CN102278839B - 一种空调分液装置及制冷剂分配方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种空调分液装置及制冷剂分配方法，该空调分液装置包括进液部和分液部，进液部内设置进液流道，在进液部的内壁面上设有螺旋槽，分液部设置有气体腔室、若干气体流道和若干出液流道，各气体流道的一端连接气体腔室，另一端和对应的出液流道连接，出液流道和气体腔室分别与进液流道连通，气体腔室的入口连通进液流道末端的中心部位，各出液流道的入口分别连通进液流道末端靠近进液部内壁面的部位。本发明的空调分液装置通过离心分离技术使气液混合的制冷剂气液分离之后再重新混合，最后等量、均匀地分成多路进入蒸发器中，改善了空调分液装置的制冷剂的分配效果。

Description

一种空调分液装置及制冷剂分配方法

技术领域

本发明涉及空调器技术领域，更具体地说，是涉及一种空调分液装置及制冷剂分配方法。

背景技术

分液头又称液体分配器，是制冷系统中节流部件与蒸发器之间的一个辅助设备，其作用是为了减小制冷剂在管路中的沿程阻力、提高换热效果，使经过毛细管节流、降压后形成的低温、低压的气液两相饱和状态的制冷剂，通过分液头将制冷剂均匀、等量地分配成几路进入蒸发器，然后与经过蒸发器的热空气进行热量交换，形成气态制冷剂。

目前用于空调器蒸发器的分液头大部分都是只设置了分液锥和具有一定的出液角度并在分液锥均匀分布的分液流道来实现分液功能，这种分液头其缺点在于虽设置了分液锥，多路的制冷剂流量体积均相同，但是由于气液流量不均匀，导致每个出口的制冷剂干度不均匀。而且随着环境温度、湿度的变化，系统流量、压力也会相应的变化，同样会导致气液流量不均匀。从热力学可知，气态制冷剂和液态制冷剂在蒸发器的换热力是不同的，因为液态制冷剂有相变潜热，换热能力远远大于气态制冷剂，因此多路相同流量的制冷剂在流经蒸发器时必然会出现换热不均匀，部分流路换热能力不足而部分流路换热能力被浪费的现象，从而整体上降低了蒸发器的换热效果。

也有一种改进型的分液头，如图1所示，这种分液头包括进液口91和出液口92，在分流之前增加了一个孔径很小的垫圈93，约3mm，制冷剂流经垫圈93时，有一个突然收缩反喷射的过程，使得气液制冷剂雾化状态然后均匀混合，达到进入蒸发器各路的气液制冷剂流量均匀，但其缺点是垫圈93的孔径很难控制，孔径太大，难以达到制冷剂雾化的效果，孔径太小，造成制冷剂的流动阻力增大，严重影响了制冷系统的稳定运行，而且制冷剂干度受环境温度、系统压力的影响，制冷剂干度不同，其最佳孔径也不同，但是孔径是不能随着环境温度等因素变化而改变，所以当环境条件发生变化时，不变的孔径也会导致分液头的效果变差，气液制冷剂流量不均匀。同时，制冷剂在收缩和喷射过程中，还会产生制冷剂流动的噪声。

在《制冷与空调》(Refrigeration and Air-conditioning)2001年10月第1卷第5期的《分液器在制冷系统中的应用》中公开了多种分液器的工作原理，其中还提到一种CAL分液器，该CAL分液器利用重力使气液分离后再向各路盘管均匀分配，使各通路可进入同等量的液体和蒸汽。虽然这种分液器较好地解决了制冷剂分液不均匀问题，不过，分液器需要垂直安装，整体结构复杂，且需要先将两相制冷剂减速后才利用重力进行气液分离，造成压力损失。

发明内容

本发明所解决的问题是：提供一种空调分液装置，实现气液两相制冷剂的流量均匀分配，这种分配方法不受制冷剂干度的影响，具有很强的适应性。

本发明的另一目的是提供一种制冷剂气液分配的方法，使气液两相制冷剂的流量均匀分配至各出液流道中，以提高制冷系统的效率。

本发明所采用的技术方案是：一种空调分液装置，包括相互连接的进液部和分液部，进液部内设置进液流道，在进液部的内壁面上设有螺旋槽，分液部设置有气体腔室、若干气体流道和若干出液流道，各气体流道的一端连接气体腔室，另一端和对应的出液流道连接，出液流道和气体腔室分别与进液流道连通，气体腔室的入口连通进液流道末端的中心部位，各出液流道的入口分别连通进液流道末端靠近进液部内壁面的部位。

