專利名稱：集流箱中具有流體膨脹的換熱器的制作方法
集流箱中具有流體膨脹的換熱器相關(guān)申請的交叉引用本發(fā)明要求來自2005年2月2日提交的，題目為"在管道和集流 箱之間的空隙中具有流體膨脹的微型通道換熱器"，第60/649422號的 美國臨時(shí)專利申請的優(yōu)先權(quán)益，該申請?jiān)诖艘肴淖鳛閰⒖?。技術(shù)領(lǐng)域本申請一般涉及制冷劑蒸氣壓縮式系統(tǒng)換熱器，該換熱器具有多個(gè) 在第一集流箱和第二集流箱之間延伸的平行管道，且更特別地，涉及在 入口集流箱中提供冷卻劑的膨脹，用于改善流過換熱器的平行管道的兩相制冷劑流的分布。
背景技術(shù)：
制冷劑蒸氣壓縮式系統(tǒng)在本領(lǐng)域中是公知的。采用制冷劑蒸氣壓縮 循環(huán)的空調(diào)器和熱泵通常用來冷卻或冷卻/加熱空氣來將住所，辦公大 樓，醫(yī)院，學(xué)校，餐館或其它設(shè)施中的環(huán)境氣候控制到舒適范圍。制冷 劑蒸氣壓縮式系統(tǒng)通常也用來冷卻空氣，或者冷卻其它輔助介質(zhì)例如水 或者乙二醇溶液，來為在超市，便利店，雜貨店，自助餐廳，餐館和其 它食物服務(wù)機(jī)構(gòu)的展示拒中的食物產(chǎn)品和飲料產(chǎn)品提供冷藏環(huán)境。通常地，這些制冷劑蒸氣壓縮式系統(tǒng)包括與制冷劑流體連通的壓縮 機(jī)，冷凝器，膨脹裝置和蒸發(fā)器。前述的基本的制冷劑系統(tǒng)部件通過封 閉的制冷劑回路中的制冷劑管道而相互連接，且根據(jù)采用的蒸氣壓縮循 環(huán)來設(shè)置。膨脹裝置，通常為膨脹閥或固定孔計(jì)量裝置(例如量孔或者 毛細(xì)管)，設(shè)置在制冷劑管道中，相對于制冷劑流位于制冷劑回路中蒸 發(fā)器的上游和冷凝器的下游的位置。膨脹裝置工作，使得流經(jīng)從冷凝器 延伸至蒸發(fā)器的制冷劑管道的液體制冷劑膨脹至較低的壓力和溫度。因 此，通過膨脹裝置的一部分液體制冷劑膨脹成蒸氣。結(jié)果，在這種常規(guī) 的制冷劑蒸氣壓縮式系統(tǒng)中，進(jìn)入蒸發(fā)器的制冷劑流構(gòu)成了兩相混合置，工作條件，和4吏用的制冷劑，例如R-12， R-22， R-134a， R-404A，
R-410A， R-407C， R717, R744或其它可壓縮流體。在某些制冷劑蒸氣壓縮式系統(tǒng)中，蒸發(fā)器是平行管道換熱器。這種 換熱器具有多個(gè)通過多個(gè)管道提供的平行制冷劑流路徑，該管道在入口 集流箱或入口集管和出口集流箱或出口集管之間平行延伸。入口集流箱 從制冷劑回路中接收制冷劑流，并將制冷劑流體分配到多個(gè)通過換熱器 的流路徑中。出口集流箱用于收集離開相應(yīng)的流路徑的制冷劑流，并將 收集的流導(dǎo)入回制冷劑管道中，以便返回到單流程換熱器的壓縮機(jī)中或 者返回到多流程換熱器的另一組換熱管中。在后一種情況中，出口集流 箱是一個(gè)中間集管或集管室，且作為下一組下游管道的入口集流箱。歷史上，用于這種制冷劑蒸氣壓縮式系統(tǒng)的平行管道換熱器采用圓 形管道，通常直徑為3/8英寸或者7毫米。最近，橫截面為扁平的，典 型地矩形的或者橢圓形的多通道管道用于制冷劑蒸氣壓縮式系統(tǒng)的換 熱器中。每個(gè)多通道管道通常具有多個(gè)縱向平行于管道長度延伸的流動 通道，每個(gè)通道提供具有相對小的流通面積的制冷劑流路徑。因此，換熱器具有在換熱器入口和出口集流箱之間平行延伸的多通道管道，該換 熱器將具有在兩個(gè)集流箱之間延伸的較大數(shù)量的小流通面積制冷劑流路徑。相反，具有常規(guī)的圓形管道的常規(guī)的換熱器將具有較小數(shù)量的在 入口和出口集流箱之間延伸的大流通面積流路徑。兩相制冷劑流的非均勻分布，也稱為分布不均，是平行換熱器中常 見的問題，它會對換熱器效率產(chǎn)生負(fù)面影響。兩相分布不均的問題常常 由入口集流箱中存在的蒸氣相制冷劑和液體相制冷劑的密度差異而造成的，其密度差異是由于通過上游膨脹裝置的制冷劑的膨脹而引起的。在Repice等人的美國專利No. 6502413中>^開了 一種用于控制通過 蒸發(fā)換熱器中的平行管道的制冷流分布的解決方法。在其中公開的制冷 劑蒸氣壓縮系統(tǒng)中，來自冷凝器的高壓液體制冷劑在蒸發(fā)換熱器入口集 流箱上游的常規(guī)直列式膨脹閥中部分地膨脹成為較低壓力的液體制冷 劑。節(jié)流部件，例如管道中的簡單窄部位或者是設(shè)置在管道內(nèi)的內(nèi)孔 板，在管道入口下游設(shè)置在連接到入口集流箱的每個(gè)管道中，使得制冷 劑在進(jìn)入管道中后完成膨脹成低壓的液體/蒸氣制冷劑混合物。在Kanzaki等人的日本專利No. JP4080575中/>開了另一種用于控冷劑蒸氣壓縮系統(tǒng)中，、來自冷凝器的高壓液體制冷劑在常規(guī)直列式膨脹
