專利名稱：在集管中帶有多級流體膨脹的熱交換器的制作方法
技術領域：
本發明大體上涉及熱交換器，其具有在第一集管和第二集管之間延伸的多個平行的管道，這些管道有時也稱為歧管，本發明更具體而言涉及在熱交換器的集管中提供流體膨脹，從而改善通過熱交換器的平行管道的兩相流的分布，所述熱交換器包括例如制冷劑壓縮系統中的熱交換器。
背景技術：
制冷劑蒸氣壓縮系統在本領域中是眾所周知的。利用制冷劑蒸氣壓縮循環的空調裝置和熱泵通常用于冷卻或者冷卻/加熱供應于氣候受控的舒適區域如住所、辦公樓、醫院、學校、飯店或其它場所中的空氣。制冷劑蒸氣壓縮系統通常還用于冷卻空氣或其它輔助流體，從而為諸如超市、便利店、雜貨店、自助餐廳、飯店以及其它食品服務機構的陳列柜中的食品和飲料提供制冷環境。
傳統上說，這些制冷劑蒸氣壓縮系統包括形成制冷劑流相連通的壓縮機、冷凝器、膨脹裝置和蒸發器。前述的基本的制冷劑系統部件通過閉合的制冷劑回路中的制冷劑管路而互連起來，并根據所采用的蒸氣壓縮循環來進行設置。膨脹裝置通常是膨脹閥或固定開孔式計量裝置，例如開孔或毛細管，其設置在制冷劑管路中，相對于制冷劑流體位于制冷劑回路中的蒸發器上游和冷凝器下游的位置。膨脹裝置工作，而使經過制冷劑管路的液體制冷劑膨脹，制冷劑從冷凝器至蒸發器運行至較低的壓力和溫度。為此，通過膨脹裝置的液體制冷劑的一部分膨脹成蒸氣。結果，在這類傳統的制冷劑蒸氣壓縮系統中，進入蒸發器的制冷劑流體構成了兩相混合物。液體制冷劑和蒸氣制冷劑的具體百分比依賴于所采用的具體膨脹裝置和所使用的制冷劑，例如R12，R22，R134a，R404A，R410A，R407C，R717，R744或其它可壓縮的流體。
在某些制冷劑蒸氣壓縮系統中，蒸發器是平行管道式熱交換器。這種熱交換器具有由多個管道提供的多個平行的制冷劑流路徑，這些管道以平行關系在入口集管和出口集管之間延伸。入口集管從制冷劑回路中接受制冷劑流體，并將其分布到通過熱交換器的多個流路徑中。出口集管用于匯集離開相應的流路徑時的制冷劑流體，并將匯集的流體引導回制冷劑管路中，以便返回到單通道熱交換器的壓縮機中，或通過多通道熱交換器的另一組熱交換管道。
在歷史上，用于這種制冷劑壓縮系統的平行管道式熱交換器使用通常具有1/2英寸，3/8英寸或7毫米直徑的圓形管道。最近，在制冷劑蒸氣壓縮系統的熱交換器中使用了平的、矩形的或橢圓形的多通道式管道。每個多通道式管道具有多個縱向平行于管道長度而延伸的流動通道，每個通道提供了具有較小橫截面流通面積的制冷劑路徑。這樣，熱交換器具有在熱交換器的入口和出口集管之間以平行關系延伸的多通道式管道，這種熱交換器將具有相對較大量的在兩個集管之間延伸的具有較小橫截面流通面積的制冷劑路徑。相反，平行管道式熱交換器和傳統的圓形管道將具有相對較少數量的在入口和出口集管之間延伸的大流通面積的流路徑。
兩相制冷劑流體的非均勻分布，也稱為分布不均，是平行管道式熱交換器中普遍存在的問題，它會對熱交換器效率產生負面影響。除了其它因素以外，兩相分布不均的問題主要是由于存在于入口集管的氣相制冷劑和液相制冷劑由于制冷劑通過上游膨脹裝置的膨脹而引起的密度差異而造成的。
在Repice等人的美國專利No.6,502,413中公開了一種對通過蒸發式熱交換器的平行管道的制冷劑流體分布進行控制的方法。在所公開的制冷劑蒸氣壓縮系統中，來自冷凝器的高壓液體制冷劑在熱交換器入口集管上游的傳統直列式膨脹裝置中部分地膨脹成為較低壓力的制冷劑。另外，在連接于管道入口下游的入口集管上的各管道上設有限流部分，例如設置在管道中的簡單縮窄部位或內部的開孔板，使制冷劑進入管道之后膨脹成低壓的液體/蒸氣制冷劑的混合物。
