專利名稱：具有設擋板的集管的熱交換器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及熱交換器。更具體地，本發(fā)明涉及具有設擋板的集管的熱交換器。
技術背景
制冷系統(tǒng)已為本領域公知，并普遍存在于例如食品服務、化學、住宅和商業(yè)冷卻以 及汽車的行業(yè)。大規(guī)模地需要熱交換器用于辦公樓和住宅目的。這些系統(tǒng)缺乏效率是一個 很大的關注問題。傳統(tǒng)的制冷回路或空調(diào)包括壓縮機、冷凝器、膨脹閥、蒸發(fā)器和膨脹產(chǎn)生冷卻溫度 的制冷劑。在一些制冷系統(tǒng)中，蒸發(fā)器和冷凝器為具有一系列平行通道的熱交換器，該一系 列平行通道提供平行的制冷劑流路。當制冷劑流經(jīng)膨脹閥時，壓力和溫度發(fā)生下降。在許多制冷劑蒸氣壓縮系統(tǒng)中，當制冷劑流經(jīng)膨脹閥時，部分液體膨脹至蒸氣相， 而第二部分液體保持在液相。所產(chǎn)生的兩相流體可導致在蒸發(fā)器中分布不均。這里使用的 術語兩相流體的“分布不均”意味著流體的一個相(例如液相)占主導地位地流過蒸發(fā)器 的特定部分，而流體的另一相(例如蒸氣相)占主導地位地流過蒸發(fā)器的不同部分。本發(fā)明已經(jīng)確定兩相流體分布不均是使用平行制冷劑流路的熱交換器的常見問 題，這導致熱交換器效率低下。對于具有相對較少的平行制冷劑流路(通常為20或更少) 的熱交換器而言，兩相流體的均勻分配通過單獨向每個平行的制冷劑流路給料的分配裝置 而得以實現(xiàn)。但是，對于具有很多平行制冷劑流路(通常多于20)的熱交換器而言，每個平 行制冷劑流路的單獨分配通常是不現(xiàn)實的。大多數(shù)情況下，使用簡單的進口集管，其可導致 熱交換器的顯著制冷劑分布不均。此外，當流從膨脹裝置過渡至進口集管時，重力以及總體 積的增加也會發(fā)生作用引起液相和蒸氣相分離，導致熱交換器分布不均。以前，美國專利7143605已建議包含置于進口集管內(nèi)的分配器管以減少分布不 均。雖然該分配器管已被證明有益于減少分布不均，但是熱交換器內(nèi)的液相和蒸氣相分布 不均仍舊是個問題。因此，需要能克服、減輕和/或緩解現(xiàn)有技術熱交換器的上述和其他有害影響的 一個或多個。

發(fā)明內(nèi)容
一種熱交換器具有與集管成流體連通的多個平行通道。集管包括混合裝置和一個 或多個擋板，混合裝置和該一個或多個擋板共同作用以防止通道內(nèi)流體兩相的分布不均。本領域技術人員從以下的詳細描述、附圖和所附權利要求將會欣賞并理解本發(fā)明 的上述和其他的特征和優(yōu)點。


圖1為依照本發(fā)明的具有帶擋板的集管的熱交換器的示例性實施例的剖面圖；圖2為圖1的集管的第一替代示例性實施例的近視圖3為圖1的集管的第二替代示例性實施例的近視圖；圖4為依照本發(fā)明的具有集管的熱交換器的替代示例性實施例的剖面圖；圖5為依照本發(fā)明的具有集管的熱交換器的替代示例性實施例的剖面圖；以及 圖6示出了具有一對依照本發(fā)明的熱交換器的制冷回路的示例性實施例。
具體實施例方式現(xiàn)參照附圖特別是圖1，示出了依照本發(fā)明的平行流路熱交換器的示例性實施例， 該熱交換器示例性實施例總地標記為參考數(shù)字10。熱交換器10包括在一個或多個集管18、 20內(nèi)的一個或多個擋板12。有益地，擋板12被設置為限制流體沿集管18、20的軸線(A) 移動，這緩解了兩相流體的分離并確保了在熱交換器10通道內(nèi)的均勻分布。為了清楚起見，圖1示出了熱交換器10為具有第一程14和第二程16的多程熱交 換器。當然，本發(fā)明也設想擋板12對于任何具有多于或少于兩程的平行流路熱交換器具有 同樣的用處。