CN101558277B - 具有带分配插件的返回歧管的多通路热交换器 - Google Patents

具有带分配插件的返回歧管的多通路热交换器 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种多通路热交换器，该多通路热交换器具有返回歧管，该返回歧管带有间壁、前壁和后壁。间壁将该返回歧管分成收集腔室和分配腔室。前壁和后壁限定流体通道。前壁有多个穿孔，该多个穿孔将流体通道设置为与收集腔室和分配腔室成单独流体连通。

Description

具有带分配插件的返回歧管的多通路热交换器
技术领域
本公开内容涉及多通路热交换器。更特定而言，本公开内容涉及在返回歧管中具有分配插件的多通路热交换器。
背景技术
制冷系统是本项领域中熟知的且在如餐饮服务、化工、住宅和商业冷却以及汽车等产业中普遍使用。在更大的规模上，需要热交换器用于办公楼和用于住宅目的。这些系统的主要问题在于缺乏效率。
传统的制冷循环或空调包括压缩机、冷凝器、膨胀阀、蒸发器和制冷剂，制冷剂的蒸发造成较冷的温度。在某些制冷系统中，蒸发器是一系列的平行窄管，这些窄管提供平行的制冷剂路径。当制冷剂经过膨胀阀时，发生压力和温度降低。
在许多制冷剂蒸汽压缩系统中，在制冷剂经过膨胀阀时，流体的一部分膨胀为蒸汽。所得到的两相混合物可造成蒸发器中分配不均，这是使用平行制冷剂路径的热交换器的常见问题，导致较差的热交换器效率。对于具有相对较少的平行制冷剂路径(通常为20条或更少)的热交换器而言，通过分别地供应每个平行的制冷剂路径的分配装置来实现两相流体的均匀分配。但是，对于与许多平行制冷剂路径(通常多于20条)进行的热交换而言，到每个平行制冷剂路径的分别分配通常常是不合乎实际的。在大多数情况下，使用简单的入口集管(inletheader)，其可导致到热交换器的制冷剂显著分配不均。此外，重力、以及随着流动从膨胀分配装置过渡到入口集管而引起的总体积增加也起作用造成液体与蒸汽分开。
在先前，由美国专利第7,143,605号提出包括分配管，该分配管定位于入口歧管内以减小分配不均。虽然入口歧管内的分配管被证明有助于减小分配不均，但热交换器内的液相与汽相的分配不均仍有问题。
因此，存在对于这样的热交换器的需要，这种热交换器克服、缓解和/或减轻了现有技术热交换器的前述和其它有害影响的一个或多个。
发明内容
本发明提供一种多通路热交换器，该多通路热交换器具有返回歧管，该返回歧管具有间壁(partition)、前壁和后壁。该间壁将返回歧管分成收集腔室和分配腔室。前壁和后壁限定流体通道。前壁具有多个穿孔，这些穿孔将流体通道设置为与收集腔室和分配腔室成单独流体连通。
本发明提供了一种具有入口歧管、返回歧管、多个通道和分配插件的多通路热交换器。入口歧管具有限定入口腔室和出口腔室的第一间壁。返回歧管具有限定收集腔室和分配腔室的第二间壁。多个通道限定介于入口腔室与收集腔室之间的第一流体流动路径和介于分配腔室与出口腔室之间的第二流体流动路径。分配插件在返回歧管内。分配插件具有与收集腔室成流体连通的第一多个穿孔和与分配腔室成流体连通的第二多个穿孔。
通过下文的详细描述、附图和所附权利要求书，本发明的上述和其它特点和优点将会被本领域技术人员更好地认识和理解。
附图说明
结合附图，通过本公开内容的下文的详细描述，本公开内容的这些和其它目的将会变得显而易见，在附图中：
图1是根据本公开内容带有分配插件管的热交换器的示范性实施例的剖视图。
图2是沿着图1的线2-2所截取的本公开内容的热交换器的剖视图；以及
图3是图2的热交换器的可替代示范性实施例的剖视图。
具体实施方式
