专利名称：用于微流道热交换器的液体-蒸气分离器的制作方法
技术领域：
本发明总体上涉及空调和制冷系统，尤其涉及空调和制冷系统的平 行流式蒸发器。
背景技术：
所谓的平行流式热交换器的定义在空调和制冷工业中广泛使用，其 指的是具有多个平行通道的热交换器，制冷剂沿大致垂直于在进入和 出口总管中的制冷剂流动方向的方向被分配到并流入多个平行通道 中。平行流式热交换器的定义在本领域中已经是公知的，并且在本申 请的披露内容中多次使用。
在制冷剂系统的蒸发器中制冷剂的分配不均是公知的现象。其导致 蒸发器和整个系统的性能在较宽的工作状态内明显下降。制冷剂的分 配不均可能是由于以下因素而引起的，即，蒸发器流道的流阻不同， 在传热外表面上的气流分配不均匀，热交换器的定位不合适，或总管 或分配系统的结构较差。分配不均在平行流式蒸发器中特别明显，这 是因为制冷剂引导到每一制冷剂回路中的特殊结构。已经作出了 一些 努力来消除或减小分配不均的现象对于平行流式蒸发器性能的影响， 但是结果不太成功或不成功。努力失败的主要原因总体上涉及所提出 的技术的复杂性和低效率或者是技术方案的不可接受的高成本。
近年来，平行流式热交换器以及特别是钎焊的铝制热交换器受到了 许多关注并具有吸引力，这不仅是在机动车领域中，在供热、通风、
空调和制冷工业(HVAC&R)领域中也是如此。采用平行流式热交换器 的主要原因主要是其性能优异、紧凑度高、抗腐蚀性高。现在，平行 流式热交换器对于多种产品和系统设计和构型均可在冷凝器和蒸发器 应用场合中使用。在蒸发器应用场合中，尽管具有显著的有益技术效 果和优点，但是也存在问题和挑战。在蒸发器应用场合中，制冷剂分 配不均是一个主要的考虑因素并且是实施这种技术的一个阻碍。
已知的是，在平行流式热交换器中的制冷剂分配不均是由于在流道 和在入口和出口总管中的不相同的压力降以及总管和分配系统结构较
差而引起的。在总管中，制冷剂路径的长度、相分离、和重力的不同 是分配不均的主要因素。在热交换器流道中，传热率、气流分布、制 造公差、和重力方面的差别也是重要的因素。另外，热交换器性能的 最近的趋势促使其流道小型化(所谓的微小流道和微流道)，这又不 利地影响制冷剂的分配。由于控制所有的这些因素是非常困难的，因 此在先的控制制冷剂分配的许多努力是失败的，特别是在平行流式蒸 发器中。
在采用平行流式热交换器的制冷剂系统中，入口和出口集管或总管 (这些术语在本申请中是可以互换使用的)通常具有常规的柱形形 状。当两相流进入集管时，蒸气相通常与液相分离。由于两个相的流 动是独立的，因此往往出现制冷剂分配不均。
如果两相流以较高的速度进入入口总管，液相(液滴)借助进一步 离开总管入口流向该集管的远端部分的流动的动量来携带。然而，最 接近该总管入口的流道主要地接受蒸气相，远离该总管入口的流道主 要地接受液相。另一方面，如果进入总管的两相流的速度较低，则动 量可能不足以沿集管携带该液相.其结果为，该液相进入最靠近该入 口的流道，并且蒸气相进入最远端的流道。另外，在入口总管中液相 和蒸气相可借助重力而分离，这导致相似的分配不均的情况出现。在 任一情况下，分配不均的现象在蒸发器中迅速表面化并显现出来，并 且整个系统的性能下降。
在管-翅片式热交换器中，已经是公知技术的是，提供通向各自管 的单独的毛细管或其它膨胀装置以便使得制冷剂均勻地膨胀道管排 中。已经提出的另一方案是在通向各自管的入口处提供单独的膨胀装
置，例如所谓的"大铁锅(dixie)"式的杯状件，以用于相同的目的。 这些方案中的任一方案在微小流道或微流道应用中均不实用，在该应 用场合中流道较小并间隔紧密，因此在制造过程中单独的节流装置不 能以实用的方式安装在各自流道中。
在空调和制冷工业中，术语"平行流，，和"微流道"(或"微小流 道")在上述的热交换器中通常是可互换使用的，并且我们也随之采 用了相似的作法。另外，微流道或微小流道的热交换器仅在流动尺寸 (或所谓的水力直径)方面存在区别，并且可以从本发明的启示中以
相同方式获得有益效果。在本发明的申请文件和权利要求书中，我们 将这些(微流道或微小流道的)热交换器称为微流道热交换器。
发明内容
简单地说，依据本发明的一方面，在膨胀装置与入口集管之间设置 有液体-蒸气分离器，该分离器使得制冷剂蒸气直接流向压缩机，并且 只有液态制冷剂流向入口集管。以这种方式，可实现液态制冷剂更均 匀地分配到单独的平行流道中。