熱交換器10包括第一集管18和第二集管20，兩個集管通過多個平行通道22的方 式相互流體連通。在所示實施例中，熱交換器10為具有多個微通道22的微通道熱交換器。 但是，本發(fā)明也設想擋板12對于任何類型的具有任何期望大小的通道22的平行流路熱交 換器具有同樣的用處。第一集管18包括第一分隔件24-1，第二集管20包括第二分隔件24_2。分隔件 24-1,24-2被設置為將集管18、20和通道22沿線26分別分隔為第一程14和第二程16。分 隔件24-1將第一集管18分為進口側(cè)28和出口側(cè)30。類似地，分隔件24_2將第二集管20 分為進口側(cè)32和出口側(cè)34。熱交換器10包括位于第一集管18的進口側(cè)28內(nèi)的分配插件36。此外，熱交換器 10包括位于第二集管20的出口側(cè)32內(nèi)的收集插件38，以及位于第二集管20的進口側(cè)34 內(nèi)的分配插件40。在所示實施例中，收集插件38和分配插件40顯示為一個整體構件。但 是，本發(fā)明也設想收集和分配插件38、40為分立組件。熱交換器10特別使用流體42，例如為蒸氣壓縮或空調(diào)回路的制冷劑。流體42可 為單相流體或兩相流體。因此，流經(jīng)熱交換器10的流體42可處于蒸氣相和/或液相。在 所述實施例中，流體流26由一個或多個方向箭頭代表。分配插件36包括限定于其中的多個開孔44。開孔44使得分配插件36與第一集 管18進口側(cè)28成流體連通。收集插件38包括限定于其中的多個開孔46。開孔46將收集 插件38置于與第二集管20出口側(cè)32成流體連通。分配插件40包括限定于其中的多個開 孔48。開孔48將分配插件40置于與第二集管20進口側(cè)34成流體連通。使用期間，流體42通過第一集管18進口側(cè)28內(nèi)的分配插件36進入熱交換器10。 分隔件24-1阻止流體42從進口側(cè)28流向出口側(cè)30。相反地，分配插件36將流體42通過 開孔44分配到第一集管18進口側(cè)28中。本發(fā)明已確定的是，分配插件36幫助流體42以大致均勻的狀態(tài)進入第一集管18 的進口側(cè)28。更具體地，已確定的是，分配插件36幫助混合流體42，使得第一集管18的進 口側(cè)28內(nèi)的流體為液相流體和蒸氣相流體的大致均勻的混合物。開孔44大小優(yōu)選為可變的以有效地混合和分配流入第一集管18的進口側(cè)28內(nèi)的流體42。開孔44可具有穿過分配插件36可不變的尺寸，或者開孔的尺寸在大小上可沿 著從第一程14至第二程16的方向增大。例如，開孔44的尺寸可在流體流路的下游進一步 增大，這可達到更大程度的流體分布。在進口側(cè)28內(nèi)，擋板12被設置為限制流體42在第一集管18的進口側(cè)28內(nèi)的移 動。更具體地，并且不希望受到任何特殊理論的束縛，本發(fā)明已確定的是，流體42的液相和 蒸氣相可被熱交換器10內(nèi)的流體力分離，使得這些力可引起兩相之一被推向分隔件24-1。 流體42沿著第一集管18的軸線朝著分隔件24-1的這種移動可被擋板12限制。因此，擋 板12幫助緩解流體42在第一程14的通道22內(nèi)的分布不均。大體上，熱交換器10包括混合裝置，圖示為分配插件36，以當流體進入進口側(cè)28 時有效地混合流體42，使得流體的兩相在進口側(cè)28內(nèi)處于大致均勻的兩相混合物中。此 夕卜，熱交換器10包括一個或多個擋板12 (示出兩個)以阻止進口側(cè)28內(nèi)的流體力將兩相 互相分離并將兩相之一推向分隔件24-1。用這種方式，擋板12確保了流體42以大致均勻 的兩相混合物進入第一程14的通道22，這緩解了流體在通道內(nèi)的分布不均。流體42從第一集管18的進口側(cè)28進入通道22，流過這些通道并離開這些通道進 入第二集管20的出口側(cè)32。