CN101772687A - 具有连接器的并流式热交换器 - Google Patents

Abstract

一种并流式热交换器包括多条连接器管道，所述多条连接器管道使各条扁平热交换管道与制冷剂输送构件流体连通地相互连接，使得制冷剂沿所述连接器管道的长度流动且随后沿与该长度正交的方向流动，从而进入扁平热交换管道内，由此改进向该管道进行的制冷剂分配。制冷剂分配构件可以是入口歧管或进入端口或制冷剂分配器。该连接器管道可被连接以便以并行或串行的方式传导流体，且孔口可被放置在其进入端处以便改进制冷剂分配。

Description

具有连接器的并流式热交换器

技术领域

本发明主要涉及空气调节和制冷系统，且更特别地，本发明涉及所述空气调节和制冷系统的并流式蒸发器。

背景技术

所谓并流式热交换器的定义现在被广泛地用于空气调节和制冷工业中且指的是具有多条并行通路的热交换器，制冷剂被分配在所述多条并行通路之间以便沿一定取向流动，所述取向大体上垂直于入口歧管和出口歧管中的制冷剂流向，所述并流式热交换器有时也被称作扁平管热交换器(flat tube heat exchanger)。

制冷剂在制冷剂系统蒸发器中的分布不均是一种众所周知的现象。这种现象导致蒸发器和整个系统性能会在许多运行条件下出现明显的劣化。造成制冷剂分布不均的原因可能包括：蒸发器通道内存在流阻差、空气流在外部热传递表面上的不均匀分布、热交换器的取向不适当或者歧管和分配系统的设计不良。分布不均在并流式蒸发器中特别突出，原因在于对于这种并流式蒸发器而言，其在按一定路线将制冷剂引导至每条蒸发器线路方面具有特有设计。为了消除或减轻这种现象对于并流式蒸发器性能的影响，技术人员已经作出了许多努力，但这些努力几乎没有成功或者根本就是失败的。这种失败的主要原因在于所提出的技术较为复杂且低效或者解决方案的成本高得惊人。

近年来，并流式热交换器，且特别是钎焊铝热交换器，受到了很多关注和注意，不仅在汽车领域如此，在加热、通风、空气调节和制冷(HVAC&R)工业中也是如此。采用并流式技术的主要原因在于并流式装置有着优越的性能、高紧密度、良好的结构刚性以及得到改进的耐腐蚀性。并流式热交换器现在既被用于对于多种产品和系统设计和构型而言的冷凝器应用场合中也被用于对于多种产品和系统设计和构型而言的蒸发器应用场合中。尽管这些蒸发器的应用能保证更大的优点和好处，但也更具挑战性也更成问题。制冷剂的分布不均是在蒸发器应用中实施这种技术的主要顾虑和障碍之一。

正如已公知地，造成并流式热交换器中的制冷剂分布不均的原因包括：通道内部以及入口歧管和出口歧管中的压力降不同、歧管和分配系统的设计不良。在歧管中，制冷剂路径长度差、相分离以及重力是造成这种分布不均的主要因素。在热交换器通道内部，热传递速率的变化、空气流分配、制造公差和重力是主要因素。此外，热交换器最近的性能发展趋势促进了其通道(所谓迷你通道和微通道)的小型化，这进一步对制冷剂的分布产生了负面影响。由于极难控制所有这些因素，因此以前所做的为了管理制冷剂分配，尤其是管理并流式蒸发器中的制冷剂分配，的努力都失败了。

如果两相流以相对较高的速度进入入口歧管，则液相(液滴)被液流的动量承载而进一步远离歧管进口而流向集管的远程部分。因此，最接近歧管进口的通道主要接收蒸气相且远离歧管进口的通道主要接收液相。另一方面，如果进入歧管的两相流的速度较低，则没有足够大的动量能沿集管承载液相。结果是，液相进入最接近入口的通道且蒸气相向最远的通道前进。此外，入口歧管中的液相和蒸气相可在重力作用下实现分离，从而导致出现相似的分布不均。在任一种情况下，分布不均现象都会在蒸发器中迅速出现并显露出来并造成整个系统性能的劣化。

尽管传统的圆管热交换器可能为每条管道或线路进行单独供给，但扁平管热交换器却没有这种性能，且为了改进这种热交换器中的制冷剂分配所作出的努力例如要用到插入件和多条入口集管，所有这些都使设计变得更为复杂且增加了制造成本。此外，由于大直径集管被小直径集管和连接器替代，因此运行压力会大大升高。

