CN102057244A - 用于换热器中的集成流分离器及抽空容积设备 - Google Patents

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Abstract

用于换热器的相分离器和流体存储容积设备(12，14)包括容器(54)、蒸气管道(50)、液体管道(52)、存取管道(58)和流调整设备(62)。所述容器(54)包括第一室(66)，第二室(68)，以及将所述第一室(66)与所述第二室(68)分离的分隔件(56)。所述蒸气管道(50)从所述第二室(68)内延伸，通过所述分隔件(56)和所述第一室(66)到所述第一室(66)外部。所述蒸气管道(50)还包括在所述第一室(66)内所述管道(50)的入口和出口之间的孔(70)。所述液体管道(52)从所述第二室(68)内延伸到所述第二室(68)外部。所述存取管道(58)连接到所述第二室(68)。所述流调整设备(62)位于所述蒸气管道(50)内，以在所述蒸气管道(50)内在所述第一室(66)与所述第二室(68)之间传播的制冷剂之间提供相分离。

Description

用于换热器中的集成流分离器及抽空容积设备
技术领域
本发明总体上涉及换热器领域，更具体地，涉及用于平行流换热器的抽空容积(pump-down volume)以及相分离器。
背景技术
换热器包括流体流设备，其中，外部流体(通常是空气)流过在内部以管道输送的流体(通常是制冷剂)来传递热。当与热泵系统一起使用时，换热器可用作冷凝器将热增加到外部流体，或可用作蒸发器将热增加到内部流体。当用作蒸发器时，制冷剂通常作为包括液体和蒸气的二相流体进入换热器。当用作冷凝器时，制冷剂通常作为基本包括蒸气的单相流体进入换热器。在平行流换热器中，内部流体流动通过多个大致平行回路，回路的开口和出口由各自集管(header)或歧管连接。平行流换热器通过提高回路内制冷剂的表面积而在紧凑的尺寸中实现高效的热传递。平行流换热器在效率和尺寸上的进一步改善可通过研发小通道或微通道换热器(MCHX)而实现，其中平行回路的尺寸被显著减少，使得每个仅包含换热器总制冷剂容积的一小部分。如此，回路内的制冷剂的内部容积得以减少。
但是，平行流换热器，尤其是MCHX换热器的效率受到集管和回路内制冷剂的相分布不均和流量分布不均的抑制。相分布不均可由多种因素造成，但通常是因蒸发器操作期间具有不同密度的二相制冷剂流体的相之间进入液体集管的流速差而产生。具体地，在快速移动的二相制冷剂中，动量将较重的液相制冷剂滴携带得比较轻的气相制冷剂更远。如此，歧管入口附近的平行换热回路主要接收气相的制冷剂，而较远的回路主要接收液体制冷剂。相反，在慢速移动的二相制冷剂中，液相制冷剂留在接近歧管入口的回路附近，而气相制冷剂被带到较远的回路。因此，例如，一些回路未被充分利用于在蒸发器内将液相制冷剂转换成气相制冷剂。类似地，当制冷剂(通常是单相制冷剂)通过比起一些回路来更接近另一些回路的开口进入集管时，产生流量分布不均。更大容积的制冷剂倾向于进入较接近开口的回路，而更远的回路所接收的制冷剂容积在其传导制冷剂的容量之下。如此，例如，制冷剂被不均匀地分布在冷凝器中的各个回路之间，并且一些回路未被充分利用于将气相制冷剂转换成液相制冷剂。在相分布不均或流量分布不均的情况下，由于在所有换热回路中没有最优地进行液体制冷剂的蒸发或冷凝，所以制冷剂和外部空气之间的高效热传递被降低。到每个换热回路的入口都非常小的MCHX换热器加剧了这些问题。
进一步地，如上所述，与常规的换热器相比，平行流换热器和MCHX换热器为制冷剂储存提供小得多的内部容积。偶尔地，热泵系统必须进入抽空状态，其中，集管中的一个被关闭，并且热泵系统中的制冷剂被泵到其中一个换热器内，使得可在热泵系统上进行保养和维护。由于每个回路的尺寸和小的内部容量，平行流和MCHX换热器经常没有足够的内部容积使热泵系统能够达到完全抽空状态。
发明内容
本发明的示例实施例包括用于换热器的相分离器和流体存储容积设备。所述设备包括容器、蒸气管道、液体管道、存取管道(access tube)和流调整设备。所述容器包括第一室，第二室，以及将所述第一室与所述第二室分离的分隔件。所述蒸气管道从所述第二室内延伸，通过所述分隔件和所述第一室到所述第一室外部。所述蒸气管道还包括在所述第一室内所述管道的入口和出口之间的孔。所述液体管道从所述第二室内延伸到所述第二室外部。所述存取管道连接到所述第二室。所述流调整设备位于所述蒸气管道内，以在所述蒸气管道内在所述第一室与所述第二室之间传播的制冷剂之间提供相分离。
附图说明
