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CN1160537C - 热泵用的蒸发器/冷凝器 - Google Patents

热泵用的蒸发器/冷凝器 Download PDF

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CN1160537C CNB981036821A CN98103682A CN1160537C CN 1160537 C CN1160537 C CN 1160537C CN B981036821 A CNB981036821 A CN B981036821A CN 98103682 A CN98103682 A CN 98103682A CN 1160537 C CN1160537 C CN 1160537C
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Abstract

一种预定至少部分用作蒸发器的热交换器，包括：下集流管和槽路组件中的第一出入口，适合于在蒸发操作期间用作入口而在冷凝操作期间用作出口；上集流管和槽路组件中的第二出入口，沿上集流管和槽路组件的离开第一出入口的侧向安置，并适合于至少在蒸发操作期间用作出口；一个跨接管，其内部流动路径显著地大于所述细长管子的内部流动路径，安置在所述第一和第二出入口之间，在一个与所述两个出入口均隔开的第一位置处连接在所述下集流管和槽路组件上，而在一个与所述两个出入口均隔开的第二位置处连接在所述上集流管和槽路组件上；在下集流管和槽路组件中包括一个挡板形式的第一节流件的机构，在上集流管和槽路组件中在第二出入口和所述第二位置之间包括一个第二节流件的机构。

