一種內(nèi)置氣液兩相流分流結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】一種內(nèi)置氣液兩相流分流結(jié)構(gòu)，涉及一種管束式換熱裝置內(nèi)的氣液兩相流體的分流結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)包括外管、內(nèi)管和多根換熱管；內(nèi)管設(shè)置在外管內(nèi)，內(nèi)管與外管之間形成環(huán)腔；多根換熱管沿外管軸向等間距插入環(huán)腔內(nèi)；在內(nèi)管的管壁上沿軸向至少布置一組節(jié)流小孔；環(huán)腔和內(nèi)管空腔通過節(jié)流小孔相連通。本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)氣液兩相流以及壓縮機(jī)潤滑油的均勻混合，達(dá)到氣液兩相流體在進(jìn)入多個(gè)換熱管前均勻分流的目的，可應(yīng)用于制冷、空調(diào)與化工等涉及采用氣液兩相流體實(shí)現(xiàn)熱量交換的裝置。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，易于加工，應(yīng)用靈活，當(dāng)采用制冷劑作為工質(zhì)時(shí)，可解決循環(huán)系統(tǒng)的壓縮機(jī)回油問題。
【專利說明】一種內(nèi)置氣液兩相流分流結(jié)構(gòu)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種流體分配裝置，特別涉及一種管束式換熱裝置內(nèi)的氣液兩相流體的分流結(jié)構(gòu)，屬于制冷、空調(diào)或化工【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]在制冷、空調(diào)或化工領(lǐng)域中，氣液兩相流的對(duì)流相變換熱強(qiáng)度在較大程度上決定了換熱裝置換熱性能，而氣液兩相流的干度是影響氣液兩相流對(duì)流相變換熱性能的重要參數(shù)。一般而言，干度大于0.3左右時(shí)相變換熱的換熱系數(shù)較高，而干度低于0.3左右時(shí)相變換熱的換熱系數(shù)較低，并且隨著干度的繼續(xù)降低，相變換熱性能逐漸回歸到單相流體管內(nèi)強(qiáng)制對(duì)流換熱。因此，為提高換熱器的換熱性能和有效節(jié)約設(shè)備成本，應(yīng)避免氣液兩相流在進(jìn)入換熱管內(nèi)因分配不均而導(dǎo)致的部分管路只走單相流體而成為無效換熱面積的問題，因此，有必要采取措施使得氣液兩相流在管道入口位置實(shí)現(xiàn)均勻分流，實(shí)現(xiàn)氣液兩相流體中的氣相和液相被均勻地分配到每根換熱管內(nèi)，達(dá)到提高裝置換熱性能的目的。
[0003]中國實(shí)用新型專利申請(qǐng)(申請(qǐng)?zhí)?201220091694.0)公開了一種“并流氣液分配器”，采用擋板等紊流措施，主要解決液相均勻分散和霧化的問題，使反應(yīng)物料在催化床層上均勻分布，有利于強(qiáng)化催化劑的催化效果，當(dāng)該分配器用于制冷、空調(diào)或只發(fā)生相變過程的物理領(lǐng)域時(shí)，換熱管束的布置較為困難，且其尺寸結(jié)構(gòu)必然導(dǎo)致?lián)Q熱設(shè)備體積龐大，因此，該結(jié)構(gòu)形式不適用于只發(fā)生物理過程的多根管束內(nèi)相變換熱的氣液分流問題。
[0004]中國實(shí)用新型專利申請(qǐng)(申請(qǐng)?zhí)?00228873.7)公開了一種“氣液兩相分配裝置”，主要采用氣液混合物流經(jīng)環(huán)流穴道和分流穴道，實(shí)現(xiàn)對(duì)兩相流體摻混和分流的作用。由于環(huán)流的輸出管道數(shù)量直接受裝置直徑或圓周的限制，無法用于管子較多的管束式換熱器裝置內(nèi)的氣液均勻分流。中國發(fā)明專利號(hào)為200910209249.2的發(fā)明專利也公開了一種氣液兩相流均勻分配的裝置，因其臨界噴嘴及其主管限制，也較難用于管束式換熱裝置。
