CN102859299B - 流体分配器和设有流体分配器的环境控制系统 - Google Patents

Abstract

流体分配器（12）适于将两相制冷剂分配到多个流路内。流体分配器（12）包括具有中心轴线的管状主体（20）、至少一个进口（22）和多个出口（24）。在主体的中心轴线（C）大致沿垂向定向的情况下，进口（22）设置在所述主体（20）的下部。进口（22）具有与主体的中心轴线（C）不平行也不相交的中心轴线（Ci），以在主体（20）内产生制冷剂的向上螺旋流。在主体的中心轴线（C）大致沿垂向定向的情况下，出口（24）在形成设置在主体（20）的上部分内的多个开口（24a），所有开口（24a）至少部分地设置在与主体（20）的中心轴线（C）垂直的平面内。

Description

流体分配器和设有流体分配器的环境控制系统

相关申请的交叉引用

本申请要求于2010年4月23日提交的美国专利申请第12/766,025号的优先权。美国专利申请第12/766,025号的全部公开内容以参见的方式纳入本文。

背景技术

技术领域

本发明总地涉及流体分配器和设有流体分配器的环境控制系统。更具体地，本发明涉及用于环境控制系统的流体分配器，以将两相制冷剂分配到多个流路内。

背景信息

在利用经历从气体到液体或反之的相变的两相制冷剂的传统环境控制系统，诸如空调系统、热泵系统、冰箱等中，制冷剂流路经常通过位于蒸发器的上游部分处和/或蒸发器内的流体分配器或分流器而分成多个通道，以防止由于两相流的压降而造成蒸发器的性能变差。

图15A至15D是传统的流体分配器的示例的示意图。图15A示出T形流体分配器，其中，两个管路简单地连接在一起以形成T形。T形流体分配器具有制造成本低的优点。然而，当两相制冷剂内的液体组分在流体分配器的进口部分处的分配如图15A中所示并不均匀时，制冷剂从出口排出，而制冷剂的液体组分在各出口之间不均匀地分配。如图15A中所示，液体组分在流体分配器的进口部处的这种不均匀分配会由许多原因造成，诸如由于分流器的安装角度所造成的重力影响，生产误差（例如，分流器的不对称结构，表面可湿性的变化）以及由于上游管路的弯曲、合并和/或分支造成制冷剂的液体组分在进口处的流动状态的变化。在图15A所示的示例中，从右侧的出口排出的制冷剂所包含的液体组分比从左侧的出口排出的制冷剂更多。换言之，从右侧的出口排出的制冷剂的空隙率与从左侧的出口排出的制冷剂的空隙率不同。制冷剂内的液体组分的这种不均匀分配会造成设置在流体分配器的下游部分内的蒸发器的性能变差。

图15B示出树干型分流器，其中，两相制冷剂首先被引入中空筒，以使两相制冷剂的液体组分和气体组分在该筒内混合。然后，制冷剂从出口排出，每个出口具有相对较小的直径以增大摩擦阻力，以使制冷剂均匀地分配。然而，在树干型分流器的情况下，当制冷剂的液体组分如图15B中所示不对称地分配在筒内时，制冷剂流会朝向一侧偏移，以造成液体组分在这些出口之间分配不均匀。

图15C示出内部分支型流体分配器，其中，通过在分隔件内设置诸如是窄通道结构和/或突起结构的结构元件而使制冷剂路径在内部分成多个出口，以使制冷剂均匀地分配。然而，在分流器内设置这种内部结构需要精确的制造工艺，这会造成制造成本较高。此外，窄通道结构和/或突起结构会造组分流器内的压力损失增大。

图15D示出集管型分流器，其中，在圆筒形集管（歧管）的侧壁上设置有多个出口。在这种类型的流体分配器的情况下，当压力和流量在集管内不均匀时，制冷剂往往朝向一侧偏移，这造成制冷剂的液体组分在这些出口之间分配不均匀。

空调系统的制冷剂回路可以设置有多个分流器，诸如如上所述的传统流体分配器的一种类型，因而，流体分配器的每个出口连接到另一流体分配器，以使从出口流出的制冷剂流进一步分开。通过在系统内设置多个流体分配器，制冷剂流能分成许多流路，这对于较大的工业系统是必要的。然而，由于制冷剂流需要经过多个流体分配器，上游的流体分配器内的制冷剂的液体组分的不均匀分配往往会累积地传播下游的流体分配器内。

此外，在较大的工业环境控制系统中，每个主要部件（例如，压缩机、换热器等）能通过组合多个常规尺寸的部件来形成，以总体增大容量，而不会增加单个部件的尺寸，因为这种方法更经济。这种较大尺寸的系统内的制冷剂回路会需要导管的合并和/或分支分支，以连接各个部件。然而，当采用如上所述的传统的流体分配器时，导管的这种合并和/或分支会进一步促使流体分配器内的制冷剂的液体组分分配得不均匀。此外，较大尺寸的系统通常需要大量待循环的制冷剂，并且由此使制冷剂管路的直径相对较大。因此，管路内的制冷剂的液体组分的流动状态更易于受到重力影响的干扰。

