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特表2024-521714一体マルチパスおよびフロー分散技術を備える冷媒熱交換器
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2024-06-04
(54)【発明の名称】一体マルチパスおよびフロー分散技術を備える冷媒熱交換器
(51)【国際特許分類】
F28F 9/02 20060101AFI20240528BHJP
F28D 7/16 20060101ALI20240528BHJP
【ＦＩ】
F28F9/02 E
F28D7/16 D
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2023571844
(86)(22)【出願日】2022-05-19
(85)【翻訳文提出日】2024-01-16
(86)【国際出願番号】 US2022029990
(87)【国際公開番号】W WO2022246038
(87)【国際公開日】2022-11-24
(31)【優先権主張番号】63/190,843
(32)【優先日】2021-05-20
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】523436539
【氏名又は名称】エアボーン・イーシーエス・エルエルシー
【氏名又は名称原語表記】ＡＩＲＢＯＲＮＥ ＥＣＳ， ＬＬＣ
【住所又は居所原語表記】３１７２ ＥＡＳＴ ＤＥＳＥＲＥＴ ＤＲＩＶＥ ＳＯＵＴＨ， ＳＴ． ＧＥＯＲＧＥ， ＵＴ ８４７７０， ＵＮＩＴＥＤ ＳＴＡＴＥＳ ＯＦ ＡＭＥＲＩＣＡ
(74)【代理人】
【識別番号】110001818
【氏名又は名称】弁理士法人Ｒ＆Ｃ
(72)【発明者】
【氏名】ソレンセン，コール
(72)【発明者】
【氏名】カーリン，アンドリュー
【テーマコード（参考）】
3L103
【Ｆターム（参考）】
3L103AA17
3L103DD03
3L103DD43
(57)【要約】
複数のマイクロチューブを有するチューブスタックと、熱交換器の冷媒流体インレットと結合し、第一の方向に進む冷媒流体を前記チューブスタックに導入するように構成された第一のヘッダと、熱交換器の冷媒流体アウトレットに結合し、前記マイクロチューブのうちのいくつかを介して前記第一の方向に進む冷媒流体を受け入れ、かつ受け入れた冷媒流体を、前記マイクロチューブのうちのいくつかに向かって第二の方向に放出するように構成された第二のヘッダ通路を有する第二のヘッダとを含む熱交換器。第一のヘッダは、第二の方向に進む冷媒流体を受け入れて、受け入れた冷媒流体を、前記マイクロチューブのうちのいくつかに向かって第一の方向に放出するように構成された第一のヘッダ通路を有する。第二のヘッダは、前記第一の方向に進む冷媒流体を受け入れて、受け入れた冷媒を、熱交換器の冷媒流体アウトレットへ放出するようにさらに構成された。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
熱交換器システムの冷媒流体を冷却または加熱するためのマイクロチューブ熱交換器であって、チューブスタックを構成するように互いに実質的に平行に位置合わせされた複数のマイクロチューブを備える前記チューブスタックであって、前記冷媒流体と、前記複数のマイクロチューブの外側を通って流れる外部流体との間で熱を伝達できるように、冷媒流体が、前記複数のマイクロチューブを通過するように構成される、前記チューブスタックと、
前記チューブスタックの第一の端部に配置され、前記熱交換器の冷媒流体インレットに結合されかつ第一の方向に進む冷媒流体がそこを通って前記チューブスタックに導入されるインレットポートを備える、第一のヘッダと、
前記チューブスタックの第二の端部に配置され、前記複数のマイクロチューブのうちのいくつかを通って前記第一の方向に進む冷媒流体を受け入れかつ受け入れた冷媒流体を前記複数のマイクロチューブのうちのいくつかに向かって第二の方向に放出するように構成された第二のヘッダ通路を備える、第二のヘッダと、
を備え、前記第一のヘッダは、前記複数のマイクロチューブのうちのいくつかを通って前記第二の方向に進む冷媒流体を受け入れかつ受け入れた冷媒流体を前記複数のマイクロチューブのうちのいくつかに向かって前記第一の方向に放出するように構成された第一のヘッダ通路、をさらに備え、および
前記第二のヘッダは、前記複数のマイクロチューブのうちのいくつかを通って前記第一の方向に進む冷媒流体を受け入れかつ受け入れた冷媒流体を前記熱交換器の冷媒流体アウトレットへ放出するように構成されたアウトレットポート、をさらに備える、マイクロチューブ熱交換器。
【請求項2】
前記第一のヘッダ通路および前記第二のヘッダ通路の各々は、それぞれ、前記チューブスタックから前記冷媒流体を受け入れるように構成されたインレットポートを含むインレット面と、
前記受け入れた冷媒流体を前記チューブスタックに向かって放出するように構成されたアウトレットポートを含むアウトレット面と、
前記インレットポートと前記アウトレットポートとを流体的に結合する経路と、
を備える、請求項１に記載のマイクロチューブ熱交換器。
【請求項3】
前記経路は、前記インレットポートと前記アウトレットポートとを流体的に結合する実質的に１８０度のＵ字状経路である、請求項２に記載のマイクロチューブ熱交換器。
【請求項4】
前記第一のヘッダ通路および前記第二のヘッダ通路の各々に対して、前記インレット面および前記アウトレット面は、互いに実質的に同一平面上にある、請求項２に記載のマイクロチューブ熱交換器。
【請求項5】
前記第一のヘッダ通路および前記第二のヘッダ通路の各々に対して、前記インレット面は、複数の前記インレットポートを有し、かつ
前記アウトレット面は、複数の前記アウトレットポートを有し、
前記第一のヘッダ通路および前記第二のヘッダ通路の各々は、複数の前記経路をさらに備え、複数の前記経路の各々は、複数の前記インレットポートのうちの一つを、複数の前記アウトレットポートのうちの一つに流体的に結合する、請求項２に記載のマイクロチューブ熱交換器。
【請求項6】
前記第一のヘッダ通路および前記第二のヘッダ通路の各々は、前記チューブスタックのエンドプレートを密封しかつ前記インレット面と前記アウトレット面とを流体的に隔離するように構成されたガスケットをさらに備える、請求項２に記載のマイクロチューブ熱交換器。
【請求項7】
前記第一のヘッダは、複数の前記第一のヘッダ通路を備え、および前記熱交換器のインレット側のハウジング内に配置され、かつ前記第二のヘッダは、複数の前記第二のヘッダ通路を備え、および前記熱交換器のアウトレット側のハウジング内に配置される、請求項１に記載のマイクロチューブ熱交換器。
【請求項8】
前記第一のヘッダ通路および前記第二のヘッダ通路の各々は、前記チューブスタックに対向するように配置されたＵターン面と、
前記Ｕターン面から前記チューブスタックに向かって突出し、および前記チューブスタックのエンドプレートを密封して、前記Ｕターン面と前記チューブスタックとの間に密封された容積を形成するように構成されたガスケットを備える隆起した外周と、
を備え、前記ガスケットは、前記Ｕターン面と、密封された容積とが、前記複数のマイクロチューブのマイクロチューブから成る第一の群から移動する冷媒流体を受け入れて、冷媒流体を、前記複数のマイクロチューブのチューブから成る第二の群へ放出するように構成されるように、前記エンドプレートを密封する、請求項１に記載のマイクロチューブ熱交換器。
【請求項9】
冷媒流体を、マイクロチューブ熱交換器を通して循環させる方法であって、チューブスタックを構成するように互いに実質的に平行に位置合わせされた複数のマイクロチューブを備える前記チューブスタックであって、前記冷媒流体と、前記複数のマイクロチューブの外側を通って流れる外部流体との間で熱を伝達できるように、冷媒流体が、前記複数のマイクロチューブを通過するように構成される、チューブスタックと、
前記チューブスタックの第一の端部に配置されたインレットヘッダであって、第一のインレットヘッダ通路と、第二のインレットヘッダ通路と、第三のインレットヘッダ通路とを備える、インレットヘッダと、
前記チューブスタックの第二の端部に配置されたアウトレットヘッダであって、第一のアウトレットヘッダ通路と、第二のアウトレットヘッダ通路と、第三のアウトレットヘッダ通路とを備えるアウトレットヘッダと、
を備えるマイクロチューブ熱交換器を設けることと、
前記第一のインレットヘッダ通路を用いて、前記インレットヘッダのインレットポートにおいて、前記熱交換器の冷媒流体インレットから冷媒流体を受け入れて、受け入れた冷媒流体を、前記複数のマイクロチューブのマイクロチューブから成る第一の群へ放出することと、
前記第一のアウトレットヘッダ通路を用いて、前記マイクロチューブから成る第一の群から冷媒流体を受け入れて、受け入れた冷媒流体を、前記複数のマイクロチューブのマイクロチューブから成る第二の群へ放出することと、
前記第二のインレットヘッダ通路を用いて、前記マイクロチューブから成る第二の群から冷媒流体を受け入れて、受け入れた冷媒流体を、前記複数のマイクロチューブのマイクロチューブから成る第三の群へ放出することと、
前記第二のアウトレットヘッダ通路を用いて、前記マイクロチューブから成る第三の群から冷媒流体を受け入れて、受け入れた冷媒流体を、前記複数のマイクロチューブのマイクロチューブから成る第四の群へ放出することと、
前記第三のインレットヘッダ通路を用いて、前記マイクロチューブから成る第四の群から冷媒流体を受け入れて、受け入れた冷媒流体を、前記複数のマイクロチューブのマイクロチューブから成る第五の群へ放出することと、
前記第三のアウトレットヘッダ通路を用いて、前記マイクロチューブから成る第五の群から冷媒流体を受け入れて、受け入れた冷媒流体を、前記アウトレットヘッダのアウトレットポートから、前記熱交換器の冷媒流体アウトレットへ放出することと、
を含む方法。