閥中也部分地膨脹成為換熱器的分布腔上游的較低壓力的液體制冷 劑。其中具有多個(gè)孔的板在腔中延伸。當(dāng)較低壓力液體制冷劑通過孔 時(shí)，該制冷劑在板的下游和通向腔室的相應(yīng)管道的入口的上游，膨脹成 為低壓液體/蒸氣混合物。在Massaki等人的日本專利No. 6241682中公開了一種用于熱泵的 平行流管道換熱器，其中每個(gè)連接到入口集流箱的多通道管道的入口端 被擠壓，從而在每個(gè)管道入口的下游處在管道中形成部分節(jié)流限制。在 Hiroaki等人的日本專利No. JP8233409中公開了 一種平行流管道換熱 器，其中多個(gè)扁平的多通道管道連接在一對集流箱之間，每個(gè)集流箱都 具有在制冷劑流動的方向上流通面積減小的內(nèi)部，其作為 一種均勻分布 制冷劑到相應(yīng)管道中的方式。在Yasushi的日本專利JP2002022313中 公開了 一種制冷劑通過入口管道供給集流箱的平行管道換熱器，該入口 管道沿著集流箱的軸線延伸而不會端接集流箱末端，當(dāng)兩相制冷劑流從 入口管道而進(jìn)入位于入口管道的外表面和集流箱的內(nèi)表面之間的環(huán)形 通道時(shí)，兩相制冷劑流不會分離。因此該兩相制冷劑流流入到通向環(huán)形 通道的每個(gè)管道中。在相對較大量的小流通面積的制冷劑路徑中得到均勻制冷劑流分 布，甚至比在常規(guī)的圓形管道換熱器中更加的困難，且可能明顯地降低 換熱器效率，以及由于壓縮機(jī)注水導(dǎo)致嚴(yán)重的可靠性問題。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明總的目的是減輕制冷劑蒸氣壓縮式系統(tǒng)的換熱器中的制冷 劑流的分布不均，該換熱器具有多個(gè)在第 一集流箱和第二集流箱之間延 伸的多通道管道。本發(fā)明一個(gè)方面的目的是將制冷劑以單相液體制冷劑的形式分配 到一排多通道管道中的單個(gè)通道中。本發(fā)明的另一個(gè)方面的目的是在制冷劑蒸氣壓縮式系統(tǒng)的換熱器 中延遲制冷劑的膨脹，該換熱器具有多個(gè)多通道管道，直到制冷劑流已 經(jīng)以單相液體制冷劑的形式分配到一排多通道管道中的單個(gè)通道中后 才膨脹。在本發(fā)明的一個(gè)方面中，所提供的換熱器具有集流箱，其限定了用 于從制冷劑循環(huán)中主要接收液體制冷劑的腔室，和至少一個(gè)換熱管，限定了從中穿過的制冷劑流路徑，和具有在其入口端通向所述制冷劑流路 徑的入口。換熱管的入口端延伸入集流箱的腔室中，且定位成使-浮通向 制冷劑流路徑的入口間隔且面對集流箱的相對內(nèi)表面設(shè)置，由此限定出 一個(gè)位于通向換熱管的制冷劑流路徑的入口和集流箱向內(nèi)表面之間相對窄的間隙。該間隙可以具有0.01-0.5毫米范圍的寬度。在一個(gè)實(shí)施 例中，間隙具有大約0. 1毫米的寬度。在換熱器的一個(gè)實(shí)施例中，至少 一個(gè)換熱管具有多個(gè)縱向平行延伸通過制冷劑流路徑的通道，每個(gè)通道 限定了通過至少一個(gè)換熱管的分離的制冷劑流路徑。由多個(gè)通道限定的 流路徑可以具有圓形截面，矩形截面，三角形截面，梯形截面或者其它 非圓形截面。本發(fā)明的換熱器可以實(shí)施為單流程或者多流程布置。在一個(gè)特別實(shí)施例中，換熱器具有第一集流箱，第二集流箱和在第 一和第二集流箱之間延伸的多個(gè)換熱管。每個(gè)集流箱限定了 一個(gè)腔室用于收集制冷劑。多個(gè)換熱管中的每個(gè)管道具有通向其中 一個(gè)集流箱腔室 的入口端，和通向另一個(gè)集流箱的出口端。多個(gè)換熱管中的每個(gè)管道具 有多個(gè)通道，該通道從入口端縱向平行延伸到出口端，且每個(gè)通道限定 了分離的制冷劑流路徑。每個(gè)換熱管的入口端延伸到至少一個(gè)集流箱的 腔室中，且定位成使得通向通道的入口間隔且面對集流箱內(nèi)表面i殳置， 由此限定出位于通向通道的入口和集流箱的相對內(nèi)表面之間相對窄的 間隙。在本發(fā)明的另 一個(gè)方面中，制冷劑蒸氣壓縮式系統(tǒng)包括制冷劑流連 通地連接的壓縮機(jī)，冷凝器和蒸發(fā)換熱器，由此高壓制冷劑蒸氣從壓縮 機(jī)進(jìn)入冷凝器，高壓制冷劑液體從冷凝器進(jìn)入蒸發(fā)換熱器，且低壓制冷 劑蒸氣從蒸發(fā)換熱器進(jìn)入壓縮機(jī)。蒸發(fā)換熱器至少包括入口集流箱和出 口集流箱，和至少一個(gè)在入口和出口集流箱之間延伸的換熱管。入口集 流箱限定了 一個(gè)腔室用來接收來自制冷劑回路的液體制冷劑。每個(gè)換熱 管具有通向入口集流箱的入口端和通向出口集流箱的出口端。其中每個(gè) 換熱管的管道具有從入口端縱向平行延伸到出口端的多個(gè)通道，且每個(gè) 通道限定了分離的制冷劑流路徑。