图1示出可在加热和冷却模式下操作以调节空间的热泵系统的示意图，该热泵系统集成了包括本发明的制冷剂容器的换热器。
图2A示出用于图1的热泵系统中用作冷凝器的换热器，其中，该换热器包括用作截止阀的制冷剂容器。
图2B示出用于图1的热泵系统中用作蒸发器的换热器，其中，该换热器包括用作相分离器的制冷剂容器。
图3示出用于图1的热泵系统中用作抽空存储容积的换热器，其中，该换热器包括用作存储容积的制冷剂容器。
图4示出用于图1的热泵系统中的包括本发明的制冷剂容器的换热器的另一个实施例。
具体实施方式
图1示出包括本发明的制冷剂流控制容器12和14的热泵系统10的示意图。系统10包括压缩机16、阀18、室外换热器20、膨胀设备22和室内换热器24，它们通过制冷剂管路25A-25C串行连接以形成蒸气压缩回路。阀18包括本领域已知的四路换向阀以将制冷剂在向前和相反方向上从压缩机16泵送通过回路。如此，室外换热器20和室内换热器24能既用作冷凝器又用作蒸发器，并且系统10可操作以将已调节的空气提供到被加热或冷却的空间26。系统10构造成分开的系统，其中换热器24位于空间26内，而压缩机16、换热器20和膨胀设备22位于空间26外部。在其它实施例中，膨胀设备22可位于空间26内部，在邻近容器14的管路25B上。空间26包括建筑、住宅或需要提供被调节空气的任何其他封闭空间。系统10被连接到控制系统，所述控制系统包括控制器28、室外风扇30、室内风扇32、室外传感器34和室内传感器36。基于由传感器34和36所感测到的诸如温度和湿度这样的因素，控制器28操作风扇30和32、压缩机16以及阀18，以对空间26提供加热或冷却的调节空气。进一步地，热泵系统10包括检修阀38和40，控制器28与其一起操作压缩机16进行抽空操作，其中热泵系统10内包含的制冷剂被收集在单个换热器和制冷剂容器内。
在如图1所示加热模式中，室外换热器20用作蒸发器，而室内换热器24用作冷凝器。压缩机16将制冷剂压缩到高压和超过室内空气AI的温度的高温，使得制冷剂大致由过热蒸气组成。可采用产业上已知的任何合适的制冷剂，例如R-22或R-410A制冷剂。阀18运转以将蒸发的制冷剂通过管路25A供应到空间26内的换热器24，同时控制器28致动风扇32以加速换热器24上的相对较冷的室内空气AI。换热器24在多个内部流回路内增加制冷剂的表面积，使得室内空气AI和制冷剂能更好地换热。制冷剂冷却和冷凝成比之前温度略低同时仍在高压下的饱和液体，将热排到空间26。随着室内空气AI被风扇32循环通过换热器24和空间26，室内空气AI从换热器24内的制冷剂吸热。制冷剂从换热器24经过管路25B和膨胀设备22，膨胀设备22迅速降低制冷剂的压力并将制冷剂的温度迅速降低到低于外部空气AO的温度，使得制冷剂在闪蒸过程中转换成液体和蒸气的二相状态。在来自压缩机16的压力下，冷的制冷剂继续流动到室外换热器20内，在那里，控制器28致动风扇30以加速换热器20上相对较热的室外空气AO。制冷剂被相对较热的室外空气AO汽化，使得制冷剂蒸发并吸热以包括饱和蒸气。然后，热蒸气被通过管路25C抽到压缩机16的吸取口中，在那里其被加热并压缩成高温、高压蒸气使得可重复该循环。
在冷却模式中，这一过程相反，室内换热器24用作蒸发器而室外换热器20用作冷凝器，以对空间26提供冷却。如此，图1的管路25A、25B和25C上的箭头将会反向以指示相反的制冷剂流。在将已冷却的空气提供到空间26的同时，压缩机16将制冷剂压缩到高压和超过外部空气AO的温度的高温，使得该制冷剂大致由过热的蒸气组成。蒸发的制冷剂被从压缩机16排出，在那里，阀18运转以将制冷剂通过管路25C供应到现在起到冷凝器作用的换热器20，同时控制器28致动风扇以加速换热器20上的相对较冷的室外空气AO。制冷剂冷却和冷凝成比之前温度略低同时仍在高压下的饱和液体。制冷剂从换热器20经过膨胀设备22，膨胀设备22迅速降低制冷剂的压力并将制冷剂的温度迅速降低到低于室内空气AI的温度，使得制冷剂在闪蒸过程中转换成液体和蒸气的二相状态。在来自压缩机16的压力下，冷的制冷剂通过管路25B继续流动到现在起到蒸发器作用的换热器24内，在那里，控制器28致动风扇32以加速蒸发器24上相对较热的室内空气AI。随着室内空气AI经过换热器24的换热回路，室内空气AI将热卸到换热器24内的制冷剂。制冷剂蒸发并从相对较热的室内空气AI吸热，使得制冷剂汽化成饱和蒸气。然后，热蒸气被通过管路25A抽到压缩机16中，在那里其被压缩并加热成高温、高压蒸气使得可重复该循环。
