CN103822406B - 具有低压降分配管的热泵热交换器 - Google Patents

具有低压降分配管的热泵热交换器 Download PDF

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Abstract

一种热泵热交换器,包括:第一歧管、与第一歧管隔开的第二歧管、液压地连接歧管的多根冷却剂管和配置在第一歧管中的分配管。该分配管包括进口端、相对于进口端的远端、进口端和远端之间的多个孔口。分配管也包括直接邻近远端的端孔,其中端孔的过流面积比孔口过流面积的任何一个都大。端孔的过流面积足够大,以在蒸发模式中,以可接受最小压降提供均匀的冷却剂收集,但是端孔的过流面积又足够小,以防止冷凝器模式中蒸汽溢流至邻近远端的歧管的区域。分配管的长度小于第一歧管长度的3/4。该热泵热交换器用以提供更低的出口压降和贯穿芯体的均匀冷却剂分配。

Description

具有低压降分配管的热泵热交换器
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请要求2012年11月I6日提交的,标题为“HEAT EXCHANGER HAVING A LOW PRESSURE DROP OUTLET COLLECTOR”(具有低压降出口收集器的热交换器)的美国临时申请 序列号61A27,173的权益,其公开内容在此通过引用以其整体并入。
技术领域
[0003]本发明涉及一种热泵热交换器;更具体地涉及一种具有分配管的热泵热交换器。
背景技术
[0004]已知家用和商业空气调节装置和热泵系统采用改进自动热交换器,作为热泵热交 换器,该自动热交换器由于具有高热转换效率、耐用性和相对易于制造性。传统的自动热交 换器通常包括进口歧管、出口歧管和液压地连接歧管以使冷却剂在其间流动的多根冷却剂 管。波状散热片使邻近的冷却剂管互相连接,以增大可用的热转换面积,以及提高热交换器 的结构整体性。该热交换器的芯体由冷却剂管和互相连接的波状散热片限定。
[0005]热泵热交换器,也称为热栗盘管,能够起蒸发器和冷凝器的作用。热栗系统通常包 括两个热泵热交换器,一个位于室外,另一个位于室内。当热泵系统处于制冷模式时,室内 热泵热交换器就以蒸发器模式运行,并且室外热栗交换器以冷凝器模式运行。相反地,当热 泵系统处于制热模式时,室内热泵热交换器就以冷凝器模式运行,并且室外热栗盘管以蒸 发器模式运行。
[0006]为了满足家用和商业应用的需求,就必须因此增大热栗热交换器芯体的尺寸,这 继而显著地增大进口和出口歧管的长度。对于以蒸发器模式运行的热栗热交换器而言,歧 管长度增大趋向于导致通过冷却剂管的冷却剂分配不当。由于液相和气相之间巨大的质量 差,动量和重力的影响能够导致进口歧管中的各相分离,并且导致流经冷却剂管的冷却剂 分配不良。冷却剂的分配不良使蒸发器性能退化,并且能够导致芯体温度分布不均匀。
[0007]为了帮助提供通过冷却管的均匀冷却剂分配,在进口歧管内布置具有多个均匀间 隔孔口的进口分配器,以在进口歧管的整个长度上分配两种相态的冷却剂。类似地,在出口 歧管内布置具有多个均匀间隔孔口的出口收集器,以收集出口歧管整个长度上的蒸汽冷却 剂。由于冷却剂处于汽相,所以其体积、蒸汽速度和沿出口歧管或者出口收集器所产生的压 降都比其保持在液相时高得多。
[0008]由于限制冷却剂流动而引起冷却剂流量分配不当,和升高芯体进口压力和温度两 者,所以出口收集器中的出口压降降低性能。因此,仍存在对如下一种热泵热交换器的需 求,其具有改进出口收集器,以提供更低的出口压降和贯穿芯体的均匀冷却剂分配。
发明内容