现参看附图且具体地参看图1和图2，示出了根据本公开内容的热交换器的示范性实施例且其一般以附图标记10来表示。热交换器10是平行路径热交换器，且有利地包括插件44，插件44在热交换器的返回歧管内收集、混合并分配流体。
在所图示的实施例中，热交换器10是微通道热交换器。但是，本公开内容设想到插件44同样用于任何类型的平行路径热交换器。
图1说明热交换器10被分成两个通路，即，第一通路12和第二通路14。第一通路12和第二通路14由间壁18和20所限定的过渡线16限定。
间壁18在入口歧管22中将第一通路12与第二通路14分开，间壁18延伸整个入口歧管22的宽度。歧管22的另外的端部由端盖24密封，在端盖24中限定有端口(未图示)。间壁18防止诸如制冷剂这样的流体26穿过入口歧管22而旁路经过(bypass)第一通路12和第二通路14。
间壁20在返回歧管40中将第一通路12与第二通路14分开，间壁20延伸整个返回歧管40的宽度。间壁20防止诸如制冷剂这样的流体26穿过返回歧管40传递到第二通路14，除非其首先穿过分配插件44传递。
流体26可以是单相或两相制冷剂。因此，经过热交换器10行进的流体26当横穿交换器时可以是汽相或液相。流体26由箭头表示，其表明经过热交换器10的流动方向。
入口歧管22接收流经内分配器28的流体26。内分配器28具有一系列的小孔30，这些小孔30将流体分配到入口歧管22的入口腔室32内。具有入口端36和出口端38的若干微通道管(管)34限定从入口歧管22延伸到返回歧管40的流体流动路径。入口端36与入口歧管22的入口腔室32成流体流动连通。返回端38与返回歧管40的收集腔室42成流体流动连通。
第一通路12被限定为经过平行管34从入口歧管22到返回歧管40的收集腔室42的流体路径。第二通路14被限定为经过平行管50从返回歧管40的分配腔室48到入口歧管22的出口腔室56的流体路径。
流体26理想地在第一通路12中的管34内均匀地分配。每个管34是非常窄的管，且热交换器10具有若干这样的管，其构成在蒸发期间传输流体26的热交换器的主体。管34彼此平行排列，且虽然图1示出热交换器的两通路构造，但也可使用具有多于两个通路的多通路热交换器。在具有多于两个通路的多通路热交换器中，第二返回歧管取代出口腔室56，并且此第二返回歧管将流体引导到出口歧管或用于另一通路的另一返回歧管。所需返回歧管的数目取决于通路的数目。
虽然图1示出插件44安置于返回歧管40中，但插件44也可位于与间壁18相对的入口歧管22的出口腔室56中，特别是在入口歧管22中的出口腔室56起到用作第三通路(未图示)的返回歧管的情况下。
流体26通过管34传输到收集腔室42。收集腔室42从管34的第一通路12收集流体并且将流体传递到插件44。插件44使流体26混合并将流体26从第一通路12传输到第二通路14。理想地，流体26是气相形式流体以及液相形式流体所蒸发出的均一混合物。在插件44中收集并混合流体26，使得能够在流体前进到第二通路44之前使流体均一地混合。插件44具有沿着插件44安置的一系列的收集和分配穿孔46，其将流体26引导到分配插件44内和从分配插件44中引导出来。
穿孔46-1定位于第一通路12中的插件44中。穿孔46-1从收集腔室42接收流体26。在穿孔46-1处进入插件44的流体26在第二通路14上的在穿孔46-2处离开插件44。通过插件44中的穿孔46-2离开的流体26进入分配腔室48，在分配腔室48中，流体26然后进入第二通路14。
穿孔46优选地具有可变大小，用以在插件44和分配腔室48内有效地混合和分配流体26。穿孔46可具有一定的开口尺寸，该开口尺寸可在插件44上是均一的，或者穿孔的开口尺寸的大小可从第一通路12向第二通路14增加。举例而言，穿孔46的尺寸可在流体流动路径的下游进一步增加，这可实现更大程度的流体分配。穿孔46大小的增加可以是递增的或者可使用另外的方式来决定穿孔大小。