在任一个操作模式中，系统10利用由压缩机16和膨胀设备22产生的压力差，以及在空气和换热器20和24内的制冷剂之间产生的热差将热移到空间26内和空间26外。具体地，系统10依赖于蒸气压缩回路将制冷剂从液体转变成蒸气以及从蒸气转变成液体的能力。系统10的效率取决于换热器20和24能将热传递到和传递出室内空气AI和室外空气AO的效率，这取决于制冷剂在蒸发器和冷凝器内处于合适的相。例如，当换热器20和24用作蒸发器时，有利的是，来自二相制冷剂的饱和蒸气与饱和液体分离使得较多液体能在传播通过换热回路的同时转换成蒸气，从而减少或消除相分布不均及其影响。类似地，当换热器20和24用作冷凝器时，有利的是，来自单相制冷剂的过热蒸气均匀分布到换热回路，从而减少或消除流量分布不均及其影响。在系统10内，制冷剂容器12和14分别分离进入换热器20和24的液相和气相制冷剂流，以改善制冷剂到换热回路的分布，从而提高换热器的热传递效率。当换热器20和换热器24在热泵系统内用作蒸发器时，制冷剂容器12和14用作相分离器以将饱和液体与饱和蒸气分离。当换热器20和换热器24在热泵系统内用作冷凝器时，制冷剂容器12和14还用作截止阀以提高通过换热器20和换热器24的蒸气和液体流。在其它实施例中，当换热器20和24在跨临界条件下(例如在气体冷却器内)运行时，制冷剂容器12和14还在亚临界制冷剂与超临界制冷剂之间提供相分离功能。
另外，容器12和14还为系统10提供抽空容积，使得蒸气压缩回路内的制冷剂可被收集，以便(除了别的以外)在系统10上进行维护。例如，在压力侧抽空操作过程中，来自蒸发器换热器(例如换热器20)的制冷剂被分配到冷凝器换热器(例如换热器24)。关闭位于冷凝器换热器24与膨胀设备22之间的阀38，并且激活压缩机16以从换热器20排空制冷剂并将制冷剂泵到换热器24，由此阀38防止制冷剂离开换热器24。如此，制冷剂被从阀38与阀18之间的蒸气压缩回路(包括换热器20和压缩机16)移除。这样，可在不损失制冷剂的情况下从系统10移除这些部件。根据阀18的位置，还可利用阀40从换热器24内排空制冷剂，并将其存储在换热器20内。容器12和14分别为换热器20和24提供额外的容积，以提供在MCHX换热器中通常是难以获得的额外的存储空间，以完成抽空操作。容器12和容器14因而为系统10提供增加换热器20和24的效率和灵活性的相分离设备和抽空容积。
图2A示出来自图1的系统10的换热器20和容器14，其用作冷凝器，就像在系统10的冷却操作过程中。换热器20包括蒸气集管42、液体集管44、液体集管插入物(insert)46和换热通道48。容器12包括膨胀设备22、蒸气管道50、液体管道52、容器体54、分隔件56、存取管道58和流调整设备62。
换热通道48包括多个大致平行流回路，其限定在蒸气集管42与液体集管44之间的联通通道。每个通道(包括通道48)通常包括管道或一些其它液体联通部件。在所示实施例中，通道48包括竖直、单程、平行流回路，但在其它实施例中，可采用水平流回路或以任何其它角度指向的回路。类似地，在其它实施例中，通道48可包括多程或多回路换热通道，或MCHX通道。例如，在一个实施例中，通道48包括小通道换热通道，其液力直径在大约0.7mm到大约2.0mm的范围内。在其它实施例中，通道48包括微通道换热通道，其液力直径小于大约0.7mm。在另一实施例中，通道48包括液力直径在以上引用的近似范围内变化的微通道换热通道。
在所示实施例中，蒸气集管42包括在换热通道48的顶上延伸的伸长水平空心体，而液体集管44包括在换热通道48的底上延伸的伸长水平空心体。这样，通道48的顶端与蒸气集管42流体联通，通道48的底端与液体集管44流体联通。蒸气集管42在第一端A开口使得蒸气集管42与管路25C流体联通，当换热器20用作冷凝器时管路25C处于压力下。蒸气集管42在第二端B开口使得蒸气集管42与蒸气管道50流体联通。液体集管44在第一端C开口使得液体集管44与液体管道52流体联通。液体集管44在第二端D关闭。液体集管插入物46位于液体集管44内并流体连接到液体管道52。液体集管插入物46包括多个孔或穿孔，使得换热通道48与液体管道52流体联通。蒸气管道50和液体管道52连接到容器体54并与其流体联通。
容器体54包括在蒸气集管42与液体集管44之间集成到换热器20的柱形空心体。包括盘形部件的分隔件56位于容器体54内的大致跨距中间，以在容器体54内形成蒸气容积66和液体容积68。分隔件56的位置基于设计需要而变化，但典型地位于使得液体容积68等于蒸气容积66的位置。在其它实施例中，液体容积68小于蒸气容积，因为液体比蒸气密度更大，从而需要更小的空间。蒸气容积66与液体容积68之间的流体交换由位于蒸气管道50内的流调整设备62调整。
