專利名稱：用于微流道熱交換器的液體-蒸氣分離器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明總體上涉及空調和制冷系統(tǒng)，尤其涉及空調和制冷系統(tǒng)的平 行流式蒸發(fā)器。
背景技術：
所謂的平行流式熱交換器的定義在空調和制冷工業(yè)中廣泛使用，其 指的是具有多個平行通道的熱交換器，制冷劑沿大致垂直于在進入和 出口總管中的制冷劑流動方向的方向被分配到并流入多個平行通道 中。平行流式熱交換器的定義在本領域中已經是公知的，并且在本申 請的披露內容中多次使用。
在制冷劑系統(tǒng)的蒸發(fā)器中制冷劑的分配不均是公知的現(xiàn)象。其導致 蒸發(fā)器和整個系統(tǒng)的性能在較寬的工作狀態(tài)內明顯下降。制冷劑的分 配不均可能是由于以下因素而引起的，即，蒸發(fā)器流道的流阻不同， 在傳熱外表面上的氣流分配不均勻，熱交換器的定位不合適，或總管 或分配系統(tǒng)的結構較差。分配不均在平行流式蒸發(fā)器中特別明顯，這 是因為制冷劑引導到每一制冷劑回路中的特殊結構。已經作出了 一些 努力來消除或減小分配不均的現(xiàn)象對于平行流式蒸發(fā)器性能的影響， 但是結果不太成功或不成功。努力失敗的主要原因總體上涉及所提出 的技術的復雜性和低效率或者是技術方案的不可接受的高成本。
近年來，平行流式熱交換器以及特別是釬焊的鋁制熱交換器受到了 許多關注并具有吸引力，這不僅是在機動車領域中，在供熱、通風、
空調和制冷工業(yè)(HVAC&R)領域中也是如此。采用平行流式熱交換器 的主要原因主要是其性能優(yōu)異、緊湊度高、抗腐蝕性高?，F(xiàn)在，平行 流式熱交換器對于多種產品和系統(tǒng)設計和構型均可在冷凝器和蒸發(fā)器 應用場合中使用。在蒸發(fā)器應用場合中，盡管具有顯著的有益技術效 果和優(yōu)點，但是也存在問題和挑戰(zhàn)。在蒸發(fā)器應用場合中，制冷劑分 配不均是一個主要的考慮因素并且是實施這種技術的一個阻礙。
已知的是，在平行流式熱交換器中的制冷劑分配不均是由于在流道 和在入口和出口總管中的不相同的壓力降以及總管和分配系統(tǒng)結構較
差而引起的。在總管中，制冷劑路徑的長度、相分離、和重力的不同 是分配不均的主要因素。在熱交換器流道中，傳熱率、氣流分布、制 造公差、和重力方面的差別也是重要的因素。另外，熱交換器性能的 最近的趨勢促使其流道小型化(所謂的微小流道和微流道)，這又不 利地影響制冷劑的分配。由于控制所有的這些因素是非常困難的，因 此在先的控制制冷劑分配的許多努力是失敗的，特別是在平行流式蒸 發(fā)器中。
在采用平行流式熱交換器的制冷劑系統(tǒng)中，入口和出口集管或總管 (這些術語在本申請中是可以互換使用的)通常具有常規(guī)的柱形形 狀。當兩相流進入集管時，蒸氣相通常與液相分離。由于兩個相的流 動是獨立的，因此往往出現(xiàn)制冷劑分配不均。
如果兩相流以較高的速度進入入口總管，液相(液滴)借助進一步 離開總管入口流向該集管的遠端部分的流動的動量來攜帶。然而，最 接近該總管入口的流道主要地接受蒸氣相，遠離該總管入口的流道主 要地接受液相。另一方面，如果進入總管的兩相流的速度較低，則動 量可能不足以沿集管攜帶該液相.其結果為，該液相進入最靠近該入 口的流道，并且蒸氣相進入最遠端的流道。另外，在入口總管中液相 和蒸氣相可借助重力而分離，這導致相似的分配不均的情況出現(xiàn)。在 任一情況下，分配不均的現(xiàn)象在蒸發(fā)器中迅速表面化并顯現(xiàn)出來，并 且整個系統(tǒng)的性能下降。
