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CN102564204B - 制冷剂分配装置和具有它的换热器 - Google Patents

制冷剂分配装置和具有它的换热器 Download PDF

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CN102564204B
CN102564204B CN201010590176.9A CN201010590176A CN102564204B CN 102564204 B CN102564204 B CN 102564204B CN 201010590176 A CN201010590176 A CN 201010590176A CN 102564204 B CN102564204 B CN 102564204B
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distributing device
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Sanhua Hangzhou Micro Channel Heat Exchanger Co Ltd
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Abstract

本发明提出一种制冷剂分配装置包括：分配管，所述分配管在其长度方向上限定有第一和第二端，其中所述分配管上沿所述长度方向设有多个管嘴，每个管嘴具有预定长度且形成有通孔，所述通孔将分配管的内腔与外界连通。本发明还提出一种具有上述制冷剂分配装置的换热器。根据本发明实施例的制冷剂分配装置和换热器，具有改善流量平衡性的能力，由于管嘴导致流动阻力增加，因而可以平衡各个管嘴之间的压力关系，使得管嘴之间的压力不平衡大大减小，因而沿分配管的长度方向的制冷剂流量更加平衡。此外，制冷剂可以沿分配管的径向喷射、沿着分配管轴向、周向或者其他方向喷射，使得分配管外的空间制冷剂不均匀性得到大大改善。

Description

制冷剂分配装置和具有它的换热器
技术领域
本发明涉及一种用于换热器的制冷剂分配装置和具有该制冷剂分配装置的换热器。
背景技术
为了保证制冷剂在换热器的换热管内分配均匀，通常会在换热器的集流管内插入分配管，分配管上设有开口，制冷剂通过开口从分配管进入集流管从而分配到各个换热管内。
传统分配管的不足之处：在实际使用中，换热器入口的制冷剂状态为气液两相态，由于气相制冷剂与液相制冷剂的密度相差较大，会产生气液分离现象，从而影响分配制冷剂的分配均匀性。由于气液两相制冷剂直接从分配管表面的开口处流出，进入集流管中，气液两相制冷剂在离开开口时容易产生气液分离，影响了分配的均匀性。沿制冷剂流动方向，各开口之间存在压力不平衡，从而导致沿分配管长度方向的各开口流量不平衡。。开口的数量增加或形式不一，加工难度增大，加工面毛刺较多，清洁较困难。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。
为此，本发明的第一方面的一个目的在于提出一种可以提高制冷剂分配均匀性的制冷剂分配装置。
本发明的第二方面的一个目的在于提出一种具有根据本发明第一方面的制冷剂分配装置的换热器，该换热器换热性能提高。
根据本发明实施例的制冷剂分配装置包括：分配管，所述分配管在其长度方向上限定有第一和第二端，其中所述分配管上沿所述长度方向设有多个管嘴，每个管嘴具有预定长度且形成有通孔，所述通孔将分配管的内腔与外界连通。