蒸气管道50在位于液体容积68内的第一端E开口。蒸气管道50在连接到蒸气集管42的第二端F开口。蒸气管道50从第二端F延伸通过整个蒸气容积66并通过分隔件56。但是，位于蒸气容积66内的蒸气管道50的这部分本体包括多个孔70。如此，蒸气管道50在蒸气集管42与蒸气容积66和液体容积68之间均提供流体联通。流调整设备62位于在液体容积68内部的蒸气管道50的第一端E附近，以调整蒸气容积66与液体容积68之间的流动。
液体管道52在位于液体容积68内的第一端G开口。液体管道52在连接到液体集管44和插入物46的第二端H开口。液体管道52包括将液体集管44和插入物46与液体容积68流体连接的非穿孔体。插入物46与通道48的底端相邻延伸液体集管44的长度。容器体54还包括沿容器体54的长度在液体容积68顶部附近定位的存取管道58。存取管道58在液体容积68内提供开口并与膨胀设备22连接，膨胀设备22与管路25B连接以将换热器20与换热器24连接。
在系统10的冷却操作期间，如图1所示，换热器20用作冷凝器。制冷剂作为高温、高压蒸气制冷剂RV在来自压缩机16的压力下在蒸气集管42处进入作为冷凝器的换热器20，由实心箭头示出。换热通道48冷却制冷剂使得制冷剂作为较冷的液体制冷剂RL在存取管道58处离开换热器20，由空心箭头示出。制冷剂容器12的流调整设备62保持液体制冷剂RL和蒸气制冷剂RV在换热通道48内隔离地流动。
蒸气制冷剂RV通过管路25C在第一端A进入蒸气集管42。在冷却模式下，阀18(图1)将管路25C与压缩机16的排出联系起来，使得压缩机16将高压蒸气制冷剂泵到换热器20。在来自压缩机16的压力下，蒸气制冷剂RV分散遍及蒸气集管42，并继续分散到连接到蒸气管道50的蒸气集管42的第二端B。蒸气制冷剂RV继续通过蒸气管道50到流调整设备62，由此流调整设备62防止蒸气制冷剂RV进入液体容积68。但是，蒸气制冷剂RV通过设置在蒸气管道50内的孔70进入蒸气容积66。由此，蒸气容积66、蒸气管道50和蒸气集管42被蒸气制冷剂RV施压，使得蒸气在集管42内大致均匀地分布。
蒸气制冷剂RV也从蒸气集管42移动到连接到蒸气集管42的换热通道48内的开口中。利用从压缩机16提供的压力，蒸气制冷剂RV被通过通道48推到液体集管44，由此，在经过通道48(图1)的内部空气AI的帮助下，蒸气制冷剂RV冷凝而在液体集管44内产生液体制冷剂RL。插入物46设置在液体集管44内并包括孔以允许液体制冷剂RL从液体集管44进入插入物46并流入液体管道52内。液体制冷剂RL从液体管道52继续进入液体容积68内。液体容积68由液体制冷剂RL填充直到达到存取管道58和蒸气管道50的第一端E。流调整设备62防止液体制冷剂RL流动通过蒸气管道50并进入蒸气容积66。液体制冷剂RL流动通过存取管道58，通过膨胀设备22并流出管路25B外。如此，制冷剂在适于在膨胀设备22内闪膨胀的绝热状态下作为高压、高温的液体制冷剂RL离开换热器20。
当用作冷凝器时，蒸气容积66在压缩机16的影响下受压，而液体容积68由在管路25B处连接到压缩机16的吸取侧而处于减压下。在冷凝器操作条件下，当蒸气集管42中的压力超出液体集管44中的压力时，流调整设备62禁止液体容积68内的液体制冷剂RL流动通过蒸气管道50并进入蒸气容积66和蒸气集管42。类似地，流调整设备62禁止蒸气容积66内的蒸气制冷剂RV流动通过蒸气管道50并进入液体容积68。如此，流调整设备62起到截止阀的作用。
在本发明的一个实施例中，流调整设备62由布置成双节流器(accurator)结构的第一节流器62A和第二节流器62B组成。一般来说，节流器包括限制膨胀设备，所述限制膨胀设备将在第一方向上流动通过设备的液体转换成蒸气，而当在相反方向上流动时不将液体转换成蒸气。节流器还可根据限制的尺寸对蒸气流提供膨胀。在一个实施例中，第一节流器62A和第二节流器62B包括本领域普遍已知为节流器的任何制冷剂膨胀设备。例如，这种节流器在授予Duell等人的美国专利No.3,992,898和授予Schuster等人的美国专利No.5,689,972中被描述，这两项专利都转让给纽约Syracuse的Carrier Corporation公司。第一节流器62A和第二节流器62B在蒸气管道50内串行地布置。第一节流器62A和第二节流器62B的流限制方向在蒸气管道50内取向相反。为了解释的目的，向前流被定义成从液体容积68流到蒸气容积66，而逆流被定义成从蒸气容积66流到液体容积68。