在管-翅片式熱交換器中，已經是公知技術的是，提供通向各自管 的單獨的毛細管或其它膨脹裝置以便使得制冷劑均勻地膨脹道管排 中。已經提出的另一方案是在通向各自管的入口處提供單獨的膨脹裝
置，例如所謂的"大鐵鍋(dixie)"式的杯狀件，以用于相同的目的。 這些方案中的任一方案在微小流道或微流道應用中均不實用，在該應 用場合中流道較小并間隔緊密，因此在制造過程中單獨的節(jié)流裝置不 能以實用的方式安裝在各自流道中。
在空調和制冷工業(yè)中，術語"平行流，，和"微流道"(或"微小流 道")在上述的熱交換器中通常是可互換使用的，并且我們也隨之采 用了相似的作法。另外，微流道或微小流道的熱交換器僅在流動尺寸 (或所謂的水力直徑)方面存在區(qū)別，并且可以從本發(fā)明的啟示中以
相同方式獲得有益效果。在本發(fā)明的申請文件和權利要求書中，我們 將這些(微流道或微小流道的)熱交換器稱為微流道熱交換器。

發(fā)明內容
簡單地說，依據(jù)本發(fā)明的一方面，在膨脹裝置與入口集管之間設置 有液體-蒸氣分離器，該分離器使得制冷劑蒸氣直接流向壓縮機，并且 只有液態(tài)制冷劑流向入口集管。以這種方式，可實現(xiàn)液態(tài)制冷劑更均 勻地分配到單獨的平行流道中。
依據(jù)本發(fā)明的另一方面，該液體-蒸氣分離器包括帶有浮子件的浮 子閥，該浮子件定向成便于垂直移動，以便允許制冷劑蒸氣圍繞其流 動，而且如果液態(tài)制冷劑流入該浮子閥，該浮子件將承座就位并阻止 液態(tài)制冷劑流經該浮子件。
依據(jù)本發(fā)明的再一方面，第二浮子閥互連在入口總管的下游端與壓 縮機之間，以便來自液態(tài)制冷劑的殘留蒸氣直接流向壓縮機。


參照對下列附圖來描述優(yōu)選實施例；然而，在脫離本發(fā)明的精神和 范圍內可作出其它不同的變型和替代結構，在附圖中 圖l是本發(fā)明的一個實施例的示意圖； 圖2示出了其變型實施例； 圖3示出了本發(fā)明的一替代實施例；和 圖4示出了其變型實施例。
具體實施例方式
參見圖1 ，附圖標記l 0總體上表示應用于微小流道熱交換器l 1的本 發(fā)明，該熱交換器具有入口總管12、出口總管13、和多個在入口總管 12與出口總管13之間互連的平行的微流道14。
入口腔16借助管道18與入口總管12的上游端17流體連接。在入口 腔16的上部處，入口管19提供了來自膨脹裝置的流體連通，以便液態(tài) 和蒸汽制冷劑的混合物流入入口腔l6的上部。較重的液態(tài)制冷劑往往 下落到入口腔16的底部，并且流經通向入口總管12的管道18,以便每 一平行的微小流道14在其入口端處具有單相的液態(tài)制冷劑。
旁通管道21也連接于入口腔16的上部處，以便引導制冷劑蒸氣流 沿箭頭所示方向流向壓縮機。浮子閥22設置在旁通管道21中，該浮子 閥具有入口端口23、出口端口24、和浮子件26。
在工作中，當兩相流制冷劑進入入口管19時，液態(tài)制冷劑往往下 降到入口腔16的下部中，并且由于壓縮機的吸氣作用，制冷劑蒸氣被 向上吸。當其進入浮子閥22中時，制冷劑蒸氣繞浮子件26流過并經出 口端口24流向壓縮機。如果液態(tài)制冷劑進入浮子閥22，其往往使得浮 子件26抬升，以便浮子件與出口端口24接合并安座就位，由此組織液 體流向壓縮機。液態(tài)制冷劑隨后下降到浮子閥的下部，并隨后流入入 口腔16。