在Kanzaki等人的日本專利No.JP4080575中公開了另一種控制通過蒸發式熱交換器的平行管道的制冷劑流體分布的方法。在所公開的制冷劑蒸氣壓縮系統中，來自冷凝器的高壓液體制冷劑在傳統的直列式膨脹裝置中也部分地膨脹成為熱交換器分布腔上游的較低壓力的制冷劑。具有多個開孔的板件在分布腔上延伸。當較低壓力的制冷劑通過開孔時，制冷劑在板的下游和相應管道通向腔室的入口的上游膨脹成為低壓的液體/蒸氣混合物。
Massaki等人的日本專利No.6241682公開一種用于熱泵的并流管道式熱交換器，其中，連接在入口集管上的每個多通道式管道的輸入端受擠壓，而在每個管道入口的下游形成部分限流的限制部位。Hiroaki等人的日本專利No.JP8233409公開了一種并流管道式熱交換器，其中多個平的多通道式管道連接在一對集管之間，每個集管具有在制冷劑流動方向上的流通面積減小的內部區域，其作為一種措施以用于將制冷劑均勻地分布到相應的管道上。Yasushi的日本專利No.JP2002022313公開了一種通過入口管道將制冷劑供應至集管中的平行管道式熱交換器，入口管道沿集管的軸延伸而端接在集管的末端，從而使兩相制冷劑流體在通過入口管道而進入位于入口管道外表面和集管內表面之間的環狀通道時并不分開。因此，兩相制冷劑流體流入通向環狀通道的每個管道內。
在相對較大量的具有較小橫截面流通面積的制冷劑流路徑中獲得均勻的制冷劑流體分布，這甚至比其在傳統圓形管道的熱交換器中實現這一點要更加困難，并且可能會顯著地減小熱交換器的效率。
發明概述本發明的總體目的是減輕熱交換器中的流體流動分布不均勻，這種熱交換器具有多個在第一集管和第二集管之間延伸的多通道式管道。
本發明一個方面的目的是減少制冷劑蒸氣壓縮系統的熱交換器中的制冷劑流動分布不均勻，這種熱交換器具有多個在第一集管和第二集管之間延伸的多通道式管道。
本發明一個方面的目的是將制冷劑以相對較均勻的方式分布到多通道式管道陣列中的單個的通道內。
本發明另一方面的目的是，在具有多個多通道式管道的制冷劑蒸氣壓縮系統的熱交換器中，當制冷劑流體從集管流向多通道式管道陣列的單個的通道中時，提供制冷劑的分布和膨脹。
在本發明的一個方面，所提供的熱交換器具有集管，其限定了用于接受流體的腔室以及至少一個熱交換管道，所述至少一個熱交換管道具有多個從中穿過的從管道入口端至出口端的流體流路徑，并具有通向所述多個流體流路徑的入口開孔。所提供的連接器具有入口端和出口端，并在其入口端限定了與集管的流體腔室流體流相通的入口腔，在其出口端限定了與所述至少一個熱交換管道的入口開孔流體流相通的出口腔，以及中間腔，所述中間腔限定了在所述入口腔和所述出口腔之間的流路徑。流路徑具有多個串聯(series)設置的間隔開的限流孔。從集管流向所述至少一個熱交換管道流動通道的流體將在通過限流孔時發生一系列的流體膨脹，限流孔設在通過連接器的流路徑中。在一個實施例中，每個限流孔是直壁的圓柱形開孔。在另一實施例中，每個限流孔是成型的(profiled)開孔。
在本發明的另一方面，制冷劑蒸氣壓縮系統包含形成制冷劑流體流相連通的壓縮機、冷凝器和蒸發式熱交換器，從而使高壓制冷劑蒸氣通過壓縮機進入冷凝器，高壓制冷劑液體通過冷凝器進入蒸發式熱交換器，低壓制冷劑蒸氣通過蒸發式熱交換器而進入壓縮機。蒸發式熱交換器包括入口集管和出口集管，以及多個在集管之間延伸的熱交換管道。入口集管限定了用于從制冷劑回路中接受液體制冷劑的腔室。每個熱交換管道具有入口端、出口端，以及多個從管道入口端的入口開孔延伸至出口端的出口開孔的流體流路徑。所提供的連接器具有入口端和出口端，并在其入口端限定了與集管的流體腔室流體流相通的入口腔，在其出口端限定了與至少一個熱交換管道的入口開孔流體流相通的出口腔，以及中間腔，所述中間腔限定了在所述入口腔和所述出口腔之間的流路徑。所述流路徑具有多個串聯設置的間隔開的限流孔。從集管流向熱交換管道的流動通道的流體將在通過限流孔時發生一系的列流體膨脹，限流孔設在通過連接器的流路徑中。在一個實施例中，每個限流孔是直壁的圓柱形開孔。在另一實施例中，每個限流孔是成型的開孔。