在此，流體42通過分隔件24-2被阻止直接流向第二集管20 的進口側(cè)34。相反地，流體42從出口側(cè)32通過開孔46流向收集插件38。隨后，流體42從收集 插件38流向分配插件40。用這種方式，流體42從第一程14穿過線26流入第二程16。接 下來，流體42從分配插件40通過開孔48流入第二集管20的進口側(cè)34。本發(fā)明已確定的是，收集插件38和/或分配插件40幫助流體42以大致均勻的兩 相狀態(tài)流至第二集管20的進口側(cè)34。更具體地，收集插件38和分配插件40每一個在流體 流經(jīng)其中時都混合流體42。第二集管20內(nèi)的擋板12被設置為限制流體42在進口側(cè)34內(nèi)沿第二集管的軸線 (A)移動。因此，擋板12也可幫助緩解流體42在第二程16的通道22內(nèi)的分布不均。流體42從第二集管20的進口側(cè)34進入通道22，流過這些通道并離開這些通道進 入第一集管18的出口側(cè)30。在圖示實施例中，熱交換器10為兩程交換器，流體42流出熱 交換器。但是，本發(fā)明也設想熱交換器10具有多于兩程14、16的程，使得流自第二集管20 的流體42可進入第三程通道(未示出)。具有擋板12的熱交換器10的替代實施例顯示在圖2中。為了清楚的目的，僅示 出熱交換器10的相關部分。在此，圖示的分配插件36中的開孔44沿著與通過通道22的 流向大致垂直(例如大約九十度)的方向引導流體42。與之對照的是，圖1示出的分配插 件36具有的開孔44沿著與通過通道22的流向大致平行(例如約零度)的方向引導流體 42。如此，本發(fā)明設想熱交換器10具有分配插件36，該分配插件36具有相對于通過通 道22的流向成任意期望角度的開孔44。例如，設想熱交換器10具有分配插件36，該分配 插件36的開孔44具有例如零度(圖1)、九十度(圖2)和兩者之間的角度，以及任何大于 九十度的角度。此外，設想開孔44的角度為相互不同，使得一些開孔可具有一個角度而其 他開孔具有不同角度。還如圖2的實施例所示，分配插件36顯示為具有與分隔件24-1相鄰的端蓋50的閉端管，而圖1所示的分配插件36的實施例顯示為連接到分隔件24-1的開端管?，F(xiàn)參照圖3，顯示了具有擋板12的熱交換器10的另一示例性實施例。同樣，僅顯 示了熱交換器10的相關部分。在此，分配插件36由第一壁52和第二壁54限定，其中，第一 壁獨立于第一集管18，但是第二壁與第一集管共用。進一步地，分配插件36被分隔件24-1 限定。相反，圖1和圖2所示的分配插件36的實施例與第一集管18沒有共用的壁。現(xiàn)參照圖4，仍顯示具有擋板12的熱交換器10的另一示例性實施例。在該實施例 中，熱交換器10包括針對圖1實施例所述的分配插件36和40。但是，在該實施例中，熱交 換器10缺乏圖1所示的位于第二集管20出口側(cè)32內(nèi)的收集插件38。相反，圖4所示熱交 換器10包括外部的收集-分配器56。外部的收集-分配器56經(jīng)由一個或多個端口 58 (僅顯示一個)與第二集管20的 出口側(cè)32成流體連通。進一步地，外部的收集_分配器56經(jīng)由一個或多個端口 60(示出 三個)與第二集管20的進口側(cè)34構成流體連通。用這種方式，流體42從第一集管18的進口側(cè)28進入通道22，流過這些通道并離 開這些通道進入第二集管20的出口側(cè)32。在此，流體42被分隔件24-2阻止直接流向第二 集管20的進口側(cè)34。相反，流體42從出口側(cè)32通過開孔58流向外部收集-分配器56。隨后，流體42 通過外部收集_分配器從第一程14穿過線26流入第二程16。接下來，流體42從外部收 集_分配器56通過開孔60流入分配插件40，該分配插件在流體通過開孔48從該分配插件 流入第二集管20的進口側(cè)34時進一步混合流體42。