依据本发明的另一方面，该液体-蒸气分离器包括带有浮子件的浮 子阀，该浮子件定向成便于垂直移动，以便允许制冷剂蒸气围绕其流 动，而且如果液态制冷剂流入该浮子阀，该浮子件将承座就位并阻止 液态制冷剂流经该浮子件。
依据本发明的再一方面，第二浮子阀互连在入口总管的下游端与压 缩机之间，以便来自液态制冷剂的残留蒸气直接流向压缩机。
参照对下列附图来描述优选实施例；然而，在脱离本发明的精神和 范围内可作出其它不同的变型和替代结构，在附图中 图l是本发明的一个实施例的示意图； 图2示出了其变型实施例； 图3示出了本发明的一替代实施例；和 图4示出了其变型实施例。
具体实施例方式
参见图1 ，附图标记l 0总体上表示应用于微小流道热交换器l 1的本 发明，该热交换器具有入口总管12、出口总管13、和多个在入口总管 12与出口总管13之间互连的平行的微流道14。
入口腔16借助管道18与入口总管12的上游端17流体连接。在入口 腔16的上部处，入口管19提供了来自膨胀装置的流体连通，以便液态 和蒸汽制冷剂的混合物流入入口腔l6的上部。较重的液态制冷剂往往 下落到入口腔16的底部，并且流经通向入口总管12的管道18,以便每 一平行的微小流道14在其入口端处具有单相的液态制冷剂。
旁通管道21也连接于入口腔16的上部处，以便引导制冷剂蒸气流 沿箭头所示方向流向压缩机。浮子阀22设置在旁通管道21中，该浮子 阀具有入口端口23、出口端口24、和浮子件26。
在工作中，当两相流制冷剂进入入口管19时，液态制冷剂往往下 降到入口腔16的下部中，并且由于压缩机的吸气作用，制冷剂蒸气被 向上吸。当其进入浮子阀22中时，制冷剂蒸气绕浮子件26流过并经出 口端口24流向压缩机。如果液态制冷剂进入浮子阀22，其往往使得浮 子件26抬升，以便浮子件与出口端口24接合并安座就位，由此组织液 体流向压缩机。液态制冷剂随后下降到浮子阀的下部，并随后流入入 口腔16。
出口总管13借助出口管15与压缩机流体连接，在液态制冷剂流经 微流道14并进入出口总管13从而转变成蒸气之后，制冷剂蒸气随后被 吸入到压缩机中。应当注意到，如果来自出口管15的蒸气趋向流入旁 通管21，则浮子件26将抵靠入口端口23安座就位并阻止蒸气进入入口 腔16。
现参照图2，其中示出了相似的布置，但是还设置有附加的特征。 在入口总管12的下游端27处，管道28连接成便于经由第二浮子阀29与 压缩机流体流通。该浮子阀分离器以与上述的浮子阀22相同的方式来 工作，以便除去在入口总管12的下游端27中的任何残留的蒸气。即， 在该总管12中的所有液态制冷剂应当向上流经微流道14，并且任何残 留蒸气向上流经管道28和该浮子阀29并流向压缩机。
从图2所示的实施例中还可以看出，图1所示的实施例的入口腔16 从其存储器形式转变为简单管道结构31。尽管管道结构31包含较少的 液态制冷剂，但是其工作方式与上述的入口腔16的工作方向大致相 同。
上述的图1和图2的实施例涉及这样的结构，其中该热交换器ll定 向成使得总管12和13是水平的，而微流道14是垂直的。图3所示的实施 例示出了本发明用于这样一种结构，其中集管定位成垂直的，而微流
道定向成水平的。
微小流道热交换器32具有总管33、总管34、和平行的微流道36。 总管33分成上部分和下部分37和38，并且在下部分38中的微流道36用 于引导制冷剂流向总管34，在上部分37中的微流道36用于引导制冷剂
从总管34返回到总管33的上部分37。另外，浮子阀39设置在使得总管 33的上部分37与压缩机连接的管道41中。该浮子阀的工作方式与图2 所示的实施例的浮子阀2 9相同，以便从液体中除去任何残留的蒸气。
在图4所示的实施例中，设置有在总管34的下游端与压缩机吸气口 之间流体连通的管道42。浮子阀43以与上述浮子阀相同的方式来设置 和工作。其目的在于分离出在热交换器的第一流程之后出现的任何蒸 气，以便使得只有液态制冷剂输送到热交换器的第二流程中。
在上述的每一液体-蒸气分离器中，浮子件的阀座的选择可与制冷 剂流体的密度、浮力、和安座力要求以及材料兼容性因素相一致。
权利要求
