CN104272055B - 热交换器 - Google Patents

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CN104272055B CN201480001104.2A CN201480001104A CN104272055B CN 104272055 B CN104272055 B CN 104272055B CN 201480001104 A CN201480001104 A CN 201480001104A CN 104272055 B CN104272055 B CN 104272055B
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Abstract

本发明涉及一种用于与两相制冷剂一起使用的热交换器，所述热交换器包括进口集管(66)、出口集管和多个制冷剂管(62)，所述多个制冷剂管液压地连接这些集管。分配器管(68)具有布置在进口集管中的多个孔口(92)，与出口集管相对的制冷剂管的端部在进口集管内延伸并且邻接分配器管的表面(106)，进口集管的内表面的一部分面对分配器管的表面，并且与所述分配器管的表面一起限定第一室(88)。间隙(94)将分配器管的至少一部分和进口集管分离，该间隙从至少孔口延伸到第一室，其中，至少一个隔离物(96、100)具有通过其形成的至少一个开口(98、102)，所述至少一个隔离物跨着间隙，所述隔离物将孔口与第一室分离。

Description

热交换器
技术领域
本公开涉及可用于HVAC&R系统的热交换器。更具体地，本公开涉及用于与微通道或多通道或制冷剂管一起使用的热交换器。
背景技术
用于两相制冷剂蒸发以用于例如借助加热、通风、空调和制冷(HVAC&R)系统进行空气冷却和/或空气或气体除湿的热交换器历史上已经遇到巨大挑战，其要求定制设计构造成适当地操作，同时实现可接受的热性能，但又防止诸如油阻塞、不稳定操作、部分载荷操作低效、破坏压缩机的液体穿过的不利操作条件和其它不期望的条件。在已知的热交换器10中，所述热交换器10具有传统的散热片和管式蒸发器盘管或管，如图1中所示，具有供料管14的制冷剂分配器12用于将制冷剂提供到盘管中的各个管16或管组16中。制冷剂速度、管16的尺寸和/或增大、管16中的总压降试图与包括供料管14的分配器12结合设置以实现等同的或足够的制冷剂分配到热交换器10中，尽管在不利的操作条件下操作，但是也防止油滴出或油间断，防止制冷剂阻塞和涌动。控制阀(未示出)基于蒸发器温度、压力和/或经由制冷剂出口集管24的出口22离开热交换器10的过热的制冷剂20来控制注射到热交换器10中的制冷剂的量。
在图2和图3中大致示出堆叠的、钎焊的板式热交换器26，其典型地用作用于流体冷却的制冷剂蒸发器。压纹板28被堆叠起来，相邻的板限定用于制冷剂20流动的流体通道，以便使在制冷剂进口34与制冷剂出口36之间的每隔一个的流体通道成为制冷剂通道，其用于冷却流过流体进口38与流体出口40之间的相对应的流体通道的流体30。然后，制冷剂分配管或分配器管32插入制冷剂进口34中。分配器管32具有孔口，所述孔口沿着分配器管32的下部分定位并且沿着与制冷剂20的主要流动方向44(图2和图4)基本相反的方向指向下方，以便使制冷剂20在转弯和沿着主要流动方向44流动之前从制冷剂分配器管32沿着初始流动方向46从孔口42排出。该用于钎焊的板式热交换器的分配器管构造自从上个世纪90年代初就已经在美国售卖了。
图4是基于实际的照片绘制的视图，其示出板式热交换器26的下段的、沿着图3的线4-4得到的剖视图，该图示出制冷剂进口34和流体出口40。与制冷剂进口34一起示出的是具有0.08英寸(2mm)的孔口42的分配器管32和板通道48。当操作时，制冷剂20进入制冷剂进口34并且在分配器管32的内部行进，制冷剂流通过孔口42被计量或控制并且进入热交换器通道48，所述热交换器通道48被交替形成在相邻的板28之间。在进入热交换器通道48时，初始制冷剂流动方向46(图2)沿着与主要流动方向44基本相反的方向转弯以沿着传热表面39朝向制冷剂出口36(图2)流入板通道48中。图4示出在板端口开口52与分配器管32的外径54之间的空隙50。在后一种方案中，分配器管32的外径54紧密配合在板端口开口52内。孔口42相对于主要制冷剂流动方向44的方向(12点钟方向)典型地定位在6点钟方向或5点钟方向。
在钎焊的板中的其它创新之处包括被冲压到板或板端口中的凹陷部件。另一个创新之处是使用烧结金属的管，所述烧结金属的管当插入板堆的制冷剂进口中时，提供雾化，鲜有成功。虽然利用管的热交换器装置已经改进了制冷剂分配，但是仍然有多个挑战。这些挑战包括在满载荷和部分载荷下的油滴出、在部分载荷下的不一致或低于预期的性能、操作稳定性以及与制冷剂注射相关联的限度，其限制了可以在板式热交换器中有效地使用的板的数量和深度。
如在本技术领域中已知的，具有超小的多端口开口的扁平管的发展当构造为用于在空气冷却或除湿系统中冷却空气(气体)的热交换器蒸发器时，为提高操作效率提供了机会，所述扁平管也称为微通道管。然而，有许多涉及制冷剂分配和最佳盘管性能的复杂性和问题需要解决。这些复杂问题和现象包括但是不限于：
待冷却的制冷剂的入口速度的影响；
在进口处的液气比；
沿着进口歧管的孔口压降；
制冷剂向上竖直重定向到多端口管；
制冷剂流动横向重定向到大量的多个平行管；
制冷剂液体滴出和液体/气体再结合；
液体/气体分离；
竖直流动和重力的影响；
歧管集管长度或深度的影响；
制冷剂在多端口管中的二次分配不均；
压缩机油滴出；
油直通和汇成池；
最小的制冷剂速度；