在本發明的又一方面，所提供的制冷劑蒸氣壓縮系統具有在制冷劑回路中形成流體流相連通的壓縮機、第一熱交換器和第二熱交換器。當該系統在冷卻模式下工作時，制冷劑在第一方向上循環，即，從壓縮機通過用作冷凝器的第一熱交換器，而后通過用作蒸發器的第二熱交換器，并返回到壓縮機。當該系統在加熱模式下工作時，制冷劑在第二方向上循環，即，從壓縮機通過現在用作冷凝器的第二熱交換器，而后通過現在用作蒸發器的第一熱交換器，并返回到壓縮機。每個熱交換器都具有第一集管、第二集管和至少一個熱交換管道，所述至少一個熱交換管道限定了多個在管道的第一端和管道的第二端之間延伸的分立的流體流路徑。
在一個實施例中，第二熱交換器包括連接器，所述連接器具有入口端和出口端，并限定了位于其入口端的入口腔，位于其出口端的出口腔，以及中間腔，所述中間腔限定了在入口腔和出口腔之間的流路徑。所述連接器的入口腔與第一集管流體流相通，出口腔與熱交換管道的多個分立的流體流路徑形成流體流相通。所述流路徑包括多個串聯設置的間隔開的限流孔，其適于在沿第一方向流動的制冷劑中產生相對較大的壓力降，并在沿第二方向流動的制冷劑中產生相對較小的壓力降。
在一個實施例中，第一熱交換器包括連接器，所述連接器具有入口端和出口端，并在其入口端限定了與第二集管的流體腔室流體流相通的入口腔，在其出口端限定了與至少一個熱交換管道分立的流體流路徑相通的出口腔，以及中間腔，所述中間腔限定了所述入口腔和所述出口腔之間的流路徑。所述流路徑包括多個串聯設置的間隔開的限流孔，其適于在沿第一方向流動的制冷劑中產生相對較小的壓力降，并在沿第二方向流動的制冷劑中產生相對較大的壓力降。
附圖簡介為了進一步理解本發明的這些目的，以下將參照下文中將結合附圖來閱讀的本發明的詳細描述，在附圖中
圖1是根據本發明的熱交換器的一個實施例的透視圖；圖2是沿圖3的剖面線2-2局部剖開的平面圖；圖3是沿圖1的剖面線3-3的剖視圖；圖4是沿圖3的剖面線4-4的剖視圖；圖5是根據本發明的熱交換器的一個備選實施例的局部剖開的正視圖；圖6是沿圖5的剖面線6-6的剖視圖；圖7是根據本發明的熱交換器的另一實施例的局部剖開的正視圖；圖8是沿圖7的剖面線8-8的剖視圖9是顯示了圖8所示連接器的一個備選實施例的剖視圖；圖10是沿圖9的剖面線10-10的剖視圖；圖11是顯示了圖6所示連接器的一個備選實施例的剖視圖；圖12是包含本發明的熱交換器的制冷劑蒸氣壓縮系統的示意圖；圖13是根據本發明的多通道蒸發器的一個實施例的局部剖開的正視圖；圖14是根據本發明的多通道冷凝器的一個實施例的局部剖開的正視圖。
本發明的詳細描述以下將參照圖1和2中所示的多通道式管道熱交換器的示例性單通道平行管道的實施例，來描述本發明的熱交換器10。在圖1和圖2所示的熱交換器10的示例性實施例中，顯示了熱交換管道40以軸向間隔開的平行關系來設置，其通常在大致水平延伸的入口集管20和大致水平延伸的出口集管30之間垂直地延伸。然而，所示的實施例是示例性的，而并不限制本發明。應該理解，這里所介紹的本發明可以熱交換器10的各種其它結構來實現。例如，熱交換管道可以平行的關系進行設置，通常在大致垂直延伸的入口集管和大致垂直延伸的出口集管之間水平地延伸。作為又一示例，熱交換器可具有不同直徑的環形入口集管和環形出口集管，熱交換管道在環形集管之間略微徑向向內地或略微徑向向外地延伸。熱交換管道還可設置成平行管道的多通道的實施例，如后文參照圖13和14詳細所述。
