具有用于改善制冷劑均分的混合膨脹裝置的汽車蒸發(fā)器熱交換器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及汽車蒸發(fā)器；并具體涉及用于均分制冷劑通過該汽車蒸發(fā)器的制冷劑 管的制冷劑膨脹裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 機動車用空調(diào)系統(tǒng)通常包括制冷劑回路，該制冷劑回路具有位于用來將經(jīng)調(diào)節(jié)的 空氣提供至乘客艙的暖通空調(diào)（HVAC)模塊內(nèi)的蒸發(fā)器、位于蒸發(fā)器上游的膨脹裝置、位于 膨脹裝置上游發(fā)動機艙前面的冷凝器以及位于發(fā)動機艙內(nèi)冷凝器上游的壓縮機。上述部件 液壓串聯(lián)在閉合的制冷劑回路內(nèi)。
[0003] 壓縮機使制冷劑壓縮并循環(huán)通過閉合的制冷劑回路。從蒸發(fā)器的入口開始，具有 液體和蒸氣混合物的低壓兩相制冷劑進入蒸發(fā)器并流過蒸發(fā)器的制冷劑管，在制冷劑管 處，低壓兩相制冷劑通過從進入的空氣流中吸收熱量而膨脹成低壓蒸氣制冷劑。低壓蒸氣 制冷劑然后從蒸發(fā)器出口排出并進入壓縮機，在壓縮機處，低壓蒸氣制冷劑被壓縮成高壓 高溫蒸氣。高壓蒸氣制冷劑然后流過冷凝器，在冷凝器處，高壓蒸氣制冷劑通過將熱量釋放 至機動車外部的周圍空氣而冷凝成高壓液體制冷劑。經(jīng)冷凝的高壓液體制冷劑通過膨脹裝 置返回至蒸發(fā)器，膨脹裝置將高壓液體制冷劑膨脹為低壓液體蒸氣制冷劑混合物以重復該 循環(huán)。
[0004] 常規(guī)的蒸發(fā)器包括入口歧管、出口歧管以及液壓連接這兩個歧管的多個制冷劑 管。此外，在入口歧管與出口歧管之間可能存在一個或多個中間歧管，例如回流歧管。通過 蒸發(fā)器的制冷劑的流量，對于R-134a制冷劑而言通常在25kg/h至300kg/h的范圍內(nèi)，主要 取決于機動車的發(fā)動機轉(zhuǎn)速（以每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)（rpm)計）。這是壓縮機直接由發(fā)動機經(jīng)由輔 助皮帶驅(qū)動的結(jié)果；因此，壓縮機速度隨著發(fā)動機rpm而改變。
[0005] 理想的是能夠?qū)上嘀评鋭┚郑ǚ殖傻确荩┲琳舭l(fā)器的制冷劑管以對空氣流進 行均勻冷卻。如果兩相制冷劑以相對高的速度進入入口歧管，則液相制冷劑被液流的動量 攜帶，進一步遠離入口歧管的進口至入口歧管的遠端。因此，最接近入口歧管進口的制冷劑 管主要接收蒸氣相，而靠近入口歧管的遠端的制冷劑管主要接收液相。另一方面，如果兩相 制冷劑以相對低的速度進入入口歧管，則最接近入口歧管進口的制冷劑管主要接收液相， 而靠近入口歧管的遠端的制冷劑管主要接收蒸氣相。較之于體積分數(shù)，在涉及制冷劑的質(zhì) 量分數(shù)時尤其如此。在任一情況下，這會導致流過制冷劑管的制冷劑不均分，使蒸發(fā)器的傳 熱效率降低。
[0006] 液體制冷劑不均分的不良效果是從蒸發(fā)器出來的空氣的溫度圖的偏移。在高的制 冷劑流速下，在入口歧管的遠端處穿過制冷劑管的空氣流溫度低于在靠近入口處穿過制冷 劑管的空氣流溫度。在低的流動速度下，情況相反。出口空氣溫度的偏移和變動模式是不 期望的。首先，它指示低效率的傳熱過程。其次，它妨礙將溫度傳感器適當?shù)囟ㄎ挥谡舭l(fā)器 的下游面上。該溫度傳感器旨在測量空氣的最低溫度，并且它通過在達到設定的最低溫度 時關(guān)閉固定排量壓縮機來控制固定排量壓縮機，從而保護固定排量壓縮機不受損壞。所得 不均勻溫度場（其受制冷劑流動速度影響而改變）使得難以保持HVAC模塊外部的出風口 溫度的均勻平衡。在某些情況下，左出風口溫度和右出風口溫度中的這種失衡引起車輛乘 坐人員的明顯不適。
