背景技术：
本公开一般涉及热交换器，并且更具体地涉及热交换器分配器组件和将流体分配到热交换器的方法。
两相流体流(液体和气体)在热交换器内的均匀分布是难以实现的。例如在诸如迷你通道、微通道、板翅式和钎焊板式热交换器等热交换器中，由于需要在许多层和小端口当中分配流量，所以分配特别困难。为了克服这些挑战，这些类型的热交换器可以采用在一侧具有一系列孔的封闭端管的分配器。然而，此类分配器不能防止在不同操作条件下两相流体的分离。
发明概要
根据第一实施方案，提供了一种热交换器，所述热交换器包括之间限定至少一个流动通路的多个平行堆叠板。具有大致中空内部的歧管布置成邻近所述多个平行板。相邻的堆叠板之间设置有开口。所述开口被配置成流体联接所述歧管的所述中空内部和所述至少一个流动通路。包括插入件的分配器组件至少部分地设置在所述歧管的所述中空内部内。所述插入件包括多个周向间隔的轴向流动通道和多个径向连接通道，所述多个径向连接通道布置成与所述轴向流动通道流体连通。所述径向流动通道经由所述开口流体联接到所述至少一个流动通路。
除了上述特征的一个或多个之外，或作为替代，在其他实施方案中，所述歧管的一部分容纳在所述多个板中的至少一个内。
除了上述特征的一个或多个之外，或作为替代，在其他实施方案中，所述整个歧管容纳在所述多个板内。
除了上述特征的一个或多个之外，或作为替代，在其他实施方案中，所述歧管的边缘布置成与所述多个板的外边缘接触。
除了上述特征的一个或多个之外，或作为替代，在其他实施方案中，其包括多个轴向间隔的周向连接通道，所述周向连接通道经由所述开口将所述径向连接通道流体联接到所述至少一个流动通路。
除了上述特征的一个或多个之外，或作为替代，在其他实施方案中，所述至少一个流动通路中的每一个布置成经由恰好一个开口与所述歧管的所述中空内部流体连通。
除了上述特征的一个或多个之外，或作为替代，在其他实施方案中，所述开口由从限定所述流动通路的所述多个堆叠板中的至少一个延伸的脊以及围绕与之流体联接的所述流动通路相邻的所述歧管的部分的密封件中的至少一个限定。
除了上述特征的一个或多个之外，或作为替代，在其他实施方案中，其包括密封件，所述密封件完全围绕与之流体联接的所述流动通路相邻的所述歧管。所述密封件包括限定所述开口的孔。
除了上述特征的一个或多个之外，或作为替代，在其他实施方案中，所述分配器组件内的流体基本均等地供应到所述多个轴向流动通道。
除了上述特征的一个或多个之外，或作为替代，在其他实施方案中，所述分配器组件被配置成以基本相同的方位角供应流体到每个开口。
除了上述特征的一个或多个之外，或作为替代，在其他实施方案中，所述分配器组件被配置成以不同方位角供应流体到每个开口。
除了上述特征的一个或多个之外，或作为替代，在其他实施方案中，所述分配器组件还包括布置在所述多个轴向流动通道的上游的喷嘴，所述喷嘴被配置成产生流体的均匀分布。
除了上述特征的一个或多个之外，或作为替代，在其他实施方案中，所述喷嘴包括被配置成在所述流体中产生压降的收缩部。
附图简述
在说明书结尾处的权利要求书中具体指出并明确要求被认为是本公开的主题。根据结合附图进行的以下详细描述，本公开的前述和其他特征及优点是明显的，在附图中：
图1是常规蒸气压缩系统的示例；
图2是平行流钎焊板式热交换器的示例的分解图；
图2a-2c是各种歧管构造的横截面图；
图3是图2的平行流热交换器的一部分的横截面图；
图4是根据本公开的实施方案的被配置用于热交换器的歧管中的分配器的透视图；
图5是根据本公开的实施方案的图4的分配器的横截面图；和
图6是根据本公开的另一实施方案的板翅式热交换器的板和与其流体联接的相邻分配通道的正视图。
通过参考附图的示例，具体实施方式解释了本公开的实施方案以及优点和特征。
具体实施方式
在制冷剂系统内使用微通道热交换器存在障碍。特别地，当在歧管中允许均匀的两相混合物相分离时，制冷剂流分布不均匀可能发生在热交换器中。例如，两相混合物的气相具有明显不同的性质，并且受到与液相相比不同的内力影响。如果均匀两相混合物的速度降低(例如，随着流动面积扩大进入歧管)，这可以有助于相分离。结果是，由于歧管中的减速，流可能会分层，使得到热交换器的每个通道的流可能不被适当地分配。
