具有用于改善制冷剂均分的混合膨胀装置的汽车蒸发器热交换器的制造方法
【专利摘要】本实用新型提供了一种汽车蒸发器(100)热交换器，所述汽车蒸发器(100)热交换器具有被构造为将制冷剂在全部制冷剂管(106)上均分的混合膨胀装置(200)。所述混合膨胀装置(200)包括一级制冷剂压降装置(202)和二级制冷剂压降装置(204)。所述一级制冷剂压降装置(202)是被构造为接纳液相制冷剂并将液相制冷剂膨胀成两相制冷剂的第一混合物的热膨胀阀(TXV)(202)，而所述二级制冷剂压降装置(204)是在入口歧管(102)内延伸的被构造为将所述两相制冷剂的第一混合物膨胀成两相制冷剂的第二混合物的管。所述管(204)包括多个孔口(206)，并具有足够大以抑制对制冷剂流的阻力但又足够小以防止所述两相制冷剂的第一混合物流分离成液体层和蒸气层的管径。
【专利说明】具有用于改善制冷剂均分的混合膨胀装置的汽车蒸发器热 交换器
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及汽车蒸发器；并具体涉及用于均分制冷剂通过该汽车蒸发器的制 冷剂管的制冷剂膨胀装置。
【背景技术】
[0002] 机动车用空调系统通常包括制冷剂回路，该制冷剂回路具有位于用来将经调节的 空气提供至乘客舱的暖通空调（HVAC)模块内的蒸发器、位于蒸发器上游的膨胀装置、位于 膨胀装置上游发动机舱前面的冷凝器以及位于发动机舱内冷凝器上游的压缩机。上述部件 液压串联在闭合的制冷剂回路内。
[0003] 压缩机使制冷剂压缩并循环通过闭合的制冷剂回路。从蒸发器的入口开始，具有 液体和蒸气混合物的低压两相制冷剂进入蒸发器并流过蒸发器的制冷剂管，在制冷剂管 处，低压两相制冷剂通过从进入的空气流中吸收热量而膨胀成低压蒸气制冷剂。低压蒸气 制冷剂然后从蒸发器出口排出并进入压缩机，在压缩机处，低压蒸气制冷剂被压缩成高压 高温蒸气。高压蒸气制冷剂然后流过冷凝器，在冷凝器处，高压蒸气制冷剂通过将热量释放 至机动车外部的周围空气而冷凝成高压液体制冷剂。经冷凝的高压液体制冷剂通过膨胀装 置返回至蒸发器，膨胀装置将高压液体制冷剂膨胀为低压液体蒸气制冷剂混合物以重复该 循环。
[0004] 常规的蒸发器包括入口歧管、出口歧管以及液压连接这两个歧管的多个制冷剂 管。此外，在入口歧管与出口歧管之间可能存在一个或多个中间歧管，例如回流歧管。通过 蒸发器的制冷剂的流量，对于R-134a制冷剂而言通常在25kg/h至300kg/h的范围内，主要 取决于机动车的发动机转速（以每分钟转数（rpm)计）。这是压缩机直接由发动机经由辅 助皮带驱动的结果；因此，压缩机速度随着发动机rpm而改变。
[0005] 理想的是能够将两相制冷剂均分（分成等份）至蒸发器的制冷剂管以对空气流进 行均匀冷却。如果两相制冷剂以相对高的速度进入入口歧管，则液相制冷剂被液流的动量 携带，进一步远离入口歧管的进口至入口歧管的远端。因此，最接近入口歧管进口的制冷剂 管主要接收蒸气相，而靠近入口歧管的远端的制冷剂管主要接收液相。另一方面，如果两相 制冷剂以相对低的速度进入入口歧管，则最接近入口歧管进口的制冷剂管主要接收液相， 而靠近入口歧管的远端的制冷剂管主要接收蒸气相。较之于体积分数，在涉及制冷剂的质 量分数时尤其如此。在任一情况下，这会导致流过制冷剂管的制冷剂不均分，使蒸发器的传 热效率降低。
[0006] 液体制冷剂不均分的不良效果是从蒸发器出来的空气的温度图的偏移。在高的制 冷剂流速下，在入口歧管的远端处穿过制冷剂管的空气流温度低于在靠近入口处穿过制冷 剂管的空气流温度。在低的流动速度下，情况相反。出口空气温度的偏移和变动模式是不 期望的。首先，它指示低效率的传热过程。其次，它妨碍将温度传感器适当地定位于蒸发器 的下游面上。该温度传感器旨在测量空气的最低温度，并且它通过在达到设定的最低温度 时关闭固定排量压缩机来控制固定排量压缩机，从而保护固定排量压缩机不受损坏。所得 不均匀温度场（其受制冷剂流动速度影响而改变）使得难以保持HVAC模块外部的出风口 温度的均匀平衡。在某些情况下，左出风口温度和右出风口温度中的这种失衡引起车辆乘 坐人员的明显不适。
