[发明专利]集流箱中具有流体膨胀的换热器

说明书

相关申请的交叉引用

本发明要求来自2005年2月2日提交的，题目为“在管道和集流箱之间的空隙中具有流体膨胀的微型通道换热器”，第60/649422号的美国临时专利申请的优先权益，该申请在此引入全文作为参考。

技术领域

本申请一般涉及制冷剂蒸气压缩式系统换热器，该换热器具有多个在第一集流箱和第二集流箱之间延伸的平行管道，且更特别地，涉及在入口集流箱中提供冷却剂的膨胀，用于改善流过换热器的平行管道的两相制冷剂流的分布。

背景技术

制冷剂蒸气压缩式系统在本领域中是公知的。采用制冷剂蒸气压缩循环的空调器和热泵通常用来冷却或冷却/加热空气来将住所，办公大楼，医院，学校，餐馆或其它设施中的环境气候控制到舒适范围。制冷剂蒸气压缩式系统通常也用来冷却空气，或者冷却其它辅助介质例如水或者乙二醇溶液，来为在超市，便利店，杂货店，自助餐厅，餐馆和其它食物服务机构的展示柜中的食物产品和饮料产品提供冷藏环境。

通常地，这些制冷剂蒸气压缩式系统包括与制冷剂流体连通的压缩机，冷凝器，膨胀装置和蒸发器。前述的基本的制冷剂系统部件通过封闭的制冷剂回路中的制冷剂管道而相互连接，且根据采用的蒸气压缩循环来设置。膨胀装置，通常为膨胀阀或固定孔计量装置(例如量孔或者毛细管)，设置在制冷剂管道中，相对于制冷剂流位于制冷剂回路中蒸发器的上游和冷凝器的下游的位置。膨胀装置工作，使得流经从冷凝器延伸至蒸发器的制冷剂管道的液体制冷剂膨胀至较低的压力和温度。因此，通过膨胀装置的一部分液体制冷剂膨胀成蒸气。结果，在这种常规的制冷剂蒸气压缩式系统中，进入蒸发器的制冷剂流构成了两相混合物。液体制冷剂和蒸气制冷剂的具体百分比取决于所采用的具体膨胀装置，工作条件，和使用的制冷剂，例如R-12，R-22，R-134a，R-404A，R-410A，R-407C，R717，R744或其它可压缩流体。

在某些制冷剂蒸气压缩式系统中，蒸发器是平行管道换热器。这种换热器具有多个通过多个管道提供的平行制冷剂流路径，该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间平行延伸。入口集流箱从制冷剂回路中接收制冷剂流，并将制冷剂流体分配到多个通过换热器的流路径中。出口集流箱用于收集离开相应的流路径的制冷剂流，并将收集的流导入回制冷剂管道中，以便返回到单流程换热器的压缩机中或者返回到多流程换热器的另一组换热管中。在后一种情况中，出口集流箱是一个中间集管或集管室，且作为下一组下游管道的入口集流箱。

历史上，用于这种制冷剂蒸气压缩式系统的平行管道换热器采用圆形管道，通常直径为3/8英寸或者7毫米。最近，横截面为扁平的，典型地矩形的或者椭圆形的多通道管道用于制冷剂蒸气压缩式系统的换热器中。每个多通道管道通常具有多个纵向平行于管道长度延伸的流动通道，每个通道提供具有相对小的流通面积的制冷剂流路径。因此，换热器具有在换热器入口和出口集流箱之间平行延伸的多通道管道，该换热器将具有在两个集流箱之间延伸的较大数量的小流通面积制冷剂流路径。相反，具有常规的圆形管道的常规的换热器将具有较小数量的在入口和出口集流箱之间延伸的大流通面积流路径。

两相制冷剂流的非均匀分布，也称为分布不均，是平行换热器中常见的问题，它会对换热器效率产生负面影响。两相分布不均的问题常常由入口集流箱中存在的蒸气相制冷剂和液体相制冷剂的密度差异而造成的，其密度差异是由于通过上游膨胀装置的制冷剂的膨胀而引起的。

在Repice等人的美国专利No.6502413中公开了一种用于控制通过蒸发换热器中的平行管道的制冷流分布的解决方法。在其中公开的制冷剂蒸气压缩系统中，来自冷凝器的高压液体制冷剂在蒸发换热器入口集流箱上游的常规直列式膨胀阀中部分地膨胀成为较低压力的液体制冷剂。节流部件，例如管道中的简单窄部位或者是设置在管道内的内孔板，在管道入口下游设置在连接到入口集流箱的每个管道中，使得制冷剂在进入管道中后完成膨胀成低压的液体/蒸气制冷剂混合物。

在Kanzaki等人的日本专利No.JP4080575中公开了另一种用于控制通过蒸发换热器中的平行管道的制冷流分布的方法。在其中公开的制冷剂蒸气压缩系统中，来自冷凝器的高压液体制冷剂在常规直列式膨胀阀中也部分地膨胀成为换热器的分布腔上游的较低压力的液体制冷剂。其中具有多个孔的板在腔中延伸。当较低压力液体制冷剂通过孔时，该制冷剂在板的下游和通向腔室的相应管道的入口的上游，膨胀成为低压液体/蒸气混合物。