如上所述，第二集管20內(nèi)的擋板12 被設置限制流體42沿第二集管的軸線A移動。因此，擋板12也可幫助緩解流體42在第二 程16的通道22內(nèi)的分布不均。外部收集-分配器56幫助流體42以大致均勻的狀態(tài)流入第二集管20的進口側(cè) 34。與圖1實施例相比，外部收集-分配器56與分配插件40—起的組合增加了額外的混 合級。具體地，外部收集-分配器56包括第一程14內(nèi)的第一部分62 (即線26左側(cè))和第 二程16內(nèi)的第二部分64 (即線26右側(cè))。在此，第一部分62功能與圖1的收集插件38類 似，而第二部分64功能與圖1的分配插件40類似。由于圖4的實施例包括第一部分62、第 二部分64以及分配插件40，因此與圖1實施例相比，熱交換器10的該實施例提供流體42 的一個額外的混合級?，F(xiàn)參照圖5，其顯示了熱交換器10的另一個實施例。在該實施例中，第一集管18包括進口端口 66和出口端口 68，進口端口 66和出口 端口 68被設置為使得流體42的流沿著與通過通道22的流體流大致平行的方向。相反，圖 1所示熱交換器10具有端口 66、68，端口 66、68引導流體42沿著與通過通道22的流向大 致垂直(例如約九十度)的方向。此外，本發(fā)明設想熱交換器10具有端口 66、68，端口 66、 68相對于通過通道22的流向成任何期望角度。例如，設想熱交換器10具有一個或兩個端 口 66、68，該一個或兩個端口的角度選自由零度、九十度及其任意組合組成的組。還如該實施例中所示，第一集管18包括位于第一集管出口側(cè)30內(nèi)的收集插件38。 第一集管18出口側(cè)30內(nèi)的收集插件38的功能與圖1實施例的第二集管20出口側(cè)32內(nèi) 的收集插件38 —樣。因此，圖5實施例中的熱交換器10在流體離開熱交換器之前為流體 42提供了額外混合。
還如該實施例中所示，熱交換器10包括位于第二集管20處的第二收集-分配器 70。第二收集-分配器70經(jīng)由一個或多個(僅示出一個)開孔72而與收集插件38成流 體連通，并經(jīng)由一個或多個(僅示出一個)開孔74與分配插件40成流體連通。另外，分隔 件24-2包括延伸部76，該延伸部阻止收集插件38與分配插件40之間的直接流體連通。因 此，與圖1實施例相比，圖5實施例中的熱交換器10在第二集管20內(nèi)提供了額外的混合級。有益地，熱交換器10用在任何制冷回路中。例如，現(xiàn)參照圖6，顯示熱交換器用在 制冷回路80中。在此，制冷回路80具有蒸發(fā)器82和冷凝器84。有益地，熱交換器10可用 作蒸發(fā)器82、冷凝器84或兩者。熱交換器10可被布置在回路80內(nèi)，使得多個通道22以任何期望方式布置。在一 些實施例中，熱交換器10可被設置在回路80內(nèi)，使得通道22是豎向布置的。用這種方式， 熱交換器10可被布置在回路80內(nèi)，使得制冷劑42以上下方式流過通道。在其他實施例中， 熱交換器10可被布置在回路80內(nèi)，使得通道22是水平布置的。用這種方式，熱交換器10 可被布置在回路80內(nèi)，使得制冷劑以側(cè)到側(cè)的方式流過通道22?；芈?0可用于任何蒸氣壓縮裝置，例如但是不限于空調(diào)、熱泵、除濕器、制冷機、 冷凍機以及其他的。例如，回路80可用于交通工具的空調(diào)中，交通工具例如為但不限于汽 車、卡車、輪船、飛機以及其他可移動交通工具。進一步地，回路80可用于處于固定調(diào)節(jié)裝 置中的空調(diào)，例如用于制冷機、冷凍機、家用空調(diào)或商用空調(diào)、冷卻器單元等等。
