熱交換器的制造方法
【專利摘要】本發明涉及一種用于與兩相制冷劑一起使用的熱交換器，所述熱交換器包括進口集管(66)、出口集管和多個制冷劑管(62)，所述多個制冷劑管液壓地連接這些集管。分配器管(68)具有布置在進口集管中的多個孔口(92)，與出口集管相對的制冷劑管的端部在進口集管內延伸并且鄰接分配器管的表面(106)，進口集管的內表面的一部分面對分配器管的表面，并且與所述分配器管的表面一起限定第一室(88)。間隙(94)將分配器管的至少一部分和進口集管分離，該間隙從至少孔口延伸到第一室，其中，至少一個隔離物(96、100)具有通過其形成的至少一個開口(98、102)，所述至少一個隔離物跨著間隙，所述隔離物將孔口與第一室分離。
【專利說明】熱交換器
【技術領域】
[0001]本公開涉及可用于HVAC&R系統的熱交換器。更具體地，本公開涉及用于與微通道或多通道或制冷劑管一起使用的熱交換器。
【背景技術】
[0002]用于兩相制冷劑蒸發以用于例如借助加熱、通風、空調和制冷(HVAC&R)系統進行空氣冷卻和/或空氣或氣體除濕的熱交換器歷史上已經遇到巨大挑戰，其要求定制設計構造成適當地操作，同時實現可接受的熱性能，但又防止諸如油阻塞、不穩定操作、部分載荷操作低效、破壞壓縮機的液體穿過的不利操作條件和其它不期望的條件。在已知的熱交換器10中，所述熱交換器10具有傳統的散熱片和管式蒸發器盤管或管，如圖1中所示，具有供料管14的制冷劑分配器12用于將制冷劑提供到盤管中的各個管16或管組16中。制冷劑速度、管16的尺寸和/或增大、管16中的總壓降試圖與包括供料管14的分配器12結合設置以實現等同的或足夠的制冷劑分配到熱交換器10中，盡管在不利的操作條件下操作，但是也防止油滴出或油間斷，防止制冷劑阻塞和涌動。控制閥(未示出)基于蒸發器溫度、壓力和/或經由制冷劑出口集管24的出口 22離開熱交換器10的過熱的制冷劑20來控制注射到熱交換器10中的制冷劑的量。
[0003]在圖2和圖3中大致示出堆疊的、釬焊的板式熱交換器26，其典型地用作用于流體冷卻的制冷劑蒸發器。壓紋板28被堆疊起來，相鄰的板限定用于制冷劑20流動的流體通道，以便使在制冷劑進口 34與制冷劑出口 36之間的每隔一個的流體通道成為制冷劑通道，其用于冷卻流過流體進口 38與流體出口 40之間的相對應的流體通道的流體30。然后，制冷劑分配管或分配器管32插入制冷劑進口 34中。分配器管32具有孔口，所述孔口沿著分配器管32的下部分定位并且沿著與制冷劑20的主要流動方向44(圖2和圖4)基本相反的方向指向下方，以便使制冷劑20在轉彎和沿著主要流動方向44流動之前從制冷劑分配器管32沿著初始流動方向46從孔口 42排出。該用于釬焊的板式熱交換器的分配器管構造自從上個世紀90年代初就已經在美國售賣了。
[0004]圖4是基于實際的照片繪制的視圖，其示出板式熱交換器26的下段的、沿著圖3的線4-4得到的剖視圖，該圖示出制冷劑進口 34和流體出口 40。與制冷劑進口 34 —起示出的是具有0.08英寸(2mm)的孔口 42的分配器管32和板通道48。當操作時，制冷劑20進入制冷劑進口 34并且在分配器管32的內部行進，制冷劑流通過孔口 42被計量或控制并且進入熱交換器通道48，所述熱交換器通道48被交替形成在相鄰的板28之間。在進入熱交換器通道48時，初始制冷劑流動方向46(圖2)沿著與主要流動方向44基本相反的方向轉彎以沿著傳熱表面39朝向制冷劑出口 36(圖2)流入板通道48中。圖4示出在板端口開口 52與分配器管32的外徑54之間的空隙50。在后一種方案中，分配器管32的外徑54緊密配合在板端口開口 52內。孔口 42相對于主要制冷劑流動方向44的方向(12點鐘方向)典型地定位在6點鐘方向或5點鐘方向。
[0005]在釬焊的板中的其它創新之處包括被沖壓到板或板端口中的凹陷部件。另一個創新之處是使用燒結金屬的管，所述燒結金屬的管當插入板堆的制冷劑進口中時，提供霧化，鮮有成功。雖然利用管的熱交換器裝置已經改進了制冷劑分配，但是仍然有多個挑戰。這些挑戰包括在滿載荷和部分載荷下的油滴出、在部分載荷下的不一致或低于預期的性能、操作穩定性以及與制冷劑注射相關聯的限度，其限制了可以在板式熱交換器中有效地使用的板的數量和深度。
[0006]如在本【技術領域】中已知的，具有超小的多端口開口的扁平管的發展當構造為用于在空氣冷卻或除濕系統中冷卻空氣(氣體)的熱交換器蒸發器時，為提高操作效率提供了機會，所述扁平管也稱為微通道管。然而，有許多涉及制冷劑分配和最佳盤管性能的復雜性和問題需要解決。這些復雜問題和現象包括但是不限于:
[0007]待冷卻的制冷劑的入口速度的影響；
[0008]在進口處的液氣比；
[0009]沿著進口歧管的孔口壓降；
[0010]制冷劑向上豎直重定向到多端口管；
[0011]制冷劑流動橫向重定向到大量的多個平行管；
[0012]制冷劑液體滴出和液體/氣體再結合；
[0013]液體/氣體分離；
[0014]豎直流動和重力的影響；
[0015]歧管集管長度或深度的影響；
[0016]制冷劑在多端口管中的二次分配不均；
[0017]壓縮機油滴出；
[0018]油直通和匯成池；
[0019]最小的制冷劑速度；
[0020]出口集管動力學和壓降；
[0021]從100%的容量至10%的容量的制冷系統操作；
[0022]最小的制冷劑充注要求；和
[0023]對制冷劑類型特征的考慮，例如，R410a(高壓、低容積的氣體)對R134a(低壓、高容積的氣體)。
[0024]美國專利N0.7，143，605涉及改進用于微通道管狀熱交換器的制冷劑分配。雖然美國專利N0.7，143，605利用先前已知的現有技術和與先前所述的釬焊的板式熱交換器中所使用的管狀分配器類似的幾何結構，但是該專利也遭受若干技術缺陷和疏漏。在實際實踐和觀察中，這些缺陷在釬焊的板式熱交換器中被確認以及在如以下將說明的微通道管狀熱交換器中被確認。