发明内容

简而言之，根据本发明的一个方面，蒸发器的各条扁平热交换管道通过连接器管道与制冷剂输送构件相互连接，从而使得两相制冷剂首先从制冷剂输送构件流入连接器管道内且随后流入所述各条扁平热交换管道内，从而由此改进制冷剂流的分配。

根据本发明的另一方面，所述连接器管道被连接至共用的入口歧管且自所述入口歧管大体上正交地进行延伸。

根据本发明的另一方面，所述连接器管道呈圆柱形形状，且所述扁平热交换管道被插入在所述连接器管道中形成的纵向槽内以便形成T形接头。

根据本发明的又一方面，所述连接器管道具有位于其一端处的孔口，从而使得进入所述连接器管道的制冷剂在该过程中产生膨胀，从而由此改进制冷剂的均匀分布。

根据本发明的另一方面，所述连接器管道中的每条连接器管道通过入口管道被流体连通地连接至传统的制冷剂分配器并被导向所述分配器。

下面的附图中示出了优选的和其它可选的实施例；然而，可在不偏离本发明的精神和范围的情况下对这些实施例作出多种其它变型和设计出其它可选的构造。

附图说明

图1示意性地示出了被包括在并流式蒸发器内的本发明；

图2是本发明的侧视图；

图3是本发明的端视图；

图4是本发明的一部分的放大视图；

图5是沿图4的线5-5的剖视图；

图6A和图6B分别是T形连接器的前视图和顶视图；

图7A和图7B示意性地示出了本发明的另一可选实施例；

图8和图9示意性地示出了本发明的又一可选实施例；

图10示意性地示出了本发明的又一可选实施例；

图11示意性地示出了本发明的又一可选实施例；

图12示意性地示出了本发明的又一可选实施例；

图13A和图13B示意性地示出了本发明的又一可选实施例；

图14和图15示意性地示出了本发明的又一可选实施例；和

图16示意性地示出了本发明的又一实施例。

具体实施方式

参见图1至图3，图中所示的本发明被大体上标记为10且被包括在并流式热交换器11内，所述并流式热交换器包括入口歧管12、多条扁平的热交换管道13和出口歧管14。

该多条扁平的热交换管道13中的每条管道都被流体连通地连接至被分别示为16、17、18和19的相应的连接管道，所述连接管道被进一步流体连通地连接至入口歧管12。

在运行过程中，两相制冷剂流进入入口歧管12的入口端口21且流向入口歧管12的两端。该制冷剂流随后流向各条连接器管道16、17、18和19并随后流向相应的扁平热交换管道13，随后，制冷剂流通往出口歧管14且从出口端口22被排出。

这种设计构型使得入口歧管12和连接管道16-19可具有足够小的直径，这对于将制冷剂分配在扁平热交换管道13之间是有利的。

如图4和图5所示，连接器管道16、17和18具有圆柱形剖面，且在所述连接器管道中分别形成了线性槽23、24和26以便在其中接收相应的扁平热交换管道13。扁平热交换管道13透入相应的连接器管道16、17和18内的程度是设计选择的问题且可被选择以便具有如图所示的较大穿透程度，或者这些扁平热交换管道也可几乎不透入或根本不透入连接器管道内，从而使得热交换管道13的端部与连接器管道的内壁大体上齐平。另一种可选方式是，扁平热交换管道13可具有不同的透入深度(penetration depth)，可根据入口端口21的位置来选择所述透入深度从而在热交换管道13之间提供大体上相等的入口制冷剂流阻。扁平热交换管道13随后通过例如焊接、炉内钎焊等工艺被固定就位。

如图5所示，扁平热交换管道13可包括具有任何适当剖面的多个间隔开来的端口27且具有总高度H和总宽度W。每条连接器管道，例如连接器管道17，的一端28是开口的且被连接至上文所述的入口歧管12。另一端29可被密封，如图5所示，或其可与另一连接器管道相互连接，正如下文将要描述地那样。

应该理解：扁平热交换管道13和其相应的连接器管道16-19的相对尺寸使得连接器管道的直径足以使得槽24的高度能容纳扁平热交换管道的高度H。相似地，连接器管道的长度，即介于两端28与29之间的距离，应该足以容纳热交换管道13的宽度W。

图4和图5将连接器16、17和18示作具有圆柱形剖面的管道。应该理解：连接器可具有椭圆形、方形、矩形、三角形或任何其它可能的形状。此外，剖面的形状和面积沿连接器的中心线可以是不同的。