熱交換器10包括入口集管20、出口集管30和多個縱向延伸的多通道的熱交換管道40，從而在入口集管20和出口集管30之間提供了多個流體流路徑。每個熱交換管道40具有在一端通過連接器50與入口集管20流體流相通的入口，以及在其另一端與出口集管30流體流相通的出口。每個熱交換管道40具有多個沿縱向延伸、即沿著管道軸線或管道長度而延伸的平行流動通道42，從而在管道入口和管道出口之間提供了多個獨立的平行的流路徑。每個多通道式熱交換管道40是具有例如矩形或橢圓形截面的“平”管道，其內部被分割而形成獨立的流動通道42的并列陣列。例如，同現有技術的具有1/2英寸，3/8英寸或7mm直徑的傳統圓形管道相比而言，這種平的多通道式管道40可具有五十毫米或更小，通常為十二至二十五毫米的寬度，以及大約兩毫米或更小的高度。圖中為了簡便和顯示清晰的目的，顯示了管道40具有十二條通道42，其限定了具有圓形橫截面的流路徑。然而應該懂得，在商業應用中，例如在制冷劑蒸氣壓縮系統中，每個多通道式管道40通常都具有大約十至二十個流動通道42，但是根據需要，也可具有更多或更少的多個通道。通常，每個流動通道42將具有被定義為流通面積除以周長的四倍，處于大約200微米至大約3毫米范圍內的液壓直徑。雖然圖中顯示為具有圓形的橫截面，但是，通道42可具有矩形、三角形、梯形的橫截面或者任何其它所需的非圓形橫截面。
現在尤其參照圖3-8，熱交換器10的多個熱交換管道40各自將其入口端43插入到連接器50中，而非直接插入到入口集管20中所限定的腔室25中。每個連接器50插入相應的槽口26中，槽口26設于入口集管20中，并通過入口集管20的壁、連接器50的入口端52插入其相應的槽口中。每個連接器可銅焊、焊接、錫焊、粘合、擴散粘接或固定在其相應集管20的壁上的配合槽口中。每個連接器50具有入口端52和出口端54，并限定了從入口端52延伸至出口端54的流體流路徑。入口端52通過入口腔51而與入口集管20的腔室25流體流相通。出口端54通過出口腔53而與通道42的入口開孔41流體流相通，相關的傳熱管道40容納在通道42中。
每個連接器50限定了包括入口腔51、出口腔53和中間段的流路徑，該中間段從位于連接器入口端52處的入口腔51延伸到位于連接器出口端54處的出口腔53。匯集在集管20的流體腔室25中的流體從這里進入到入口腔51中，而后通過中間段并通過出口腔53，以便分布到熱交換管道40的單個的通道42中。通過每個連接器50的流路徑的中間段設有至少兩個用作膨脹孔的限流孔56。該至少兩個限流孔56相對于流過中間段的流體而串聯地設置。膨脹腔57設置在每一對順序陣列地排列的限流孔56之間。膨脹腔57可具有大約等于或至少與入口腔51的橫截面流通面積同一等級的橫截面流通面積。另一方面，限流孔56具有同膨脹腔57的橫截面流通面積相比而相對較小的橫截面流通面積。
當從集管20的腔室25排出的流體流過中間段時，流體在通過每個限流孔56時發生膨脹。這樣，在流體進入連接器的出口腔53中之前，流體將發生與限流孔數量相匹配的多級膨脹，以便分布到與連接器相關的熱交換管道40的通道42中，所述限流孔設于通過連接器50的流路徑中。因為所述限流孔所產生的流體流中的壓力降是由于流體在限流孔的入口和出口上的動量交換而產生的，所以，限流孔所產生的流體壓力降與限流孔直徑或尺寸成反比，孔越大，所產生的壓力降較低。由于流體發生多級膨脹、即根據本發明發生至少兩級膨脹，因此，如果想要通過單個開孔來獲得相同程度的膨脹，那么可將單個限流孔56加工成比所必需的限流孔略大些。此外，利用與每個傳熱管道40操作式地相關聯的連接器50，限流孔56就為從集管20的腔室25流入每個連接器50的出口腔53中的流體提供了相對均勻的壓力降，從而確保與集管20操作式地相關聯的單個的管道40之中形成相對均勻的流體分布。
