專利名稱：用于分配的小通道換熱器集管插入件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請(qǐng)總##及空氣調(diào)節(jié)和制冷系統(tǒng)，尤 及這些系統(tǒng)的平行流蒸發(fā)器。
背景技術(shù)：
目前在空氣調(diào)節(jié)和制冷業(yè)中廣泛tOT的所謂平行流換熱器的定義，指的是 帶有多個(gè)平行通道的換熱器，被分配的制冷齊贓這些平行通道中的流動(dòng)方向通 ?；敬怪庇谠撝评潺R贓進(jìn)口和出口集管中的流動(dòng)方向。這個(gè)定義在技術(shù)共同
體內(nèi)得到很好的適用，全文將4柳該定義。
制冷系統(tǒng)蒸發(fā)器中制冷劑分布不均是x^萬周知的Jim。該i，導(dǎo)致蒸發(fā)器 和整個(gè)系統(tǒng)在很廣范圍的操作條件下性能顯著退化?？赡軐?dǎo)致制冷劑分布不均
的原因有蒸發(fā)器通道中的流動(dòng)阻力不同，外部傳熱面上的空氣流不均勻分布， 熱交換方向不當(dāng)，或集管和分布系統(tǒng)的不良設(shè)計(jì)。由于平行流蒸發(fā)器關(guān)于每個(gè) 制冷劑回路的制冷劑路徑安排的的特殊設(shè)計(jì)，在平行流蒸發(fā)器中分布不均尤其 顯著。消除或減少平行流蒸發(fā)器中的，現(xiàn)象對(duì)性能影響的嘗試一直以來收效 甚微。上述失敗的主要原因通常因?yàn)樗ㄗh技術(shù)的復(fù)雜和效率低下，或者因?yàn)?解決方案造價(jià)昂貴。
近年來，平行流換熱器，尤其是釬焊鋁換熱器，不但在機(jī)動(dòng)車領(lǐng)域而且在
供熱、通風(fēng)、空調(diào)及制冷(HVAC&R)業(yè)引超艮多關(guān)注和注意。采用平行流技 術(shù)的主要原因在于其優(yōu)良的性能，高度的緊湊性和強(qiáng)抗腐蝕性?，F(xiàn)在平行流換 熱器可在冷凝器和蒸發(fā)器領(lǐng)域中運(yùn)用于多種產(chǎn)品和系統(tǒng)設(shè)計(jì)及構(gòu)造。這些蒸發(fā) 器應(yīng)用，盡管預(yù)示有巨大利益和報(bào)酬，但是更多的還是挑戰(zhàn)和問題。制冷劑分 布不均是在蒸發(fā)器領(lǐng)域?qū)嵤┰摷夹g(shù)的主要問題和障礙之一。
已知在平行流換熱器中制冷劑分布不均發(fā)生的原因是因?yàn)樵谕ǖ纼?nèi)部和進(jìn) 口、出口集管中的壓降不均，以及集管和分布系統(tǒng)的不良設(shè)計(jì)。在集管中，制 冷劑路徑長度的不同，相分離和重力作用是造成分布不均的主要因素。在換熱 器通道中，熱交換率變化、空氣流的分布、制造公差、和重力作用是主要因素。 進(jìn)一步的，最近增加換熱器性能的趨勢(shì)是提倡通道小型化(所謂的小通道和微通道)，這繼而對(duì)制冷劑分布產(chǎn)生不良影響。由于4^隹控制所有這些因素，所以 先前控制制冷劑分布，尤其是平行流蒸發(fā)器中的制冷劑分布的嘗試有很多都失 敗了。
在使用平行流換熱器的制冷系統(tǒng)中，進(jìn)口和出口集管(這些術(shù)語在全文中
可互換使用)通常設(shè)為傳統(tǒng)的圓柱形。當(dāng)兩相流iSA集管時(shí)，蒸汽相通常與液 相分離。由于兩相均獨(dú)立地流動(dòng)，因此往往導(dǎo)致制冷劑分布不均的發(fā)生。
如果兩相流以相對(duì)高速iSAiS口集管，液相(液滴)由流#^力量攜帶進(jìn)一 步離開集管入口到該集管的遠(yuǎn)處部分。因此，最W^集管入口的M主要接收 汽相，遠(yuǎn)離集管入口的通道主要接收液相。另一方面，如果兩相 入集管的 速度低，那么就沒有足夠的動(dòng)量沿集管皿液相。結(jié)果是液相fflA最靠M口 的通道而汽相繼續(xù)到最遠(yuǎn)處的通道。同時(shí)，在進(jìn)口集管中的液相和汽相能夠被 重力作用分離，導(dǎo)致類似的分布不均的結(jié)果。在任一個(gè)瞎況中，分布不均現(xiàn)象 腿出現(xiàn)，并導(dǎo)致蒸發(fā)器及整個(gè)系統(tǒng)性能明顯斷氐。