每個(gè)換熱管的入口端延伸進(jìn)入入口集 流箱的腔室，且定位成使得通向通道的入口間隔且面對集流箱內(nèi)表面設(shè) 置，由此在通向通道的入口和入口集流箱的相對表面之間限定出膨脹間 隙。在結(jié)合了本發(fā)明的換熱器(如蒸發(fā)器)的制冷劑蒸氣壓縮式系統(tǒng)中， 該膨脹可以用作系統(tǒng)中的僅有膨脹裝置或者主膨脹裝置，或者作為與通 向系統(tǒng)蒸發(fā)器的制冷劑管道中的上游膨脹裝置串聯(lián)的輔助膨脹裝置。在本發(fā)明的進(jìn)一步方面中，提供一種方法來操作制冷劑蒸氣壓縮循環(huán)。該方法包括如下步驟提供在制冷劑回路中相連接的壓縮機(jī)，冷凝 器和蒸發(fā)換熱器；使高壓制冷劑蒸氣從壓縮機(jī)進(jìn)入冷凝器；使高壓制冷 劑液體從冷凝器進(jìn)入蒸發(fā)換熱器的入口集流箱；提供至少一個(gè)限定了多 個(gè)制冷劑流路徑的換熱管，該路徑用于使制冷劑從蒸發(fā)換熱器的入口集 流箱到出口集流箱；通過使高壓液體制冷劑通過膨脹間隙，該間隙形成 在入口集流箱內(nèi)表面和通向至少一個(gè)換熱管的出口之間，分配收集在入 口集流箱的高壓流體進(jìn)入到且通過多個(gè)制冷劑流路徑中的每個(gè)，由此液 體制冷劑是基本均勻分配到多個(gè)制冷劑流通道中且膨脹成液體制冷劑 和蒸氣制冷劑的低壓混合物；且使低壓制冷劑蒸氣從蒸發(fā)換熱器的出口 集流箱回到壓縮機(jī)。


結(jié)合附圖，從下面對本發(fā)明的詳細(xì)描述，可以進(jìn)一步理解本發(fā)明的 這些和其他目的，附圖中圖1是根據(jù)本發(fā)明的換熱器的實(shí)施例的透視圖； 圖2是沿圖1中的線2-2的截面圖；圖3是換熱管和入口集流箱裝置的另一個(gè)實(shí)施例的透視圖； 圖4是沿圖3中的線4-4的截面圖；圖5是換熱管和入口集流箱裝置的另一個(gè)實(shí)施例的透視圖； 圖6是沿圖5中的線6-6的截面圖；圖7是換熱管和入口集流箱裝置的另一個(gè)實(shí)施例的透視圖； 圖8是沿圖7中的線8-8的截面圖；圖9是結(jié)合本發(fā)明的換熱器的制冷劑蒸氣壓縮式系統(tǒng)的示意圖； 圖10是結(jié)合本發(fā)明的換熱器的制冷劑蒸氣壓縮式系統(tǒng)的示意圖； 圖11是根據(jù)本發(fā)明的多通道蒸發(fā)器的一個(gè)實(shí)施例的部分截面的正 視圖；和圖12是根據(jù)本發(fā)明的多通道冷凝器的一個(gè)實(shí)施例的部分截面的正 視圖。
具體實(shí)施例方式
參照圖1-8中所示的多通道管道換熱器的各個(gè)示例性的單流程的實(shí) 施例，這里將大體描述本發(fā)明的平行管道換熱器10。換熱器10包括入 口集流箱20，出口集流箱30，和多個(gè)在入口集流箱20和出口集流箱30 之間縱向延伸的多通道換熱管40，從而在入口集流箱20和出口集流箱 30之間提供多個(gè)制冷劑流路徑。每個(gè)換熱管40具有在一端與入口集流 箱20制冷劑流連通的入口 43，和在另一端與出口集流箱30制冷劑流連 通的出口 。圖1， 3， 5, 7所述的換熱器10的示例性實(shí)施例中，示出換熱管40 以平行的方式布置，通常在大致水平延伸的入口集流箱20和大致水平 延伸的出口集流箱30之間地垂直延伸。然而，示出的實(shí)施例是示例性 的而不對本發(fā)明進(jìn)行限制。應(yīng)當(dāng)明白，這里所描述的本發(fā)明可以在換熱 器10的各種其它結(jié)構(gòu)上實(shí)現(xiàn)。例如，換熱管以平行的方式布置，通常 在大致垂直延伸的入口集流箱和大致垂直延伸的出口集流箱之間地水 平地延伸。作為進(jìn)一步的例子，換熱器可以具有不同直徑的環(huán)形入口集 流箱和環(huán)形出口集流箱，且換熱管在環(huán)形集流箱之間稍稍徑向向內(nèi)延 伸，或者稍稍徑向向外延伸。換熱管也可以設(shè)置在多流程實(shí)施例中，這 將在下面進(jìn)行更詳細(xì)的描迷。每個(gè)多通道換熱管40具有多個(gè)縱向延伸，也就是沿著管道的軸線， 管道的長度延伸的平行流動通道42，從而在管道的入口和出口之間提供 了多個(gè)獨(dú)立的平行流路徑。每個(gè)多通道換熱管40是為例如矩形截面的 "扁平的"管道，其限定了內(nèi)部，該內(nèi)部被分割形成獨(dú)立的流動通道42 的并排陣列。與常規(guī)的現(xiàn)有技術(shù)中直徑為1/2英寸，3/8英寸或者7毫 米的圓形管道相比，扁平的多通道管道40可以具有例如，50毫米或更 小的寬度，典型地為12到25毫米，和大約2毫米或更小的高度。為了 筒便和清楚的顯示，圖1-8中所示的管道40具有十二條通道42，其限 定了具有圓形截面積的流路徑。然而，應(yīng)當(dāng)明白在應(yīng)用中，每個(gè)多通道 管道40將典型地具有大約十到二十條流動通道42。通常，每個(gè)流動通 道42將具有液力直徑，其被定義為四倍于橫截面流通面積除以周長， 在大約200微米到大約3毫米的范圍內(nèi)。雖然在圖中顯示為圓形橫截 面，通道42可以具有矩形，三角形或者梯形的橫截面，或者其它所需 的非圓形橫截面?，F(xiàn)在尤其參照圖2， 4, 6， 8，換熱器10的每個(gè)換熱管40插入到入
