專利名稱：具有增強的制冷劑分布的微通道熱交換器的制作方法
技術領域：
本申請涉及采用分配器插入物的制冷劑系統(tǒng)的熱交換器，該分配器插入物安裝 在歧管內(nèi)并包括將歧管分隔成多個腔室的分隔元件，所述多個腔室各自與至少一個熱交 換管相關聯(lián)。
背景技術：
近年來，很多興趣和設計工作已經(jīng)集中于制冷劑系統(tǒng)的熱交換器(特別是冷凝 器和蒸發(fā)器)的高效操作。熱交換器技術中一個相對新的進步是并行流或所謂的微通道 或微型通道熱交換器(遍及本文將可互換地使用這兩個術語)作為冷凝器和蒸發(fā)器的開發(fā) 和應用。并且，遍及本文，將對作為冷凝器的排熱熱交換器進行參考，并且理解排熱熱 交換器可以至少在一部分時間內(nèi)充當氣體冷卻器。此類微通道熱交換器設置有多個并行熱交換管，在其之間分布有制冷劑且該制 冷劑以并行方式流動。熱交換管通常與入口、中間和出口歧管中的制冷劑流動方向基本 垂直地取向，所述入口、中間和出口歧管與熱交換管進行流體連通。當在冷凝器和蒸發(fā) 器應用中被采用時，這些熱交換器可被設計為多程構造，通常在每個制冷劑行程(pass) 內(nèi)具有多個并行熱交換管，以便通過使熱傳遞和壓降特性平衡和最優(yōu)化來獲得優(yōu)越的性 能。單程構造通常在蒸發(fā)器應用中是更期望的，因為制冷劑壓降在蒸發(fā)器性能中起主導 作用。然而，在制冷劑系統(tǒng)內(nèi)使用微通道熱交換器時，已存在一些障礙。特別地，當 二相流進入歧管時，在微通道熱交換器歧管中通常發(fā)生稱為制冷劑分布不均的問題。與 液相相比，二相流的蒸氣相具有明顯不同的性質(zhì)，以不同的速度移動并經(jīng)受內(nèi)部和外部 力的不同影響。這促使蒸氣相與液相分離并獨立地流動。蒸氣相與液相的分離已經(jīng)導致 了難題，諸如并行流熱交換器中的制冷劑分布不均。已知在一些制冷劑系統(tǒng)中采用分配器插入物以便將制冷劑輸送到蒸發(fā)器歧管 中。此類系統(tǒng)已在諸如冷凍展示箱的冷藏售賣機中采用。所提出的在冷凍展示箱中采用 的入口分配器插入物不能解決上述制冷劑分布不均的問題。提出的另一熱交換器由多個板構成。熱交換制冷劑通道由間隔開的板形成，并 且那些間隔開的板的遠端提供用于每個制冷劑通道的進入室(inletplenum)。板將相鄰的 室分離，并且插入管延伸通過板并進入室中。此管包括將制冷劑指引到單獨室中的多個 孔口。此布置對于微通道熱交換器而言是不實用的，并且僅僅對于由間隔開的板形成的 一種類型的熱交換器而言是實用的構造。

發(fā)明內(nèi)容
在本發(fā)明所公開的實施例中，用于熱交換器的歧管包括位于歧管腔體內(nèi)的分配 器插入物。該分配器插入物具有通過分配器壁突出的小尺寸的多個制冷劑分配孔口，并 且還具有位于其周界上的分隔元件。在將分配器插入物定位于熱交換器歧管內(nèi)時，該分 隔元件通過限定歧管腔體內(nèi)的分離腔室來充當歧管分離部件，每個腔室與相對于制冷劑 流而言位于下游的至少一個熱交換管流體連通。在一個實施例中，所述熱交換器歧管是蒸發(fā)器的入口歧管，在另一實施例中， 所述熱交換器歧管是冷凝器或蒸發(fā)器的中間歧管。
雖然所有分隔腔室可以具有相同的尺寸并且分配器分隔元件被均勻地間隔開， 但在一個實施例中，它們具有可變尺寸以對制冷劑分布進行進一步微調(diào)。雖然關于二相 制冷劑公開了本發(fā)明，但其還可適用于單相制冷劑以及制冷劑與油的混合物。通過以下說明書和附圖，將透徹地理解本發(fā)明的這些及其它特征，其后是簡要 描述。