【請求項10】
前記第二のインレットヘッダ通路、前記第三のインレットヘッダ通路、前記第一のアウトレットヘッダ通路および前記第二のアウトレットヘッダ通路の各々は、前記冷媒流体の受け入れ用のインレットポートを含むインレット面と、
前記受け入れた流体の放出用のアウトレットポートを含むアウトレット面と、
前記インレットポートと前記アウトレットポートを流体的に結合する経路と、
を備える、請求項９に記載の方法。
【請求項11】
前記第二のインレットヘッダ通路、前記第三のインレットヘッダ通路、前記第一のアウトレットヘッダ通路および前記第二のアウトレットヘッダ通路の各々に対して、前記経路は、前記インレットポートと前記アウトレットポートとの間の実質的に１８０度のＵ字状経路である、請求項１０に記載の方法。
【請求項12】
前記第二のインレットヘッダ通路、前記第三のインレットヘッダ通路、前記第一のアウトレットヘッダ通路および前記第二のアウトレットヘッダ通路の各々に対して、前記インレット面および前記アウトレット面は、互いに実質的に同一平面上にある、請求項１０に記載の方法。
【請求項13】
前記第二のインレットヘッダ通路、前記第三のインレットヘッダ通路、前記第一のアウトレットヘッダ通路および前記第二のアウトレットヘッダ通路の各々に対して、前記インレット面は、複数の前記インレットポートを有し、
前記アウトレット面は、複数の前記アウトレットポートを有し、および
各ヘッダ通路は複数の前記経路を備え、複数の前記経路の各々は、複数の前記インレットポートのうちの一つを、複数の前記アウトレットポートのうちの一つに流体的に結合している、請求項１０に記載の方法。
【請求項14】
前記第二のインレットヘッダ通路、前記第三のインレットヘッダ通路、前記第一のアウトレットヘッダ通路および前記第二のアウトレットヘッダ通路の各々は、前記チューブスタックのエンドプレートを密封し、および前記インレット面と前記アウトレット面とを流体的に隔離するように構成されたガスケットをさらに備える、請求項１０に記載の方法。
【請求項15】
前記第二のインレットヘッダ通路、前記第三のインレットヘッダ通路、前記第一のアウトレットヘッダ通路および前記第二のアウトレットヘッダ通路の各々は、前記チューブスタックに対向するように配置されたＵターン面と、
前記Ｕターン面から突出し、および前記Ｕターン面と前記チューブスタックとの間に密封された容積を形成するように、前記チューブスタックのエンドプレートを密封するように構成されたガスケットを備える隆起した外周と、
を備え、前記ガスケットは、前記密封された容積が、前記冷媒流体の前記マイクロチューブから成るそれぞれの群からの受け入れと、前記マイクロチューブから成るそれぞれの群への冷媒流体の放出とを実行するように前記エンドプレートを密封する、請求項９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
関連出願の相互参照
この出願は、“ＲＥＦＲＩＧＥＲＡＮＴ ＨＥＡＴ ＥＸＣＨＡＮＧＥＲ ＷＩＴＨ ＩＮＴＥＧＲＡＬ ＭＵＬＴＩＰＡＳＳ ＡＮＤ ＦＬＯＷ ＤＩＳＴＲＩＢＵＴＩＯＮ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ”というタイトルの、２０２１年５月２０日に出願された米国仮特許出願第６３／１９０，８４３号の出願日の利益を主張するものであり、特許の開示全体は、参照によって本開示に組み込まれるものとする。
この出願は、“ＲＥＦＲＩＧＥＲＡＮＴ ＨＥＡＴ ＥＸＣＨＡＮＧＥＲ ＷＩＴＨ ＩＮＴＥＧＲＡＬ ＭＵＬＴＩＰＡＳＳ ＡＮＤ ＦＬＯＷ ＤＩＳＴＲＩＢＵＴＩＯＮ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ”というタイトルの、２０２１年５月２０日に出願された米国仮特許出願第６３／１９０，８４３号の出願日の利益を主張するものであり、特許の開示全体は、参照によって本開示に組み込まれるものとする。
【0002】
本開示は、マイクロチューブ熱交換器に関する。より具体的には、本開示は、効率的な多経路の冷媒流体の流路を可能にするヘッダを有するマイクロチューブ熱交換器に最も直接的に関連する。
【背景技術】
【0003】
従来の熱交換器において、熱交換器ヘッダへの入口の箇所につながるホースまたは配管等の冷媒流体の入口通路は、熱交換器内の経路の全断面積を合計したものよりも小さい全断面積を有する。例えば、航空宇宙の冷媒マイクロチューブの熱交換器への一つの入口チューブは、すべてのマイクロチューブを合計した面積の十分の一の面積である断面積を有することがある。
【0004】
冷媒蒸気は、自由膨張中に作動流体が二つの相（液体と蒸気）に分かれる際に、膨張弁の直後に利用可能な容積の不釣り合いな割合を占める。この蒸気は、作動液体が均一な配分ですべての熱交換器経路に自由に入るのを妨げる。冷媒蒸気は、蒸発器熱交換器の能力に少しだけ付加価値を与える。熱交換のほとんどが、液体から蒸気への（蒸発器）または蒸気から液体への（凝縮器）冷媒の相変化中に行われるため、冷媒蒸気は、蒸発器内のごくわずかな熱を吸収する。
【0005】
従来の冷媒流体の配分技術は、多くの場合、混合装置またはオリフィスを用いて、分かれた二相の蒸気―液体を合わせ、いくつかの通路を介して熱交換器へ輸送する。いくつかの技術は、分かれた二相の流体を開放型熱交換器のヘッダに導入し、その結果として、追加的な膨張や分離に伴う問題をさらに悪化させる。この不均一で不均質な配分は、熱交換器の全体効率を低下させる。さらに、現時点での従来技術は、可能なインレット通路の数によって制限される。このような従来技術は、熱交換器が数千のマイクロチューブを含む場合には利用できない。
【0006】
従来、急激な膨張および急激なフロー分散の収縮に敏感である冷媒がヘッダに入って広がりが悪くなり、効率の局所的な損失を生じる問題を解決するための形態または技術は熱交換器ヘッダ内にない冷媒が、熱交換器ヘッダのより大きな容積に入る際、ヘッダ内での二相冷媒のさらなる分離がしばしば起きる。この分離は、熱交換器の全体効率を低下させる。
【0007】
そのため、熱交換器ヘッダの周知の特徴にもかかわらず、熱交換器の全体効率を向上させるために、マイクロチューブ熱交換器を介した流体フローを改善して、作動流体の二相分離を少なくするかまたはなくすための相当かつ永続的な未解決の必要性が依然として存在する。
【発明の概要】
【0008】
開示した実施形態の技術革新は、高効率のフロー管理のための形態を組み込むことによって、熱交換器アセンブリにおけるヘッダを改良する。この技術は、マイクロチューブ熱交換器の機能的な断面積が、ヘッダにつながるシステムの入口ポートの断面積にほぼ同一である複数の部分に分割されることを確保する。マイクロチューブ熱交換器のヘッダに組み込まれる同様の断面積の技術は、ヘッダ内での不必要な大規模の二相分離を改善し、すなわち、作動流体が、依然として同質のままであるように層の分離を少なくするかまたはなくし、それによって、マイクロチューブ熱交換器のより高い全体効率を駆動するのに役に立つ。
【0009】
熱交換器を典型的に組み込んでいるシステム、例えば、航空宇宙産業におけるシステムは、実質的な追加冷却を要するより多くのコンピュータ技術および高度な電子機器も組み込むように進化している。その結果として、重量を最小限にしながら、より良好な効率評価を実現するための冷却システムの熱交換器技術の開発に対する要望がある。本開示の観点から、高効率は、マイクロチューブ自体内の相変化を最大限にしながら、熱交換器ヘッダにおける冷媒の相変化を最小限にすることによって実現可能であり、その結果として、より良好な熱伝達がもたらされる。このことは、より多くのマイクロチューブが、蒸気だけではなく液体フローを有すること、すなわち、ヘッダからマイクロチューブへの液体冷媒のより均一な配分によるものである。さらに、本願明細書に記載されている方法およびシステムは、混合装置の必要性を効果的になくし、その結果として、重量の増加、あるいは、混合オリフィスからの圧力の損失を伴うことなく、熱効率の要求が実現される。
【0010】
一つの実施形態において、形状は、アウトレットへのいくつかの前後の通路の流路全体を通して同じ断面積のインレットを保持するために、マイクロチューブ熱交換器ヘッダ内に内部チューブ、経路または通路を組み込んでいる。内部チューブは、有害な圧力損失を最小限にするために、マルチパスのマイクロチューブ熱交換器を通る連続通路間に緩やかなＵターンをさらに提供する。膨張または蛇行流路による大きな圧力損失は、作動流体の相分離の一因となり、最終的には、熱交換器の非効率性を増大させる。Ｕターンの緩やかな移行は、各通路の場合の二相冷媒の何らかの急激な膨張または急縮を最小限にするのにも役に立つ。
【0011】
他の実施形態は、緩やかなＵターンを得るための形態変形例を含む。例えば、一つの実施形態は、ヘッダ内へのインサートとして適合するように適応させることができ、および緩やかなＵターンを得るための内部通路を用いる。別の同様の実施形態は、熱交換器へのヘッダとして適合するように適応させることができるが、それは、インサートをヘッダ形態に一体化する。
【0012】
別の実施形態においては、インレット側とアウトレット側の両方において、ヘッダエンドキャップのインサート（ｈｅａｄｅｒ ｅｎｄｃａｐ ｉｎｓｅｒｔ）が熱交換器ヘッダの内部に適合するように適応されている。この実施形態は、緩やかなＵターンを実現するための固有の凹状形態を含む。凹面は、内部通路ほど効率的ではない可能性があるが、緩やかなＵターン形態の機能性は維持される。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【図1】作動流体流路も図示されている、本開示の実施形態によるマイクロチューブ熱交換器を示す図。
【図9】ヘッダの斜視断面図。
【図10】本開示の別の実施形態による熱交換器を示す図。
【図17】本開示の実施形態によるチューブスタックを示す図。
