專利名稱：具有分配板的熱交換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體上涉及機動車輛的熱交換器。具體地說，本發(fā)明涉及例如蒸發(fā)器等熱交換器，其具有用于改善熱交換器流管內(nèi)的致冷劑流動的分配板。
背景技術(shù)：
機動車的空調(diào)系統(tǒng)通常具有制冷循環(huán)，其使得致冷劑循環(huán)以控制機動車車廂內(nèi)的溫度。在制冷循環(huán)中，致冷劑流入壓縮機，導致流體的溫度和壓力均增加。致冷劑以氣態(tài)流出壓縮機，然后被凝結(jié)器凝結(jié)為低溫液態(tài)。然后，致冷劑流經(jīng)使其膨脹為低壓低溫的氣液混合物的膨脹閥。而后，氣液混合物流入蒸發(fā)器，并將車廂冷卻到預期溫度。
更具體地說，在致冷劑進入蒸發(fā)器后，它流經(jīng)橫跨細的蒸發(fā)器傳熱管束。傳熱管暴露于溫暖的環(huán)境空氣來流(其流經(jīng)管束并在此處吸收熱量，從而使得致冷劑中全部或部分的液態(tài)部分蒸發(fā)為氣態(tài)。已被充分冷卻的來流空氣在之后以預期的溫度進入車廂。
由于液體的固有性質(zhì)，蒸發(fā)液體在增加最終氣體的溫度之前會吸收一定量的熱量。因此，為了最大化空調(diào)的制冷效果并從而最大化空調(diào)系統(tǒng)的效率，進入蒸發(fā)器的致冷劑的液體部分優(yōu)選地被周邊的空氣完全轉(zhuǎn)化為氣態(tài)。一項用于促進致冷劑相態(tài)轉(zhuǎn)化的已知技術(shù)，是通過增加致冷劑暴露在來流空氣中的時間實現(xiàn)的，例如增加致冷劑流經(jīng)傳熱管束的次數(shù)。然而，這種設(shè)計增加了在機動車內(nèi)放置蒸發(fā)器所需的空間。
作為上述設(shè)計的一種可替換或附加解決方案，蒸發(fā)器可以具有相對較小橫截面積的熱交換管。然而，小的傳熱管一般會導致氣液混合物在不同傳熱管內(nèi)部的分配不均勻。更具體地說，一些傳熱管往往會在其內(nèi)部含有不合比例的較高百分比的氣態(tài)，而其他傳熱管往往具有不合比例的較高百分比的液態(tài)流經(jīng)其中。兩相致冷劑的不均勻分配可能會導致一些或大部分的液態(tài)致冷劑未經(jīng)蒸發(fā)就流出傳熱管，因此降低了系統(tǒng)效率。
所以，需要提供一種空調(diào)制冷系統(tǒng)，其通過在蒸發(fā)器的各熱交換管中均勻地分配液態(tài)致冷劑來保持預期的效率。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)的局限和缺點，本發(fā)明提供了一種熱交換器，其具有頂部和底部上水管以及在兩個上水管之間延伸的芯部。芯部包括一組流管，其允許液體流經(jīng)其中。另外，頂部上水管包括沿頂部上水管的縱軸方向延伸的分配板，用來限定第一腔室和第二腔室。分配板包括至少一個開口，用于允許液體在各腔室內(nèi)預期地進行分配。例如，其中一種預期的分配是使得液體大體上均勻地分配在多個流管的每個流管中。
在一個方面，分配板限定了用于收集液體的收集區(qū)。開口限定了收集區(qū)的邊界，以使得液體在到達邊界之前基本上被阻止流出開口。因此，分配板被設(shè)置成使得液體沿著分配板長度基本上均勻分配。當液體以相對較低的流速(例如1.5磅/分鐘或更小)流動時，其優(yōu)選地被均勻分配。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，分配板相對于豎直方向傾斜定位。換種方式描述，分配板在相對于傳熱管的軸線成一角度的平面內(nèi)延伸，其中該角度大于或等于0度且小于90度。例如，角度在35到85度間，或者更優(yōu)選地在60和70度之間。