圖1示意性地示出基本的示例性制冷劑系統(tǒng)。圖2示出創(chuàng)造性熱交換器的入口歧管的一部分。圖3示出創(chuàng)造性熱交換器的中間歧管的一部分。圖4示出分配器插入物的示例性設計。圖5A示出示例性傳熱管的剖面圖。圖5B示出示例性分隔元件的剖面圖。圖5C示出圖5B的示例性分隔元件的側視圖。圖5D示出另一示例性分隔元件的剖面圖。圖5E示出圖5D的示例性分隔元件的側視圖。
具體實施例方式在圖1中示出了基本的示例性制冷劑系統(tǒng)20，其包括壓縮制冷劑并將其在向下游 輸送到冷凝器24的壓縮機22。從冷凝器24，制冷劑穿過膨脹設備26進入通向蒸發(fā)器30 中的入口制冷劑管道28。從蒸發(fā)器30，制冷劑返回到壓縮機22而完成閉環(huán)制冷劑回路。在圖2中示出了蒸發(fā)器30的一部分，其包括結合了本發(fā)明的入口制冷劑歧管 34。蒸發(fā)器30被示為微通道熱交換器，因為這種熱交換器將特別地受益于本發(fā)明的設計 和構造。然而，本發(fā)明的益處可以擴展至其它類型的熱交換器，例如，圓管和板翅式熱 交換器，并擴展至各種應用，諸如冷凝器應用。此外，雖然將參照通過熱交換器的二相 制冷劑流來公開本發(fā)明的益處，但單相制冷劑流以及制冷劑與油的混合物也在本發(fā)明的 范圍內(nèi)并可以受益于本發(fā)明。如圖2所示，入口制冷劑管道28與分配器插入物32流體連通，其沿著其縱向軸 線提供制冷劑流動路徑。蒸發(fā)器30的入口歧管34接收分配器插入物32，并進而與多個 熱交換管36流體連通，多個熱交換管36定位成相對于制冷劑流動方向大體上垂直于入口 歧管34并相對于該方向而言在入口歧管34的下游。入口制冷劑管道28可以位于入口歧管34的端部處，位于入口歧管34的中部或位于端部和中部之間的任何中間位置處。此 夕卜，入口制冷劑管道28可以包括連接在入口歧管34的相對端部處或連接在任何中間位置 處的兩個入口制冷劑管道。很明顯，可以利用多于兩個的入口制冷劑管道，但是其全部 需要以流體方式連接并提供到分配器插入物32中的制冷劑路徑。如已知的，可以在熱交換管36之間設置多個傳熱翅38并通常通過熔爐銅焊工 藝將其牢固地附接到熱交換管36，以便加強外部熱傳遞并為熱交換器30提供結構剛性。 并且，如已知的，微通道熱交換器(蒸發(fā)器)30的每個熱交換管36通常具有多個小的內(nèi) 部通道41，其沿著每個熱交換管36的縱向軸線提供多個并行制冷劑流動路徑(參見圖 5A)。內(nèi)部通道41增強內(nèi)部熱傳遞，并且還為熱交換器30提供結構剛性。同樣如圖2示出的，小尺寸的多個制冷劑分配孔口 42被形成為通過分配器插入 物32的壁突出并提供從分配器插入物32的內(nèi)部腔體到入口歧管34中的制冷劑路徑。分 配孔口 42可以具有例如圓形、矩形、橢圓形或任何其它形狀。此外，分配器插入物32具 有分隔元件44，分隔元件44位于其周界上并剛性地附接到分配器插入物32的外壁。在 將分配器插入物32定位于蒸發(fā)器30的入口歧管34內(nèi)時，分隔元件44在入口歧管34的 內(nèi)部腔體內(nèi)形成制冷劑分隔腔室46，每個腔室將制冷劑向下游傳送到至少一個熱交換管 36。通常，每個分隔腔室可流體連接到多個制冷劑分配孔口 42和多個熱交換管46。如上所述，提供多個小制冷劑分配孔口 42以將制冷劑從分配器插入物34指引 到在入口歧管34的腔體內(nèi)由分配器插入物32的相鄰分隔元件44限定的多個分隔腔室46 中。分隔元件44之間的距離可以是均勻的，或者可以進行調(diào)整以控制與傳熱管36的任 何特定組(cluster)相關聯(lián)的分隔腔室46的最終尺寸。分隔元件44之間的此距離對于傳 熱管36的不同組而言可以是不同的，或者在極端情況下，對于不同的傳熱管36而言可以 是不同的。例如，對于位于入口歧管34的端部處的單個入口制冷劑管道28而言，腔室 46的尺寸可以沿著歧管34的縱向軸線是均勻的，或者例如，可以從歧管入口端向其遠端 減小，在遠端處，制冷劑速度被預期為較低。