根据本发明实施例的制冷剂分配装置，具有改善流量平衡性的能力，由于管嘴导致流动阻力增加，因而可以平衡各个管嘴之间的压力关系，使得管嘴之间的压力不平衡大大减小，因而沿分配管的长度方向的制冷剂流量更加平衡。
根据本发明实施例的制冷剂分配装置，具有方向控制和调节能力，制冷剂气液两相在喷射出管嘴的时候，可以不仅沿分配管的径向喷射，还可以沿着分配管轴向、周向或者其他方向喷射，可以使得分配管外的空间制冷剂不均匀性得到大大改善。
另外，根据本发明上述实施例的制冷剂分配装置还可以具有如下附加的技术特征：
所述多个管嘴在分配管的周向上排列成多排，其中每一排内的管嘴以螺旋方式排列。
所述通孔为圆孔且贯穿所述管嘴的内端面和外端面，其中所述通孔的长度为通孔水力直径的0.125-250倍。
所述通孔贯穿所述管嘴的内端面和外端面，且所述通孔的轴向相对于管嘴的轴向倾斜。
所述通孔为矩形槽孔或十字形槽孔。
所述通孔包括沿管嘴径向延伸的第一通孔部和沿管嘴轴向延伸的第二通孔部，其中所述第二通孔部的内端与所述分配管的内腔连通，所述第二通孔部的外端封闭，所述第一通孔部将第二通孔部与外界连通。
所述第一通孔部为多个，所述多个第一通孔部沿第二通孔部的周向布置。
所述通孔包括第一通孔部和沿管嘴轴向延伸的第二通孔部，其中所述第二通孔部的内端与所述分配管的内腔连通，所述第二通孔部的外端封闭，所述第一通孔部将第二通孔部与外界连通，所述第一通孔部的轴向偏离管嘴的径向。
每个管嘴的内端伸入所述分配管的内腔中预定距离。
所述管嘴的内端形成有折弯部。
每个管嘴的内端与所述分配管的内壁或外壁平齐。
所述通孔贯穿所述管嘴的内端面和外端面，且所述通孔的轴向平行于管嘴的轴向，所述分配管为圆形管，其中所述通孔的长度H与所述分配管的水力直径D之比H/D在0.027-25的范围内且所述通孔长度H与分配管的长度L之比H/L在3.3×10-4-0.125的范围内。
所述通孔的横截面积之和与所述分配管的外周表面积之比在0.01％-40％的范围内。
根据本发明第二方面的实施例提出一种换热器，包括：入口集流管；出口集流管；换热管，所述换热管的两端分别与入口集流管和出口集流管相连以连通入口集流管和出口集流管；翅片，所述翅片分别设置在相邻的换热管之间；和制冷剂分配装置，所述制冷剂分配装置到所述入口集流管内且所述制冷剂分配装置为根据本发明第一方面所述的制冷剂分配装置。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本发明第一实施例的制冷剂分配装置的示意图；
图2是图1所示制冷剂分配装置的俯视图；
图3是图1所示制冷剂分配装置的横截面示意图；
图4是根据本发明第二实施例的制冷剂分配装置的局部剖视图；
图5是图4所示制冷剂分配装置的俯视图；
图6是根据本发明第三实施例的制冷剂分配装置的局部剖视图；
图7是图6所示制冷剂分配装置的俯视图；
图8是图6所示制冷剂分配装置的横截面示意图；
图9是根据本发明第四实施例的制冷剂分配装置的局部剖视图；
图10是图9所示制冷剂分配装置的俯视图；
图11是图9所示制冷剂分配装置的横截面示意图；
图12是根据本发明第五实施例的制冷剂分配装置的局部剖视图；
图13是图12所示制冷剂分配装置的俯视图；
图14是图12所示制冷剂分配装置的横截面示意图；
图15是根据本发明第六实施例的制冷剂分配装置的示意图；
图16是图15所示制冷剂分配装置的俯视图；
图17是图15所示制冷剂分配装置的横截面示意图；
图18是根据本发明第七实施例的制冷剂分配装置的示意图；
图19是图18所示制冷剂分配装置的俯视图；
图20是图18所示制冷剂分配装置的横截面示意图；
图21是根据本发明第八实施例的制冷剂分配装置的示意图；
图22是图21所示制冷剂分配装置的俯视图；
图23是图21所示制冷剂分配装置的横截面示意图；