[0025]例如，在美國專利N0.6，688，137中，試圖供具有管或板的熱交換器使用的其它方法涉及將供料管注射指引到集管和制冷劑再循環中。這樣的方法全部盡力誘導和改進進入的制冷劑的液體和氣體組合的分配進給，但是大多數解決方案具有有限的功能性或操作范圍或單個設計點操作。
[0026]通過目視觀察、測試和所期望的用于空氣至蒸發作用的制冷劑熱交換器的設計屬性，在此公開了這種熱交換器的改進的制冷劑分配器以包含對于為微通道管狀熱交換器高效工作所需的新穎特征和功能性。本公開的熱交換器與豎直管取向結合地工作，與正常的和超大尺寸的歧管集管結合工作以用于最佳熱性能，抵消出口集管歧管壓降的影響，在進口歧管中提供均勻的制冷劑分配，以及克服廣泛范圍的操作條件和設計問題而橫過所有多端口管提供均勻的注射。另外，本公開的熱交換器將作為蒸發器或冷凝器在任何微通道管處或在介于豎直與水平之間的制冷劑管取向下工作。
[0027]本公開的分配器也可以通過使用標準自動開關閥在相反的制冷劑流動中操作以用于制冷劑熱泵系統中的加熱職責，所述標準自動開關閥允許同一個蒸發器熱交換器繼而用作用于加熱操作的冷凝器。
[0028]另外，本公開的分配器可以應用于歷史上的具有圓形集管歧管(圖18至圖21)和非圓形集管歧管的微通道熱交換器構造。
[0029]本公開的熱交換器的操作與釬焊的板式熱交換器不同。在釬焊的板式熱交換器中，制冷劑在穿過分配器端口之后直接進入傳熱面，所述傳熱面促進制冷劑沸騰，產生用于將制冷劑向上推進到板結構中的氣體。然而，在本公開的熱交換器的一個實施例中，制冷劑必須穿過分配器孔口以被指引到管區域，在該處每個管都與鄰接的管隔離并且制冷劑繼而被注射到管入口區域中，并且在該處適應第二制冷劑分配特征。
[0030]本公開的熱交換器在許多方面與美國專利N0.7，143，605和其它已知的技術明顯不同，包括:用于實現故意將輸送到分配器的流體的氣體/液體分離的特征、使用堰布置以幫助制冷劑液體注射到形成在分配器中的孔口中、對流到進口或進口集管且繼而流到微通道或多端口管或制冷劑管的制冷劑流的方向控制、使用副開口以產生壓降來推進制冷劑和使液體基本均勻地橫過集管的長度分散、使用三個一組的開口以將制冷劑注射到一個或多個管室中、使每個管隔離為迷你室或副室以防止制冷劑在進入管之前在制冷劑管之間流動、使用表面幾何形狀或表面特征以用于保持和捕獲制冷劑液體以便為一個或多個多端口管或制冷劑管供料、和用于修改管入口以改變分配到多端口管或制冷劑管中的制冷劑分配的方法。
【發明內容】
[0031 ] 本公開的一個實施例是一種用于與兩相制冷劑一起使用的熱交換器，所述熱交換器包括進口集管以及與所述進口集管間隔開的出口集管。多個制冷劑管將進口集管液壓地連接到出口集管。在進口集管中布置有具有多個孔口的分配器管，與出口集管相對的制冷劑管的端部在進口集管內延伸并且鄰接分配器管的表面。進口集管的內表面的一部分面對分配器管的表面，并且與所述分配器管的表面一起限定第一室。介于約0.01英寸和約0.3英寸之間的空隙將分配器管的至少一部分和進口集管分離。該間隙從至少孔口延伸到第一室。至少一個隔離物具有通過其形成的至少一個開口，所述至少一個隔離物跨著間隙，所述隔離物將孔口與第一室分離。
[0032]本公開的另一個實施例是一種用于與兩相制冷劑一起使用的熱交換器，所述熱交換器包括進口集管以及與所述進口集管間隔開的出口集管。多個制冷劑管將進口集管液壓地連接到出口集管。在進口集管中布置有具有多個孔口的分配器管，與出口集管相對的制冷劑管的端部在進口集管內延伸并且鄰接分配器管的表面。進口集管的內表面的一部分面對分配器冷凍機管的表面，并且與所述分配器管的表面一起限定第一室。分配器管的表面具有表面特征，其用于保持和捕獲制冷劑液體，以便使形成在制冷劑管中的每個開口都與其形成副室。介于約0.0l英寸和約0.3英寸之間的空隙將分配器管的至少一部分和進口集管分離，該間隙從至少孔口延伸到第一室。至少一個隔離物具有通過其形成的至少一個開口，所述至少一個隔離物跨著間隙，所述隔離物將孔口與第一室分離。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0033]圖1是具有散熱片和管盤管的傳統熱交換器；
[0034]圖2和圖3是傳統板式熱交換器的不同視圖；
[0035]圖4是沿著圖3的線4-4得到的板式熱交換器的剖視圖；
[0036]圖5是示例性熱交換器的透視圖；
[0037]圖6是圖5的熱交換器的放大的局部透視圖；
[0038]圖7是圖5的熱交換器的局部剖視圖；
[0039]圖8是熱交換器的示例性多端口管的透視圖；
[0040]圖9是進口集管的端視圖；
[0041]圖10是圖9的進口集管的放大的局部透視圖；
[0042]圖11是圖9的進口集管的放大的端視圖；
[0043]圖12A、圖12B、圖12C示出沿著三個不同的取向定位的進口集管；
[0044]圖13是用于插入進口集管中的示例性分配器的端視圖；
[0045]圖14是圖13的分配器的下部透視圖；
[0046]圖15是圖13的分配器的部分地轉動的側視圖；
[0047]圖16是用于與進口集管一起使用的分配器擋板/密封件的示例性實施例的透視圖；
[0048]圖17是安裝有分配器擋板/密封件的進口集管的剖視圖；
[0049]圖18至圖21是進口集管的示例性實施例的不同視圖；
[0050]圖22是制冷劑管的示例性實施例的部分地轉動的端視圖；
[0051]圖23是制冷劑管的示例性實施例的部分地轉動的端視圖；
[0052]圖24是在示例性制冷劑管和分配器之間的放大的局部剖視圖。
【具體實施方式】
