一种平行流热交换器制造技术

平行流热交换器，包括至少两个以上叠加的平行流热交换单元，其中每一平行流热交换单元包括构成整个平行流热交换器流道的顶部集流管、底部集流管以及连通顶部集流管和底部集流管的若干平行排列的扁管；其热交换介质在顶部集流管轴向流动的长度大于在底部集流管轴向流动的长度，且在顶部集流管沿顶部集流管轴向流动的长度尽可能地长，而在底部集流管沿底部集流管轴向流动的长度仅可能的短。本实用新型专利技术明显地改善了气体和液体两相流的热交换介质，尤其是制冷剂中气体与液体分层问题，从而有效地解决了气体和液体不均匀的分配问题，提高了热交换器的热交换效率，使制冷剂能充分地蒸发。同时也节省了热交换器的体积，降低了成本。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及热交换器流道设计
，尤其涉及一种采用多层 平行流结构中的气体/液体两相流的平行流热交换器。
技术介绍
目前应用于蒸发器和冷凝器的热交换器一般分为层叠式热交换器和平 行流热交换器。所谓层叠式热交换器是由多个叠置的热交换器单元组成， 理论上可以无限制层叠下去。但是这类层叠式热交换器一个尺寸的热交换器单元需要一组模具来制造，而开这样一组模具大约需要100多万人民币。如果热交换器单元的尺寸改变了，则需要另行开设模具制造，造成投资增 加。所谓的平行流热交换器是由扁管和上下集流管组合而成，扁管和上下 集流管采用冷挤压工艺挤压成型，均可以为标准的型材。在制造不同尺寸 的平行流热交换器时，只需要根据热交换器的尺寸，裁取合适长度的扁管 和上下集流管组合焊接即可，不需要另外制造相应的模具，因此节约了模 具制造费用和产品开发的周期，目前已经广泛应用于汽车空调中。无论是层叠式热交换器还是平行流热交换器都涉及气体/液体两相流， 流体在热交换器中如何分配问题。当两相流流经多个全部连接到共用的入口和出口集管的流道时，气体 和液体由于在热交换器中不同的动量以及流动方向的改变，所以具有以不 同的流率流经不同的流道的趋势，这导致了对于气体和液体两者的不均匀 的流动分配，并这又直接地影响传热性能，特别是在接近出口处的区域， 液体质量比例通常很低。任何的液体分配不均引起的气液分离将导致不同程度的无液体的干区或热区；另外液体的区域或流道不能使所有液体蒸发， 则一部分液体将从该热交换器中流出，这对使用热交换器的系统具有及其 不利的影响。例如，在制冷剂蒸发器系统中，从蒸发器流出的液体导致流 动控制阀或膨胀阀关闭以减少制冷剂质量流，这将减少该蒸发器的总传热量，降低换热能力。在用于蒸发器和冷凝器的常规结构中，两相流沿通常垂直于主传热流 道的方向进入入口集管。由于气体具有非常低的动量和密度，所以对于气 体来说容易改变方向并流经靠前的大多数流道，但是液体由于其较大的动 量和高于气体上百倍的密度因此液体具有保持行进到集管底部和端部的趋 势，其结果为靠后的少数流道通常具有比靠前的流道更高的液体流率和更 低的气体流率。为了解决上述问题，本行业以往尝试了多种方法使得均匀地在层叠式 热交换器中进行流动分配。其中的一种方法使用了一种如美国专利NO. 3976128中所示的有孔的入口集管。另一种方式是将蒸发器分成多个区 或分成串联连接到一起的流道小分组，例如美国专利NO. 4274482。尽管这 些方法通流所帮助，但流动分配仍不理想并且效率低的热区仍然存在。也有技术先行者开始在平行流热交换器的入口和/或出口集管中使用 阻挡件或分隔件，以便将热交换器分成多个部段，如图1所示，美国Modine 和韩国引用者制造的平行流热交换器热交换器，其通过在入口集管1和出 口集管2中设置一个阻挡件3形成对称的通道。还有就是在对称的通道中 装有节流圈4，如图2所示的平行流热交换器，以预定比例的流体经过顺序 的部段，使得在顺序部段中的该流体流保持并联地并且更均匀地分配。尽管上述改变，能部分实现流体在层叠式热交换器和平行流热交换器 中均匀分布的问题，但是其效果仍不是非常理想。本技术人在平行流热交换器研究过程中发现，制冷剂在平行流热 交换器的底部集流管中沿底部集流管轴向流动时，气体与液体由于动能和 密度的差异引起的分层比制冷剂在热交换器顶部集流管中沿底部集流管轴 向流动时的分层严重的多，而气体与液体分层后，将更加严重地造成气体 和液体不均匀的分配，这是本行业一直以来非常头痛的问题。还有就是现有的平行流热交换器采用分段式流道来进行热交换的，由 于每一段流道容积基本相同，也是造成流动分配不均匀的一个重要问题。