图24是根据本发明实施例的换热器的示意图；
图25是图24所示换热器的入口集流管的局部横截面示意图；和
图26是根据本发明实施例的制冷剂分配装置对制冷剂的分配效果与现有分配管对制冷剂的分配效果的比较曲线图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，术语“长度方向”、“横向”、“轴向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
下面参考附图描述根据本发明实施例的制冷剂分配装置。
如图1-23所示，根据本发明实施例的制冷剂分配装置包括分配管1，分配管1在其长度方向(图1中的左右方向)上限定有第一端(图1中的左端)和第二端(图1中的右端)，分配管1上沿其长度方向设有多个管嘴2，每个管嘴2具有预定长度且形成有通孔21，通孔21将分配管1的内腔与外界连通。这里，需要理解的是，外界是指管嘴2和分配管1的外面，例如当根据本发明实施例的制冷剂分配装置安装到换热器的集流管内时，外界是指集流管的内腔。
在本发明的一个示例中，如图1所示，分配管1的第一端敞开，且第二端封闭，然而，需要理解的是，分配管1的第二端可以敞开，例如可以在安装到换热器的集流管内时由集流管的端面封闭。为了便于描述，下面将分配管1的左端作为分配管的入口端，即分配管1的左端开口为分配管1的制冷剂进口。
根据本发明实施例的制冷剂分配装置，由于在分配管1上沿其长度方向设有管嘴2，因此，在相同的压力下，在管嘴2内可以形成泵吸效应，由此在相同的水力直径下，管嘴2与传统分配管上的开口相比可以提供更大的流量。
此外，制冷剂流过管嘴2内的通孔21的过程中气液两相制冷剂可以重新混合，进一步减少了气液两相分层现象。而且，管嘴2内的通孔可以增加制冷剂喷射的路径长度，可使得制冷剂的分配压差增大，由此在分配管1的整个长度方向上，制冷剂的流量分配更加均匀，从而提高换热器的换热性能。
与壁上开设开口的传统分配管相比，根据本发明实施例的制冷剂分配装置通过在分配管1上设置具有预定长度的管嘴2，由于制冷剂的流量其中，A为管嘴通孔的横截面积，H为压头，g为重力加速度，μ0为流量系数。由于管嘴流量系数μ0为0.82，而分配管上的开口流量系数为0.62，因此相同流通水力直径的情况下，管嘴2的流量要比开口的流量大。
此外，对于传统分配管而言，制冷剂在流过分配管时从各个开口流出，各个开口的压降不均等，制冷剂进口与距离制冷剂进口最远的开口(最后一个开口)之间的压差和制冷剂进口与距离制冷剂进口最近的开口(第一个开口)之间的压差相差较大，因此制冷剂流量在分配管的长度方向上不均匀，流出第一个开口的流量要大很多，而流出最后一个开口的流量要小很多。相比而言，根据本发明实施例的制冷剂分配装置，由于在分配管1上设置了具有预定长度的管嘴2，因此，制冷剂在每个管嘴2内的流通路径增长，制冷剂分配压降与设置开口相比增大，因此制冷剂进口与第一个管嘴2之间的压差和制冷剂进口与最后一个管嘴2之间的压差更为接近，因而制冷剂的分配在分配管长度方向上更加均匀，如图26所示。在图26中，横坐标s表示传统分配管上的开口和根据本发明实施例的管嘴2到制冷剂进口的距离，纵坐标m表示制冷剂从开口和管嘴2流出的流量。
下面参考图1-3描述根据本发明第一实施例的制冷剂分配装置。如图1-3所示，根据本发明第一实施例的制冷剂分配装置，分配管1上沿其长度方向(图1中的左右方向)设有多个管嘴2，多个管嘴2在分配管1上成一条直线排列。
在图1-3所示的实施例中，管嘴2为圆柱体，通孔21为圆形孔，且通孔21贯穿管嘴2的外端面(例如图1中的上端面)和内端面(例如图1中的下端面)，其中通孔21的长度为通孔21的水力直径的0.125-250倍。需要说明的是，如果管嘴2的通孔长度过长，则制冷剂在其内的阻力增加，过短则会减弱泵吸的效果。因此，申请人经过大量的实验得到，将通孔21的长度控制在通孔21的水力直径的0.125-250倍可以在降低阻力和维持泵吸效应之间实现最优化。