出口集管动力学和压降；
从100％的容量至10％的容量的制冷系统操作；
最小的制冷剂充注要求；和
对制冷剂类型特征的考虑，例如，R410a(高压、低容积的气体)对R134a(低压、高容积的气体)。
美国专利No.7,143,605涉及改进用于微通道管状热交换器的制冷剂分配。虽然美国专利No.7,143,605利用先前已知的现有技术和与先前所述的钎焊的板式热交换器中所使用的管状分配器类似的几何结构，但是该专利也遭受若干技术缺陷和疏漏。在实际实践和观察中，这些缺陷在钎焊的板式热交换器中被确认以及在如以下将说明的微通道管状热交换器中被确认。
例如，在美国专利No.6,688,137中，试图供具有管或板的热交换器使用的其它方法涉及将供料管注射指引到集管和制冷剂再循环中。这样的方法全部尽力诱导和改进进入的制冷剂的液体和气体组合的分配进给，但是大多数解决方案具有有限的功能性或操作范围或单个设计点操作。
通过目视观察、测试和所期望的用于空气至蒸发作用的制冷剂热交换器的设计属性，在此公开了这种热交换器的改进的制冷剂分配器以包含对于为微通道管状热交换器高效工作所需的新颖特征和功能性。本公开的热交换器与竖直管取向结合地工作，与正常的和超大尺寸的歧管集管结合工作以用于最佳热性能，抵消出口集管歧管压降的影响，在进口歧管中提供均匀的制冷剂分配，以及克服广泛范围的操作条件和设计问题而横过所有多端口管提供均匀的注射。另外，本公开的热交换器将作为蒸发器或冷凝器在任何微通道管处或在介于竖直与水平之间的制冷剂管取向下工作。
本公开的分配器也可以通过使用标准自动开关阀在相反的制冷剂流动中操作以用于制冷剂热泵系统中的加热职责，所述标准自动开关阀允许同一个蒸发器热交换器继而用作用于加热操作的冷凝器。
另外，本公开的分配器可以应用于历史上的具有圆形集管歧管(图18至图21)和非圆形集管歧管的微通道热交换器构造。
本公开的热交换器的操作与钎焊的板式热交换器不同。在钎焊的板式热交换器中，制冷剂在穿过分配器端口之后直接进入传热面，所述传热面促进制冷剂沸腾，产生用于将制冷剂向上推进到板结构中的气体。然而，在本公开的热交换器的一个实施例中，制冷剂必须穿过分配器孔口以被指引到管区域，在该处每个管都与邻接的管隔离并且制冷剂继而被注射到管入口区域中，并且在该处适应第二制冷剂分配特征。
本公开的热交换器在许多方面与美国专利No.7,143,605和其它已知的技术明显不同，包括：用于实现故意将输送到分配器的流体的气体/液体分离的特征、使用堰布置以帮助制冷剂液体注射到形成在分配器中的孔口中、对流到进口或进口集管且继而流到微通道或多端口管或制冷剂管的制冷剂流的方向控制、使用副开口以产生压降来推进制冷剂和使液体基本均匀地横过集管的长度分散、使用三个一组的开口以将制冷剂注射到一个或多个管室中、使每个管隔离为迷你室或副室以防止制冷剂在进入管之前在制冷剂管之间流动、使用表面几何形状或表面特征以用于保持和捕获制冷剂液体以便为一个或多个多端口管或制冷剂管供料、和用于修改管入口以改变分配到多端口管或制冷剂管中的制冷剂分配的方法。
发明内容
本公开的一个实施例是一种用于与两相制冷剂一起使用的热交换器，所述热交换器包括进口集管以及与所述进口集管间隔开的出口集管。多个制冷剂管将进口集管液压地连接到出口集管。在进口集管中布置有具有多个孔口的分配器管，与出口集管相对的制冷剂管的端部在进口集管内延伸并且邻接分配器管的表面。进口集管的内表面的一部分面对分配器管的表面，并且与所述分配器管的表面一起限定第一室。介于约0.01英寸和约0.3英寸之间的空隙将分配器管的至少一部分和进口集管分离。该间隙从至少孔口延伸到第一室。至少一个隔离物具有通过其形成的至少一个开口，所述至少一个隔离物跨着间隙，所述隔离物将孔口与第一室分离。
本公开的另一个实施例是一种用于与两相制冷剂一起使用的热交换器，所述热交换器包括进口集管以及与所述进口集管间隔开的出口集管。多个制冷剂管将进口集管液压地连接到出口集管。在进口集管中布置有具有多个孔口的分配器管，与出口集管相对的制冷剂管的端部在进口集管内延伸并且邻接分配器管的表面。进口集管的内表面的一部分面对分配器冷冻机管的表面，并且与所述分配器管的表面一起限定第一室。分配器管的表面具有表面特征，其用于保持和捕获制冷剂液体，以便使形成在制冷剂管中的每个开口都与其形成副室。介于约0.01英寸和约0.3英寸之间的空隙将分配器管的至少一部分和进口集管分离，该间隙从至少孔口延伸到第一室。至少一个隔离物具有通过其形成的至少一个开口，所述至少一个隔离物跨着间隙，所述隔离物将孔口与第一室分离。
附图说明
图1是具有散热片和管盘管的传统热交换器；
图2和图3是传统板式热交换器的不同视图；
图4是沿着图3的线4-4得到的板式热交换器的剖视图；
图5是示例性热交换器的透视图；
图6是图5的热交换器的放大的局部透视图；
图7是图5的热交换器的局部剖视图；
图8是热交换器的示例性多端口管的透视图；
图9是进口集管的端视图；
图10是图9的进口集管的放大的局部透视图；
图11是图9的进口集管的放大的端视图；
图12A、图12B、图12C示出沿着三个不同的取向定位的进口集管；
图13是用于插入进口集管中的示例性分配器的端视图；
图14是图13的分配器的下部透视图；
图15是图13的分配器的部分地转动的侧视图；
图16是用于与进口集管一起使用的分配器挡板/密封件的示例性实施例的透视图；
图17是安装有分配器挡板/密封件的进口集管的剖视图；
图18至图21是进口集管的示例性实施例的不同视图；
图22是制冷剂管的示例性实施例的部分地转动的端视图；
图23是制冷剂管的示例性实施例的部分地转动的端视图；
图24是在示例性制冷剂管和分配器之间的放大的局部剖视图。