优选地，分液部包括分液端面、出液端面和外壁，出液流道设置在分液端面和出液端面之间、邻近外壁并且沿外壁的轨迹均匀分布。

优选地，出液流道和气体腔室的入口都位于分液端面上，气体腔室的入口设置在分液端面的中部，各出液流道的入口均匀地设置在气体腔室入口的外围。

优选地，出液流道的入口设置在分液端面与进液部内壁面的夹角位置。

优选地，分液端面的中部设有管状凸起部，所述管状凸起部延伸到进液流道的内部。

优选地，气体腔室的入口覆盖锥形的气液滤网，所述气液滤网延伸到进液流道的内部。

本发明还提供另一种空调分液装置，包括用于使气液混合的制冷剂形成旋流的进液部和与进液部连接的分液部，进液部内设有用于容置制冷剂的进液流道，分液部设有气体腔室、若干气体流道和若干出液流道，气体流道的一端连接到气体腔室的出口，另一端连接到对应的出液流道的出口，出液流道的入口连通进液流道末端靠近进液部内壁面的部位以接收液态制冷剂，气体腔室的入口连通进液流道末端的中部以接收气态制冷剂并分配到气体流道。

本发明还提供一种制冷剂分配方法，包括以下步骤：

a、引导气液混合的制冷剂在空调分液装置的进液流道中流动并形成旋流，使处于旋流状态下的制冷剂在离心力的作用下分层，外层为液态制冷剂，内层为气态制冷剂；

b、引导外层的液态制冷剂分配至各出液流道；

c、引导内层的气态制冷剂经气体腔室分配至各气体流道；

d、引导气体流道中的气态制冷剂进入连接该气体流道的出液流道，使出液流道中的液态制冷剂与气体流道中的气态制冷剂混合后从出液流道的出口离开空调分液装置。

优选地，在上述步骤a之前还包括在进液部的内壁面上设置螺旋槽的步骤或者引导气液混合的制冷剂从进液部的入口端以切线方向沿进液部的内壁面进入进液流道的步骤。

优选地，步骤c具体包括：引导内层的气态制冷剂通过气液滤网之后再经气体腔室均匀分配至各气体流道。

本发明的有益效果是：与现有技术相比，空调分液装置通过将气液混合的制冷剂形成旋流，使制冷剂在离心力的作用下分离成液态制冷剂与气态制冷剂，分离出来的液态制冷剂平均分配到各出液流道，气态制冷剂则平均分配到各气体流道，然后再将气体流道中气态制冷剂重新混合到相应的出液流道的液态制冷剂中，使气液混合的制冷剂经过本发明的空调分液装置后等量、均匀地分成多路进入蒸发器中。本发明的空调分液装置设计巧妙，结构紧凑，体积小，安装方便，具有优越的性能和便利性。

附图说明

图1是现有空调分液头的结构示意图；

图2是本发明的空调分液装置第一实施例的结构示意图；

图3是图2所示的空调分液装置的俯视图；

图4是本发明的空调分液装置第二实施例的结构示意图；

图5是本发明的制冷剂分配方法优选实施例的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

在空调器上，为了确保蒸发器内的制冷剂流量均匀，从而使蒸发器的热交换能力得到有效的保证，通常采用分液头，如果分液头各出液流道分液量不均匀，将使得蒸发器的各组蒸发管内的制冷剂流量不均、蒸发压力不一致，严重影响总体蒸发效果。本发明的空调分液装置采用离心分离的方法，将液态和气态制冷剂分离，再均匀分配在每一条的出液流道上，另外本发明的空调分液装置还进一步结合丝网分离的方法，提高气液分离的效果。

请参阅图2和图3，图2是本发明的空调分液装置第一实施例的结构示意图，图3是图2所示的空调分液装置的俯视图，该空调分液装置包括呈上下设置的进液部1和分液部2，在本实施例中，进液部1大致为圆柱状，分液部2近似倒置的圆台状，分液部2设置在进液部1的上方与进液部1的出口端相连，进入进液部1的制冷剂经分液部2等量地分配到各路盘管中。进液部1内设置有圆形的进液流道11，该进液流道11沿进液部1的轴向设置，在进液部1的内壁面12上设有螺旋槽(图未示)，该螺旋槽环绕在进液流道11的外围并且从进液流道11的入口端向分液部2纵向延展、沿内壁面12螺旋上升。当制冷剂从进液部1的入口进入进液流道11并向前快速流动时，靠近内壁面12的那部分制冷剂会受到螺旋槽的影响，使其在沿进液流道11向前流动的同时逐渐形成旋流，沿进液流道11的轴向向前旋转流动，随着距离的增加，旋流的效果越明显。当制冷剂流动到进液流道11末端时，此处的制冷剂在螺旋槽的作用下会整体形成旋转运动。在本实施例中，螺旋槽的齿型可以设置为三角形、梯形等，螺旋角设置为10°～25°，齿高可根据进液流道11的管径设置，当管径较大时齿高可以相应地设计得大一些，同时进液流道11需要设置一定的长度使制冷剂具有足够的流动距离以便形成旋流。进一步地，进液流道1的螺旋槽可以设置为多条，各螺旋槽的螺旋方向一致、螺旋升角相同。