如图1-3所示，在本发明的一些具体示例中，通孔21的外端(图1中的上端)具有扩大部22，由此，便于通孔21的加工。
如图1和2所示，在本发明的具体示例中，管嘴2沿分配管1长度方向等间距间隔开，然而，本发明并不限于此，管嘴2也可以不等间距地排列。
如图3所示，在本发明的一个示例中，通孔21的轴向与管嘴2的轴向一致。
在本发明的另一些示例中，每个管嘴2的内端(即管嘴靠近分配管的一端)伸入分配管1的内腔中预定距离。由于管嘴2插入到分配管1的内部，制冷剂在沿分配管的轴向流动时受到管嘴2的扰动，气液相不断发生分离和再混合，使得流到后面的制冷剂气液两相仍能保持均匀。可选地，每个管嘴2的内端与分配管1的内壁或外壁平齐。
在本发明的一些实施例中，通孔21贯穿管嘴2的内端面和外端面，且通孔21的轴向平行于管嘴2的轴向，分配管1为圆形管，其中管嘴2的长度H与分配管1的水力直径D之比H/D在0.027-25的范围内且管嘴2的长度H与分配管1的长度L之比H/L在3.3×10-4-0.125的范围内。
根据本发明的实施例，如果不考虑局部压降，根据分配管内沿程阻力的公式，
ΔP＝λ(l/d)ρu2/2
单个管嘴的阻力
ΔP管嘴＝λ1(H/d)ρu2 i/2
而分配管内的沿程阻力
ΔP管＝λ2(L/D)ρu2/2
当ΔP管嘴大于ΔP管时，即可实现管嘴流量的优化。
据此，当H/D在0.027-25和H/L在3.3×10-4-0.125时，分配管1的各个管嘴2之间的流量分配能得到优化。例如，在本发明的一个具体示例中，H＝1-25毫米，d＝0.1-8毫米，D＝1-36毫米，L＝0.2-3米。
同样，基于上述分析，在通孔21的横截面积之和与分配管1的外周表面积之比在0.01％-40％的范围内时，分配管1的各个管嘴2之间的流量分配能得到优化。
在图1-3所示的实施例中，分配管1为圆形管，管嘴2内的通孔21为圆形孔。然而，本发明并不限于此。例如，在本发明的另一些实施例中，分配管1可以具有矩形截面，通孔21可以为方形孔或其他任何合适形状的孔。
下面参考图4和图5描述根据本发明第二实施例的制冷剂分配装置。在图4和图5所示的第二实施例中，管嘴2为圆柱体，通孔21为圆形孔，且通孔21贯穿管嘴2的内端面(图4中的下端面)和外端面(图4中的上端面)，通孔21的轴向相对于管嘴2的轴向倾斜预定角度α，例如0-90度，优选0-60度。通过将通孔21设置成倾斜的，可以在不改变管嘴2长度的情况下，延长通孔21的长度，从而增加制冷剂流动通路的长度，提高气液两相制冷剂的混合效果，并且能够改变分配制冷剂路径的方向，使得制冷剂沿特定角度喷射出分配管，加强分配效果。
下面参考图6-8描述根据本发明第三实施例的制冷剂分配装置。在图6-8所示的第三实施例中，管嘴2为圆柱体，通孔21贯穿管嘴2的内端面和外端面，通孔21为十字形槽孔。然而，本发明并不限于此，通孔21也可以为矩形槽孔。通过将通孔21形成为非圆形的狭槽，可以进一步提高泵吸效应和喷射效果，消除气液分层现象。
下面参考图9-11描述根据本发明第四实施例的制冷剂分配装置。在图9-11所示的第四实施例中，管嘴2的内端伸入分配管1的内腔中预定距离，且管嘴2的内端形成有折弯部，换言之，可以认为管嘴2为折弯的柱状。折弯部与管嘴2之间的夹角β可以在45-180度的范围内。通过在管嘴2的内端形成折弯部，可以对气液制冷剂起到导引作用，并且对制冷剂在分配管1内的流动的搅动作用进一步增强。