具体实施方式
本公开的热交换器的实施例具有机械属性，所述机械属性将制冷剂均匀地分配和注射到多端口微通道管或多端口管或制冷剂管和类似物且更具体地形成在制冷剂管中的每个中的开口中，并且产生具体热交换器特征，用于将热交换器操作为基于制冷剂的系统中的蒸发器或冷凝器的目的。虽然没有完全理解与热交换器操作相关联的行为的复杂性，但是提供了认为将发生的操作的总体说明以解释机械特征和创新之处。
作为蒸发器，热交换器60包括多个微通道、多端口管或多个制冷剂管或制冷剂管62。每个制冷剂管62都包括形成在其中的至少一个开口63，每个制冷剂管62都液压地连接有上出口歧管集管或出口集管64和下进口歧管集管或进口集管66。进口集管66接收制冷剂分配器或具有内置的制冷剂分配器的分配器管68，如在图5至图10中总体上示出其中接收有制冷剂分配器或分配器管68的进口集管66。这些部件和/或特征的组合基本包括本公开的热交换器，含有在下集管或进口集管66中的制冷剂分配器管68的特定特征。两相制冷剂70气体/液体进入进口连接件或进口，继而进入下热交换器歧管或进口集管66，所述下热交换器歧管或进口集管66容纳有新颖的分配器管68。两相制冷剂70在分配器管68中逐渐膨胀到多端口管62，在该处制冷剂70进入管62并且开始在管62中沸腾和蒸发以产生冷效应来冷却穿过外部散热片72的空气74(图7)或气体，所述外部散热片72被成一体地钎焊并且将来自空气74的热传热到管62。两相制冷剂70沸腾，直到仅过热气体76留下并且从管62向外传到上集管或出口集管64(图5)中为止，在所述上集管或出口集管64处气体76继而被指引到热交换器60的出口78。热交换器60的热控制通过典型的工业控制阀(未示出)实现，所述典型的工业控制阀基于制冷剂的过热温度、压力或其它操作参数或HVAC&R系统的其它参数或操作条件来调节进入热交换器60的制冷剂70的量。
如图10中所示，下歧管或进口集管66包括圆形或非圆形的室80，在所述室80中嵌套有第二管，例如，挤压件(在此称为分配器或分配器管68)。如图11中所示，分配器管68产生三个室84、86、88，在所述三个室84、86、88中两相制冷剂70进入由分配器管68(室86)的内表面90限定的室84，并且继而通过多个孔口92被加压地指引或注射到室86中，所述室86位于在歧管或进口集管64与分配器管68之间的空隙94中或将歧管或进口集管64与分配器管68分离。制冷剂70沿着在分配器管68与歧管或进口集管66之间的空隙94行进并且穿过跨着空隙94的突出部或隔离物96。如在图11和图15中进一步示出，隔离物96具有多个开口98，所述多个开口98通过所述隔离物96形成，并且继而通过多个开口102，所述多个开口102形成在跨着空隙94的相对应的多个隔离物100中。在多个开口102处，制冷剂70被注射到室88中，所述室88含有入口区域，其用于微通道管或冷冻机管62的一个端部，借此两相制冷剂70可以被加压地指引或注射到冷冻机管62中。换言之，与出口集管64相对定位的制冷剂管62的端部104延伸通过狭槽142，所述狭槽142具有相对的法兰109(图17)以用于在进口集管66内接收制冷剂管62，并且所述制冷剂管62的端部104邻接分配器管68的表面106，进口集管66的内表面108的一部分面对分配器管68的表面106，并且与分配器管68的表面106一起限定室88。虽然示例性实施例示出从分配器管68向外延伸的管或隔离物96、100，但是所述隔离物中的一个或多个可以从进口集管66向内延伸。
本公开的示例性分配器管68典型地具有可以由进口集管66接收的最大或最佳内径(或横截面积，如果进口集管66是非圆形的话)，由此产生较大的入口室84。该增大的横截面积允许较高的制冷剂进口速度和较低的制冷剂进口速度组合，并且适应在分配器管68内的改变的制冷剂分配轮廓特征。室84的或由分配器管68的内表面90限定的横截面直径(或面积)可以在从约一或一乘以(1X)进口连接件112的横截面积的倍数至优选地更大的横截面积直至5X或更大的范围。换言之，在一个实施例中，由内表面90限定的分配器管68的横截面积与由进口连接件112的内表面90限定的横截面积的比大于约5：1；大于约4：1；大于约3：1；介于约1：1至约5：1之间；介于约2：1至约5：1之间；介于约3：1至约5：1之间；介于约4：1至约5：1之间；约1：1；约2：1；约3：1；约4：1；约5：1或它们的任何适当的子域。该过大的分配器管68已经证明能够利用进入分配器管68的雾化的制冷剂，但是也诱导制冷剂液体和气体涌动，允许在分配器管68的下部分中在孔口92附近例如通过重力使进入的液体制冷剂71搅乱(图11)，而同时接收制冷剂70(其包括液体制冷剂71)并且在没有分配不均的问题的情况下将制冷剂70分配到较长的歧管进口集管66中。术语歧管集管、集管歧管、进口歧管集管或进口集管可以被可交换地使用。
将应理解，流过孔口92或在孔口92下游的制冷剂70的流动还包括液体制冷剂71的流动，只是没有明确地阐明而已。
分配器管68则具有从分配器管68的室84的内壁或内表面90向外延伸的区114，例如，凸起的脊部(图12至图13)。孔口形成在分配器管的凸起的脊部或向外延伸的区114中或延伸通过所述分配器管的凸起的脊部或向外延伸的区114，所述孔口具有介于约0.0003平方英寸(in2)至约0.03平方英寸(in2)之间的面积，并且可以是圆形(相应地，具有约0.02英寸至约0.2英寸的直径)的或非圆形的(图13至图14)。如图11和图14中进一步示出，孔口92形成在向外延伸的区114中并且具有延伸通过孔口92的轴线56，所述孔口92相对于轴线110以介于约150度和约180度之间的角度取向，所述轴线110与制冷剂70流过制冷剂管62的流动方向基本重合。换言之，如在图11和图14中进一步示出，孔口92彼此基本对准。即，与平面58重合的孔口92、轴线56和沿着分配器管68的纵向长度延伸的轴线150，相对于平面58以及相对于与轴线110和轴线150重合的平面148以介于约150度与约180度之间的角度对向。