第一节流器62A的指向允许液体制冷剂RL从液体容积68向前流动经过无限制的第一节流器62A，其也允许液体容积68内存在的任何蒸气制冷剂RV经过无限制的第一节流器62A。第二节流器62B的指向在相反方向上，且第二节流器62B内的孔口的尺寸设置成使液体制冷剂RL的向前流膨胀，从而防止液体制冷剂RL进入蒸气容积66。第二节流器62B的尺寸还设置成允许液体容积68内存在的任何蒸气制冷剂RV进入蒸气容积66。如此，第一节流器62A和第二节流器62B提供制冷剂流在第一方向上的相分离。
第二节流器62B的指向允许来自蒸气容积66的蒸气制冷剂RV的逆流经过无限制的第二节流器62A。第二节流器62B的尺寸还设置成允许蒸气容积66内存在的任何液体制冷剂RL通过第二节流器62A。第一节流器62A的指向在相反方向上，且第一节流器62A内的孔口的尺寸设置成使蒸气制冷剂RV的逆流从蒸气容积66膨胀到液体容积68。第一节流器62A的尺寸还设置成防止液体制冷剂RL从蒸气容积66到液体容积68的逆流。如此，第一节流器62A和第二节流器62B提供制冷剂流在第二方向上的相分离。
如此，在冷凝器模式下，流调整设备62起到截止阀的作用，禁止蒸气和液体制冷剂在蒸气容积66与液体容积68之间交换，同时不干扰蒸气制冷剂RV流动通过换热通道48的能力。如果任何液体制冷剂RL累积在蒸气集管66内，则小量的液体制冷剂RL被允许从蒸气容积66通过该双节流器布置逸出到液体容积68。但是，容器14为液体制冷剂RL提供通过换热器20的备选路线，使得通道48可用于冷凝蒸气制冷剂RV。
在典型的常规的没有容器12的单程平行流换热器中，蒸气集管42的第二端B会被封锁，使得所有蒸气会进入到换热回路内。另外，液体集管44的第一端C会直接连接到管路25B以将液体制冷剂从换热器带离。作为蒸气进入常规蒸气集管的制冷剂会受到流量分布不均的困扰。流入的蒸气会立即开始流到换热盘管中，使得更大容积的蒸气制冷剂会趋于在较接近蒸气集管的从压缩机延伸的管路附近的端部的回路中冷凝(例如，蒸气集管42的第一端A)。更靠近蒸气集管远端(例如蒸气集管42的第二端B)的回路会看到蒸气制冷剂的通过量减少。如此，蒸气制冷剂在换热盘管的分布会不平衡，并且换热器的效率会降低。本发明的制冷剂容器12有望通过允许蒸气制冷剂RV均匀化蒸气集管42内的压力，从而促进蒸气制冷剂RV更好地分配到换热通道48内而减小这种影响。制冷剂容器12还减少任何蒸气制冷剂RV进入液体集管44的量。如此，液体集管44填充有更大量的液体制冷剂RL并且更多的液体制冷剂被分配出来到存取管道58。
图2B示出例如在系统10的加热操作期间用作蒸发器的换热器20和容器12。在经过膨胀设备22以后，制冷剂作为饱和液体制冷剂RL(由空心箭头示出)和饱和蒸气制冷剂RV(由实心箭头示出)在存取管道58处进入容器12。包括流调整设备62的容器12将蒸气制冷剂RV与液体制冷剂RL分开，使得只有液体制冷剂RL在换热通道48内蒸发。这样，只有蒸气制冷剂RV在管路25C处离开换热器20。
在系统10的加热模式中，液体制冷剂RL在来自压缩机16(图1)的压力下在管路25B内从换热器24朝换热器20流动。膨胀设备22使液体制冷剂RL膨胀，使得饱和液体制冷剂RL和饱和蒸气制冷剂RV都进入存取管道58。存取管道58倒空到液体容积68，在那里，液体制冷剂RL朝液体容积68和液体管道52的底部受重力作用。蒸气制冷剂RV朝液体容积68的顶部和流调整设备62上升。
液体制冷剂RL从液体管道52进入液体集管44内部的插入物46。插入物46包括延伸液体集管44宽度的伸长管道并包括允许液体制冷剂RL逸出到液体集管44内的孔。该孔在制冷剂进入换热通道48时使液体制冷剂RL进一步膨胀，在换热通道48处，在经过通道48的外部空气AO的帮助下，液体制冷剂RL最终蒸发成蒸气制冷剂RV，在那里其收集在蒸气集管42中。另外，插入物46的整体尺寸可用于在液体集管44内占据空间以改善液体制冷剂RL到换热通道48内的流量分布，从而减少流量分布不均效应。
当用作蒸发器时，液体容积68在压缩机16的影响下受压，而蒸气集管42由在管路25C处到压缩机16的吸取侧的连接而降压。在蒸发器运行条件下，当液体集管44内的压力超出蒸气集管42内的压力时，流调整设备62禁止液体容积68内的液体制冷剂RL流动通过蒸气管道50并进入蒸气容积66和蒸气集管42。但是，流调整设备62允许液体容积68内的蒸气制冷剂RV进入蒸气容积66。
如上所述，在一个实施例中，流调整设备62由布置成双节流器结构的第一节流器62A和第二节流器62B组成。第一节流器62A和第二节流器62B在蒸气管道50内串行布置。第一节流器62A和第二节流器62B的流限制方向在蒸气管道50内取向相反。为了解释的目的，向前流被定义成从液体容积68流到蒸气容积66，逆流被定义成从蒸气容积66流到液体容积68。
