１の外の位置まで出口マニホルド４の端部から排出される。
【００３７】
[0045]エンクロージャ２１内に示されるように配置される蒸発器１に関して、第１通路１８ａ内の冷却剤の流れ方向は、空気入口２２に入るときに空気２９の流れ方向に対して鋭角をなすように向き決めされる。具体的には、これらの流れ方向の間の鋭角は、鋭角３０の余角である。例示的な実施形態において、空気の流れは、第１冷却剤通路１８ａに出会う前に、第２冷却剤通路１８ｂに出会う。しかし、いくつかの実施形態において、空気の流れは、反対の順序で冷却剤通路に遭遇してもよい。
【００３８】
[0046]いくつかの好ましい実施形態において、入口マニホルド２内に受け入れられる冷却剤の流れは、少なくとも部分的に液体である。冷却剤が第１冷却剤通路１８ａに沿って導かれるとき、第１の量の熱が空気２９の流れから冷却剤へ移動される。さらに、冷却剤が第２冷却剤通路１８ｂに沿って導かれるとき、第２の量の熱が空気２９の流れから冷却剤に移動される。いくつかの好ましい実施形態において、冷却剤の流れは、第１の量および第２の量の熱を受け取ることにより蒸気化され、また、いくつかの実施形態において、冷却剤の流れは、第１の量および第２の量の熱を受け取ることにより部分的に過熱される。
【００３９】
[0047]空気の流れが冷却されて除湿されるときに空気２９の流れから凝縮した水を捕獲するために、随意選択で、ケーシングされた蒸発器２０のエンクロージャ２１内に凝縮トレイ４３を設けることができる。凝縮トレイ４３は、凝縮物を受け入れるトラフ４４を含み、また、空気２９の流れが通路する開口部４５を含む。入口マニホルド２、収集マニホルド３、および出口マニホルド４は、全て、凝縮トレイ４３のトラフ４４のすぐ上に配置される。空気２９の流れから潜熱が除去されるときに、蒸発器コア３９で形成された凝縮物は、管９の鋭角端部１３に沿って毛管現象を介してマニホルド２、３へ移動し、トラフ４４に落ちる。凝縮物の排出管（図示せず）は、エンクロージャ２１の１つの側部２４を通ってトラフ４４内に延び、収集された凝縮物を凝縮トレイ４３から排出できるようにする。
【００４０】
[0048]本発明による蒸発器１０１の代替実施形態が図９に示される。全体として、蒸発器１０１の多くの要素は、図１−４で説明される要素と同一または実質的に類似しており、そのような要素は同一の符号が付されている。
【００４１】
[0049]蒸発器１０１は、端部３４、３５の間の位置に収集マニホルド３に接続されるブロック４６を含む。ブロック４６のアーチ形に形成された面４８は、マニホルド３の外側表面に一致し、ここに結合される。出口マニホルド１０４は出口ポート６からブロック４６へ延び、面４７を通りブロック４６の途中まで延びる。流れ導管は、面４８を通ってブロック４６内に延び、流体をマニホルド３からマニホルド１０４へ移動させる。そのような流れ導管（図９には示されない）は、たとえば、ブロック４６をマニホルド３、１０４へ結合させる前に、ブロック４６を機械加工することにより設けられる。
【００４２】
[0050]本発明のいくつかの特徴および要素の様々な代替形態が本発明の具体的に実施形態を参照しながら説明された。特徴、要素、動作方法が互いに排他的であり、または、上述の実施形態の各々で矛盾する場合を除き、具体的な実施形態を参照して説明された代替的な特徴、要素、動作方法は、他の実施形態に応用できることを理解されたい。
【００４３】
[0051]図示および上述の実施形態は、単なる例示として提供されており、本発明の趣旨および原理を限定することを意図するものではない。したがって、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、当業者は、要素およびその構成、配置を様々に変更できるであろう。
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図９】
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【外国語明細書】
2014016141000001.pdf