在圖3-6所示的實施例中，集管20包括縱向伸長的、空心的、端部封閉的管，其具有圓形的橫截面。在圖3和4的實施例中，連接器50只延伸到集管20的腔室25中略微超過集管一半直徑的位置，其中入口腔51與集管20的相對內表面間隔開。匯集在集管20中的流體不受限制地流入到入口腔51中。在圖5和6的實施例中，連接器50延伸到集管20的腔室25中并穿過腔室25，使得連接器50的入口端52的側邊抵靠在集管20的相對內表面上，以獲得進一步的支撐。由于入口端52的側邊與集管20的相對內表面接觸，因此，就在連接器50的入口腔51與集管20的內表面之間由于集管20的壁的曲率而形成了空間65。匯集在集管20中的流體從腔室流過這個空間65，而進入集管20的入口腔51中。
在圖7-8所示的實施例中，集管20包括縱向伸長的、空心的、端部封閉的管道，其具有矩形或方形的橫截面。連接器50延伸到集管20的腔室25中，通過腔室25使得連接器50的入口端52與集管20的相對內表面接觸并抵靠在這個內表面上。一個或多個入口孔58設于連接器50的入口端52的側壁上，收集在集管20中的流體通過這些入口孔58而從腔室25流入集管20的入口腔51中。每個入口孔58在尺寸上可設置成用作限流孔56上游的膨脹孔，以便提供流體進入連接器50的入口腔51中時的初始膨脹。
在圖3-8所示的連接器50的實施例中，為了在入口腔51和出口腔53之間提供交替的限流孔56和膨脹腔57的串聯設置，可利用傳統的鑄造工藝來形成連接器50。在圖9和10所示的連接器50的實施例中，通過擠壓工藝生產出平的矩形管道，并且通過壓制或沖壓工藝生產出間隔開的限流孔56，從而形成連接器50。通過使用壓制或沖壓工藝，限流孔56被成形為成型的開孔，而非直壁的圓柱形孔。
現在參照圖12，其示意性地顯示了制冷劑蒸氣壓縮系統，制冷劑蒸氣壓縮系統具有壓縮機60，用作冷凝器的熱交換器10A，以及用作蒸發器的熱交換器10B，它們通過制冷劑管路12，14和16而連接在閉合環路的空調冷卻模式下的制冷劑回路中。如同在傳統的制冷劑蒸氣壓縮系統中那樣，壓縮機60使熱的高壓制冷劑蒸氣通過制冷劑管路12而進入冷凝器10A的集管120中，從而通過冷凝器10A的熱交換管道40，其中，當熱的制冷劑蒸氣通過冷凝器風扇70而與冷卻流體、例如在熱交換管道40上方經過的周圍空氣發生熱交換時，熱的制冷劑蒸氣就冷凝成液體。高壓液體制冷劑匯集在冷凝器10A的集管130中，從而通過制冷劑管路14而流向蒸發器10B的集管20中。制冷劑由此而通過蒸發器10B的熱交換管道40，其中，當制冷劑通過蒸發器風扇80而與熱交換管道40上方經過的待冷卻空氣發生熱交換時，制冷劑被加熱。制冷劑蒸氣匯集在蒸發器10B的集管30中，并由此通過制冷劑管路16，通過壓縮機60的吸入口返回到壓縮機60中。
冷凝的制冷劑液體從冷凝器10A直接進入蒸發器10B，而沒有通過膨脹裝置。這樣，在這個實施例中，制冷劑通常以高壓、僅為液相的制冷劑形式而進入蒸發式熱交換器10B的集管20中。當制冷劑通過限流孔56和入口孔58(如果設置了的話)時，將只在本發明的蒸發器10B中發生制冷劑膨脹，從而確保了僅僅在制冷劑作為單相液體以基本均勻的方式分布到通向集管20的熱交換管道40中之后，才發生膨脹。
現在參看圖13，在多通道的蒸發器實施例中顯示了本發明的熱交換器10。在所示的多通道實施例中，集管20被分隔成第一腔室20A和第二腔室20B，集管30也被分隔成第一腔室30A和第二腔室30B，并且熱交換管道40被分隔成三組40A，40B和40C。第一管組40A的熱交換管道具有插入到相應連接器50A中、且通向集管20的第一腔室20A的入口端，以及通向集管30的第一腔室30A的出口端。第二管組40B的熱交換管道具有插入到相應連接器50B中、并通向集管30的第一腔室30A的入口端，以及通向集管20的第二腔室20B的出口端。第三管組40A的熱交換管道具有插入到相應連接器50C中、并通向集管20的第二腔室20B的入口端，以及通向集管30的第二腔室30B的出口端。通過這種方式，從制冷劑管路14進入熱交換器中的制冷劑與經過熱交換管道40外部的空氣發生三次熱交換，而非在單通道熱交換器情形下的一次熱交換。根據本發明，第一、第二和第三管組40A，40B和40C中每個管道的入口端43都插入到其相關連接器50的出口端54中，這樣，每個管道40的通道42將接受相對均勻分布的膨脹的制冷劑液體/蒸氣混合物。制冷劑的分布和膨脹發生在制冷劑從集管通過連接器50時，不僅發生在制冷劑進入第一管組40A時，而且還發生在制冷劑進入第二管組40B和進入第三管組40C時，從而確保制冷劑液體/蒸氣在進入每個管組管道的流動通道時的更均勻分布。
