CN101988778B - 可调节式制冷剂分配器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于制冷系统中的可调节式制冷剂分配器。根据本发明的制冷剂分配器包括：进管、分流筒体和多支路管，制冷剂进入所述进管，经所述分流筒体分流后进入到所述多支路管中，所述分流筒体包括一中空的筒体，该筒体包含一用于调节所述制冷剂的流通量的调节装置和一用于控制所述的调节装置的控制装置。根据本发明的可调节制冷剂分配的制冷剂分配器，使得制冷剂可以在换热器中得以均匀分配，从而提高了换热效率。

Description

可调节式制冷剂分配器

技术领域

本发明涉及一种流体分配装置，更确切地说，涉及一种应用在制冷系统中的可调节式制冷剂分配器。

背景技术

为了提高制冷系统的换热效率，在现有制冷系统中广泛使用制冷剂的分配装置。图1所示的为一常用的热泵空调系统，该系统主要包含下列部件：压缩机7、管路6、四通换向阀13、多片(大于2)换热器5、风扇4、小分流头2、毛细管3、主分流头1、热力膨胀阀11、感温包12、干燥过滤器10、换热器9以及气液分离器8。

当机组运行在热泵工况时，由压缩机7排出的高温高压制冷剂气体，经过管路6和四通换向阀13后进入换热器9，在换热器9中制冷剂与冷却水进行热交换后变成高温高压制冷剂液体，经管路6与过滤干燥器10，在热力膨胀阀11中节流，成为低温低压的气液两相状态进入主分流头1，由主分流头1将制冷剂分配到各换热器小分流头2，再经过小分流头2的毛细管3进入各换热器5中。通过风扇4的转动，换热器5中的制冷剂与空气进行强制换热，制冷剂通过管路6，四通换向阀13和气液分离器8后，进入压缩机7的吸气口，在压缩机中进行压缩，成为高温高压的气体。由此，形成了一个完整的制冷循环。热力膨胀阀11的感温包12用于通过测试低温低压气体的过热度来调节阀的开度。

一般地，进入主分流头1的制冷剂状态为气液两相，由于气体制冷剂和液体制冷剂具有不同的密度，并分布不同，因此难以在主分流头1中实现充分均匀的混合。制冷剂能否在主分流头1中进行均匀的分配，进而进入各换热器5中，成为决定并制约换热器5及机组性能的关键因素。

鉴于上述问题，为了提高制冷系统的换热效率，需要一种可调节的制冷剂分配装置用来调节制冷剂，从而解决制冷剂在换热器中分配不均匀的问题。

发明内容

在发明内容部分引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

为解决上述现有技术中制冷剂在换热器中分配不均匀的问题，本发明提供一种可以提高换热效率的可调节的制冷剂分配的制冷剂分配器，其包括：进管、分流筒体和多支路管，制冷剂进入所述进管，经所述分流筒体分流后进入到所述多支路管中，所述分流筒体包括一中空的筒体，该筒体包含一用于调节所述制冷剂的流通量的调节装置和一用于控制所述的调节装置的控制装置。

根据本发明的一个方面，所述的调节装置包含一动态芯体和一静态芯体，所述的动态芯体和静态芯体上分别分布有供制冷剂流通的开孔，并且所述的开孔在所述的分流筒体内形成了制冷剂的流通通道，当所述的动态芯体相对于所述的静态芯体发生转动时，所述的流通通道的流通面积在一预先设置的最小值和一预先设定的最大值之间变化。