穿孔46的大小和定位可影响到热交换器10中压力受影响的程度。因而，在插件44中所有穿孔46的总截面对热交换器10中实现的压力程度产生影响。在所公开的插件44的示范性实施例中，穿孔46被构造成使得插件44并不造成热交换器10中压力降低，或者插件44中的压力降低是最小的。为了限制对热交换器10中的压力的影响，同时仍实现流体26的充分混合和分配，可调整穿孔46的形状、数目和定位。
穿孔46的大小和定位也影响流体26穿过热交换器10有效分配的程度。在一个实施例中，一个穿孔46可与一定数目的管34或50相关联。在某些实施例中，一个穿孔46-1与四至六个管34相关联且一个穿孔46-2与四至六个管50相关联。在另一方面，一个穿孔46-1可被分配到每个管34且一个穿孔46-2可被分配到每个管50。
在返回歧管40中的插件44允许收集流体26，在蒸发后，流体26可包含要在分配到第二通路14之前将要混合的一部分蒸汽和液体。所得到的两相混合物可造成在蒸发器中的分配不均，这是使用平行制冷剂路径的热交换器的常见问题，导致较差的热交换器效率。在小型通道或微通道热交换器中，由于制冷剂的流动被分到许多小管内，其中每个管和小型通道将要接收总制冷剂流量的仅较小且相等的份数，因而这个问题更值得关注。
插件44所提供的腔室比返回歧管40可提供的腔室更小，这增加了离开插件进入到腔室48内的流体26的湍流。此外，穿孔46还有助于将流体26混合以及将流体26分配到腔室48内。插件44中的湍流是增加进入腔室48的流体26的分配和混合的一个因素。定位于返回歧管40或入口歧管中连续通路之间的插件44可在很大程度上减小分配不均。
在流体26已通过插件44进行分配并且已通过所述过渡线16之后，流体26进入第二通路14。在第二通路14中插件44中的穿孔46-2使得流体26能离开插件44。离开插件44的流体26进入返回歧管40的第二通路14中的腔室48。腔室48是返回歧管40的延伸部分。
在进入腔室48后，流体26进入第二通路14中的管50，管50具有入口端52和出口端54。除了管34在第一通路12中而管50在第二通路14中的区别之外，管50类似于管34。
流体26沿着管50的长度行进并且离开出口端54以进入出口腔室56，在出口腔室56中，流体可继续经过若干额外通路(未图示)、或离开热交换器10。
参看图2，示出沿着线2-2所截取的图1的热交换器的剖视图。如图所示，插件44可为处于歧管40中的单独的管，其大体上呈D形，即，其中插件44具有拱形壁58-2和平壁58-1，但也可使用允许流体26流动且容易制造的任何其它形状。平壁58-1具有穿孔46-1和46-2用于收集、接收、混合和分配流体26。
在图2中以举例说明的方式示出插件44是与热交换器10分开的构件。但是，本公开内容也构想到将要使得插件44一体地形成于返回歧管40中。举例而言，参看图3描述了与歧管40一体地形成的插件44。
在图3所示出的实施例中，歧管40的外壁158-2与歧管的外壁组合，而平壁158-1与外壁一体地形成。
虽然参考一或多个示范性实施例描述了本公开内容，但本领域技术人员应了解在不偏离本公开内容的范畴的情况下，可对本公开内容做出各种修改且等价物可替代本公开内容的元件。此外，在不偏离本发明的范畴的情况下，可做出许多修改以使特定情形或材料适应本公开内容的教导内容。因此，预期本公开内容并不限于所公开的特定实施例，所公开的特定实施例为所构想到的执行本公开内容中的装置的最佳实施方式，但所公开的装置将包括属于本公开内容的范畴内的所有实施例。

Claims (17)

1.一种多通路热交换器，其包括：