現在參看圖14，顯示了在多通道冷凝器實施例中的本發明的熱交換器10。在所示的多通道實施例中，集管120被分隔成第一腔室120A和第二腔室120B，集管130也被分隔成第一腔室130A和第二腔室130B，并且熱交換管道140被分隔成三組140A，140B和140C。第一管組140A的熱交換管道具有通向集管120的第一腔室120A的入口端，以及通向集管130的第一腔室130A的出口端。第二管組140B的熱交換管道具有插入到相應連接器50B中、并通向集管130的第一腔室130A的入口端，以及通向集管120的第二腔室120B的出口端。第三管組140C的熱交換管道具有插入到相應連接器50C中、并通向集管120的第二腔室120B的入口端，以及通向集管130的第二腔室130B的出口端。通過這種方式，從制冷劑管路12進入冷凝器的制冷劑與流經熱交換管道140外部的空氣發生三次熱交換，而非在單通道熱交換器情形下的一次熱交換。進入集管120的第一腔室120A中的制冷劑完全是經由制冷劑管路14從壓縮機出口引出的高壓制冷劑蒸氣。然而，進入第二管組和第三管組的制冷劑通常將會是液體/蒸氣的混合物，因為制冷劑在通過第一和第二管組時將會發生部分冷凝。根據本發明，第二和第三管組140B，140C中每個管道的入口端都插入到其相關連接器50B，50C的出口端中，這樣，每個管道的通道42將接受相對均勻分布的膨脹的制冷劑液體/蒸氣混合物。顯然，必須注意，通過每個連接器50的限流孔56的壓力降必須被限制為不超過冷凝器應用的預定閾值，以便不會影響熱交換器的效率。此外，本領域中的普通技術人員應該懂得，用于冷凝器和蒸發器的其它多通道裝置也屬于本發明的范圍內。
應該懂得，雖然圖13和14中顯示了在多通道熱交換器10的每個管組中具有相等數量的熱交換管道，但是這個數量可以根據蒸氣和液體制冷劑通過具體管組的相對量而變化。通常，制冷劑混合物中的蒸氣含量越高，則在那個特定管組中所包括的熱交換管道的數量就越大，以確保通過管組的合適壓力降。
在這里所示和所述的本發明的熱交換器的實施例中，入口集管20包括縱向伸長的、空心的、端部封閉的管道，其具有圓形的橫截面或矩形的橫截面。然而，入口集管和出口集管都不局限于所示的配置。例如，集管可包括縱向伸長的、空心的，端部封閉的管道，其具有橢圓的橫截面、六角形的橫截面、八邊形的橫截面、或其它形狀的橫截面。
雖然圖12中所示的典型的制冷劑蒸氣壓縮循環是簡化的冷卻模式下的空調循環，但是應該懂得，本發明的熱交換器可用于各種設計的制冷劑蒸氣壓縮系統，包括但不局限于熱泵循環、節約循環和制冷循環。例如，為了在熱泵循環中使用圖12的熱交換器10A和10B，必須將熱交換器10A設計成當熱泵循環在冷卻模式下工作時用作冷凝器，并且當熱泵循環在加熱模式下工作時用作蒸發器，而熱交換器10B必須設計成當熱泵循環在冷卻模式下工作時用作蒸發器，并且當熱泵循環在加熱模式下工作時用作冷凝器。為了便于在熱泵循環中使用本發明的熱交換器，如圖11所示，限流孔56是帶型面的，而非直壁式的。通過使限流孔形成一定的型面，通過限流孔56的壓力降大小將取決于制冷劑通過限流孔的方向。
