CN1673651A - 具有微型分配器的扁管蒸发器 - Google Patents
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Abstract
一种扁管蒸发器和包括扁管蒸发器的制冷***。所述扁管蒸发器可以包括入口集流管、与入口集流管分开一段距离的出口集流管、位于入口集流管内并且与公共分配器连通的分配管、以及连通入口集流管和出口集流管的多个扁平管。分配管可以包括多个小孔,所述多个小孔中的每个被布置成在第一方向将制冷剂导入入口集流管。所述多个扁平管中的每个可以被布置成在第二方向将制冷剂从入口集流管导入出口集流管,所述第二方向与第一方向大致相反。
Description
技术领域
本发明通常涉及热交换器,尤其是蒸发器。
背景技术
在通常的实践中,超市和便利店配备有冷藏柜、冷藏箱(reach-in cooler)和/或冷藏器(unit cooler),以用于给顾客提供食物和/或饮料产品的同时将食物和/或饮料产品保持在冷藏环境中。通常,通过将空气流通过蒸发器盘管或蒸发器的热交换表面,冷湿空气被提供至冷藏柜、冷藏箱和/或冷藏器的产品陈列区。合适的制冷剂作为热交换介质通过蒸发器。制冷剂从通过蒸发器的空气流吸收热量,并且当热交换发生时,制冷剂在通过蒸发器时蒸发。结果,通过蒸发器的空气流温度被降低,用于导入到冷藏柜、冷藏箱和/或冷藏器的产品陈列区。
发明内容
本发明一方面提供了一种具有微型分配器的扁管蒸发器。微型分配器包括具有入口和出口的管子,所述出口由管中的多个小孔组成。管子至少部分位于扁管蒸发器的入口集流管中,以增强从管子到扁管蒸发器的入口集流管的制冷剂的分配。
本发明在另一方面提供了一种制冷***,其包括一个或多个并联的扁管蒸发器,每个蒸发器具有微型分配器。制冷***还可以包括与扁管蒸发器的微型分配器串接连通的分配器。
本发明的一些实施例提供了一种扁管蒸发器,其可以包括入口集流管、与入口集流管分开一段距离的出口集流管、位于入口集流管内并且与制冷剂源连通的分配管、以及与入口集流管和出口集流管连通的多个扁平管。分配管可以包括沿着分配管的长度基本直线形排列的多个小孔,所述多个小孔中的每个沿第一方向将制冷剂导入入口集流管。所述多个扁平管中的每个可以限定从入口集流管到出口集流管的流体流的第二方向,第二方向和第一方向大致相反。
在一些实施例中提供了一种扁管蒸发器。所述扁管蒸发器可以包括入口集流管、与入口集流管分开一段距离的出口集流管、位于入口集流管内并且与制冷剂源连通的分配管、以及与入口集流管和出口集流管连通的多个扁平管。分配管可以包括多个小孔,制冷剂通过小孔被导入入口集流管。所述多个小孔可以排列成沿第一方向将制冷剂导入入口集流管,其中制冷剂基本只沿第一方向上从分配管导入入口集流管。所述多个扁平管可以布置成沿第二方向将制冷剂从入口集流管导至出口集流管,第二方向和第一方向大致相反。
本发明的一些实施例提供了一种制冷***,其可以包括与制冷剂源连通的公共分配器以及多个扁管蒸发器。多个扁管蒸发器中的每个可以包括入口集流管、与入口集流管隔开一段距离的出口集流管、位于入口集流管内并且与公共分配器连通的分配管、以及与入口集流管和出口集流管连通的多个扁平管。分配管可以包括沿着分配管的长度布置的多个小孔,所述多个小孔中的每个被布置成沿第一方向将制冷剂导入入口集流管。所述多个扁平管中的每个可以放置成沿第二方向将制冷剂从入口集流管导至出口集流管,第二方向和第一方向大致相反。
通过下面的详细描述和附图,本领域的技术人员将明白本发明的其他特征和方面。
附图说明
在图中,其中用相同的附图标记表示相同的部件:
图1是利用扁管蒸发器的冷藏柜的透视图。
图2是用于扁管蒸发器的微型分配器的平面图,显示了来自多个小孔的制冷剂的流动。
图3是图2所示的微型分配器的侧视图。
图4是放置在扁管蒸发器的入口集流管内的图2所示的微型分配器的透视图。