另一方面，美国专利申请公开第2008/0000263提出了另一类型的流体分配器，其中，在筒的上方位置处引入圆筒形容器内的两相制冷剂产生向下的螺旋流，并从形成于圆筒形容器的下方部分内的出口流出。在此流体分配器中，两相制冷剂从进口管路沿切向流入圆筒形容器内，且在圆筒形容器内部的涡旋过程中，制冷剂通过作用于制冷剂的离心力而分成液体和气体。较重的液体集聚于周缘侧，而较轻的气体集聚于中心处。然后，在同时进行涡旋和运动的过程中，气体从出口流到分配管路内。

发明内容

一般来说，流入蒸发器的进口部分内的两相制冷剂内的液体组分的体积分数相对较小，因此，制冷剂包含较少的液体。然而，在美国专利申请公开第2008/0000263号中公开的流体分配器中，由于制冷剂流在圆筒形容器内向下流，较轻的蒸汽组分必须将较重的液体组分推到旁边，以离开圆筒形容器。圆筒形容器内的这种干扰会造成已沿圆筒形容器内壁收集的液体组分的分配变得不均匀，这导致液体组分在出口之间分配不均匀。由于制冷剂中的液体组分对于在蒸发器内进行的换热过程起到重要作用，所以重要的是要将设置在蒸发器的上游部分内的流体分配器设置成使两相制冷剂的液体组分均匀地分配到蒸发器内的多个流动通道内，以提高蒸发器的效率和性能（例如，蒸发温度、蒸发性能、制冷剂流速、热传递系数等）。

鉴于如上所述的传统流体分配器的问题，一个目标是提供一种流体分配器，该流体分配器能高效地、低成本地使两相制冷剂的液体组分均匀地分配。

根据一个方面的流体分配器适于将两相制冷剂分配到多个流路内。流体分配器包括管状主体、至少一个进口和多个出口。管状主体具有中心轴线。在主体的中心轴线沿大致垂向定向的状态下，进口设置在主体的下部内。进口具有与主体的中心轴线不平行也不相交的中心轴线，以产生主体内制冷剂的向上螺旋流。在主体的中心轴线沿大致垂向定向的状态下，出口形成设置在主体的上部内的多个开口，所有开口至少部分地设置在与主体的中心轴线垂直的平面内。

根据另一方面的环境控制系统包括第一和第二换热部分以及流体分配机构。该流体分配机构设置在第一和第二换热部分之间的制冷剂路径内，以将在与第一换热部分连接的制冷剂路径的至少一个上游管路内流动的两相制冷剂分配到与第二换热部分连接的制冷剂回路的多个下游管路内。该流体分配机构包括流体分配器。流体分配器具有管状主体、至少一个进口和多个出口。管状主体具有沿大致垂直方向定向的中心轴线。进口与上游管路连通。进口设置在主体的下部内，并具有与主体的中心轴线不平行也不相交的中心轴线，以产生主体内的制冷剂的向上螺旋流。出口与下游管路连通，出口形成设置在主体的上游分配内的多个开口，所有开口至少部分地设置在与主体的中心轴线垂直的平面内。

附图说明

现在参照附图，这些附图构成本原始公开内容的一部分：

图1是根据本发明的实施例的设有流体分配器的热泵系统的简化示意图；

图2是安装在根据实施例的热泵系统内的流体分配机构的简化视图；

图3是根据实施例在图2中所示的流体分配机构的流体分配器的顶部立体图；

图4是根据实施例的流体分配器的底部立体图；

图5是根据实施例的流体分配器的俯视平面图；

图6是根据实施例的流体分配器的进口的放大图；

图7是根据实施例的流体分配器的出口的放大图；

图8是根据实施例的流体分配器的沿图3中的剖线8-8剖取的剖视图；

图9是根据实施例的流体分配器的沿图8中的剖线9-9剖取的剖视图；

图10是流体分配器的剖视图，其示意地示出在根据实施例的流体分配器的主体内产生的、两相制冷剂的向上螺旋流；

图11是流体分配器的剖视图，其示出根据修改的实施例的出口的非对称结构的示例；

图12是流体分配器的剖视图，其示出根据修改的实施例的进口的非对称结构的示例；

图13是流体分配器的立体图，其示出根据修改的实施例的出口设置在管状主体的顶壁上的示例；

图14A至14D是连接到流体分配器的上游管路的结构的示例的剖视图；以及

图15A至15D是传统的流体分配器的示例的示意图。

具体实施方式

现将参照附图说明所选择的实施例。阅读了本说明书的本领域技术人员将会明白，下面对于各实施例的描述仅仅作为示例，而并非为了限制由所附的权利要求及其等同物来限定的本发明。