[0053]本公開的熱交換器的實施例具有機械屬性，所述機械屬性將制冷劑均勻地分配和注射到多端口微通道管或多端口管或制冷劑管和類似物且更具體地形成在制冷劑管中的每個中的開口中，并且產生具體熱交換器特征，用于將熱交換器操作為基于制冷劑的系統中的蒸發器或冷凝器的目的。雖然沒有完全理解與熱交換器操作相關聯的行為的復雜性，但是提供了認為將發生的操作的總體說明以解釋機械特征和創新之處。
[0054]作為蒸發器，熱交換器60包括多個微通道、多端口管或多個制冷劑管或制冷劑管62。每個制冷劑管62都包括形成在其中的至少一個開口 63，每個制冷劑管62都液壓地連接有上出口歧管集管或出口集管64和下進口歧管集管或進口集管66。進口集管66接收制冷劑分配器或具有內置的制冷劑分配器的分配器管68，如在圖5至圖10中總體上示出其中接收有制冷劑分配器或分配器管68的進口集管66。這些部件和/或特征的組合基本包括本公開的熱交換器，含有在下集管或進口集管66中的制冷劑分配器管68的特定特征。兩相制冷劑70氣體/液體進入進口連接件或進口，繼而進入下熱交換器歧管或進口集管66，所述下熱交換器歧管或進口集管66容納有新穎的分配器管68。兩相制冷劑70在分配器管68中逐漸膨脹到多端口管62，在該處制冷劑70進入管62并且開始在管62中沸騰和蒸發以產生冷效應來冷卻穿過外部散熱片72的空氣74(圖7)或氣體，所述外部散熱片72被成一體地釬焊并且將來自空氣74的熱傳熱到管62。兩相制冷劑70沸騰，直到僅過熱氣體76留下并且從管62向外傳到上集管或出口集管64(圖5)中為止，在所述上集管或出口集管64處氣體76繼而被指引到熱交換器60的出口 78。熱交換器60的熱控制通過典型的工業控制閥(未示出)實現，所述典型的工業控制閥基于制冷劑的過熱溫度、壓力或其它操作參數或HVAC&R系統的其它參數或操作條件來調節進入熱交換器60的制冷劑70的量。
[0055]如圖10中所示，下歧管或進口集管66包括圓形或非圓形的室80，在所述室80中嵌套有第二管，例如，擠壓件(在此稱為分配器或分配器管68)。如圖11中所示，分配器管68產生三個室84、86、88，在所述三個室84、86、88中兩相制冷劑70進入由分配器管68 (室86)的內表面90限定的室84，并且繼而通過多個孔口 92被加壓地指引或注射到室86中，所述室86位于在歧管或進口集管64與分配器管68之間的空隙94中或將歧管或進口集管64與分配器管68分離。制冷劑70沿著在分配器管68與歧管或進口集管66之間的空隙94行進并且穿過跨著空隙94的突出部或隔離物96。如在圖11和圖15中進一步示出，隔離物96具有多個開口 98，所述多個開口 98通過所述隔離物96形成，并且繼而通過多個開口 102，所述多個開口 102形成在跨著空隙94的相對應的多個隔離物100中。在多個開口102處，制冷劑70被注射到室88中，所述室88含有入口區域，其用于微通道管或冷凍機管62的一個端部，借此兩相制冷劑70可以被加壓地指引或注射到冷凍機管62中。換言之，與出口集管64相對定位的制冷劑管62的端部104延伸通過狹槽142，所述狹槽142具有相對的法蘭109 (圖17)以用于在進口集管66內接收制冷劑管62，并且所述制冷劑管62的端部104鄰接分配器管68的表面106，進口集管66的內表面108的一部分面對分配器管68的表面106，并且與分配器管68的表面106 —起限定室88。雖然示例性實施例示出從分配器管68向外延伸的管或隔離物96、100，但是所述隔離物中的一個或多個可以從進口集管66向內延伸。
[0056]本公開的示例性分配器管68典型地具有可以由進口集管66接收的最大或最佳內徑(或橫截面積，如果進口集管66是非圓形的話)，由此產生較大的入口室84。該增大的橫截面積允許較高的制冷劑進口速度和較低的制冷劑進口速度組合，并且適應在分配器管68內的改變的制冷劑分配輪廓特征。室84的或由分配器管68的內表面90限定的橫截面直徑(或面積)可以在從約一或一乘以(IX)進口連接件112的橫截面積的倍數至優選地更大的橫截面積直至5X或更大的范圍。換言之，在一個實施例中，由內表面90限定的分配器管68的橫截面積與由進口連接件112的內表面90限定的橫截面積的比大于約5:1 ;大于約4:1 ;大于約3:1 ;介于約1:1至約5:1之間；介于約2:1至約5:1之間；介于約3:1至約5:1之間；介于約4:1至約5:1之間；約1:1 ;約2:1 ;約3:1 ;約4:1 ;約5:1或它們的任何適當的子域。該過大的分配器管68已經證明能夠利用進入分配器管68的霧化的制冷劑，但是也誘導制冷劑液體和氣體涌動，允許在分配器管68的下部分中在孔口 92附近例如通過重力使進入的液體制冷劑71攪亂(圖11)，而同時接收制冷劑70 (其包括液體制冷劑71)并且在沒有分配不均的問題的情況下將制冷劑70分配到較長的歧管進口集管66中。術語歧管集管、集管歧管、進口歧管集管或進口集管可以被可交換地使用。
[0057]將應理解，流過孔口 92或在孔口 92下游的制冷劑70的流動還包括液體制冷劑71的流動，只是沒有明確地闡明而已。
[0058]分配器管68則具有從分配器管68的室84的內壁或內表面90向外延伸的區114,例如，凸起的脊部(圖12至圖13)。孔口形成在分配器管的凸起的脊部或向外延伸的區114中或延伸通過所述分配器管的凸起的脊部或向外延伸的區114，所述孔口具有介于約0.0003平方英寸(in2)至約0.03平方英寸(in2)之間的面積，并且可以是圓形(相應地，具有約0.02英寸至約0.2英寸的直徑)的或非圓形的(圖13至圖14)。如圖11和圖14中進一步示出，孔口 92形成在向外延伸的區114中并且具有延伸通過孔口 92的軸線56，所述孔口 92相對于軸線110以介于約150度和約180度之間的角度取向，所述軸線110與制冷劑70流過制冷劑管62的流動方向基本重合。換言之，如在圖11和圖14中進一步示出，孔口 92彼此基本對準。即，與平面58重合的孔口 92、軸線56和沿著分配器管68的縱向長度延伸的軸線150，相對于平面58以及相對于與軸線110和軸線150重合的平面148以介于約150度與約180度之間的角度對向。