另外，现有的平行流热交换器都是采用侧面进出口，这样增加了平行 流热交换器的体积，造成安装困难。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题在于提供一种平行流热交换器，以解 决现有技术所存在的诸多问题。本技术可以通过以下技术方案来实现-一种平行流热交换器，包括至少两个以上叠加的平行流热交换单元， 其中每一平行流热交换单元包括构成整个平行流热交换器流道的顶部集流管、底部集流管以及连通顶部集流管和底部集流管的若干平行排列的扁管； 所述相邻两平行流热交换单元的顶部集流管之间不直接连通，而相邻两平 行流热交换单元的底部集流管之间部分相互直接连通；其特征在于，所述 热交换介质在所述顶部集流管沿顶部集流管轴向流动的长度大于在底部集 流管沿底部集流管轴向流动的长度，且在所述顶部集流管沿顶部集流管轴 向流动的长度尽可能地长，而在底部集流管沿底部集流管轴向流动的长度 仅可能的短。在本技术中，热交换器中热交换介质的轴向流动全部在顶部集流 管内完成；而叠加的平行流热交换单元间热交换介质流动则全部由底部集 流管经互通的孔对接完成；平行流热交换器流道则采用集流管内阻挡板在 叠加的热交换单元内将流道分成多个部段。根据热交换介质中气液二相流工作特点，为配合平行流的流道设计， 在本技术中，控制热交换介质在所述顶部集流管沿顶部集流管轴向流 动的长度占热交换介质在所述顶部集流管沿顶部集流管轴向流动的长度与 在底部集流管沿底部集流管轴向流动的长度之和的70%以上，而热交换介质 在底部集流管沿底部集流管轴向流动的长度占热交换介质在所述顶部集流 管沿顶部集流管轴向流动的长度与在底部集流管沿底部集流管轴向流动的 长度之和的30%以下。所述热交换器的流道分成多个部段，沿热交换介质流动方向，各部段 的流道容积逐步增大，但最后一个部段的流道容积不得大于第一部段的流 道容积的2.5倍。优选方案是后一部段流道的容积大于前一部段流道容 积20-60%。更优选方案是后一部段流道的容积大于前一部段流道容积 40-50%。在本技术中，所述最后两段流道上设置有向该最后两段流道内补充热交换介质的补给口，该补给口可以以不同的形状、数量和位子来设计，只要其控制补充的介质量不实质性破坏其原介质流速即可；其中最后一个 流道补充的热交换介质可为总热交换介质重量的15-20%。在本技术中，所述热交换介质的进口和出口设置在一个平行流热 交换单元的顶部集流管的侧管壁上。本技术的平行流热交换器可以用来制造蒸发器，尤其是用来制造 汽车用平行流蒸发器。还可以用来制造热泵型空调换热器。如热泵型空调 蒸发器和冷凝器。本技术可充分利用所述热交换器在结构上的特点和 高效换热优势，在热交换器的介质进口和出口设计上采用平行多接口结构 形式，作为大尺寸换热器流道设计和分布解决方案.这已解决方案使平行流 热交换器在替代传统的铜管铝片式换热器时既可避免采用管片式结构所使 用的多流道结构在蒸发器上带来的流道不稳定性，又可流道设计控制热交 换器中介质的气液分离和流阻大小。本技术在平行流冷凝器垂直安装时将集流管设置在上部和底部来 实现制作热泵型空调换热器中的冷凝器。由于采用了如上的设计方案，本技术明显地改善了气体和液体两 相流的热交换介质，尤其是制冷剂中气体与液体分层问题，从而有效地解 决了气体和液体不均匀的分配问题，提高了热交换器的热交换效率，使制 冷剂能充分地蒸发。同时也节省了热交换器的体积，降低了成本。附图说明图1为美国Mo本文档来自技高网...

【技术保护点】
平行流热交换器，包括至少两个以上叠加的平行流热交换单元，其中每一平行流热交换单元包括构成整个平行流热交换器流道的顶部集流管、底部集流管以及连通顶部集流管和底部集流管的若干平行排列的扁管；所述相邻两平行流热交换单元的顶部集流管之间不直接连通，而相邻两平行流热交换单元的底部集流管之间部分相互直接连通；其特征在于，所述热交换介质在所述顶部集流管沿顶部集流管轴向流动的长度大于在底部集流管沿底部集流管轴向流动的长度，且在所述顶部集流管沿顶部集流管轴向流动的长度尽可能地长，而在底部集流管沿底部集流管轴向流动的长度仅可能的短。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王磊，
申请(专利权)人：王磊，
类型：实用新型
国别省市：31[中国|上海]