图5是并联的多个扁管蒸发器的透视图,每个扁管蒸发器具有与分配器串接的图2所示的微型分配器。
图6是图4所示的扁管蒸发器沿着线6-6的剖视图。
图7是根据本发明另一实施例的扁管蒸发器的剖视图。
图8是根据本发明另一实施例的扁管蒸发器的剖视图。
具体实施方式
在详细说明本发明的任何特征之前,需要理解,本发明不限于在下面描述中所阐述或在附图中所显示的元件的结构和排列的细节的应用。本发明可适用于其他实施例和按照不同方式实施或完成。此外,可以理解,在这里使用的用语和术语是用于描述的目的并且不应当认为是限制。在这里使用的“包括”和“包含”及其变化表示包含其后所列的项目及其等同物和附加项目。使用字母来标记方法或过程的要素只不过用于标识,而不表示要素应当依照特定的顺序实施。
通常,冷藏柜、冷藏箱和/或冷藏器利用长跨度的圆管板翅式蒸发器(未示出)(高达12′,即12英尺)来横跨冷藏柜、冷藏箱和/或冷藏器的冷却空间的长度。圆管板翅式蒸发器的长跨度可以用一个或多个扁管蒸发器10代替,以提高冷藏柜、冷藏箱和/或冷藏器的制冷***的性能和/或效率。
图1显示了利用扁管蒸发器10的示例性冷藏柜100。尽管图1显示了在冷藏柜100内的一个扁管蒸发器10,其设置在一个特定方向上以使制冷剂在基本水平方向上流过扁管蒸发器10。不过冷藏柜100的其他构造可以将扁管蒸发器10朝向若干不同方向中的任意一个,以使制冷剂在任意的若干不同方向上流动。此外,冷藏柜100的其他构造同样可以使用扁管蒸发器10。
通常,扁管蒸发器10比传统的圆管板翅式蒸发器性能更佳。例如,与传统的圆管板翅式蒸发器2psi的制冷剂侧压降相比,扁管蒸发器10可以达到的制冷剂侧压降为大约0.67psi。较低的制冷剂侧压降允许制冷剂更容易地穿行过蒸发器10。此外,与传统的圆管板翅式蒸发器0.07inwg(英寸水柱)的空气侧压降相比,扁管蒸发器10可以达到的空气侧压降为大约0.03inwg。这可以通过利用具有相对大的端面面积的扁管蒸发器10来实现。较低的空气侧压降使风机功率降低。此外,扁管蒸发器10可以允许低至大约1°F的渐近温度。渐进温度被定义为流出的空气流的温度与流经蒸发器10的制冷剂的饱和温度之间的差。传统的圆管板翅式蒸发器比扁管蒸发器效率低。结果,利用扁管蒸发器10的冷藏柜100的运转费用比利用传统的圆管板翅式蒸发器的冷藏柜的运转费用低得多。
然而,扁管蒸发器10中两相制冷剂的分配不均是固有的问题。换句话说,通过入口集流管14进入扁平管蒸发器10的制冷剂可能朝着入口集流管14的一端集中。结果,不能有效利用扁管蒸发器10的整个换热表面。
图2和3显示了用于与扁管蒸发器10一起使用的分配管或微型分配器18,以减少扁管蒸发器10中两相制冷剂的分配不均。微型分配器18包括管子22,其具有入口26以及包括多个小孔30的出口。应当注意,所述多个小孔30包括在管子22中的多个孔或洞。与小孔30相对应的线仅用于参考目的,而不表示与小孔30相对应的任何附加结构。然而,可选择地,可以采用与小孔30相对应的多个出口(例如,直管、喷嘴、扩散器等)。
制冷剂可以通过入口26进入管子22,同时与入口26相对的管子22的末端28可以被堵塞或关闭以迫使制冷剂通过小孔30流出。小孔30具有适当大小以促使管子22中压力上升或积聚。在管子22中积聚的压力促使制冷剂沿着管子22的长度基本上平均分配。管子22和小孔30同样具有适当大小的尺寸以减少两相流中蒸汽制冷剂和液体制冷剂的分离量。
在图示的结构中,小孔30在管子22中基本上直线形排列。然而,微型分配器18的替换结构可以包括在管子22中呈曲线形结构的小孔30,或基本上围绕管子22的圆周以任意若干不同图案或不规则形状排列的小孔30。而且,在图示的结构中,小孔30彼此基本上间隔均匀。然而,微型分配器18的替换结构可以包括沿着管子22的长度具有不同密集度或间隔的小孔30。
