CN101821577A - 具有设挡板的集管的热交换器 - Google Patents

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Abstract

提供一种用于具有蒸气相和液相的流体的热交换器。该热交换器包括第一集管、第二集管、多个平行通道、混合装置以及一个或多个挡板。平行通道与第一和第二集管流体连通。混合装置混合流入第一集管的流体，使得流体成为蒸气相和液相的大致均匀的两相混合物。挡板位于第一集管内并确保流体作为大致均匀的两相混合物进入平行通道。

Description

具有设挡板的集管的热交换器
技术领域
本发明涉及热交换器。更具体地，本发明涉及具有设挡板的集管的热交换器。
背景技术
制冷系统已为本领域公知，并普遍存在于例如食品服务、化学、住宅和商业冷却以及汽车的行业。大规模地需要热交换器用于办公楼和住宅目的。这些系统缺乏效率是一个很大的关注问题。
传统的制冷回路或空调包括压缩机、冷凝器、膨胀阀、蒸发器和膨胀产生冷却温度的制冷剂。在一些制冷系统中，蒸发器和冷凝器为具有一系列平行通道的热交换器，该一系列平行通道提供平行的制冷剂流路。当制冷剂流经膨胀阀时，压力和温度发生下降。
在许多制冷剂蒸气压缩系统中，当制冷剂流经膨胀阀时，部分液体膨胀至蒸气相，而第二部分液体保持在液相。所产生的两相流体可导致在蒸发器中分布不均。这里使用的术语两相流体的“分布不均”意味着流体的一个相(例如液相)占主导地位地流过蒸发器的特定部分，而流体的另一相(例如蒸气相)占主导地位地流过蒸发器的不同部分。
本发明已经确定两相流体分布不均是使用平行制冷剂流路的热交换器的常见问题，这导致热交换器效率低下。对于具有相对较少的平行制冷剂流路(通常为20或更少)的热交换器而言，两相流体的均匀分配通过单独向每个平行的制冷剂流路给料的分配装置而得以实现。但是，对于具有很多平行制冷剂流路(通常多于20)的热交换器而言，每个平行制冷剂流路的单独分配通常是不现实的。大多数情况下，使用简单的进口集管，其可导致热交换器的显著制冷剂分布不均。此外，当流从膨胀装置过渡至进口集管时，重力以及总体积的增加也会发生作用引起液相和蒸气相分离，导致热交换器分布不均。
以前，美国专利7143605已建议包含置于进口集管内的分配器管以减少分布不均。虽然该分配器管已被证明有益于减少分布不均，但是热交换器内的液相和蒸气相分布不均仍旧是个问题。
因此，需要能克服、减轻和/或缓解现有技术热交换器的上述和其他有害影响的一个或多个。
发明内容
一种热交换器具有与集管成流体连通的多个平行通道。集管包括混合装置和一个或多个挡板，混合装置和该一个或多个挡板共同作用以防止通道内流体两相的分布不均。
本领域技术人员从以下的详细描述、附图和所附权利要求将会欣赏并理解本发明的上述和其他的特征和优点。
附图说明
图1为依照本发明的具有带挡板的集管的热交换器的示例性实施例的剖面图；
图2为图1的集管的第一替代示例性实施例的近视图；
图3为图1的集管的第二替代示例性实施例的近视图；
图4为依照本发明的具有集管的热交换器的替代示例性实施例的剖面图；
图5为依照本发明的具有集管的热交换器的替代示例性实施例的剖面图；以及
图6示出了具有一对依照本发明的热交换器的制冷回路的示例性实施例。
具体实施方式
现参照附图特别是图1，示出了依照本发明的平行流路热交换器的示例性实施例，该热交换器示例性实施例总地标记为参考数字10。热交换器10包括在一个或多个集管18、20内的一个或多个挡板12。有益地，挡板12被设置为限制流体沿集管18、20的轴线(A)移动，这缓解了两相流体的分离并确保了在热交换器10通道内的均匀分布。
为了清楚起见，图1示出了热交换器10为具有第一程14和第二程16的多程热交换器。当然，本发明也设想挡板12对于任何具有多于或少于两程的平行流路热交换器具有同样的用处。
热交换器10包括第一集管18和第二集管20，两个集管通过多个平行通道22的方式相互流体连通。在所示实施例中，热交换器10为具有多个微通道22的微通道热交换器。但是，本发明也设想挡板12对于任何类型的具有任何期望大小的通道22的平行流路热交换器具有同样的用处。