首先参照图1，根据本发明的实施例示出作为环境控制系统（ECS）的一个示例的热泵系统100。该实施例的热泵系统100是可逆循环热泵制冷系统，该热泵系统包括第一换热器1、第二换热器2、膨胀阀3、压缩机4和四通换向阀5，这些换向阀设置在由导管构成的制冷剂回路F内。在热泵系统100的操作期间，制冷剂根据热泵系统100是否处于加热模式或冷却模式而经历从液体到气体（蒸气）或反之的相变。除了第一换热器1如下更详细所述设有根据本实施例的流体分配机构10以外，第一换热器1、第二换热器2、膨胀阀3、压缩机4和四通换向阀5都是本领域中已知的传统部件。由于这些部件在本领域中已熟知，所以在此不详细讨论或说明这些结构。由此说明书对于本领域技术人员来说显而易见的是部件可以是能用于实施本发明的任何类型的结构。

第一换热器1和第二换热器2设计成可互换地起到蒸发器和冷凝器的作用。第一换热器1和第二换热器2起到对于待调节温度的空气（例如，大楼内部）或物质（例如，工业液体、游泳池、鱼塘等）加热或冷却的作用。在“冷却模式”下，第一换热器1起到冷凝器的作用，而第二换热器2起到蒸发器的作用。在“加热模式”下，它们的功能互换，第一换热器1起到蒸发器的作用，而第二换热器2起到冷凝器的作用。压缩机4构造成并设置成将制冷剂以高压泵送经过制冷剂回路F。四通换向阀5构造成并设置成对在制冷剂回路F内从压缩机4泵送的制冷剂的方向进行控制，以在加热模式和冷却模式之间进行切换。在图1中，在热泵系统100在加热模式下运行时制冷剂流的方向通过白色箭头示出，而在热泵系统100在冷却模式下运行时制冷剂流的方向通过黑色箭头示出。

如上所述，在“加热模式”下，第一换热器1起到蒸发器的作用，而第二换热器2起到冷凝器的作用。四通换向阀5将高压制冷剂气体转向到通向第二换热器2的导管。来自制冷剂气体的热量释放到被调节的区域或物质内（例如，工业液体、水或室内空气），从而使高压制冷剂气体冷凝成高压液体。制冷剂液体离开第二换热器2，并经过导管，然后进入第一换热器1，该第一换热器在加热模式起到蒸发器的作用。在此，从系统外吸收热量并吸收到第一换热器1内，由此使在第一换热器内所含的制冷剂液体蒸发成低压气体。然后，制冷剂气体经导管离开第一换热器1，并经由四通换向阀5转向到压缩机4。

在冷却模式下，四通换向阀5使经由通向第一换热器1的导管离开压缩机4的高压制冷剂气体转向，第一换热器1在冷却模式下起到冷凝器的作用。所得的冷凝的高压液体离开第一换热器1，并进入第二换热器2，第二换热器起到蒸发器的作用。从被调节的区域或物质（例如，工业液体、水或室内空气）吸收热量，从而使制冷剂液体蒸发成气体。低压制冷剂气体离开第二换热器2，并返回到压缩机4。

尽管第一换热器1和第二换热器2之间的制冷剂的路径可以反向，但不论运行模式如何，制冷剂流朝向压缩机4和离开压缩机4的方向总是相同的。

第一换热器1包括第一换热部分1A、第二换热部分1B和设置在第一换热部分1A与第二换热部分1B之间的流体分配机构10。第一换热部分1A与第二换热部分1B设置成使第一换热部分1A内的内通道1a（例如，盘管）的数目小于第二换热部分1B内的内通道1b（例如，盘管）的数目。尽管在图1的示意图中仅两个管路示出为内通道1a，仅六个管路示出为内通道1b，但内通道1a和1b的实际数目是基于第一换热器1的规格来确定的。

流体分配机构10经由一个或多个管路16连接到第一换热器1的第一换热部分1A，并经由对应于内通道1b的数目的多个管路18连接到第二换热部分1B。尽管在图1的示意图中两个管路示出为管路16，但管路16的实际数目是根据内通道1a的实际数目并根据流体分配机构10的设计规格、管道系统布置和空间限制来变化的。例如，可设有与第一换热部分1A内的内通道1a的数目相同的管路16，设有比第一换热部分1A内的内通道1a的数目多的管路16，设有比第一换热部分1A内的内通道1a的数目少的管路16。当管路16的数目与第一换热部分1A内的内通道1a的数目不同时，连接管部分适当地设置在内通道1a和管路16之间，以使内通道和管路之间的制冷剂流分开或合并。

由此，当热泵系统100在加热模式下运行时，流出第一换热部分1A的制冷剂经由管路16进入流体分配机构10。制冷剂通过流体分配机构10而被分成对应于管路18数目的多个流路，然后制冷剂经由管路18进入第二换热部分1B。当热泵系统100在冷却模式下运行时，从第二换热部分1B经由管路18流到流体分配机构10的制冷剂被合并和分配到管路16内，然后制冷剂进入第一换热部分1A的内通道1a。