分液部2具有分液端面21、出液端面22和外壁23，在本实施例中，分液端面21为圆形，其与进液部1的末端相连，出液端面22和分液端面21相对设置且分别位于分液部2的上下两端，外壁23设置在分液部2的四周外围。在分液部2中设置有若干出液流道24，这些出液流道24邻近外壁23设置，并且沿外壁23的圆周轨迹均匀分布。出液流道24的入口位于分液端面21上并且连通进液流道11，出口位于出液端面22上。分液部2还设置有气体腔室25和若干气体流道26，气体腔室25位于分液部2的中心，呈圆柱形。气体腔室25的末端(顶端)封闭，入口(底端)位于分液端面21上并且与进液流道11连通，作为气态制冷剂的入口。

气体腔室25的入口设置在圆形的分液端面21的中心部位，而各出液流道24的入口均匀地设置在分液端面21的外围；若对应到进液流道11上，则气体腔室25与进液流道11末端的轴心部位连通，各出液流道24与进液流道11末端靠近进液部内壁面12的部位连通。气体流道26设置在气体腔室25与出液流道24之间，气体流道26对应出液流道24设置，其数量与出液流道24相等。气体流道26的入口都设置在气体腔室25的内壁面251上，靠近气体腔室25的末端，沿内壁面251均匀分布。各气体流道26的出口与对应的出液流道24连通，并且该气体流道26的出口靠近出液流道24的出口。上述气体腔室25的入口的半径大致等于1/3～1/2的分液端面21的半径。虽然在本实施例中出液流道24和气体腔室25都设置为具有圆形的横截面，不过，在其他实施例中，它们也可以设置为其他合适的形状；出液流道24的数量也不限定为四个，根据需要，可以沿外壁23均匀设置更多的出液流道24。进一步地，还可以设置更多的气体流道26，使多个气体流道26连接到一个出液流道24上。

下面，说明本发明的空调分液装置对制冷剂进行分配的过程：高速流动的两相制冷剂在进入空调分液装置前，气液是混合在一起的，以团状流动；当制冷剂从进液流道11进入空调分液装置后，由于螺纹内壁(即螺旋槽)的影响，制冷剂在向前快速流动的过程中会逐渐形成旋转状态，最开始是靠近进液部内壁面12的制冷剂会逐渐旋转起来，最后当制冷剂向前流动到进液流道11末端时，全部制冷剂基本上都在螺旋槽的影响下形成了旋转状态。此时，由于液体制冷剂的密度较大，在离心力的作用被甩离进液流道11的中心，向内壁面12集中；气体制冷剂则由于密度相对较小，被集中在进液流道11的中心位置，这样制冷剂就被分成了气态和液态两层成环状流动，环状的外层是液态制冷剂、里层是气态制冷剂。当这些制冷剂继续向前流动时，位于进液流道11外围、抵靠着内壁面12向前旋转移动的液态制冷剂将等量地从各出液流道24的入口进入出液流道24中，并流向出液流道24的出口方向；而位于进液流道11中间部位的气态制冷剂将进入气体腔室25，然后等量地从各气体流道26的入口进入气体流道26，接着再从气体流道26进入到出液流道24，使气态制冷剂与液态制冷剂在出液流道24内重新混合后从出液流道24的出口流出空调分液装置。本发明的空调分液装置将两相制冷剂进行气液分离之后，再在不同的部位将气态制冷剂和液态制冷剂分别引出，并且将它们分别等量分配成多路，最后再将相互对应的一路气态制冷剂和一路液态制冷剂混合成一路两相制冷剂流出，通过严格重新分配过程，使分成多路的制冷剂不但每一路的总体流量基本相同，而且每一路制冷剂中液态制冷剂、气态制冷剂的量也分别相同，从而使气液流量分配更均匀，达到更好的分配效果。