[0005]中國發(fā)明專利申請(qǐng)(申請(qǐng)?zhí)?03109706.5)公開了一種“用于制冷循環(huán)熱交換器入口管束內(nèi)制冷劑均勻分配裝置”，該分配裝置采用母管內(nèi)置盤繞式氣液混合元件，對(duì)來流的氣液混合物進(jìn)行充分?jǐn)嚋?，?shí)現(xiàn)了氣液兩相流制冷劑均勻流入每個(gè)帶狀管內(nèi)，然而由于氣液混合元件阻力較大，造成不同位置的帶狀管口壓力不同，致使氣液兩相流在不同帶狀管內(nèi)的流量不均，并且在重力作用下，制冷劑內(nèi)摻混的油份因沉積在母管底部而無法有效返回到制冷循環(huán)的壓縮機(jī)內(nèi)，易因壓縮機(jī)缺油而影響壓縮性能以及縮短壓縮機(jī)使用壽命。
[0006]中國發(fā)明專利申請(qǐng)(申請(qǐng)?zhí)?200710040463.0)公開了一種“壓縮制冷降膜式蒸發(fā)器的制冷劑均勻分配器”，該分配器采用分配管、多孔板、多孔材料層、鋼板網(wǎng)、導(dǎo)流絲網(wǎng)和毛細(xì)管等，采用氣液兩相流體的分離和再分配的方法實(shí)現(xiàn)了降膜分配的目的，不適用于非降膜時(shí)的氣液均勻分配。
[0007]中國實(shí)用新型專利申請(qǐng)(申請(qǐng)?zhí)?200820166224.X)公開了一種“可均勻分流的微通道換熱器”，雖然與拱形流動(dòng)反射面相對(duì)應(yīng)的入集流管能夠?qū)崿F(xiàn)均勻分流作用，但其分流管豎直布置且上游的分流管徑較大，在重力作用下易發(fā)生氣液分層現(xiàn)象，容易出現(xiàn)無效換熱面積，且易因分流管內(nèi)液位不穩(wěn)定而影響換熱器的性能。
[0008]目前，在氣液兩相流用換熱裝置的應(yīng)用領(lǐng)域中，主要采用毛細(xì)管解決均勻分配氣液兩相流的問題，此類分配器具有較好的穩(wěn)定性和分配的均勻性，但受到了毛細(xì)管分支數(shù)量與換熱裝置入口管束數(shù)量一致性條件的限制。從強(qiáng)化換熱角度考慮，微細(xì)管或微細(xì)多通道鋁帶管內(nèi)的換熱性能明顯優(yōu)于常規(guī)管子的換熱性能。當(dāng)微細(xì)管或微細(xì)多通道鋁帶管應(yīng)用于制冷、空調(diào)和化工領(lǐng)域的換熱器中，由于每臺(tái)換熱器內(nèi)部換熱管的內(nèi)徑較小、管束的數(shù)量倍增，傳統(tǒng)的毛細(xì)管結(jié)構(gòu)及其提供的接口數(shù)量較難與換熱裝置入口管束數(shù)量一致，可見常規(guī)的氣液兩相流分流結(jié)構(gòu)很難實(shí)現(xiàn)微細(xì)管或微細(xì)多通道鋁帶管內(nèi)制冷劑的有效分流作用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的是提供一種內(nèi)置氣液兩相流分流結(jié)構(gòu)，旨在解決換熱裝置入口管束內(nèi)氣液兩相流的均勻分配問題，并實(shí)現(xiàn)工質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)壓縮機(jī)所需潤滑油的回油問題。
[0010]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0011]一種內(nèi)置氣液兩相流分流結(jié)構(gòu)，其特征在于:包括外管、內(nèi)管和多根換熱管；所述內(nèi)管設(shè)置在外管內(nèi)，內(nèi)管與外管之間形成環(huán)腔；多根換熱管沿外管軸向插入環(huán)腔內(nèi)；在內(nèi)管的管壁上沿軸向布置至少一排節(jié)流小孔，其中一排節(jié)流小孔沿著內(nèi)管軸線的正下方等布置，環(huán)腔和內(nèi)管的空腔通過節(jié)流小孔相連通。