在图示的结构中,管子22采用大约3/16”(即3/16英寸)至1/4”(即1/4英寸)的相对小的直径(也就是,内径)。然而,在微型分配器18的另一结构中,管子22可以具有至少约为1/4”的直径。在微型分配器18的又一结构中,管子22可以具有至少约为1/8”的直径。此外,在微型分配器18的另一结构中,管子22可以具有小于大约1/2”的直径。在微型分配器18的又一结构中,管子22可以具有小于大约1/4”的直径。微型分配器18的替换结构还可以包括管子22,其具有公称尺寸与圆形截面管子22相应的非圆形截面形状。
而且,在图示的结构中,微型分配器18包括直径约为0.032”的小孔。然而,在微型分配器18的另一结构中,小孔30可以具有至少约为0.020”的直径。在微型分配器18的又一结构中,小孔30可以具有至少约为0.050”的直径。此外,在微型分配器18的另一结构中,小孔30可以具有小于大约0.150”左右的直径。在微型分配器18的又一结构中,管子22中的小孔30可以具有小于大约0.050”左右的直径。微型分配器18的替换结构还可以包括公称尺寸与圆形小孔30相应的非圆形小孔30。
图4显示了布置在大致位于扁管蒸发器10的入口集流管14内的微型分配器18。为清楚起见,扁管蒸发器10的一些部分(例如,扁平管和翅片)基本被去除。
入口集流管14基本上密封,使得制冷剂被供应到微型分配器18,并且通过小孔30从微型分配器18流出并进入到入口集流管14。扁管蒸发器10还包括出口集流管34,其通过多个扁平管38与入口集流管14流通连接。扁平管38可以设置成包括多个内部通路或微通道40(如图6所示),所述内部通路或微通道比圆管板翅式蒸发器中盘管的内部通路尺寸小得多。如同此处所采用的,扁平管38还可以包括小型多口管或微型多口管(另外,被认作微通道管)。然而,在扁平管38的其他结构中,管子38可以仅仅包括一条通道、或内部通路。在图示的结构中,扁平管38、入口集流管14以及出口集流管34由高传导性金属例如铝制成,然而也可以使用其他高传导性金属。此外,扁平管38通过钎焊过程与入口集流管14和出口集流管34连接,然而,也可以使用熔焊过程。
与流经圆管板翅式蒸发器的盘管的空气流相比,微通道40允许在流经扁平管38的空气流和微通道40内所携带的制冷剂之间更高效率的热传递。微通道40可以具有矩形截面的形状(如图6所示),不过扁平管38的其他结构可以具有其他截面的微通道40。
圆管板翅式蒸发器中盘管的内部通路直径大约为9.5mm(3/8”)到12.7mm(1/2”),与之相比较,扁平管38可以分隔成大约12到15条微通道40,每条微通道40大约1.5mm高和1.5mm宽。然而,在扁平管38的其他结构中,微通道40可以小至0.5mm高0.5mm宽,大至4mm高4mm宽。在图示的结构中,扁平管38大约为22mm宽。然而,在其它结构中,扁平管38可以宽至127mm,或窄至18mm。此外,相邻扁平管38之间的间距可以约为9.5mm。然而,在其他结构中,相邻扁平管38之间的间距可以大至16mm,或者小至3mm。
管子22、小孔30和/或扁平管38中的微通道40可以具有适当大小的尺寸以使制冷***中的制冷剂具有所需流速。同样,管子22和小孔30之间、小孔30和微通道40之间、以及管子22和微通道40之间、其他部件之间的特定关联和/或比值可以是所希望的,以实现制冷***中的制冷剂的所需流速。例如,管子22的直径和小孔30的直径之间优选的比值范围可以在大约3∶1至大约10∶1之间。
如图4所示,扁管蒸发器10包括沿着扁平管38放置并结合的多个百叶窗式翅片42。翅片42可以通过钎焊或焊接过程在相邻扁平管38之间连接。与扁平管38以及入口和出口集流管14、34相似,翅片42由高传导性金属例如铝制成。包括扁平管38、入口和出口集流管14、34以及翅片42的被钎焊组件形成铝钎焊结构。在图示的结构中,百叶窗式翅片42为V形图案并且包括形成在翅片42上的多个百叶(未示出)。在图示的结构中,沿着扁平管38的翅片密度可以为大约每英寸16个翅片。然而,在其他结构中,沿着扁平管38的翅片密度可以低至每英寸6个翅片,或者高达每英寸18个翅片。在又一结构中,沿着扁平管38的翅片密度可以高达每英寸25个翅片。
