[发明专利]用于分配的小通道换热器集管插入件

说明书

技术领域

本申请总体涉及空气调节和制冷系统，尤其涉及这些系统的平行流蒸发器。

背景技术

目前在空气调节和制冷业中广泛使用的所谓平行流换热器的定义，指的是带有多个平行通道的换热器，被分配的制冷剂在这些平行通道中的流动方向通常基本垂直于该制冷剂在进口和出口集管中的流动方向。这个定义在技术共同体内得到很好的适用，全文将使用该定义。

制冷系统蒸发器中制冷剂分布不均是众所周知的现象。该现象导致蒸发器和整个系统在很广范围的操作条件下性能显著退化。可能导致制冷剂分布不均的原因有：蒸发器通道中的流动阻力不同，外部传热面上的空气流不均匀分布，热交换方向不当，或集管和分布系统的不良设计。由于平行流蒸发器关于每个制冷剂回路的制冷剂路径安排的的特殊设计，在平行流蒸发器中分布不均尤其显著。消除或减少平行流蒸发器中的上述现象对性能影响的尝试一直以来收效甚微。上述失败的主要原因通常因为所建议技术的复杂和效率低下，或者因为解决方案造价昂贵。

近年来，平行流换热器，尤其是钎焊铝换热器，不但在机动车领域而且在供热、通风、空调及制冷(HVAC&R)业引起很多关注和注意。采用平行流技术的主要原因在于其优良的性能，高度的紧凑性和强抗腐蚀性。现在平行流换热器可在冷凝器和蒸发器领域中运用于多种产品和系统设计及构造。这些蒸发器应用，尽管预示有巨大利益和报酬，但是更多的还是挑战和问题。制冷剂分布不均是在蒸发器领域实施该技术的主要问题和障碍之一。

已知在平行流换热器中制冷剂分布不均发生的原因是因为在通道内部和进口、出口集管中的压降不均，以及集管和分布系统的不良设计。在集管中，制冷剂路径长度的不同，相分离和重力作用是造成分布不均的主要因素。在换热器通道中，热交换率变化、空气流的分布、制造公差、和重力作用是主要因素。进一步的，最近增加换热器性能的趋势是提倡通道小型化(所谓的小通道和微通道)，这继而对制冷剂分布产生不良影响。由于很难控制所有这些因素，所以先前控制制冷剂分布，尤其是平行流蒸发器中的制冷剂分布的尝试有很多都失败了。

在使用平行流换热器的制冷系统中，进口和出口集管(这些术语在全文中可互换使用)通常设为传统的圆柱形。当两相流进入集管时，蒸汽相通常与液相分离。由于两相均独立地流动，因此往往导致制冷剂分布不均的发生。

如果两相流以相对高速进入进口集管，液相(液滴)由流体动量携带进一步离开集管入口到该集管的远处部分。因此，最靠近集管入口的通道主要接收汽相，远离集管入口的通道主要接收液相。另一方面，如果两相流进入集管的速度低，那么就没有足够的动量沿集管运送液相。结果是液相进入最靠近进口的通道而汽相继续到最远处的通道。同时，在进口集管中的液相和汽相能够被重力作用分离，导致类似的分布不均的结果。在任一个情况中，分布不均现象迅速出现，并导致蒸发器及整个系统性能明显降低。

在管翅式换热器中，共同的实践是设置通向相应管的单独毛细管或其他膨胀装置，以使进入管组的制冷剂获得相对均匀的膨胀。出于同样目的，另一个方法是在相应的管路的入口处设置单独的膨胀装置，例如所谓的“迪克西杯”(dixie cups)。这些方法在小通道或微通道应用中都不实用，在这些应用中，通道相对小且密集使得单独的限制性装置在制造过程中不能作为实用方式被安装在各自的通道内。

在空气调节和制冷行业中，在提及上述换热器中，术语“平行流”、“小通道”(或“微通道”)经常交叉互换，我们遵循类似的惯例。进一步的，小通道和微通道换热器区别仅在于通道尺寸(或者所谓的水力直径)，且可以同样受益于本申请的教导。在正文和权利要求中将全部这种的换热器(小通道和微通道)称为小通道换热器。

发明内容

简要地，根据本发明一个方面，提供一种平行流换热器，其包括：进口集管，其具有引导流体流入所述进口集管的进口开口和引导流体流出所述进口集管的多个出口开口；多个通道，该多个通道处于实质平行的对齐关系中，并且该多个通道流体连接至引导流体流出所述进口集管的所述多个出口开口；第一插入件，该第一插入件设在所述进口集管内，并且其一端部流体连接至所述进口开口，所述第一插入件在所述进口集管的长度上充分延伸，并且在该第一插入件中具有引导制冷剂从所述第一插入件流至所述进口集管的多个开口；以及第二插入件，其设在所述第一插入件内并且在所述第一插入件的长度上充分延伸，所述第二插入件的横截面积随着该第二插入件延伸离开所述进口开口而增加，所述第二插入件与所述第一插入件限定环形腔，该环形腔的横截面积随着该第二插入件延伸离开所述进口开口而减小。