如上所述，当热泵系统100在加热模式下运行时，第一换热器1起到使包含于其内的制冷剂液体蒸发成低压气体的蒸发器作用。更具体地，制冷剂首先进入第一换热部分1A内，且在制冷剂经过第一换热部分1A的内通道1a时，制冷剂液体的一部分蒸发成气体。因此，第一换热部分1A的进入部分处的制冷剂的干度小于第二换热部分1B的进入部分处的制冷剂的干度。更具体地，流出第一换热部分1A的制冷剂一般具有相对较小的干度或质量和相对较大的空穴度。换言之，离开第一换热部分1A的两相制冷剂具有相对较小的液体组分的体积分数（百分比），当制冷剂是诸如R134a、R410A之类的HFC制冷剂并且干度为约0.2到0.3时，该体积分数通常为约10％到约30％，尽管液体组分的实际体积分数可根据诸如制冷剂流动状态、制冷剂温度、制冷剂压力等其它因素而变化。然而，制冷剂的液体组分对于第一换热器1内的换热过程来说起到重要作用，该第一换热器1在加热模式下起到蒸发器的作用。因此，期望使离开第一换热部分1A进入第二换热部分1B的内通道1b(盘管)的制冷剂内的液体组分尽可能均匀地分配，以使制冷剂的液体组分在它经过第二换热部分1B的内通道1b(盘管)时有效地蒸发。因此，流体分配机构10构造和设置成使从第一换热部分1A到第二换热部分1B的内通道1b的两相制冷剂基本上均匀地分配，以使经过第二换热部分1B的每个内通道1b的制冷剂内的液体组分的体积分数一般是均匀的。

参见图2，现在将详细阐释根据实施例的流体分配机构10。如文中所用来描述本发明的流体分配机构10，术语“下游”、“进口”和“出口”相对于热泵系统100在加热模式下运行时制冷剂方向（即，由图1中白色箭头所示的制冷剂流的方向）来使用，第一换热器1在加热模式运行期间起到蒸发器的作用。由此，如用来描述本实施例的流体分配机构10，这些术语应相对于当第一换热器1在加热模式下起到蒸发器作用时制冷剂流的方向来理解。

如图2中所示，流体分配机构10包括流体分配器12和多个次级流体分配器14。流体分配器12设置在流体分配机构10内的上游侧，并连接到上游管路16，这些上游管路与第一换热器1的第一换热部分1A内的内通道1a连通。在此实施例中，制冷剂从两处经由上游管路16进入流体分配器12。次级流体分配器14设置在流体分配机构10内的下游侧，并连接到下游管路18，这些下游管路分别与第一换热器1的第二换热部分1B内的内通道1b连通。如图2中所示，流体分配器12和次级流体分配器14经由多个连接管路17连接。

流体分配器12构造成和设置成通过在流体分配器12内产生两相制冷剂的向上螺旋流（涡旋流）来使从第一换热器1的第一换热部分1A经由上游管路16流动到连接管路17内的两相制冷剂均匀地分配。然后，每个次级流体分配器14还将从流体分配器12经由对应的连接管路17流入下游管路18的两相制冷剂分开，以使制冷剂流入第一换热器1的第二换热部分1B的内通道1b。

在所示实施例中，八个次级流体分配器14设置在流体分配机构10内。当然，由此说明书对于本领域技术人员来说很显然的是，次级流体分配器14的数目和布置不限于在此实施例中所示的布置，且它们能根据各种考虑来确定（例如，连接管路17的数目、第二换热部分1B内的内通道1b的数目、流体分配机构10的空间限制等）。此外，如果下游管路18的数目相对较小，可整个省去次级流体分配器14。在这种情况下，流体分配器12能直接连接到下游管路18。

在此实施例中，每个次级流体分配器14较佳地包括诸如图15C中所示的内部分支型流体分配器之类的传统结构。替代地，其它类型的传统流体分配器（例如，图15A中所示的T形分配器、图15B中所示的树干型分配器、图15D中所示的集管型分配器等）都能用作次级流体分配器14。此外替代地，分别具有与如下所述的流体分配器12相似结构的多个流体分配器可以代替传统流体分配器而用作次级流体分配器14。

现参照图3至10，将详细描述流体分配器12的结构和操作。如图3和4中所示，流体分配器12包括具有中心轴线C的管状主体20、两个进口22和多个出口24。主体20、进口22和出口24较佳地由金属或复合金属（例如，铁、黄铜、铜、铝、不锈钢等）制成，并形成为单体构件。当流体分配器12安装在热泵系统100内时，流体分配器12较佳地设置成使主体20的中心轴线C沿如图2中所示的大致垂直方向定向。如文中所述，用语“中心轴线C沿大致垂直方向定向”是指中心轴线C相对于垂直方向的倾斜角度在约-2°与+2°之间的范围内。还如文中所用来描述本实施例的流体分配器12，下述方向术语“向上”、“向下”、“上”、“下”、“顶部”、“底部”、“侧部”、“侧向”和“横向”以及其它类似的方向术语是指在如下状态下的那些方向：如图2中所示，流体分配器12设置成使主体20的中心轴线C沿大致垂直方向定向。由此，如用来描述本实施例的流体分配器12，这些方向术语应在以下状态下相对于流体分配器12理解：如图2中所示，主体20的中心轴线C沿大致垂直方向定向。