第一集管18包括第一分隔件24-1，第二集管20包括第二分隔件24-2。分隔件24-1、24-2被设置为将集管18、20和通道22沿线26分别分隔为第一程14和第二程16。分隔件24-1将第一集管18分为进口侧28和出口侧30。类似地，分隔件24-2将第二集管20分为进口侧32和出口侧34。
热交换器10包括位于第一集管18的进口侧28内的分配插件36。此外，热交换器10包括位于第二集管20的出口侧32内的收集插件38，以及位于第二集管20的进口侧34内的分配插件40。在所示实施例中，收集插件38和分配插件40显示为一个整体构件。但是，本发明也设想收集和分配插件38、40为分立组件。
热交换器10特别使用流体42，例如为蒸气压缩或空调回路的制冷剂。流体42可为单相流体或两相流体。因此，流经热交换器10的流体42可处于蒸气相和/或液相。在所述实施例中，流体流26由一个或多个方向箭头代表。
分配插件36包括限定于其中的多个开孔44。开孔44使得分配插件36与第一集管18进口侧28成流体连通。收集插件38包括限定于其中的多个开孔46。开孔46将收集插件38置于与第二集管20出口侧32成流体连通。分配插件40包括限定于其中的多个开孔48。开孔48将分配插件40置于与第二集管20进口侧34成流体连通。
使用期间，流体42通过第一集管18进口侧28内的分配插件36进入热交换器10。分隔件24-1阻止流体42从进口侧28流向出口侧30。相反地，分配插件36将流体42通过开孔44分配到第一集管18进口侧28中。
本发明已确定的是，分配插件36帮助流体42以大致均匀的状态进入第一集管18的进口侧28。更具体地，已确定的是，分配插件36帮助混合流体42，使得第一集管18的进口侧28内的流体为液相流体和蒸气相流体的大致均匀的混合物。
开孔44大小优选为可变的以有效地混合和分配流入第一集管18的进口侧28内的流体42。开孔44可具有穿过分配插件36可不变的尺寸，或者开孔的尺寸在大小上可沿着从第一程14至第二程16的方向增大。例如，开孔44的尺寸可在流体流路的下游进一步增大，这可达到更大程度的流体分布。
在进口侧28内，挡板12被设置为限制流体42在第一集管18的进口侧28内的移动。更具体地，并且不希望受到任何特殊理论的束缚，本发明已确定的是，流体42的液相和蒸气相可被热交换器10内的流体力分离，使得这些力可引起两相之一被推向分隔件24-1。流体42沿着第一集管18的轴线朝着分隔件24-1的这种移动可被挡板12限制。因此，挡板12帮助缓解流体42在第一程14的通道22内的分布不均。
大体上，热交换器10包括混合装置，图示为分配插件36，以当流体进入进口侧28时有效地混合流体42，使得流体的两相在进口侧28内处于大致均匀的两相混合物中。此外，热交换器10包括一个或多个挡板12(示出两个)以阻止进口侧28内的流体力将两相互相分离并将两相之一推向分隔件24-1。用这种方式，挡板12确保了流体42以大致均匀的两相混合物进入第一程14的通道22，这缓解了流体在通道内的分布不均。
流体42从第一集管18的进口侧28进入通道22，流过这些通道并离开这些通道进入第二集管20的出口侧32。在此，流体42通过分隔件24-2被阻止直接流向第二集管20的进口侧34。
相反地，流体42从出口侧32通过开孔46流向收集插件38。随后，流体42从收集插件38流向分配插件40。用这种方式，流体42从第一程14穿过线26流入第二程16。接下来，流体42从分配插件40通过开孔48流入第二集管20的进口侧34。
本发明已确定的是，收集插件38和/或分配插件40帮助流体42以大致均匀的两相状态流至第二集管20的进口侧34。更具体地，收集插件38和分配插件40每一个在流体流经其中时都混合流体42。
第二集管20内的挡板12被设置为限制流体42在进口侧34内沿第二集管的轴线(A)移动。因此，挡板12也可帮助缓解流体42在第二程16的通道22内的分布不均。