根据本发明的另一个方面，所述的调节装置包含若干可以调节偏转方向的叶片，所述的叶片上设有供制冷剂流通的孔。

根据本发明的可调节制冷剂分配的制冷剂分配器，使得制冷剂可以在换热器中得以均匀分配，从而提高了换热效率。

附图说明

本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施例及其描述，用来解释本发明的原理。在附图中，

图1为现有技术常见的制冷系统示意图；

图2为根据本发明的制冷剂分配器的第一种实施方式的结构示意图；

图3为图2中的制冷剂分配器的静态芯体的结构示意图；

图4为图2中的制冷剂分配器的动态芯体的结构示意图；

图5为图2中的上盖板、静态芯体和动态芯体组合的结构示意图；

图6A和6B为图3和图4所示的静态芯体和动态芯体组合的结构示意图，此时制冷剂的流通通道的流通面积最小；

图7A和7B为图3和图4所示的静态芯体和动态芯体组合的结构示意图，此时制冷剂的流通通道的流通面积最大；

图8为图2中的图6中形成的流通通道的流通面积与制冷剂分配器性能的关系曲线；

图9为根据本发明的制冷剂分配器的第二种实施方式的结构示意图；

图10为图9中的制冷剂分配器的动态芯体的结构示意图；

图11为图9中的静态芯体、动态芯体和筒体组合的结构示意图；

图12为本发明的制冷剂分配器的第三种实施方式的结构示意图；

图13为图12中的分配器的芯体的结构示意图，此时制冷剂的流通通道的流通面积最大；

图14为图12中的分配器的芯体的结构示意图，此时制冷剂的流通通道的流通面积最小。

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

本发明的核心构思在于，提供一种应用在所述制冷剂分配器上可以由使用者调节制冷剂流通量的设在中空筒体内的芯体，该芯体上分布多个孔径可调节的开孔。

图2为根据本发明用于制冷系统的主分流头中的制冷剂分配器的第一种实施方式的结构示意图。如图2所示，该分配器包含制冷剂进管1_1、下盖板1_2、筒体1_3、静态芯体1_4、动态芯体1_5、上盖板1_6以及多支路管1_7，其中，进管1_1是上下均匀的中空圆柱体结构。制冷剂通过进管1_1进入制冷剂分配器，经过下盖板1_2的开孔1_21，经由静态芯体1_4和动态芯体1_5进行均匀混合并分流后，再通过上盖板1_6流入多支路管1_7中。

图3为图2中的制冷剂分配器的静态芯体的结构示意图。如图3所示，该静态芯体14为一圆形平板，该圆形平板的中间具有向制冷剂的流动方向上凸起的呈椭球状的球冠1_43。该圆形平板沿周向等角度均匀分布若干供制冷剂流通的开孔1_42。这些开孔1_42的形状可不局限与图3所示的形状，还可以是圆形、花瓣形、方形或叶形等，或者是这些形状的组合。该圆形平板的边缘还周向等角度均匀分布若干凸缘1_45，相邻的凸缘1_45之间形成了用于制冷剂流通的的缺口1_41。缺口1_41的应用可在较小影响分配效率的前提下有效地降低制冷剂流经主分配器所造成的压力损失。

图4为图2中的制冷剂分配器的动态芯体的结构示意图。如图4所示，该动态芯体1_5具有圆形平板的结构，平板的中间向制冷剂的流动方向上凸起呈椭球状球冠1_52，在圆形平板上沿周向等角度均匀分布多个径向辐条1_53，相邻的辐条1_53之间构成供制冷剂流通的开孔1_55。动态芯体1_5沿圆周外侧等角度还分布有多个凸缘1_54，相邻的凸缘1_54之间形成了供制冷剂流通的缺口1_56。此外，动态芯体1_5的中心椭球球冠处安装了用于旋转动态芯体1_5的连杆1_51。

显然，动态芯体1_5的辐条1_53所构成的开孔1_55与静态芯体1_4的开孔1_42互相配合形成了制冷剂的流通通道。所以，可以把开孔1_55和开孔1_42设置成相同的形状，比如，都是环形孔或狭长的孔，也可以设置成不同的形状。

制冷剂经膨胀阀节流后形成气液两相状态的制冷剂，经分配器1的进管1_1进入分配器1中，与静态芯体1_4的球冠1_43进行撞击，通过静态芯体1_4与动态芯体1_5之间形成的流通面进行节流后，其气液两相在分配器1内混合的均匀性得到改善，经多支路管1_7流入换热器5，在该实施例中，可以通过调节静态芯体1_4和动态芯体1_5组合形成的流通面的面积调节制冷剂混合的均匀性，实现两相制冷剂的均匀混合并分流到各支路管1_7。

图5为图2中的上盖板1_6、静态芯体1_4和动态芯体1_5组合的结构示意图。如图5所示，通过调节伸出在上盖板1_6之上安装的动态芯体的连杆1_51，可实现动态芯体1_5的旋转。调节杆的调节方式可以为手动调节，可以为电动调节。