[0012]本發(fā)明的其他特征包括:所述的內(nèi)管設(shè)置在外管內(nèi)的下部位置，且內(nèi)管與外管的中心線位于同一豎直平面上。在內(nèi)管的管壁上沿軸向布置各排節(jié)流小孔沿上沿所述豎直平面呈對(duì)稱分布，且至少有I排節(jié)流小孔沿著內(nèi)管軸線的正下方等布置。多根換熱管沿外管軸向等間距插入環(huán)腔內(nèi)。各排節(jié)流小孔均沿內(nèi)管管壁軸向等間距布置。
[0013]上述技術(shù)方案中，所述的節(jié)流小孔的當(dāng)量直徑范圍為0.lmm-6mm。所述的多根換熱管的管間距范圍為lmm-50mm。在內(nèi)管的管壁上沿軸向布置的節(jié)流小孔為I排?8排。
[0014]本發(fā)明的技術(shù)特征還在于:所述的內(nèi)管的內(nèi)部可以設(shè)置至少一個(gè)隔板，該隔板將內(nèi)管的空腔沿軸向隔成多段管腔。換熱管類型為扁管、圓管、帶狀管、多通道鋁帶管、方管或橢圓管。
[0015]本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)及突出性的技術(shù)效果:本發(fā)明根據(jù)不可壓流體的質(zhì)量守恒原理，采用節(jié)流小孔對(duì)流體增速，將環(huán)腔內(nèi)氣液兩相流急速摻混，實(shí)現(xiàn)氣液兩相流以及壓縮機(jī)潤滑油的均勻混合，并在壓力作用下進(jìn)入換熱管，從而達(dá)到氣液兩相流體在進(jìn)入多個(gè)換熱管前的的均勻分流目的，并實(shí)現(xiàn)了潤滑油經(jīng)歷閉式循環(huán)后重返回壓縮機(jī)；合理選擇內(nèi)管、夕卜管及節(jié)流小孔尺寸與數(shù)量，將會(huì)大幅度較少汽液兩相流體的充灌量；在分流結(jié)構(gòu)尺寸較長的情況下，采用在內(nèi)管內(nèi)部設(shè)置隔板或兩段式內(nèi)管的方法可以保證分流的均勻性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為一種多通道鋁帶型換熱管和上下兩排節(jié)流小孔的內(nèi)置氣液兩相流分流結(jié)構(gòu)的縱剖面。
[0017]圖2為一種多通道鋁帶型換熱管和八排節(jié)流小孔的內(nèi)置氣液兩相流分流結(jié)構(gòu)實(shí)施例的斷面。
[0018]圖3為一種多通道鋁帶型換熱管和四排節(jié)流小孔的內(nèi)置氣液兩相流分流結(jié)構(gòu)實(shí)施例的斷面。
[0019]圖4為一種多通道鋁帶型換熱管和三排節(jié)流小孔的內(nèi)置氣液兩相流分流結(jié)構(gòu)實(shí)施例的斷面。
[0020]圖5為一種多通道鋁帶型換熱管和一排節(jié)流小孔的內(nèi)置氣液兩相流分流結(jié)構(gòu)實(shí)施例的斷面。
[0021]圖6為一種圓型換熱管和兩排節(jié)流小孔的內(nèi)置氣液兩相流分流結(jié)構(gòu)實(shí)施例的斷面。
[0022]圖7為流體從內(nèi)管一側(cè)的端部流入內(nèi)管的方式。
[0023]圖8為流體從內(nèi)管兩側(cè)的端部同時(shí)流入內(nèi)管的方式。
[0024]圖9為流體從內(nèi)管端部和側(cè)壁同時(shí)流入內(nèi)管的方式。
[0025]圖10為采用一塊隔板將內(nèi)管分割成兩個(gè)管腔。
[0026]圖中:1 -換熱管；2 -外管；3 -環(huán)腔；4 -內(nèi)管；5 -內(nèi)管空腔；6 -節(jié)流小孔；7 -隔
板；8 -豎直平面。
【具體實(shí)施方式】