[0059]當氣體和液體制冷劑70 (其包括液體制冷劑71)進入第二室86時，這些孔口 92誘導氣體和液體制冷劑70壓降，并且當使用通過孔口 92的合適范圍的壓降時，這些孔口92改進氣體和液體制冷劑70從室84的分配。凸起的脊部或向外延伸的區114允許所有孔口 92在液體制冷劑71的小水洼上方被略豎直地或大致豎直地取向(圖12A、圖12B、圖12C)，所述液體制冷劑71的小水洼將積聚在室84的下部分中，不管制冷劑管在水平位置(圖12A)和豎直位置(圖12C)之間的取向如何，由此產生堰效果，并且允許制冷劑液體71基本均勻地流入孔口 92和室86中，由此進一步確保離開室84的均勻的制冷劑70 (其包括液體制冷劑71)分配。形成在分配器管68中的多個孔口 92可以布置成使得一個孔口 92與一個多端口或制冷劑管62操作地相關聯，一個孔口 92與兩個制冷劑管62操作地相關聯，一個孔口 92與三個制冷劑管62操作地相關聯，等等，無論期望什么樣的壓降和期望什么樣的孔口與管(孔口 92與制冷劑管62)的比，并且也取決于孔口 92的尺寸。
[0060]在一個實施例中，如圖11中所示，分配管68也被嵌套或布置成使得在進口集管66的至少一部分與分配器管68之間的空隙94被減到最小到約0.3英寸至約0.01英寸，由此創造室86。對空隙94的尺寸控制是關鍵的，并且通過定位在分配器管68與進口集管66的面對的表面之間延伸的突出部或隔離物96、100、101來實現。在一個實施例中，突出的特征部件，例如，突出部或隔離物，可以相對于歧管集管或進口歧管或進口集管66定位分配器管68。突出的特征部件或突出部或隔離物96、100、101中的一個或多個可以從分配器管和/或歧管集管或進口歧管或進口集管的面對的表面向外延伸。
[0061]在一個實施例中，空隙94介于約0.01英寸和約0.02英寸之間、介于約0.01英寸和約0.03英寸之間、介于約0.01英寸和約0.04英寸之間、介于約0.01英寸和約0.05英寸之間、介于約0.01英寸和約0.06英寸之間、介于約0.01英寸和約0.07英寸之間、介于約0.01英寸和約0.08英寸之間、介于約0.01英寸和約0.09英寸之間、介于約0.01英寸和約0.1英寸之間、介于約0.01英寸和約0.15英寸之間、介于約0.01英寸和約0.2英寸之間、介于約0.0I英寸和約0.25英寸之間、介于約0.0I英寸和約0.3英寸之間、介于約0.05英寸和約0.1英寸之間、介于約0.05英寸和約0.2英寸之間、介于約0.05英寸和約0.25英寸之間、介于約0.05英寸和約0.3英寸之間、介于約0.1英寸和約0.15英寸之間、介于約0.1英寸和約0.2英寸之間、介于約0.1英寸和約0.3英寸之間、介于約0.15英寸和約0.2英寸之間、介于約0.15英寸和約0.25英寸之間、介于約0.15英寸和約0.3英寸之間、介于約0.2英寸和約0.25英寸之間、介于約0.2英寸和約0.3英寸或它們的任何適當的子域。在另一個實施例中，空隙94是約0.01英寸、約0.02英寸、約0.03英寸、約0.04英寸、約0.05英寸、約0.06英寸、約0.07英寸、約0.08英寸、約0.09英寸、約0.1英寸、約0.11英寸、約0.12英寸、約0.13英寸、約0.14英寸、約0.15英寸、約0.16英寸、約0.17英寸、約0.18英寸、約0.19英寸、約0.2英寸、約0.25英寸、約0.3英寸或它們的任何適當的子域。
[0062]因為液體和氣體制冷劑70 (其還包括液體制冷劑71)的混合物經由布置在分配器管68與歧管集管或進口集管66之間的多個孔口 92集中地進入室86，并且由于狹窄通路或空隙94，所以隨著制冷劑70沿著室86豎直地行進，兩相制冷劑70將在分配器管68的長度上側向地分散，但是使得制冷劑70能夠全體地沿著進口集管66的長度容易遷移或流動，實現沿著進口集管66基本均勻的流動。當空隙94具有在以上給定的范圍內的合適尺寸時，空隙94也確保最佳制冷劑速度，并且實質上消除了在系統的廣泛范圍的操作條件下在該階段下制冷劑中的任何油的滴出或停滯。
[0063]在間隙94中的定位的突出部或隔離物101還具有第二功能，S卩，定位的突出部或隔離物豎直地定位在凸起的脊部或向外延伸的區114下方并且與其基本相對，并且此后在間隙94中遇到突出部或隔離物101，則與室86相對的突出部或隔離物101和/或界面表面144、146 (如圖11、圖13至圖15中所示)將阻塞制冷劑在間隙94中沿著一個方向流動，而豎直地定位在凸起的脊部或向外延伸的區114上方且與室86流體連通的突出部或隔離物96 (如圖5、圖11、圖13至圖15中所示)具有至少一個開口，所述至少一個開口允許兩相制冷劑70穿過、膨脹和加速越過定位的突出部或隔離物96，并且因而制冷劑70沿著室86被推向室88(圖11)。在一個實施例中，可以在突出部或隔離物96中形成單個開口 98，例如，連續的狹槽。在一個實施例中，可以在突出部或隔離物96中形成多個開口 98，例如，多個狹槽。在一個實施例中，可以使用多于一個的突出部或隔離物96，每個隔離物96都具有一個或多個開口 98。