[0009]本发明涉及一种热泵热交换器,该热泵热交换器具有第一歧管、与第一歧管间隔 的第一歧管、液压地连接歧管的多根冷却剂管和布置在第一歧管中的分配管。该分配管包 括进口端、与进口端相对的远端、进口端和远端之间的多个孔口。该分配管也包括直接邻近 该远端的端孔,其中该端孔的端孔过流面积比任何一个孔口过流面积都大。端孔过流面积 足够大,以在蒸发模式中以可接受的最小压降提供均匀的冷却剂收集;但是端孔过流面积 又足够小,以在冷凝器模式中,防止蒸汽溢流至远端附近的歧管区域。分配管的长度小于第 一歧管长度的3/4。
[0010] 优选地,端孔的过流面积与其它孔口的总过流面积的比率等于歧管长度减去分配 管长度与分配管长度的比率,以下列等式表示:
[0011] [面积騷l/总面积?p]=
[0012] [[长度繼-长度獼ff] / [长度彌ff]]
[0013]其中:
[0014] 面积鞭L=端孔的过流面积;
[0015] 总面积如=孔口过流面积的总和;
[0016] 长度it遭=歧管的长度;
[0017] 长度领》=改进分配管的长度。
[0018]当起出口收集器作用时,改进分配管的设计就提供与全长度分配管设计类似的冷 却剂分配,但是通过减少出口歧管压降,提高了蒸发器性能高达15%。当热栗热交换器以其 中改进分配管起进口分配器作用的冷凝器模式运行时,改进分配管具有(如果存在)最小不 利影响。
[0019]在下文所述的附图中描述了优选实施例;然而,不脱离本发明的精神和范围,能够 对其做出各种其它变型和可替代设计与构造。
附图说明
[0020]将参考附图进一步描述本发明,其中:
[0021]图1示出具有本发明的分配管的热泵热交换器实施例的横截面图。
[0022]图2示出本发明的分配管的实施例。
[0023]图3不出沿线3-3截取的图2的分配管的横截面图。
具体实施方式
[0024]图1示出本发明的示例热栗热交换器100,该热栗热交换器取决于热泵系统是否处 于制冷或者加热模式,起蒸发器和冷凝器的作用。在现有技术中,热泵热交换器也被称为热 栗盘管。热交换器组合100包括第一歧管102、第二歧管104和液压地连接歧管102、104的多 根冷却剂管1〇6。冷却剂管106包括相对的敞开端107,这些敞开端被插入沿歧管1〇2、1〇4布 置的相应管狭槽1〇9中,以使冷却剂在歧管102、1〇4之间流动。在邻近的冷却剂管106之间布 置多个散热片1〇8,以促进冷却剂管106内流动的冷却剂与流经冷却剂管106和散热片108的 外界空气流之间的热交换。歧管102、104、冷却剂管1〇6和散热片1〇8都由可进行铜焊的导热 材料形成,优选错合金。组装这些组件,然后将其铜焊成整体热泵热交换器1〇〇。
[0025]如图所示,第一歧管102相对于重力方向处于第二歧管1〇4之上;因此,第一歧管 1〇2也被称为上歧管102,并且第二歧管104被称为下歧管1〇4。在蒸发器模式中,二相冷却剂 从下歧管104流动至上歧管102,随着冷却剂膨胀为低压蒸汽冷却剂,就从外界空气流吸收 热。在冷凝器模式中,高压蒸汽冷却剂从上歧管102流动至下歧管104,同时随着蒸汽冷却剂 冷凝成高压液体冷却剂,就向外界空气流散热。换句话说,当热栗热交换器100处于蒸发器 模式时,上歧管102为出口歧管102,并且当热栗热交换器100处于冷凝器模式时,上歧管1〇2 就为进口歧管。
[0026]由于制热和制冷负荷需求更高,所以家用和商业热交换器需要通常为传统自动歧 管长度3-8倍长的歧管102、104。这显著地增加了歧管102、104的长度。已知在歧管102、104 中的任一或者两者中使用分配管,以便改进穿过冷却剂管1〇6的冷却剂分配。传统的分配管 通常包括圆柱状空心管,该空心管具有沿其长度间隔的多个孔口,并且基本延伸歧管102、 104的全部长度。进口歧管中使用的分配管被称为进口分配器,并且出口歧管中使用的分配 管被称为出口收集器。