在管翅式換熱器中，共同的實(shí)踐是設(shè)置通向相應(yīng)管的賴蟲毛細(xì)管或其他膨 脹裝置，以使進(jìn)入管組的制冷劑獲得相對(duì)均勻的膨脹。出于同樣目的，另一個(gè) 方法是在相應(yīng)的管路的入口處設(shè)置單獨(dú)的膨脹裝置，例如所謂的"迪克西杯" (dixie cups)。這些方法在小鵬或M道應(yīng)用中都不實(shí)用，在這些應(yīng)用中，通 道相對(duì)小且密集使得單獨(dú)的限制性^S在制造過程中不能作為實(shí)用方式被安裝 在各自的通道內(nèi)。
在空氣調(diào)節(jié)和制冷行業(yè)中，在艦上述換熱器中，術(shù)語"平行流"、"小通 道"(或" 道")經(jīng)常交叉互換，我們遵循類似的慣例。進(jìn)一步的，小通道 和'M道換熱器區(qū)另U僅在于通道尺寸(或者所謂的水力直徑)，且可以同樣^ 于本申請(qǐng)的教導(dǎo)。在正文和權(quán)利要求中將全部這種的換熱器(小通道和M道) 稱為小通道換熱器。

發(fā)明內(nèi)容
簡要地，根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面，平行流換熱器的進(jìn)口集管設(shè)有安裝在該集 管內(nèi)的一對(duì)插入件，其中，外插入件在其一端部接收流體流，并且該外插入件 設(shè)有通向集管的多個(gè)彼此隔開的開口，內(nèi)插入件髓夕Wt入件的長度充分延伸， 并且該內(nèi)插入件的橫截面積沿著該內(nèi)插入件的長度增加，以保持處于兩個(gè)插入 件之間的環(huán)形腔中的制冷劑質(zhì)量流量基本恒定。
5根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)方面，這內(nèi)插入件同心地設(shè)在外插入件內(nèi)并且該內(nèi)插入 件的下游端部固定至該外插入件。
仍是根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)方面，這內(nèi)插入件的橫截面形狀為圓形并且內(nèi)插 入件成錐形，以提供帶有環(huán)形截面的環(huán)形腔。
在下面所描述的附圖中，描述了一種優(yōu)選實(shí)施方式，但在不脫離本發(fā)明精 神和范圍下可以對(duì)其作出許多其他的M和替代的設(shè)計(jì)與構(gòu)造。


圖1是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的平行流換熱器的示意圖。
圖2是根據(jù)本發(fā)明的進(jìn)口集管的縱剖面圖。 圖3是沿著圖2中線3-3的剖面圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在參考圖l，所示的平行流換熱器包括進(jìn)口集管ll，出口集管12，和將 進(jìn)口集管11與出口集管12互相流體連通的多個(gè)平行通道13。進(jìn)口和出口集管 11和12通常為圓柱形，通道13通常為扁平形管(或擠壓件)。M3t 13通常具 有多個(gè)內(nèi)部和外部的傳熱增強(qiáng)元件，例如翅片15。
在操作中，兩相制冷劑流入進(jìn)口開口 14并流入進(jìn)口集管11的內(nèi)腔16。來 自內(nèi)腔16的制冷劑，以液體、氣體或氣液混合物(混合物是典型的模式)的形 式，iaAJI道開口17以穿M道13到達(dá)出口集管12的內(nèi)腔18。來自內(nèi)腔18 的制冷劑，現(xiàn)在通常為蒸氣形式，流出出口開口19然后到達(dá)壓縮機(jī)(未示出)。
如上所討論的，理想的是兩相的制冷劑是以均勻的方式(或者換句話說， 相等的質(zhì)量含汽率)從進(jìn)口集管lliSA獨(dú)立的通道13 ，使得這些獨(dú)立的M 13能獲得充分熱効妙媒，并且在壓縮機(jī)的吸氣側(cè)不會(huì)產(chǎn)生和觀察到溢流工況。 然而，因?yàn)樯衔乃枋龅亩喾N5膽，對(duì)獨(dú)立通道13產(chǎn)生了制冷齊啲不均勻流(所 述的分布不均)。為了解決上述問題，本申請(qǐng)所引入的設(shè)計(jì)特征將，單MM 內(nèi)的制冷齊購勻分布。
參照?qǐng)D2，本發(fā)明進(jìn)口集管顯示為21，其流體連接至多個(gè)通道22。進(jìn)口集 管21在其進(jìn)口端部和下游端部分別具有端蓋23和24。端蓋23和24與進(jìn)口集 管的偵蝰一起限定內(nèi)腔25，鵬延伸到該內(nèi)腔25中以從其中接收制冷劑流。