[0064]在制冷劑70經過突出部或隔離物100和形成在其中的開口 102時，制冷劑70到達室88。這些形成在定位的突出部或隔離物96、100中的開口 98、102可以被機械加工、被滾花、被蝕刻、被壓花或以任何適當的方式形成或包含網狀物、燒結金屬、金屬絲布或其它多孔的或可透過的結構或由它們構成，倘若實現了目標壓降的話。目標壓降涉及所使用的制冷劑的類型、開口 98、102的尺寸和其它參數或值，包括系統的操作條件在內。形成在定位的突出部或隔離物96上的多個開口 96可以布置成使得一個開口 98與一個多端口或制冷劑管62操作地相關聯，一個開口 98與兩個多端口或制冷劑管62操作地相關聯，一個開口 98與三個多端口或制冷劑管62操作地相關聯，或者更高的開口 98的數量與多端口或制冷劑管62的數量的比，但是可替代地所述比也會是比一個開口 98與一個多端口或制冷劑管62的比低的比。即，在一個實施例中，一個開口 98可以與多于一個的多端口或制冷劑管62操作地相關聯。因而，隨著兩相混合物通過開口 98膨脹，在定位的突出部或隔離物96上的開口 98向前推壓制冷劑70 (既豎直地，又側向地)，并且幫助使兩相制冷劑70橫過進口集管66的寬度分散。
[0065]在例如如圖18中所示的一個實施例中，兩相制冷劑70從室84沿著空隙94的部分通過孔口 92朝向室88流入室86中，所述空隙94的部分在分配器管68和進口集管66的面對的表面的至少一部分之間具有受控制的間距。然而，從室84通過孔口 92流入室86中的制冷劑70被防止沿著空隙部分94a、94b流過突出部或隔離物101和界面表面144、146中的一個或多個，以便使制冷劑70被約束為從孔口 92沿著一個方向流過室86并且繼而流入室88中。另外，如在圖18和圖19中進一步示出，制冷劑70遇到具有一個或多個開口 98的一個隔離物96，并且繼而在制冷劑70到達室88之前制冷劑70遇到具有一個或多個開口 102的一對隔離物100。如在以與圖18至圖19中所示的熱交換器構造類似的方式操作的圖20、圖21中進一步示出，不使用隔離物96，而僅使用一個隔離物101。在另一個實施例中，定位在室86中的、具有一個或多個開口的單個隔離物可以用于將制冷劑從孔口 92或室84注射到室88中。
[0066]將應理解，提供了與諸如上方、下方等取向有關的術語以用于理解本公開，但是所述術語不意欲為限制性的。
[0067]如圖所示，第二組一個或多個定位的突出部或一個或多個定位的隔離物100 (圖11、圖13至圖15)僅在分配器管68的一側上布置成緊密接近分配器管68。這些一個或多個突出部或一個或多個隔離物100還具有開口 102，所述開口 102也沿著一個或多個突出部或一個或多個隔離物100的長度被機械加工、被滾花、被蝕刻、被壓花和/或是網狀物，或可以使用其它適當的多孔的或可透過的結構。形成在這些最后的一個或多個突出部或一個或多個隔離物100上的多個開口 102可以布置成使得一個開口 102與一個多端口或制冷劑管62操作地相關聯，兩個開口 102與一個多端口或制冷劑管62操作地相關聯，三個開口 102與一個多端口或制冷劑管62操作地相關聯，或者更高的開口 102的數量與一個多端口或制冷劑管62的比。即，在一個實施例中，多于三個的開口 102可以與一個多端口或制冷劑管62操作地相關聯。這些一個或多個定位的突出部或一個或多個定位的隔離物100也在進口集管66與分配器管68之間延伸，并且在進口集管66與分配器管68之間提供最終密封和提供額外的一組形成在突出部或隔離物100中的開口 102，以便使在室86中的兩相液體和氣體制冷劑70可以注射到與微通道(多端口)或制冷劑管62流體連通的室88中。
[0068]分配器管68的上段包括表面106，其可以是基本平坦的和平滑的，或者如在圖11和圖13中總體上示出，分配器管68的上段包括表面特征116，例如，從表面106向外延伸了約0.01英寸和約0.1英寸之間的脊部118，在相鄰的脊部118之間的距離是介于約0.01英寸和約0.1英寸之間。當在基本平坦的表面106上使用脊部118時，改進了分配器管68的操作，改進了制冷劑70至微通道多端口或制冷劑管62的流動，也基本防止了油滴出，并且允許用于與微通道多端口或制冷劑管62的界面緊密接觸。為此，緊密接觸的界面包括與脊部118緊密接近和/或鄰接脊部118的制冷劑管62的端部。借助表面特征116，例如，借助布置在分配器管68的表面106上的脊部118，熱交換器也可以被傾斜到各種角度(圖12A、圖12B、圖12C)，原因在于這些脊部118將阻礙或減慢液體制冷劑71落到室88的一側或下區。在當熱交換器傾斜(圖12A)時開口 102位于底部的下位置處的情況下，如在圖11中進一步示出，制冷劑70從開口 102開始的連續流動將強烈地攪拌收集在室88中的制冷劑70的液相制冷劑，使得過多的液體制冷劑將被基本阻止積聚在室88的下區中并且將遍及室88被再攜帶和再注射。
[0069]在一個實施例中，脊部118從表面106向外延伸了介于約0.01英寸和約0.02英寸之間、介于約0.01英寸和約0.03英寸之間、介于約0.01英寸和約0.04英寸之間、介于約0.01英寸和約0.05英寸之間、介于約0.01英寸和約0.06英寸之間、介于約0.01英寸和約0.07英寸之間、介于約0.01英寸和約0.08英寸之間、介于約0.01英寸和約0.09英寸之間、介于約0.01英寸和約0.1英寸之間、介于約0.02英寸和約0.03英寸之間、介于約0.02英寸和約0.04英寸之間、介于約0.02英寸和約0.05英寸之間、介于約0.02英寸和約0.06英寸之間、介于約0.02英寸和約0.07英寸之間、介于約0.02英寸和約0.08英寸之間、介于約0.02英寸和約0.09英寸之間、介于約0.02英寸和約0.1英寸之間、介于約0.03英寸和約0.04英寸之間、介于約0.03英寸和約0.05英寸之間、介于約0.03英寸和約0.06英寸之間、介于約0.03英寸和約0.07英寸之間、介于約0.03英寸和約0.08英寸之間、介于約0.03英寸和約0.09英寸之間、介于約0.03英寸和約0.1英寸之間、介于約0.04英寸和約0.05英寸之間、介于約0.04英寸和約0.06英寸之間、