口集流箱20的一側(cè)，且管道的入口端43延伸到入口集流箱20的內(nèi)部 25中。每個(gè)換熱管40插入足夠的長度，來將換熱管40入口端43處的 通道42的各個(gè)開口 41和集流箱20相對側(cè)的內(nèi)表面22以相當(dāng)接近的方 式并列放置，從而在換熱管40入口端43處的開口 41和集流箱20的內(nèi) 表面22之間提供一個(gè)相對窄的間隙G。間隙G相對于換熱管40的每個(gè) 通道42中的開口 41的流通面積來說必須足夠小，以確保當(dāng)制冷劑流過 間隙G進(jìn)入到每個(gè)通道42的開口 41時(shí)，高壓液體制冷劑到低壓液體和 蒸氣制冷劑混合物的膨脹能夠達(dá)到預(yù)期的水平。通常地，間隙G應(yīng)當(dāng)具 有一個(gè)寬度，該寬度從管道40的入口端43的開口 41到集流箱的相對 內(nèi)表面來測量，對于具有爿/^稱1平方毫米的內(nèi)流動截面積的通道的換熱 器40，該寬度大約為1毫米的十分之一 (0. 1毫米)量級。當(dāng)然，本領(lǐng) 域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)明白，通過相對于集流箱20的內(nèi)表面22選擇性地放置 管道40的入口端來改變間隙G的寬度，膨脹的程度能夠調(diào)節(jié)。圖1和2所示出的實(shí)施例中，集流箱20和30包括縱向延伸的，空 心的，端部封閉的具有圓形截面的柱體。圖3和4所示出的實(shí)施例中， 集流箱20和30包括縱向延伸的，空心的，端部封閉的具有橢圓形截面 的柱體。圖5和6所示出的實(shí)施例中，集流箱20和30包括縱向延伸的， 空心的，端部封閉的具有D形截面的容器。圖7和8所示出的實(shí)施例中， 集流箱20和30包括縱向延伸的，空心的，端部封閉的具有矩形截面的 容器。在每個(gè)實(shí)施例中，通過制冷劑管道14進(jìn)入入口集流箱20的高壓 液體制冷劑沿著集流箱20的內(nèi)部25流動，且由于它均勻的密度和高 壓，在每個(gè)換熱管40中自動分配，且當(dāng)它通過間隙G進(jìn)入到每個(gè)通道 的開口中時(shí)，液體制冷劑進(jìn)行膨脹，該間隙位于通道42的各個(gè)開口 41 和集流箱20的內(nèi)表面22之間?，F(xiàn)在參照圖9和10，這里示意性的示出了 一個(gè)制冷劑蒸氣壓縮式系 統(tǒng)IOO,該系統(tǒng)包括壓縮機(jī)60,用作冷凝器的換熱器IOA，和用作蒸發(fā) 器的換熱器10B，通過制冷劑管道12, 14和16連接成一個(gè)閉合循環(huán)制 冷劑回路。和常規(guī)的制冷劑蒸氣壓縮式系統(tǒng)中一樣，壓縮機(jī)60使熱高 壓制冷劑蒸氣通過制冷劑管道12流入冷凝器10A的入口集流箱120中， 從而通過冷凝器10A的換熱器管道140，其中當(dāng)熱制冷劑蒸氣通過且與 冷卻流進(jìn)4于熱交換時(shí)，熱制冷劑蒸氣冷凝成液體，冷卻流體為例如通過 冷凝器風(fēng)扇70而在換熱管140上經(jīng)過的環(huán)境空氣。高壓液體制冷劑集
中在冷凝器10A的出口集流箱130中，從而通過制冷劑管道14進(jìn)入蒸 發(fā)器10B的入口集流箱20中。制冷劑由此通過蒸發(fā)器10B的換熱器管 道40，其中當(dāng)制冷劑與通過蒸發(fā)器風(fēng)扇80而在換熱管40的上經(jīng)過的待 冷卻空氣進(jìn)行熱交換而通過時(shí)，制冷劑被加熱。制冷劑蒸氣集中在蒸發(fā) 器10B的出口集流箱30中，且從那里通過制冷劑管道16通過吸入口回 到壓縮機(jī)60中。雖然圖9和10中所示的示例性制冷劑蒸氣壓縮循環(huán)是 簡化了的空調(diào)循環(huán)，應(yīng)當(dāng)能夠明白本發(fā)明的換熱器可以采用在各種設(shè)計(jì) 的制冷劑蒸氣壓縮式系統(tǒng)中，包括但不限制于熱泵循環(huán)、節(jié)約循環(huán)，具 有串聯(lián)部件(例如壓縮機(jī)和換熱器)的循環(huán)，制冷劑回路和許多其它包 括各種可選項(xiàng)和特征的循環(huán)。在圖9中所示的實(shí)施例中，冷凝的制冷劑液體沒有通過膨脹裝置從 冷凝器10A直接進(jìn)入蒸發(fā)器IOB。