CN106403405A - 分流装置及空调 - Google Patents

Abstract

本发明涉及空调换热领域，特别是涉及分流装置及空调。该分流装置包括：沿流动方向上依次连接的流体输入段、流体输送段和流体混合分流段；其中，流体输送段为细长结构，且在流体流动方向上呈渐缩状，流体输送段和流体混合分流段管壁之间设置连接结构，流体混合分流段连接两个以上的分流管路；流体输送段的宽口直径小于流体输入段的管径，流体输送段的窄口直径小于流体混合分流段的管径。本发明能够逐渐矫正流体输送方向，使流体方向基本保持在分流装置的轴线上，明显减弱流体偏流状况，达到均匀分流的效果。

Description

分流装置及空调

技术领域

本发明涉及空调分流领域，特别是涉及分流装置及空调。

背景技术

随着空调在生活、工作中使用量加大，对空调的换热效果越来越重视。空调器基本由室外换热器、室内换热器、系统管路、压缩机、控制结构等组成。图1给出了现有空调的换热结构，冷媒(制冷剂)从冷媒输入管路105流入，经过分流装置104，分配至若干条分流管路103之中。每条分流管路103对应着一条换热流路102，换热流路102经过热交换器101，与外界环境(一般是空气或水)发生热交换，通过相变吸收外界热量，实现制冷的目的。完成热交换相变后的冷媒(制冷剂)由冷媒收集管路106收集集中，并经由冷媒输出管路107输出，从而完成一次热交换过程。

在空调换热结构中，分流器是关键部件，其分流均匀性决定了整个换热系统的换热效率，如果出现分流不均的现象，那么将会导致部分流路中冷媒(制冷剂)偏多，换热面积相对不足，而部分流路中冷媒(制冷剂)偏少，换热面积过大，从而导致了整个换热系统换热效率降低。此外，制冷系统往往工作在不同的温度下，此时冷媒(制冷剂)的输入气液比也会存在较大的不同，如果分流装置104不能在不同的冷媒(制冷剂)输入气液比下保持分流均匀，不仅会导致换热效率下降，而且会使得在某些低温制冷工况下，部分流路的输出温度偏低，产生不均匀结霜甚至结冰的情况，严重影响换热系统的正常工作。

图2给出了一种现有分流装置结构，冷媒首先由输入段201进入分流装置，为使冷媒加速以减小重力对分流均匀性的影响，在通过冷媒输入段201后，将流经冷媒加速段202，其截面积较冷媒输入段201有明显减小。冷媒经加速后流入混合腔203，促进气液两相冷媒混合，然后经冷媒分流锥204分流后，由冷媒输出段205输出至接下来的换热流路之中。

上述分流装置使用截面缩小的冷媒加速段对流体进行加速分流，流体速度的增加，有利于减小重力对分流的影响。但是，由于经过输入端201的流体非轴向流体，出现偏流现象，非轴向流体经过加速后，由于受力不均匀根本无法形成均匀雾化的紊流状态，发生分流不均的情况，造成各换热支管的换热能力不均衡，增加换热功耗。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的目的是提供改变流体偏流现象，形成足够均匀的紊流效果，均匀分流的分流装置及空调。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供一种分流装置，其包括：沿流动方向上依次连接的流体输入段、流体输送段和流体混合分流段；其中，所述流体输送段为细长结构，且在流体流动方向上呈渐缩状，所述流体输送段和所述流体混合分流段管壁之间设置连接结构，所述流体混合分流段连接两个以上的分流管路；

所述流体输送段的宽口直径小于所述流体输入段的管径，所述流体输送段的窄口直径小于所述流体混合分流段的管径。

在一些实施例中，优选为，所述连接结构为流线型连接结构。

在一些实施例中，优选为，所述流线型连接结构呈渐扩状。

在一些实施例中，优选为，所述流体输入段、所述流体输送段和所述流体混合分流段的中心轴重合。

在一些实施例中，优选为，所述流体混合分流段包括：流体混合腔和分流锥，所述分流锥探入所述流体混合腔内，所述流体混合腔的流体出口处由所述分流锥分出所述分流管路。

在一些实施例中，优选为，所述流体混合腔为流线型腔体。

在一些实施例中，优选为，所述分流锥为对称结构，其对称轴与所述流体混合腔的中心轴线重合。

在一些实施例中，优选为，所述流体输送段上游区域的渐缩比大于中下游区域的渐缩比。

在一些实施例中，优选为，所述流体输送段为流线型细长结构。

在一些实施例中，优选为，所述流体输送段的长度大于6mm。

在一些实施例中，优选为，所述流体输送段包括：沿流动方向上依次连接的加速段和保持段，其中，所述加速段呈渐缩状，所述保持段呈细长柱状；所述加速段与所述流体输入端连接；所述保持段和所述流体混合分流段之间设置所述连接结构。