如圖所示，進(jìn)口集管21內(nèi)設(shè)有第一或夕卜插入件26，該插入件26延伸穿過 處于進(jìn)口集管21的進(jìn)口端部處的開口27，并且在進(jìn)口集管21的長度上充分延伸。如圖所示，夕卜插入件26在微上為筒狀，其具有側(cè)壁28和端壁29，端壁 29可以焊接或其他方式固定至端蓋24。然而，應(yīng)該認(rèn)識(shí)到夕FJ雨入件26可以是 任意能裝配Ait口集管21的皿。因此，除了如圖所示的圓形橫截面形狀，還
可以是d形、腎形或板形等jm的插入件。
在外插入件中形成多個(gè)孔31。這些孔31伏選為均勻間隔設(shè)置，但為了滿足 均勻分布也可不均勻間隔設(shè)置。進(jìn)一步的，盡管如圖所示孔31形皿第一插入 件26的任何一側(cè)上(即，孔31的軸線與通道22的軸線呈90度角)，但是孔的 尺寸、形狀、以及位置為滿足期望的均勻分布的需要都可以改變。
如圖所示，第二或內(nèi)插入件32設(shè)在第一插入件26內(nèi)。內(nèi)插入件32在夕W爾 入件26的長度上充分延伸，并且該內(nèi)插入件的一端部或上游端部33為尖頭形， 該內(nèi)插入件的橫截面尺寸朝著該內(nèi)插入件的另一端部或下游端部34逐漸增加， 該下游端部34以焊接或類似方式連接至端壁29。
因此可以看到，夕卜插入件26和內(nèi)插入件32的組合限定環(huán)形腔36，該環(huán)形 腔36的徑向長度隨著朝向下游端部34延伸而減小。這種結(jié)構(gòu)有益于形成下文 所述的均勻流分布。
應(yīng)該承認(rèn)，內(nèi)插入件32除了是如圖所示的實(shí)心棒狀外，也可以具有各種其 它微和設(shè)計(jì)，如空心棒、螺旋管，或者具有如圓形、d形離形的各種橫截 面設(shè)計(jì)。內(nèi)插入件32的表面可以是光滑的或設(shè)有槽以形成渦效應(yīng)以促進(jìn)液汽混 合。內(nèi)插入件32也可以由泡漸多孑L材料形成以，湍流，而湍流有助于混合氣 相和液相以形成更加均勻的流動(dòng)。這樣就會(huì)形成均勻或不均勻的空泡率，如果 是不均勻的，則在第一進(jìn)口的進(jìn)口處形成較高的空泡率，而在其下游端空泡率 7鈔。
考慮至體設(shè)計(jì)對(duì)流動(dòng)特性的效果，應(yīng)當(dāng)承認(rèn)雌的流型為環(huán)形或者離散的。 離散的霧狀流是汽液不分離的均質(zhì)流，因此不會(huì)產(chǎn)生不均勻分布問題。對(duì)于環(huán) 形流，在第一插入件26的內(nèi)壁處產(chǎn)生薄層液^^體。研究表明這種流動(dòng)特性能 夠幫助液體和蒸汽更加均勻分ISM31分配孔31。然而，如沒有第二插入件32， 當(dāng)流術(shù)荒至U第一插入件26內(nèi)的下游時(shí)，由于流體通過孔31分配而使其質(zhì)量流 量顯著減少，導(dǎo)致流動(dòng)變化成朝向第一插入件26端部29的波浪或者分層波浪 ，，。盡管該流動(dòng)仍高到足以處在環(huán) ^鬼型中，但液體層厚度可肯絵顯著M^， 導(dǎo)致朝向第一插入件端部的開口處的液體干涸。
7禾,第二插入件32和與之關(guān)聯(lián)的尺寸遞減的環(huán)形腔，相對(duì)恒定的質(zhì)量流量 得以保持并且使流動(dòng)維持在理想的環(huán)形流型。進(jìn)一步的，這有助于避免液體匯 集在第一插入件的端部。這些特征都可以改善兩相流的分布，從而提高換熱器 的效率。
權(quán)利要求
1、一種平行流換熱器，包括進(jìn)口集管，其具有引導(dǎo)流體流入所述進(jìn)口集管的進(jìn)口開口和引導(dǎo)流體流出所述進(jìn)口集管的多個(gè)出口開口；多個(gè)通道，該多個(gè)通道處于實(shí)質(zhì)平行的對(duì)齊關(guān)系中，并且該多個(gè)通道流體連接至引導(dǎo)流體流出所述進(jìn)口集管的所述多個(gè)出口開口；第一插入件，該第一插入件設(shè)在所述進(jìn)口集管內(nèi)，并且其一端部流體連接至所述進(jìn)口開口，所述第一插入件在所述進(jìn)口集管的長度上充分延伸，并且在該第一插入件中具有引導(dǎo)制冷劑從所述管流至所述進(jìn)口集管的多個(gè)開口；以及第二插入件，其設(shè)在所述第一入口內(nèi)并且在所述第一插入件的長度上充分延伸，所述第二插入件的橫截面積隨著該第二插入件延伸離開所述進(jìn)口開口而增加，所述第二插入件與所述第一插入件限定環(huán)形腔，該環(huán)形腔的面積隨著該第二插入件延伸離開所述進(jìn)口開口而減小。