如本文所述，熱交換器10包括經(jīng)由一對集管18、20而相互流體連通的平行通道 22。一個或多個集管可包括混合裝置(例如插件36、38、40、56、70)以將流過熱交換器10的 流體42保持在大致均勻的兩相混合物中。有益地，熱交換器10還包括位于集管18、20的 一個或多個內(nèi)的一個或多個擋板12。擋板12阻止流體22沿集管18、20的軸線移動，使得 流體42在進入通道22時保持在均勻的兩相混合物中。還需注意的是，在本文中可以使用術語“第一”、“第二”、“第三”、“上”、“下”等等以
修飾各種元件。除非有特別說明，這些修飾詞并不暗示所修飾元件的空間、序列或等級次序。盡管已參照一個或多個示例性實施例說明本發(fā)明，但是本領域技術人員可以理解 的是，無需脫離本發(fā)明的范圍，可以作出各種變化，并可以用等同物來替代這些變化的元 件。此外，對本發(fā)明的教導可做出許多修改以適應特定情形或材料而不脫離本發(fā)明的范圍。 因此，意圖是本發(fā)明不限于作為設想用于實施本發(fā)明裝置的最佳方式而公開的特定實施 例，而是所公開的裝置將包括落入本發(fā)明范圍內(nèi)的所有實施例。
權利要求
一種熱交換器，用于具有蒸氣相和液相的流體，包括第一集管；第二集管；多個平行通道，該多個平行通道與所述第一和第二集管成流體連通；混合裝置，其被設置為混合流入所述第一集管的流體，使得該流體成為蒸氣相和液相的大致均勻的兩相混合物；以及位于所述第一集管內(nèi)的一個或多個擋板，所述一個或多個擋板被設置為確保流體作為大致均勻的兩相混合物進入所述多個平行通道。
2.根據(jù)權利要求1所述的熱交換器，其中，混合裝置包括置于所述第一集管內(nèi)的分配 插件。
3.根據(jù)權利要求2所述的熱交換器，其中，所述分配插件包括多個開孔，該多個開孔相 對于通過所述多個平行通道的流體流向具有選定角度。
4.根據(jù)權利要求1所述的熱交換器，進一步包括第一分隔件，該第一分隔件限定在所 述第一集管內(nèi)，使得所述多個平行通道限定出第一程和第二程，第一程與所述第一集管的 進口側(cè)流體連通，第二程與所述第一集管的出口側(cè)流體連通。
5.根據(jù)權利要求4所述的熱交換器，進一步包括第二分隔件，該第二分隔件限定在所 述第二集管內(nèi)，使得所述第一程與所述第二集管的進口側(cè)流體連通，所述第二程與所述第 二集管的出口側(cè)流體連通，所述第二集管的所述進口和出口側(cè)成流體連通。
6.根據(jù)權利要求5所述的熱交換器，進一步包括第二分配插件，其位于所述第二集管的所述出口側(cè)內(nèi)，所述第二分配插件被設置為將 從所述第二集管的所述進口側(cè)流入所述第二集管的所述出口側(cè)的流體混合，使得該流體成 為大致均勻的兩相混合物；以及一個或多個第二擋板，該一個或多個第二擋板位于所述第二集管的所述出口側(cè)內(nèi)，所 述一個或多個擋板被設置為確保流體作為大致均勻的兩相混合物進入所述第二程的所述 多個平行通道。
7.根據(jù)權利要求6所述的熱交換器，進一步包括位于所述第二集管的所述進口側(cè)內(nèi)的 收集插件，所述收集插件被設置為混合流自所述第二集管的所述進口側(cè)的流體以形成大致 均勻的兩相混合物，所述收集插件與所述第二分配插件成流體連通。
8.根據(jù)權利要求5所述的熱交換器，進一步包括收集插件，該收集插件被設置為混合 流自所述第二集管的所述進口側(cè)的流體以形成大致均勻的兩相混合物。
9.根據(jù)權利要求8所述的熱交換器，其中，所述收集插件在所述第二集管外。
10.根據(jù)權利要求8所述的熱交換器，其中，所述收集插件在所述第二集管內(nèi)。
11.根據(jù)權利要求10所述的熱交換器，進一步包括第二收集_分配器，該第二收集_分 配器將所述收集插件置于與所述第二分配插件成流體連通。