第一节流器62A的指向允许液体制冷剂RL从液体容积68向前流动经过无限制的第一节流器62A。第一节流器62A还允许液体容积68内存在的蒸气制冷剂RV通过无限制的第一节流器62A。第二节流器62B的指向在相反方向上，且第二节流器62B内的孔口的尺寸设置成使液体制冷剂RL的向前流膨胀，从而防止液体制冷剂RL进入蒸气容积66。第二节流器62B的尺寸也设置成允许液体容积68内存在的任何蒸气制冷剂RV进入蒸气容积66。如此，第一节流器62A和第二节流器62B提供在第一方向上流动的制冷剂的相分离。
第二节流器62B的指向允许来自蒸气容积66的蒸气制冷剂RV的逆流经过无限制的第二节流器62A。第二节流器62B的尺寸还设置成允许蒸气容积66内存在的任何液体制冷剂RL通过第二节流器62A。第一节流器62A的指向在相反方向上，且第一节流器62A内的孔口的尺寸设置成使蒸气制冷剂RV的逆流从蒸气容积66膨胀到液体容积68。第一节流器62A的尺寸还设置成防止液体制冷剂RL从蒸气容积66到液体容积68的逆流。如此，第一节流器62A和第二节流器62B提供在第二方向上流动的制冷剂的相分离。
如此，在蒸发器模式下，流调整设备62起到相分离设备的作用，允许蒸气制冷剂RV从液体容积68进入蒸气容积66，并防止液体制冷剂RL从液体容积68进入蒸气容积66。如此，制冷剂容器12将液体制冷剂RL供给到液体集管44并将蒸气制冷剂RV供给到蒸气集管42。
蒸气制冷剂RV还通过经过蒸气管道50内的孔70而占据蒸气容积66。在压缩机16的吸取下，产生自蒸气容积66和换热通道48的蒸气制冷剂RV在退出换热器20之前都收集在蒸气集管42内，由此蒸气制冷剂RV回到压缩机16以被施压和加热，从而重复蒸气压缩循环。
如参照图2A所述，在没有本发明的制冷剂容器的典型的常规单程平行流换热器中，蒸气集管42的第二端B会被封锁，使得汽化的制冷剂只从换热回路进入蒸气集管。另外，液体集管44的第一端C会直接连接到膨胀设备22的二相排出。如此，液体集管会填充有液体和蒸气制冷剂两者，从而促进了前述的相分布不均及其在换热器性能上的不利影响。本发明的制冷剂容器12通过只允许液体制冷剂RL进入液体集管44减小了这些效应。液体容积68的增压和流调整设备62的动作起到相分离器作用，其分流换热通道48周围的蒸气制冷剂RV，由此消除已汽化的蒸气制冷剂RV流动通过通道48的流。这样，换热通道48的更多容量被用于将液体制冷剂RL蒸发成蒸气制冷剂RV，从而提高了换热器20的效率。
在本发明的另一个实施例中，流调整设备62由调整通过蒸气管道50的液体和蒸气流的一系列阀和限制设备组成。例如，当换热器20起到冷凝器作用时，这些阀都关闭以防止蒸气容积66与液体容积68之间任何制冷剂的交换。当换热器20起到蒸发器的作用并且二相制冷剂通过存取管道58进入液体容积68时，这些阀打开以允许蒸气制冷剂流动通过限制设备，以进入管道50并通过蒸气管道50内的孔70进入蒸气容积66，这防止液体进入蒸气容积66。
图3示出来自图1的系统10的换热器20，其用作抽空存储容积。如上所述，有时需要重分配系统10的蒸气压缩回路内的制冷剂，使得可在系统10的各种部件上进行维护或其它活动。进行这种重分配的一个方法是关闭定位在蒸气压缩回路内的阀40并运转压缩机16以将液体制冷剂RL泵到换热器20内。
启动抽空操作时，关闭检修阀40以防止制冷剂从换热器20流出。检修阀40包括可连接到控制器28的主动控制阀。在另一实施例中，检修阀40包括手动操作的被动控制阀。对于所示实施例，阀40位于实践上尽可能接近膨胀设备22的位置。
由空心箭头所示的液体制冷剂RL被从压缩机16通过管路25C泵到蒸气集管42中。液体制冷剂RL流到蒸气集管42、换热通道48和液体集管44内。液体制冷剂RL从液体集管44流到液体容积68和存取管道58内并填充液体容积68和存取管道58。检修阀40防止液体制冷剂RL继续流到管路25B内。流调整设备62防止液体制冷剂RL在与参照图2A所述相似的操作下继续流到蒸气容积66内。在防止液体制冷剂RL离开换热器24的情况下，液体制冷剂RL累积在换热通道48和蒸气集管42内。液体制冷剂RL还传播到蒸气管道50内，在那里，孔70允许液体制冷剂RL进入蒸气容积66。孔70包括大直径孔以防止制冷剂的任何相变。如此，根据专门设计的尺寸，换热器20和容器12几乎全部被液体制冷剂RL填充。