因而，在這個(gè)實(shí)施例中，制冷劑以高 壓液體制冷劑的形態(tài)進(jìn)入蒸發(fā)換熱器10B的入口集流箱20中，而不是 像常規(guī)制冷劑蒸氣壓縮式系統(tǒng)一樣，以完全膨脹的低壓制冷劑液體/蒸 氣混合物的形態(tài)進(jìn)入。因而，在這個(gè)實(shí)施例中，制冷劑的膨脹在本發(fā)明 的蒸發(fā)器10B中在間隙G處發(fā)生，由此確保膨脹僅在分配以基本均勻的 方式完成之后發(fā)生。在圖10中所示的實(shí)施例中，當(dāng)冷凝的制冷劑液體從冷凝器10A到 蒸發(fā)器10B時(shí)，冷凝的制冷劑液體通過可操作地與制冷劑管道14相關(guān) 聯(lián)的膨脹裝置90。在膨脹裝置90中，高壓液體制冷劑部分膨脹成低壓 液體制冷劑或液體/蒸氣制冷劑混合物。在這個(gè)實(shí)施例中，制冷劑的膨 脹在本發(fā)明的蒸發(fā)器10B中在間隙G處完成。當(dāng)間隙G不能夠做得足夠 小來確保液體流過間隙G時(shí)進(jìn)行完全膨脹時(shí)，或者當(dāng)恒溫膨脹閥或者電 子膨脹閥90作為流量控制設(shè)備使用時(shí)，在膨脹裝置90中的制冷劑的部 分膨脹可以是有益的，該膨脹裝置處于蒸發(fā)器10B的入口集流箱20的 上游處。在圖1， 3, 5， 7中所示的本發(fā)明換熱器的實(shí)施例以單流程換熱器 來描述。然而，本發(fā)明的換熱器也可以是多流程換熱器?，F(xiàn)在參照圖11， 在多流程蒸發(fā)器實(shí)施例中顯示出換熱器10。在所示的多流程實(shí)施例中， 入口集流箱分隔為第一腔室20A和第二腔室20B，出口集流箱也分隔為 第一腔室30A和第二腔室30B,換熱管40分為三組40A, 40B和40C。 第一管道組40A的換熱管具有通向入口集流箱20的第一腔室20A的入
口和通向出口集流箱30的第一腔室30A的出口 。第二管道組40B的換 熱管具有通向出口集流箱30的第一腔室30A的入口和通向入口集流箱 20的第二腔室20B的出口 。第三管道組40C的換熱管具有通向入口集流 箱20的第二腔室20B的入口和通向出口集流箱30的第二腔室30B的出 口。通過這種方式，從制冷劑管道14進(jìn)入到換熱器的制冷劑與通過換 熱管40的外部上的空氣發(fā)生三次熱交換，而不是在單流程換熱器情況 下的一次。根據(jù)本發(fā)明，第一、第二和第三管道組的每個(gè)換熱管的入口 端都設(shè)置在相關(guān)的集流箱腔室中，其中通向多個(gè)流動通道的入口開口與 相應(yīng)集流箱的相對內(nèi)表面以間隔并面對的關(guān)系定位，以此在通向通道的 入口和對應(yīng)集流箱的相對內(nèi)表面之間限定一個(gè)膨脹間隙G。因此，膨脹 也發(fā)生在流程之間的集流箱中，由此確保在進(jìn)入到每個(gè)管道流程的管道 流動通道中時(shí)制冷劑液體/蒸氣更均勻的分配。
制冷劑為高壓液體，或者為部分膨脹的液體/蒸氣混合物，從制冷 劑管道14進(jìn)入換熱器10的集流箱20的第一腔室20A。由此制冷劑從腔 室20A經(jīng)過間隙G進(jìn)入到與第一管道組40A的換熱管相關(guān)聯(lián)的每個(gè)流動 通道42中，其組成了圖11所示的最右手邊的四根管道。當(dāng)制冷劑通過 間隙G時(shí)，制冷劑如前所述地膨脹。制冷劑液體/蒸氣混合物從第一管 道組40A的流動通道進(jìn)入到出口集流箱30的第一腔室30A，且在那里被 分配進(jìn)入第二管道組40B的換熱管，其組成了圖11所示的中間四^^艮管 道。為了從出口集流箱30的第一腔室30A進(jìn)入第二管道組40B的換熱 管的流動管道，制冷劑必須再次通過窄間隙G,導(dǎo)致了制冷劑的進(jìn)一步 膨脹。制冷劑液體/蒸氣混合物從第二管道組40B的流動管道進(jìn)入入口 集流箱20的第二腔室20B,且在那里被分配進(jìn)入第三管道組40C的換熱 管，其組成了圖11所示的最左手邊的四根管道。為了從入口集流箱20B 的第二腔室20B進(jìn)入第三管道組40C的換熱管的流動通道，制冷劑必須 再次通過窄間隙G,導(dǎo)致了制冷劑的進(jìn)一步膨脹。制冷劑液體/蒸氣混合 物從第三管道組40C的流動通道進(jìn)入出口集流箱30的第二腔室30B且 由此進(jìn)入制冷劑管道16。
現(xiàn)在參照圖12，顯示了在多流程冷凝器實(shí)施例中的換熱器10。在 所示的多流程實(shí)施例中，入口集流箱120分隔為第一腔室120A和第二 腔室120B,出口集流箱130也分隔為第一腔室130A和第二腔室130B, 換熱管140分為三個(gè)管道組140A， M0B和U0C。第一管道組140A的換
