專利名稱：帶有流動分配孔口間隔件的熱交換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種熱交換器，尤其涉及一種用于例如在蒸發(fā)器或冷凝器中的氣體/液體兩相流的熱交換器。
背景技術(shù)：
在涉及氣體/液體兩相流的熱交換器中，流體在該熱交換器中的分配是主要問題。當(dāng)兩相流流經(jīng)多個全部連接到共用的入口和出口集管的流道時(shí)，氣體和液體由于在熱交換器中不同的動量以及流動方向的改變，所以具有以不同的流率流經(jīng)不同的流道的趨勢。這導(dǎo)致了對于氣體和液體兩者的不均勻的流動分配，并這又直接地影響傳熱性能，特別是在接近出口處的液體質(zhì)量比例通常很低的區(qū)域中。任何的液體分配不均將導(dǎo)致無液體的干區(qū)或熱區(qū)。另外，如果液體較多的區(qū)域或流道不能使所有液體蒸發(fā)，則一部分流體從該熱交換器中流出。這通常對使用熱交換器的系統(tǒng)具有不利的影響。例如，在制冷劑蒸發(fā)器系統(tǒng)中，從蒸發(fā)器流出的液體導(dǎo)致流動控制閥或膨脹閥關(guān)閉以減少制冷劑質(zhì)量流。這將減小該蒸發(fā)器的總傳熱量。
在用于蒸發(fā)器和冷凝器的常規(guī)結(jié)構(gòu)中，兩相流沿通常垂直于主傳熱流道的方向進(jìn)入入口集管。因?yàn)闅怏w具有非常低的動量，所以對于氣體來說容易改變方向并流經(jīng)靠前的少數(shù)流道，但是液體由于其較大的動量因此具有保持行進(jìn)到集管的端部的趨勢。其結(jié)果為，靠后的少數(shù)流道通常具有比靠前的流道更高的液體流率和更低的氣體流率。以往嘗試了多種方法使得均勻地在蒸發(fā)器中進(jìn)行流動分配。其中的一種方法使用了一種如授權(quán)給Patel等人的美國專利No.3976128中所示的有孔的入口集管。另一種方式是將蒸發(fā)器分成多個區(qū)或分成串聯(lián)連接到一起的流道的小分組，例如授權(quán)給Noriaki Sonoda美國專利No.4274482所示。盡管這些方法有所幫助，但流動分配仍不理想并且效率低的熱區(qū)仍存在。
在本發(fā)明中，在入口集管中使用了阻擋件或分隔件，以便將熱交換器分成多個部段。該阻擋件具有孔口以使預(yù)定比例的流體流經(jīng)過順序的部段，使得在順序部段中的該流體流保持并聯(lián)地并且更均勻地分配。

發(fā)明內(nèi)容
依據(jù)本發(fā)明，提供了一種熱交換器，其包括多個疊置的管狀的第一部件，該部件具有限定相應(yīng)的入口開口和出口開口的相應(yīng)的入口遠(yuǎn)端部和出口遠(yuǎn)端部。所有的入口開口接合在一起以便該入口遠(yuǎn)端部形成第一入口集管，而所有的出口開口接合在一起以便該出口遠(yuǎn)端部形成第一出口集管。多個疊置的管狀的第二部件定位成鄰近多個第一管狀部件。該多個第二管狀部件也具有限定相應(yīng)的入口開口和出口開口的相應(yīng)的入口遠(yuǎn)端部和出口遠(yuǎn)端部。所有的入口開口接合在一起以便該入口遠(yuǎn)端部形成第二入口集管，而所有的出口開口接合在一起以便該出口遠(yuǎn)端部形成第二出口集管。該第二出口集管接合成，以便與該第一出口集管連通。該第二入口集管接合成，以便與該第一入口集管連通。一阻擋件位于該第一和第二入口集管之間。該阻擋件限定一孔口，以允許在該第一入口集管中的流體流的僅一部分進(jìn)入該第二入口集管。


參照附圖、結(jié)合示例將詳細(xì)描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，在附圖中圖1是本發(fā)明的熱交換器的優(yōu)選實(shí)施例的正視圖；圖2是圖1所示的熱交換器的頂視圖或平面圖；圖3是圖1所示的熱交換器的左側(cè)視圖；圖4是形成圖1所示的熱交換器的一個主芯板的放大正視圖；圖5是圖4所示的板的左側(cè)圖或側(cè)視圖；圖6是沿圖4的線6-6截取的放大截面圖；圖7是用于圖1-3所示的熱交換器的一種類型的阻擋墊板或間隔墊板的平面圖；圖8是沿圖7的線8-8截取的放大截面圖；圖9是圖7所示的阻擋板的左側(cè)圖；圖