通常,翅片42有利于流经扁管蒸发器10的空气流和扁平管38所携带的制冷剂之间的热交换。与圆管板翅式蒸发器每英寸2至4个翅片的翅片密度相比,扁管蒸发器10效率的增加一部分归功于这样高的翅片密度。扁管蒸发器10效率的增加还部分地归功于百叶,其提供了多个引导边以改变通过和绕翅片42流动的空气流的方向。结果,翅片42和空气流之间的传热增加。此外,百叶窗式翅片42的高的空气侧传热和扁平管38的高的制冷剂侧传热以及铝钎焊结构的最小接触阻力,产生高效率和高性能的扁管蒸发器10。
如图4和图6所示,可以看出,微型分配器18相对入口集流管14确定方向,使多个小孔30与扁平管38的各个微通道40的入口处于非面对的关系,从而使小孔30从管子22沿着入口集流管14的内部侧壁排出制冷剂,促使制冷剂在整个入口集流管14基本上均匀分配。结果,蒸发器10的单个扁平管38可以接收基本上相等数量的制冷剂。
特定地,图6中的角度α表示流体流出小孔30的方向(如箭头27所示)与流体流经扁平管38的总的方向(如箭头29所示)之间的角度。如同在此处以及在附加权利要求中所采用的,按照与各个微通道40的入口处于“非面对”的关系布置小孔30是指相对于方向29确定方向27的方向,其角度α不等于零度。具体而言,处于“非面对”关系的角度α大于0度左右并且小于360度左右。
在一些实施例中,方向27被定向成与方向29完全相反(即,角度α约为180度,如图6所示)。在一些实施例中,方向27被定向成大致与方向29相反(即,角度α大于90度左右并小于270度左右)。在一些实施例中,方向27被定向成相对于方向29呈如下角度α,即其范围从135度左右(如图7所示)到225度左右(如图8所示)。
在一些实施例中,如之前所描述的,小孔30在管子22中不是以基本直线形排列,而是沿着管子22的圆周以不同的形状排布。在这样的实施例中,每个小孔30以角度α将制冷剂导入入口集流管14,并且一个或多个小孔30以不同的角度α引导制冷剂。例如,在一些实施例中,从管子22的一端至另一端每个小孔30的角度α增大。在一些实施例中,每个小孔30以角度α将制冷剂引导至入口集流管14,并且多个小孔30以基本上相同的角度α引导制冷剂。
制冷剂从入口集流管14流经扁平管38,并且以基本上气态形式流入出口集流管34。从出口集流管34,制冷剂可以通过出口集流管34内的出口46从蒸发器10排出,并吸入到制冷***的压缩机(未示出)的吸入侧,以用于再处理。
图5显示了排列成平行流组件50的多个扁管蒸发器10。这样的组件50可以应用于冷藏柜、冷藏箱和/或冷藏器中,以替代单个、长的、传统圆管板翅式蒸发器。由于在冷藏柜、冷藏箱和/或冷藏器的冷却空间的长度上的制冷负荷相对不变,所有流向扁管蒸发器10的制冷剂流量可以通过分配器54被分割并且由分配器54上游的单个膨胀阀56调节。分配器54可以设计为现有技术中已知分配器54的形状,并且大小设计成提供分配器54所需的压降。然而,制冷***的替换结构可以采用用于每个扁管蒸发器10的专用膨胀阀56。例如当冷藏柜100中从蒸发器10到蒸发器10(即,冷却区到冷却区)的制冷负荷改变时,专用膨胀阀56提供了增强的温度控制的能力。
如图5所示,各个扁管蒸发器10的微型分配器18通过多个入口集管58与分配器54串接连通。与分配器54相同,微型分配器18可以提供流进每个扁管蒸发器10的制冷剂所需要的压降。结果,从制冷剂***的高压侧到制冷剂***的低压侧的压降一部分可以由分配器54和/或微型分配器18提供,同时剩余部分可以由膨胀阀56提供。
制冷剂可以通过各个出口46从扁管蒸发器10排出到公共出口集管62,所述公共出口集管可以与压缩机的吸入侧连通。在图示的结构中,膨胀阀56可以根据来自出口集管62的过热反馈66调节制冷剂流量。可选择地,过热反馈66可以在各个扁管蒸发器10的出口46和公共出口集管62之间的一个位置提取。