图6A、图6B、图7A和图7B分别为图3和图4所示的静态芯体和动态芯体组合的结构示意图；其中，图6A为图2中的动态芯体与静态芯体配合使用时制冷剂流通面积最小时的示意立体图，图6B为图2中的动态芯体与静态芯体配合使用时制冷剂流通面积最小时的正视图；图7A为图3和图4所示的静态芯体和动态芯体组合的流通面积最大时的示意立体图；图7B为图3和图4所示的静态芯体和动态芯体组合的流通面积最大时的正视图。在图6B和图7B中分别示出了流通通道的流通面积A。

流通通道的流通面积A的定义如下：

流通面积A＝静态芯体1_4的开孔1_42面积之和A1+静态芯体的通道1_41面积之和A2-(动态芯体1_5占去的开孔1_42面积之和A3+动态芯体1_5占去的通道1_41面积之和A4)

如图6A和6B所示，通过调节动态芯体1_5上的调节杆1_51，使得制冷剂流通面积A最小。由分配器1进口管1_1进入的制冷剂撞击到球冠1_43时，制冷剂中含有的液体颗粒破碎成小颗粒，气液同时转变方向，气液混合物通过静态芯体1_4上的开孔1_42、静态芯体1_4的缺口1_41、动态芯体1_5上的开孔1_55和动态芯体1_5的缺口1_56所形成的流通通道后，形成均匀细化颗粒的制冷剂混合物，进入分配器1的上部空间，通过多支路管1_7均匀地分配到各换热器5中。

如图7A和7B所示，通过调节动态芯体1_5上的调节杆1_51，使得制冷剂流通面积A最大。同样地，由分配器1进口管1_1进入的制冷剂形成均匀细化颗粒的制冷剂混合物，通过多支路管1_7均匀地分配到各换热器5中。

图8为流通通道的流通面积A与最大流通面积A_max之比率与制冷剂分配器的性能的关系曲线。如图8所示，流通面积小时制冷剂在多支管1_7之间的分配偏差越小，其分配性能越好，然而制冷剂流过分配器1所产生的压力损失越大。如A/A_max为0.3时，制冷剂分配到各换热器5的偏差为1％左右，流进分配器1的压力损失却相对较大约为130kPa，当A/A_max为0.7时，流进分配器1的压力损失却相对较小约为50kPa，但此时制冷剂分配到各换热器5的偏差相对较高约为3％。由此，可通过调节动态芯体1_5的调节杆1_51确定压力损失与分配偏差之间平衡的最佳开度，实现分配器1与机组各部件之间的最佳匹配。此外，通过将制冷剂流通面积调至最大，即A/A_max＝1，可解决机组制冷工况运行时，使用固定/不可调节方式的制冷剂分配器产生过大的、对机组不利的压力损失的难题。

图9为根据本发明的制冷剂分配器的第二种实施方式的结构示意图，如图9所示，该分配器包含制冷剂进管2_1，下盖板2_2，筒体2_3，静态芯体2_4，动态芯体2_5，上盖板2_6，多支路管2_7，以及用于调整动态芯体2_5的传动齿轮2_8。

图10为图9中的制冷剂分配器的动态芯片2_5的结构示意图。如图10所示，该动态芯体2_5具有一圆形平板结构，该圆形平板中间凸起成椭球状球冠2_51，周向等角度均匀分布若干辐条2_52。该圆形平板的外侧等角度分布若干凸缘2_53，其中可在任一凸缘上设置有用于与齿轮传动装置28配合的齿条2_54。

图11为图9中的静态芯体2_4，动态芯体2_5及与分配器筒体2_3之间的配合图。如图11所示，通过调节伸出在筒体2_3之外的齿轮装置2_8，可实现动态芯体2_5的旋转。调节杆的调节方式可以为手动调节，可以为电动调节。

当然，调节动态芯体的方式并不限于利用外置的调节装置来调节动态芯体与静态芯体的相对位置，其他方式也是可行的，只要能调节制冷剂在分配器中的流通量。比如，利用类似与相机快门的结构，利用三片可以控制通道大小的快门阀片来实现调节功能。或者，利用类似离心压缩机上的导叶结构，也可以实现调节功能。