如图3、4和9所示，流体分配器12的主体20是大致闭合的中空圆筒形构件，其具有限定上端壁的顶盖板20a、限定底端壁的下盖板20b和限定侧壁的圆筒形部分20c。

流体分配器12的尺寸确定成在流体分配器12的主体20内可靠和稳定地产生向上螺旋流（涡旋流）。更具体地，流体分配器12的尺寸较佳地基于各种考虑因素来确定，包括第一换热器1的规格（例如，尺寸、容量、制冷循环率、制冷剂流速等）、所用的制冷剂类型、连接到流体分配器12的上游导管的数目和尺寸、连接到流体分配器12的下游导管的数目和尺寸等。一般来说，流体分配器12较佳地设计成满足以下关系。

2<D1/Di<10,

No×Do<π×D2,以及

2×D1<H<5×D1.

在上述等式中，值D1表示流体分配器12的主体20的内径，值D2表示主体20的外径，值Di表示连接到流体分配器的上游导管的外径（在此实施例中，上游管路16的外径），值No表示连接到流体分配器12的下游导管的数目（在此实施例中，连接管路17的数目），值Do表示连接到流体分配器12的下游导管的数目（在此实施例中，连接管路17的外径），以及值H表示主体20的内部高度（参见图9）。例如，当热泵系统100是采用R134a作为制冷剂的相对较大工业空气冷却的冷却器，并且当上游管路16的外径Di是3/4英寸、连接管路17的外径Do是3/8英寸、且设置八个连接连接管路17时，主体20的内径D1较佳为约3.5英寸，主体20的外径D2较佳为约4英寸，并且主体20的高度H较佳为约9英寸。上盖板20a的厚度确定为使上盖板能抵抗由主体20内的制冷剂流产生的升力。当然，由此说明书对于本领域技术人员来说显然的是，当流体分配器12适于用在诸如住宅空调设备、冰箱等之类的较小环境控制系统中时，可以使流体分配器12的总体尺寸更小。

如图3和4中所示，进口22相对于主体20设置成，在主体的中心轴线C如图2中所示沿大致垂直方向来定向的状态下，使进口22设置在主体20的下部。每个进口22具有圆筒形形状，中心轴线Ci穿入主体20的内部空间内。如图8和9中所示，进口22设置成使其中心轴线Ci不平行于主体20的中心轴线C，且不与中心轴线C相交。换言之，进口22相对于主体20设置成使沿中心轴线Ci进入主体20的制冷剂流碰到主体20的内壁，并在主体20内产生向上螺旋流。

在所示实施例中，进口22如图3和4中所示设置在主体20的圆筒形部分20c内的下部内。进口22定位成使下盖板20b和进口22之间的沿主体20的中心轴线C方向的距离设定成尽可能小，同时确保能将进口22和下盖板20b焊接到主体20所需的足够空间。在此实施例中，进口22的中心轴线Ci如图9中所示沿大致垂直于主体20的中心轴线C的方向延伸。此外，在所示实施例中，进口22如图5和8中所示设置成相对于主体20的中心轴线C大致对称。如图6中所示，每个进口22的上游端部（外端部）包括沉孔（counterbore）部段，该沉孔部段构造成和设置成与上游管路16中对应的一个管路密封。

如图3和4中所示，在主体20的中心轴线C如图2中所示沿大致垂直方向定向的状态下，出口24设置在主体20的上部。如图8和9中所示，出口24形成通向主体20的内部空间的多个开口24a。所有开口24a至少部分地设置在垂直于主体20的中心轴线C的平面P内（图9）。在所示实施例中，出口24的开口24a如图8中所示设置成关于主体20的中心轴线C大致对称。如图7中所示，每个出口24的下游端部（外端部）包括沉孔部段，该沉孔部段构造成和设置成与上游管路17中对应的一个管路密封。

现参见图10，将描述流体分配器12的操作。当热泵系统100在加热模式下运行时，经过第一换热部分1A的内通道1a的两相制冷剂经由上游管路16进入流体分配器12的进口22。然后，两相制冷剂沿主体20的圆筒形部分20c的内壁形成向上螺旋流（涡旋流），并朝向出口24的开口24a被引导。由于两相制冷剂的液体组分的密度大于两相制冷剂的气体组分的密度，所以两相制冷剂的液体组分由于作用于制冷剂的离心力作用而收集于螺旋流的外周侧，且具有大致均匀厚度的液体膜如图10中所示沿圆筒形部分20c的内壁形成。产生向上螺旋流以收集朝向主体20的圆筒形部分20c内壁的制冷剂的液体组分的这个过程利用了与气旋或涡流分离相同的原理。两相制冷剂的液体组分在其沿圆筒形部分20c的内壁向上并涡旋式运动时基本上均匀地分配。这样，当液体组分在以涡旋运动沿圆筒形部分20c的内壁运动时，制冷剂的液体组分继而从形成于圆筒形部分20c内的出口24的开口24a排出。因此，制冷剂的液体组分在出口24之间均匀地分配。