在一些实施例中，优选为，所述加速段呈流线型渐缩状。

在一些实施例中，优选为，所述加速段和所述保持段之间流线型过渡。

在一些实施例中，优选为，所述保持段为圆柱结构。

在一些实施例中，优选为，所述保持段的长度大于等于5mm。

在一些实施例中，优选为，所述保持段的柱径d满足如下公式：

其中，为冷媒质量流量，ρ为流体密度。

本发明还提供了一种空调，其包括上述的分流装置。

(三)有益效果

本发明提供的技术方案，流体输送段的宽口直径小于流体输入端的管径，所以在流体输送段中，流体被加速。加速的流体经过细长的流体输送段可以延长处于流体雾化紊流状态的时长，在细长的输送加速输送过程中，能够逐渐矫正流体输送方向，使流体方向基本保持在分流装置的轴线上，明显减弱流体偏流状况，达到均匀分流的效果。

附图说明

图1为现有技术中空调换热结构的结构示意图；

图2为图1中分流装置的结构示意图；

图3为本发明一个实施例中分流装置的结构示意图；

图4为本发明另一个实施例中分流装置剖示图。

图中，101热交换器；102换热流路；103分流管路；104分流装置；105冷媒输入管路；106冷媒收集管路；107冷媒输出管路；201冷媒输入端；202冷媒加速段；203混合腔；204冷媒分流锥；205冷媒输出段；1流体输入段；2流体输送段；3保持段；4连接结构；5流体混合腔；6分流锥；7分流管路。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“上游”“中游”“下游”都是以流体流动方向来定义的；“上”“下”都是基于附图中的放置位置来说明，不代表实际的位置关系。“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

考虑到现有空调换热结构中分流不均匀的问题，本技术提供了分流装置和空调。

下面将通过基础设计、扩展设计及替换设计对产品、方法等进行详细描述。

一种分流装置，如图3、4所示，其设置于换热结构内，用于分流冷媒到各换热支管内。其主要由沿流动方向上依次连接的流体输入段1、流体输送段2和流体混合分流段组成。在一次换热循环中，流体输入段1为冷媒初始流入结构体，自流体输入段1流出的流体进入流体输送段2，流体在其中被加速和流体状态调整，形成均匀紊流状态，之后进入流体混合分流段，此处气液混合后被分流到各换热支管中。各部分的结构和连接关系为：流体输送段2为细长结构，且在流体流动方向上呈渐缩状；流体输送段2和流体混合分流段管壁之间设置连接结构4，流体混合分流段连接两个以上的分流管路7；流体输送段2的宽口直径小于流体输入段1的管径，流体输送段2的窄口直径小于流体混合分流段的管径。

流体输入段1、流体输送段2、流体混合分流段均指的是流体经过的内腔。

在该基础结构中，流体输送段2的宽口直径小于流体输入段1的管径，在二者的连接处，流体会发生突变，流体被积压，形成射流，流速增加，形成雾化紊流状态。流体输送段2为细长结构的目的在于增加流体的输送长度，在输送过程中逐渐调整高速流体的流动方向，逐步减弱偏流现象，趋近于轴向运动，利于后续的均匀混合及均匀分流。

需要说明的是，有关“细长结构”的概念，本领域技术人员可以根据常识知识理解该结构，当然，如果需要对其进行更明确的说明，也可以理解为：轴向长度远大于横截面直径，比如：3倍以上、5倍以上、12倍以上等。

另外，“渐缩状”可以理解为从一端向另一端逐渐缩小，至于缩小的比例，及各处缩小的均匀度(即渐缩比)可以不做过多限定，可以渐缩比相同，也可以根据不同需要和结构设计、功能设计采用不同区域不同的渐缩比，当然某些位置可以将渐缩比设置的无限小，只要整体满足一端向另一端渐缩的效果都涵盖在本概念中。整体的渐缩能够避免在流体输送段2产生激流、突变，破坏流体状态。

流体输送段2的窄口直径小于流体混合分流段的管径。沿中心轴向的紊流流体进入流体混合分流段时已经达到紊流雾化的临界流速，由于两段管径不同，自连接结构4处开始渐扩，气液两相流体均匀混合，构成均匀分布的状态。