介于約0.04英寸和約0.07英寸之間、介于約0.04英寸和約0.08英寸之間、介于約0.04英寸和約0.09英寸之間、介于約0.04英寸和約0.1英寸之間、介于約0.05英寸和約0.06英寸之間、介于約0.05英寸和約0.07英寸之間、介于約0.05英寸和約0.08英寸之間、介于約0.05英寸和約0.09英寸之間、介于約0.05英寸和約0.1英寸之間、介于約0.06英寸和約0.07英寸之間、介于約0.06英寸和約0.08英寸之間、介于約0.06英寸和約0.09英寸之間、介于約0.06英寸和約0.1英寸之間、介于約0.07英寸和約0.08英寸之間、介于約0.07英寸和約0.09英寸之間、介于約0.07英寸和約0.1英寸之間、介于約0.08英寸和約0.09英寸之間、介于約0.08英寸和約0.1英寸之間、介于約0.09英寸和約0.1英寸之間或它們的任何適當的子域的距離。在另一個實施例中，脊部118從表面106向外延伸了約0.01英寸、約0.02英寸、約0.03英寸、約0.04英寸、約0.05英寸、約0.06英寸、約0.07英寸、約0.08英寸、約0.09英寸、約0.1英寸或它們的任何適當的子域。
[0070]在一個實施例中，在相鄰的脊部118之間的距離是介于約0.01英寸和約0.02英寸之間、介于約0.01英寸和約0.03英寸之間、介于約0.01英寸和約0.04英寸之間、介于約0.01英寸和約0.05英寸之間、介于約0.01英寸和約0.06英寸之間、介于約0.01英寸和約0.07英寸之間、介于約0.01英寸和約0.08英寸之間、介于約0.01英寸和約0.09英寸之間、介于約0.01英寸和約0.1英寸之間、介于約0.02英寸和約0.03英寸之間、介于約0.02英寸和約0.04英寸之間、介于約0.02英寸和約0.05英寸之間、介于約0.02英寸和約0.06英寸之間、介于約0.02英寸和約0.07英寸之間、介于約0.02英寸和約0.08英寸之間、介于約0.02英寸和約0.09英寸之間、介于約0.02英寸和約0.1英寸之間、介于約0.03英寸和約0.04英寸之間、介于約0.03英寸和約0.05英寸之間、介于約0.03英寸和約0.06英寸之間、介于約0.03英寸和約0.07英寸之間、介于約0.03英寸和約0.08英寸之間、介于約0.03英寸和約0.09英寸之間、介于約0.03英寸和約0.1英寸之間、介于約0.04英寸和約0.05英寸之間、介于約0.04英寸和約0.06英寸之間、介于約0.04英寸和約0.07英寸之間、介于約0.04英寸和約0.08英寸之間、介于約0.04英寸和約0.09英寸之間、介于約0.04英寸和約0.1英寸之間、介于約0.05英寸和約0.06英寸之間、介于約0.05英寸和約0.07英寸之間、介于約0.05英寸和約0.08英寸之間、介于約0.05英寸和約0.09英寸之間、介于約0.05英寸和約0.1英寸之間、介于約0.06英寸和約0.07英寸之間、介于約0.06英寸和約0.08英寸之間、介于約0.06英寸和約0.09英寸之間、介于約0.06英寸和約0.1英寸之間、介于約0.07英寸和約0.08英寸之間、介于約0.07英寸和約0.09英寸之間、介于約0.07英寸和約0.1英寸之間、介于約0.08英寸和約0.09英寸之間、介于約0.08英寸和約0.1英寸之間、介于約0.09英寸和約0.1英寸或它們的任何適當的子域。在另一個實施例中，在相鄰的脊部118之間的距離的大小是約0.01英寸、約0.02英寸、約0.03英寸、約0.04英寸、約0.05英寸、約0.06英寸、約0.07英寸、約0.08英寸、約0.09英寸、約0.1英寸或它們的任何適當的子域。
[0071]將應理解，脊部118從表面106向外延伸的距離的任何域/子域可以與相鄰的脊部118之間的距離的任何域/子域結合使用。
[0072]將應理解，室84、86、88彼此被密封住或隔離開，如圖16至圖17中所示。換言之，為了系統的合適操作，由進口集管66接收且最終排出到制冷劑管62中的制冷劑70(其包括液體制冷劑71)必需使制冷劑70連串地流過相應的室84、86、88。即，重要的是室84、86、88被密封成使得確保防止制冷劑70以與從室84至室86且繼而至室88以外的次序流動。如在圖16至圖17中進一步示出，擋板/密封件119包括本體128，所述本體128向外延伸到周邊或外部法蘭120，所述周邊或外部法蘭120構造成由進口集管66的內表面124、126密封地接收。如在圖17中進一步示出，擋板/密封件119的本體128還包括偏移區130，在所述本體128中偏移區130被構造成鄰接分配器管68的端部105和內表面90 (圖11、圖14) 二者。如在圖16至圖17中進一步示出，偏移區130過渡至內部法蘭122并且具有孔口132。如在圖17中進一步示出，孔口 132的尺寸設定成基本小于分配器管68的底部部分或下部分并且朝向其定位以用作液體擋板和/或用作孔口來改進制冷劑到分配器管68中的注射。在另一個實施例中，內部法蘭122可以減到最小以將流入分配器管68中的橫截面積增到最大。分配器擋板/密封件119被典型地成一體地釬焊在適當的位置中，在分配器擋板/密封件119與進口集管和分配器管68的端部105的相對應的內表面124、126之間的所有接觸點將被釬焊以產生流體緊密密封。
[0073]密封住室84、86、88的其它技術可以包括焊接、沖壓或其它適當的方法或設備。進口集管66在圖17中示出為剖視圖，其安裝有擋板/密封件119。在該構造中，當制冷劑管62A是非活動性的管或實心的管時，擋板密封件119被放置在制冷劑管62A和制冷劑管62B之間。在其它的實施例中，擋板/密封件119可以根據需要放置在制冷劑管62A的前方。