【図18】本開示の実施形態による、熱交換器を介して冷媒流体を循環させる方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0014】
以下の記載は、現時点で好適な実施形態に関し、本発明に対する限定を述べていると解釈すべきではなく、一方で、本発明の広範な範囲は、現時点で添付され得る、または、本出願または関連する出願において後に追加されるか、または補正される可能性のある特許請求の範囲を参照して考えるべきである。特に指示のない限り、それらの説明で用いられている用語は、一般的に、当業者によって理解されるであろうものと同じ意味を有することを理解すべきである。また、使用されている用語は、一般的に、関連技術の脈絡の中で理解されるであろう通常の意味を有することが意図されていること、また、用語は、一般に、特定の文脈が別様に明確に要求しない限り、または要求する範囲内のみで、等価物を概念的に包含する公式の定義または理想的な定義に限定すべきではないことも理解すべきである。
【0015】
これらの説明の目的のために、いくつかの言い回しの単純化も、本明細書内または特定の請求項における具体的な文脈において別様に明確にされている場合を除いて、普遍的に理解すべきである。「または」という用語の使用は、代替を指すものと理解すべきであるが、それは、一般的には、代替のみを指すように明示的に指示がない限り、または、代替が本質的に相互に排他的でない限り、「および／または」を意味するのに用いられている。値について言及する場合、「約」という用語は、近似値、一般的に、値の半分を加算または減算した値であると解釈できる値を示すのに用いることができる。「一つの」等は、明確に別段の指示のない限り、一つ以上を意味することができる。このような「一つ以上の」という意味は、「有する」、「備える」または「含む」等の非制限語句に関連して言及される場合に特に意図される。同様に、「別の」対照物は、少なくとも第二のまたはそれ以上の対照物を意味する可能性がある。
【0016】
以下の説明は、主に好適な実施形態に関し、時折、いくつかの代替的な実施形態も言及されることがあるが、他の多くの代替的な実施形態も、本発明の範囲内にあることを理解すべきである。当業者は、これらの実施例で開示されている技術は、さまざまな実施形態の実施に際して良好に機能する技術を示すと考えられ、従って、実施のための好適な態様を構成すると考えることができることを正しく認識すべきである。しかし、本開示を考慮して、当業者は、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、同等の機能または結果を依然として得ながら、開示されている実施形態に対して多くの変更を行えることも正しく認識すべきである。
【0017】
図１は、本開示の熱交換器１００を示す。熱交換器によって冷却または加熱された作動流体の意図する流路は、矢印１０ａ、１０ｂによって熱交換器１００に出入りして進むように図示されている。本願明細書においては冷媒流体ともいう作動流体は、冷媒、水またはガス等の熱交換目的に用いられる任意の適当な流体とすることができる。本開示の好適な実施形態において、作動流体はＲ１３４ａ冷媒であるが、当業者は、同様の特性を有する他の冷媒類も使用できることを正しく認識するであろう。熱交換器１００は、冷媒流体フローの矢印１ｐ、２ｐ、３ｐ、４ｐ、５ｐが、熱交換器のチューブスタックアセンブリ１５０を通る冷媒流体の多数の通路を示す状態で示されている。したがって、以下で詳細に議論するように、ヘッダ２００、２５０は、熱交換器１００をマルチパス熱交換器として分類できるようになっている。
【0018】
熱交換器のチューブスタックアセンブリ１５０は、複数のマイクロチューブ１５２を収容している。いくつかの実施形態において、チューブスタックアセンブリ１５０は、数十、数百あるいは数千ものマイクロチューブ１５２を組み込んでいてもよい。外部の流体は、複数のマイクロチューブ１５２の外側面（「シェル側」）を通って流れて、複数のマイクロチューブ１５２を介して内部（「チューブ側」）を流れる冷媒流体を冷却または加熱する。液体冷却の熱交換器において、外部の流体は、いくつかの実施形態において、例えば、水または冷却剤等の液体である。ガス冷却の熱交換器においては、外部の流体は、いくつかの実施形態において、例えば、空気等の気体である。マイクロチューブ１５２は、各々、ミクロンスケールで測定可能である内径（ｉｎｎｅｒ ｄｉａｍｅｔｅｒ：ＩＤ）を有している。例えば、いくつかの好適な実施形態において、各マイクロチューブ１５２は、実質的に０．０１８インチのＩＤと、０．０２～０．１インチの外径（ｏｕｔｅｒ ｄｉａｍｅｔｅｒ：ＯＤ）と、０．００１７～０．０１インチの壁厚とを有する。当業者は、マイクロチューブ１５２が、本開示の範囲から逸脱することなく、既に記載されているものよりも小さいかまたは大きいＩＤ、ＯＤおよび壁厚を有することができることを理解するであろう。前述したように、本開示のいくつかの実施形態においては、チューブスタック１５０内に数千のマイクロチューブ１５２がある。例えば、一つの実施形態において、チューブスタック１５０は、６，７００のマイクロチューブ１５２を有している。いくつかの実施形態においては、エンドプレート１６０、１７０の平方インチ当たり７００～１，１００のマイクロチューブ１５２がある。各マイクロチューブ１５２は、多くの通常用いられている方法のうちのいずれかから、例えば、圧延およびシーム溶接または押出成形されることによって形成することができる。いくつかの実施形態において、マイクロチューブ１５２は、ステンレス鋼合金、例えば、３０４ステンレス鋼または３１６ステンレス鋼等から形成される。しかし、マイクロチューブは、多数の材料、例えば、超合金（例えば、インコネル）、チタンまたはアルミニウム等のいずれかから形成することができる。
【0019】
複数のマイクロチューブ１５２の各々の各端部は、チューブスタックのエンドプレート１６０、１７０と結合されている。各マイクロチューブ１５２の端部は、多数の結合方法、例えば、ろう付け、溶接またはボンディング等のいずれかによって、それぞれのエンドプレート１６０、１７０に結合することができる。
【0020】
エンドプレート１６０、１７０の外側面に隣接して、図２Ａ、図２Ｂおよび図３に示すヘッダインサート２００および２５０が配置されている。ヘッダ２００は、インレット側のヘッダであり、ヘッダ２５０は、アウトレット側のヘッダである。ヘッダインサート２００は、熱交換器インレットのハウジング１３０内に配置され、ヘッダインサート２５０は、熱交換器アウトレットのハウジング１４０内に配置されている。ハウジング１３０、１４０は、ヘッダ２００、２５０を、それらそれぞれのチューブスタックエンドプレート１６０、１７０に対して密封するねじなどの締結具１１によって、熱交換器の本体１２０に取付けられている。いくつかの実施形態において、ヘッダインサート２００、２５０は、それらそれぞれのハウジング１３０、１４０内に嵌るパネルである。ヘッダ２００、２５０は、それらそれぞれのハウジング１３０、１４０とは別個のものであり、ハウジング１３０、１４０に取外し可能に結合されるため、インサートと呼ばれている。液体熱交換器の場合、ヘッダは、熱交換器を収容するハウジングユニットに取付けられる。空気熱交換器の場合は、ヘッダは、熱交換器に直接取付けられる。他の同様の取付け方法を用いることができるが、熱交換器または圧力容器に関連する任意の取付け方法が、本開示の適用の候補であることに留意すべきである。
【0021】
インレットヘッダ２００は、ヘッダ本体２０２と、隣接するエンドプレート１６０およびチューブスタック１５０に対向するように構成された内側対向の面２０１とを有する。面２０１は、ガスケット２１４によって、複数の独立した面２０１ａ～２０１ｅに分けられている。ガスケット２１４は、以下において、流路が詳細に議論される際に明らかになるように、さまざまな冷媒流体の通路１ｐ～５ｐの混合または二次汚染を防ぐために、面の外周に配置されている。ガスケット２１４は、面を十分に分けるために、隆起縁部２１１上の面２０１ａ～２０１ｅからエンドプレート１６０に向かって外側に突出している、ヘッダ本体２０２のガスケット溝２１２に配置されている。ガスケット２１４は、エンドプレート１６０を密封し、それによって前述した通路１ｐ～５ｐを画定し、および複数のマイクロチューブ１５２のうちのいくつかのどれかが、各通路１ｐ～５ｐに組み込まれる。ガスケット２１４は、ゴムまたはエラストマー材料から形成される。ガスケット２１４は、好ましくは、エラストマー材料、ゴム、または、作動流体に適合する他の材料で構成される。適合すると記載されている材料は、材料の特性が、作動流体との接触時に損なわれないことを意味する。非適合材料は、作動流体に継続的に曝されている間に膨張するかまたは劣化する可能性がある。本開示を説明する目的のために、ヘッダインサート２００とガスケット２１４の材料の両方は、Ｒ１３４ａ等の一般的な冷媒に適合する。本開示のさまざまな実施形態において、ガスケット２１４は、ニトリルゴム、例えば、エチレンプロピレンジエンモノマー（ｅｔｈｙｌｅｎｅ ｐｒｏｐｙｌｅｎｅ ｄｉｅｎｅ ｍｏｎｏｍｅｒ：ＥＰＤＭ）ゴム等のブナＮ（Ｂｕｎａ－Ｎ）またはＭクラスのゴムから形成される。当業者は、本開示の適用によって、本願明細書に記載されているさまざまな種類の適合性材料または作動流体を用いることができることを正しく認識すべきである。
【0022】
各面２０１ａ～２０１ｅは、少なくとも一つの結合ポート２０４ａ～２０４ｅも含む。図示されているように、各面２０１ｂ、２０１ｃ、２０１ｄ、２０１ｅは、四つのポート２０４ｂ、２０４ｃ、２０４ｄ、２０４ｅを含み、面２０１ａは、一つのポート２０４ａを含む。以下で詳細に議論するように、さまざまなポート２０４ａ～２０４ｅは、冷媒流体をポート２０４ａ～２０４ｅ間で移送できるように、ヘッダ本体２０２の内部で巧妙に相互接続されている。図示されているように、湾曲面は、面２０１ａ～２０１ｅと結合ポート２０４ａ～２０４ｅとの間の円滑な移行をもたらす。円滑な移行は、以下で詳細に議論するように、ポート２０４ａ～２０４ｅとチューブスタック１５０との間でのより緩やかで乱流を抑えた流体フローを可能にし、このこともまた流体フローの圧力低下を少なくし、およびヘッダ２００内で発生する相変化の機会を低減する。