流体输送段2和流体混合分流段之间设置连接结构4是为了避免流体在二者之间发生巨变，造成流体状态的突变，破坏均匀紊流，不利于均匀分流，因此，形成渐扩的效果。至于连接结构4，在后面的实施例中会另行分层明确。此处给出连接结构4的目的和功能，基于该目的和功能的任何连接结构4都属于保护范围之内。

基于上述结构设计，考虑到在流体流动过程中，急速的转弯、碰撞都容易促使流体发生回流、涡流等情况，流体状态、流体方向发生改变，而且会产生较大的噪音。为了避免这种情况的发生，在一些实施例中，将连接结构4设计为流线型连接结构4。流体自流体输送段2流入流体混合分流段时，会自然扩充，扩充速度基本均衡，不突变，依然保持紊流状态，所以，流体稳定且不会产生噪音。

另外，虽然流体输送段2的出口管径小于流体混合分流段的管径，但是，为了更利于流体均衡向大空间内流动，将流线型连接结构4设计为渐扩状，而非急扩。渐扩具有近乎恒定的渐缩比，流体不会受到连接结构4管壁的冲击和阻挡，流体状态稳定。

上文记载说明流体的轴向运动能够促进后续的均匀混合和均匀分流，所以，如果流体输入段1、流体输送段2和流体混合分流段的中心轴重合，能方便流体在内部的调整和运动，避免从上游到下游流动中产生转弯的现象，因为一旦转弯，流体的各处流速会发生较大转变，流体方向也极难控制。相反，如果在同轴线上，沿近乎直线的空间内流动，更利于流体的微型偏流现象调整到轴线流动。

通过上文描述可知，连接结构4实际为渐扩雾化段，在其内部，流体速度已经达到了紊流雾化的临界速度，在连接结构4内开始气液两相均匀混合。而流体混合分流段处于连接结构4的下游，接收初步混合的气液两相流体及其混合物，并进一步混合。因此，流体混合分流段包括：流体混合腔5和分流锥6，流体混合腔5内继续混合，形成均匀混合冷媒，分流锥6探入流体混合腔5内，流体混合腔5的流体出口处由分流锥6分出分流管路7，混合后的冷媒由分流锥6分别导入分流管路7中。

同样道理，为了避免流体混合过程中出现碰撞、阻挡而导致回流或涡流，造成混合不均匀且噪声大的问题，将流体混合腔5为流线型腔体，利于气相、液相均匀混合，达到均匀分流的效果。

为了均匀分流，分流锥6采用对称结构，其对称轴与流体混合腔5的中心轴线重合。轴向流入的冷媒流体均匀混合后，均匀分布，通过对称结构均匀的分配到分流管道中，送入各换热支路。

根据上述各种实施例中的分流装置，流体输送段2通过渐缩和细长的结构特点进行提高流体速度，调整流体状态和流体方向。而流体输送段2的具体结构可以在渐缩、细长的特征点上做各种设计，比如：

设计一:

流体输送段2为细长的渐缩结构，其流体输送段2上游区域的渐缩比较大，对进入的流体实现急剧增速，促使流体以高速前行，随后进入中下游区域，该区域的渐缩比较小，在一定的增速过程中重在调整流体状态和流向。

在该设计中，流体输送段2优选为流线型细长结构，为实现低噪音分流，对流入的两相冷媒流体进行加速，使得冷媒流场在加速时分布均匀，加速过程中不会出现涡流和回流，从而降低了加速过程中产生的冷媒声。

细长的结构中可以优选流体输送段2的长度大于6mm，即进入端到排出端之间的轴向距离。当然在其他实施例中，可以根据其他情况具体规定该长度。

需要说明的是，其直径可以参照设计二进行设计，并做适当调整即可。

设计二:

流体输送段2包括：沿流动方向上依次连接的加速段和保持段3，加速段与流体输入端连接；保持段3和流体混合分流段之间设置连接结构4。其中，加速段呈渐缩状，保持段3呈细长柱状，管径几乎没变化；加速段的长度小于保持段3的长度，加速度用于急剧加速，保持段3用于调整流体状态和流体方向，因为调整是个漫长的过程因此，保持段3的长度较大些。图4中给出了该结构。

在该设计中，加速段优选为流线型渐缩状，为实现低噪音分流，对流入的两相冷媒流体进行加速，使得冷媒流场在加速时分布均匀，加速过程中不会出现涡流和回流，从而降低了加速过程中产生的冷媒声。加速段呈流线型渐缩状。