图4和图5隐含了每一条扁平热交换管道具有一个连接器的意思。应该理解：多条相邻的扁平热交换管道可被连接至一个连接器。在这种情况下，必须在连接器中形成多条槽以便容纳多条扁平的热交换管道。

进一步地，使扁平热交换管道具有不同尺寸可能是有利的。例如，扁平热交换管道的高度或宽度可产生变化。因而使得相应的连接器所具有的相应的槽尺寸需要被调节以便接收不同尺寸的扁平热交换管道。作为一个实例，并流式热交换器可包括这样的部段，其中的扁平热交换管道具有不同宽度以便大体上容纳不同的空气流量在这些部段上流过。

图4和图5将连接器16、17和18示作直的管道。这种连接器被称作两端连接器。应该理解：连接器可被制造成三端连接器，特别是被制造成如图6A和图6B所示的T形连接器。该T形连接器具有第一侧端101、第二侧端102和中心端103。还应该理解：每端可具有多个端部。这种连接器被称作多端连接器。显然，连接器的至少一端必须处于活动状态下。如果存在其余端部的话，则所有其余端部都处于非活动状态下并被密封。

图6A和图6B示出了端部101、102和103，这些端部的中心线位于一个平面中且具有字母T的形状。应该理解：两端、三端和多端连接器的每端的中心线可具有任何可能的形状。

尽管图中将出口集管14示作被直接连接至扁平管道通道13，但应该理解：与连接器管道16-19相似的连接器管道可用于使扁平热交换管道13与出口歧管14相互连接。

上述实施例示出了各条连接器管道16-19(所述连接器管道是两端型连接器)，所述各条连接器管道呈并行的关系排列并且自入口歧管12正交地延伸。图中还示出：所述连接器管道被连接在一起，以使得其中的制冷剂流是并行的。应该理解：连接器管道16-19可被相互连接而形成串行流关系且可被进一步直接连接至入口端口，而无需设置入口歧管12。图7A和图7B示出了这种实施例，如图所示，其中弯管28使连接器管道16和17的端部相互连接、弯管32使连接器管道17和18的端部相互连接、且弯管33使连接器管道18和19的端部相互连接。

制冷剂流随后进入入口端口34，通过连接器管道16、一条扁平热交换管道13、弯管31、连接器管道17、另一条扁平热交换管道13、弯管32、连接器管道18、弯管33和连接器管道19。最后，制冷剂流出出口端口36。

图7A和图7B示出了这样一种热交换器，该热交换器具有位于热传递管道13的一端上的T形连接器16、17、18和19和位于该热传递管道的另一端上的T形连接器116、117、118和119。连接器分别具有一个活动端部和两个不活动端部。归根结底，任何所述连接器类型都是可使用的。

图8和图9示出了具有一条线路和四条通道的热交换器，应该理解：每条线路可能具有任何数量的通道，只要其适应于特定应用场合即可。此外，具有多条线路也是适当的。

图10示出了具有三条等同的并行线路的热交换器。每条线路分别具有其自身的入口端口34a、34b和34c及其自身的出口端口36a、36b和36c。在图10所示实施例中，当制冷剂流在顶部处进入且向下流向底部时，该制冷剂流是大体上向下的。然而，也可能具有相反的大体上向上的布置(制冷剂在底部处进入且向上流向顶部)或者混合流布置。图10所示的热交换器设计提供了两端连接器，对于顶部线路来说，两端连接器为116、16、17、117、118、18、19和119，且每个连接器具有一个活动端(active end)和一个非活动端(inactive end)。

图11所示的热交换器设计示出了三线路、四通道式的热交换器，该热交换器具有T形连接器116、16、17、117、118、18、19和119、每个T形连接器具有一个活动端和两个非活动端。

在图10和图11所示的实施例中，每条线路中的通道的数量是相同的。应该理解：每条线路中的通道的数量也可以是不同的。

上述热交换器可作为冷凝器和蒸发器运行。通常情况下，冷凝器在入口处具有蒸气且在出口处具有液体。由于液相与蒸气相存在密度差，因此，如果冷凝器具有更多入口和更少出口的话，则冷凝器通常更为高效。图12示出了三线路式热交换器，所述热交换器具有三个入口34a、34b和34c；一个出口36；T形连接器116、16、17、117、118、18、119；和四端连接器19，所述四端连接器具有两个密封的侧端。图13A和图13B示出了相似的热交换器，其中四端连接器19具有一个密封侧端。