[0007] 需要这样一种装置，不管由内在变化的发动机速度引起的制冷剂流速的变化，该 装置控制制冷剂流在入口歧管中向制冷剂管均分并保持出风温度场均匀。
【发明内容】
[0008] 简而言之，本实用新型的一个方面为具有混合膨胀装置（HED)的汽车蒸发器热交 换器。蒸发器包括限定沿歧管轴线A延伸的内腔的细长入口歧管和延伸进内腔的多个制冷 剂管。HED包括一级制冷剂压降装置和二级制冷剂压降装置，一级制冷剂压降装置被构造为 接纳液相制冷剂并将液相制冷剂膨胀成两相制冷剂的第一混合物，二级制冷剂压降装置设 置在入口歧管中且被构造为接纳两相制冷剂的第一混合物并将两相制冷剂的第一混合物 膨胀成两相制冷剂的第二混合物，并且将两相制冷剂的第二混合物均分至所述多个制冷剂 管的开放端。
[0009] -级制冷剂压降装置是被构造为接纳液相制冷剂并将液相制冷剂膨胀成两相制 冷剂的第一混合物的TXV，所述两相制冷剂的第一混合物具有质量百分比为约75-85%的 液相。二级制冷剂压降装置为管，其具有多个孔口，所述多个孔口被构造为将两相制冷剂的 第一混合物膨胀成两相制冷剂的第二混合物，所述两相制冷剂的第二混合物具有质量百分 比为约65-75%的液相。EOT的内径的优选范围为使得其应足够大以抑制对制冷剂流的阻 力，在管中少于分配量的制冷剂能够流至EOT的远端216,但又足够小以防止进入的两相制 冷剂的第一混合物流分离成液体层和蒸气层。
[0010] 较之于仅具有常规孔口管的蒸发器，具有HED的蒸发器实现了 17%的节能。具有 HED的蒸发器还提供无噪声、温度均匀分布以及对应于变化的发动机rpm的快速瞬变制冷 剂流。具有HED的蒸发器的另一有益效果在于，其消除了对增加压降并且降低空调系统性 能的储液器/干燥器（A/D)的需求。压缩机的吸入管线中每Ipsi的压降引起空气出口温 度的大约0. 75 T的增加。A/D在高流量下通常增加约3psi压降。
[0011] 在下文所描述的附图中，示出了优选实施例；然而，在不脱离本实用新型的精神和 范围的情况下，可对所述优选实施例进行各种其他修改以及替代设计和构造。
【专利附图】
【附图说明】
[0012] 图1示出了具有混合膨胀装置的空调系统的示意图。
[0013] 图2示出了具有混合膨胀装置的示例性蒸发器。
[0014] 图3示出了图2所示的蒸发器的入口歧管的剖视图。
[0015] 图4示出了图3的增强型孔口管的剖视图。
[0016] 图5为曲线图，示出了制冷剂的液体体积分数与蒸气体积分数之间的关系。
【具体实施方式】
[0017] 图1示出了具有闭合的制冷剂回路12的空调系统10的示意图，该闭合的制冷剂 回路12以串联方式液压连接压缩机14、冷凝器16和蒸发器100。蒸发器100包括混合膨 胀装置（HED) 200,该混合膨胀装置（HED) 200被构造成针对由压缩机14速度变化引起的 所有工作制冷剂流提供在整个蒸发器100上的制冷剂均分。HED 200包括一级制冷剂压 降装置202,例如恒温膨胀阀（TXV) 202,以及二级制冷剂压降装置204,例如增强型多孔管 (EOT)204。