熱管具有通向入口集流箱120的第一腔室120A的入口和通向出口集流 箱130的第一腔室130A的出口。第二管道組140B的換熱管具有通向出 口集流箱130的第一腔室130A的入口和通向入口集流箱120的第二腔 室120B的出口。第三管道組140C的換熱器具有通向入口集流箱120的 第二腔室120B的入口和通向出口集流箱130的第二腔室130B的出口。 通過這種方式，從制冷劑管道12進(jìn)入到冷凝器的制冷劑與通過換熱管 140的外部上的空氣發(fā)生三次熱交換，而不是在單流程換熱器情況下的 一次。進(jìn)入入口集流箱120的第一腔室120A的制冷劑完全是通過制冷 劑管道14從壓縮機(jī)出口引導(dǎo)出的高壓制冷劑蒸氣。然而，進(jìn)入第二管 道組和第三管道組的制冷劑將是液體/蒸氣混合物，因?yàn)橹评鋭┰谕ㄟ^ 第一和第二管道組時(shí)發(fā)生部分冷凝。根據(jù)本發(fā)明，第二和第三管道組的 每個(gè)換熱管的入口端都設(shè)置在相關(guān)的集流箱腔室中，其中通向多個(gè)流動 通道的入口與相應(yīng)集流箱的相對內(nèi)表面以間隔開并面對的關(guān)系定4立，以 此在通向通道的入口和對應(yīng)集流箱的相對內(nèi)表面之間限定一個(gè)較窄的 間隙G。該間隙G提供流體節(jié)流，來確保在進(jìn)入到每個(gè)隨后流程的換熱 管流動通道時(shí)制冷劑液體/蒸氣混合物更均勻的分配。
來自壓縮機(jī)60的熱高壓制冷劑蒸氣從制冷劑管道12進(jìn)入換熱器10 的入口集流箱120的第一腔室120A。由此制冷劑從腔室120A進(jìn)入到與 第一管道組140A的換熱管相關(guān)聯(lián)的每個(gè)流動通道42，其組成了圖12所 示的最左手邊的四^f艮管道。當(dāng)制冷劑通過第一管道組140A的流動通道 時(shí)，制冷劑蒸氣的一部分冷凝成液體。制冷劑液體/蒸氣混合物/人第一 管道組140A的流動通道進(jìn)入到出口集流箱130的第一腔室U0A，且在 那里被分配進(jìn)入第二管道組140B的管道中，其組成了圖12所示的中間 四根管道。為了從出口集流箱130的第一腔室130A進(jìn)入第二管道組140B 的換熱管的流動管道，制冷劑液體/蒸氣現(xiàn)在必須通過窄間隙G。制冷劑 液體/蒸氣混合物從第二管道組140B的流動管道進(jìn)入入口集流箱120的 第二腔室120B，且在那里被分配進(jìn)入第三管道組M0C的換熱管，其組 成了圖12所示的最右手邊的四根管道。為了從入口集流箱120B的第二 腔室120B進(jìn)入第三管道組140C的換熱管的流動管道，制冷劑必須再次 通過窄間隙G。制冷劑液體/蒸氣混合物從第三管道組140C的流動管道 進(jìn)入出口集流箱130的第二腔室130B且由此進(jìn)入制冷劑管道14。
應(yīng)當(dāng)明白，雖然圖11和12示出了在多流程換熱器10的每個(gè)管道
組中具有相同數(shù)量的換熱管，但是這個(gè)數(shù)量可以根據(jù)流過各個(gè)管道組的 蒸氣和液體制冷劑的相對量來變化。通常，制冷劑混合物中蒸氣的含量 越高，相關(guān)的制冷劑管道組包括的換熱管越多，以此確保通過管道組合 適的壓降。進(jìn)一步地，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所公知的，在集管中延伸的 換熱管對于圍繞集流箱內(nèi)的管道流過的制冷劑不應(yīng)當(dāng)產(chǎn)生過大的液壓 阻力，這能夠容易地通過相對的集流箱和換熱管設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)。
這里應(yīng)當(dāng)注意，雖然本發(fā)明對于換熱管的入口端進(jìn)行了描述，它也 能夠應(yīng)用到出口端，雖然僅僅在相關(guān)流程中的換熱管之間具有壓降均勻
化的孩i弱好處。進(jìn)一步地，間隙G的寬度，可以在換熱管之間或者換熱 管組之間變化以此來進(jìn)一步改進(jìn)制冷劑分配，通常在更接近集流箱入口 處設(shè)置的換熱管道具有較大間隙，而在更加遠(yuǎn)離集流箱入口處設(shè)置的換 熱管道具有較小間隙。
此外，間隙G的寬度可以沿著單個(gè)的換熱管40的跨距而變化，來
的分布。通常，較大尺寸的間隙:用于^布置在接近換熱管40外邊緣的 通道4 2相關(guān)聯(lián)，而尺寸稍稍較小的間隙用來與接近換熱管4 0的中間部 分的通道42相關(guān)聯(lián)。然而，在一些換熱器應(yīng)用中，可以期望改變在前 邊緣和后邊緣通道之間的間隙，來選擇性地在換熱管40的通道42之間 分配流。例如，在一些換熱器中，通過相對位于換熱管前邊緣處的通道 提供稍稍較小的間隙(所述前邊緣是面對空氣流的管道的邊緣)，以及 相對位于換熱管后邊緣處的通道提供一個(gè)稍稍較大的間隙，可以期望提 高換熱器的效率。通過沿?fù)Q熱管40的前邊緣和后邊緣之間的跨度來改 變間隙G的寬度，液體流可以按需要選擇性地分配到換熱管40的各個(gè) 通道42中。