基本制冷剂系统20的示例在图1中示出并且包括压缩机22、冷凝器24、膨胀装置26和蒸发器28。压缩机22压缩例如制冷剂的流体，并将其向下游输送到冷凝器24中。制冷剂从冷凝器24通过膨胀装置26进入通向蒸发器28的入口制冷剂管30。制冷剂从蒸发器28返回到压缩机22，完成闭环制冷剂回路。
现在参考图2，更详细地示出了例如被配置用作系统20的蒸发器28的热交换器40的示例。尽管关于蒸气压缩系统20进行了描述，但是本公开的热交换器40可以被配置用于多个其他过程，例如泵送制冷剂回路、兰金循环或其他工业热交换应用。在所示的非限制性实施方案中，热交换器40是钎焊板式热交换器；然而，其他类型的热交换器，例如微通道热交换器和板翅式热交换器，也在本公开的范围内。
如所描绘，热交换器40包括多个波纹板42a、42b，所述多个波纹板沿着基本平行的板设置并以交替布置方式堆叠。板42a、42b可以由不锈钢制成，金属板包覆，或者另外涂覆有薄层钎焊材料(未示出)，其在相邻板42a、42b之间的接触点处提供接合界面。为了组装，将板42a、42b暂时夹在一起并加热，以将板42a、42b永久地钎焊在一起，以在相邻的板42a、42b之间产生多个主要通道44和多个次要通道46的交替层。钎焊操作气密地密封板42a、42b的外周边缘。
板42a、42b的实际设计可以改变，以提供具有任意数量的通路和流动图案的无限数量的构造，例如包括脊。图案可以例如通过冲压、蚀刻、雕刻、挤压、模制和压印形成。如图2所示，热交换器40显示为具有第一流体入口歧管48、第一流体出口歧管50、第二流体入口歧管52和第二流体出口歧管54。每个板42a、42b分别包括第一流体供应开口48a、48b、第一流体返回开口50a、50b、第二流体供应开口52a、52b和第二流体返回开口54a、54b。密封件(未示出)可以围绕与流动通路相邻的歧管48、50、52和54的一部分以形成开口48a、48b、50a、50b、52a、52b、54a、54b。
尽管在图2中示出的多个歧管48、50、52和54示出为基本由板42a、42b的一部分包围，仅歧管48、50、52和54的一个或多个的仅一部分容纳在板42a、42b(图2a)内或歧管48、50、52和54与板42a、42b的边缘分开但布置成与其流体连通的其他构造也在本公开的范围内图2b)。在一个实施方案中，歧管48、50、52和54中的一个的一部分可布置成与多个板42中的一个的内边缘接触，并布置成与多个板42中的另一个的外边缘接触。在所示的非限制性实施方案中，歧管48、50、52和54,包括具有圆形横截面的纵向细长的、大致中空、封闭端部圆柱体。然而，具有其他构造的歧管，例如半圆形、半椭圆形、正方形、矩形或其他横截面，也在本公开的范围内。歧管可以从热交换器40的相对端板延伸。
当热交换器40用作例如系统20的hvac系统中的蒸发器时，较冷的制冷剂通过第一流体供应开口48a、48b进入热交换器40。开口48a将制冷剂输送到通路44，通路将制冷剂在相邻板42a、42b之间的之字形或其他构造中输送到制冷剂返回开口50a、50b。然后开口50a和50b将制冷剂引导到出口歧管50以使制冷剂循环通过系统。类似地，待冷却的第二流体通过入口歧管52进入热交换器40并流过开口52a、52b。热交换器40的开口52b将第二液体输送到通路46，通路将第二流体在相邻板42a、42b之间的之字形或其他构造中输送到第二流体返回开口54a、54b。当第二流体流过通路46时，相邻通路44中的制冷剂冷却第二流体。在第二流体被冷却之后，开口54a、54b将冷却的第二流体引导到第二流体出口歧管54，然后在第二流体出口歧管处将其提供给待调节的环境。
现在参照图3-6，示出了纵向细长的分配器组件70，其被配置用于在入口歧管的内部体积内使用，例如热交换器40的制冷剂入口歧管48。尽管在水平布置的歧管48内示出，但是分配器组件70还可以以任何或非水平取向(例如，垂直取向)使用。分配器组件70在入口歧管52的至少一部分(如果不是整个长度的话)上延伸。此外，分配器组件70可以在歧管48内居中，或者可选地，可以偏离中心，例如朝向与板42a、42b相对的歧管48的壁倾斜。