下面参考图12-13描述根据本发明第五实施例的制冷剂分配装置。在图9-11所示的第五实施例中，通孔21包括沿管嘴2径向延伸的第一通孔部212和沿管嘴2轴向延伸的第二通孔部211，第二通孔部211的内端与分配管1的内腔连通，第二通孔部211的外端封闭，第一通孔部212将第二通孔部211与外界连通，换言之，第一通孔部212的内端与第二通孔部211连通，第一通孔部212的外端与外界连通。在本发明的一个具体示例中，第一通孔部212可以为多个，例如2-12个，多个第一通孔部212沿第二通孔部211的周向布置。由于第一通孔部212沿着径向延伸，因此可以方便控制制冷剂沿各个方向喷射出管嘴，而非沿分配管径向喷射，增强了制冷剂在分配管1外的分配均匀性，使得分配管外的空间内制冷剂更加均匀。
下面参考图15-17描述根据本发明第六实施例的制冷剂分配装置。在图15-17所示的第六实施例中，通孔21包括多个第一通孔部212和沿管嘴2轴向延伸的第二通孔部211，第一通孔部212沿第二通孔部211的周向布置，在图15-17所示的实施例中，第一通孔部212和第二通孔部211为圆形孔，第一通孔部212的轴向偏离管嘴2的径向，例如第二通孔部211的切线方向，由此，从第一通孔部212出来的制冷剂沿偏离管嘴2径向的方向喷出，从而加强制冷剂在喷射时的旋转，更能增强制冷剂在分配管外的分配均匀性，使得气液两相分配管外的空间内制冷剂分布更佳。
下面参考图18-20描述根据本发明第七实施例的制冷剂分配装置。在图18-20所示的第七实施例中，通孔21包括第一通孔部212和沿管嘴2轴向延伸的第二通孔部211。其中第一通孔部212和第二通孔部211分别为矩形孔。第一通孔部212可以为多个，可以沿管嘴2的径向延伸，也可以偏离管嘴2的径向。
下面参考图21-23描述根据本发明第八实施例的制冷剂分配装置。在图21-23所示的第八实施例中，管嘴2在分配管1的长度方向上成螺旋状分布，由此，气液两相制冷剂会沿分配管1的长度方向以螺旋状喷射出，从而达到制冷剂的气液两相在分配管1外面均匀分布的效果。
在本发明的上述实施例中，管嘴2在分配管1的长度方向上为一排，然而，需要理解的是，管嘴2在分配管1的周向上可以排列成多排，其中每一排内的管嘴2以螺旋方式排列或直线排列。
在本发明的上述实施例中，管嘴2为圆柱体，然而本发明并不限于此，例如管嘴2可以为具有矩形或其他形状横截面的棱柱体
根据本发明的一些实施例，管嘴2可以单独制成后安装到分配管1上，可选地，可以与分配管1一体制成，例如一体铸成。
根据本发明实施例的制冷剂分配装置，由于在分配管1上设置了管嘴2，因此能够进一步提高分配效果，减少气液两相制冷剂分层，提高换热效果。
下面参考24和25描述根据本发明实施例的换热器。如图24和25所示，根据本发明实施例的换热器包括入口集流管100，出口集流管200，换热管300，翅片400，制冷剂分配装置。
换热管2的两端分别与入口集流管100和出口集流管200相连以连通入口集流管100和出口集流管200。翅片400分别设置在相邻的换热管300之间。制冷剂分配装置插入到入口集流管100内且所述制冷剂分配装置为根据本发明上述实施例描述的制冷剂分配装置。如图24和25所示，制冷剂分配装置的分配管1的一端(图24中的右端)沿入口集流管100的长度方向插入到入口集流管100内，例如，所述分配管1的一端可以用单独的端盖封闭，也可以通过入口集流管100的右端壁封闭。分配管1的另一端(图24中的左端)可以露出入口集流管100且作为换热器的制冷剂入口。根据本发明实施例的换热器，制冷剂的分配效果好，换热性能高。
需要理解的是，根据本发明的实施例，在出口集流管200内也可以设置根据本发明实施例的制冷剂分配装置，在此情况下，制冷剂分配装置用作制冷剂收集装置。可选地，根据本发明实施例的制冷剂分配装置可以同时设置在入口集流管100和出口集流管200内。