雖然已經(jīng)參照附圖中所示的優(yōu)選示例詳細(xì)地顯示和描述了本發(fā) 明，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將能夠明白，在不脫離權(quán)利要求所限定的本發(fā)明 的精神和范圍情況下，各種細(xì)節(jié)的改變可以實(shí)現(xiàn)。
權(quán)利要求
1.一種換熱器，包括集流箱，具有限定出用于收集制冷劑的腔室的內(nèi)表面；和至少一個(gè)換熱管，其限定了從中穿過的制冷劑流路徑，且在所述至少一個(gè)換熱管的入口端具有通向所述制冷劑流路徑的入口，所述至少一個(gè)換熱管的入口端延伸入所述集流箱的所述腔室且定位成使得通向制冷劑流路徑的入口與所述集流箱的相對內(nèi)表面間隔且面對所述集流箱的相對內(nèi)表面而設(shè)置，由此限定了位于通向所述換熱管的所述制冷劑流路徑的入口和所述集流箱的相對內(nèi)表面之間的較窄間隙。
2. 如權(quán)利要求1所述的換熱器，其特征在于所述間隙具有0.1毫 米量級的寬度。
3. 如權(quán)利要求1所述的換熱器，其特征在于所述間隙包括膨脹間隙。
4. 如權(quán)利要求3所述的換熱器，其特征在于所述間隙具有寬度， 該間隙的寬度可以相對至少 一個(gè)換熱管的入口端變化。
5. 如權(quán)利要求1所述的換熱器，其特征在于所述至少一個(gè)換熱管 具有縱向平行延伸穿過其制冷劑流路徑的多個(gè)通道，所述多個(gè)通道中的 每個(gè)限定了通過所述至少一個(gè)換熱管的分離的制冷劑流路徑。
6. 如權(quán)利要求5所述的換熱器，其特征在于所述多個(gè)通道中的每 個(gè)限定了具有非圓形截面的流路徑。
7. 如權(quán)利要求6所述的換熱器，其特征在于所述多個(gè)通道中的每 個(gè)限定了具有矩形，三角形或者梯形截面的流路徑。
8. 如權(quán)利要求5所述的換熱器，其特征在于所述多個(gè)通道中的每 個(gè)限定了具有圓形截面的流路徑。
9. 如權(quán)利要求1所述的換熱器，其特征在于所述換熱器為蒸發(fā)器。
10. 如權(quán)利要求1所迷的換熱器，其特征在于所述換熱器為冷凝器。
11. 如權(quán)利要求1所述的換熱器，其特征在于所述換熱器為單流程 換熱器。
12. 如權(quán)利要求1所述的換熱器，其特征在于所述換熱器為多流程 換熱器。
13. 如權(quán)利要求1所述的換熱器，其特征在于所述至少一個(gè)換熱管 具有大體矩形的截面。
14. 如權(quán)利要求1所述的換熱器，其特征在于所述至少一個(gè)換熱管 具有大體橢圓形的截面。
15. —種換熱器，包括第 一 集流箱和第二集流箱，每個(gè)集流箱限定了收集制冷劑的腔室；和 .在所述第 一和第二集流箱之間延伸的多個(gè)換熱管，所述多個(gè)換熱管中的每個(gè)具有通向所述第一和第二集流箱其中之一的入口端和通向所述第一和第二集流箱中另 一個(gè)的出口端，所述多個(gè)換熱管中的每個(gè)具有從其入口端縱向平行延伸到出口端的多個(gè)通道，每個(gè)所述通道限定了分離的制冷劑流路徑，所述多個(gè)換熱管中的每個(gè)的入口端延伸入所述第一 和第二集流箱中所述一個(gè)的所述腔室中，且定位成使得通向所述通道的 入口間隔且面對所述第一和第二集流箱中所述一個(gè)的相對內(nèi)表面而設(shè) 置，從而限定了較窄的間隙，該間隙位于通向所述通道的入口和所述第 一和第二集流箱中所述一個(gè)的相對內(nèi)表面之間。
16. 如權(quán)利要求15所述的換熱器，其特征在于每個(gè)間隙具有0.1 毫米量級的寬度。
17. 如權(quán)利要求15所述的換熱器，其特征在于每個(gè)間隙包括膨脹 間隙。
18. 如權(quán)利要求17所述的換熱器，其特征在于每個(gè)間隙具有寬度， 該間隙的寬度可以相對多個(gè)換熱管的對應(yīng)入口端變化。
19. 如權(quán)利要求17所述的換熱器，其特征在于每個(gè)間隙具有寬度， 該間隙的寬度可以相對多個(gè)換熱管中至少 一個(gè)的對應(yīng)通道變化。
20. 如權(quán)利要求15所述的換熱器，其特征在于所述多個(gè)通道中的 每個(gè)限定了具有非圓形截面的流路徑。
21. 如權(quán)利要求15所述的換熱器，其特征在于所迷多個(gè)通道中的 每個(gè)限定了具有圓形截面的流路徑。
22. 如權(quán)利要求15所述的換熱器，其特征在于多個(gè)換熱管具有大 體矩形的截面。
23. 如權(quán)利要求15所述的換熱器，其特征在于多個(gè)換熱管具有大 體橢圓形的截面。