图12、图13A和图13B所示的热交换器可被用作热泵系统的部件并作为冷凝器和蒸发器运行。蒸发器具有位于其入口处的两相制冷剂且通常具有位于出口处的蒸气。由于液相与蒸气相存在密度差，因此如果蒸发器具有更少的入口和更多的出口的话，则蒸发器会更为高效。由于作为冷凝器的运行和作为蒸发器的运行在制冷剂流向方面是相反的，因此图12、图13A和图13B所示的实施例应该具有适当数量的入口和出口以便实施两种运行模式。

作为蒸发器运行的热交换器应该具有用于分配两相制冷剂的器件。图14和图15示出了可应用于蒸发器的另一实施例，其中并未使用入口歧管，其中传统的分配器40分别通过小直径的分配器管道38、39、41和42被流体连通地连接至各条连接器管道16-19。在这种情况下，膨胀装置(未示出)被设置在分配器40的上游，从而使得两相制冷剂流从分配器40流向各条小直径分配器管道38、39、41和42。两相制冷剂流随后流向各条连接器管道16-19且以上述方式被进一步分配。

图14和图15表明：分配器管道的数量对应于扁平热交换管道的数量。应该理解：通常情况下，每条线路可具有多条通道，且分配器的数量对应于通道的数量。此外，正如前面的连接器管道那样，可选地可对于多条线路使用一个分配器。

图16示出了图1-图5所示实施例的变型，其中，与图5所示的在连接器管道17与入口歧管12之间设置开口端连接装置不同地，连接器管道19的两端28和29都是封闭的，且孔口42被设置在如图所示的端部28中。因此，当制冷剂从入口歧管12穿过孔口42时，会产生膨胀以便将两相的压力和温度更低的制冷剂供应至连接器管道19。从该点流出的制冷剂流与上文所述的制冷剂流是相同的。应该理解：孔口42可具有被并行地和/或串行地布置的多个孔口。

如图16所示，孔口42的数量(或其复数数量)对应于扁平热交换管道的数量。应该理解：通常情况下，每条线路可具有多条通道，且孔口42的数量(或其复数数量)对应于线路的数量。此外，可选地可对于多条线路使用一个孔口42(或多个孔口)。

有两种可能的设计。在一种构型中，歧管12作为接收器运行，且沿歧管12的孔口42作为膨胀装置运行，从而使得可从冷凝器压力产生等焓膨胀而达到蒸发器压力。另一种布置包括被附接到歧管12上的膨胀装置。该膨胀装置使得可从冷凝器压力产生等焓膨胀而达到比蒸发器压力更高且比冷凝器压力更低的压力。孔口42起到两相制冷剂的制冷剂分配器的作用，从而使得可从膨胀装置下游的压力产生一次、两次或多次膨胀而达到蒸发器压力。

除了上述优点以外，本发明的设计特征使得可使用大体上更宽的热交换管道、可减小散热片密度和/或增大散热片高度，而不会损伤热交换器的性能特性和成本。

应该理解：本发明旨在与热交换器一起使用，所述热交换器可具有水平、垂直或倾斜的取向。即，尽管如图所示的扁平热交换管道具有水平取向，但本发明也可与具有垂直取向和倾斜取向的扁平热交换管道一起使用。

尽管本文已经详细披露了本发明的某些优选实施例，但应该理解：可在不偏离本发明的精神或以下权利要求书的范围的情况下对其结构作出多种变型。

Claims (30)

1.一种并流式热交换器，这种类型的并流式热交换器具有多条扁平热交换管道，所述多条扁平热交换管道呈大体上并行的关系排列，所述并流式热交换器包括：

多条连接器管道，每条连接器管道被流体连通地连接至所述多条所述热交换管道中的至少一条管道以便在其中传导制冷剂流；和

制冷剂输送构件，所述制冷剂输送构件用于将制冷剂输送至所述多条连接器管道中的每条管道。

2.根据权利要求1所述的并流式热交换器，其中所述多条连接器管道中的每条管道包括线性槽，扁平热交换管道被插入所述线性槽内。

3.根据权利要求2所述的并流式热交换器，其中所述扁平热交换管道在所述相应的连接器管道内部延伸。

4.根据权利要求3所述的并流式热交换器，其中所述扁平热交换管道伸入相应的连接器管道内的伸入深度不是均匀的。

5.根据权利要求2所述的并流式热交换器，其中所述扁平热交换管道被插入所述相应的连接器管道内，从而使得所述扁平热交换管道的相应端部与所述相应连接器管道的内壁是大体上齐平的。