【0023】
ヘッダ２５０は、ヘッダ２００のものと似ている形状構成を有している。具体的には、ヘッダ２５０は、１８０度回転させたヘッダ２００である。アウトレットヘッダ２５０は、ヘッダ本体２５２と、隣接するエンドプレート１７０およびチューブスタック１５０に対向するように構成された内側対向の面２５１とを有する。面２５１は、ガスケット２６４によって、複数の独立した面２５１ａ～２５１ｅに分けられている。ガスケット２６４は、面を十分に分けるために、隆起縁部２６１上の面２５１ａ～２５１ｅからエンドプレート１７０に向かって外側に突出している、ヘッダ本体２５２のガスケット溝２６２に配置されている。ガスケット２６４は、エンドプレート１７０を密封し、それによって前述した通路１ｐ～５ｐを画定し、その結果、複数のマイクロチューブ１５２のうちのどれかが各通路１ｐ～５ｐに組み込まれるかを画定する。ガスケット２６４は、前述したガスケット２１４と実質的に同じであり、ガスケット２１４と同じ材料から形成することができる。各面２０１ａ～２０１ｅは、少なくとも一つの結合ポート２５４ａ～２５４ｅも含む。以下で詳細に議論するように、さまざまなポート２５４ａ～２５４ｅは、冷媒流体をポート２０４ａ～２０４ｅ間で移送できるように、ヘッダ本体２５２の内部で巧妙に相互接続されている。アウトレットポート２５６は、アウトレットハウジング１４０のアウトレットポート１４２と結合されるように構成され、前述したインレットヘッダ２００と実質的に同じである。
【0024】
図１～図３を参照すると、熱交換器１００を通って移動する冷媒流体の流路を理解することができ、以下、流路について説明する。冷媒流体は、ハウジング１３０のインレットポート１３２と結合されている、インレットヘッダ２００のインレットポート２０６において熱交換器１００に入る。インレットポート２０６は、以下で詳細に示すように、ポート２０４ａと流体的に結合されており、冷媒流体はポート２０４ａに移送される。次いで冷媒流体は、ポート２０４ａからチューブスタック１５０に向かって吐出される。ポート２０４ａから出る流体は、マイクロチューブ１５２のマイクロチューブ１５２ａから成る第一の群に入る。マイクロチューブ１５２ａから成る第一の群は、ガスケット２１４および２６４がエンドプレート１６０、１７０を密封することにより、面２０１ａおよび２５１ａに流体的に結合された端部を有するマイクロチューブである。次に流体は、（経路１ｐに沿って）マイクロチューブ１５２ａを通って進み、および面２５１ａに当たって放出され、そこで流体はポート２５４ａによって受け入れられる。以下で詳細に説明するように、ポート２５４ａは、ポート２５４ｂと相互接続されており、流体は、ポート２５４ａからポート２５４ｂへ移送される。次いで冷媒流体は、ポート２５４ｂからチューブスタック１５０に向かって吐出される。ポート２５４ｂから出る流体は、マイクロチューブ１５２のマイクロチューブ１５２ｂから成る第二の群に入る。マイクロチューブ１５２ｂから成る第二の群は、エンドプレート１６０、１７０を密封するガスケット２１４および２６４により面２０１ｂおよび２５１ｂと流体的に結合された端部を有するマイクロチューブである。次に流体は、（経路２ｐに沿って）マイクロチューブ１５２ｂを通って進み、面２０１ｂに当たって放出され、そこで流体は、ポート２０４ｂによって受け入れられる。以下で詳細に説明するように、ポート２０４ｂはポート２０４ｃと相互接続されており、流体は、ポート２０４ｂからポート２０４ｃへ移送される。次いで冷媒流体は、ポート２０４ｃからチューブスタック１５０に向かって吐出される。ポート２０４ｃから出る流体は、マイクロチューブ１５２のマイクロチューブ１５２ｃから成る第三の群に入る。マイクロチューブ１５２ｃから成る第三の群は、エンドプレート１６０、１７０を密封するガスケット２１４および２６４により面２０１ｃおよび２５１ｃと流体的に結合された端部を有するマイクロチューブである。次に流体は、（経路３ｐに沿って）マイクロチューブ１５２ｃを通って進み、面２５１ｃに当たって放出され、そこで流体は、ポート２５４ｃによって受け入れられる。以下で詳細に説明するように、ポート２５４ｃはポート２５４ｄと相互接続されており、流体は、ポート２５４ｃからポート２５４ｄへ移送される。次いで冷媒流体は、ポート２５４ｄからチューブスタック１５０に向かって吐出される。ポート２５４ｄから出る流体は、マイクロチューブ１５２のマイクロチューブ１５２ｄから成る第四の群に入る。マイクロチューブ１５２ｄから成る第四の群は、エンドプレート１６０、１７０を密封するガスケット２１４および２６４により面２０１ｄおよび２５１ｄに流体的に結合された端部を有するマイクロチューブである。次に流体は、（経路４ｐに沿って）マイクロチューブ１５２ｄを通って進み、面２０１ｄに当たって放出され、そこで流体は、ポート２０４ｄによって受け入れられる。以下で詳細に説明するように、ポート２０４ｄはポート２０４ｅと相互接続されており、流体は、ポート２０４ｄからポート２０４ｅへ移送される。次いで冷媒流体は、ポート２０４ｅからチューブスタック１５０に向かって吐出される。ポート２０４ｅから出る流体は、マイクロチューブ１５２のマイクロチューブ１５２ｅから成る第五の群に入る。マイクロチューブ１５２ｅから成る第五の群は、エンドプレート１６０、１７０を密封するガスケット２１４および２６４により面２０１ｅおよび２５１ｅに流体的に結合された端部を有するマイクロチューブである。次に流体は、（経路５ｐに沿って）マイクロチューブ１５２ｅを通って進み、面２５１ｅに当たって放出され、そこで流体は、ポート２５４ｅによって受け入れられる。ポート２５４ｅは、ヘッダ２５０のアウトレットポート２５６に流体的に結合されており、流体は、熱交換器１００からアウトレットポート２５６を介してアウトレットハウジング１４０のアウトレットポート１４２へ吐出される。
【0025】
図４は、ガスケット２１４が密封するエンドプレート１６０の面を示す。エンドプレートは、複数のホール１６２を有し、各ホールは、冷媒流体がホール１６２を介してヘッダ２００とマイクロチューブ１５２との間を通過できるように、複数のマイクロチューブ１５２のうちの一つと位置合わせされている。点線は、ガスケット２１４が、エンドプレート１６０の外縁を密封するのに加えて、エンドプレート１６０を密封する箇所を示している。この視点から、ガスケット２１４がどのようにしてマイクロチューブ１５２を、マイクロチューブ１５２ａ～１５２ｅから成る別々の群に分けるかを理解できる。各ホール１６２ａは、マイクロチューブから成る第一の群のマイクロチューブ１５２ａと結合されている。各ホール１６２ｂは、マイクロチューブから成る第二の群のマイクロチューブ１５２ｂと結合されている。各ホール１６２ｃは、マイクロチューブから成る第三の群のマイクロチューブ１５２ｃと結合されている。各ホール１６２ｄは、マイクロチューブから成る第四の群のマイクロチューブ１５２ｄと結合されている。各ホール１６２ｅは、マイクロチューブから成る第五の群のマイクロチューブ１５２ｅと結合されている。前述したように、マイクロチューブ１５２は、多くの結合方法、例えば、ろう付け、溶接またはボンディング等のいずれかによってエンドプレート１６０のホール１６２に結合することができる。
【0026】
当業者は、エンドプレート１６０が、本開示の一つまたは種々の実施形態にすぎないことを理解するであろう。他の実施形態において、エンドプレート１６０は、より小さな径のマイクロチューブ１５２を有するチューブスタック１５０を収容するために、より小さくおよびより多く密集して集まったホール１６２を有することができる。前述したように、本開示のいくつかの実施形態において、チューブスタック１５０は、数百または数千ものマイクロチューブ１５２を有し、当業者は、エンドプレート１６０とエンドプレートのホール１６２が、関連するチューブスタック１５０に適応するように製造されるであろうことを理解するであろう。当業者は、エンドプレート１７０が、前述したエンドプレート１６０と実質的に同じであることを理解するであろう。図示されているように、ガスケット２１４は、ホール１６２のうちのいくつかを部分的にカバーする。しかし、熱交換器１００のマルチパス構成の能力の方が、カバーされているホール１６２のうちのいくつかによる何らかの効率損失よりもはるかに上回っている。
【0027】
図５は、ガスケット溝２１２を見えるようにするためにガスケット２１４が取り外された状態のヘッダ２００の斜視図を示す。当業者は、ヘッダ２５０およびガスケット溝２６２が、図示されているヘッダ２００およびガスケット溝２１２と実質的に同じであることを理解するであろう。
【0028】
図６はヘッダ２００の斜視図を示し、ヘッダ２００の内部流路または経路を見ることができる。通路２３０は、インレットポート２０６とポート２０４ａを流体的に結合している。四つの通路２３２があり、各通路２３２は、ポート２０４ｂのうちの一つと、ポート２０４ｃのうちの一つを流体的に結合している。四つの通路２３４があり、各通路２３４は、ポート２０４ｂのうちの一つと、ポート２０４ｅのうちの一つを流体的に結合している。選択された通路導管内にある間の作動流体のフロー方向は、点線の矢印で示されている。本開示においては、選択された少数の流路導管内のフローを表すために点線の矢印が用いられているが、当業者には、各点線の矢印が、前述した流路によるすべての流路導管のフロー方向も示すことは明らかなはずである。流路導管２３０、２３２、２３４は、本願明細書においてはフロー経路ともいう。
【0029】