虽然图示的扁管蒸发器10显示为在平行流组件50中,然而具有各个微型分配器18的扁管蒸发器10可以排列成多种不同模块形状中的任意一种,其可以排列成平行流组件50或串行流组件。
在下面的权利要求中阐述各种特征和方面。
Claims (20)
1.一种扁管蒸发器,包括:
入口集流管;
与入口集流管分开一段距离的出口集流管;
位于入口集流管内并且与制冷剂源连通的分配管,所述分配管包括沿着分配管的长度基本直线形排列的多个小孔,所述多个小孔中的每个沿第一方向将制冷剂导入入口集流管;以及
与入口集流管和出口集流管连通的多个扁平管,所述多个扁平管中的每个限定了从入口集流管到出口集流管的流体流动的第二方向,所述第二方向基本上与第一方向相反。
2.根据权利要求1所述的扁管蒸发器,其中制冷剂基本上仅沿第一方向从分配管导入入口集流管。
3.根据权利要求1所述的扁管蒸发器,其中第二方向与第一方向完全相反。
4.根据权利要求1所述的扁管蒸发器,其中第二方向被定向为相对第一方向具有角度,其中该角度范围从大约135度至大约225度。
5.根据权利要求4所述的扁管蒸发器,其中该角度约为180度。
6.根据权利要求1所述的扁管蒸发器,其中入口集流管具有小于约1/2英寸的直径。
7.根据权利要求1所述的扁管蒸发器,其中入口集流管具有至少约为1/8英寸的直径。
8.根据权利要求1所述的扁管蒸发器,其中多个小孔中的每个具有至少约为0.020英寸的直径。
9.根据权利要求1所述的扁管蒸发器,其中多个小孔中的每个具有小于约0.150英寸左右的直径。
10.根据权利要求1所述的扁管蒸发器,其中多个扁平管包括多个微通道。
11.根据权利要求1所述的扁管蒸发器,其中入口集流管具有第一直径,多个小孔中的每个具有第二直径,其中第一直径与第二直径的比值范围从大约3∶1到大约10∶1。
12.一种扁管蒸发器,包括:
入口集流管;
与入口集流管分开一段距离的出口集流管;
位于入口集流管内并且与制冷剂源连通的分配管,所述分配管包括多个小孔,通过所述多个小孔,制冷剂被导入入口集流管;所述多个小孔被安排成沿第一方向将制冷剂导入入口集流管,其中制冷剂基本上仅在第一方向从分配管导入入口集流管;以及
与入口集流管和出口集流管连通的多个扁平管,所述多个扁平管被布置成沿第二方向将制冷剂从入口集流管导入出口集流管,所述第二方向与第一方向大致相反。
13.一种制冷***,包括:
与制冷剂源连通的公共分配器;
多个扁管蒸发器,所述扁管蒸发器中的每个包括:
入口集流管;
与入口集流管分开一段距离的出口集流管;
位于入口集流管内并且与公共分配器连通的分配管,所述分配管包括沿着分配管长度布置的多个小孔,所述多个小孔中的每个被布置成沿第一方向将制冷剂导入入口集流管;
与入口集流管和出口集流管连通的多个扁平管,所述多个扁平管中的每个被布置成沿第二方向将制冷剂从入口集流管导入出口集流管,所述第二方向与第一方向大致相反。
14.根据权利要求13所述的制冷***,其中所述多个扁管蒸发器按平行流结构连接。
15.根据权利要求13所述的制冷***,还包括位于公共分配器上游的膨胀阀。
16.根据权利要求13所述的制冷***,还包括位于公共分配器下游的多个膨胀阀,所述多个膨胀阀中的每个与所述多个扁管蒸发器中的一个连通。
17.根据权利要求13所述的制冷***,其中在至少一个分配管中的多个小孔基本为直线形排列。
18.根据权利要求13所述的制冷***,其中第二方向被定向成相对第一方向具有角度,并且其中该角度范围从大约135度至大约225度。
19.根据权利要求18所述的制冷***,其中所述角度约为180度。
20.根据权利要求13所述的制冷***,其中制冷剂基本上仅沿第一方向从分配管导入入口集流管。
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