综上所述，根据本发明实施例的制冷剂分配装置和换热器，具有改善流量平衡性的能力，由于管嘴的通孔导致流动阻力增加，因而可以平衡各个管嘴之间的压力关系，使得管嘴之间的压力不平衡大大减小，因而沿分配管的长度方向的制冷剂流量更加平衡。
根据本发明实施例的制冷剂分配装置和换热器，具有方向控制和调节能力，制冷剂气液两相在喷射出管嘴的时候，可以不仅沿分配管的径向喷射，还可以沿着分配管轴向、周向或者其他方向喷射，可以使得分配管外的空间制冷剂不均匀性得到大大改善。
在本说明书的描述中，参考术语“第一实施例”、“一些实施例”、“第二实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (13)

1.一种制冷剂分配装置，其特征在于，包括：分配管，所述分配管在其长度方向上限定有第一和第二端，其中所述分配管上沿所述长度方向设有多个管嘴，每个管嘴具有预定长度且形成有通孔，所述通孔将分配管的内腔与外界连通，所述通孔长度H与分配管的长度L之比H/L在3.3×10-4-0.125的范围内且所述通孔的横截面积之和与所述分配管的外周表面积之比在0.01％-40％的范围内。
2.根据权利要求1所述的制冷剂分配装置，其特征在于，所述多个管嘴在分配管的周向上排列成多排，其中每一排内的管嘴以螺旋方式排列。
3.根据权利要求1所述的制冷剂分配装置，其特征在于，所述通孔为圆孔且贯穿所述管嘴的内端面和外端面，其中所述通孔的长度为通孔水力直径的0.125-250倍。
4.根据权利要求1所述的制冷剂分配装置，其特征在于，所述通孔贯穿所述管嘴的内端面和外端面，且所述通孔的轴向相对于管嘴的轴向倾斜。
5.根据权利要求1所述的制冷剂分配装置，其特征在于，所述通孔为矩形槽孔或十字形槽孔。
6.根据权利要求1所述的制冷剂分配装置，其特征在于，所述通孔包括沿管嘴径向延伸的第一通孔部和沿管嘴轴向延伸的第二通孔部，其中所述第二通孔部的内端与所述分配管的内腔连通，所述第二通孔部的外端封闭，所述第一通孔部将第二通孔部与外界连通。
7.根据权利要求6所述的制冷剂分配装置，其特征在于，所述第一通孔部为多个，所述多个第一通孔部沿第二通孔部的周向布置。
8.根据权利要求1所述的制冷剂分配装置，其特征在于，所述通孔包括第一通孔部和沿管嘴轴向延伸的第二通孔部，其中所述第二通孔部的内端与所述分配管的内腔连通，所述第二通孔部的外端封闭，所述第一通孔部将第二通孔部与外界连通，所述第一通孔部的轴向偏离管嘴的径向。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的制冷剂分配装置，其特征在于，每个管嘴的内端伸入所述分配管的内腔中预定距离。
10.根据权利要求9所述的制冷剂分配装置，其特征在于，所述管嘴的内端形成有折弯部。
11.根据权利要求1-8中任一项所述的制冷剂分配装置，其特征在于，每个管嘴的内端与所述分配管的内壁或外壁平齐。
12.根据权利要求1所述的制冷剂分配装置，其特征在于，所述通孔贯穿所述管嘴的内端面和外端面，且所述通孔的轴向平行于管嘴的轴向，所述分配管为圆形管，其中所述通孔的长度H与所述分配管的水力直径D之比H/D在0.027-25的范围内。
13.一种换热器，其特征在于，包括：
入口集流管；
出口集流管；
换热管，所述换热管的两端分别与入口集流管和出口集流管相连以连通入口集流管和出口集流管；
翅片，所述翅片分别设置在相邻的换热管之间；和
制冷剂分配装置，所述制冷剂分配装置到所述入口集流管内且所述制冷剂分配装置为根据权利要求1-12中任一项所述的制冷剂分配装置。
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