流体42从第二集管20的进口侧34进入通道22，流过这些通道并离开这些通道进入第一集管18的出口侧30。在图示实施例中，热交换器10为两程交换器，流体42流出热交换器。但是，本发明也设想热交换器10具有多于两程14、16的程，使得流自第二集管20的流体42可进入第三程通道(未示出)。
具有挡板12的热交换器10的替代实施例显示在图2中。为了清楚的目的，仅示出热交换器10的相关部分。在此，图示的分配插件36中的开孔44沿着与通过通道22的流向大致垂直(例如大约九十度)的方向引导流体42。与之对照的是，图1示出的分配插件36具有的开孔44沿着与通过通道22的流向大致平行(例如约零度)的方向引导流体42。
如此，本发明设想热交换器10具有分配插件36，该分配插件36具有相对于通过通道22的流向成任意期望角度的开孔44。例如，设想热交换器10具有分配插件36，该分配插件36的开孔44具有例如零度(图1)、九十度(图2)和两者之间的角度，以及任何大于九十度的角度。此外，设想开孔44的角度为相互不同，使得一些开孔可具有一个角度而其他开孔具有不同角度。
还如图2的实施例所示，分配插件36显示为具有与分隔件24-1相邻的端盖50的闭端管，而图1所示的分配插件36的实施例显示为连接到分隔件24-1的开端管。
现参照图3，显示了具有挡板12的热交换器10的另一示例性实施例。同样，仅显示了热交换器10的相关部分。在此，分配插件36由第一壁52和第二壁54限定，其中，第一壁独立于第一集管18，但是第二壁与第一集管共用。进一步地，分配插件36被分隔件24-1限定。相反，图1和图2所示的分配插件36的实施例与第一集管18没有共用的壁。
现参照图4，仍显示具有挡板12的热交换器10的另一示例性实施例。在该实施例中，热交换器10包括针对图1实施例所述的分配插件36和40。但是，在该实施例中，热交换器10缺乏图1所示的位于第二集管20出口侧32内的收集插件38。相反，图4所示热交换器10包括外部的收集-分配器56。
外部的收集-分配器56经由一个或多个端口58(仅显示一个)与第二集管20的出口侧32成流体连通。进一步地，外部的收集-分配器56经由一个或多个端口60(示出三个)与第二集管20的进口侧34构成流体连通。
用这种方式，流体42从第一集管18的进口侧28进入通道22，流过这些通道并离开这些通道进入第二集管20的出口侧32。在此，流体42被分隔件24-2阻止直接流向第二集管20的进口侧34。
相反，流体42从出口侧32通过开孔58流向外部收集-分配器56。随后，流体42通过外部收集-分配器从第一程14穿过线26流入第二程16。接下来，流体42从外部收集-分配器56通过开孔60流入分配插件40，该分配插件在流体通过开孔48从该分配插件流入第二集管20的进口侧34时进一步混合流体42。如上所述，第二集管20内的挡板12被设置限制流体42沿第二集管的轴线A移动。因此，挡板12也可帮助缓解流体42在第二程16的通道22内的分布不均。
外部收集-分配器56帮助流体42以大致均匀的状态流入第二集管20的进口侧34。与图1实施例相比，外部收集-分配器56与分配插件40一起的组合增加了额外的混合级。具体地，外部收集-分配器56包括第一程14内的第一部分62(即线26左侧)和第二程16内的第二部分64(即线26右侧)。在此，第一部分62功能与图1的收集插件38类似，而第二部分64功能与图1的分配插件40类似。由于图4的实施例包括第一部分62、第二部分64以及分配插件40，因此与图1实施例相比，热交换器10的该实施例提供流体42的一个额外的混合级。
现参照图5，其显示了热交换器10的另一个实施例。
在该实施例中，第一集管18包括进口端口66和出口端口68，进口端口66和出口端口68被设置为使得流体42的流沿着与通过通道22的流体流大致平行的方向。相反，图1所示热交换器10具有端口66、68，端口66、68引导流体42沿着与通过通道22的流向大致垂直(例如约九十度)的方向。此外，本发明设想热交换器10具有端口66、68，端口66、68相对于通过通道22的流向成任何期望角度。例如，设想热交换器10具有一个或两个端口66、68，该一个或两个端口的角度选自由零度、九十度及其任意组合组成的组。