[0027]下面結(jié)合附圖1-11，針對(duì)制冷領(lǐng)域的制冷循環(huán)系統(tǒng)的蒸發(fā)器對(duì)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)、原理及工作過程做進(jìn)一步的說明。
[0028]圖1為本發(fā)明提供的一種內(nèi)分流結(jié)構(gòu)的原理結(jié)構(gòu)示意圖，該結(jié)構(gòu)包括外管2、內(nèi)管4和多根換熱管I ;所述內(nèi)管4設(shè)置在外管內(nèi)部，即內(nèi)管可以設(shè)置在外管內(nèi)部的任意位置，但最好是將內(nèi)管4設(shè)置在外管內(nèi)部且靠近外管內(nèi)的下部位置，且內(nèi)管4與外管2的中心線位于同一豎直平面8上。內(nèi)管與外管之間形成環(huán)腔3 ;多根換熱管I沿外管2軸向等間距插入環(huán)腔3內(nèi)；在內(nèi)管4的管壁上沿軸向可布置至少一排節(jié)流小孔6 (參見圖2?圖6)，節(jié)流小孔(6)的優(yōu)選范圍為I排?8排；在內(nèi)管4的管壁上各排節(jié)流小孔6均沿軸向間距布置(參見圖1);各排節(jié)流小孔6沿豎直平面8呈對(duì)稱分布，且至少一排節(jié)流小孔6位于內(nèi)管4軸線的正下方(參見圖2?圖6)。環(huán)腔3和內(nèi)管空腔5通過節(jié)流小孔6相連通。節(jié)流小孔的當(dāng)量直徑范圍一般為0.1mm?6mm。多根換熱管的管間距范圍為Imm?20mm。
[0029]圖4為采用多通道鋁帶管和三排節(jié)流小孔6沿?cái)嗝娉首笥页蓪?duì)稱分布的實(shí)施例的斷面圖，內(nèi)管4設(shè)置在靠近外管2內(nèi)的下部位置，其中有一排節(jié)流小孔6布置在位于內(nèi)管4軸線的正下方。圖5為采用多通道鋁帶管和上下布置兩排節(jié)流小孔實(shí)施例的斷面圖，內(nèi)管4設(shè)置在靠近外管2內(nèi)的下部位置，其中有一排節(jié)流小孔6亦布置在位于內(nèi)管4軸線的正下方。
[0030]當(dāng)如圖1所示的一種內(nèi)置氣液兩相流分流結(jié)構(gòu)用于制冷循環(huán)系統(tǒng)蒸發(fā)器內(nèi)制冷劑的蒸發(fā)過程時(shí)，其工作過程如下:經(jīng)由節(jié)流閥節(jié)流后的液態(tài)制冷劑變?yōu)槠簝上嗔黧w，汽液兩相流體制冷劑(包括從壓縮機(jī)流出的潤滑油)進(jìn)入本內(nèi)置結(jié)構(gòu)的內(nèi)管4中，在重力作用下部分潤滑油會(huì)在內(nèi)腔4的正下方沉積，由于節(jié)流小孔6的節(jié)流作用，內(nèi)管4內(nèi)外兩側(cè)之間存在一定壓差，使得內(nèi)管4中的流體因被節(jié)流而急速流入環(huán)腔3內(nèi)，其中沉積在內(nèi)管4下部的液體制冷劑和潤滑油從內(nèi)管4軸線的正下方等間距布置的節(jié)流小孔急速流入環(huán)腔3內(nèi)，環(huán)腔3內(nèi)的制冷劑和潤滑油被急速的流體擾動(dòng)和摻混，消除因重力作用而導(dǎo)致不同密度流體產(chǎn)生的分層現(xiàn)象，并在壓力租用下?lián)交旌蟮牧黧w流入多通道鋁帶型換熱管內(nèi)，在換熱管內(nèi)制冷劑蒸發(fā)吸熱，實(shí)現(xiàn)制冷的目的，同時(shí)制冷劑中摻混的潤滑油在氣流作用下經(jīng)由換熱器和管路流回到壓縮機(jī)。
[0031]當(dāng)制冷循環(huán)系統(tǒng)提供的制冷量較大時(shí)，內(nèi)管4會(huì)很長，制冷劑可從內(nèi)管4的兩端分別流入，如圖8所示；當(dāng)制冷循環(huán)系統(tǒng)提供的制冷量特別大時(shí)，制冷劑也可從內(nèi)管4的兩端和側(cè)壁同時(shí)流入，也可采用將內(nèi)管4的內(nèi)部應(yīng)設(shè)置多個(gè)個(gè)隔板7，將內(nèi)管4的空腔沿軸向隔成多段管腔，每段腔體分別流入制冷劑，避免因內(nèi)管較長引起的壓力降引起汽液兩相流體在不同換熱管處的分布不均現(xiàn)象。