分配板和頂部上水管可以形成單個的整體部件。該部件也可以包括將頂部上水管分隔為一對通道的分隔板。
在更進一步的實施例中，分配板包括多個開口，其中的每個開口都使得第一和第二腔室互相間流動連接。開口以這樣的方式沿分配板安置，以使得彼此相互協(xié)同來限定收集區(qū)的邊界。


在閱讀了下述說明、參考附圖和附加且構(gòu)成本說明書一部分的權(quán)利要求書后，本發(fā)明進一步的目的、特征和優(yōu)點對本領(lǐng)域的技術(shù)人員將變得顯而易見。
圖1是體現(xiàn)本發(fā)明原理的、用于機動車空調(diào)回路中的熱交換器的等角投影視圖，該熱交換器包括頂部和底部上水管(header)和在其間延伸的芯部；圖2是圖1所示、沿圖1中2-2線剖開后的頂部上水管局部的放大等角投影視圖，該頂部上水管包括一個分配板；圖3是大體沿圖2中3-3線剖開后的剖面圖，并包括芯部的流管；圖4是與圖3類似的、本發(fā)明另一可選實施例的剖面圖；圖5a-5g是分配板的不同可選設(shè)計的俯視圖；圖6是與圖4類似的、本發(fā)明又一可選實施例的剖面圖；圖7是體現(xiàn)本發(fā)明原理的、熱交換器另一個可選實施例的剖面圖；
圖8是本發(fā)明另一可選實施例的底部上水管的剖面圖。
具體實施例方式
現(xiàn)參考附圖，圖1所示是一個用于空調(diào)系統(tǒng)的熱交換器，例如蒸發(fā)器10。蒸發(fā)器10包括頂部和底部上水管12、14和其間延伸且使各個上水管12、14相互流動連接的芯部16。更具體地說，芯部包括多個流管18，該流管18沿軸線20延伸，且被設(shè)置得允許在流經(jīng)流管18的致冷劑和流經(jīng)芯部16的氣流22之間進行熱交換。流管18優(yōu)選地由導熱材料制成，例如鋁，并具有相對較薄的管壁，用于促進與氣流22的熱交換。為了進一步促進熱交換，一個或多個翼片24以曲折的方式延伸在成對的相鄰流管18中的每對之間。
圖1所示的頂部上水管12包括一個進口箱體(tank)26和一個出口箱體28，二者沿縱向29相互平行地延伸，并被分隔板30(其大致完全沿頂部上水管12的長度32方向延伸)相互分開。分隔板30構(gòu)成一個大致不滲透的密封件，其阻止各個箱體26、28之間的直接流動連通。
入口箱體26從進口34(其延伸穿過進口箱體26的一端或側(cè)壁)接收致冷劑，以使得允許致冷劑沿由頂部上水管12所限定的第一通道35流動。而后，流體進入流管18的第一管組36，且沿向下的方向38流到底部上水管14。與頂部上水管12相似，底部上水管14沿縱向29延伸，且限定了流體的第二通道40。然而，與頂部上水管12不同的是，圖中所示的底部上水管14不包括將頂部上水管14的各個側(cè)部42、44間的流動分開的分隔板(下面將進一步描述)。更具體地說，底部上水管14優(yōu)選地為一個單個的、在各側(cè)部42、44間沒有流動限制的敞開管，或是一個具有限流板(圖中未示)的局部分隔管，其中限流板具有引導液體按預期流動的多個開口。
底部上水管14的第一側(cè)42被連接至流管18的第一管組36，且第二側(cè)44被連接至流管18的第二管組46。因而，通過沿向上方向46流向頂部上水管12的出口箱體28，流體可以經(jīng)流管18的第二管組46流出底部上水管14。然后，流體沿第三通道45流經(jīng)出口箱體28，并通過出口48(其延伸穿過出口箱體28的端部或側(cè)壁)流出蒸發(fā)器10。
現(xiàn)參考附圖2，分配板50被安置在頂部上水管12內(nèi)，用于促進致冷劑在多個流管中的均勻分配。更具體地說，進入蒸發(fā)器10的致冷劑包括液態(tài)部分和氣態(tài)部分，且分配板50被配置成用于引導近似相等量的液態(tài)部分進入到每個流管18。在本申請中所指的術(shù)語“液體”被定義為致冷劑的液態(tài)部分加上夾帶在液態(tài)部分內(nèi)的任何氣態(tài)部分。