[0018] 图2和图3示出了本实用新型的具有HED 200的示例性蒸发器100。蒸发器100 包括入口歧管102、出口歧管104以及液压连接歧管102、104的多个制冷剂管106,用于制 冷剂从入口歧管102向出口歧管104流动。每个制冷剂管106限定供制冷剂在其间流动的 U形路径，从而使入口歧管102和出口歧管104能够并排平行地布置。蒸发器100还可包 括与入口歧管102和出口歧管104液压连接并隔开的回流歧管105。制冷剂管106的入口 开放端107穿过沿着入口歧管102设置的管槽109插设，用于从入口歧管102向制冷剂管 106的制冷剂流动。入口歧管102和出口歧管104被示为在重力方向上位于制冷剂管106 上方。多个翅片108设置在制冷剂管106之间，以促进制冷剂与环境空气流之间的热交换。 制冷剂管106和翅片108由导热材料（优选地为铝合金）形成，组装到歧管102、104上并 且铜焊成蒸发器热交换器总成。
[0019] 图3示出了沿歧管轴线A延伸的蒸发器100的入口歧管102的剖视图。入口歧管 102包括用于接纳二级制冷剂压降装置204的入口端口 110,该二级制冷剂压降装置204被 构造为与上游的一级制冷剂压降装置202协作以改善制冷剂在蒸发器100的所有制冷剂管 106上均分。一级制冷剂压降装置202将来自冷凝器的液体制冷剂膨胀成两相制冷剂的第 一混合物，而二级制冷剂压降装置204将两相制冷剂的第一混合物膨胀成两相制冷剂的第 二混合物。
[0020] 二级制冷剂压降装置204可以是设置在由入口歧管102限定的内腔103内的EOT 204的二级制冷剂压降装置，该二级制冷剂压降装置基本上沿着内腔103的长度延伸并且 基本上平行于歧管轴线A。EOT 204包括入口端214、与入口端214的相对的盲远端216以 及在入口端214与盲远端216之间的多个孔口 206。入口端214与上游的一级制冷剂压降 装置202直接液压连接。通常通过将其捕获于入口歧管102的端封端117中来安装盲远端 216。所述多个孔口 206可布置为与歧管轴线A平行的线性阵列，并背向制冷剂管106的入 口开放端107,优选地与入口开放端107相差180度并且取向成与重力方向相反。如图2所 示，车内位置为歧管102、104在顶部，回流歧管105在底部，而蒸发器面112基本上垂直于 地面。在蒸发器面112朝着地面倾斜（偏离垂直最多至60° )的情况下，仍优选的是，EOT 204的孔口 206基本上与重力方向相反。
[0021] 图1所示的一级制冷剂压降装置202可为低压降TXV(LP-TXV) 202的一级制冷剂 压降装置，其被构造成在比没有孔口管的空调系统的常规TXV的压降低的压降下工作。HED 200提供两级总压降，其中，总压降在LP-TXV202与EOT 204之间分配，且相当于常规TXV 的压降。意想不到地发现，由LP-TXV和EOT协调工作提供的受控两级压降使得通过蒸发器 100的制冷剂管106的制冷剂的均分得以改善。
[0022] LP-TXV 202被构造为向E0T204提供两相制冷剂的第一混合物。EOT 204用作保持 与膨胀装置，其中EOT 204保持并储积两相制冷剂的第一混合物，直至进入的混合物的液 体部分基本上充满EOT 204的内部容积，然后作为两相制冷剂的第二混合物通过孔口 206 排放，从而将制冷剂在整个制冷剂管106内均分。参见图3,在紧靠 LP-TXV 202下游的HED 的点X附近，两相制冷剂的第一混合物具有75%的液体质量分数以及仅8. 9%的对应液体 体积分数。这里，EOT 204的仅8. 9%的体积由液体占据，而其余90. 1%体积由蒸气占据。 下表1和图5分别示出了表格和曲线图，显出了制冷剂的液体质量分数以及在典型蒸发器 入口压力和温度下制冷剂R134a的对应液体体积分数和蒸气体积分数。
【权利要求】