10是圖7所示的阻擋板的前視圖或正視圖；圖11是類似于圖7的平面圖，其示出了用于圖1-3所示的熱交換器的另一種類型的阻擋板或間隔板；圖12是類似于圖7和11的平面圖，其示出了用于圖1-3所示的熱交換器的另一種類型的阻擋板或間隔板；圖13是類似于圖4的平面圖，其示出了用于圖1-3所示的熱交換器的另一種類型的芯板；圖14是類似于圖4和13的平面圖，其示出了用于圖1-3所示的熱交換器的另一種類型的芯板；圖15是沿圖14的線15-15截取的放大截面圖；圖16是類似于圖4、13、14的正視圖，其示出了用于圖1-3所示的熱交換器的又一類型的芯板；圖17是圖16中的圓5所示的區(qū)域的放大剪帖圖，其示出了孔口的位置的變型；圖18是類似于圖17的剪帖圖，其示出了流動孔口的又一變型；圖19是類似于圖17、18的剪帖圖，其示出了流動孔口的又一變型；圖20是類似于圖17-19的剪帖圖，其示出了流動孔口的又一變型；圖21是從前側(cè)和右側(cè)的示意透視圖，其示出了圖1-3所示的熱交換器的內(nèi)部的流動路徑；圖22是從圖1-3所示的熱交換器的后側(cè)和左側(cè)的類似于圖21的透視圖；圖23是類似于圖21、22的透視圖，但其示出了本發(fā)明的另一優(yōu)選
具體實(shí)施例方式
首先參照圖1-6，本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例包括由圖4-6所示的背靠背的板14形成的多個成對板20。這些多對板是疊置的并且是管狀的部件，其具有擴(kuò)大的遠(yuǎn)端部或突起部22、26，該遠(yuǎn)端部具有入口24和出口30的開口，使得流體流沿U形路徑流經(jīng)該成對板20。每一板優(yōu)選地包括多個均勻間隔的凹部6，該凹部突伸入由每個成對板20形成的流動通道。優(yōu)選的是，翅片8位于相鄰的成對板20之間。在板的一個側(cè)上的突起部22接合在一起以形成入口集管32，而在該板的另一側(cè)上的突起部26接合在一起以形成出口集管34。如圖2清晰所示，縱向管15進(jìn)入在該板中的入口集管開口24以將引入流體輸送到熱交換器10的右手側(cè)部段，該引入流體例如制冷劑氣體/液體混合物的兩相流。圖3示出了帶有端部裝配件37的端板35，該裝配件具有分別與入口集管32和出口集管34連通的開口39、41。
通過在熱交換器中所選擇的成對板之間設(shè)置如圖7-12所示的阻擋件或隔板7、11、12，該熱交換器10從而分成成對板部段A、B、C、D、E。形成在每一部段的成對板中的入口和出口集管被認(rèn)為是彼此分隔開的集管，相鄰部段的入口集管接合成彼此連通，而相鄰部段的出口集管接合成彼此連通。例如，部段C的入口集管32接合成與部段D的入口集管連通，而部段C的出口集管接合成與部段D的出口集管連通。參照圖21和22，示意地示出了多個部段，分隔壁代表了如圖7、11和12所示的實(shí)際阻擋板7、11、12。如圖7-12所示，每一阻擋板可具有端部凸緣或這樣定位的凸緣，即，當(dāng)阻擋板定位在熱交換器中時(shí)該阻擋板可彼此區(qū)分開。例如阻擋板7具有兩個端部凸緣42，阻擋板11具有位于下部的端部凸緣42，而阻擋板12具有位于上部的端部凸緣42。流體流動的方向如箭頭所示。再次參照圖21和22，入口管15經(jīng)入口18使流體輸送到熱交換器的右手側(cè)部段A，在該處流體沿后側(cè)或沿如圖4所示的板14的右手側(cè)橫跨流過并沿前側(cè)或沿如圖4所示的板的左手側(cè)向上行進(jìn)。阻擋板7、12均包括一開口70，以容納入口管15。該流體流經(jīng)過阻擋板7的左側(cè)孔36，沿下一個部段B的板的前側(cè)向下行進(jìn)，橫過這些板并沿這些板的后側(cè)向上行進(jìn)，以便流經(jīng)圍繞管15的阻擋板11(見圖11)中的孔38。