Description

热泵用的蒸发器/冷凝器
技术领域
本发明涉及热交换器，更具体地说，涉及一种可以用作室外盘管并用作热泵系统中蒸发器和冷凝器的热交换器。
背景技术
热泵正越来越多地用于加热和冷却。此类系统可以容易地用于并不酷冷的气候，甚至用于已采用某些其它备用加热系统的气候中。众所周知，热泵系统包括一个安置在建筑物内部的待加热或待冷却的内部热交换器，以及一个安置在建筑物外部的外部热交换器。取决于该系统进行冷却操作还是加热操作，一个热交换器将用作蒸发器而另一个将用作冷凝器，反之亦然。
在用于建筑物外部的热交换器的场合，当热交换器用作蒸发器时，热交换器的表面上通常形成冷凝物。必须采取预防措施以保证此种冷凝物从热交换器表面上迅速排除，否则，由于需要通过一层冷凝物(有时候为冰)来排热而不是直接从热交换器本身的表面上的周围空气排热而降低效率。
热交换器构造的最新进展已经产生整个一代所谓“平行流动”型热交换器。在这些热交换器中，代替带独立槽路的普通集流管，经常使用管状的集流管和槽路组件。或者是，也可以使用片状的集流管和槽路组件。多个管子(通常为扁平管子)延伸在对置的集流管之间，而在相邻管子之间安置散热片。
虽然此种热交换器比起先有技术的热交换器来显示出许多改进的特征，但当用作蒸发器时，管子和散热片上形成的冷凝物的排除是令人十分关心的。
其次，因为此类系统中使用的冷冻剂将在若干液压平行的路径中同时流动，必须小心地使冷冻剂均匀分布地通过这些路径，特别是当热交换器用作蒸发器而如果要避免效率损失时。
发明内容
本发明旨在克服上述问题中的一个或多个。
本发明的主要目的是提供一种新颖的改进的热交换器。更具体地说，本发明的目的是提供一种用于热泵系统的新颖的改进的冷凝器/蒸发器。
本发明提供了一种预定至少部分用作蒸发器的热交换器，包括：
一个上集流管和槽路组件，具有多个向下开孔的管子切口；
一个下集流管和槽路组件，安置在所述上集流管和槽路组件的下方并与其隔开，具有多个向上开孔的管子切口；
所述上集流管和槽路组件中的管子切口与所述下集流管和槽路组件中的相应的管子切口对准；
在所述上、下集流管和槽路组件之间竖直地延伸多个细长的管子，这些细长管子的两端装入上、下集流管和槽路组件的所述对应切口上并密封于上、下集流管上；其特征在于：
所述下集流管和槽路组件中的第一出入口，适合于在蒸发操作期间用作入口而在冷凝操作期间用作出口；
所述上集流管和槽路组件中的第二出入口，沿所述上集流管和槽路组件的离开所述第一出入口的侧向安置，并适合于至少在蒸发操作期间用作出口；
一个跨接管，其内部流动路径显著地大于所述细长管子的内部流动路径，安置在所述第一和第二出入口之间，在一个与所述两个出入口均隔开的第一位置处连接在所述下集流管和槽路组件上，而在一个与所述两个出入口均隔开的第二位置处连接在所述上集流管和槽路组件上；
在所述下集流管和槽路组件中包括一个挡板形式的第一节流件的机构，用于防止流体通过所述下集流管和槽路组件从所述第一出入口在所述第一位置处流入所述跨接管；以及
在所述上集流管和槽路组件中在所述第二出入口和所述第二位置之间包括一个第二节流件的机构，用于防止流体通过所述上集流管和槽路组件从所述第二位置流入所述第二出入口；
由此，在蒸发操作期间，待蒸发的流体将流入所述下集流管和槽路组件，通过一些所述细长管子并然后通过所述上集流管和槽路组件在所述第二位置处通过所述跨接管返回所述下集流管和槽路组件，从而从所述下集流管和槽路组件通过其它所述细长管子流到所述上集流管和槽路组件然后流到所述第二出入口，以便获得所述流体的更均匀分布，由此提高蒸发操作的效率。
附图说明
从结合附图的下述说明可以清楚本发明的其它目的和优点。
图1是本发明的冷凝器/蒸发器的一种形式的分解图；
图2是蒸发器/冷凝器的一种改型实施例的略微示意的竖直截面图；
图3是蒸发器/冷凝器的另一实施例的示意立面图，其中使用的阀用放大的形式表示。
具体实施方式
附图中例示冷凝器/蒸发器的示范实施例。此类冷凝器/蒸发器通常是平行流动式热交换器，虽然特别考虑多次通过。
参照图1，一个第一集流管和槽路组件总的用10表示并用弯成U形的管子12形成。一个总的用14表示的下集流管和槽路组件包括一个也弯成U形的相同管子16。最好是，管子12和16的几何形状基本相同并互相对准，使第一集流管10为上集流管，而位于上集流管10竖直下方的集流管14形成一下集流管。
上集流管10有一排管子切口18，切口是细长的，其开孔向下面对下集流管14。下集流管14也有一排管子切口20，它们也是细长的，其开孔向上面对上集流管10。上集流管10中的管子切口18与下集流管14中的管子切口20一一对应，而对应的管子切口18和20互相对准。细长的扁平管子22具有上端部24，它们装入管子切口18并密封于其上(例如通过钎焊)。扁平管子22的对置端部26也装入管子切口20并密封于其上(例如通过钎焊)。结果，管子22在几何结构上和液压方向上是互相平行的。最好是，弯曲的散热片30(图1中只表示一个散热片)安置在相邻的管子22之间并钎焊于其上。
集流管10的一端包括一个出入口32。其对置端部加盖，如34处所示。
集流管14在一端处包括一个出入口36。帽盖38与帽盖34一样地封闭另一端。
已经发现，当上述热交换器用作热交换系统中的蒸发器时，如果将已经以两相流动的待蒸发的冷冻剂引入下集流管14，那么效率就可提高。其作用是改进冷冻剂的分布，促使更均匀地流过各个管子22。这样，出入口36在蒸发操作期间将用作入口而在冷凝操作期间将用作出口。同样，出入口32在蒸发操作期间将用作出口而在冷凝操作期间将用作入口。
在通常情况下，图1所示的热交换器将用常规技术在一个单独的平面内形成。上集流管10中的弯曲部40和42与下集流管14中的弯曲部44和46可以在将各种部件钎焊到一起之后用共同转让的于194年8月30日颁发给Hughes等人的美国专利证书5,341,870中公开的弯曲设备形成。Hughes等人的整个公开内容参考合并于此。