还如该实施例中所示，第一集管18包括位于第一集管出口侧30内的收集插件38。第一集管18出口侧30内的收集插件38的功能与图1实施例的第二集管20出口侧32内的收集插件38一样。因此，图5实施例中的热交换器10在流体离开热交换器之前为流体42提供了额外混合。
还如该实施例中所示，热交换器10包括位于第二集管20处的第二收集-分配器70。第二收集-分配器70经由一个或多个(仅示出一个)开孔72而与收集插件38成流体连通，并经由一个或多个(仅示出一个)开孔74与分配插件40成流体连通。另外，分隔件24-2包括延伸部76，该延伸部阻止收集插件38与分配插件40之间的直接流体连通。因此，与图1实施例相比，图5实施例中的热交换器10在第二集管20内提供了额外的混合级。
有益地，热交换器10用在任何制冷回路中。例如，现参照图6，显示热交换器用在制冷回路80中。在此，制冷回路80具有蒸发器82和冷凝器84。有益地，热交换器10可用作蒸发器82、冷凝器84或两者。
热交换器10可被布置在回路80内，使得多个通道22以任何期望方式布置。在一些实施例中，热交换器10可被设置在回路80内，使得通道22是竖向布置的。用这种方式，热交换器10可被布置在回路80内，使得制冷剂42以上下方式流过通道。在其他实施例中，热交换器10可被布置在回路80内，使得通道22是水平布置的。用这种方式，热交换器10可被布置在回路80内，使得制冷剂以侧到侧的方式流过通道22。
回路80可用于任何蒸气压缩装置，例如但是不限于空调、热泵、除湿器、制冷机、冷冻机以及其他的。例如，回路80可用于交通工具的空调中，交通工具例如为但不限于汽车、卡车、轮船、飞机以及其他可移动交通工具。进一步地，回路80可用于处于固定调节装置中的空调，例如用于制冷机、冷冻机、家用空调或商用空调、冷却器单元等等。
如本文所述，热交换器10包括经由一对集管18、20而相互流体连通的平行通道22。一个或多个集管可包括混合装置(例如插件36、38、40、56、70)以将流过热交换器10的流体42保持在大致均匀的两相混合物中。有益地，热交换器10还包括位于集管18、20的一个或多个内的一个或多个挡板12。挡板12阻止流体22沿集管18、20的轴线移动，使得流体42在进入通道22时保持在均匀的两相混合物中。
还需注意的是，在本文中可以使用术语“第一”、“第二”、“第三”、“上”、“下”等等以修饰各种元件。除非有特别说明，这些修饰词并不暗示所修饰元件的空间、序列或等级次序。
尽管已参照一个或多个示例性实施例说明本发明，但是本领域技术人员可以理解的是，无需脱离本发明的范围，可以作出各种变化，并可以用等同物来替代这些变化的元件。此外，对本发明的教导可做出许多修改以适应特定情形或材料而不脱离本发明的范围。因此，意图是本发明不限于作为设想用于实施本发明装置的最佳方式而公开的特定实施例，而是所公开的装置将包括落入本发明范围内的所有实施例。

Claims (26)

1.一种热交换器，用于具有蒸气相和液相的流体，包括：
第一集管；
第二集管；
多个平行通道，该多个平行通道与所述第一和第二集管成流体连通；
混合装置，其被设置为混合流入所述第一集管的流体，使得该流体成为蒸气相和液相的大致均匀的两相混合物；以及
位于所述第一集管内的一个或多个挡板，所述一个或多个挡板被设置为确保流体作为大致均匀的两相混合物进入所述多个平行通道。
2.根据权利要求1所述的热交换器，其中，混合装置包括置于所述第一集管内的分配插件。
3.根据权利要求2所述的热交换器，其中，所述分配插件包括多个开孔，该多个开孔相对于通过所述多个平行通道的流体流向具有选定角度。
4.根据权利要求1所述的热交换器，进一步包括第一分隔件，该第一分隔件限定在所述第一集管内，使得所述多个平行通道限定出第一程和第二程，第一程与所述第一集管的进口侧流体连通，第二程与所述第一集管的出口侧流体连通。
5.根据权利要求4所述的热交换器，进一步包括第二分隔件，该第二分隔件限定在所述第二集管内，使得所述第一程与所述第二集管的进口侧流体连通，所述第二程与所述第二集管的出口侧流体连通，所述第二集管的所述进口和出口侧成流体连通。
6.根据权利要求5所述的热交换器，进一步包括：