1. 一种汽车蒸发器（100)热交换器，所述汽车蒸发器（100)热交换器包括： 入口歧管（102)，所述入口歧管（102)限定内腔（103)，其中所述入口歧管（102)包括 入口端口（110)和多个制冷剂管槽（109); 多个制冷剂管（106)，其中所述多个制冷剂管（106)的每一个包括开放端（107)，所述 开放端（107)延伸穿过所述多个管槽（109)中相应的一个，使得所述开放端（107)与所述 内腔（103)液压连通； 混合膨胀装置（200)，所述混合膨胀装置（200)包括： 一级制冷剂压降装置（202)，所述一级制冷剂压降装置（202)被构造为接纳液相制冷 剂并将所述液相制冷剂膨胀成两相制冷剂的第一混合物； 二级制冷剂压降装置（204)，所述二级制冷剂压降装置（204)被构造为接纳所述两 相制冷剂的第一混合物并将所述两相制冷剂的第一混合物膨胀成两相制冷剂的第二混合 物，并且将所述两相制冷剂的第二混合物均分至所述多个制冷剂管（106)的所述开放端 (107)。
2. 根据权利要求1所述的汽车蒸发器（100)热交换器，其特征在于，所述一级制冷剂压 降装置（202)的位置邻近所述入口端口（110)。
3. 根据权利要求2所述的汽车蒸发器（100)热交换器，其特征在于，所述二级制冷剂 压降装置（204)在所述一级制冷剂压降装置（202)的下游液压连接并且设置在所述内腔 (103)内。
4. 根据权利要求3所述的汽车蒸发器（100)热交换器，其特征在于： 所述一级制冷剂压降装置（202)是被构造为将所述液相制冷剂膨胀成所述两相制冷 剂的第一混合物的热膨胀阀（TXV)，所述两相制冷剂的第一混合物具有质量百分比约为 75-85 %的液相。
5. 根据权利要求4所述的汽车蒸发器（100)热交换器，其特征在于： 所述二级制冷剂压降装置为设置在所述入口歧管（102)的所述内腔（103)内的管 (204)并且包括入口端（214)、与所述入口端（214)相对的盲远端（216)以及在所述入口端 (214)及所述盲远端（216)之间的多个孔口（206); 其中所述管（204)被构造为保持并储积所述两相制冷剂的第一混合物的液相的一部 分，并且将所述两相制冷剂的第一混合物膨胀成所述两相制冷剂的第二混合物，所述两相 制冷剂的第二混合物具有质量百分比为约65-75%的液相。
6. 根据权利要求5所述的汽车蒸发器（100)热交换器，其特征在于，所述多个孔口 (206)被布置成与所述入口歧管（102)平行的线性阵列并且取向为与重力方向相反。
7. 根据权利要求6所述的汽车蒸发器（100)热交换器，其特征在于： 所述管（204)包括限定横截面积的管径，其中所述管（204)的尺寸被设定为使得已储 积的制冷剂的液相占据所述孔口（206)下方的所述管（204)横截面积的至少99%。
8. 根据权利要求7所述的汽车蒸发器（100)热交换器，其特征在于，所述管（204)直径 足够大以抑制对制冷剂流的阻力，其中少于所述均分量的制冷剂能够流至所述远端（216)， 但所述管（204)直径又足够小以防止所述进入的两相制冷剂的第一混合物流分离成液体 层和蒸气层。
9. 根据权利要求8所述的汽车蒸发器（100)热交换器，其特征在于，所述管（204)被 构造为使得从所述入口端（214)到所述远端（216)的流在轴向上的压降低于在整个所述管 (204)上的总压降的10%。
10. 根据权利要求6所述的汽车蒸发器（100)热交换器，其特征在于，所述管（204)被 构造为保持并储积所述两相制冷剂的第一混合物，直至所述液相基本上充满所述管（204) 的内部容积，然后所述液相作为两相制冷剂的第二混合物通过所述孔口（206)排放，从而 将所述制冷剂在整个所述制冷剂管（106)上均分。