[0074]在一個實施例中，如圖13至圖15中所示，一個或多個開口 98、102可以彼此相互對準。在一個實施例中，開口 98、102可以彼此至少部分地未對準。在一個實施例中，開口98,102中的一個或多個可以具有類似的橫截面積和/或形狀。在一個實施例中，開口 98、102中的一個或多個可以具有不相似的橫截面積和/或形狀。
[0075]本發明的另一個特征在于，在每個微通道(多端口)或制冷劑管62之間發生兩相制冷劑70注射到室88 (圖11)中。另外，在多個微通道或制冷劑管62中的每個中形成有與制冷劑管62的端部104相關聯的開口 63 (圖8)，所述開口 63定位成緊密接近表面特征116，所述表面特征116例如是通過區121彼此分離的多個脊部118，所述區121例如是凹陷部或槽。區或槽121與每個微通道或制冷劑62的每個開口 63對準，相對應的一對脊部118沿著微通道或制冷劑管62的開口 63的每一側定位，以便使具有微通道或制冷劑管62的多端口或開口 63的界面134 (圖11)和形成在分配器管68的表面106中的脊部118和槽121 (圖11)借助于每個開口 63(圖8)產生副室136 (圖11)。該界面134充分地將每個副室136基本彼此隔離，以便約束但沒有消除液體和/或氣體制冷劑70沿著進口集管66的長度(從制冷劑管62的開口 63至開口 63)遷移。
[0076]該限制制冷劑70在微通道或制冷劑管62的管開口 63之間遷移的特征對于維持基本相等的制冷劑注射到管開口 63中而言是重要的。該特征也抵消了出口歧管壓降的影響和在微通道管62的開口 63中制冷劑沸騰的隨機不穩定性的影響，否則也會誘導明顯的制冷劑分配不均和熱交換器熱性能的損失。在一個實施例中，槽121是類似的，例如，可以相對于彼此具有基本類似的深度和/或形狀或輪廓。在一個實施例中，至少兩個槽121是不同的，例如，可以相對于彼此具有不相似的深度或形狀或輪廓。在一個實施例中，槽121的深度和/或寬度和/或形狀或輪廓可以與其它槽121不同(參見圖24)，只要一對脊部118定位到每個開口 63的每一側以用于在其之間建立起副室136即可。在一個實施例中，用于相對應的分配器管開口 63的至少一對脊部118彼此相鄰。在一個實施例中，在一對脊部118之間的至少一個區不同于在另一對脊部118之間的另一個區。在一個實施例中，例如，如圖22中所示，相鄰的開口 63之間的間距140可以不同于相鄰的開口 63之間的至少一個其它間距，例如，間距141。在另一個實施例中，開口 63的幾何形狀可以彼此不同，例如，開口 63C。然而，為了實現最大操作效率，每個開口 63都必須形成副室136，S卩，具有突出的表面特征116，例如，定位到每個開口 63的每一側的脊部118，如上所述并且如圖24中所示。
[0077]本公開的熱交換器的另一個特征在于，微通道或制冷劑管62中的端口或開口 63的尺寸被適當地設定以用于最佳制冷劑沸騰和速度。用于改進性能的另一個有關的部分是使用具有彼此不同的端口或開口 63尺寸的微通道或制冷劑管62，例如，開口 63橫過管62的寬度逐漸增大，例如，如圖23中所示。該選擇性收縮的端口布置允許更多的制冷劑進入選擇端口或開口 63中，以便再次提高熱性能。端口或開口 63尺寸可以通過引入深度變化的凹痕138 (收縮件)而改變或誘導，所述深度變化的凹痕138形成在微通道或制冷劑管62的進口側中(圖23對圖22中的非縮進的管)，所述微通道或制冷劑管62的進口側與分配器管68的表面106形成界面134(圖11)。如圖23中所示，端口開口 63尺寸可以被收縮(被限制)到在第一端口或開口 63A上的原始開口 63的約20%，并且逐漸較少地收縮(被限制)到在最后的管端口或開口 63B上的原始開口的約100%。在一個實施例中，端口或開口 63尺寸可以根據需要以非均勻和/或非漸進的方式改變。
[0078]本公開的熱交換器適應于在微通道多端口或制冷劑管62中的一系列制冷劑壓降，不管是較低的壓降還是較低的壓降，都會影響制冷劑分配。本公開的熱交換器也利用或適應于在出口集管64(圖5)中的較低壓降和中等壓降，其也會對在滿載荷和部分載荷下進入多端口或制冷劑管62中的制冷劑的分配有明顯的效果或影響。橫過出口歧管集管64的壓降與制冷劑管62壓降組合可以誘導進入多端口或制冷劑管62的制冷劑分配不均。因而，副室136和一個或多個開口 102 (圖15)在最佳壓降下抵消了進口集管68和制冷劑管62的組合壓降，并且將基本校正制冷劑分配不均或將其減到最小，其中分配不均產生熱性能損失和熱容量損失，如通過控制閥觀察和調節以維持目標制冷劑過熱溫度或壓力。
[0079]總之，實際上，并且如圖11和圖14至圖15中所示，當本公開的熱交換器用作蒸發器時，熱交換器用于通過第一組孔口 92誘導從低到高的壓降以從分配器管68 (室84)提供基本均勻的制冷劑分配，并且在制冷劑進入室86時，則使用第二組較低壓降開口 98以推進和進一步改進制冷劑70分配，并且使用第三組開口 102以在較低或較高壓降下將第三制冷劑70注射到最終室88中，借此兩相制冷劑70可以被基本等同地注射和隔離以進入制冷劑管62的每個單獨的開口 63。
[0080]實際上，當熱交換器用作與制冷劑流動方向相反的冷凝器時，如圖5和圖11中所示并且如以下將說明的，制冷劑進入上歧管集管64并且繼而在制冷劑管62內被冷凝，液體制冷劑71沿著相反的方向流過所有三個室88、86、84并且離開下歧管集管66。所有三個室84、86、88可以被優化以用于最小的液體制冷劑壓降，并且下歧管集管66可以保持少量的液體制冷劑71且用作迷你接收器，如在本 申請人:的共同待審的N0.12691920中說明，其整個內容通過參考包含于此。如在該申請中所述的任選的制冷劑液體擋板可以用于將迷你接收器特征添加到分配器或熱交換器。