在气态制冷剂的流动路径上分别设置气体腔室25和若干气体流道26，可以通过气体腔室25将分离出来的气态制冷剂集合后再利用多个相同结构的气体流道26平均分配成多路流入相应的出液流道24。不过，在其他实施例中也可以不设置单独的气体腔室25，例如可以将各气体流道26的入口设置在分液端面21的中心部位，直接将分离出来的气态制冷剂平均分配到各气体流道26中。

为了进一步提高两相制冷剂的气液分离效果，本发明的空调分液装置在气体腔室25的入口处设置气液滤网3，在本实施例中，该气液滤网3为锥形结构，该锥形的底面布置在分液端面21上并覆盖气体腔室25的入口，锥形的中心则位于进液流道11的轴线上。气液滤网3从气体腔室25的入口沿进液流道11的轴线并且按照背离制冷剂流动的方向朝进液流道11的内部延伸，锥形气液滤网3的顶点也位于进液流道11的轴线上。依靠该气液滤网3的气液隔离作用，部分在气液离心分离过程中未被甩离进液流道中心的液态制冷剂受到气液滤网3的隔离，可以避免液态制冷剂进入气体腔室25中，而分子较小的气态制冷剂则可以通过气液滤网3，并进入气体腔室25中。同时，在进液流道11的长度受到限制，制冷剂因螺旋槽的长度不足而无法整体形成旋转运动，影响到离心分离的效果时，气液滤网3还可以作为补充，以丝网分离的方式进一步提高气液分离的效果。在其他实施例中，气液滤网3也可以设置为其他形状，甚至可以仅在气体腔室25的入口覆盖一个用于隔离液态制冷剂的圆形气液滤网3。

请参照图4，图4是本发明的空调分液装置第二实施例的结构示意图，此实施例的空调分液装置与第一实施例的不同之处在于：在分液端面21上增设了一个管状凸起部27以及把原本设置在分液端面21上的出液流道24的入口改为设置在分液端面21与进液部内壁面12的夹角位置。该管状凸起部27设置在分液端面21的中部，并朝向进液流道11的内部延伸，由于内壁面251伸长，使得气体腔室25伸入到进液流道11中，气液滤网3则设置在管状凸起部27的末端。该管状凸起部27起到隔离液态制冷剂与气态制冷剂的作用，使液态制冷剂位于其外侧，而气态制冷剂位于其内侧的气体腔室25中，从而可以防止制冷剂气液分离之后，液态制冷剂向前流动并冲击分液端面21时飞溅到气体腔室25中。出液流道24的入口设置在分液端面21与进液部内壁面12的夹角位置可以使处于旋转状态下的液态制冷剂更方便地在离心力的作用下通过该入口进入到各出液流道24中，减少液态制冷剂冲击分液端面21的情况。

上述各实施例中的空调分液装置进行气液分离时都采用在进液部1的内壁面12上设置螺旋槽的方式，使制冷剂在螺旋槽的影响下逐渐形成旋流。不过，本发明的空调分液装置也可以采用其他现有的气液分离方法进行离心分离，例如可以在进液部1的入口端设置一个沿内壁面12的切线方向延伸的入口，使制冷剂从进液部1的入口端以切线方向沿进液部1的内壁面12进入，使制冷剂获得旋转运动形成旋流，其具体方法可以参考中国发明专利CN200410098524.5和CN88101100.2等公开文献所描述的技术内容。由于通过离心分离的方法使气液分离的技术属于业界比较成熟的技术，在此不再赘述。

请参照图5，图5是本发明的制冷剂分配方法优选实施例的流程示意图，该制冷剂分配方法通过前述的空调分液装置进行制冷剂的分配，使两相制冷剂经过空调分液装置后被均匀、等量地分配成几路进入蒸发器中。该制冷剂分配方法主要包括以下步骤：

步骤S1、引导气液混合的制冷剂在空调分液装置的进液流道11中流动并形成旋流，使处于旋流状态下的制冷剂在离心力的作用下分层，外层为液态制冷剂，内层为气态制冷剂；

步骤S2、引导外层的液态制冷剂均匀分配至各出液流道24；

步骤S3、引导内层的气态制冷剂经气体腔室25均匀分配至各气体流道26；

步骤S4、引导气体流道26中的气态制冷剂进入连接该气体流道26的出液流道24，使出液流道24中的液态制冷剂与气体流道26中的气态制冷剂混合后从出液流道24流出空调分液装置。