当气体和液体制冷剂70(其包括液体制冷剂71)进入第二室86时，这些孔口92诱导气体和液体制冷剂70压降，并且当使用通过孔口92的合适范围的压降时，这些孔口92改进气体和液体制冷剂70从室84的分配。凸起的脊部或向外延伸的区114允许所有孔口92在液体制冷剂71的小水洼上方被略竖直地或大致竖直地取向(图12A、图12B、图12C)，所述液体制冷剂71的小水洼将积聚在室84的下部分中，不管制冷剂管在水平位置(图12A)和竖直位置(图12C)之间的取向如何，由此产生堰效果，并且允许制冷剂液体71基本均匀地流入孔口92和室86中，由此进一步确保离开室84的均匀的制冷剂70(其包括液体制冷剂71)分配。形成在分配器管68中的多个孔口92可以布置成使得一个孔口92与一个多端口或制冷剂管62操作地相关联，一个孔口92与两个制冷剂管62操作地相关联，一个孔口92与三个制冷剂管62操作地相关联，等等，无论期望什么样的压降和期望什么样的孔口与管(孔口92与制冷剂管62)的比，并且也取决于孔口92的尺寸。
在一个实施例中，如图11中所示，分配管68也被嵌套或布置成使得在进口集管66的至少一部分与分配器管68之间的空隙94被减到最小到约0.3英寸至约0.01英寸，由此创造室86。对空隙94的尺寸控制是关键的，并且通过定位在分配器管68与进口集管66的面对的表面之间延伸的突出部或隔离物96、100、101来实现。在一个实施例中，突出的特征部件，例如，突出部或隔离物，可以相对于歧管集管或进口歧管或进口集管66定位分配器管68。突出的特征部件或突出部或隔离物96、100、101中的一个或多个可以从分配器管和/或歧管集管或进口歧管或进口集管的面对的表面向外延伸。
在一个实施例中，空隙94介于约0.01英寸和约0.02英寸之间、介于约0.01英寸和约0.03英寸之间、介于约0.01英寸和约0.04英寸之间、介于约0.01英寸和约0.05英寸之间、介于约0.01英寸和约0.06英寸之间、介于约0.01英寸和约0.07英寸之间、介于约0.01英寸和约0.08英寸之间、介于约0.01英寸和约0.09英寸之间、介于约0.01英寸和约0.1英寸之间、介于约0.01英寸和约0.15英寸之间、介于约0.01英寸和约0.2英寸之间、介于约0.01英寸和约0.25英寸之间、介于约0.01英寸和约0.3英寸之间、介于约0.05英寸和约0.1英寸之间、介于约0.05英寸和约0.2英寸之间、介于约0.05英寸和约0.25英寸之间、介于约0.05英寸和约0.3英寸之间、介于约0.1英寸和约0.15英寸之间、介于约0.1英寸和约0.2英寸之间、介于约0.1英寸和约0.3英寸之间、介于约0.15英寸和约0.2英寸之间、介于约0.15英寸和约0.25英寸之间、介于约0.15英寸和约0.3英寸之间、介于约0.2英寸和约0.25英寸之间、介于约0.2英寸和约0.3英寸或它们的任何适当的子域。在另一个实施例中，空隙94是约0.01英寸、约0.02英寸、约0.03英寸、约0.04英寸、约0.05英寸、约0.06英寸、约0.07英寸、约0.08英寸、约0.09英寸、约0.1英寸、约0.11英寸、约0.12英寸、约0.13英寸、约0.14英寸、约0.15英寸、约0.16英寸、约0.17英寸、约0.18英寸、约0.19英寸、约0.2英寸、约0.25英寸、约0.3英寸或它们的任何适当的子域。
因为液体和气体制冷剂70(其还包括液体制冷剂71)的混合物经由布置在分配器管68与歧管集管或进口集管66之间的多个孔口92集中地进入室86，并且由于狭窄通路或空隙94，所以随着制冷剂70沿着室86竖直地行进，两相制冷剂70将在分配器管68的长度上侧向地分散，但是使得制冷剂70能够全体地沿着进口集管66的长度容易迁移或流动，实现沿着进口集管66基本均匀的流动。当空隙94具有在以上给定的范围内的合适尺寸时，空隙94也确保最佳制冷剂速度，并且实质上消除了在系统的广泛范围的操作条件下在该阶段下制冷剂中的任何油的滴出或停滞。
在间隙94中的定位的突出部或隔离物101还具有第二功能，即，定位的突出部或隔离物竖直地定位在凸起的脊部或向外延伸的区114下方并且与其基本相对，并且此后在间隙94中遇到突出部或隔离物101，则与室86相对的突出部或隔离物101和/或界面表面144、146(如图11、图13至图15中所示)将阻塞制冷剂在间隙94中沿着一个方向流动，而竖直地定位在凸起的脊部或向外延伸的区114上方且与室86流体连通的突出部或隔离物96(如图5、图11、图13至图15中所示)具有至少一个开口，所述至少一个开口允许两相制冷剂70穿过、膨胀和加速越过定位的突出部或隔离物96，并且因而制冷剂70沿着室86被推向室88(图11)。在一个实施例中，可以在突出部或隔离物96中形成单个开口98，例如，连续的狭槽。在一个实施例中，可以在突出部或隔离物96中形成多个开口98，例如，多个狭槽。在一个实施例中，可以使用多于一个的突出部或隔离物96，每个隔离物96都具有一个或多个开口98。
