[发明专利]集管中具有穿孔板的热交换器

说明书

相关申请的交叉参考

本申请参照并要求2005年2月2日递交的标题为“在端口内使用插入件形式的限制的具有流体膨胀的小通道热交换器”的美国临时申请No.60/649,434的优先权及利益，本申请通过参照结合了该申请的全部内容。

技术领域

本发明大致涉及具有在第一集管和第二集管之间延伸的多个平行管的制冷剂蒸汽压缩系统热交换器，并且更具体涉及在入口集管内提供制冷剂膨胀以便改进经过热交换器的平行管的双相制冷剂流的分配。

背景技术

制冷剂蒸汽压缩系统是本领域公知的。采用制冷剂蒸汽压缩循环的空气调节器以及热泵一般用于冷却或者冷却/加热供给到住所、办公楼、医院、学校、饭店或者其它设施内的气候可控舒适区域的空气。制冷蒸汽压缩系统一般还用于冷却空气或者其它二次流体以便例如为超市、便利店、食品店、自助餐厅、饭店或者其它食品机构的展示盒内的食物以及饮料产品提供冷藏环境。

传统上，这些制冷剂蒸汽压缩系统包括连接成制冷剂流动连通的压缩机、冷凝器、膨胀装置以及蒸发器。上述基础制冷剂系统部件在封闭制冷剂线路内由制冷剂管线互连并依照所采用的蒸汽压缩循环配置。膨胀装置，一般是膨胀阀或固定口径的计量装置，例如小孔或者毛细管相对制冷剂流在蒸发器上游并且冷凝器下游的位置设置在制冷剂管线内。膨胀装置操作为将通过制冷剂管线从冷凝器流向蒸发器的液态制冷剂膨胀到更低的压力和温度。这时，一部分穿越膨胀装置的液态制冷剂膨胀成蒸汽。结果，在这种类型的传统制冷剂蒸汽压缩系统中，进入蒸发器的制冷剂流由双相混合物组成。液态制冷剂和蒸汽制冷剂的特定百分比取决于所采用的特定膨胀装置以及所使用的制冷剂，例如R12、R22、R134a、R404A、R410A、R407C、R717、R744或者其它可压缩流体。

在某些制冷剂蒸汽压缩系统中，蒸发器是平行管热交换器。这些热交换器具有由在入口集管和出口集管之间成平行关系延伸的多个管提供的多个经过其的平行制冷剂流路。入口集管从制冷剂线路接收制冷剂流并且在经过热交换器的多个流路中间对其进行分配。出口集管用于随着制冷剂流离开相应流路而对其进行收集并将收集流导引回制冷剂管线以便返回单程式热交换器中的压缩机或者通过多程式热交换器中的热交换管的附加存储单元。

在历史上，用于这种制冷剂蒸汽压缩系统中的平行管热交换器使用圆管，通常直径为1/2英寸、3/8英寸或7毫米。最近，平的矩形或椭圆形多通道管用在制冷剂蒸汽压缩系统的热交换器中。各多通道管具有沿管的长度成平行关系纵向延伸的多个流动通道，各通道提供小流动截面面积的制冷剂路径。因而，具有在热交换器的入口集管和出口集管之间成平行关系延伸的多通道管的热交换器将具有在两个集管之间延伸的相对大数量的小流动截面面积的制冷剂路径。相反，具有传统圆管的平行管热交换器将具有在入口集管和出口集管之间延伸的相对少数量的大流动面积的流动路径。

双相制冷剂流的非均匀分配(也称作分配不当)是平行管热交换器中对热交换器效率产生不良影响的普遍问题。在其它因素中，双相分配不均问题是由于随制冷剂穿越上游膨胀装置后的膨胀产生的存在于入口集管内的汽相制冷剂和液相制冷剂的密度差引起的。

在Repice等人的美国专利No.6,502,413中公开了一种在蒸发热交换器中控制经平行管的制冷流分配的解决方案。在其中公开的制冷剂蒸汽压缩系统中，来自冷凝器的高压液态制冷剂在热交换器入口集管上游的传统直列式膨胀装置内部分膨胀成较低压力的制冷剂。此外，在连接到管入口下游的入口集管的各管内提供限制，例如管内的简单变窄或者设置在管内的内部小孔板，以便在进入管后实现到低压液体/蒸汽制冷剂混合物的膨胀。

在Kanzaki等人的日本专利No.JP4080575中公开了另一种在蒸发热交换器中控制经平行管的制冷流分配的解决方案。在其中公开的制冷剂蒸汽压缩系统中，来自冷凝器的高压液态制冷剂也在热交换器的分配腔室上游的传统直列式膨胀装置中部分膨胀成较低压力的制冷剂。具有多个小孔的板延伸过该腔室。较低压力的制冷剂随着其通过小孔而在板的下游和向腔室开放的相应管入口的上游膨胀成低压液体/蒸汽混合物。