分配器组件70包括具有包括但不限于例如圆形、椭圆形和矩形的横截面形状的插入件72。在一个实施方案中，插入件72的大小和形状通常与歧管48互补。插入件72具有形成在其中的多个分配流动路径74，使得设置在歧管52的入口处的制冷剂(例如，来自蒸气制冷剂回路20的管线30)基本均匀地分布在流动路径74之间。制冷剂流动路径74从分配器插入件72的内腔延伸到在相邻热交换器板42a、42b之间形成的流动通路44。分配流动路径74的大小确定为维持两相混合物的速度(例如以限制相分离)，并且可以是例如圆形、矩形、椭圆形或任何其他形状的任何形状。另外，分配流动路径74可以采取任何路径，例如螺旋路径或具有计量弯曲的线性路径。
通过将具有已知的液体-蒸气分布的两相混合物(例如，均匀分布，其中没有大部分流量仅包含一个相)分离到多个分配流动路径74中，两相混合物分布稳定或重新分配的可能性(除每个流动路径74内以外)可以减少。另外，如果多个分配流动路径74的每个形成为具有适当小的直径，例如在约0.2mm和5mm之间，则由于制冷剂的液体部分与蒸气部分的速度之间的滑移最小化，因此不可能发生流的相的重新分配。在实施方案中，多个分配流动路径74具有相同的直径(除了由于工具构造或磨损的不精确而导致的模具或其他制造工具的正常制造偏差)。在另一个实施方案中，选择每个流动路径74的直径以减小热交换器的不同流动回路之间的流动阻力的偏差(以近似地匹配在热交换器的歧管入口到歧管出口之间的每个流动路径的压降特性)。
在所示的非限制性实施方案中，多个分配流动路径74中的每一个包括在插入件72的至少一部分长度上轴向延伸的第一部分或流动通道76。轴向流动通道76可以平行于插入件72的中心轴线并且围绕插入件72的中心轴线周向间隔开，例如以等距间隔的构造。如图3所示，多个轴向流动通道76的长度可以变化，以经由制冷剂供应开口48a、48b向一个或多个对应通路44提供流体流动。另外可以使用轴向流动通道76的长度的偏差来平衡流体的压降，并因此平衡多个轴向流动通道76之间的流动。可选地，多个轴向流动通路76的长度可以基本相同，例如在插入件72的整个长度上延伸，如图5所示。
分配流动路径74另外包括多个轴向间隔的连接通道78，其中的每一个被配置为使至少一个轴向流动通道76流体联接到制冷剂供应开口48a、48b和形成在相邻板42a、42b之间的一个或多个通路44。相应地，至少一个连接通道78布置成与多个轴向流动通道76中的每一个流体连通。如图3所示，多个连接通道78中的每一个从轴向流动通道76向外径向延伸到形成在插入件72的外表面82中的分配孔80。在此类实施方案中，连接通道78至少部分地与插入件72一体地形成。
多个连接通道78中的一个或多个可以另外至少部分地围绕插入件72的圆周延伸。在一个实施方案中，多个连接通道78的圆周部分可以一体地形成为热交换器板42a、42b的一部分(图6)。在另一个实施方案中，多个连接通道78的周向部分可以形成在插入件72的外表面82和歧管48的内表面49中的一个或两个中。分配器组件70可以另外包括外套筒84，如图4和图5所示，其与插入件72以重叠的构造布置，并被配置成限定连接通道78的一部分以将流体保持在其中。在2013年5月23日提交的美国专利公布号us2014/0345837中更详细地描述了具有周向延伸的连接通道78和外套筒84的分配器组件70，其全部内容通过引用并入本文。
如所示，多个分配孔80可以形成在插入件72的外表面82中或围绕插入件72定位的外套筒84中，并且不仅流体连接到分配流动路径74而且还流体连接到开口48a、48b连接到通路44。在另一种构造中，多个分配孔80可以由一个或多个连续的槽来代替。在具有多个不同的分配孔80的实施方案中，每个分配孔80可以连接到一个或多个对应的连接通道78。可选地，多个分配孔80可以被配置成接收来自单个连接通道78的流体流动。