個々の流路２３０、２３２、２３４の形態のわずかな違いにもかかわらず、各流路２３０、２３２、２３４の断面積は、実質的に一定のままである。一定の断面積は、流路２３０、２３２、２３４の単位長さ当たりで一定の容積を維持する。当業者は、断面積が、単位長さ当たりの容積全体にどのように影響を及ぼすかを分かっているであろう。流路２３２、２３４の一定の断面積は、圧力損失を最小限にすることにさらに寄与する。さらに、いくつかの実施形態において、四つの経路２３２の各々の長さは、互いに実質的に等しく、また、経路２３４の各々の長さは、実質的に互いに等しく、このことは、一定の容積を維持することにより、これらのＵターンに沿った圧力低下を低減し、およびヘッダ２００によって発生する相変化の機会を低減する。図示されている流路２３２、２３４の形態は、本願明細書において以後、「緩やかなＵターン」曲線と呼んでもいいが、代替的な実施形態は、同様の結果を実現するために、他の形状の形態を用いてもよい。しかし、図示されている緩やかなＵターンは、緩やかな形態として好適であり、険しい形態とは対照的に、緩やかな形態はターンに沿った圧力低下を低減する。
【0030】
図７は、ヘッダ２００の正面図を示す。いくつかの実施形態において、ポート２０４ｂ、２０４ｃ、２０４ｄおよび２０４ｅの各々の断面積は互いに等しい。いくつかの実施形態において、四つのポート２０４ｂの断面積の合計は、ポート２０４ａの断面積に等しい。いくつかの実施形態において、四つのポート２０４ｃの断面積の合計は、ポート２０４ａの断面積に等しい。いくつかの実施形態において、四つのポート２０４ｄの断面積の合計は、ポート２０４ａの断面積に等しい。いくつかの実施形態において、四つのポート２０４ｅの断面積の合計は、ポート２０４ａの断面積に等しい。換言すると、いくつかの実施形態において、ポート２０４ａの断面積は、ポート２０４ｂ～２０４ｅの各々の断面積の四倍である。したがって、インレットポート２０４ａによって画定されるフロー断面積は、熱交換器の流路にわたって保持される。熱交換器を通して同じ流路断面積を保持することにより、冷媒流体の圧力低下が低減される。代替的な実施形態は、熱交換器１００にわたって流路の断面積を最も良く保持するために、本開示に記載されているものより多いかまたはより少ないポートを有していてもよい。
【0031】
当業者は、ヘッダ２００は、チューブスタック１５０から第一の方向に進む流体を受け入れて、チューブスタック１５０に向かって、第一の方向の反対の第二の方向に戻して、受け入れられた流体を放出するように構成されたヘッダ流体通路を有していると言えることを理解するであろう。例えば、ヘッダ２００は、面２０１ｂおよび２０１ｃと、ポート２０４ｂおよび２０４ｃと、経路２３２とを備えるヘッダ流体通路を有していると考えることができる。ヘッダ流体通路は、面２０１ｂおよびポート２０４ｂにおいてチューブスタック１５０から流体を受け入れて、面２０１ｃおよびポート２０４ｃにおいて経路２３２を介して流体を放出するように構成されている。同様に、面２０１ｄおよび２０１ｅと、ポート２０４ｄおよび２０４ｅと、経路２３４は、ヘッダ２００の別のヘッダ流体通路を構成している。当業者は、ヘッダ２５０が、ヘッダ２００の場合に記載されているものと同様のヘッダ流体通路を有していることを理解するであろう。さらに、インレットヘッダ２００は、ポート２０６、２０４ａと面２０１ａとを備えるインレット通路を有し、アウトレットヘッダ２５０は、ポート２４５、２５４ｅと面２５１ｅとを備えるアウトレット通路を有する。また、記載されている各ヘッダ通路は、ガスケット２１４、２６４も含む。
【0032】
従来、熱交換器は、リザーバまたはアキュムレータと同様の大きな開放容積を備えたヘッダを有する。大きな開放容積は、作動流体が急激に膨張する機会を可能にし、その結果として、圧力低下および効率の低下に寄与する。記載されている流路２３２、２３４の形態で、緩やかなＵターン形状は、一定の断面積の保持、および円滑な方向変化をもたらすことによって、圧力低下を最小限にするかまたはなくす。さらに、Ｕターン形状は、多数の通路の間で緩やかな移行を実行することにより、チューブスタック１５０の有効な長さを延ばすように機能する。作動流体が急に方向を変えた場合、圧力低下が発生する可能性があり、このことはフロー方向の急激な変化中に起きる。そのため、流路形態の構造においては、鋭角または９０度の方向転換が避けられる。
【0033】
図８のヘッダインサート２００の図は、図７に示す面Ａ－Ａにおける部分断面図であり、作動流体の流路２３４の形態を示す。当業者は、図８に描かれている形態以外のいくつかの形状の形態を、本開示の用途において同様の結果を実現するのに用いてもよいことを正しく認識するであろう。
【0034】
ヘッダインサート２００、２５０は、適用される作動流体に適合する材料によって構成されている。いくつかの実施形態において、ヘッダインサート２００、２５０は耐圧部ではないため、およびハウジング１３０、１４０が、業界固有の要件を満たすように製造されるため、インサートは、さまざまな業界固有の耐圧構造要件を満たす必要はない。さらに、ヘッダインサート２００、２５０は、圧力に耐える必要のある、側部ハウジングユニット１３０、１４０を含む構造の完全性に損なうことなく、経験的な材料によって構成することができるであろう。ヘッダインサート２００、２５０を作るのに、鋳造または３Ｄプリンティング等の製造方法を用いることができる。当業者は、ヘッダインサート２００、２５０を作るのに、他の形態の追加的な製造法も用いることができることを正しく認識するであろう。いくつかの実施形態において、ヘッダインサート２００、２５０は、３ｄプリントされ、ナイロンで形成される。いくつかの実施形態において、ヘッダインサートは金属で形成される。
【0035】
いくつかの実施形態において、ヘッダインサート２００、２５０は、維持コストを下げるための改造用途にも用いることができ、または、独立したパネルまたはインターロッキングのモジュール式パネルが必要である可能性のある他の用途に利用することができるであろう。例えば、いくつかの実施形態において、熱交換器１００は、シングルパスマイクロチューブの熱交換器になるように製造される。いくつかの実施形態によれば、ヘッダインサート２００、２５０は、熱交換器１００をシングルパスマイクロチューブ熱交換器からマルチパス熱交換器に変更するために、ハウジング１３０、１４０に挿入される。
【0036】
図９は、マイクロチューブ熱交換器の代替的な実施形態に用いられるヘッダ３００の切取図を示す。ヘッダ３００は、前述したヘッダ２００と実質的に同じであるが、ヘッダ３００が、ヘッダ２００等のハウジング１３０に挿入されるインサートではないことを除く。それよりもむしろ、ヘッダ３００は、熱交換器１００のハウジング１３０に直接結合されるように構成されているという点で一体ヘッダと考えられる。ヘッダ３００は、ヘッダを熱交換器本体に直接取付けることができるように、ボルト穴等の取付け穴３０３を有している。ヘッダ３００は、対応する面２０１ａ～２０１ｅと実質的に同じである面３０１ａ～３０１ｅを有している。ヘッダ３００は、対応するポート２０４ａ～２０４ｅと実質的に同じであるポート３０４ａ～３０４ｅを有している。ヘッダ３００は、ガスケット溝２１２と実質的に同じであるガスケット溝３１２を有し、およびガスケット２１４を受け入れるように構成されている。ヘッダ３００は、対応する通路２３０～２３４と実質的に同じである通路３３０～３３４を有している。ヘッダ３００は、流体供給ラインに結合されるように構成されたインレットポートを有している。ヘッダインサート３００は、ハウジングユニットから独立しているように設計され、従って、耐圧部に関連する仕様を忠実に守る必要はない。一体ヘッダ３００は、側部ハウジングユニット１３０、１４０の仕様に合致するヘッダインサート２００等価部分を要する。その結果として、材料および製造方法は、機能性を犠牲にすることなく、異なっていてもよい。
【0037】
当業者は、本開示の他の実施形態が、ヘッダ３００と実質的に同じであるが、前述したヘッダ２５０に対応する内側面と、ポートと、通路構成とを備えた一体アウトレットヘッダを含む。
【0038】
図１０は、本開示の別の実施形態による熱交換器４００を示す。当業者は、熱交換器４００が、前述した熱交換器１００と実質的に同じであることを理解するであろう。熱交換器４００は、前述したインレットハウジング１３０、アウトレットハウジング１４０および本体１２０と実質的に同じである、インレットハウジング４３０と、アウトレットハウジング４４０と、本体４２０とを備えている。熱交換器４００は、前述したチューブスタック１５０およびマイクロチューブ１５２と実質的に同じである複数のマイクロチューブ４５２を備えるチューブスタック４５０を有する。熱交換器４００は、前述したエンドプレート１６０および１７０と実質的に同じである、マイクロチューブ４５２と結合されたチューブスタックのエンドプレート４６０および４７０を有する。熱交換器４００は、インレットヘッダ５００およびアウトレットヘッダ５５０を有する。前述したヘッダインサート２００、２５０と同様に、ヘッダ５００、５５０は、それらそれぞれのハウジング１３０、１４０に収容されるヘッダインサートである。
【0039】
図１１は、インレットヘッダ５００を示す。インレットヘッダ５００は、ヘッダ本体５０２と、ガスケット溝５０６に配置されたガスケット５０４とを有する。ガスケット５０４は、前述したガスケット２１４と同じ材料から形成される。ヘッダ５００は、熱交換器４００に取付けられたときに、チューブスタック４５０に対向する内側対向面５０１を有する。隆起した密封縁部５０８は、熱交換器４００に取付けられたときに、内側面５０１からチューブスタック４５０に向かって延在し、その中に、ガスケット溝５０６が形成されている。隆起した縁部５０８は、面５０１を三つの独立した面５０１ａ、５０１ｂおよび５０１ｃに分けている。面５０１ａは、冷媒流体のリターンポート４３２からの冷媒流体を受け入れて、流体をチューブスタック４５０に向けて放出するように構成されたインレット通路５１０を備えている。インレット通路５１０は、前述したインレットポート２０６と実質的に同じであり、ポート４３２に流体的に結合されている。