这允许冷凝器/蒸发器以任何所要形状的种类形成，如果需要，从图1中所示的基本上矩形的立方体形状到实际上完全圆形(未示出)。冷凝器/蒸发器是热交换器装置的一部分，因此，可以将热交换器装置的外形壳体做得非常紧凑。
甚至更重要的是，带竖直的细长扁平管子22的集流管10和14的配置使这种紧凑性能够获得，同时还因为当冷凝器/蒸发器用作蒸发器时管子22的竖直取向能极好地排除冷凝物。因此，通过独特地使用弯曲的上下集流管，可以极好地排除冷凝物而同时保持高度理想的结构紧凑的特点。
图2例示冷凝器/蒸发器的一种改型形式，图3例示另一种改型形式。虽然这两幅图以平面形式表示冷凝器/蒸发器，但可以清楚地理解，图2和图3中表示的热交换器优选实施例具有弯曲的集流管，像图1的实施例一样。
描述图2中实施例时要记住这一点，图中使用相同的部件和相同的标号。
图2中例示的实施例是一种多次通过的实施例，特别是一种二次通过的实施例。对于具有此处公开的几何结构类型的任何给定的热交换器来说，多次通过增大随热交换器流动的冷冻剂的速度。如所周知，增大速度会增大热交换速率。因此，多次通过使得能够选择最佳的流速以获得最佳效率。为了获得多次通过的几何结构，图2实施例包括一种挡板形式的节流件50。挡板50钎焊在形成下集流管的管子16内的位置上。一个相同的挡板52钎焊在形成上集流管10的管子12内的位置上。
在挡板50的离出入口36远的一侧有一个孔60，通向下集流管14的内部。一个类似的孔62设置在上集流管10上并位于挡板52的离出入口32远的一侧上。孔60和62之间连接一跨接管64，跨接管64的内径与管子12和16的内径近似相等，而显著大于管子22内流动路径的截面积。因此可以理解，通过图2中例示的实施例的流动路径是：从孔32通过上集流管10中挡板52左边的部分并通过扁平的细长管子22延伸到下集流管14中挡板50左边的部分；从该处，流动路径通过跨接管64返回上集流管10中挡板52右边的部分；流动路径继续通过管子22返回下集流管14到达挡板50右边；从该处，流动路径延伸到出入口36。
虽然当此种热交换器用作冷凝器时该流动路径没有特别的优点，但是当该热交换器用作热泵系统中的蒸发器时，却产生显著的优点。
在图1实施例的讨论中提到，如果将冷冻剂引入下集流管14，就可以使待蒸发的冷冻剂分布更均匀，因而效率得以提高。因此，当热交换器用作蒸发器时，出入口36可以重新用作冷冻剂入口。由于使用该出入口36，在挡板50的后侧冷冻剂的分布将相当均匀，而当冷冻剂通过管子22向上流到上集流管10时，将获得良好的蒸发效率。一旦聚集在那里，一些仍然处于液体状态的冷冻剂通过跨接管64返回下集流管，然后重新通过管子22向上流到挡板50的左侧。再一次，因为冷冻剂在通过热交换器开始其第二次通过之前被引入下集流管14，所以分布将更均匀，因此蒸发周期的效率将更高。这样，图2所示的本发明在蒸发操作期间提供一种获得冷冻剂均匀分布的机构，该机构采用多次通过的配置，在第二次通过之前利用跨接管64使冷冻剂返回下集流管。当然，如果需要通过次数多于两次，可以使用附加的跨接管，每一次附加的通过用一根附加的跨接管。这保证，每次通过都由于将冷冻剂安置在下集流管中而使冷冻剂的分布更加均匀。
图3例示本发明的又一个实施例，该实施例也具有在蒸发操作期间使冷冻剂分布更均匀的优点，该优点可以通过将冷冻剂引入竖直排列的热交换器的下集流管中而得到。再一次，相同的部件采用相同的标号。在图3所示的实施例中，帽盖38被省去而采用又一个出入口70。其次，挡板52被省去而采用一个单向阀72，该阀安装在形成上集流管的管子12中，位于紧邻孔62而在其最靠近出入口32的一侧。可以确切地理解，图3中所示的单向阀72是放大的。
单向阀的取向是使流动从上集流管10中处于阀72左边的部分向上集流管10中的右侧进行，而反过来不行。
一个相似的单向阀74安置在跨接管64中，靠近跨接管64与下集流管14的连接点。单向阀74允许在跨接管64内向下流动，但反过来不行。
在图3中例示的实施例中，出入口32仅在蒸发器操作期间用作出口而并不起其它作用。但是，出入口36在蒸发操作期间继续用作入口而在冷凝操作期间用作出口。附加的出入口70仅用作入口，并仅在冷凝操作期间起作用。因此，在蒸发操作期间，图3的实施例将刚巧像图2中例示的实施例一样起作用，因为单向阀74将允许冷冻剂从上集流管10通过跨接管64流向下集流管14。同时，单向阀72将防止流体从集流管10的右侧直接流向此时用作出口的出入口32。
另一方面，当图3的实施例用作冷凝器时，待冷凝的冷冻剂通过入口70引入，并将通过管子22向上流到上集流管10的左侧。从那里流体通过单向阀72流入上集流管10的右侧，然后向下通过管子22，最终到达现已用作出口的出入口36。跨接管64不能起旁通作用，因为单向阀74阻止冷冻剂在跨接管64内向上流动。
因此可以理解，按照本发明制造的预定用作热泵系统中冷凝器/蒸发器的热交换器具有若干优点。一个是它们可以做成相当小的外形壳体，使得将其装入的系统装置体积紧凑。同时，管子22的竖直取向保证当它们用作蒸发器时可以良好地排除冷凝物。而且，使用跨接管64和挡板50、52形式或单向阀72、74形式的节流件可以提供一种机构，由此使热交换器能够多次通过流体，从而达到最佳的流速。同时，当热交换器作为蒸发器进行操作时达到冷冻剂的均匀分布，从而最大地提高蒸发周期效率。这一点通过该设备的独特回路来达到，后者保证，在蒸发操作期间冷冻剂始终为每次通过而引入下集流管。
最后，不言而喻，虽然本发明在热交换器方面被描述成可以互换地用作蒸发器和冷凝器，但本发明也可在热交换器中有效地单独用作蒸发器。