大部分的流體流隨后沿后側(cè)向下行進(jìn)并沿下一個部段C的熱交換板的前側(cè)向上行進(jìn)，并且經(jīng)出口孔40經(jīng)由出口集管流出，該出口孔是如圖12所示的阻擋板12的左手側(cè)孔，以通向部段D的出口集管。然而，一部分流體流經(jīng)由部段C的入口集管流過小孔口17(見圖12)并進(jìn)入芯板的下一個部段D的入口集管。在該下一個部段D中，流體流再次沿后側(cè)向下行進(jìn)并沿前側(cè)向上行進(jìn)，并且經(jīng)下一個阻擋板12中的出口孔40流出。一部分流體流再次經(jīng)孔口17經(jīng)過入口集管以進(jìn)入芯板的又一個部段E的入口集管。在芯板的該最后一個入口集管E中，流體流后側(cè)向下流并沿前側(cè)向下流，并且最終流出熱交換器出口58。
再次參照圖21，應(yīng)當(dāng)理解，在從右側(cè)的首先兩個芯板部段A、B中，流體串聯(lián)地流經(jīng)這些部段。然而，當(dāng)該流體到達(dá)第三個部段C時(shí)，大部分流體沿U形方向行進(jìn)，但是一部分流體經(jīng)由入口集管經(jīng)板12中的小孔口17流到下一個部段入口集管，以便使得流體流在芯板的最后三個部段中是并聯(lián)的。該并聯(lián)的流體流產(chǎn)生成比例的且均勻的流動分配，以便在熱交換器的所有部段中平衡流率。
在不使用圖4的芯板和圖7-12的阻擋板或間隔板的情況下，圖7-12的間隔板可裝在右側(cè)或形成如圖13-16所示的芯板50、52、54的整體的一部分。如圖13所示的芯板50相當(dāng)于一如圖4所示的具有圖7的阻擋板7的芯板14，其中該芯板14具有出口開口30而不是入口開口24，該芯板50包括整體的阻擋板60，該阻擋板60帶有穿過該阻擋板的孔70以便容納管15。圖14的芯板5 2相當(dāng)于一如圖4所示的具有圖11的阻擋板11的芯板14，其中出口開口30由整體的阻擋板62阻擋，而入口開口不被阻擋。圖16的芯板54相當(dāng)于一如圖4所示的具有圖12的阻擋板或間隔板12的芯板14，其中入口出口24由具有孔70和孔口17的阻擋板64阻擋，該孔口70容納管15，而孔口17由此使得一部分流體流經(jīng)過入口集管流到下一個部段。應(yīng)當(dāng)理解，圖13、14的芯板可在相應(yīng)間隔板7、11的位置處用于圖21所示的實(shí)施例。圖16所示的芯板可使用在圖21所示的間隔板12的位置處。
圖17-20示出了芯板中的孔口17的不同構(gòu)形，該芯板使用在圖21所示的實(shí)施例中的阻擋板12的位置處。不同的孔口17用于在集管中的所有部段中平衡流率。該流率可由調(diào)節(jié)該孔口的尺寸或位置(頂或底部)或形狀(例如圓形、垂直窄縫、水平窄縫或任何其它構(gòu)形)來控制。孔口在間隔板或芯板上的位置的高或低可用于調(diào)節(jié)流經(jīng)該孔口的流體流中的液相與氣相的比例，同時(shí)該孔的尺寸更多地用于調(diào)節(jié)總的質(zhì)量流率。該孔口的尺寸和位置的靈敏度是各種應(yīng)用特定的，取決于在流體流分離點(diǎn)處的該流體流的兩個相混合均勻程度。另外，在不使用一個孔口的情況下，可使用多個小的孔。此外，在第一間隔板中的孔口比在第二或下游間隔板或阻擋板中的孔口大，或比在第二或下游間隔板或阻擋板中的孔口多。
在圖23所示的實(shí)施例中，應(yīng)當(dāng)注意，沒有縱向的入口管。如箭頭所示的流體流進(jìn)入熱交換器的左側(cè)，串聯(lián)地流經(jīng)首先兩個部段，并且隨后以與圖21、22所示實(shí)施例的相同方式并聯(lián)地流經(jīng)最后三個部段。在該圖23所示的實(shí)施例中，還應(yīng)當(dāng)注意，入口18和出口58位于熱交換器的相對端部，而不是圖21、22所示實(shí)施例中的相鄰布置。在圖23所示的實(shí)施例中，芯板可不帶有容納縱向入口管的孔，如圖24-27所示。如果圖7和12所示的阻擋板或間隔板7、11、12與圖4所示的芯板14一起使用，以形成如圖23所示的熱交換器，則相似的構(gòu)形可用于這些阻擋板。
如上所述，在圖1-27所示的實(shí)施例中，經(jīng)芯板的流體流沿U形路徑行進(jìn)。然而，該U形路徑實(shí)際上可以是成直線形的，在這種情況下，可使用如圖28所示的芯板56。