同时，使得冷媒流场在加速时分布均匀，加速过程中不会出现涡流和回流，从而降低了加速过程中产生的冷媒声，加速段和保持段3之间流线型过渡。

保持段3可以为椭圆形柱体结构、圆柱结构，或其他多边形横截面型结构，不过为了促使加速的均匀性，流速调速的均匀性，保持段3优选为圆柱结构。

由于现有分流装置使用截面缩小的冷媒加速段对流体进行加速分流，流体速度的增加，有利于减小重力对分流的影响，但关于冷媒速度增加到何种程度，冷媒加速段应如何设计没有给出具体要求。事实上，这导致了由加速段留出的冷媒射流，很可能无法达到均匀雾化的紊流状态，从而导致在某些工况下，发生分流不均(偏流)的情况。因此，在本设计中保持段3的长度大于等于5mm。保持段3的柱径d满足如下公式：

其中，为冷媒质量流量，ρ为流体密度。

通过各段和段间的流线型设计，有助于减少分流过程中流体中的涡流和回流，从而降低分流冷媒声。

按上式确定流速保持段33的直径d，可以使得冷媒流体在流速保持段33内达到雾化紊流的状态，实现气液两相的均匀混合。同时，流速保持段33的长度在5mm以上，能够发挥矫正冷媒流速方向的作用，使得冷媒流速方向基本保持在分流装置轴线上，从而避免了冷媒输入段插管1偏差，导致冷媒流速方向偏差从而产生分流不均的情况。

将该分流装置加载到现有空调中，可以对空调的换热、降温均匀性有明显的改进，形成一种新型的空调。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (17)

1.一种分流装置，其特征在于，包括：沿流动方向上依次连接的流体输入段、流体输送段和流体混合分流段；其中，所述流体输送段为细长结构，且在流体流动方向上呈渐缩状，所述流体输送段和所述流体混合分流段管壁之间设置连接结构，所述流体混合分流段连接两个以上的分流管路；

所述流体输送段的宽口直径小于所述流体输入段的管径，所述流体输送段的窄口直径小于所述流体混合分流段的管径。

2.如权利要求1所述的分流装置，其特征在于，所述连接结构为流线型连接结构。

3.如权利要求2所述的分流装置，其特征在于，所述流线型连接结构呈渐扩状。

4.如权利要求1所述的分流装置，其特征在于，所述流体输入段、所述流体输送段和所述流体混合分流段的中心轴重合。

5.如权利要求1所述的分流装置，其特征在于，所述流体混合分流段包括：流体混合腔和分流锥，所述分流锥探入所述流体混合腔内，所述流体混合腔的流体出口处由所述分流锥分出所述分流管路。

6.如权利要求5所述的分流装置，其特征在于，所述流体混合腔为流线型腔体。

7.如权利要求5所述的分流装置，其特征在于，所述分流锥为对称结构，其对称轴与所述流体混合腔的中心轴线重合。

8.如权利要求1-7任一项所述的分流装置，其特征在于，所述流体输送段上游区域的渐缩比大于中下游区域的渐缩比。

9.如权利要求8所述的分流装置，其特征在于，所述流体输送段为流线型细长结构。

10.如权利要求8所述的分流装置，其特征在于，所述流体输送段的长度大于6mm。

11.如权利要求1-7任一项所述的分流装置，其特征在于，所述流体输送段包括：沿流动方向上依次连接的加速段和保持段，其中，所述加速段呈渐缩状，所述保持段呈细长柱状；所述加速段与所述流体输入端连接；所述保持段和所述流体混合分流段之间设置所述连接结构。

12.如权利要求11所述的分流装置，其特征在于，所述加速段呈流线型渐缩状。

13.如权利要求11所述的分流装置，其特征在于，所述加速段和所述保持段之间流线型过渡。

14.如权利要求11所述的分流装置，其特征在于，所述保持段为圆柱结构。

15.如权利要求11所述的分流装置，其特征在于，所述保持段的长度大于等于5mm。

16.如权利要求15所述的分流装置，其特征在于，所述保持段的柱径d满足如下公式：

$d\≤\frac{\stackrel{\·}{m}}{6900\mathrm{\ρ}\mathrm{\π}}$

其中，为冷媒质量流量，ρ为流体密度。

17.一种空调，其特征在于，包括权利要求1-16任一项所述的分流装置。