在图4的所示非限制性实施方案中，分配孔80沿着水平轴布置，使得围绕分配器组件70壳体的圆周的每个孔80的位置基本相同。因而，制冷剂流以相同的方位角被输送到制冷剂供应开口48a、48b的每个。在另一个实施方案(图3)中，分配孔80相对于彼此以不同的圆周角定位。
再次参考图4和图5，分配器70还可以包括布置在大致多个轴向流动通道76上游的喷嘴或孔口90。喷嘴90可以是定位于邻近插入件72的端部的单独的部件，或者可选地，可以位于插入件72的中空区域内。在此类实施方案中，喷嘴90流体地联接到蒸气制冷剂回路20(图1)的管线30，使得来自膨胀装置26的基本全部制冷剂被配置成经由喷嘴90直接流入插入件72。喷嘴90包括限制流体入口路径的横截面区域的孔口，并且被配置成增加流过其中的流体的速度。增加速度14有利地提供了流体14的基本统一均匀的混合物。在一个实施方案中，喷嘴90的孔口包括文丘里管部分以减少通过其中的流体的压降。均质的两相制冷剂混合物可以从喷嘴90以大致圆锥形的形状输出，并且被供应到形成在插入件72中的多个分配流动路径74(见图5)。
如本文所公开的分配器组件70被配置成向热交换器40(尤其是被配置为蒸发器的热交换器并且甚至更具体地为钎焊板式热交换器)的多个流动通路提供更均匀的分配。此均质分布将导致在更宽范围的流动条件下性能的改善。因而，包括热交换器40的制冷剂系统20将具有增加的性能系数和降低的功耗。
实施方案1:提供了一种热交换器，所述热交换器包括之间限定至少一个流动通路的多个平行堆叠板。具有大致中空内部的歧管布置成邻近所述多个平行板。相邻的堆叠板之间设置有开口。所述开口被配置成流体联接所述歧管的所述中空内部和所述至少一个流动通路。包括插入件的分配器组件至少部分地设置在所述歧管的所述中空内部内。所述插入件包括多个周向间隔的轴向流动通道和多个径向连接通道，所述多个径向连接通道布置成与所述轴向流动通道流体连通。所述径向流动通道经由所述开口流体联接到所述至少一个流动通路。
实施方案2:根据实施方案1所述的热交换器，其中所述歧管的一部分容纳在所述多个板中的至少一个内。
实施方案3:根据实施方案1或2所述的热交换器，其中所述整个歧管容纳在所述多个板内。
实施方案4:根据实施方案1或2所述的热交换器，其中所述歧管的边缘布置成与所述多个板的外边缘接触。
实施方案5:根据前述实施方案中任一项所述的热交换器，其还包括多个轴向间隔的周向连接通道，所述周向连接通道经由所述开口将所述径向连接通道流体联接到所述至少一个流动通路。
实施方案6:根据前述实施方案中任一项所述的热交换器，其中所述至少一个流动通路中的每一个布置成经由恰好一个开口与所述歧管的所述中空内部流体连通。
实施方案7:根据前述实施方案中任一项所述的热交换器，其中所述开口由从限定所述流动通路的所述多个堆叠板中的至少一个延伸的脊以及围绕与之流体联接的所述流动通路相邻的所述歧管的部分的密封件中的至少一个限定。
实施方案8:根据实施方案1-6中任一项所述的热交换器，其包括密封件，所述密封件完全围绕与之流体联接的所述流动通路相邻的所述歧管，并且其中所述密封件包括限定所述开口的孔。
实施方案9:根据前述实施方案中任一项所述的热交换器，其中所述分配器组件内的流体基本均等地供应到所述多个轴向流动通道。
实施方案10:根据前述实施方案中任一项所述的热交换器，其中所述分配器组件被配置成以基本相同的方位角供应流体到每个开口。
实施方案11:根据前述实施方案中任一项所述的热交换器，其中所述分配器组件被配置成以不同方位角供应流体到每个开口。
实施方案12:根据前述实施方案中任一项所述的热交换器，其中所述分配器组件还包括布置在所述多个轴向流动通道的上游的喷嘴，所述喷嘴被配置成产生流体的均匀分布。
实施方案13:根据实施方案11所述的分配器，其中所述喷嘴包括被配置成在所述流体中产生压降的收缩部。
虽然已经参考附图中示出的示例性实施方案具体示出和描述了本公开，但是本领域技术人员将认识到，可以在不脱离本公开的精神和范围的情况下进行各种修改。因此，旨在本公开不限于所公开的一个或多个特定实施方案，而是本公开将包括落在所附权利要求的范围内的所有实施方案。