針對屬于熱泵應用中的戶外熱交換器的熱交換器10A而言，當熱泵循環在冷卻模式下工作時，制冷劑將沿方向4通過限流孔，并且熱交換器10A用作冷凝器，而當熱泵循環在加熱模式下工作時，制冷劑將沿方向2通過限流孔，并且熱交換器10A用作蒸發器。相反，針對屬于熱泵應用中的室內熱交換器的熱交換器10B而言，當熱泵循環在冷卻模式下工作時，制冷劑將沿方向2通過限流孔，并且熱交換器10B用作蒸發器，而當熱泵循環在加熱模式下工作時，制冷劑將沿方向4通過限流孔，并且熱交換器10B用作冷凝器。因此，當熱交換器10A，10B中任一個用作蒸發器時，制冷劑都沿方向2通過限流孔，并且將通過一對銳邊孔，這將導致相對較大的壓力降。然而，當熱交換器10A，10B中任一個用作冷凝器時，制冷劑都沿方向4通過限流孔，并且將通過一對成型孔，這將導致相對較小的壓力降。此外，當熱交換器用作蒸發器時，膨脹發生在制冷劑經過熱交換管道之前，而當熱交換器用作冷凝器時，膨脹發生在制冷劑已通過熱交換管道之后。
雖然已經參照圖中所示的優選模式具體顯示并描述了本發明，但是本領域中的技術人員應該理解，在不脫離所附權利要求所限定的本發明的精神和范圍的條件下，可進行各種細節的變化。
權利要求
1.一種熱交換器，包括集管，其限定了用于收集流體的流體腔室；和至少一個熱交換管道，其限定了從中穿過的多個分立的流體流路徑，并具有通向所述多個流體流路徑的入口開孔；和連接器，其具有入口端和出口端，并且在所述入口端限定了與所述集管的流體腔室流體流相通的入口腔，在所述出口端限定了與所述至少一個熱交換管道的所述入口開孔流體流相通的出口腔，以及中間腔，所述中間腔限定了在所述入口腔和所述出口腔之間的流路徑，所述流路徑中具有多個串聯設置的間隔開的限流孔。
2.根據權利要求1所述的熱交換器，其特征在于，所述多個限流孔的每個限流孔包括膨脹孔。
3.根據權利要求2所述的熱交換器，其特征在于，所述多個限流孔的每個限流孔包括直壁式的圓柱形開孔。
4.根據權利要求2所述的熱交換器，其特征在于，所述多個限流孔的每個限流孔包括成型的開孔。
5.根據權利要求1所述的熱交換器，其特征在于，所述至少一個熱交換管道具有平的矩形橫截面。
6.根據權利要求1所述的熱交換器，其特征在于，所述多個通道中的每一個限定了具有非圓形橫截面的流路徑。
7.根據權利要求6所述的熱交換器，其特征在于，所述多個通道中的每一個限定了選自矩形、三角形或梯形的橫截面的流路徑。
8.根據權利要求1所述的熱交換器，其特征在于，所述多個通道中的每一個通道限定了具有圓形橫截面的流路徑。
9.一種制冷劑蒸氣壓縮系統，包括在制冷劑回路中流體流相通地相連的壓縮機、冷凝器和蒸發式熱交換器，這樣，高壓制冷劑蒸氣從所述壓縮機進入所述冷凝器，高壓制冷劑從所述冷凝器進入所述蒸發式熱交換器，并且低壓制冷劑蒸氣從所述蒸發式熱交換器進入所述壓縮機；其特征在于，所述蒸發式熱交換器包括各自與制冷劑回路流體流相通的入口集管和出口集管，所述入口集管限定了用于從制冷劑回路中接受制冷劑的腔室；至少一個熱交換管道，其具有入口開孔和出口開孔，并且具有多個從所述入口開孔延伸到所述出口開孔的分立的流體流路徑，所述出口開孔與所述出口集管流體流相通；和連接器，其具有入口端和出口端，并且在所述入口端限定了與所述集管的流體腔室形成流體流相通的入口腔，在所述出口端限定了與所述至少一個熱交換管道的所述入口開孔流體流相通的出口腔，以及中間腔，所述中間腔限定了在所述入口腔和所述出口腔之間的流路徑，所述流路徑中具有多個串聯設置的間隔開的限流孔。
10.根據權利要求9所述的熱交換器，其特征在于，所述多個限流孔的每個限流孔包括膨脹孔。
11.根據權利要求10所述的熱交換器，其特征在于，所述多個限流孔的每個限流孔包括直壁式的圓柱形開孔。
12.根據權利要求10所述的熱交換器，其特征在于，所述多個限流孔的每個限流孔包括成型的開孔。
13.根據權利要求9所述的制冷劑蒸氣壓縮系統，其特征在于，所述至少一個熱交換管道具有平的矩形橫截面。
14.根據權利要求9所述的制冷劑蒸氣壓縮系統，其特征在于，所述熱交換器包括單通道的熱交換器。