[0027] 进口分配器被配置成沿进口歧管的长度均匀地传送部分膨胀的二相冷却剂。在实 践中,进口分配器的容量由该进口分配器的横截面面积产生的压降限制。理论上,进口分配 器产生的总压降不影响蒸发器的性能,但是在实践中,沿进口歧管的压降通过限制沿该进 口歧管向下流动的冷却剂流量限制性能。同样地,出口收集器被配置成沿该出口歧管的长 度均匀地收集膨胀的气态冷却剂。因为在这个点上,膨胀的冷却剂主要为蒸汽,所以由于体 积增大,速度和所产生的压降会高得多。增大的出口压降通过限制冷却剂流量降低性能,由 此引起穿过冷却剂管的冷却剂流量分配不当,并且提高了热交换器进口压力和温度。
[0028]传统的热泵热交换器包括全长度分配管,其约与歧管的长度相同,分配管具有独 特孔,也称为孔口。如上所述,当处于蒸发器模式时,上歧管就起出口歧管的作用,并且相关 的分配管就起出口收集器的作用。意外地发现,布置在上歧管中的传统全长度分配管可被 替换为改进分配管200,该分配管延伸长度仅为上歧管的一部分长度,约为1/3-1/4。当起出 口收集器的作用时,该改进分配管设计提供与全长度分配管设计类似的冷却剂分配,但是 通过降低出口歧管的压降,提高蒸发器的性能高达15%。也意外地发现,当热泵热交换器100 以其中改进分配管2〇〇起进口分配器的作用的冷凝器模式运行时,改进分配管200具有(如 果存在)最小不利影响。
[0029]图2示出用于热栗热交换器100的改进分配管200的实施例的仰视图,当热交换器 以蒸发器模式运行时,分配管200就起出口收集器的作用,并且当热交换器以冷凝器模式运 行时,分配管200就起进口分配器的作用。分配管200包括进口端214、相对于进口端214的封 闭远端216和两者之间的多个孔口 206。多个孔口 206可沿分配管200的长度以直线阵列布 置,并且朝着冷却剂管106定向。分配管也包括直接邻近封闭远端216的端孔220。端孔220也 可由非封闭远端216限定,在非封闭远端216中,端孔220垂直于重力方向定向。示出分配管 200的长度沿轴线B延伸,轴线B大体与歧管轴线A平行。分配管2〇〇的长度可小于出口歧管长 度的3/4。
[0030]端孔22〇的过流面积的尺寸足够大,以在蒸发模式中,以可接受的最小压降提供贯 穿歧管的均匀冷却剂收集;但是又足够小,以在冷凝器模式中,防止蒸汽溢流至邻近分配管 200远端216的歧管区域。
[0031 ]优选地,端孔220的过流面积与其它孔口 2〇6的总过流面积的比等于歧管长度减去 分配管长度与分配管长度的比率,以下列等式表示:
[0032][面积端L/总面积?W]=
[0033] [[长度赠-长度领/ [长鹿歸]]
[0034] 其中:
[0035] 面积端L=端孔220的过流面积;
[0036] 总面积=孔口 206过流面积的总和;
[0037]长度it遭=歧管102的长度;
[0038] 长度彌ff=改进分配管200的长度。
[0039]图3示出分配管2〇〇的横截面,其中分配管2〇0的底部以2向内弯曲,以限定月牙形 横截面。改进分配管2〇〇提供了 一种在热交换器中提高冷却剂分配、传热性能和出口空气严' 度分配的装置,在热栗应用中,该热交换器被用作蒸发器和冷凝器两者。'这种改 g了 g 样-种分配管2〇〇设计,其在蒸发器和冷凝器两种模式中,都均勻地分配冷却剂,通^降低 冷却剂压降改进蒸发器模式性能,并且降低了材料成本。 ’ 实肺1 臓了本发明,但是无意如此關本发明,而是仅限 于以下权利要求中提出的范围。