6.根据权利要求1所述的并流式热交换器，其中所述连接器管道具有圆柱形形状且具有比所述扁平热交换管道的高度更大的直径。

7.根据权利要求1所述的并流式热交换器，其中所述连接器管道具有比所述扁平热交换管道的宽度更大的长度。

8.根据权利要求1所述的并流式热交换器，其中所述制冷剂输送构件包括入口歧管。

9.根据权利要求8所述的并流式热交换器，其中所述入口歧管被连接在所述连接器管道的一端处。

10.根据权利要求1所述的并流式热交换器，其中相邻的连接器管道在其端部处被流体连通地相互连接，从而使得所述制冷剂串行地流动通过所述多条连接器管道。

11.根据权利要求1所述的并流式热交换器，其中所述制冷剂输送构件包括被流体连通地连接至相应的连接器管道的制冷剂分配器。

12.根据权利要求1所述的并流式热交换器，且所述热交换器包括被设置在所述多条连接器管道中的每条管道的一端中的孔口，从而使得来自所述制冷剂输送构件的制冷剂首先流动通过所述孔口且随后流入相应的连接器管道内。

13.根据权利要求1所述的并流式热交换器，且所述热交换器包括被流体连通地连接在所述扁平热交换管道中的每条管道的端部处的出口歧管。

14.根据权利要求1所述的并流式热交换器，其中所述扁平热交换管道的至少一个尺寸对于所述多条所述扁平热交换管道而言是不相同的。

15.根据权利要求14所述的并流式热交换器，其中所述热交换管道的所述尺寸是管道宽度和管道高度中的至少一个尺寸。

16.一种促进均匀的制冷剂流进入多条并行的扁平热交换管道内的方法，所述方法包括以下步骤：

提供多条连接器管道，每条连接器管道被流体连通地连接至所述并行的扁平热交换管道中的至少一条管道以便在其中传导制冷剂流；以及

提供制冷剂流输送设备，所述制冷剂流输送设备用于将制冷剂输送至所述多条扁平热交换管道中的每条管道。

17.根据权利要求16所述的方法，且所述方法包括在所述多条连接器管道中的每条管道中设置线性槽的步骤，扁平热交换管道被插入所述线性槽内。

18.根据权利要求17所述的方法，其中所述扁平热交换管道在所述相应的连接器管道内部延伸。

19.根据权利要求18所述的方法，且所述扁平热交换管道伸入相应的连接器管道内的伸入深度不是均匀的。

20.根据权利要求17所述的方法，其中所述扁平热交换管道被插入所述相应的连接器管道内，从而使得所述扁平热交换管道的相应端部与所述相应连接器管道的内壁是大体上齐平的。

21.根据权利要求16所述的方法，其中所述连接器管道具有圆柱形形状且具有比所述扁平热交换管道的高度更大的直径。

22.根据权利要求16所述的方法，其中所述连接器管道具有比所述扁平热交换管道的宽度更大的长度。

23.根据权利要求16所述的方法，其中所述制冷剂输送构件包括入口歧管。

24.根据权利要求23所述的方法，且所述方法包括将所述入口歧管连接至所述连接器管道的一端处的步骤。

25.根据权利要求16所述的方法，且所述方法包括将相邻的连接器管道在其端部处流体连通地相互连接的步骤，从而使得所述制冷剂串行地流动通过所述多条连接器管道。

26.根据权利要求16所述的方法，其中所述制冷剂输送构件包括被流体连通地连接至相应的连接器管道的制冷剂分配器。

27.根据权利要求16所述的方法，且所述方法包括在所述多条连接器管道中的每条管道的一端中设置孔口的步骤，从而使得来自所述制冷剂输送构件的制冷剂首先流动通过所述孔口且随后流入相应的连接器管道内。

28.根据权利要求16所述的方法，且所述方法包括将出口歧管流体连通地连接至所述扁平热交换管道中的每条管道的端部的步骤。

29.根据权利要求16所述的方法，其中所述扁平热交换管道的至少一个尺寸对于所述多条所述扁平热交换管道而言是不相同的。

30.根据权利要求29所述的方法，其中所述热交换管道的所述尺寸是管道宽度和管道高度中的至少一个尺寸。

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