分隔元件44的任何特定構造可以取決于工 作參數(shù)和特定應用。 分配器插入物32從入口制冷劑管道28接收二相制冷劑并將此制冷劑通過多個 小的分配孔口 42輸送到已被分配器插入物32的分隔元件44劃分成分隔腔室46的熱交 換器歧管34中。分配器插入物32的相對小尺寸為制冷劑流提供重要動量(significant momentum),防止二相制冷劑的相分離。多個分配器孔口 42均勻地將二相制冷劑指引到 由分配器插入物34的間隔開的分隔元件44所限定的歧管34的多個分隔腔室46中。由于 分隔腔室46的尺寸相對較小，所以當二相制冷劑膨脹到整個入口歧管腔體中時，制冷劑 液相和蒸氣相不會像現(xiàn)有技術中那樣具有分離的條件和時間。即使在發(fā)生制冷劑相的一 些分離的情況下，這也應當在相對小的歧管腔室46內(nèi)，并且平均起來，制冷劑分布在整 個熱交換器30上仍將是主導性均勻的。因此，具有多個小分配孔口 42和分隔元件44的 本發(fā)明的分配器構思防止制冷劑分布不均并保證到熱交換管36中的均勻的制冷劑分布。 以這種方式，通過入口歧管34的分隔腔室46和分配器插入物孔口 42被輸送到熱交換管 36中的制冷劑將不具有流過不同熱交換管和熱交換管組的不同量的蒸氣相和液相。分隔元件44的外周界被緊緊地接收在入口歧管34的內(nèi)壁內(nèi)。同樣地，分隔元 件44的內(nèi)周界被緊密地接收在插入物32的外壁上。以這種方式，相鄰的分隔腔室46被主要地保持相互隔離，防止制冷劑從一個分隔腔室46遷移到另一個。因此，可以控制進 入熱交換管36的制冷劑流的總體特性，使得可以消除相分離和/或制冷劑遷移的效應或 使該效應最小化。圖3示出另一實施例300，其中歧管301是中間歧管，在熱交換管302的下游， 并向熱交換管312中供應制冷劑。如所示，分配器插入物306具有孔口 308、頂部隔板 304和中間隔板310。與前面的實施例中一樣，本實施起到減少制冷劑相分離和分布不均 的作用。在本實施例中，熱交換器可以是冷凝器或蒸發(fā)器。分隔元件44可以具有任何形狀和形式，諸如平板(參見圖5B)，只要它們不劇 烈地阻止制冷劑流入熱交換管36并且不將一個分隔腔室46與另一個隔離即可(例如通過 小的余隙(clearance)或機械/化學結合)。此外，在熱交換管36穿透到入口歧管34內(nèi) 部的情況下(參見圖5B和5C)，分隔元件44可以具有切口(cutout) 200。分隔元件44可 以機械地(例如卡扣就位進入分配器插入物32的外壁上制造的小凹槽中)或通過銅焊、 焊接或軟焊附接到分配器插入物32。分隔元件44還可以附接到入口歧管34的內(nèi)壁(例 如通過熔爐銅焊)?？梢岳缭谡麄€熱交換器30的熔爐銅焊期 間執(zhí)行這兩個附接過程。圖5D和圖5E示出另一實施例，其中，分隔元件44不包括切口 200，但確包括 凹槽或凹口(indentation) 202。此凹口的目的是提供用于銅焊劑的保持腔體，使得分配器 插入物可被插入到歧管中并在構造整個熱交換器時被銅焊。通常，每個所公開的實施例均教導將會接收制冷劑的分配器插入物，并通過多 個孔口將制冷劑分布到在分隔元件之間限定的分隔腔室中。由于插入物和分隔元件彼此 附接作為剛性子組件，所以可以將整個組件插入歧管中。這將允許在不要求任何特定熱 交換器設計的情況下使用此特征，如現(xiàn)有技術中的情況一樣。雖然已公開了本發(fā)明的實施例，但本領域的技術人員應認識到一些修改將在本 發(fā)明的范圍內(nèi)。因此，應對所附權力要求進行研究以確定真實范圍和內(nèi)容。
權利要求
1.一種熱交換器，包括多個傳熱管；歧管，所述歧管用于將制冷劑傳送到所述多個傳熱管中，和分配器插入物，所述分 配器插入物連接到制冷劑的源并具有在所述分配器插入物的外周界中的多個孔口以及在 所述分配器插入物的外壁上的分隔元件，使得限定了多個分配腔室并使所述多個分配腔 室與所述多個傳熱管相關聯(lián)。