[0007] 需要這樣一種裝置，不管由內(nèi)在變化的發(fā)動機速度引起的制冷劑流速的變化，該 裝置控制制冷劑流在入口歧管中向制冷劑管均分并保持出風溫度場均勻。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 簡而言之，本發(fā)明的一個方面為具有混合膨脹裝置（HED)的汽車蒸發(fā)器熱交換 器。蒸發(fā)器包括限定沿歧管軸線A延伸的內(nèi)腔的細長入口歧管和延伸進內(nèi)腔的多個制冷劑 管。HED包括一級制冷劑壓降裝置和二級制冷劑壓降裝置，一級制冷劑壓降裝置被構(gòu)造為接 納液相制冷劑并將液相制冷劑膨脹成兩相制冷劑的第一混合物，二級制冷劑壓降裝置設置 在入口歧管中且被構(gòu)造為接納兩相制冷劑的第一混合物并將兩相制冷劑的第一混合物膨 脹成兩相制冷劑的第二混合物，并且將兩相制冷劑的第二混合物均分至所述多個制冷劑管 的開放端。
[0009] -級制冷劑壓降裝置是被構(gòu)造為接納液相制冷劑并將液相制冷劑膨脹成兩相制 冷劑的第一混合物的TXV，所述兩相制冷劑的第一混合物具有質(zhì)量百分比為約75-85%的 液相。二級制冷劑壓降裝置為管，其具有多個孔口，所述多個孔口被構(gòu)造為將兩相制冷劑的 第一混合物膨脹成兩相制冷劑的第二混合物，所述兩相制冷劑的第二混合物具有質(zhì)量百分 比為約65-75%的液相。EOT的內(nèi)徑的優(yōu)選范圍為使得其應足夠大以抑制對制冷劑流的阻 力，在管中少于分配量的制冷劑能夠流至EOT的遠端216,但又足夠小以防止進入的兩相制 冷劑的第一混合物流分離成液體層和蒸氣層。
[0010] 較之于僅具有常規(guī)孔口管的蒸發(fā)器，具有HED的蒸發(fā)器實現(xiàn)了 17%的節(jié)能。具有 HED的蒸發(fā)器還提供無噪聲、溫度均勻分布以及對應于變化的發(fā)動機rpm的快速瞬變制冷 劑流。具有HED的蒸發(fā)器的另一有益效果在于，其消除了對增加壓降并且降低空調(diào)系統(tǒng)性 能的儲液器/干燥器（A/D)的需求。壓縮機的吸入管線中每Ipsi的壓降引起空氣出口溫 度的大約0. 75 T的增加。A/D在高流量下通常增加約3psi壓降。
[0011] 在下文所描述的附圖中，示出了優(yōu)選實施例；然而，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍 的情況下，可對所述優(yōu)選實施例進行各種其他修改以及替代設計和構(gòu)造。
【附圖說明】
[0012] 圖1示出了具有混合膨脹裝置的空調(diào)系統(tǒng)的示意圖。
[0013] 圖2示出了具有混合膨脹裝置的示例性蒸發(fā)器。
[0014] 圖3示出了圖2所示的蒸發(fā)器的入口歧管的剖視圖。
[0015] 圖4示出了圖3的增強型孔口管的剖視圖。
[0016] 圖5為曲線圖，示出了制冷劑的液體體積分數(shù)與蒸氣體積分數(shù)之間的關(guān)系。
【具體實施方式】
[0017] 圖1示出了具有閉合的制冷劑回路12的空調(diào)系統(tǒng)10的示意圖，該閉合的制冷劑 回路12以串聯(lián)方式液壓連接壓縮機14、冷凝器16和蒸發(fā)器100。蒸發(fā)器100包括混合膨 脹裝置（HED) 200,該混合膨脹裝置（HED) 200被構(gòu)造成針對由壓縮機14速度變化引起的 所有工作制冷劑流提供在整個蒸發(fā)器100上的制冷劑均分。HED 200包括一級制冷劑壓 降裝置202,例如恒溫膨脹閥（TXV) 202,以及二級制冷劑壓降裝置204,例如增強型多孔管 (EOT)204。