【0040】
図１２は、アウトレットヘッダ５５０を示す。アウトレットヘッダ５５０は、ヘッダ本体５５２と、ガスケット溝５５６に配置されたガスケット５５４とを有する。ガスケット５５４は、前述したガスケット２１４と同じ材料から形成されている。ヘッダ５５０は、熱交換器４００に取付けられたときに、チューブスタック４５０に対向する内側対向面５５１を有する。隆起した密封縁部５５８は、熱交換器に取付けられたときに、内側面５５０からチューブスタック４５０に向かって延在し、その中に、ガスケット溝５５６が形成されている。隆起した縁部５５８は、面５５１を三つの独立した面５５１ａ、５５１ｂおよび５５１ｃに分けている。面５５１ａは、チューブスタック４５０から冷媒流体を受け入れて、流体をチューブスタック４５０から離して冷媒流体放出ポート４４２へ放出するように構成されたアウトレットポート５６０を備えている。アウトレット通路５６０は、前述したアウトレットポート２５６と実質的に同じであり、ポート４４２に流体的に結合されている。
【0041】
図１３は、熱交換器４００のインレット側およびアウトレット側の詳細を具体的に示す熱交換器４００の切取図を示す。図１３を見て分かるように、ヘッダ５００、５５０が定位置に取付けられて、エンドプレート４６０、４７０を密封したときに、隆起した縁部５０８、５５８が、面５０１ａ～５０１ｃ、５５１ａ～５５１ｃから突出し、およびエンドプレート４６０、４７０がガスケット５０４、５５４によって密封されることにより、それぞれの面５０１ａ～５０１ｃ、５５１ａ～５５１ｃおよびエンドプレート４６０、４７０によって間に容積が形成される。容積５１１ａは、面５０１ａとエンドプレート４６０との間に形成され、容積５１１ｂは、面５０１ｂとエンドプレート４６０との間に形成され、および容積５１１ｃは、面５０１ｃとエンドプレート４６０との間に形成される。同様に、容積５６１ａは、面５６１ａとエンドプレート４７０との間に形成され、容積５６１ｂは、面５５１ｂとエンドプレート４７０との間に形成され、および容積５６１ｃは、面５５１ｃとエンドプレート４７０との間に形成される。
【0042】
図１０～図１３を参照すると、熱交換器４００を通って進む冷媒流体の流路をさらに理解することができる。冷媒流体は、熱交換器４００およびインレット４３２に入って、ヘッダ５００のインレット通路５１０まで流れる。通路５１０は、通路のヘッダ本体２０２の裏側から面５０１ａまで延び、面５０１ａにおいて、入って来る流体を放出する。容積５１１ａは流体で満たされ、および複数のマイクロチューブ４５２のマイクロチューブ４５２ａから成る第一の群において第一の流体の通路１ｐに沿って進み、そこで流体は容積５６１ａへ放出される。容積５６１ａは流体で満たされ、続いて、流体は、マイクロチューブ４５２ｂから成る第二の群へ放出される。したがって、容積５６１ａは、チューブ４５２ａから第一の方向に進む流体を受け入れて、流体をチューブ４５２ｂから成る第二の群に向けて（第一の方向とは反対の）第二の方向に向け直すため、「Ｕターン」セグメントとして作用すると考えることができる。第二の流体の通路２ｐに沿ってチューブ４５２ｂ内を進む流体は容積５１１ｂ内に放出され、容積５１１ｂは流体で満たされ、流体を、マイクロチューブ４５２ｃから成る第三の群へ放出する。容積５１１ｂは、容積５６１ａに関して議論したのと同じ理由で、Ｕターンセグメントとして作用すると考えることができる。流体は、第三の流体の通路３ｐに沿ってチューブ４５２ｃ内を進み、容積５６１ｂ内に放出され、容積５６１ｂは流体で満たされ、流体を、マイクロチューブ４５２ｂから成る第四の群へ放出する。容積５１６ｂは、容積５６１ａに関して議論したのと同じ理由で、Ｕターンセグメントとして作用すると考えることができる。流体は、第四の流体の通路４ｐに沿ってチューブ４５２ｄ内を進み、容積５１１ｃ内に放出され、容積は流体で満たされ、流体を、マイクロチューブ４５２ｅから成る第五の群へ放出する。容積５１１ｃは、容積５６１ａに関して議論したのと同じ理由で、Ｕターンセグメントとして作用すると考えることができる。流体は、第五の流体の通路５ｐに沿ってチューブ４５２ｅ内を進み、容積５５１ｃ内に放出される。そして、流体は、ヘッダ５５０からアウトレット通路５６０を介して放出され、アウトレット通路は、熱交換器のアウトレットポート４４２と流体的に結合されており、そのため冷媒流体を熱交換器４００から放出できるようになっている。
【0043】
当業者は、ヘッダ５００は、チューブスタック４５０から第一の方向に進む流体を受け入れて、チューブスタック４５０に向かって、第一の方向の反対の第二の方向に戻る受け入れられた流体を放出するように構成されたヘッダ流体通路を有していると考えることができることを理解するであろう。例えば、ヘッダ５００は、チューブ４５２ｂから流体を受け入れて、受け入れた流体をチューブ４５２ｃへ放出するように構成された、面５０１ｂと、縁部５０８と、エンドプレート４６０を密封するガスケット５０４とで形成された容積５１１ｂを備えるヘッダ通路を有していると考えることができる。同様に、面５０１ｃと、縁部５０８と、エンドプレート４６０を密封するガスケット５０４とで形成された容積５１１ｃは、ヘッダ５００の別のヘッダ流体通路であると考えることができる。同様に、ヘッダ５５０の場合、面５５１ａと、縁部５５８と、エンドプレート４７０を密封するガスケット５５４とで形成された容積５６１ａは、ヘッダ流体通路であると考えることができ、また、面５６１ｂと、縁部５５８と、エンドプレート４７０を密封するガスケット５５４とで形成された容積５６１ｂは、ヘッダ流体通路であると考えることができる。さらに、インレットヘッダ５００は、ポート５１０と、面５０１ａ、縁部５０８およびエンドプレート４６０を密封するガスケット５０４によって形成された容積５１１ａとを有する。さらに、アウトレットヘッダ５５０は、ポート５６０によって形成されたアウトレット通路と、面５５１ａ、縁部５５８およびエンドプレート４７０を密封するガスケット５５４で形成された容積５６１ｃとを有する。
【0044】
図１４は、ヘッダ５００の正面図と、面５０１ａ～５０１ｃの表面積を説明するための対応する図を示す。図１４を見て分かるように、チューブ４５２ｂと位置合わせされ、チューブ４５２ｂから冷媒流体を受け入れる面５０１ｂ１の表面積は、面５０１ａの表面積よりも２５％大きい。チューブ４５２ｃと位置合わせされ、チューブ４５２ｃに冷媒流体を放出する面５０１ｂ２の表面積は、符号５０１ｂ１の表面積よりも２０％大きい。チューブ４５２ｄと位置合わせされ、チューブ４５２ｄに冷媒流体を受け入れる面５０１ｃ１の表面積は、符号５０１ｂ２の表面積よりも１５％大きい。チューブ４５２ｅと位置合わせされ、チューブ４５２ｅに冷媒流体を放出する面５０１ｃ２の表面積は、符号５０１ｃ１の表面積よりも１２％大きい。ガスケット５０４は図１４のヘッダ５００から取り外されて、ガスケット溝５０６が露出されている。隆起した縁部５０８と、各面５０１ａ～５０１ｃとの間には、容積５１１ａ～５１１ｃが生成されるように構成されている、フローの緩やかなＵターン形状を維持するのに役に立つ凹状面５０７がある。面５０７の緩やかな曲線は、冷媒流体の圧力低下を低減し、その結果として、容積５１１ａ～５１１ｃ内で起きる相変化の機会を低減する。既に説明したように、冷媒流体の方向を変化させるように構成されていることにより、面５０１ｂおよび５０１ｃは、本願明細書において、Ｕターン面とも呼ばれる。面５０１ａ～５０１ｃは、実質的に平坦であり、同様のＵターン経路によって作動流体の方向を効果的に向け直す。
【0045】
図１５は、ヘッダ５００の正面図と、面５５１ａ～５５１ｃの表面積を説明するための対応する図を示す。表面積５５１ａ１は、チューブ４５２ａと位置合わせされ、チューブ４５２ａから流体を受け入れる。チューブ４５２ｂと位置合わせされ、チューブ４５２ｂに流体を放出する面５５１ａ２の表面積は、面５５１ａ１の表面積よりも２５％大きい。チューブ４５２ｃと位置合わせされ、チューブ４５２ｃから流体を受け入れる面５５１ｂ１の表面積は、面５５１ａ２の表面積よりも２０％大きい。チューブ４５２ｄと位置合わせされ、チューブ４５２ｄに流体を放出する面５５１ｂ２の表面積は、面５５１ｂ１の表面積よりも１５％大きい。チューブ４５２ｅと位置合わせされ、チューブ４５２ｅに流体を受け入れる面５５１ｃの表面積は、面５５１ｂ２の表面積よりも１２％大きい。ガスケット５０４は図１４のヘッダ５５０から取り外されており、ガスケット溝５５６が露出されている。隆起した縁部５０８と、各面５０１ａ～５０１ｃとの間には、容積５１１ａ～５１１ｃが生成されるように構成されている、フローの緩やかなＵターン形状を維持するのに役に立つ凹状面５０７がある。隆起した縁部５５８と、各面５５１ａ～５５１ｃとの間には、容積５６１ａ～５６１ｃが生成されるように構成されている、フローの緩やかなＵターン形状を維持するのに役に立つ凹状面５５７がある。面５５７の緩やかな曲線は、冷媒流体の圧力低下を低減し、その結果として、容積５１１ａ～５１１ｃ内で起きる相変化の機会を低減する。既に説明したように、冷媒流体の方向を変化させるように構成されていることにより、面５５１ａおよび５５１ｂは、本願明細書において、Ｕターン面とも呼ばれる。面５５１ａ～５５１ｃは、実質的に平坦であり、同様のＵターン経路によって作動流体の方向を効果的に向け直す。
【0046】
ヘッダエンドキャップインサート５００、５５０は可変断面積を含む。第一の通路の後で、流路の断面積は、前の通路の断面積に比較して広がっている。いくつかの実施形態において、第一の通路の場合、符号５０１ａの表面積は、符号５５１ａ１の表面積に等しく、第二の通路の場合、表面積５５１ａ２は、表面積５０１ｂ１に等しく、第三、第四および第五の通路等の場合も同様である。断面積が変更される量は、各通路レベルで推定される相分離の量に依存する。当業者は、断面積の各変更は、各通路レベルにおける容積の増加または減少を実現するように行われ、このことは、蒸気の増加する容積が、蒸気が通る経路により良好に一致するように、作動流体蒸気の量の変化を補正するように行われることを正しく認識するであろう。熱交換器の機能により、熱交換器の作動流体が加熱されている場合には、容積膨張が必要である可能性がある。逆に、前記作動流体が冷却されている場合には、容積収縮が必要である可能性がある。いくつかの実施形態においては、第五の通路において、作動流体は、大部分は蒸気であると予測され、アウトレットにおいて、一定の圧力を維持するために、より大きな断面積を必要とするであろう。