1.一种用于热交换器的液体-蒸气分离器，该热交换器具有借助平行的微流道在流体上互连的入口总管和出口总管，该微流道用于在入口总管和出口总管之间引导制冷剂的流动，该液体-蒸气分离器包括在所述入口总管和膨胀装置之间流体连接的入口腔，该膨胀装置适于将两相制冷剂输送到入口腔；在所述入口腔与压缩机入口之间流体互连的旁通管道；和设置在所述旁通管道中的阀，该阀在操作上允许制冷剂蒸气流向所述压缩机，但是不允许液态制冷剂流向该压缩机。
2. 如权利要求l的液体-蒸气分离器，其特征在于，所述入口腔借 助入口管连接到该膨胀装置，并且该入口管在该入口腔的上部连接到 该入口腔。
3. 如权利要求2的液体-蒸气分离器，其特征在于，该入口腔如此 构造成，即，允许液态制冷剂流向该入口总管，但是在该入口腔中存 在的液态制冷剂阻止制冷剂蒸气流向该入口总管。
4. 如权利要求l的液体-蒸气分离器，其特征在于，该阀包括浮子阀。
5. 如权利要求4的液体-蒸气分离器，其特征在于，该浮子阀包括 出口端口和浮子件，该浮子件可向上移动以便抵靠所述出口端口安座就位并密封该出口端口。
6. 如权利要求5的液体-蒸气分离器，其特征在于，该阀还包括入 口端口 ，当该浮子件向下移动时该浮子件抵靠该入口端口安座就位以 便放置制冷剂蒸气向下流经该入口端口 。
7. 如权利要求l的液体-蒸气分离器，其特征在于，该出口总管与 压缩机流体连接。
8. 如权利要求1的液体-蒸气分离器，其特征在于，还包括使得所 述入口总管的下游端与所述压缩机流体互连的管道，以及设置在所述 管道内以便从液体中除去任何残留蒸气的阀。
9. 如权利要求8的液体-蒸气分离器，其特征在于，该阀包括带有 出口端口和浮子件的膨胀阀，该浮子件可向上移动以便抵靠出口端口安座就位。
10. 如权利要求9的液体-蒸气分离器，其特征在于，该阀包括入口 端口，该浮子件可抵靠该入口端口安座就位。
11. 一种促使制冷剂从热交换器的入口总管均匀流入多个与该入 口总管在流体上连接的平行微流道的方法，该方法包括以下步骤提供在所述入口总管和膨胀装置之间流体互连的入口腔，该膨胀装置适于将两相制冷剂输送到入口腔；提供在所述入口腔与压缩机入口之间流体互连的旁通管道；和 在所述旁通管道中提供一阀，以便允许制冷剂蒸气流向所述压缩机，但是不允许液态制冷剂流向该压缩机。
12. 如权利要求11所述的方法，其特征在于，还包括借助入口管将 该膨胀装置连接到所述入口腔的上部的步骤。
13. 如权利要求11所述的方法，其特征在于，该阀包括浮子阀。
14. 如权利要求13所述的方法，其特征在于，该浮子阀包括出口端 口和浮子件，该浮子件可向上移动以便抵靠所述出口端口安座就位并 密封该出口端口。
15. 如权利要求14所述的方法，其特征在于，该阀还包括入口端 口，当该浮子件向下移动时该浮子件抵靠该入口端口安座就位以便放 置制冷剂蒸气向下流经该入口端口 。
16. 如权利要求15所述的方法，其特征在于，还包括使得该出口总 管与压缩机流体连接的流体连接步骤。
17. 如权利要求11所述的方法，其特征在于，还包括使得所述入口 总管的下游端与所述压缩机流体互连的步骤。
18. 如权利要求17所述的方法，其特征在于，还包括提供一在所述 管道内从液体中除去任何残留蒸气的阀。
19. 如权利要求18所述的方法，其特征在于，该阀包括带有出口端 口和浮子件的膨胀阀，该浮子件可向上移动以便抵靠出口端口安座就 位。
20. 如权利要求19所述的方法，其特征在于，该阀包括入口端口， 该浮子件可抵靠该入口端口安座就位。
全文摘要
一种促使制冷剂从热交换器的入口总管均匀流入多个与该入口总管在流体上连接的平行微流道的方法和装置，其包括提供在所述入口总管和膨胀装置之间流体互连的入口腔，该膨胀装置适于将两相制冷剂输送到入口腔；提供在所述入口腔与压缩机入口之间流体互连的旁通管道；和在所述旁通管道中提供一阀，以便允许制冷剂蒸气流向所述压缩机，但是不允许液态制冷剂流向该压缩机。第二浮子阀设置在所述入口总管的下游端与所述压缩机之间以便从液体中除去任何残留蒸气。
文档编号F25B49/00GK101111731SQ200580047683
公开日2008年1月23日 申请日期2005年12月28日 优先权日2005年2月2日
发明者M·B·戈尔布诺夫, M·K·萨姆, P·费尔马 申请人:开利公司