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的平行流換熱器，其特征在于所述第二插入件置 于與所述第一插入件基本同心的關(guān)系中。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的平行流換熱器，其特征在于所i^第一插入f牛包括圓形橫截面管。
4、 根據(jù)豐又利要求1所述的平行流換熱器，其特征在于所i^第二插入4牛是錐形棒。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的平行流換熱器，其特征在于所述多個(gè)所述開口 形^所述第一插入件的任一側(cè)上。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的平行流換熱器，其特征在于所述多個(gè)開口對(duì)齊 成使它們的軸線基本垂直于所述多個(gè)所皿道的軸線。
7、 一種促進(jìn)從換熱器的進(jìn)口集管至流體連接至該進(jìn)口集管的多個(gè)平行小通道的均勻制冷劑流的方法，包括以下步驟形成具有進(jìn)口端部、下游端部和位于該進(jìn)口端部和下游端部之間的多個(gè)開 口的管；將所述管安裝在所述進(jìn)口集管內(nèi)，使得該管在所述進(jìn)口集管的長度上充分 延伸，以允許制冷齊贓流入所述多個(gè)平行小通道之前，流入所鄉(xiāng)口端部、穿過所述管、再從所述多個(gè)開口流出進(jìn)入至斷M口集管中；i^f述管中設(shè)置沿所述管的長度上充分延伸的插入件，所M入件的橫截 面隨著該插入件延伸離開所述進(jìn)口開口而增大，并且所述插入件與所述管限定環(huán)形腔，該環(huán)形腔的面積隨著該插入件延伸離開所i^a口開口而減小。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的平行流換熱器，其特征在于所^J菌入件置于與 所述管基本同心的關(guān)系中。
9、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的平行流換熱器，其特征在于所述管具有圓形橫 截面。
10、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的平行流換熱器，其特征在于所述插入件為錐 形棒。
11、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的平行流換熱器，其特征在于所述多個(gè)開口形 ^E所述管的任一側(cè)上。
12、 根據(jù)權(quán)利要求ll所述的平行流換熱器，其特征在于所述多個(gè)開口對(duì) 齊成使它們的軸線基本垂直于所述多個(gè)所述通道的軸線。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種微通道換熱器的進(jìn)口集管，在該進(jìn)口集管內(nèi)設(shè)有第一插入件，該第一插入件在進(jìn)口集管的長度上充分延伸，該第一插入件具有多個(gè)開口，用于使制冷劑流入進(jìn)口集管的內(nèi)部空間，然后再流至這些通道。設(shè)在第一插入件內(nèi)的第二插入件在第一插入件的長度上充分延伸，并且該第二插入件的橫截面積在第二插入件朝向下游端部的方向上逐漸增加，使得在第一和第二插入件之間形成環(huán)形腔。橫截面積遞減的環(huán)形腔使制冷劑質(zhì)量流量在沿著環(huán)形腔長度方向上保持基本恒定，由此保持液體的環(huán)形流型，并促進(jìn)對(duì)各個(gè)通道的均勻流量分布。
文檔編號(hào)F28F9/22GK101568792SQ200680056368
公開日2009年10月28日 申請(qǐng)日期2006年11月13日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月13日
發(fā)明者J·R·穆諾滋, P·韋馬, Y·K·帕克, Y·姜 申請(qǐng)人:開利公司