【0047】
各通路レベルにおける可変断面積は、インレットの断面積に密接に一致する。さらに、断面積の各変化は、作動流体の膨張比に一致するように適合させることができ、それにより、圧力低下が低減され、および熱交換器の効率が向上する。本発明者等は、各通路における断面積の違いを微調整するための方法を熟考している。図１４および図１５は、各連続する断面積の増加を描いているが、当業者は、代替的な実施形態が、断面積の減少も含んでもよいことを正しく認識するであろう。
【0048】
ヘッダエンドキャップインサート５００、５５０は、面２１に、凹状であり、およびこの実施形態の流路の緩やかなＵターン形状を維持するのに役に立つ形態を含むことに留意することが重要である。
【0049】
図１６は、それぞれが、複数のマイクロチューブ４５２のうちの一つの端部に結合されている複数のチューブホール４６２を有するエンドプレート４６０の図を示す。マイクロチューブ４５２は、マイクロチューブ１５２に関して前述したように、エンドプレート４６０に結合されている。点線は、流路１ｐ～５ｐを形成するために、前述したガスケット５０４、５５４によって実行されるマイクロチューブの隔離を示す。ホール４６２ｅはチューブ４５２ｅに結合され、ホール４６２ｄはチューブ４５２ｄに結合され、ホール４６２ｃはチューブ４５２ｃに結合され、ホール４６２ｂはチューブ４５２ｂに結合され、およびホール４６２ａはチューブ４５２ａに結合されている。当業者は、プレート４７０がプレート４６０と実質的に同じであることを理解するであろう。
【0050】
図１７は、本開示の実施形態によるチューブスタック６００を示す。チューブスタック６００は、前述したチューブスタック１５０、４５０と実質的に同じである。チューブスタック６００は、前述したマイクロチューブ１５２、４５２と実質的に同じである複数のマイクロチューブ６０２を備えている。本開示の実施形態は、多数の形状のうちのいずれかに適合する断面が設けられたチューブスタックを含むことができる。既に説明したように、チューブスタック１５０は、概して矩形状の断面を有し、チューブスタック４５０は、概して円形の断面を有し、チューブスタック６００は、概して六角形の断面を有している。当業者は、本開示の範囲が、多数の可能な形状のうちのいずれかに従って形作られた断面を有し、任意の適当な材料から形成され、およびさまざまな方法で製造された断面を有するチューブスタックを含むことを理解するであろう。
【0051】
図１８は、本開示の実施形態による熱交換器を通して冷媒流体を循環させる方法７００を説明するフローチャートである。方法は、ブロック７０２において、例えば、ヘッダ２００、２５０およびチューブスタック１５０を備えた熱交換器１００、または、ヘッダ５００、５５０およびチューブスタック４５０を備えた熱交換器４００等のヘッダおよびチューブスタックを備える熱交換器を設けることによって開始できる。方法７００は、ブロック７０４において、インレットヘッダ２００、５００の第一の通路により、熱交換器１００、４００のインレット１３２、４３２からの冷媒流体を受け入れ、かつ、受け入れた流体を、マイクロチューブ１５２ａ、４５２ａから成る第一の群へ放出することによって続行することができる。ヘッダ２００の場合、第一の通路は、前述したように、インレットポート２０６と、ポート２０４ａと、経路２３０と、面２０１ａとを備えている。ヘッダ５００の場合、第一の通路は、前述したように、インレットポート５１０と、容積５１１ａとを備えている。方法７００は、ブロック７０６において、アウトレットヘッダ２５０、５５０の第一の通路により、マイクロチューブ１５２ａ、４５２ａから成る第一の群からの冷媒流体を受け入れ、かつ、受け入れた流体を、マイクロチューブ１５２ｂ、４５２ｂから成る第二の群へ放出することによって続行することができる。方法７００は、ブロック７０８において、インレットヘッダ２００、５００の第二の通路により、マイクロチューブ１５２ｂ、４５２ｂから成る第二の群からの冷媒流体を受け入れ、かつ、受け入れた冷媒流体を、マイクロチューブ１５２ｃ、４５２ｂから成る第三の群へ放出することによって続行することができる。方法７００は、ブロック７１０において、アウトレットヘッダ２５０、５５０の第二の通路により、マイクロチューブ１５２ｃ、４５２ｃから成る第三の群からの冷媒流体を受け入れ、かつ、受け入れた流体を、マイクロチューブ１５２ｄ、４５２ｄから成る第四の群へ放出することによって続行することができる。方法７００は、ブロック７１２において、インレットヘッダ２００、５００の第三の通路により、マイクロチューブ１５２ｄ、４５２ｄから成る第四の群からの冷媒流体を受け入れ、かつ、受け入れた流体を、マイクロチューブ１５２ｅ、４５２ｅから成る第五の群へ放出することによって続行することができる。方法７００は、ブロック７１４において、アウトレットヘッダ２５０、５５０の第三の通路により、マイクロチューブ１５２ｅ、４５２ｅから成る第五の群からの冷媒流体を受け入れ、かつ、受け入れた冷媒流体を、熱交換器のアウトレットポート１４２、４４２へ放出することによって続行することができる。当業者は、方法７００は、５パスシステムについて記載していること、および五つよりも多いかまたは少ない通路を含む、本開示の他の実施形態においては、複数のステップが追加されるか、または削除されることを理解するであろう。
【0052】
本願明細書に記載されているマルチパスの熱交換器システムの区別に留意することが重要である。マルチパスシステムは、対向のフロー方向を有するいくつかの平行導管を含み、マルチパスシステムにおけるフローを説明するのに用いられる別の用語は、対向流である。当業者は、シングルパスシステムが、作動流体のフロー方向が変化しない熱交換器システムを指すことを分かっている。シングルパスシステムにおけるフローを説明するのに用いられる別の用語は、並行流である。本開示に関連する熱交換器は、作動流体のフロー方向の一つ以上の変化を示すマルチパスシステムである。また、通路の数は熱交換器ユニット全体としての機能にも関連している。例えば、いくつかの実施形態において、熱交換器ユニットが凝縮器として使用される場合、３パスシステムが所望される可能性がある。いくつかの実施形態において、熱交換器ユニットが蒸発器として使用される場合には、５パスシステムが所望される可能性がある。本開示の教示によって、熱交換器の機能を適応させる能力が著しく単純化される。さらに、３パスシステムのために構成されたヘッダインサートは、同じ熱交換器本体およびチューブスタックを含みながら、５パスシステムのために構成されたヘッダインサートと置換えることができ、逆もまた同様である。熱交換器システム１００、４００は、矢印１ｐ、２ｐ、３ｐ、４ｐ、５ｐで示す五つの通路のために構成されている。しかし、図示されているものと同様のシステム、またはシステム１００、４００は、五つよりも多いかまたは少ない通路のために構成することができる。例えば、本開示のいくつかの代替的な実施形態においては、システム１００、４００を、二つから七つの通路を実行するように適合させている。さらに他の実施形態は、七つよりも多い通路を含む。
【0053】
ヘッダインサート２００、２５０、５００、５５０を導入するする別の利益は、熱交換器１００、４００の腐食が生じる可能性のある状況である。クローズドシステムの場合、典型的には予想されないが、デブリが作動流体を汚染し、熱交換器を通るフローを集めておよび妨げる可能性があるいくつかの事例がある。本開示の教示によって、腐食状況に関連する維持コストは、クリーニングのための分解およびアクセスの容易さによって低減される。いくつかの実施形態においては、交換可能なフィルタはヘッダインサート２００、２５０、５００、５５０と組合せられており、ヘッダを不必要なデブリを濾過するのに用いることができる。
【0054】
当業者は、本開示の実施形態として、さまざまな他のヘッダの構成が可能であることを正しく認識するであろう。本願明細書において既に説明してきたように、ヘッダが、チューブスタックを通って流れる流体の流路断面積を保持することが望ましい。したがって、いくつかの実施形態において、ヘッダ内の流路は、フレキシブルなポリマーマイクロチューブの束によって形成される。この実施形態において、ヘッダは、チューブスタックのさまざまなチューブを接続する、および冷媒流体のＵターンフローを容易にするためのフレキシブルなマイクロチューブを有することができるであろう。
【0055】
本発明を上記の開示した実施形態に関して説明しましたが、本説明は、単に説明として記載されており、本発明の限定として解釈されることを意図していない。実際には、上記の説明が、多数の構成要素、および現時点で意図されている他の実施形態に言及している場合であっても、当業者は、ここで明確に言及されていない、または示唆もされていない多くの可能性のある代替例が存在することを正しく認識するであろう。書かれている上記の説明は、当業者が、現在、本発明の最良の態様であると考えられることを実行しおよび利用することを可能にするはずであり、同時に、当業者は、本願明細書において言及されている特定の実施形態、方法および実施例のさまざまな態様の多数の変形例、組合せおよび等価物の存在を理解しおよび正しく認識もするであろう。
【0056】