出口總管13借助出口管15與壓縮機流體連接，在液態(tài)制冷劑流經 微流道14并進入出口總管13從而轉變成蒸氣之后，制冷劑蒸氣隨后被 吸入到壓縮機中。應當注意到，如果來自出口管15的蒸氣趨向流入旁 通管21，則浮子件26將抵靠入口端口23安座就位并阻止蒸氣進入入口 腔16。
現(xiàn)參照圖2，其中示出了相似的布置，但是還設置有附加的特征。 在入口總管12的下游端27處，管道28連接成便于經由第二浮子閥29與 壓縮機流體流通。該浮子閥分離器以與上述的浮子閥22相同的方式來 工作，以便除去在入口總管12的下游端27中的任何殘留的蒸氣。即， 在該總管12中的所有液態(tài)制冷劑應當向上流經微流道14，并且任何殘 留蒸氣向上流經管道28和該浮子閥29并流向壓縮機。
從圖2所示的實施例中還可以看出，圖1所示的實施例的入口腔16 從其存儲器形式轉變?yōu)楹唵喂艿澜Y構31。盡管管道結構31包含較少的 液態(tài)制冷劑，但是其工作方式與上述的入口腔16的工作方向大致相 同。
上述的圖1和圖2的實施例涉及這樣的結構，其中該熱交換器ll定 向成使得總管12和13是水平的，而微流道14是垂直的。圖3所示的實施 例示出了本發(fā)明用于這樣一種結構，其中集管定位成垂直的，而微流
道定向成水平的。
微小流道熱交換器32具有總管33、總管34、和平行的微流道36。 總管33分成上部分和下部分37和38，并且在下部分38中的微流道36用 于引導制冷劑流向總管34，在上部分37中的微流道36用于引導制冷劑
從總管34返回到總管33的上部分37。另外，浮子閥39設置在使得總管 33的上部分37與壓縮機連接的管道41中。該浮子閥的工作方式與圖2 所示的實施例的浮子閥2 9相同，以便從液體中除去任何殘留的蒸氣。
在圖4所示的實施例中，設置有在總管34的下游端與壓縮機吸氣口 之間流體連通的管道42。浮子閥43以與上述浮子閥相同的方式來設置 和工作。其目的在于分離出在熱交換器的第一流程之后出現(xiàn)的任何蒸 氣，以便使得只有液態(tài)制冷劑輸送到熱交換器的第二流程中。
在上述的每一液體-蒸氣分離器中，浮子件的閥座的選擇可與制冷 劑流體的密度、浮力、和安座力要求以及材料兼容性因素相一致。
權利要求
1.一種用于熱交換器的液體-蒸氣分離器，該熱交換器具有借助平行的微流道在流體上互連的入口總管和出口總管，該微流道用于在入口總管和出口總管之間引導制冷劑的流動，該液體-蒸氣分離器包括在所述入口總管和膨脹裝置之間流體連接的入口腔，該膨脹裝置適于將兩相制冷劑輸送到入口腔；在所述入口腔與壓縮機入口之間流體互連的旁通管道；和設置在所述旁通管道中的閥，該閥在操作上允許制冷劑蒸氣流向所述壓縮機，但是不允許液態(tài)制冷劑流向該壓縮機。
2. 如權利要求l的液體-蒸氣分離器，其特征在于，所述入口腔借 助入口管連接到該膨脹裝置，并且該入口管在該入口腔的上部連接到 該入口腔。
3. 如權利要求2的液體-蒸氣分離器，其特征在于，該入口腔如此 構造成，即，允許液態(tài)制冷劑流向該入口總管，但是在該入口腔中存 在的液態(tài)制冷劑阻止制冷劑蒸氣流向該入口總管。
4. 如權利要求l的液體-蒸氣分離器，其特征在于，該閥包括浮子閥。