通常，在系统10以加热或冷却模式操作期间，换热器20只部分地由制冷剂占据。具体地，换热器20和换热器24的换热通道都只部分地由液体制冷剂填充，其余则由蒸气制冷剂填充。在抽空操作中，热泵系统内的多数制冷剂被冷凝成液体，而少量的较低密度的蒸气仍散布在整个系统中。但是，在典型的平行流换热器(包括MCHX换热器)中，在抽空操作期间，热泵系统中存在比仅其中一个换热器中的可用容积更大量的液体制冷剂。
系统10在抽空操作期间利用容器12和14内的可用空间来存储液体制冷剂。例如，如图2A所示，当用作冷凝器时，换热器20的蒸气集管42和蒸气容积66通常没有液体制冷剂RL。如图2B所示，当用作蒸发器时，换热器20的液体容积68通常是只有部分满的。容器12和14内可用空间的容积的尺寸设置成满足或超过在抽空操作期间所需容积并取决于系统10内所用具体的部件。例如，在一个实施例中，换热器20内在系统10操作期间空的空间的容积等于换热器24内在系统10操作期间被占据空间的容积加上两个换热器之间的管件和部件(例如压缩机16)内的额外占据的空间。如此，在抽空操作期间，一个换热器和一个制冷剂容器12的蒸气容积、液体容积、液体集管、蒸气集管和换热回路的总容积能保持运转系统10所必须的制冷剂冷凝成液体时的总容积。如此，蒸气容积66和液体容积68的容积大于当换热器20用作冷凝器或蒸发器时在管路25B和管路25C之间传导液体制冷剂RL和蒸气制冷剂RV平常需要的容积。
图4示出包括本发明的制冷剂容器76的换热器74。换热器74和制冷剂容器76与图2A和2B的换热器20和24以及制冷剂容器12和14一样包括类似的部件，并同样标识。但是，换热器74示出用于配置本发明特征的不同的管件和阀布置结构。例如，在换热器74中，蒸气管道50被直接用管路25C管道连接到液体容积68和蒸气容积66，绕过蒸气集管42。这样，蒸气管道50的长度被增加到提供额外的抽空存储容积。拉长蒸气管道50并绕过蒸气集管42还会帮助减少流量分布不均效应。流调整设备62位于容器体54外部、蒸气管道50内部。这样，结合各种管道配件，可根据需要访问流调整设备62而不必拆卸制冷剂容器76。另外，在换热器74中，截止阀78A和78B在流调整设备62的任一侧上位于蒸气管道50内。如此，在维护或维修期间，换热器76可继续作为常规的换热器运行，同时流调整设备62被处理。另外，膨胀设备80位于液体管道52内以提供从液体容积68进入液体集管44的液体制冷剂额外的膨胀。可根据具体设计要求的需要来包括另外的膨胀设备和截止阀。
本领域技术人员已知，本发明的换热器和制冷剂容积可用在其它类型和结构的换热器中。例如，本发明的制冷剂容器可定位在多程换热器中的程(pass)之间。例如，参照图4，可将多个换热器76串行连接，使得第一换热器76的管路25B可连接到第二换热器76的管路25C。另外，蒸气管道50和液体管道52可分别连接到为多回路换热器提供服务的蒸气和液体集管，在多回路换热器中，多个换热回路连接所述集管。另外，蒸气集管42和液体集管44可根据要服务的程和回路的数量包括多个入口和出口。在本发明的其它实施例中，集管42和44可与水平、竖直或以其间任意角度(包括角度的组合)布置的换热回路连接。对于多种换热器结构(包括平行流换热器)，本发明的制冷剂容器为用作蒸发器的换热器提供流分离功能，并为用作冷凝器的换热器提供截止阀功能。容器帮助减少流量分布不均和相分布不均。制冷剂容器还在换热器内提供额外的存储容积，使得当换热器被并入诸如热泵的蒸气压缩系统中时可进行抽空操作。
尽管参照(一个或多个)示例实施例说明了本发明，本领域技术人员会理解在不背离本发明范围的情况下可进行各种改变，并可等效替换其各种元素。另外，在不背离其基本范围的情况下，可进行各种修改以将具体的情况或材料适用于本发明的教导。因此，本发明不限于所公开的(一个或多个)具体实施例，而是本发明将包含落入所附权利要求范围内的所有实施例。

Claims (21)

1.一种用于换热器的设备，所述设备包括：
容器，其包括：
第一室；
第二室；以及
将所述第一室与所述第二室分离的分隔件；
蒸气管道，所述蒸气管道从所述第二室内延伸，通过所述分隔件和所述第一室到所述第一室外部，其中，所述蒸气管道包括在所述第一室内所述管道的入口和出口之间的孔；
液体管道，所述液体管道从所述第二室内延伸到所述第二室外部；
在所述第二室内的存取开口；以及
位于所述蒸气管道内的流调整设备，其用于在所述蒸气管道内在所述第一室与所述第二室之间传播的制冷剂之间提供相分离。
2.如权利要求2所述的设备，其中，所述第一室和所述第二室包括大于将制冷剂传导通过所述设备所必需的容积。
3.如权利要求1所述的设备，进一步包括连接到所述容器的所述第一室和所述第二室的换热器。
4.如权利要求3所述的设备，其中，所述换热器进一步包括：