したがって、本願明細書における図面および詳細な説明は、網羅的ではなく例示的と考えるべきである。図面および詳細な説明は、本発明を、開示されている特定の形態および実施例に限定しない。逆に、本発明は、この発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、当業者には明らかな多くのさらなる変更、変形、再構成、置換え、代替、設計上の選択および実施形態を含む。
【0057】
したがって、すべての点において、本願明細書における図面および詳細な説明は、限定的というよりもむしろ例示的に考えるべきであり、本発明を、開示されている特定の形態および実施例に限定することは意図されていないことを理解すべきである。どのような場合であっても、すべての実質的に等価なシステム、物品および方法は、本発明の範囲内にあると見なすべきであり、また、別段の明確な指示のない限り、すべての構造的または機能的な等価物は、依然として現時点で開示されているシステムおよび方法の趣旨および範囲内にあることが見込まれる。
【図1】
【図2A】
【図2B】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【手続補正書】
【提出日】2024-03-12
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
熱交換器システムの冷媒流体を冷却または加熱するためのマイクロチューブ熱交換器であって、チューブスタックを構成するように互いに実質的に平行に位置合わせされた複数のマイクロチューブを備える前記チューブスタックであって、前記冷媒流体と、前記複数のマイクロチューブの外側を通って流れる外部流体との間で熱を伝達できるように、冷媒流体が、前記複数のマイクロチューブを通過するように構成される、前記チューブスタックと、
前記チューブスタックの第一の端部に配置され、前記熱交換器の冷媒流体インレットに結合されかつ第一の方向に進む冷媒流体がそこを通って前記チューブスタックに導入されるインレットポートを備える、第一のヘッダと、
前記チューブスタックの第二の端部に配置され、前記複数のマイクロチューブのうちのいくつかを通って前記第一の方向に進む冷媒流体を受け入れかつ受け入れた冷媒流体を前記複数のマイクロチューブのうちのいくつかに向かって第二の方向に放出するように構成された第二のヘッダ通路を備える、第二のヘッダと、を備え、前記第一のヘッダは、前記複数のマイクロチューブのうちのいくつかを通って前記第二の方向に進む冷媒流体を受け入れかつ受け入れた冷媒流体を前記複数のマイクロチューブのうちのいくつかに向かって前記第一の方向に放出するように構成された第一のヘッダ通路、をさらに備え、および
前記第二のヘッダは、前記複数のマイクロチューブのうちのいくつかを通って前記第一の方向に進む冷媒流体を受け入れかつ受け入れた冷媒流体を前記熱交換器の冷媒流体アウトレットへ放出するように構成されたアウトレットポート、をさらに備える、マイクロチューブ熱交換器。
【請求項2】
前記第一のヘッダ通路および前記第二のヘッダ通路の各々は、それぞれ、前記チューブスタックから前記冷媒流体を受け入れるように構成されたインレットポートを含むインレット面と、
前記受け入れた冷媒流体を前記チューブスタックに向かって放出するように構成されたアウトレットポートを含むアウトレット面と、
前記インレットポートと前記アウトレットポートとを流体的に結合する経路と、を備える、請求項１に記載のマイクロチューブ熱交換器。
【請求項3】
前記経路は、前記インレットポートと前記アウトレットポートとを流体的に結合する実質的に１８０度のＵ字状経路である、請求項２に記載のマイクロチューブ熱交換器。
【請求項4】
前記第一のヘッダ通路および前記第二のヘッダ通路の各々に対して、前記インレット面および前記アウトレット面は、互いに実質的に同一平面上にある、請求項２に記載のマイクロチューブ熱交換器。
【請求項5】
前記第一のヘッダ通路および前記第二のヘッダ通路の各々に対して、前記インレット面は、複数の前記インレットポートを有し、かつ
前記アウトレット面は、複数の前記アウトレットポートを有し、
前記第一のヘッダ通路および前記第二のヘッダ通路の各々は、複数の前記経路をさらに備え、複数の前記経路の各々は、複数の前記インレットポートのうちの一つを、複数の前記アウトレットポートのうちの一つに流体的に結合する、請求項２に記載のマイクロチューブ熱交換器。
【請求項6】
前記第一のヘッダ通路および前記第二のヘッダ通路の各々は、前記チューブスタックのエンドプレートを密封しかつ前記インレット面と前記アウトレット面とを流体的に隔離するように構成されたガスケットをさらに備える、請求項２に記載のマイクロチューブ熱交換器。
【請求項7】
前記第一のヘッダは、複数の前記第一のヘッダ通路を備え、および前記熱交換器のインレット側のハウジング内に配置され、かつ前記第二のヘッダは、複数の前記第二のヘッダ通路を備え、および前記熱交換器のアウトレット側のハウジング内に配置される、請求項１に記載のマイクロチューブ熱交換器。
【請求項8】
前記第一のヘッダ通路および前記第二のヘッダ通路の各々は、前記チューブスタックに対向するように配置されたＵターン面と、
前記Ｕターン面から前記チューブスタックに向かって突出し、および前記チューブスタックのエンドプレートを密封して、前記Ｕターン面と前記チューブスタックとの間に密封された容積を形成するように構成されたガスケットを備える隆起した外周と、を備え、前記ガスケットは、前記Ｕターン面と、密封された容積とが、前記複数のマイクロチューブのマイクロチューブから成る第一の群から移動する冷媒流体を受け入れて、冷媒流体を、前記複数のマイクロチューブのチューブから成る第二の群へ放出するように構成されるように、前記エンドプレートを密封する、請求項１に記載のマイクロチューブ熱交換器。
【請求項9】
冷媒流体を、マイクロチューブ熱交換器を通して循環させる方法であって、チューブスタックを構成するように互いに実質的に平行に位置合わせされた複数のマイクロチューブを備える前記チューブスタックであって、前記冷媒流体と、前記複数のマイクロチューブの外側を通って流れる外部流体との間で熱を伝達できるように、冷媒流体が、前記複数のマイクロチューブを通過するように構成される、チューブスタックと、
前記チューブスタックの第一の端部に配置されたインレットヘッダであって、前記チューブスタックの複数のマイクロチューブから、第一の方向に進む前記冷媒流体を受け入れ、前記冷媒流体を第二の方向で前記チューブスタックの複数のマイクロチューブへ放出するように構成された、複数のインレットヘッダ通路を備える、インレットヘッダと、
前記チューブスタックの第二の端部に配置されたアウトレットヘッダであって、前記チューブスタックの複数のマイクロチューブから、第二の方向に進む前記冷媒流体を受け入れ、前記冷媒流体を第一の方向で前記チューブスタックの複数のマイクロチューブへ放出するように構成された、複数のアウトレット通路を備える、アウトレットヘッダと、を備えるマイクロチューブ熱交換器を設けることと、
前記インレットヘッダのインレットポートにおいて、前記熱交換器の冷媒流体インレットから冷媒流体を受け入れて、受け入れた冷媒流体を、前記チューブスタックの複数のマイクロチューブへ放出することと、
前記複数のインレットヘッダ通路が前記複数のアウトレットヘッダ通路と連動し、前記インレットヘッダと前記アウトレットヘッダとの間で、冷媒流体を、第一の方向および第二の方向にチューブスタックを複数回通過させることと、
前記チューブスタックの前記複数のマイクロチューブから冷媒流体を、前記アウトレットヘッダのアウトレット通路において受け入れて、受け入れた冷媒流体を、前記アウトレットヘッダのアウトレットポートから、前記熱交換器の冷媒流体アウトレットへ放出することと、を含む方法。
【請求項10】
前記複数のインレットヘッダ通路および前記複数のアウトレットヘッダ通路の各々は、前記冷媒流体の受け入れ用のインレットポートを含むインレット面と、
前記受け入れた流体の放出用のアウトレットポートを含むアウトレット面と、
前記インレットポートと前記アウトレットポートを流体的に結合する経路と、を備える、請求項９に記載の方法。
【請求項11】
前記複数のインレットヘッダ通路および前記複数のアウトレットヘッダ通路の各々に対して、前記経路は、前記インレットポートと前記アウトレットポートとの間の実質的に１８０度のＵ字状経路である、請求項１０に記載の方法。
【請求項12】
前記複数のインレットヘッダ通路および前記複数のアウトレットヘッダ通路の各々に対して、前記インレット面および前記アウトレット面は、互いに実質的に同一平面上にある、請求項１０に記載の方法。
【請求項13】
前記複数のインレットヘッダ通路および前記複数のアウトレットヘッダ通路の各々に対して、前記インレット面は、複数の前記インレットポートを有し、
前記アウトレット面は、複数の前記アウトレットポートを有し、および
各ヘッダ通路は複数の前記経路を備え、複数の前記経路の各々は、複数の前記インレットポートのうちの一つを、複数の前記アウトレットポートのうちの一つに流体的に結合している、請求項１０に記載の方法。
【請求項14】
前記複数のインレットヘッダ通路および前記複数のアウトレットヘッダ通路の各々は、前記チューブスタックのエンドプレートを密封し、および前記インレット面と前記アウトレット面とを流体的に隔離するように構成されたガスケットをさらに備える、請求項１０に記載の方法。
【請求項15】
前記複数のインレットヘッダ通路および前記複数のアウトレットヘッダ通路の各々は、前記チューブスタックに対向するように配置されたＵターン面と、
前記Ｕターン面から突出し、および前記Ｕターン面と前記チューブスタックとの間に密封された容積を形成するように、前記チューブスタックのエンドプレートを密封するように構成されたガスケットを備える隆起した外周と、を備え、前記ガスケットは、前記密封された容積が、前記冷媒流体の前記マイクロチューブから成るそれぞれの群からの受け入れと、前記マイクロチューブから成るそれぞれの群への冷媒流体の放出とを実行するように前記エンドプレートを密封する、請求項９に記載の方法。
【国際調査報告】