返回歧管，所述返回歧管具有间壁、前壁、后壁、以及位于所述间壁的相对侧上并且成流体连通的收集腔室和分配腔室，所述前壁和后壁限定流体通道，所述前壁具有多个穿孔，所述穿孔将所述流体通道设置成与所述收集腔室和所述分配腔室单独流体连通，所述流体通道定位成穿越所述间壁、并且返回歧管内的分配插件在所述间壁的第一侧上具有至少一个穿孔以与收集腔室成流体连通、以及在所述间壁的第二侧上也具有至少一个穿孔以与分配腔室成流体连通，所述流体通道通过分配插件混合来自所述第一侧的流体以将所述流体分配到所述第二侧，分配插件所提供的腔室比返回歧管可提供的分配腔室更小，这增加了离开分配插件进入到分配腔室内的流体的湍流。
2.根据权利要求1所述的热交换器，其还包括：
与所述收集腔室成流体连通的管的第一通路；以及，
与所述分配腔室成流体连通的管的第二通路。
3.根据权利要求2所述的热交换器，其中所述多个穿孔包括与所述管的第一通路中的每个管相关联的仅一个穿孔和与所述管的第二通路中的每个管相关联的仅一个穿孔。
4.根据权利要求2所述的热交换器，其中所述多个穿孔包括与所述管的第一通路中多于一个管相关联的穿孔和与所述管的第二通路中的多于一个管相关联的穿孔。
5.根据权利要求2所述的热交换器，其还包括入口歧管，所述入口歧管由第二间壁分成入口腔室和出口腔室，所述入口腔室与所述管的第一通路成流体连通，且所述出口腔室与所述管的第二通路成流体连通。
6.根据权利要求5所述的热交换器，其还包括在所述入口歧管的所述入口腔室内的内分配器。
7.根据权利要求1所述的热交换器，其中所述后壁与所述返回歧管是一体的。
8.根据权利要求1所述的热交换器，其中所述前壁和后壁限定分配插件，所述分配插件在所述返回歧管中。
9.根据权利要求1所述的热交换器，其中所述多个穿孔包括多个收集穿孔和多个分配穿孔，所述多个收集穿孔将所述收集腔室和所述流体通道设置成彼此流体连通，且所述多个分配穿孔将所述分配腔室和所述流体通道设置成彼此流体连通。
10.一种多通路热交换器，包括：
入口歧管，其具有第一间壁，所述第一间壁限定入口腔室和出口腔室；
返回歧管，其具有第二间壁，所述第二间壁限定收集腔室和分配腔室；
多个通道，其限定介于所述入口腔室与所述收集腔室之间的第一流体流动路径和介于所述分配腔室与所述出口腔室之间的第二流体流动路径；以及，
在所述返回歧管内的分配插件，所述分配插件具有与所述收集腔室成流体连通的第一多个穿孔和与所述分配腔室成流体连通的第二多个穿孔，所述分配插件定位成穿越所述第二间壁、并且其在所述第二间壁的第一侧上具有至少一个穿孔、以及在所述第二间壁的第二侧上具有至少一个穿孔，所述分配插件混合来自所述第一侧的流体以将所述流体分配到所述第二侧，分配插件所提供的腔室比返回歧管可提供的分配腔室更小，这增加了离开分配插件进入到分配腔室内的流体的湍流。
11.根据权利要求10所述的热交换器，其还包括在所述入口歧管的所述入口腔室内的内分配器。
12.根据权利要求10所述的热交换器，其中所述第一多个穿孔和第二多个穿孔中的每个穿孔与所述多个通道的单个通道相关联。
13.根据权利要求10所述的热交换器，其中所述第一多个穿孔和第二多个穿孔中的每个穿孔与所述多个通道的多于一个通道相关联。
14.根据权利要求10所述的热交换器，其中相对于流体流动路径，所述多个第一穿孔和第二穿孔的大小增加。
15.根据权利要求10所述的热交换器，其中所述分配插件具有拱形的第一壁以及平的第二壁。
16.根据权利要求15所述的热交换器，其中所述第一多个穿孔和第二多个穿孔设置于所述平壁上。
17.根据权利要求10所述的热交换器，其中所述分配插件与所述返回歧管是一体的。
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