在制冷剂70经过突出部或隔离物100和形成在其中的开口102时，制冷剂70到达室88。这些形成在定位的突出部或隔离物96、100中的开口98、102可以被机械加工、被滚花、被蚀刻、被压花或以任何适当的方式形成或包含网状物、烧结金属、金属丝布或其它多孔的或可透过的结构或由它们构成，倘若实现了目标压降的话。目标压降涉及所使用的制冷剂的类型、开口98、102的尺寸和其它参数或值，包括系统的操作条件在内。形成在定位的突出部或隔离物96上的多个开口96可以布置成使得一个开口98与一个多端口或制冷剂管62操作地相关联，一个开口98与两个多端口或制冷剂管62操作地相关联，一个开口98与三个多端口或制冷剂管62操作地相关联，或者更高的开口98的数量与多端口或制冷剂管62的数量的比，但是可替代地所述比也会是比一个开口98与一个多端口或制冷剂管62的比低的比。即，在一个实施例中，一个开口98可以与多于一个的多端口或制冷剂管62操作地相关联。因而，随着两相混合物通过开口98膨胀，在定位的突出部或隔离物96上的开口98向前推压制冷剂70(既竖直地，又侧向地)，并且帮助使两相制冷剂70横过进口集管66的宽度分散。
在例如如图18中所示的一个实施例中，两相制冷剂70从室84沿着空隙94的部分通过孔口92朝向室88流入室86中，所述空隙94的部分在分配器管68和进口集管66的面对的表面的至少一部分之间具有受控制的间距。然而，从室84通过孔口92流入室86中的制冷剂70被防止沿着空隙部分94a、94b流过突出部或隔离物101和界面表面144、146中的一个或多个，以便使制冷剂70被约束为从孔口92沿着一个方向流过室86并且继而流入室88中。另外，如在图18和图19中进一步示出，制冷剂70遇到具有一个或多个开口98的一个隔离物96，并且继而在制冷剂70到达室88之前制冷剂70遇到具有一个或多个开口102的一对隔离物100。如在以与图18至图19中所示的热交换器构造类似的方式操作的图20、图21中进一步示出，不使用隔离物96，而仅使用一个隔离物101。在另一个实施例中，定位在室86中的、具有一个或多个开口的单个隔离物可以用于将制冷剂从孔口92或室84注射到室88中。
将应理解，提供了与诸如上方、下方等取向有关的术语以用于理解本公开，但是所述术语不意欲为限制性的。
如图所示，第二组一个或多个定位的突出部或一个或多个定位的隔离物100(图11、图13至图15)仅在分配器管68的一侧上布置成紧密接近分配器管68。这些一个或多个突出部或一个或多个隔离物100还具有开口102，所述开口102也沿着一个或多个突出部或一个或多个隔离物100的长度被机械加工、被滚花、被蚀刻、被压花和/或是网状物，或可以使用其它适当的多孔的或可透过的结构。形成在这些最后的一个或多个突出部或一个或多个隔离物100上的多个开口102可以布置成使得一个开口102与一个多端口或制冷剂管62操作地相关联，两个开口102与一个多端口或制冷剂管62操作地相关联，三个开口102与一个多端口或制冷剂管62操作地相关联，或者更高的开口102的数量与一个多端口或制冷剂管62的比。即，在一个实施例中，多于三个的开口102可以与一个多端口或制冷剂管62操作地相关联。这些一个或多个定位的突出部或一个或多个定位的隔离物100也在进口集管66与分配器管68之间延伸，并且在进口集管66与分配器管68之间提供最终密封和提供额外的一组形成在突出部或隔离物100中的开口102，以便使在室86中的两相液体和气体制冷剂70可以注射到与微通道(多端口)或制冷剂管62流体连通的室88中。
分配器管68的上段包括表面106，其可以是基本平坦的和平滑的，或者如在图11和图13中总体上示出，分配器管68的上段包括表面特征116，例如，从表面106向外延伸了约0.01英寸和约0.1英寸之间的脊部118，在相邻的脊部118之间的距离是介于约0.01英寸和约0.1英寸之间。当在基本平坦的表面106上使用脊部118时，改进了分配器管68的操作，改进了制冷剂70至微通道多端口或制冷剂管62的流动，也基本防止了油滴出，并且允许用于与微通道多端口或制冷剂管62的界面紧密接触。为此，紧密接触的界面包括与脊部118紧密接近和/或邻接脊部118的制冷剂管62的端部。借助表面特征116，例如，借助布置在分配器管68的表面106上的脊部118，热交换器也可以被倾斜到各种角度(图12A、图12B、图12C)，原因在于这些脊部118将阻碍或减慢液体制冷剂71落到室88的一侧或下区。在当热交换器倾斜(图12A)时开口102位于底部的下位置处的情况下，如在图11中进一步示出，制冷剂70从开口102开始的连续流动将强烈地搅拌收集在室88中的制冷剂70的液相制冷剂，使得过多的液体制冷剂将被基本阻止积聚在室88的下区中并且将遍及室88被再携带和再注射。
在一个实施例中，脊部118从表面106向外延伸了介于约0.01英寸和约0.02英寸之间、介于约0.01英寸和约0.03英寸之间、介于约0.01英寸和约0.04英寸之间、介于约0.01英寸和约0.05英寸之间、介于约0.01英寸和约0.06英寸之间、介于约0.01英寸和约0.07英寸之间、介于约0.01英寸和约0.08英寸之间、介于约0.01英寸和约0.09英寸之间、介于约0.01英寸和约0.1英寸之间、介于约0.02英寸和约0.03英寸之间、介于约0.02英寸和约0.04英寸之间、介于约0.02英寸和约0.05英寸之间、介于约0.02英寸和约0.06英寸之间、介于约0.02英寸和约0.07英寸之间、介于约0.02英寸和约0.08英寸之间、介于约0.02英寸和约0.09英寸之间、介于约0.02英寸和约0.1英寸之间、介于约0.03英寸和约0.04英寸之间、介于约0.03英寸和约0.05英寸之间、介于约0.03英寸和约0.06英寸之间、介于约0.03英寸和约0.07英寸之间、介于约0.03英寸和约0.08英寸之间、介于约0.03英寸和约0.09英寸之间、介于约0.03英寸和约0.1英寸之间、介于约0.04英寸和约0.05英寸之间