借助本实施例的流体分配器12，即使从进口22流入主体20内的两相制冷剂内的液体组分的量有波动，由于液体组分由于涡旋运动以恒定频率从出口24的开口24a排出，故也能使液体组分在出口24之间的按时间平均的分配大致均匀。

由此，借助本实施例的流体分配器12，以下两个效果可通过产生两相制冷剂的涡旋流来获得。首先，液体组分沿圆筒形部分20c的内壁均匀分配（按空间平均）。其次，在给定时间段（按时间平均）内，液体组分在出口24之间均匀分配。此外，由于制冷剂在主体20内从下方位置朝向上方位置运动，具有较大流动速度和较小密度的制冷剂的蒸气组分快速地朝向主体的上部运动。另一方面，具有较小流速和较大密度的液体组分往往收集于主体20的下部内。因此，可进行稳定的液体-蒸气分离，以获得液体组分在出口24的稳定分配。此外，借助本实施例的流体分配器12，经由进口22进入主体20的制冷剂的流动状态（特别是液体组分的非均匀分配）能如上所述通过在主体20内产生的后续涡旋流来抵消。因此，即使当由于存在连接到进口22的上游管路16内的弯曲部、合并部和/或分支部而在进口22处出现制冷剂内的液体组分的非均匀流动状态，液体组分在主体20内的分配也不受进口22处的非均匀流动状态的显著影响。此外，即使流体分配器12设置成使主体20的中心轴线C相对于垂向略倾斜，两相制冷剂内的液体组分也会由于主体20内的涡旋流的产生而均匀地分配到出口24内。

尽管可用于所述实施例的流体分配器12的两相制冷剂不限于任何特定的制冷剂，但较佳地采用具有相对较小的气体-液体密度比（ρG/ρL）的两相制冷剂。更具体地，当具有相对较小的气体-液体密度比的两相制冷剂用作两相制冷剂时，由于液体组分和蒸气组分密度之差较大，打滑比（即，液体组分和气体组分的流速之差）相对较大。因此，当具有相对较小的气体-液体密度比的两相制冷剂用于本实施例的流体分配器12时，两相制冷剂的液体组分和蒸气组分平稳地分离，并且当制冷剂沿向上螺旋流运动时，液体组分沿圆筒形部分20c的内壁均匀地分配，这是因为具有较大速度的密度较小的蒸气组分比具有较小流速的密度较大的液体组分运动得更快。相应地，两相制冷剂在出口24之间大致均匀地分配。具有相对较小气体-液体密度比的两相制冷剂的示例包括但不限于丙烷、异丁烷、R32、R134a、R407C、R410A和R404A。在R134a的示例的情况下，当饱和温度为0°C时，蒸气密度（ρG）是约14.43kg/m³，液体密度(ρL)是约1295kg/m³，且密度比或密度分数（ρG/ρL）为约0.011。在R410a的示例的情况下，当饱和温度为0°C时，蒸气密度（ρG）是约30.58kg/m³，液体密度(ρL)是约1170kg/m³，且密度比或密度分数（ρG/ρL）为约0.026。如文中所用，当饱和温度为0°C时，具有相对较小气体-液体密度比的两相制冷剂较佳地具有小于0.05的密度比（ρG/ρL）。

因此，所述实施例的流体分配器12通过如上阐释的相对简单的结构以低成本来实现两相制冷剂的高度有效和均匀的分配。还提高了上游部件（例如，管路16）的设计灵活度，这是因为两相制冷剂内的液体组分的分配不受制冷剂在进口22处的流动状态的大幅影响。

修改的实施例

现参照图11至14，现将阐释与流体分配器有关的几个修改的实施例。鉴于图2至10中所示的上述实施例与修改的实施例之间的相似性，对于修改的实施例的与上述实施例相同的部分将给出与上述实施例的该部分相同的附图标记。此外，为了简略的原因，可以省去对修改的实施例的与上述实施例相同的部分的说明。修改的实施例的与上述实施例不同的部分将用单撇号（’）、双撇号（”）或三撇号（”’）表示。

尽管在上述实施例中设置八个出口24，但出口24的数目不限于八个，只要出口24的数目等于或大于进口22的数目即可。出口24的数目可基于各种考虑来确定，诸如连接管路17的数目、次级流体分配器14的数目、第二换热器部分1B内的内通道1b的数目、对流体分配器12的空间限制等等。

此外，尽管在上述实施例中出口24相对于流体分配器12的主体20的中心轴线C对称设置，出口24也可如图11中所示关于主体20的中心轴线C不对称地设置。类似于图2至10中所述的实施例，所有开口24a至少部分地设置在平面P内（图9），在此修改的实施例中，该平面垂直于主体20的中心轴线C。因此，两相制冷剂的液体组分可由于在主体20内制冷剂涡旋流的产生而在出口24之间均匀地分配。