24. —種制冷劑蒸氣壓縮式系統(tǒng)，包括制冷劑流連通地連接的壓縮機(jī)、冷凝器和蒸發(fā)換熱器，由此高壓制 冷劑蒸氣從所述壓縮機(jī)進(jìn)入所述冷凝器，高壓制冷劑液體從所述冷凝器 進(jìn)入所述蒸發(fā)換熱器，且低壓制冷劑蒸氣從所述蒸發(fā)換熱器進(jìn)入所述壓縮機(jī)，其特征在于所述蒸發(fā)換熱器包括入口集流箱和出口集流箱，所述入口集流箱具有內(nèi)表面，其限定了 用來接收來自制冷劑回路的液體制冷劑的腔室；和至少 一 個(gè)在所述入口和出口集流箱之間延伸的換熱管，所述至少一 個(gè)換熱管具有通向所述入口集流箱的入口端和通向所述出口集流箱的 出口端，其中所述至少一個(gè)換熱管具有從所述入口端縱向平行延伸到所述出口端的多個(gè)通道，每個(gè)所述通道限定了分離的制冷劑流路徑，所述 至少 一個(gè)換熱管的入口端延伸進(jìn)入所述入口集流箱的腔室，且定位成使 得通向所述通道的入口間隔且面對所述集流箱的相對內(nèi)表面設(shè)置，由此 在通向所述通道的入口和所述入口集流箱的相對內(nèi)表面之間限定出膨 脹間隙。
25. 如權(quán)利要求24所述的制冷劑蒸氣壓縮式系統(tǒng)，其特征在于膨 脹間隙具有0.1毫米量級的寬度。
26. 如權(quán)利要求24所述的制冷劑蒸氣壓縮式系統(tǒng)，其特征在于所 述間隙包括膨脹間隙。
27. 如權(quán)利要求26所述的制冷劑蒸氣壓縮式系統(tǒng)，其特征在于述 間隙具有寬度，該間隙的寬度可以相對所述至少 一個(gè)換熱管的入口端變 化。
28. 如權(quán)利要求26所述的制冷劑蒸氣壓縮式系統(tǒng)，其特征在于所 述膨脹間隙是所述制冷劑蒸氣壓縮式系統(tǒng)中的主膨脹裝置。
29. 如權(quán)利要求26所述的制冷劑蒸氣壓縮式系統(tǒng)，其特征在于所 述膨脹間隙是制冷劑蒸氣壓縮式系統(tǒng)中的輔助膨脹裝置。
30. 如權(quán)利要求24所述的制冷劑蒸氣壓縮式系統(tǒng)，其特征在于所 述蒸發(fā)換熱器是單流程換熱器。
31. 如權(quán)利要求24所述的制冷劑蒸氣壓縮式系統(tǒng)，其特征在于所 述蒸發(fā)換熱器是多流程換熱器。
32. —種操作制冷劑蒸氣壓縮循環(huán)的方法，包括如下步驟 提供在制冷劑回路中相連接的壓縮機(jī)、冷凝器和蒸發(fā)換熱器； 使高壓制冷劑蒸氣從所述壓縮機(jī)進(jìn)入所述冷凝器； 提供具有多個(gè)流動通道的至少一個(gè)換熱管，該多個(gè)流動通道限定了 多個(gè)制冷劑流路徑，用來使制冷劑從所述蒸發(fā)換熱器的入口集流箱到出口集流箱；通過使高壓液體制冷劑通過膨脹間隙，分配入口集流箱中收集的高 壓液體到并且通過所述多個(gè)制冷劑流路徑中的每個(gè)，該膨脹間隙形成在 入口集流箱內(nèi)表面和通向所述至少一個(gè)換熱管的出口之間，所述膨脹間隙具有在入口集流箱內(nèi)表面和通向所述至少一個(gè)換熱管的入口之間測 量的寬度，且使低壓制冷劑蒸氣從所述蒸發(fā)換熱器的出口集流箱回到所述壓縮機(jī)。
33. 如權(quán)利要求32所述的方法，其特征在于提供所述膨脹間隙作 為所述制冷劑蒸氣壓縮循環(huán)中的主膨脹裝置。
34. 如權(quán)利要求32所述的方法，其特征在于提供所述膨脹間隙作 為所述制冷劑蒸氣壓縮循環(huán)中的輔助膨脹裝置。
35. 如權(quán)利要求32所述的方法，進(jìn)一步包括如下步驟相對所述至少一個(gè)換熱管的入口端改變所述膨脹間隙的寬度，由此液體制冷劑基本均勻地分布到所述一個(gè)換熱管的多個(gè)制冷劑流路徑中且膨脹成液體 制冷劑和蒸氣制冷劑的低壓混合物。
36. 如權(quán)利要求32所述的方法，進(jìn)一步包括如下步驟在換熱管 前邊緣的流動通道和換熱管后邊緣的流動通道之間相對所述至少一個(gè) 換熱管的入口端改變所述膨脹間隙的寬度，由此液體制冷劑選擇性地分 布在所迷一個(gè)換熱管的多個(gè)制冷劑流路徑之間。
全文摘要
換熱器包括第一集流箱和第二集流箱，和在第一和第二集流箱之間延伸的多個(gè)換熱管。每個(gè)換熱管具有通向集流箱之一的入口端和通向另一個(gè)集流箱的出口。每個(gè)換熱管具有從其入口端縱向平行延伸到其出口端的多個(gè)通道，每個(gè)通道限定了分離的制冷劑流路徑。每個(gè)換熱管的入口端定位成使得通向通道的入口間隔且面對集流箱相對內(nèi)表面而設(shè)置，由此限定了位于通向通道的入口和集流箱相對內(nèi)表面之間的較窄間隙。該間隙可以作為主膨脹裝置或作為輔助膨脹裝置。
文檔編號F25B39/02GK101128709SQ200580047688
公開日2008年2月20日 申請日期2005年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2005年2月2日
發(fā)明者A·C·柯克伍德, M·B·戈奧諾夫, M·F·塔拉斯, P·弗馬, R·A·喬普科 申請人:開利公司