如圖2和圖3所示，分配板50在縱向29上延伸，以將進口箱體26分為第一腔室52和第二腔室54，其中第一腔室52流動連接著進口34，且第二腔室54流動連接著流管18的第一管組36。在第一腔室52內(nèi)，分配板50限定了沿分配板50的長度延伸并收集致冷劑中液態(tài)部分58的收集區(qū)56。圖2中的收集區(qū)56由分配板50和頂部上水管12所限定。更具體地說，分配板50沿橫向60取向，以相對于流管18的軸20形成角62且與頂部上水管12相協(xié)作限定出V形收集區(qū)56。從軸20沿順時針或逆時針方向測量，角62優(yōu)選在0-85度之間。更適合地，角62在45-85度之間；更優(yōu)選地是，角在60和70度之間。
取決于角62，在流管18和分配板50之間的相對方位可能相對于圖中所示而發(fā)生變化。例如，當角62相對較小(例如0度)時，分配板50優(yōu)選地相對于流管18橫向偏移，以使得僅僅兩個腔室52、54中的其中一個腔室與流管18直接流動連通。
一旦致冷劑的液態(tài)部分58在收集區(qū)56中收集到足夠多，延伸穿過分配板的多個開口57允許控制量的液態(tài)部分58從第一腔室52流入第二腔室54。更具體地說，沿軸20從收集區(qū)56的最低點處測量，開口57設(shè)置在高度80的位置處，以使得在液態(tài)部分58能夠流經(jīng)開口57之前，該液體部分58的水平面必須至少與高度80相等。因此，開口57協(xié)同限定了收集區(qū)56的邊界82，并且在到達邊界82之前液態(tài)部分58基本上被阻止流經(jīng)開口57。
圖2中所示邊界82通常為一個不變的高度，以使液態(tài)部分58相對均勻地分配到每個流管18中。當致冷劑流速相對較低時，液態(tài)部分58可以沿著頂部上水管的長度32非常均勻地被收集。更具體地說，在流速相對低的情況下，例如1.5磅/分鐘或更小，流體的流動相對平滑以避免湍流，而所述湍流會導致液態(tài)部分58被不合需要地濺落到分配板50上部。
在經(jīng)過頂部上水管12的一個典型流動中，兩相致冷劑流經(jīng)進口34，并進入頂部上水管12的第一腔室52。致冷劑的氣態(tài)部分通常上升到第一腔室52的頂部，而液態(tài)部分沿著分配板150的全長流入收集區(qū)56。一旦收集區(qū)56被填滿至邊界82時，液態(tài)部分58開始以大致相等的流速分別流經(jīng)每個開口57。這種均勻分配的流動導致各個流管18分別具有大致相等的液體流經(jīng)其中，因此減少了流出蒸發(fā)器10的未蒸發(fā)液體。因為致冷劑的氣態(tài)部分可以自由地流經(jīng)開口57，它自然地與流入流管18的液態(tài)部分58混合在一起。
回過來參考圖1-3，現(xiàn)在可以更詳細地討論組裝頂部上水管12的方法。圖1-3中所示的頂部上水管12、分配板50、分隔板30全部構(gòu)成一整體結(jié)構(gòu)。例如，圖1-3中的頂部上水管12由具有第一端66、第二端68和中間部分70的板材而形成。該板材優(yōu)選首先軋制和/或剪切成預期的形狀和尺寸。而后，沿著該板材形成的脊部72以及板材的兩端66、68通常被彎曲成相互朝向?qū)Ψ?。接著，板材的第一?6被連接到脊部72和上水管12，用來在部件64的各個部分66、12之間提供改進的液封密封。相似地，第二端68被連接到中間部分70上，用來在部件64的各個部分68、70間形成另一個液封密封。另外，兩個中間體部分76、78相互連接形成一個分隔壁30。盡管上述的全部連接優(yōu)選為釬焊，但是也可以使用任何適合的連接方式。