12.根據(jù)權利要求1所述的熱交換器，其中，所述第一集管包括進口側(cè)，該進口側(cè)通過 第一分隔件沿軸線與出口側(cè)分開，以及所述多個平行通道包括第一程平行通道和第二程平行通道，第一程平行通道與所述第 一集管的所述進口側(cè)和所述第二集管的所述進口側(cè)流體連通，第二程平行通道與所述第一 集管的所述出口側(cè)和所述第二集管的所述出口側(cè)流體連通。
13.根據(jù)權利要求12所述的熱交換器，其中，所述混合裝置包括位于所述第一集管的 所述進口側(cè)內(nèi)的分配插件，所述分配插件包括多個開孔，該多個開孔被設置為混合流入所 述第一集管的所述進口側(cè)的流體，使得該流體成為蒸氣相和液相的大致均勻的兩相混合 物。
14.根據(jù)權利要求13所述的熱交換器，其中，所述一個或多個擋板在所述第一集管的 所述進口側(cè)內(nèi)。
15.根據(jù)權利要求13所述的熱交換器，其中，所述分配插件包括多個開孔，該多個開孔 的尺寸在穿過所述分配插件時是不變的。
16.根據(jù)權利要求13所述的熱交換器，其中，所述分配插件包括多個開孔，該多個開孔 的尺寸在大小上沿著從所述第一程至所述第二程的方向增大。
17.根據(jù)權利要求13所述的熱交換器，其中，所述分配插件不與所述第一集管共用壁。
18.根據(jù)權利要求13所述的熱交換器，其中，所述分配插件包括獨立于所述第一集管 的第一壁和與所述第一集管共用的第二壁。
19.根據(jù)權利要求12所述的熱交換器，其中，所述第二集管包括進口側(cè)，該進口側(cè)通過第二分隔件沿所述軸線與出口側(cè)分開；位于所述第二集管的所述出口側(cè)內(nèi)的第二分配插件，所述第二分配插件被設置為混合 從所述第二集管的所述進口側(cè)流入所述第二集管的所述出口側(cè)的流體，使得該流體成為大 致均勻的兩相混合物；以及位于所述第二集管的所述出口側(cè)內(nèi)的一個或多個第二擋板，該一個或多個第二擋板被 設置為阻止流體在所述第二集管的所述出口側(cè)內(nèi)沿所述軸線移動。
20.根據(jù)權利要求19所述的熱交換器，進一步包括收集插件，該收集插件被設置為混 合流自所述第二集管的所述進口側(cè)的流體以形成大致均勻的兩相混合物，所述收集插件與 所述第二分配插件成流體連通。
21.根據(jù)權利要求20所述的熱交換器，其中，所述收集插件在所述第二集管內(nèi)或外。
22.根據(jù)權利要求1所述的熱交換器，其中，所述第一集管包括進口端口和出口端口， 所述進口和出口端口被設置為使得流過所述進口和出口端口的流體流沿著大致平行于流 過所述多個平行通道的流體流的方向。
23.根據(jù)權利要求1所述的熱交換器，其中，所述第一集管包括進口端口和出口端口， 所述進口和出口端口被設置為使得流過所述進口和出口端口的流體流沿著大致垂直于流 過所述多個平行通道的流體流的方向。
24.根據(jù)權利要求1所述的熱交換器，其中，該熱交換器用于制冷回路中。
25.根據(jù)權利要求24所述的熱交換器，其中，所述多個平行通道是豎向布置的。
26.根據(jù)權利要求24所述的熱交換器，其中，所述多個平行通道是水平布置的。
全文摘要
提供一種用于具有蒸氣相和液相的流體的熱交換器。該熱交換器包括第一集管、第二集管、多個平行通道、混合裝置以及一個或多個擋板。平行通道與第一和第二集管流體連通。混合裝置混合流入第一集管的流體，使得流體成為蒸氣相和液相的大致均勻的兩相混合物。擋板位于第一集管內(nèi)并確保流體作為大致均勻的兩相混合物進入平行通道。
文檔編號F28F9/02GK101821577SQ200780101052
公開日2010年9月1日 申請日期2007年10月12日 優(yōu)先權日2007年10月12日
發(fā)明者A·陳, J·R·穆尼奧斯, P·費爾馬, S·馬克里, T·孔蒂, Y·K·樸 申請人:開利公司