5. 如權利要求4的液體-蒸氣分離器，其特征在于，該浮子閥包括 出口端口和浮子件，該浮子件可向上移動以便抵靠所述出口端口安座就位并密封該出口端口。
6. 如權利要求5的液體-蒸氣分離器，其特征在于，該閥還包括入 口端口 ，當該浮子件向下移動時該浮子件抵靠該入口端口安座就位以 便放置制冷劑蒸氣向下流經該入口端口 。
7. 如權利要求l的液體-蒸氣分離器，其特征在于，該出口總管與 壓縮機流體連接。
8. 如權利要求1的液體-蒸氣分離器，其特征在于，還包括使得所 述入口總管的下游端與所述壓縮機流體互連的管道，以及設置在所述 管道內以便從液體中除去任何殘留蒸氣的閥。
9. 如權利要求8的液體-蒸氣分離器，其特征在于，該閥包括帶有 出口端口和浮子件的膨脹閥，該浮子件可向上移動以便抵靠出口端口安座就位。
10. 如權利要求9的液體-蒸氣分離器，其特征在于，該閥包括入口 端口，該浮子件可抵靠該入口端口安座就位。
11. 一種促使制冷劑從熱交換器的入口總管均勻流入多個與該入 口總管在流體上連接的平行微流道的方法，該方法包括以下步驟提供在所述入口總管和膨脹裝置之間流體互連的入口腔，該膨脹裝置適于將兩相制冷劑輸送到入口腔；提供在所述入口腔與壓縮機入口之間流體互連的旁通管道；和 在所述旁通管道中提供一閥，以便允許制冷劑蒸氣流向所述壓縮機，但是不允許液態(tài)制冷劑流向該壓縮機。
12. 如權利要求11所述的方法，其特征在于，還包括借助入口管將 該膨脹裝置連接到所述入口腔的上部的步驟。
13. 如權利要求11所述的方法，其特征在于，該閥包括浮子閥。
14. 如權利要求13所述的方法，其特征在于，該浮子閥包括出口端 口和浮子件，該浮子件可向上移動以便抵靠所述出口端口安座就位并 密封該出口端口。
15. 如權利要求14所述的方法，其特征在于，該閥還包括入口端 口，當該浮子件向下移動時該浮子件抵靠該入口端口安座就位以便放 置制冷劑蒸氣向下流經該入口端口 。
16. 如權利要求15所述的方法，其特征在于，還包括使得該出口總 管與壓縮機流體連接的流體連接步驟。
17. 如權利要求11所述的方法，其特征在于，還包括使得所述入口 總管的下游端與所述壓縮機流體互連的步驟。
18. 如權利要求17所述的方法，其特征在于，還包括提供一在所述 管道內從液體中除去任何殘留蒸氣的閥。
19. 如權利要求18所述的方法，其特征在于，該閥包括帶有出口端 口和浮子件的膨脹閥，該浮子件可向上移動以便抵靠出口端口安座就 位。
20. 如權利要求19所述的方法，其特征在于，該閥包括入口端口， 該浮子件可抵靠該入口端口安座就位。
全文摘要
一種促使制冷劑從熱交換器的入口總管均勻流入多個與該入口總管在流體上連接的平行微流道的方法和裝置，其包括提供在所述入口總管和膨脹裝置之間流體互連的入口腔，該膨脹裝置適于將兩相制冷劑輸送到入口腔；提供在所述入口腔與壓縮機入口之間流體互連的旁通管道；和在所述旁通管道中提供一閥，以便允許制冷劑蒸氣流向所述壓縮機，但是不允許液態(tài)制冷劑流向該壓縮機。第二浮子閥設置在所述入口總管的下游端與所述壓縮機之間以便從液體中除去任何殘留蒸氣。
文檔編號F25B49/00GK101111731SQ200580047683
公開日2008年1月23日 申請日期2005年12月28日 優(yōu)先權日2005年2月2日
發(fā)明者M·B·戈爾布諾夫, M·K·薩姆, P·費爾馬 申請人:開利公司