、介于约0.04英寸和约0.06英寸之间、介于约0.04英寸和约0.07英寸之间、介于约0.04英寸和约0.08英寸之间、介于约0.04英寸和约0.09英寸之间、介于约0.04英寸和约0.1英寸之间、介于约0.05英寸和约0.06英寸之间、介于约0.05英寸和约0.07英寸之间、介于约0.05英寸和约0.08英寸之间、介于约0.05英寸和约0.09英寸之间、介于约0.05英寸和约0.1英寸之间、介于约0.06英寸和约0.07英寸之间、介于约0.06英寸和约0.08英寸之间、介于约0.06英寸和约0.09英寸之间、介于约0.06英寸和约0.1英寸之间、介于约0.07英寸和约0.08英寸之间、介于约0.07英寸和约0.09英寸之间、介于约0.07英寸和约0.1英寸之间、介于约0.08英寸和约0.09英寸之间、介于约0.08英寸和约0.1英寸之间、介于约0.09英寸和约0.1英寸之间或它们的任何适当的子域的距离。在另一个实施例中，脊部118从表面106向外延伸了约0.01英寸、约0.02英寸、约0.03英寸、约0.04英寸、约0.05英寸、约0.06英寸、约0.07英寸、约0.08英寸、约0.09英寸、约0.1英寸或它们的任何适当的子域。
在一个实施例中，在相邻的脊部118之间的距离是介于约0.01英寸和约0.02英寸之间、介于约0.01英寸和约0.03英寸之间、介于约0.01英寸和约0.04英寸之间、介于约0.01英寸和约0.05英寸之间、介于约0.01英寸和约0.06英寸之间、介于约0.01英寸和约0.07英寸之间、介于约0.01英寸和约0.08英寸之间、介于约0.01英寸和约0.09英寸之间、介于约0.01英寸和约0.1英寸之间、介于约0.02英寸和约0.03英寸之间、介于约0.02英寸和约0.04英寸之间、介于约0.02英寸和约0.05英寸之间、介于约0.02英寸和约0.06英寸之间、介于约0.02英寸和约0.07英寸之间、介于约0.02英寸和约0.08英寸之间、介于约0.02英寸和约0.09英寸之间、介于约0.02英寸和约0.1英寸之间、介于约0.03英寸和约0.04英寸之间、介于约0.03英寸和约0.05英寸之间、介于约0.03英寸和约0.06英寸之间、介于约0.03英寸和约0.07英寸之间、介于约0.03英寸和约0.08英寸之间、介于约0.03英寸和约0.09英寸之间、介于约0.03英寸和约0.1英寸之间、介于约0.04英寸和约0.05英寸之间、介于约0.04英寸和约0.06英寸之间、介于约0.04英寸和约0.07英寸之间、介于约0.04英寸和约0.08英寸之间、介于约0.04英寸和约0.09英寸之间、介于约0.04英寸和约0.1英寸之间、介于约0.05英寸和约0.06英寸之间、介于约0.05英寸和约0.07英寸之间、介于约0.05英寸和约0.08英寸之间、介于约0.05英寸和约0.09英寸之间、介于约0.05英寸和约0.1英寸之间、介于约0.06英寸和约0.07英寸之间、介于约0.06英寸和约0.08英寸之间、介于约0.06英寸和约0.09英寸之间、介于约0.06英寸和约0.1英寸之间、介于约0.07英寸和约0.08英寸之间、介于约0.07英寸和约0.09英寸之间、介于约0.07英寸和约0.1英寸之间、介于约0.08英寸和约0.09英寸之间、介于约0.08英寸和约0.1英寸之间、介于约0.09英寸和约0.1英寸或它们的任何适当的子域。在另一个实施例中，在相邻的脊部118之间的距离的大小是约0.01英寸、约0.02英寸、约0.03英寸、约0.04英寸、约0.05英寸、约0.06英寸、约0.07英寸、约0.08英寸、约0.09英寸、约0.1英寸或它们的任何适当的子域。
将应理解，脊部118从表面106向外延伸的距离的任何域/子域可以与相邻的脊部118之间的距离的任何域/子域结合使用。
将应理解，室84、86、88彼此被密封住或隔离开，如图16至图17中所示。换言之，为了系统的合适操作，由进口集管66接收且最终排出到制冷剂管62中的制冷剂70(其包括液体制冷剂71)必需使制冷剂70连串地流过相应的室84、86、88。即，重要的是室84、86、88被密封成使得确保防止制冷剂70以与从室84至室86且继而至室88以外的次序流动。如在图16至图17中进一步示出，挡板/密封件119包括本体128，所述本体128向外延伸到周边或外部法兰120，所述周边或外部法兰120构造成由进口集管66的内表面124、126密封地接收。如在图17中进一步示出，挡板/密封件119的本体128还包括偏移区130，在所述本体128中偏移区130被构造成邻接分配器管68的端部105和内表面90(图11、图14)二者。如在图16至图17中进一步示出，偏移区130过渡至内部法兰122并且具有孔口132。如在图17中进一步示出，孔口132的尺寸设定成基本小于分配器管68的底部部分或下部分并且朝向其定位以用作液体挡板和/或用作孔口来改进制冷剂到分配器管68中的注射。在另一个实施例中，内部法兰122可以减到最小以将流入分配器管68中的横截面积增到最大。分配器挡板/密封件119被典型地成一体地钎焊在适当的位置中，在分配器挡板/密封件119与进口集管和分配器管68的端部105的相对应的内表面124、126之间的所有接触点将被钎焊以产生流体紧密密封。
密封住室84、86、88的其它技术可以包括焊接、冲压或其它适当的方法或设备。进口集管66在图17中示出为剖视图，其安装有挡板/密封件119。在该构造中，当制冷剂管62A是非活动性的管或实心的管时，挡板密封件119被放置在制冷剂管62A和制冷剂管62B之间。在其它的实施例中，挡板/密封件119可以根据需要放置在制冷剂管62A的前方。