[0081]雖然已經參照優選的實施例說明了本發明，但是本領域的技術人員將應理解，在不脫離本發明的范圍的情況下，可以做出各種改變，并且等同物可以用來代替本發明的元件。另外，在不脫離本發明的實質范圍的情況下，可以做出許多修改來調整本發明的教導的特定情況或材料。因此，并不意在將本發明限于所公開為用于實施本發明的最佳模式的具體實施例，而是本發明將包括落入所附權利要求書的范圍內的所有實施例。
【權利要求】
1.一種用于與兩相制冷劑一起使用的熱交換器，其包括: 進口集管； 出口集管，所述出口集管與所述進口集管間隔開； 多個制冷劑管，所述多個制冷劑管將所述進口集管液壓地連接到所述出口集管； 具有多個孔口的分配器管，所述分配器管布置在所述進口集管中，與所述出口集管相對的所述制冷劑管的端部在所述進口集管內延伸并且鄰接所述分配器管的表面，所述進口集管的內表面的一部分面對所述分配器管的表面，并且與所述分配器管的表面一起限定第一室; 介于約0.01英寸和約0.3英寸之間的空隙，所述空隙將所述分配器管的至少一部分和所述進口集管分離，所述間隙從至少所述孔口延伸到所述第一室，其中，至少一個隔離物具有通過其形成的至少一個開口，所述至少一個隔離物跨著所述間隙，所述隔離物將所述孔口與所述第一室分離。
2.根據權利要求1所述的熱交換器，其中，當所述制冷劑管在水平位置與豎直位置之間取向時，所述多個孔口在收集在所述分配器管中的匯成池的液體制冷劑上方大致豎直地取向，產生堰效果，以便使所述液體制冷劑基本均勻地流過所述孔口而流入所述間隙中。
3.根據權利要求1所述的熱交換器，其中，所述多個孔口中的每個孔口的橫截面積都是介于約0.0003in2和約0.03in2之間。
4.根據權利要求1所述的熱交換器，其中，所述多個孔口相對于與所述制冷劑流過所述多個制冷劑管的流動方向基本重合的軸線以介于約150度和約180度之間的角度定位。
5.根據權利要求4所述的熱交換器，其中，所述多個孔口相對于一平面基本對準，所述平面與沿著所述分配器管的縱向長度延伸的軸線重合并且與制冷劑流過所述多個制冷劑管的流動方向重合。
6.根據權利要求4所述的熱交換器，其中，所述多個孔口從所述分配器管的內表面延伸通過向外延伸的區。
7.根據權利要求6所述的熱交換器，其中，當所述制冷劑管在水平位置與豎直位置之間取向時，所述多個孔口在收集在所述分配器管中的匯成池的液體制冷劑上方大致豎直地取向，產生堰效果，以便使液體制冷劑基本均勻地流過所述孔口而流入所述間隙中。
8.根據權利要求1所述的熱交換器，其中，在所述分配器管與所述進口集管之間，制冷劑被阻止在所述多個孔口和所述第一室之間沿著與所述多個孔口朝向所述至少一個開口的方向相反的方向流動。
9.根據權利要求1所述的熱交換器，其中，由所述分配器管的內表面所限定的橫截面積與到所述進口集管的進口連接件的橫截面積的比大于約5:1。
10.根據權利要求1所述的熱交換器，其中，由所述分配器管的內表面所限定的橫截面積與到所述進口集管的進口連接件的橫截面積的比介于約1:1和約5:1之間。
11.根據權利要求1所述的熱交換器，其中，由所述分配器管的內表面所限定的橫截面積與到所述進口集管的進口連接件的橫截面積的比介于約2:1和約5:1之間。
12.根據權利要求1所述的熱交換器，其中，由所述分配器管的內表面所限定的橫截面積與到所述進口集管的進口連接件的橫截面積的比介于約3:1和約5:1之間。
13.根據權利要求1所述的熱交換器，其中，由所述分配器管的內表面所限定的橫截面積與到所述進口集管的進口連接件的橫截面積的比介于約4:1和約5:1之間。
14.一種用于與兩相制冷劑一起使用的熱交換器,其包括: 進口集管； 出口集管，所述出口集管與所述進口集管間隔開； 多個制冷劑管，所述多個制冷劑管將所述進口集管液壓地連接到所述出口集管； 具有多個孔口的分配器管，所述分配器管布置在所述進口集管中，與所述出口集管相對的所述制冷劑管的端部在所述進口集管內延伸并且鄰接所述分配器管的表面，所述進口集管的內表面的一部分面對所述分配器管的表面，并且與所述分配器管的表面一起限定第一室; 所述分配器管的表面具有表面特征，所述表面特征用于保持和捕獲制冷劑液體，以便使形成在所述制冷劑管中的每個開口都與其形成副室； 介于約0.01英寸和約0.3英寸之間的空隙，所述空隙將所述分配器管的至少一部分和所述進口集管分離，所述間隙從至少所述孔口延伸到所述第一室，其中，至少一個隔離物具有通過其形成的至少一個開口，所述至少一個隔離物跨著所述間隙，所述隔離物將所述孔口與所述第一室分離。
15.根據權利要求14所述的熱交換器，其中，所述表面特征包括多個脊部，在所述冷凍機管中與一對脊部相對應地形成每個開口，所述一對脊部中的脊部沿著每個開口的每一側定位以用于與其形成所述副室。
16.根據權利要求15的熱交換器，其中，用于相對應的分配器管開口的至少一對脊部是彼此相鄰的。
17.根據權利要求15所述的熱交換器，其中，所述一對脊部之間的至少一個區不同于所述另一對脊部之間的另一個區。
18.根據權利要求14所述的熱交換器，其中，至少一個制冷劑管開口的至少一部分的橫截面積與另一個制冷劑管開口的橫截面積不同。
19.根據權利要求14所述的熱交換器，其中，當所述制冷劑管在水平位置與豎直位置之間取向時，所述多個孔口在收集在所述分配器管中的匯成池的液體制冷劑上方大致豎直地取向，產生堰效果，以便使液體制冷劑基本均勻地流過所述孔口而流入所述間隙中。
20.根據權利要求14所述的熱交換器，其中，所述多個孔口中的每個孔口的橫截面積介于約0.0003in2和約0.03in2之間。
【文檔編號】F25B39/02GK104272055SQ201480001104
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年1月22日 優先權日:2013年1月24日
【發明者】S·M·萬德, J·E·博加特 申請人:阿爾科伊爾美國有限責任公司