11. 一种汽车蒸发器（100)热交换器，所述汽车蒸发器（100)热交换器包括： 入口歧管（102)，所述入口歧管（102)限定沿歧管轴线A延伸的内腔（103); 多个制冷剂管（106)，每个所述制冷剂管（106)具有延伸进所述内腔（103)的开放端 (107)； 一级制冷剂压降装置（202)，所述一级制冷剂压降装置（202)被构造为接纳液相制冷 剂并将所述液相制冷剂膨胀成两相制冷剂的第一混合物； 二级制冷剂压降装置（204)，所述二级制冷剂压降装置（204)设置在所述内腔（103) 内，并被构造为接纳所述两相制冷剂的第一混合物并将所述两相制冷剂的第一混合物膨胀 成两相制冷剂的第二混合物，并且将所述两相制冷剂的第二混合物均分至所述多个制冷剂 管（106)的所述开放端（107)。
12. 根据权利要求11所述的汽车蒸发器（100)热交换器，其特征在于，所述一级制冷剂 压降装置（202)是被构造为将所述液相制冷剂膨胀成两相制冷剂的第一混合物的热膨胀 阀，所述两相制冷剂的第一混合物具有质量百分比为约75-85%的液相。
13. 根据权利要求12所述的汽车蒸发器（100)热交换器，其特征在于，所述二级制冷剂 压降装置（204)是管（204)，所述管（204)具有多个被构造为将所述两相制冷剂的第一混合 物膨胀成所述两相制冷剂的第二混合物的孔口（206)，所述两相制冷剂的第二混合物具有 质量百分比为约65-75%的液相。
14. 根据权利要求13所述的汽车蒸发器（100)热交换器，其特征在于，所述管（204)直 径足够大以抑制对制冷剂流的阻力，其中少于所述均分量的制冷剂能够流至所述管（204) 的远端（216)，但所述管（204)直径又足够小以防止所述进入的两相制冷剂的第一混合物 流分离成液体层和蒸气层。
15. 根据权利要求14所述的汽车蒸发器（100)热交换器，其特征在于，所述管（204)直 径进一步足够小，使得所述两相制冷剂的第二混合物占据所述管（204)的横截面积的至少 99%。
16. -种汽车蒸发器（100)热交换器，所述汽车蒸发器（100)热交换器包括： 入口歧管（102)，所述入口歧管（102)限定沿歧管轴线A延伸的内腔（103); 多个制冷剂管（106)，每个所述制冷剂管（106)具有延伸进所述内腔（103)的开放端 (107)； 一级制冷剂压降装置（202)，所述一级制冷剂压降装置（202)被构造为接纳液相制冷 剂并将所述液相制冷剂膨胀成两相制冷剂的第一混合物； 二级制冷剂压降装置（204)，所述二级制冷剂压降装置（204)设置在所述内腔（103) 内，并被构造为接纳所述两相制冷剂的第一混合物并将所述两相制冷剂的第一混合物膨胀 成两相制冷剂的第二混合物，并且将所述两相制冷剂的第二混合物均分至所述多个制冷剂 管（106)的所述开放端（107); 其中所述二级制冷剂压降装置（204)是管（204)，所述管（204)具有被构造为将所述两 相制冷剂的第一混合物膨胀成所述两相制冷剂的第二混合物的多个孔口（206); 其中所述孔口（206)被取向为背离重力方向；并且 其中所述管（204)被构造为保持并储积所述两相制冷剂的第一混合物，直至所述液相 基本上充满所述管（204)的内部容积，然后所述液相作为两相制冷剂的第二混合物通过所 述孔口（206)排放，从而将所述制冷剂在整个所述制冷剂管（106)上均分。
17. 根据权利要求16所述的汽车蒸发器（100)热交换器，其特征在于，所述多个孔口 (206)被布置为与所述入口歧管（102)平行的线性阵列。
18. 根据权利要求16所述的汽车蒸发器（100)热交换器，其特征在于： 所述管（204)包括限定横截面积的管径，其中所述管（204)的尺寸被设定为使得已储 积制冷剂的液相占据所述孔口（206)下方的所述管（204)的横截面积的至少99%。
【文档编号】F25B39/02GK204154032SQ201420453550
【公开日】2015年2月11日 申请日期:2014年8月12日 优先权日:2013年11月1日
【发明者】S·乔杜里, P·S·卡德尔, C·M·科沃斯基 申请人:德尔福技术有限公司