尽管在上述实施例中出口22相对于流体分配器12的主体20的中心轴线C对称设置，但进口22也可如图12中所示关于主体20的中心轴线C不对称地设置。由于制冷剂在进口22处的流动状态通过主体20内制冷剂涡旋流的产生而抵消，所以即使进口22相对于主体20的中心轴线C不对称地设置，液体组分也能均匀地分配。因此，在此修改的实施例中，制冷剂的液体组分可由于在主体20内制冷剂涡旋流的产生而在出口24之间均匀地分配。

如图11中所示出口24的不对称设置可与如上述实施例中那样进口22的对称设置或者与如图12中所示那样进口22的不对称设置结合。相似地，如图12中所示进口22的不对称设置可与如上述实施例中那样出口24的对称设置或者与如图11中所示那样出口24的不对称设置结合。

尽管，在上述实施例中，出口24形成于主体20的圆筒形部分20c内，但出口24的开口24a也可如图13中所示设置在主体20的上端壁内。在此修改的实施例中，所有开口24a整个设置在由上盖板20a的底面构成的平面内，该平面垂直于主体20的中心轴线C。在此修改的实施例中，当蒸气组分离开形成于主体20的上端壁上的开口24a时，均匀地积聚于主体20的圆筒形部分20c的内壁上的液体组分被吸入制冷剂内的蒸气组分的高速涡旋流内。因此，制冷剂的液体组分均匀地分配到出口24内。尽管图13示出出口24相对于主体的中心轴线C的对称布置，但由此说明书对于本领域技术人员显然的是出口24不必非要相对于中心轴线C对称设置。

如图14A中所示，连接到两个上游管路16的两个进口22设置在图2至10中所示的上述实施例的流体分配器12内。然而，进口22的数目不限于两个。更具体地，进口22的数目可基于各种考虑因素来确定，诸如第一换热器部分1A内的内通道1a的数目、上游管路16的分支导管的数目和布置、流体分配器12的空间限制等。例如，连接到一个上游管路16的仅一个进口22可如图14B中所示设置在主体20内。替代地，可设置有分别连接到三个或更多个上游管路16的三个或更多个进口22。此外，根据上游管路16的设置，进口22可如图14C（以及如上所述图12）中所示不对称地设置，以适当地连接到上游管路16，由此提高与流体分配器相邻设置的部件的设计灵活性。此外，制冷剂路径可如图14D中所示包括在进口22的上游位置处合并到上游管路16的多个分支管路部段16a。即使由于存在连接到进口22的上游管路16内的合并部而在进口22处出现制冷剂内的液体组分的非均匀流动状态，经由进口22进入主体20内的制冷剂的不均匀流动状态也能通过如上所述在主体20内随后产生涡旋流而被抵消。因此，无论在上游管路16内是否存在合并部和/或弯曲部，两相制冷剂内液体组分总是能由于在主体20内产生涡旋流而均匀地分配到出口24内。

尽管在所述实施例中，可逆循环热泵系统100用作环境控制系统的示例，但本发明的环境控制系统不限于是可逆循环热泵系统。更具体地，本发明的环境控制系统可以是包括用于在制冷剂和环境控制或物质（例如，水）之间传递热量的换热器的任何系统，诸如空调系统、HVAC系统、激冷器、冰箱等。此外，尽管流体分配机构10设置在都起到蒸发器作用的第一换热器部分1A和第二换热器部分1B之间，但由此说明书对于本领域技术人员来说显然的是流体分配机构10可设置在具有分开功能的两个换热器之间，诸如蒸发器和冷凝器之间。在此情况下，流体分配机构10较佳地设置在蒸发器的上游部分内，以使两相制冷剂内的液体组分能均匀地分配到蒸发器内的多个流动通道内。

在理解本发明的范围时，如文中所用地，术语“包括”及其衍生词意为开放性术语，这些术语表示存在所述特征、元件、部件、组、整体和/或步骤，但不排除存在其它未陈述的特征、元件、部件、组、整体和/或步骤。前述内容还应用于具有与诸如“包括”、“具有”及其衍生词之类的术语相似含义的词语。同样，术语“部件”、“部段”、“部分”、“构件”或“元件”在以单数使用时可具有单个部件或多个部件的双重含义。如文中所用，诸如“基本上”、“大约”和“大致”之类的程度术语意味着对修改的术语的合理量的偏离，因而，并不明显改变最终结构。

尽管已选择仅选定实施例来说明本发明，但由此说明书对于本领域技术人员来说明显的是在此可进行各种改变和变型，而不脱离由所附权利要求书所限定的本发明的范围。例如，各种部件的尺寸、形状、位置或定向可按需要和/或如期望地进行改变。直接连接或彼此接触的部件可具有设置在它们之间的中间结构。一个元件的功能能由两个来执行或反之亦然。一个实施例的结构和功能可以在另一实施例中被采用。不必同时在特定实施例中具有所有优点。与现有技术不同的每个特征单独地或与其它特征结合地还应被认为是申请人对其它发明的单独说明，包括由这些特征所实施的结构和/或功能上的设计。因此，仅为了说明而提供对根据本发明的实施例的前述说明，而不是为了限制由所附权利要求书及其等效物所限定的本发明。