現(xiàn)參考附圖4，描述一個可選的分配板150的設(shè)計。在該設(shè)計中的分配板150大體是非平面的，且包括用于收集致冷劑的液態(tài)部分58的收集區(qū)156。更具體地說，收集區(qū)156限定了一個具有通常為弧形86的槽谷部分84。與圖3所示的設(shè)計不同，圖4所示的分配板150不與頂部上水管12共同協(xié)作來限定收集區(qū)156。
在附圖中沒有描述的另一個設(shè)計中，分配板可以包括一對槽谷部分，其被限定了開口的分配板高點所分開。在該設(shè)計中，開口位于第一腔室52的中央。
圖5a-5g描述了由分配板50所限定的開口57的不同設(shè)計。更具體地說，開口57具有不同橫截面面積和不同形狀，用于改善流管18中的液體分配。通過測試具有不同開口參數(shù)的分配板，可以確定每個開口57的理想形狀和尺寸。更進一步，開口57可相互間協(xié)作來限定如圖2所示的可選邊界82。更具體地說，邊界82可相對于縱向29具有逐漸減小的斜度(圖5e)，或者相對于縱向29具有逐漸增大的斜度(圖5f)，或者該邊界可具有非線性的形狀(圖5g)。邊界的理想形狀和位置可在以下因素的基礎(chǔ)上決定例如實驗流速參數(shù)，機動車內(nèi)蒸發(fā)器10的角度，或者影響流體流動的其他因素。
在如圖6所示的一個可選設(shè)計中，通過連接分配板250至分開形成的頂部上水管212來組裝頂部上水管212。頂部上水管212的形成方式大體與圖1-3中所述的方式相類似。然而，分配板250是插入頂部上水管212且在其相反側(cè)緣連接到上面的分開件。用于分配板250的第一連接點90由形成在頂部上水管212的一部分中的脊部92所限定。第二連接點94由形成在頂部上水管212的另一部分中的槽96所限定，并容納了分配板250的部分98。然而，還可以使用連接各個部件212、250的點的任何適當結(jié)構(gòu)。
現(xiàn)參考附圖7，描述一個蒸發(fā)器的可選實施例。圖7所示的蒸發(fā)器310包括具有橫向延伸分隔板330的頂部上水管312，該分隔板330將頂部上水管312分隔成進口箱體326和出口箱體328。與圖1所示的設(shè)計不同，各個箱體326、328和各組的流管336、346被設(shè)置成相互間首尾端相連，而不是一側(cè)挨著一側(cè)相連。如同前面的每個實施例中一樣，分配板350被設(shè)置在進口箱體336中。在這個設(shè)計中，致冷劑通過進口334流入進口箱體326，通過分配板350中的開口357，且進入第一組的流管336。而后，致冷劑沿著流動路徑100流入底部上水管314，并向上流入第二組的流管346。最后，致冷劑流入出口箱體328，且通過出口348流出頂部上水管312。
圖7所示的設(shè)計可以和圖1所示的設(shè)計相結(jié)合，以使得頂部上水管被分為三個區(qū)段。更進一步，本發(fā)明可以有效地被用于任何合適類型的熱交換器，例如冷凝器、散熱器或加熱器芯部。本發(fā)明也可以用于任何適當結(jié)構(gòu)的熱交換器，例如側(cè)部安裝有上水管的熱交換器，或者被安裝在機動車內(nèi)且與重力方向成一夾角的熱交換器。
如圖8和9所示，在另一可選設(shè)計中，第二分配板91安裝在蒸發(fā)器的底部上水管14中，用于控制進入或在底部上水管中的流體流速。例如，在圖8中，第二分配板91用于將底部上水管14大致分隔為兩個腔室42、44。在該設(shè)計中，致冷劑的液態(tài)部分在到達形成于第二分配板91中的開口93的高度之前，不能從第一腔室42流入第二腔室44。在另一個例子中，第二分配板可以設(shè)置在流管和底部上水管腔室之間，用于控制流入底部腔室的流動。第二分配板在底部上水管內(nèi)可以定位于多個位置處，例如正交于軸20的方向，平行于軸20的方向，或者相對于軸20成其他角度的方向。