在所述第一室外部与所述蒸气管道流体联通的蒸气集管；
在所述第二室外部与所述液体管道流体联通的液体集管；以及
与所述蒸气集管和所述液体集管流体联通的平行流换热器。
5.如权利要求4所述的设备，进一步包括与所述液体管道流体联通并定位在所述液体集管内的穿孔插入管道。
6.如权利要求4所述的设备，其中，所述第一室、所述第二室、所述蒸气集管、所述液体集管和所述换热器的总容积等于连接到所述设备的热泵系统的总抽空容积。
7.如权利要求1所述的设备，其中，所述流调整设备定位在所述第二室内部的所述蒸气管道内。
8.如权利要求1所述的设备，其中，所述流调整设备定位在所述蒸气管道的延伸到所述存储容器外部的部分内。
9.如权利要求1所述的设备，其中，所述流调整设备包括双节流器。
10.如权利要求9所述的设备，其中，所述双节流器包括：
第一节流器，其尺寸和取向设置成允许液体和蒸气从所述第二室传送到无限制的所述第一室，并使从所述第一室传送到所述第二室的蒸气膨胀；以及
第二节流器，其定位成邻近所述第一节流器，其尺寸和取向设置成使从所述第二室传送到所述第一室的液体膨胀，并允许液体和蒸气从所述第一室传送到所述第二室。
11.如权利要求1所述的设备，其中，所述流调整设备包括主动或被动控制阀的布置，其布置成防止液体从所述第二室流到所述第一室，允许气体从所述第二室流到所述第一室，并防止气体和液体从所述第一室流到所述第二室。
12.如权利要求1所述的设备，其中，所述流调整设备对于从所述第一室流到所述第二室的制冷剂起到截止阀的作用，并且所述流调整设备对于从所述第二室流到所述第一室的制冷剂起到相分离器的作用。
13.如权利要求1所述的设备，进一步包括定位在所述第二室内的所述存取开口中的膨胀设备。
14.一种系统，包括：
压缩机；
与所述压缩机流体联通的第一换热器；以及
与所述第一换热器流体联通的第一设备，所述第一设备包括：
第一容器，所述第一容器包括：
第一蒸气室；
第一液体室；以及
将所述第一蒸气室与所述第一液体室分离的分隔件；
第一蒸气管道，所述第一蒸气管道从所述第一液体室内延伸，通过所述第一分隔件和所述第一蒸气室到所述第一蒸气室外部，其中，所述第一蒸气管道包括在所述第一蒸气室内所述第一蒸气管道的入口和出口之间的第一孔；
第一液体管道，所述第一液体管道从所述第一液体室内延伸到所述第一液体室外部；
与所述第一液体室流体联通的第一存取开口；以及
位于所述第一蒸气管道内的第一流调整设备，以在所述蒸气管道内在所述第一室与所述第二室之间传播的工作流体之间提供相分离。
15.如权利要求14所述的系统：
其中，当所述第一换热器起到冷凝器作用时，所述第一流调整设备用作截止阀以禁止蒸气和液体在所述第一蒸气室和所述第一液体室之间流动；并且
其中，当所述第一换热器起到冷凝器作用时，所述第一流调整设备用作基本上只允许蒸气进入所述第一蒸气室。
16.如权利要求14所述的系统，其中，所述第一换热器包括微通道换热器或小通道换热器。
17.如权利要求14所述的系统，进一步包括：
与所述第一存取开口流体联通的膨胀设备；
与所述膨胀设备和所述压缩机流体联通的第二换热器。
18.如权利要求17所述的系统，进一步包括：
连接到所述第二换热器的第二设备，所述第二设备包括：
第二容器，所述第二容器包括：
第二蒸气室；
第二液体室；以及
将所述第二蒸气室与所述第二液体室分离的第二分隔件；
第二蒸气管道，所述第二蒸气管道从所述第二液体室内延伸，通过所述第二分隔件和所述第二蒸气室到所述第二蒸气室外部，其中，所述第二蒸气管道包括在所述第二蒸气室内所述第二蒸气管道的入口和出口之间的第二孔；
第二液体管道，所述第二液体管道从所述第二液体室内延伸到所述第二液体室外部；
与所述第二液体室和所述膨胀设备流体联通的第二存取开口；以及
位于所述第二蒸气管道内的第二流调整设备，以在所述蒸气管道内在所述第二蒸气室与所述第二液体室之间传播的工作流体之间提供相分离。
19.如权利要求17所述的系统，进一步包括：
调整所述第一和第二换热器与所述压缩机之间流动的四路阀；以及
其中，所述第一换热器和所述第二换热器每个都能用作冷凝器或蒸发器。
20.如权利要求19所述的系统，其中，所述第一和第二换热器的每一个包括：
蒸气集管；
液体集管；以及
与所述蒸气集管和所述液体集管流体联通的平行流换热回路。
21.如权利要求17所述的系统，其中，所述第一蒸气室、所述第一液体室和所述第一换热器的总容积包括抽空容积，以便所述系统具有容量以存储运行所述系统所必需的工作流体的全部容积。
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