依據(jù)上述的公開，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員明顯的是，可在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下本發(fā)明的實(shí)施可包括許多改變和變型。上述描述包括優(yōu)選實(shí)施例并且僅是示意性的，并且不限定本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種熱交換器，其包括多個疊置的管狀的第一部件，該部件具有限定相應(yīng)的入口開口和出口開口的相應(yīng)的入口遠(yuǎn)端部和出口遠(yuǎn)端部，所有的所述入口開口接合在一起以便該入口遠(yuǎn)端部形成第一入口集管，而所有的所述出口開口接合在一起以便該出口遠(yuǎn)端部形成第一出口集管；鄰近所述多個第一管狀部件定位的多個疊置的管狀的第二部件，該多個第二管狀部件也具有限定相應(yīng)的入口開口和出口開口的相應(yīng)的入口遠(yuǎn)端部和出口遠(yuǎn)端部，所有的所述入口開口接合在一起以便該入口遠(yuǎn)端部形成第二入口集管，而所有的所述出口開口接合在一起以便該出口遠(yuǎn)端部形成第二出口集管；該第二出口集管接合成，以便與該第一出口集管連通；該第二入口集管接合成，以便與該第一入口集管連通；和位于該第一和第二入口集管之間的第一阻擋件，該阻擋件限定第一孔口，以允許在該第一入口集管中的流體流的僅一部分進(jìn)入該第二入口集管。
2.如權(quán)利要求1所述的熱交換器，其特征在于，所述阻擋件是分離的擋板插入件。
3.如權(quán)利要求1所述的熱交換器，其特征在于，所述阻擋件整體地形成在該第一和第二入口集管的相鄰的遠(yuǎn)端部的其中一個中。
4.如權(quán)利要求1所述的熱交換器，其特征在于，該流體流的所述部分足夠小，以至于該部分不實(shí)質(zhì)上地影響流經(jīng)該多個疊置的管狀的第一部件的流速。
5.如權(quán)利要求1所述的熱交換器，其特征在于，其還包括鄰近所述多個第二管狀部件定位的多個疊置的管狀的第三部件，該多個第三管狀部件也具有限定相應(yīng)的入口開口和出口開口的相應(yīng)的入口遠(yuǎn)端部和出口遠(yuǎn)端部，所有的所述入口開口接合在一起以便該入口遠(yuǎn)端部形成第三入口集管，而所有的所述出口開口接合在一起以便該出口遠(yuǎn)端部形成第三出口集管；該第三出口集管接合成，以便與該第二出口集管連通；該第三入口集管接合成，以便與該第二入口集管連通；和位于該第二和第三入口集管之間的第二阻擋件，該阻擋件限定第二孔口，以允許在該第二入口集管中的流體流的僅一部分進(jìn)入該第三入口集管。
6.如權(quán)利要求5所述的熱交換器，其特征在于，所述第一孔口比所述第二孔口大。
7.如權(quán)利要求1所述的熱交換器，其特征在于，所述第一阻擋件還限定至少一個另一孔口，該另一孔口允許在該第一入口集管中的流體流的一部分進(jìn)入該第二入口集管。
8.如權(quán)利要求1所述的熱交換器，其特征在于，所述孔口是水平窄縫。
9.如權(quán)利要求1所述的熱交換器，其特征在于，所述孔口是垂直窄縫。
10.如權(quán)利要求1所述的熱交換器，其特征在于，每一所述的管狀部件是由背靠背的板形成的成對板，該背靠背的板在其間限定一流道。
全文摘要
一種作為蒸發(fā)器特別有用的熱交換器，該熱交換器具有多對疊置的第一成對板(14)(C)，其間帶有冷卻翅片(8)，該第一成對板定位成與多對疊置的第二成對板(D)相鄰。每一多對成對板具有擴(kuò)大的板端部(22、26)，該板端部一起限定出流道(32、34)。多對第一成對板(C)具有第一入口集管和第一出口集管。多對第二成對板(D)具有第二入口集管和第二出口集管。該第一出口集管接合成，以便與該第二出口集管連通。該第二入口集管接合成，以便與該第一入口集管連通，而阻擋件(12、64)位于該第一和第二入口集管之間。該阻擋件具有一孔口(17)，以允許在該第一入口集管中的流體流的僅一部分進(jìn)入該第二入口集管，以便在該熱交換器內(nèi)產(chǎn)生更均勻的流動分配。
文檔編號F28D1/03GK1479853SQ01820357
公開日2004年3月3日 申請日期2001年10月5日 優(yōu)先權(quán)日2000年10月10日
發(fā)明者X·容, X 容 申請人:達(dá)納加拿大公司