Claims (5)

1.一种热泵热交换器(100)包括: 第一歧管(102); 弟一歧官(1〇4),所述弟一歧管(1〇4)与所述第一歧管(1〇2)隔开; 多根冷却剂管(106),所述多根冷却剂管(106)将所述第一歧管(1〇2)液压地连接至所 述第二歧管(104);以及 分配管(200),所述分配管(2〇〇)被配置在所述第一歧管(1〇2)中,其中所述分配管 (200)包括进口端(214)、相对于所述进口端(214)的远端(216)、所述进口端(214)和所述远 端(216)之间的至少一个孔口(206)和直接邻近所述远端(216)的端孔(220); 其中所述分配管(200)的长度小于所述第一歧管(102)的长度; 其中所述至少一个孔口(206)的每个都包括孔口过流面积,以及 其中所述端孔(220)包括端孔过流面积;以及 其中所述端孔过流面积与所述孔口过流面积总和的比率等于所述第一歧管(1〇2)长度 减去分配管(200)长度与分配管(200)长度的比率,以下列等式表示: [面积Wl/总面积扣]= [[长度蝣-长度麵=]/ [长度侧=]] 其中: 面积端孔的过流面积; 总面积?Ua =孔口过流面积的总和; 长度爐==第一歧管(102)的长度; 长度领分配管(200)的长度。
2.根据权利要求1所述的热泵热交换器(100),其特征在于,所述分配管(200)的长度小 于所述第一歧管(102)长度的3/4。
3. 根据权利要求1所述的热栗热交换器(100),其特征在于,关于重力方向,所述第一歧 管(102)为上歧管,而所述第二歧管(104)为下歧管(104)。
4. 根据权利要求3所述的热泵热交换器(100),其特征在于,所述分配管(200)包括位于 所述进口端(214)和所述远端(216)之间的多个孔口(206),所述多个所述孔口(206)沿所述 多根冷却剂管(106)的方向定向。
5. 根据权利要求4所述的热泵热交换器(100),其特征在于,所述端孔(220)沿所述多根 冷却剂管(106)的方向定向。
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Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9746255B2 (en) * 2012-11-16 2017-08-29 Mahle International Gmbh Heat pump heat exchanger having a low pressure drop distribution tube
CN104048548B (zh) * 2014-05-26 2016-01-27 杭州三花微通道换热器有限公司 可调节的制冷剂分配装置和具有它的换热器
US10197312B2 (en) * 2014-08-26 2019-02-05 Mahle International Gmbh Heat exchanger with reduced length distributor tube
RU2708181C1 (ru) 2016-05-03 2019-12-04 Кэрриер Корпорейшн Установка теплообменника
JP6767620B2 (ja) * 2016-10-21 2020-10-14 パナソニックIpマネジメント株式会社 熱交換器およびそれを用いた冷凍システム
US10563895B2 (en) 2016-12-07 2020-02-18 Johnson Controls Technology Company Adjustable inlet header for heat exchanger of an HVAC system
EP3805687A1 (en) * 2018-06-11 2021-04-14 Mitsubishi Electric Corporation Refrigerant distributor, heat exchanger, and air conditioner
WO2020255187A1 (ja) * 2019-06-17 2020-12-24 三菱電機株式会社 空気調和機

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101111730A (zh) * 2005-02-02 2008-01-23 开利公司 用于热泵集管的管插入件和双向流动配置
CN101922883A (zh) * 2010-09-13 2010-12-22 三花丹佛斯(杭州)微通道换热器有限公司 制冷剂导管和具有该制冷剂导管的换热器
CN102439380A (zh) * 2009-01-25 2012-05-02 美国阿尔科伊尔有限公司 热交换器
CN203785329U (zh) * 2012-11-16 2014-08-20 德尔福技术有限公司 具有低压降分配管的热泵热交换器

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002130988A (ja) * 2000-10-20 2002-05-09 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 積層型熱交換器
US20030010483A1 (en) * 2001-07-13 2003-01-16 Yasuo Ikezaki Plate type heat exchanger
US7331195B2 (en) * 2004-10-01 2008-02-19 Advanced Heat Transfer Llc Refrigerant distribution device and method
US7967060B2 (en) * 2005-08-18 2011-06-28 Parker-Hannifin Corporation Evaporating heat exchanger
CN101487669B (zh) * 2008-01-17 2012-08-22 开利公司 包括多管式分配器的热交换器
US20110127023A1 (en) * 2008-07-10 2011-06-02 Taras Michael F Design characteristics for heat exchangers distribution insert
CN101691981B (zh) * 2009-07-23 2011-12-07 三花丹佛斯(杭州)微通道换热器有限公司 具有改进的制冷剂流体分配均匀性的多通道换热器
CN101839590B (zh) * 2010-02-22 2012-03-21 三花丹佛斯(杭州)微通道换热器有限公司 一种微通道换热器
US20120292004A1 (en) * 2011-05-20 2012-11-22 National Yunlin University Of Science And Technology Heat exchanger

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101111730A (zh) * 2005-02-02 2008-01-23 开利公司 用于热泵集管的管插入件和双向流动配置
CN102439380A (zh) * 2009-01-25 2012-05-02 美国阿尔科伊尔有限公司 热交换器
CN101922883A (zh) * 2010-09-13 2010-12-22 三花丹佛斯(杭州)微通道换热器有限公司 制冷剂导管和具有该制冷剂导管的换热器
CN203785329U (zh) * 2012-11-16 2014-08-20 德尔福技术有限公司 具有低压降分配管的热泵热交换器

Also Published As

Publication number Publication date
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CN203785329U (zh) 2014-08-20
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