2.如權利要求1所述的熱交換器，其中，所述熱交換器是蒸發(fā)器，并且所述歧管是入 口歧管。
3.如權利要求1所述的熱交換器，其中，所述分配器插入物和所述分隔元件改善所述 熱交換器中的制冷劑分布。
4.如權利要求1所述的熱交換器，其中，所述歧管是中間歧管。
5.如權利要求1所述的熱交換器，其中，所述分配器插入物僅沿著所述歧管的一部分 延伸，并且不與連通流入所述歧管的傳熱管對準，而是與連通流出所述歧管的傳熱管對 準。
6.如權利要求1所述的熱交換器，其中，所述分隔元件沿著所述分配器插入物的長度 均勻地間隔開。
7.如權利要求1所述的熱交換器，其中，所述分隔元件通過機械附接和化學結合中的 一種附接到所述分配器插入物。
8.如權利要求1所述的熱交換器，其中，所述分隔元件是平板，所述平板在外周界處 具有切口部分以給所述傳熱管提供余隙。
9.如權利要求1所述的熱交換器，其中，所述分配器插入物具有圓形截面形狀。
10.如權利要求1所述的熱交換器，其中，所述歧管具有圓形截面形狀的內(nèi)孔。
11.如權利要求1所述的熱交換器，其中，穿過所述分配器插入物的制冷劑是二相制 冷劑。
12.如權利要求1所述的熱交換器，其中，所述熱交換器是微通道熱交換器。
13.—種制冷劑系統(tǒng)，包括壓縮機，所述壓縮機用于壓縮制冷劑并將其向下游輸送到冷凝器中，來自所述冷凝 器的制冷劑穿過膨脹設備并隨后進入蒸發(fā)器中；所述冷凝器和蒸發(fā)器中的至少一個包括用于接收制冷劑并沿著從入口端到出口端的 路徑傳遞制冷劑的多個傳熱管，以及用于與所述傳熱管的入口端連通的歧管，所述歧管 接收分配器插入物，所述分配器插入物連接到制冷劑的源并具有在外周界處的多個孔口 以及在所述分配器插入物的外壁與所述歧管的內(nèi)壁之間的多個分隔元件以限定所述歧管 內(nèi)的多個分隔腔室，所述傳熱管中的至少一些與所述分隔腔室中的不同的一些相關聯(lián)并 通過所述分隔元件與其它的所述分隔腔室隔離。
14.如權利要求13所述的制冷劑系統(tǒng)，其中，所述分配器插入物從所述歧管的上游端 朝著所述歧管的下游端延伸，并且在相鄰的一些所述分隔元件之間所限定的所述分隔腔 室的尺寸被確定為使所述多個傳熱管內(nèi)的制冷劑的流動最優(yōu)化。
15.如權利要求13所述的制冷劑系統(tǒng)，其中，所述多個傳熱管，各自包括多個通道， 間隔開并大體上垂直于所述分配器插入物的上游到下游的方向。
16.如權利要求13所述的制冷劑系統(tǒng)，其中，所述熱交換器是蒸發(fā)器，并且所述歧管 是入口歧管。
17.如權利要求13所述的制冷劑系統(tǒng)，其中，所述歧管是中間歧管。
18.如權利要求17所述的制冷劑系統(tǒng)，其中，所述分配器插入物僅沿著所述歧管的一 部分延伸，并且不與連通流入所述歧管的傳熱管對準，而是與連通流出所述歧管的傳熱 管對準。
19.如權利要求13所述的制冷劑系統(tǒng)，其中，所述熱交換器是微通道熱交換器。
20.如權利要求13所述的制冷劑系統(tǒng)，其中，所述分隔元件是平板，所述平板在外周 界處具有切口部分以給所述傳熱管提供余隙。
全文摘要
一種蒸發(fā)器包括接收分配器插入物的歧管。分配器插入物接收將被輸送到歧管中的制冷劑流，并具有開口以將此制冷劑傳送到在歧管內(nèi)的分配器插入物的相鄰分隔元件之間限定的多個腔室。以這種方式，這些腔室各自與不同的傳熱管相關聯(lián)，并且使得這些腔室相互隔離。
文檔編號F28F9/00GK102027308SQ200980117745
公開日2011年4月20日 申請日期2009年4月13日 優(yōu)先權日2008年5月16日
發(fā)明者A·利夫森, M·F·塔拉斯 申請人:開利公司