Claims (5)

1.一种预定至少部分用作蒸发器的热交换器，包括：
一个上集流管和槽路组件，具有多个向下开孔的管子切口；
一个下集流管和槽路组件，安置在所述上集流管和槽路组件的下方并与其隔开，具有多个向上开孔的管子切口；
所述上集流管和槽路组件中的管子切口与所述下集流管和槽路组件中的相应的管子切口对准；
在所述上、下集流管和槽路组件之间竖直地延伸多个细长的管子，这些细长管子的两端装入上、下集流管和槽路组件的所述对应切口上并密封于上、下集流管上；其特征在于：
所述下集流管和槽路组件中的第一出入口，适合于在蒸发操作期间用作入口而在冷凝操作期间用作出口；
所述上集流管和槽路组件中的第二出入口，沿所述上集流管和槽路组件的离开所述第一出入口的侧向安置，并适合于至少在蒸发操作期间用作出口；
一个跨接管，其内部流动路径显著地大于所述细长管子的内部流动路径，安置在所述第一和第二出入口之间，在一个与所述两个出入口均隔开的第一位置处连接在所述下集流管和槽路组件上，而在一个与所述两个出入口均隔开的第二位置处连接在所述上集流管和槽路组件上；
在所述下集流管和槽路组件中包括一个挡板形式的第一节流件的机构，用于防止流体通过所述下集流管和槽路组件从所述第一出入口在所述第一位置处流入所述跨接管；以及
在所述上集流管和槽路组件中在所述第二出入口和所述第二位置之间包括一个第二节流件的机构，用于防止流体通过所述上集流管和槽路组件从所述第二位置流入所述第二出入口；
由此，在蒸发操作期间，待蒸发的流体将流入所述下集流管和槽路组件，通过一些所述细长管子并然后通过所述上集流管和槽路组件在所述第二位置处通过所述跨接管返回所述下集流管和槽路组件，从而从所述下集流管和槽路组件通过其它所述细长管子流到所述上集流管和槽路组件然后流到所述第二出入口，以便获得所述流体的更均匀分布，由此提高蒸发操作的效率。
2.权利要求1所述的热交换器，其特征在于，所述第二节流件是一个单向阀。
3.权利要求2所述的热交换器，在所述跨接管中还包括一个单向阀，该单向阀安置成允许流体从所述第二位置流向所述第一位置，但反过来不行，下集流管和槽路组件中还包括一第三出入口，设在与第一出入口对置的一侧，该第三出入口适合于在冷凝操作期间用作流体入口，以交替地完成一蒸发操作和一冷凝操作。
4.权利要求1所述的热交换器，其特征在于，所述第二节流件是一个挡板。
5.权利要求1所述的热交换器，其特征在于，所述细长管子是平直的且互相基本上相同，而所述集流管和槽路组件是弯曲的且互相基本上相同。
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