在一个实施例中，如图13至图15中所示，一个或多个开口98、102可以彼此相互对准。在一个实施例中，开口98、102可以彼此至少部分地未对准。在一个实施例中，开口98、102中的一个或多个可以具有类似的横截面积和/或形状。在一个实施例中，开口98、102中的一个或多个可以具有不相似的横截面积和/或形状。
本发明的另一个特征在于，在每个微通道(多端口)或制冷剂管62之间发生两相制冷剂70注射到室88(图11)中。另外，在多个微通道或制冷剂管62中的每个中形成有与制冷剂管62的端部104相关联的开口63(图8)，所述开口63定位成紧密接近表面特征116，所述表面特征116例如是通过区121彼此分离的多个脊部118，所述区121例如是凹陷部或槽。区或槽121与每个微通道或制冷剂62的每个开口63对准，相对应的一对脊部118沿着微通道或制冷剂管62的开口63的每一侧定位，以便使具有微通道或制冷剂管62的多端口或开口63的界面134(图11)和形成在分配器管68的表面106中的脊部118和槽121(图11)借助于每个开口63(图8)产生副室136(图11)。该界面134充分地将每个副室136基本彼此隔离，以便约束但没有消除液体和/或气体制冷剂70沿着进口集管66的长度(从制冷剂管62的开口63至开口63)迁移。
该限制制冷剂70在微通道或制冷剂管62的管开口63之间迁移的特征对于维持基本相等的制冷剂注射到管开口63中而言是重要的。该特征也抵消了出口歧管压降的影响和在微通道管62的开口63中制冷剂沸腾的随机不稳定性的影响，否则也会诱导明显的制冷剂分配不均和热交换器热性能的损失。在一个实施例中，槽121是类似的，例如，可以相对于彼此具有基本类似的深度和/或形状或轮廓。在一个实施例中，至少两个槽121是不同的，例如，可以相对于彼此具有不相似的深度或形状或轮廓。在一个实施例中，槽121的深度和/或宽度和/或形状或轮廓可以与其它槽121不同(参见图24)，只要一对脊部118定位到每个开口63的每一侧以用于在其之间建立起副室136即可。在一个实施例中，用于相对应的分配器管开口63的至少一对脊部118彼此相邻。在一个实施例中，在一对脊部118之间的至少一个区不同于在另一对脊部118之间的另一个区。在一个实施例中，例如，如图22中所示，相邻的开口63之间的间距140可以不同于相邻的开口63之间的至少一个其它间距，例如，间距141。在另一个实施例中，开口63的几何形状可以彼此不同，例如，开口63C。然而，为了实现最大操作效率，每个开口63都必须形成副室136，即，具有突出的表面特征116，例如，定位到每个开口63的每一侧的脊部118，如上所述并且如图24中所示。
本公开的热交换器的另一个特征在于，微通道或制冷剂管62中的端口或开口63的尺寸被适当地设定以用于最佳制冷剂沸腾和速度。用于改进性能的另一个有关的部分是使用具有彼此不同的端口或开口63尺寸的微通道或制冷剂管62，例如，开口63横过管62的宽度逐渐增大，例如，如图23中所示。该选择性收缩的端口布置允许更多的制冷剂进入选择端口或开口63中，以便再次提高热性能。端口或开口63尺寸可以通过引入深度变化的凹痕138(收缩件)而改变或诱导，所述深度变化的凹痕138形成在微通道或制冷剂管62的进口侧中(图23对图22中的非缩进的管)，所述微通道或制冷剂管62的进口侧与分配器管68的表面106形成界面134(图11)。如图23中所示，端口开口63尺寸可以被收缩(被限制)到在第一端口或开口63A上的原始开口63的约20％，并且逐渐较少地收缩(被限制)到在最后的管端口或开口63B上的原始开口的约100％。在一个实施例中，端口或开口63尺寸可以根据需要以非均匀和/或非渐进的方式改变。
本公开的热交换器适应于在微通道多端口或制冷剂管62中的一系列制冷剂压降，不管是较低的压降还是较低的压降，都会影响制冷剂分配。本公开的热交换器也利用或适应于在出口集管64(图5)中的较低压降和中等压降，其也会对在满载荷和部分载荷下进入多端口或制冷剂管62中的制冷剂的分配有明显的效果或影响。横过出口歧管集管64的压降与制冷剂管62压降组合可以诱导进入多端口或制冷剂管62的制冷剂分配不均。因而，副室136和一个或多个开口102(图15)在最佳压降下抵消了进口集管68和制冷剂管62的组合压降，并且将基本校正制冷剂分配不均或将其减到最小，其中分配不均产生热性能损失和热容量损失，如通过控制阀观察和调节以维持目标制冷剂过热温度或压力。
总之，实际上，并且如图11和图14至图15中所示，当本公开的热交换器用作蒸发器时，热交换器用于通过第一组孔口92诱导从低到高的压降以从分配器管68(室84)提供基本均匀的制冷剂分配，并且在制冷剂进入室86时，则使用第二组较低压降开口98以推进和进一步改进制冷剂70分配，并且使用第三组开口102以在较低或较高压降下将第三制冷剂70注射到最终室88中，借此两相制冷剂70可以被基本等同地注射和隔离以进入制冷剂管62的每个单独的开口63。
实际上，当热交换器用作与制冷剂流动方向相反的冷凝器时，如图5和图11中所示并且如以下将说明的，制冷剂进入上歧管集管64并且继而在制冷剂管62内被冷凝，液体制冷剂71沿着相反的方向流过所有三个室88、86、84并且离开下歧管集管66。所有三个室84、86、88可以被优化以用于最小的液体制冷剂压降，并且下歧管集管66可以保持少量的液体制冷剂71且用作迷你接收器，如在本申请人的共同待审的No.12691920中说明，其整个内容通过参考包含于此。如在该申请中所述的任选的制冷剂液体挡板可以用于将迷你接收器特征添加到分配器或热交换器。