[0018] 圖2和圖3示出了本發(fā)明的具有HED 200的示例性蒸發(fā)器100。蒸發(fā)器100包括 入口歧管102、出口歧管104以及液壓連接歧管102、104的多個制冷劑管106,用于制冷劑 從入口歧管102向出口歧管104流動。每個制冷劑管106限定供制冷劑在其間流動的U形 路徑，從而使入口歧管102和出口歧管104能夠并排平行地布置。蒸發(fā)器100還可包括與 入口歧管102和出口歧管104液壓連接并隔開的回流歧管105。制冷劑管106的入口開放 端107穿過沿著入口歧管102設置的管槽109插設，用于從入口歧管102向制冷劑管106的 制冷劑流動。入口歧管102和出口歧管104被示為在重力方向上位于制冷劑管106上方。 多個翅片108設置在制冷劑管106之間，以促進制冷劑與環(huán)境空氣流之間的熱交換。制冷 劑管106和翅片108由導熱材料（優(yōu)選地為鋁合金）形成，組裝到歧管102、104上并且銅 焊成蒸發(fā)器熱交換器總成。
[0019] 圖3示出了沿歧管軸線A延伸的蒸發(fā)器100的入口歧管102的剖視圖。入口歧管 102包括用于接納二級制冷劑壓降裝置204的入口端口 110,該二級制冷劑壓降裝置204被 構(gòu)造為與上游的一級制冷劑壓降裝置202協(xié)作以改善制冷劑在蒸發(fā)器100的所有制冷劑管 106上均分。一級制冷劑壓降裝置202將來自冷凝器的液體制冷劑膨脹成兩相制冷劑的第 一混合物，而二級制冷劑壓降裝置204將兩相制冷劑的第一混合物膨脹成兩相制冷劑的第 二混合物。
[0020] 二級制冷劑壓降裝置204可以是設置在由入口歧管102限定的內(nèi)腔103內(nèi)的EOT 204的二級制冷劑壓降裝置，該二級制冷劑壓降裝置基本上沿著內(nèi)腔103的長度延伸并且 基本上平行于歧管軸線A。EOT 204包括入口端214、與入口端214的相對的盲遠端216以 及在入口端214與盲遠端216之間的多個孔口 206。入口端214與上游的一級制冷劑壓降 裝置202直接液壓連接。通常通過將其捕獲于入口歧管102的端封端117中來安裝盲遠端 216。所述多個孔口 206可布置為與歧管軸線A平行的線性陣列，并背向制冷劑管106的入 口開放端107,優(yōu)選地與入口開放端107相差180度并且取向成與重力方向相反。如圖2所 示，車內(nèi)位置為歧管102、104在頂部，回流歧管105在底部，而蒸發(fā)器面112基本上垂直于 地面。在蒸發(fā)器面112朝著地面傾斜（偏離垂直最多至60° )的情況下，仍優(yōu)選的是，EOT 204的孔口 206基本上與重力方向相反。
[0021] 圖1所示的一級制冷劑壓降裝置202可為低壓降TXV(LP-TXV) 202的一級制冷劑 壓降裝置，其被構(gòu)造成在比沒有孔口管的空調(diào)系統(tǒng)的常規(guī)TXV的壓降低的壓降下工作。HED 200提供兩級總壓降，其中，總壓降在LP-TXV202與EOT 204之間分配，且相當于常規(guī)TXV 的壓降。意想不到地發(fā)現(xiàn)，由LP-TXV和EOT協(xié)調(diào)工作提供的受控兩級壓降使得通過蒸發(fā)器 100的制冷劑管106的制冷劑的均分得以改善。
[0022] LP-TXV 202被構(gòu)造為向E0T204提供兩相制冷劑的第一混合物。EOT 204用作保持 與膨脹裝置，其中EOT 204保持并儲積兩相制冷劑的第一混合物，直至進入的混合物的液 體部