进一步地，在上述步骤S1之前还包括步骤S11：预先在空调分液装置中设置进液流道11、若干出液流道24、气体腔室25和若干气体流道26，气体腔室25的入口与进液流道11末端的中心部位连通，各出液流道24的入口均匀地设置进液流道11末端的外围靠近进液部内壁面12的部位并与进液流道11连通，气体流道26的两端分别连接气体腔室25和出液流道24。

另外，在步骤S1之前还可以包括在进液部1的内壁面12上设置螺旋槽的步骤(步骤S12)或者引导气液混合的制冷剂从进液部1的入口端以切线方向沿进液部1的内壁面12进入进液流道11的步骤(步骤S13)。

进一步地，步骤S3具体包括：引导内层的气态制冷剂通过气液滤网3之后再经气体腔室25均匀分配至各气体流道26，利用气液滤网3提高气液分离的效果。

本发明充分利用气体、液体制冷剂的密度和分子大小不同的特点，通过离心分离的方法，将液态和气态制冷剂进行分离，然后分别将单一的液态制冷剂和气态制冷剂进行均匀的流量分配后汇合，使制冷剂的流量分配更均匀、合理。分配方法科学简单、不受制冷剂干度以及重力的影响，具有很强的适应性。整个空调分液装置设计巧妙，结构紧凑，体积小，安装方便。

Claims (10)

1.一种空调分液装置，其特征在于：包括相互连接的进液部和分液部，进液部内设置进液流道，在进液部的内壁面上设有螺旋槽，分液部设置有气体腔室、若干气体流道和若干出液流道，各气体流道的一端连接气体腔室，另一端和对应的出液流道连接，出液流道和气体腔室分别与进液流道连通，气体腔室的入口连通进液流道末端的中心部位，各出液流道的入口分别连通进液流道末端靠近进液部内壁面的部位。

2.根据权利要求1所述的空调分液装置，其特征在于：分液部包括分液端面、出液端面和外壁，出液流道设置在分液端面和出液端面之间、邻近外壁并且沿外壁的轨迹均匀分布。

3.根据权利要求2所述的空调分液装置，其特征在于：出液流道和气体腔室的入口都位于分液端面上，气体腔室的入口设置在分液端面的中部，各出液流道的入口均匀地设置在气体腔室入口的外围。

4.根据权利要求2所述的空调分液装置，其特征在于：出液流道的入口设置在分液端面与进液部内壁面的夹角位置。

5.根据权利要求2所述的空调分液装置，其特征在于：分液端面的中部设有管状凸起部，所述管状凸起部延伸到进液流道的内部。

6.根据权利要求2所述的空调分液装置，其特征在于：气体腔室的入口覆盖锥形的气液滤网，所述气液滤网延伸到进液流道的内部。

7.一种空调分液装置，其特征在于：包括用于使气液混合的制冷剂形成旋流的进液部和与进液部连接的分液部，进液部内设有用于容置制冷剂的进液流道，分液部设有气体腔室、若干气体流道和若干出液流道，气体流道的一端连接到气体腔室的出口，另一端连接到对应的出液流道的出口，出液流道的入口连通进液流道末端靠近进液部内壁面的部位以接收液态制冷剂，气体腔室的入口连通进液流道末端的中部以接收气态制冷剂并分配到气体流道。

8.根据权利要求1所述的空调分液装置的制冷剂分配方法，其特征在于包括以下步骤：

a、引导气液混合的制冷剂在空调分液装置的进液流道中流动并形成旋流，使处于旋流状态下的制冷剂在离心力的作用下分层，外层为液态制冷剂，内层为气态制冷剂；

b、引导外层的液态制冷剂分配至各出液流道；

c、引导内层的气态制冷剂经气体腔室分配至各气体流道；

d、引导气体流道中的气态制冷剂进入连接该气体流道的出液流道，使出液流道中的液态制冷剂与气体流道中的气态制冷剂混合后从出液流道的出口离开空调分液装置。

9.根据权利要求8所述的制冷剂分配方法，其特征在于：在上述步骤a之前还包括在进液部的内壁面上设置螺旋槽的步骤或者引导气液混合的制冷剂从进液部的入口端以切线方向沿进液部的内壁面进入进液流道的步骤。

10.根据权利要求8所述的制冷剂分配方法，其特征在于：步骤c具体包括：引导内层的气态制冷剂通过气液滤网之后再经气体腔室均匀分配至各气体流道。

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