第二分配插件，其位于所述第二集管的所述出口侧内，所述第二分配插件被设置为将从所述第二集管的所述进口侧流入所述第二集管的所述出口侧的流体混合，使得该流体成为大致均匀的两相混合物；以及
一个或多个第二挡板，该一个或多个第二挡板位于所述第二集管的所述出口侧内，所述一个或多个挡板被设置为确保流体作为大致均匀的两相混合物进入所述第二程的所述多个平行通道。
7.根据权利要求6所述的热交换器，进一步包括位于所述第二集管的所述进口侧内的收集插件，所述收集插件被设置为混合流自所述第二集管的所述进口侧的流体以形成大致均匀的两相混合物，所述收集插件与所述第二分配插件成流体连通。
8.根据权利要求5所述的热交换器，进一步包括收集插件，该收集插件被设置为混合流自所述第二集管的所述进口侧的流体以形成大致均匀的两相混合物。
9.根据权利要求8所述的热交换器，其中，所述收集插件在所述第二集管外。
10.根据权利要求8所述的热交换器，其中，所述收集插件在所述第二集管内。
11.根据权利要求10所述的热交换器，进一步包括第二收集-分配器，该第二收集-分配器将所述收集插件置于与所述第二分配插件成流体连通。
12.根据权利要求1所述的热交换器，其中，所述第一集管包括进口侧，该进口侧通过第一分隔件沿轴线与出口侧分开，以及
所述多个平行通道包括第一程平行通道和第二程平行通道，第一程平行通道与所述第一集管的所述进口侧和所述第二集管的所述进口侧流体连通，第二程平行通道与所述第一集管的所述出口侧和所述第二集管的所述出口侧流体连通。
13.根据权利要求12所述的热交换器，其中，所述混合装置包括位于所述第一集管的所述进口侧内的分配插件，所述分配插件包括多个开孔，该多个开孔被设置为混合流入所述第一集管的所述进口侧的流体，使得该流体成为蒸气相和液相的大致均匀的两相混合物。
14.根据权利要求13所述的热交换器，其中，所述一个或多个挡板在所述第一集管的所述进口侧内。
15.根据权利要求13所述的热交换器，其中，所述分配插件包括多个开孔，该多个开孔的尺寸在穿过所述分配插件时是不变的。
16.根据权利要求13所述的热交换器，其中，所述分配插件包括多个开孔，该多个开孔的尺寸在大小上沿着从所述第一程至所述第二程的方向增大。
17.根据权利要求13所述的热交换器，其中，所述分配插件不与所述第一集管共用壁。
18.根据权利要求13所述的热交换器，其中，所述分配插件包括独立于所述第一集管的第一壁和与所述第一集管共用的第二壁。
19.根据权利要求12所述的热交换器，其中，所述第二集管包括：
进口侧，该进口侧通过第二分隔件沿所述轴线与出口侧分开；
位于所述第二集管的所述出口侧内的第二分配插件，所述第二分配插件被设置为混合从所述第二集管的所述进口侧流入所述第二集管的所述出口侧的流体，使得该流体成为大致均匀的两相混合物；以及
位于所述第二集管的所述出口侧内的一个或多个第二挡板，该一个或多个第二挡板被设置为阻止流体在所述第二集管的所述出口侧内沿所述轴线移动。
20.根据权利要求19所述的热交换器，进一步包括收集插件，该收集插件被设置为混合流自所述第二集管的所述进口侧的流体以形成大致均匀的两相混合物，所述收集插件与所述第二分配插件成流体连通。
21.根据权利要求20所述的热交换器，其中，所述收集插件在所述第二集管内或外。
22.根据权利要求1所述的热交换器，其中，所述第一集管包括进口端口和出口端口，所述进口和出口端口被设置为使得流过所述进口和出口端口的流体流沿着大致平行于流过所述多个平行通道的流体流的方向。
23.根据权利要求1所述的热交换器，其中，所述第一集管包括进口端口和出口端口，所述进口和出口端口被设置为使得流过所述进口和出口端口的流体流沿着大致垂直于流过所述多个平行通道的流体流的方向。
24.根据权利要求1所述的热交换器，其中，该热交换器用于制冷回路中。
25.根据权利要求24所述的热交换器，其中，所述多个平行通道是竖向布置的。
26.根据权利要求24所述的热交换器，其中，所述多个平行通道是水平布置的。
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