作為又一個可選實施例，進口和出口可以被設(shè)置在頂部上水管的同一端，而不是如圖所示被設(shè)置在頂部上水管12的相反端。同樣，圖中所示的設(shè)計導致流體流經(jīng)芯部16共兩次(也即雙路熱交換器)，但是本發(fā)明可以用在具有適當通路數(shù)的熱交換器上。在具有奇數(shù)(例如1或3)通路數(shù)的熱交換器中，進口優(yōu)選設(shè)置在熱交換器頂部，且出口設(shè)置在底部。
應該可以理解，前述詳細描述是作為說明而不是限制，且下述的權(quán)利要求(包括所有等同物)被理解為用于限定本發(fā)明的主旨和范圍。
權(quán)利要求
1.一種車輛用的熱交換器，包括第一上水管，其沿縱向延伸以限定了第一通道；第二上水管，其限定了第二通道；芯部，其包括在第一和第二上水管之間延伸的一組流管；分配板，其在第一上水管內(nèi)沿縱向延伸，以將第一通道分隔為第一和第二腔室；其中，所述分配板限定了用于收集液體的收集區(qū)，且限定了開口，該開口使得第一和第二腔室相互流動連接，并以如下方式限定了收集區(qū)的邊界，即液體在到達收集區(qū)的邊界之前基本上被阻止流經(jīng)所述開口。
2.如權(quán)利要求1所述的熱交換器，其特征在于所述分配板限定了沿所述第一通道延伸的長度，且所述分配板被設(shè)置成使得，收集在收集區(qū)的液體沿分配板的長度大體均勻地分配。
3.如權(quán)利要求2所述的熱交換器，其特征在于所述分配板被配置成使得，當液體以相對低的流速流動時，收集在收集區(qū)的液體沿分配板的長度大體均勻地分配。
4.如權(quán)利要求1所述的熱交換器，其特征在于所述分配板限定了多個開口，其中的每個開口都流動連接著第一和第二腔室，且所述多個開口協(xié)同限定了收集區(qū)的邊界。
5.如權(quán)利要求4所述的熱交換器，其特征在于所述分配板被設(shè)置成使得允許液體大體均等地流經(jīng)所述多個開口中的每個開口。
6.如權(quán)利要求5所述的熱交換器，其特征在于所述多個開口中的至少兩個開口限定了不相等的橫截面面積。
7.如權(quán)利要求1所述的熱交換器，其特征在于所述第一上水管的壁與分配板協(xié)同一起限定了收集區(qū)。
8.如權(quán)利要求1所述的熱交換器，其特征在于所述分配板包括限定了收集區(qū)的槽谷部分。
9.如權(quán)利要求8所述的熱交換器，其特征在于所述槽谷部分限定了大體弧形的部分。
10.如權(quán)利要求1所述的熱交換器，其特征在于所述第一上水管包括分隔板，其將第一上水管分隔為第一通道和第三通道。
11.如權(quán)利要求10所述的熱交換器，其特征在于所述分隔板以這樣的方式沿第一上水管在縱向上延伸，即第一通道和第三通道沿橫向彼此之間偏置。
12.如權(quán)利要求11所述的熱交換器，其特征在于所述第一上水管、分配板和分隔板全部都由單個的整體部件形成。
13.如權(quán)利要求11所述的熱交換器，其特征在于所述分隔板以這樣的方式沿橫向橫跨第一上水管，即第一通道和第三通道彼此首尾相連地進行定位。
14.如權(quán)利要求1所述的熱交換器，其特征在于還包括位于第二上水管內(nèi)沿縱向的第二分配板，其將第二通道分成第一和第二腔室。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種機動車輛用的熱交換器，其包括頂部和底部上水管和其間延伸的芯部。頂部上水管包括沿縱軸延伸的分配板，從而將頂部上水管分為第一和第二腔室。分配板包括至少一個開口，用于允許液體在各腔室間有效地分配。其中一種類型的有效分配將使得液體基本均等地在多個流管的每個流管中分配。
文檔編號F25B39/00GK1851362SQ20061006822
公開日2006年10月25日 申請日期2006年3月20日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月22日
發(fā)明者埃里克·L·倫德伯格 申請人:威斯通全球技術(shù)公司