虽然已经参照优选的实施例说明了本发明，但是本领域的技术人员将应理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以做出各种改变，并且等同物可以用来代替本发明的元件。另外，在不脱离本发明的实质范围的情况下，可以做出许多修改来调整本发明的教导的特定情况或材料。因此，并不意在将本发明限于所公开为用于实施本发明的最佳模式的具体实施例，而是本发明将包括落入所附权利要求书的范围内的所有实施例。

Claims (20)

1.一种用于与两相制冷剂一起使用的热交换器，其包括：
进口集管；
出口集管，所述出口集管与所述进口集管间隔开；
多个制冷剂管，所述多个制冷剂管将所述进口集管液压地连接到所述出口集管；
具有多个孔口的分配器管，所述分配器管布置在所述进口集管中，与所述出口集管相对的所述制冷剂管的端部在所述进口集管内延伸并且邻接所述分配器管的表面，所述进口集管的内表面的一部分面对所述分配器管的表面，并且与所述分配器管的表面一起限定第一室；
介于0.01英寸和0.3英寸之间的空隙，所述空隙将所述分配器管的至少一部分和所述进口集管分离，所述空隙从至少所述孔口延伸到所述第一室，其中，至少一个隔离物具有通过该隔离物形成的至少一个开口，所述至少一个隔离物跨着所述空隙，所述隔离物将所述孔口与所述第一室分离。
2.根据权利要求1所述的热交换器，其中，当所述制冷剂管在水平位置与竖直位置之间取向时，所述多个孔口在收集在所述分配器管中的汇成池的液体制冷剂上方大致竖直地取向，产生堰效果，以便使所述液体制冷剂基本均匀地流过所述孔口而流入所述空隙中。
3.根据权利要求1所述的热交换器，其中，所述多个孔口中的每个孔口的横截面积都是介于0.0003in2和0.03in2之间。
4.根据权利要求1所述的热交换器，其中，所述多个孔口相对于与所述制冷剂流过所述多个制冷剂管的流动方向基本重合的轴线以介于150度和180度之间的角度定位。
5.根据权利要求4所述的热交换器，其中，所述多个孔口相对于一平面基本对准，所述平面与沿着所述分配器管的纵向长度延伸的轴线重合并且与制冷剂流过所述多个制冷剂管的流动方向重合。
6.根据权利要求4所述的热交换器，其中，所述多个孔口从所述 分配器管的内表面延伸通过向外延伸的区。
7.根据权利要求6所述的热交换器，其中，当所述制冷剂管在水平位置与竖直位置之间取向时，所述多个孔口在收集在所述分配器管中的汇成池的液体制冷剂上方大致竖直地取向，产生堰效果，以便使液体制冷剂基本均匀地流过所述孔口而流入所述空隙中。
8.根据权利要求1所述的热交换器，其中，在所述分配器管与所述进口集管之间，制冷剂被阻止在所述多个孔口和所述第一室之间沿着与所述多个孔口朝向所述至少一个开口的方向相反的方向流动。
9.根据权利要求1所述的热交换器，其中，由所述分配器管的内表面所限定的横截面积与连接到所述进口集管的进口连接件的横截面积的比大于5：1。
10.根据权利要求1所述的热交换器，其中，由所述分配器管的内表面所限定的横截面积与连接到所述进口集管的进口连接件的横截面积的比介于1：1和5：1之间。
11.根据权利要求1所述的热交换器，其中，由所述分配器管的内表面所限定的横截面积与连接到所述进口集管的进口连接件的横截面积的比介于2：1和5：1之间。
12.根据权利要求1所述的热交换器，其中，由所述分配器管的内表面所限定的横截面积与连接到所述进口集管的进口连接件的横截面积的比介于3：1和5：1之间。
13.根据权利要求1所述的热交换器，其中，由所述分配器管的内表面所限定的横截面积与连接到所述进口集管的进口连接件的横截面积的比介于4：1和5：1之间。
14.一种用于与两相制冷剂一起使用的热交换器，其包括：
进口集管；
出口集管，所述出口集管与所述进口集管间隔开；
多个制冷剂管，所述多个制冷剂管将所述进口集管液压地连接到所述出口集管；
具有多个孔口的分配器管，所述分配器管布置在所述进口集管中， 与所述出口集管相对的所述制冷剂管的端部在所述进口集管内延伸并且邻接所述分配器管的表面，所述进口集管的内表面的一部分面对所述分配器管的表面，并且与所述分配器管的表面一起限定第一室；
所述分配器管的表面具有表面特征，所述表面特征用于保持和捕获制冷剂液体，以便使形成在所述制冷剂管中的每个开口都与所述表面特征形成副室；
介于0.01英寸和0.3英寸之间的空隙，所述空隙将所述分配器管的至少一部分和所述进口集管分离，所述空隙从至少所述孔口延伸到所述第一室，其中，至少一个隔离物具有通过该隔离物形成的至少一个开口，所述至少一个隔离物跨着所述空隙，所述隔离物将所述孔口与所述第一室分离。
15.根据权利要求14所述的热交换器，其中，所述表面特征包括多个脊部，在所述制冷剂管中形成的每个开口与一对脊部相对应，所述一对脊部中的脊部沿着制冷剂管的每个开口的每一侧定位以用于与制冷剂管的开口形成所述副室。
16.根据权利要求15所述的热交换器，其中，用于相对应的制冷剂管开口的至少一对脊部是彼此相邻的。
17.根据权利要求15所述的热交换器，其中，所述一对脊部之间的至少一个区不同于另一对脊部之间的另一个区。
18.根据权利要求14所述的热交换器，其中，至少一个制冷剂管开口的至少一部分的横截面积与另一个制冷剂管开口的横截面积不同。
19.根据权利要求14所述的热交换器，其中，当所述制冷剂管在水平位置与竖直位置之间取向时，所述多个孔口在收集在所述分配器管中的汇成池的液体制冷剂上方大致竖直地取向，产生堰效果，以便使液体制冷剂基本均匀地流过所述孔口而流入所述空隙中。
20.根据权利要求14所述的热交换器，其中，所述多个孔口中的每个孔口的横截面积介于0.0003in2和0.03in2之间。
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