15.根據權利要求9所述的制冷劑蒸氣壓縮系統，其特征在于，所述熱交換器包括多通道的熱交換器。
16.根據權利要求9所述的制冷劑蒸氣壓縮系統，其特征在于，所述熱交換器包括冷凝器。
17.根據權利要求9所述的制冷劑蒸氣壓縮系統，其特征在于，所述熱交換器包括蒸發器。
18.一種制冷劑蒸氣壓縮系統，包括在制冷劑回路中流體流相通地相連的壓縮機、第一熱交換器和第二熱交換器，這樣，制冷劑在冷卻模式下沿著第一方向進行循環，即從所述壓縮機通過所述第一熱交換器，之后通過所述第二熱交換器并返回所述壓縮機，并且在加熱模式下沿著第二方向進行循環，即從所述壓縮機通過所述第二熱交換器，之后通過所述第一熱交換器并返回所述壓縮機；其特征在于，所述第二熱交換器包括各自與制冷劑回路流體流相通的第一集管和第二集管，所述第一集管限定了流體腔室，其用于從制冷劑回路中接受沿第一方向流動的制冷劑，所述第二集管限定了腔室，其用于從制冷劑回路中接受沿第二方向流動的制冷劑；至少一個熱交換管道，其具有第一端和第二端以及在所述第一端和所述第二端之間延伸的多個分立的流體流路徑，所述多個分立的流體流路徑在所述第一集管的流體腔室和所述第二集管的流體腔室之間形成流體流相通；連接器，其具有入口端和出口端，并且在所述入口端限定了與所述第一集管的流體腔室流體流相通的入口腔，在所述出口端限定了與所述至少一個熱交換管道的多個分立的流體流路徑流體流相通的出口腔，以及在所述入口腔和所述出口腔之間限定了流路徑的中間腔，所述流路徑中具有多個串聯設置的間隔開的限流孔，其適于在沿第一方向流過的制冷劑中產生相對較大的壓力降，并在沿第二方向流過的制冷劑中產生相對較小的壓力降。
19.一種制冷劑蒸氣壓縮系統，包括在制冷劑回路中流體流相通地相連的壓縮機、第一熱交換器和第二熱交換器，這樣，制冷劑在冷卻模式下沿第一方向進行循環，即從所述壓縮機通過所述第一熱交換器，之后通過所述第二熱交換器并返回所述壓縮機，并且在加熱模式下沿第二方向進行循環，即從所述壓縮機通過所述第二熱交換器，之后通過所述第一熱交換器并返回所述壓縮機；其特征在于，所述第一熱交換器包括各自與制冷劑回路流體流相通的第一集管和第二集管，所述第一集管限定了流體腔室，其用于從制冷劑回路中接受沿第一方向流動的制冷劑，所述第二集管限定了腔室，其用于從制冷劑回路中接受沿第二方向流動的制冷劑；至少一個熱交換管道，其具有第一端和第二端以及在所述第一端和所述第二端之間延伸的多個分立的流體流路徑，所述多個分立的流體流路徑在所述第一集管的流體腔室和所述第二集管的流體腔室之間形成流體流相通；連接器，其具有入口端和出口端，并且在所述入口端限定了與所述第二集管的流體腔室流體流相通的入口腔，在所述出口端限定了與所述至少一個熱交換管道的多個分立的流體流路徑形成流體流相通的出口腔，以及在所述入口腔和所述出口腔之間限定了流路徑的中間腔，所述流路徑中具有多個串聯設置的間隔開的限流孔，其適于在沿第一方向流過的制冷劑中產生相對較小的壓力降，并且在沿第二方向流過的制冷劑中產生相對較大的壓力降。
全文摘要
一種熱交換器，包括在間隔開的集管之間延伸的多個平的多通道式熱交換管道。每個熱交換管道具有與其中一個集管流體流相通的入口端，以及通向另一集管的出口開孔。每個熱交換管道具有多個從其入口端縱向平行地延伸到其出口端的流動通道。多個連接器定位在入口集管和傳熱管道之間，從而限定了流路徑，從而在入口集管和熱交換管道的入口端之間形成流體流相通。兩個或多個限流孔串聯地設置在通過每個連接器的流路徑中，這樣，從入口集管流向相關熱交換管道的流動通道的流體在通過每個限流孔時發生膨脹。
文檔編號F28F9/04GK1961193SQ200580017520
公開日2007年5月9日 申請日期2005年12月28日 優先權日2005年2月2日
發明者M·B·戈爾布諾夫, J·J·桑吉奧文尼, I·B·韋斯曼 申請人:開利公司