上述实施例中，对于所述的开孔，本发明不限制孔径大小、孔的数目、以及孔的形状，在实际操作中，依据静态芯体和动态芯体的形状进行设定；另外，所述进管沿轴线方向的中心线、所述下盖板的对称中心、所述芯体的对称中心、所述筒体沿轴线方向的中心线与所述上盖板的对称中心均落在一条线上。

图12为根据本发明的制冷剂分配器的第三种实施方式的结构示意图。如图12所示，该分配器包含制冷剂进管3_1、容器下盖板3_2、芯体3_3、筒体3_4、上盖板3_5和多支路管3_6。

图13和图14分别示出了图12中的分配器的芯体的结构示意图。图13中制冷剂的流通通道的流通面积最大；图14中制冷剂的流通通道的流通面积最小。如图13和图14所示，芯体3_3由多片形状相同的叶片3_31组成，在每片叶片3_31上还分布若干节流孔3_32。叶片3_31的形状可以为扇形，所有叶片3_31在扇形顶角处汇集在一起，每个叶片3_31均可以芯体3_3的径向方向为轴线进行旋转。通过调节叶片的旋转角度(叶片的调节装置图中未示)，实现制冷剂流通的面积的变化。当叶片3_31处于如图13的位置上时，此时制冷剂流通的面积最大。当叶片3_31处于如图14的位置上时，此时制冷剂流通的面积最小。

需要注意的是，文中所述的“包含”、“包括”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含。本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内，此外，本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。

Claims (8)

1.一种用于制冷系统中的可调节式制冷剂分配器(1)，所述制冷剂分配器(1)包括：进管(1_1；2_1；3_1)、分流筒体和多支路管(1_7；2_7；3_7)，制冷剂进入所述进管(1_1；2_1；3_1)，经所述分流筒体分流后进入到所述多支路管(1_7；2_7；3_7)中，其特征在于，所述分流筒体包括一中空的筒体(1_3；2_3；3_3)，该筒体(1_3；2_3；3_3)包含一用于调节所述制冷剂的流通量的芯体和一用于控制所述的芯体的控制装置。

2.如权利要求1所述的制冷剂分配器，其特征在于，所述的芯体包含一动态芯体(1_5；2_5)和一静态芯体(1_4；2_4)，所述的动态芯体(1_5；2_5)和静态芯体(1_4；2_4)上分别分布有供制冷剂流通的开孔(1_42；1_55)，并且所述的开孔(1_42；1_55)在所述的分流筒体内形成了制冷剂的流通通道，当所述的动态芯体(1_5；2_5)相对于所述的静态芯体(1_4；2_4)发生转动时，所述的流通通道的流通面积在一预先设置的最小值和一预先设定的最大值之间变化。

3.如权利要求2所述的制冷剂分配器，其特征在于，所述的动态芯体(1_5；2_5)和静态芯体(1_4；2_4)均为外边缘间隔分布有凸缘(1_45；1_54；2_53)的圆形平板。

4.如权利要求3所述的制冷剂分配器，其特征在于，所述的圆形平板的中心设有向制冷剂的流动方向上凸起的球冠(1_43)。

5.如权利要求2所述的制冷剂分配器，其特征在于，所述的控制装置为一连杆(1_51)，所述的连杆(1_51)固定连接所述的动态芯体(1_5；2_5)并驱动所述的动态芯体(1_5；2_5)发生转动。

6.如权利要求2所述的制冷剂分配器，其特征在于，所述的控制装置为一传动齿轮(2_8)，所述的传动齿轮(2_8)啮合所述的动态芯体(1_5；2_5)上的一齿条(2_54)并驱动所述的动态芯体(1_5；2_5)发生转动。

7.如权利要求2至6中任意一项所述的制冷剂分配器，其特征在于，所述进管(1_1；2_1；3_1)沿轴线方向的中心线、所述静态芯体(1_4；2_4)的对称中心、所述动态芯体(1_5；2_5)的对称中心和所述筒体(1_3；2_3；3_3)沿轴线方向的中心线重合。

8.如权利要求1所述的制冷剂分配器，其特征在于，所述的芯体包含若干可以调节偏转方向的叶片(3_31)，所述的叶片(3_31)上设有供制冷剂流通的孔(3_32)。

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