【權(quán)利要求】
1.一種內(nèi)置氣液兩相流分流結(jié)構(gòu)，其特征在于:包括外管(2)、內(nèi)管(4)和多根換熱管(O ;所述內(nèi)管(4)設(shè)置在外管(2)內(nèi)，內(nèi)管與外管之間形成環(huán)腔(3);多根換熱管(I)沿外管(2)軸向插入環(huán)腔(3)內(nèi)；在內(nèi)管(4)的管壁上沿軸向布置至少一排節(jié)流小孔(6)，且其中一排節(jié)流小孔(6)沿著內(nèi)管(4)軸線的正下方等布置；環(huán)腔(3)和內(nèi)管(4)的空腔通過節(jié)流小孔(6)相連通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種內(nèi)置氣液兩相流分流結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述的內(nèi)管(4)設(shè)置在外管(2)內(nèi)的下部位置，且內(nèi)管(4)的中心線和外管(2)的中心線位于同一豎直平面(8 )上；在內(nèi)管(4)的管壁上沿軸向布置的各排節(jié)流小孔(6 )沿豎直平面(8 )呈對(duì)稱分布。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種內(nèi)置氣液兩相流分流結(jié)構(gòu)，其特征在于:多根換熱管(I)沿外管(2)軸向等間距插入環(huán)腔(3)內(nèi)；每排節(jié)流小孔(6)均沿內(nèi)管(4)管壁軸向等間距布置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的一種內(nèi)置氣液兩相流分流結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述的節(jié)流小孔(6)的當(dāng)量直徑范圍為0.1mm?6mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的一種內(nèi)置氣液兩相流分流結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述的多根換熱管(I)的管間距范圍為Imm?50mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的一種內(nèi)置氣液兩相流分流結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述的在內(nèi)管(4)的管壁上沿軸向布置的節(jié)流小孔(6)為I排?8排。
7.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的一種內(nèi)置氣液兩相流分流結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述的內(nèi)管(4)的內(nèi)部設(shè)置至少一個(gè)隔板(7)，該隔板將內(nèi)管(4)的空腔沿軸向隔成多段管腔。
8.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的一種內(nèi)置氣液兩相流分流結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述的換熱管(7)類型為扁管、圓管、帶狀管、多通道鋁帶管、方管或橢圓管。
【文檔編號(hào)】F25B39/00GK103604254SQ201310560422
【公開日】2014年2月26日 申請(qǐng)日期:2013年11月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月12日
【發(fā)明者】李俊明, 李成, 李紅旗 申請(qǐng)人:清華大學(xué), 北京工業(yè)大學(xué)