Claims (16)

1.一种流体分配器，该流体分配器适于将两相制冷剂分配到多个流路内，所述流体分配器包括：

具有中心轴线的管状主体,所述管状主体的内径D和内部高度H满足2D<H<5D；

至少一个进口，在所述主体的所述中心轴线沿垂向定向的状态下，所述进口设置在所述主体的下部，所述进口具有与所述主体的所述中心轴线不平行也不相交的中心轴线，以在所述主体内产生所述制冷剂的向上螺旋流；以及

多个出口，在所述主体的所述中心轴线沿垂向定向的状态下，所述出口形成设置在所述主体的上部的多个开口，所述主体的所述中心轴线沿垂向定向，所有开口至少部分地布置在与所述主体的所述中心轴线垂直的平面内，

其中，所述至少一个进口包括多个进口，每个进口具有与所述主体的所述中心轴线不平行也不相交的中心轴线，所述进口相对于所述主体的所述中心轴线对称地设置。

2.如权利要求1所述的流体分配器，其特征在于，

所述进口设置在所述主体的侧壁内。

3.如权利要求1或2所述的流体分配器，其特征在于，

所述进口的所述中心轴线沿与所述主体的所述中心轴线垂直的方向延伸。

4.如权利要求1或2所述的流体分配器，其特征在于，

所述出口的开口相对于所述主体的所述中心轴线对称地设置。

5.如权利要求1或2所述的流体分配器，其特征在于，

所述出口的开口相对于所述主体的所述中心轴线不对称地设置。

6.如权利要求5所述的流体分配器，其特征在于，

所述各出口的开口具有沿所述主体的中心轴线观察是相交的中心轴线。

7.如权利要求1所述的流体分配器，其特征在于，

所述出口的开口设置在所述主体的侧壁内。

8.如权利要求1所述的流体分配器，其特征在于，

所述出口的所述开口设置在所述主体的上端壁内。

9.如权利要求8所述的流体分配器，其特征在于，

所述各出口的开口沿平行于所述主体的中心轴线的方向延伸。

10.如权利要求1所述的流体分配器，其特征在于，还包括：

连接至所述各出口的多个连接管路，每个连接管路具有连接至所述出口之一的弯头端以及平行于所述主体的中心轴线延伸的垂直部分。

11.一种环境控制系统，所述环境控制系统包括

第一和第二换热部分；以及

流体分配机构，所述流体分配机构设置在所述第一和第二换热部分之间的制冷剂路径内，以将在与所述第一换热部分连接的所述制冷剂路径的至少一个上游管路内流动的两相制冷剂分配到与所述第二换热部分连接的所述制冷剂回路的多个下游管路内，所述流体分配机构包括流体分配器，所述流体分配器包括

管状主体，所述管状主体具有沿垂向定向的中心轴线,所述管状主体的内径D和内部高度H满足2D<H<5D，

与所述上游管路连通的至少一个进口，所述进口设置在所述主体的下部内并具有与所述主体的所述中心轴线不平行也不相交的中心轴线，以在所述主体内产生制冷剂的向上螺旋流，以及

与所述下游管路连通的多个出口，所述出口形成设置在所述主体的上部分内的多个开口，所有开口至少部分地设置在与所述主体的所述中心轴线垂直的平面内，

其中，所述至少一个进口包括多个进口，每个进口具有与所述主体的所述中心轴线不平行也不相交的中心轴线，所述进口相对于所述主体的所述中心轴线对称地设置。

12.如权利要求11所述的环境控制系统，其特征在于，

所述流体分配机构还包括多个辅助流体分配器，所述辅助流体分配器设置在所述流体分配器的出口与所述下游管路之间，以将来自所述出口的所述制冷剂对应于所述下游管路分成多个分支流。

13.如权利要求11或12所述的环境控制系统，其特征在于，

所述制冷剂路径的所述至少一个上游管路包括多个上游管路；以及

所述流体分配器的所述至少一个进口包括多个进口，所述进口分别连接到所述上游管路，每个进口具有与所述主体的所述中心轴线不平行也不相交的中心轴线。

14.如权利要求11所述的环境控制系统，其特征在于，

所述制冷剂路径包括多个分支管路部段，所述分支管路部段在所述流体分配器的所述进口上游的位置处合并到所述上游管路内。

15.如权利要求11所述的环境控制系统，其特征在于，

所述第一换热部分包括一个或多个制冷剂流通道，而第二换热部分包括多个制冷剂流道，所述第一换热部分内的制冷剂流通道的数目小于所述第二换热部分内的所述制冷剂流通道的数目。

16.如权利要求11所述的环境控制系统，其特征在于，

所述第一和第二换热部分形成换热装置，所述换热装置构造成并设置成使所述制冷剂蒸发以在所述制冷剂与环境空气之间换热，

所述第一和第二换热部分设置成所述使第一换热部分的进口部处的制冷剂的干度小于所述第二换热部分的进口部处的制冷剂的干度。