CN107128147B - 一种同轴管及具有其的空调系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种同轴管及具有其的空调系统，包括管体，所述管体包括内管和外管，内管室的直径与低压管进口和低压管出口的直径都相同，可以将内管室的压力损失系数ζ降到最低，即将内管室内的阻力降到最低；进口接头内设有增压段，不影响换热能力的同时可以大大降低同轴管高压管通路的阻力，所述管体的外部包裹有环状隔热层，可以有效的提高空调系统的制冷效率，同时焊接点也相应减少，加工起来更加简单、成本更低，本发明的同轴管可用在所有空调上，包括汽车空调、中央空调、家用空调、工程车空调、工程机械空调、以及与其相近的冷却模块，适用性比较强。

Description

一种同轴管及具有其的空调系统

技术领域

本发明涉及汽车空调配件技术领域，特别涉及一种同轴管及具有其的空调。

背景技术

如中国发明专利申请公开说明书中申请号“201220211938.4”，“201520036275.0”，“201210143317.1”等中公开的同轴管通常只考虑同轴管的换热效率而未考虑同轴管阻力因素。众所周知，提升同轴管的换热效率，通常需要增加同轴管与制冷剂的接触面积，这会使同轴管的阻力大大增加。同轴管阻力的增加会加重压缩机的负荷，使整个系统的能耗增加。如果同轴管的阻力太大，那么通过同轴管来提升空调制冷能力的效果就会大大降低了。并且如中国发明专利申请公开说明书中申请号“201220211938.4”，“201520036275.0”，“201210143317.1”等中公开的同轴管并未对其做任何隔热处理，通常由于乘用车空间限制，同轴管都会布置在发动机舱，这使得同轴管通常工作在高温和高热辐射的环境中，如果同轴管未做隔热及防辐射的处理，换热效果会大大受到影响。

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，本发明的目的在于提出一种同轴管，包括管体，所述管体包括内管和外管，所述内管套在外管内，并伸出外管的两端；所述外管内设有外管室；所述外管的一端设有进口接头，所述进口接头内设有增压段，所述增压段的上端设有高压管进口，且所述增压段上端的直径与所述高压管进口的直径相同，所述增压段的下端与外管的一端相连，且所述增压段的下端的横截面积与所述外管室的横截面积相同；所述外管的另一端设有出口接头，所述出口接头与所述进口接头具有相同的结构，所述出口接头上端设有高压管出口，所述高压管出口与所述高压管进口具有相同的结构。

进一步地，所述内管的一端设置有低压管进口，所述内管的另一端设置有低压管出口，所述内管内还设有内管室，所述内管室的直径与所述低压管进口和所述低压管出口的直径两两相同。

进一步地，所述外管室由多个横截面为同轴心的扇环形通孔组成，所述扇环形通孔均以管体的轴线为轴心，且绕此轴线环状分布。

进一步地，所述内管流通低压介质，所述外管流通高压介质，高压介质从高压管进口进入，通过进口接头进入到外管室，再通过出口接头，从高压管出口流出。

进一步地，所述管体一体成型。

进一步地，所述进口接头与所述高压管进口无缝焊接。

进一步地，所述出口接头与所述高压管出口无缝焊接。

进一步地，所述进口接头与出口接头沿管体的轴线方向，存在夹角α，所述夹角α为0度～360度。

进一步地，所述管体的外部包裹有环状隔热层。

进一步地，所述隔热层由低导热系数的材料制成。

本发明还提供一种空调系统，其特征在于，包括：同轴管，所述同轴管为根据权利要求-中任一项所述的同轴管；所述空调系统还包括气液分离器，压缩机，冷凝器，膨胀阀和蒸发器，所述气液分离器的一端与低压管出口相连，所述气液分离器的另一端与压缩机的一端相连，冷凝器的一端与压缩机的另一端相连，所述冷凝器的另一端与高压管进口相连，所述膨胀阀的一端与高压管出口相连，所述膨胀阀的另一端与蒸发器的一端相连，所述蒸发器的另一端与低压管进口相连。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：所述进口接头31内设有增压段311，不影响换热能力的同时可以大大降低同轴管高压管通路的阻力，可以有效的提高空调系统的制冷效率，本发明的同轴管可用在所有空调上，适用性比较强。

附图说明

图1是根据本发明的一个实施例的A处内部结构剖视图示意图；

图2是根据本发明的一个实施例的正视图示意图；

图3是根据本发明的一个实施例的C向视图示意图；

图4是根据本发明的一个实施例的B处内部结构剖视图示意图；

图5是根据本发明的一个实施例的空调系统示意图。

具体实施方式

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，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“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和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、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。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

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“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。

下面参考附图说明实施本发明的最佳实施方式。

如图1所示，本发明公开了一种同轴管，包括管体10，管体10包括内管11和外管12，内管11套在外管12内，并伸出外管12的两端；内管11的一端设置有低压管进口21，内管11的另一端设置有低压管出口22，内管11内还设有内管室13，内管室13的直径与低压管进口21的直径相同，且内管室13的直径与低压管出口22的直径也相同；外管12内设有外管室14；外管12的一端设有进口接头31，进口接头31上部设有高压管进口41，外管12的另一端设有出口接头32，出口接头32上部设有高压管出口42；出口接头32与进口接头31具有相同的结构。

外管室14由多个横截面为同轴心的扇环形通孔组成，扇环形通孔均以管体10的轴线为轴心，且绕此轴线环状分布。高压管进口41，进口接头31，外管室14，出口接头32，高压管出口42组成高压管通路，外管12流通高压介质，高压介质从高压管进口41进入，通过进口接头31进入到外管室14，再通过出口接头32，从高压管出口42流出。

低压管进口21，内管室13，低压管出口22，组成低压管通路，内管11流通低压介质。

管体10一体成型。进口接头31与高压管进口41无缝焊接。出口接头32与高压管出口42无缝焊接。

进口接头31与出口接头32沿管体10的轴线方向，存在夹角α，夹角α为0度～360度，夹角α根据空调内部零部件的布置可以是任意角度。

在汽车空调中，冷凝器出口高压管路和蒸发器出口低压管路都暴露在高温的发动机舱环境中(理论上高压管路温度70℃左右，低压管路温度5℃左右，发动机舱温度80～100℃)，工作时，内管11和外管12的制冷剂质量流量相同，但外管12内的制冷剂处于液态，内管11内制冷剂处于气态，以汽车空调普遍使用的R134a制冷剂为例，两者密度相差71倍左右，内管11内制冷剂的流速是外管12内制冷剂流量流速的16倍左右，由于压力损失△P与压力损失因子ζ和制冷剂流速v在△P＝ζv²/2关系(ρ为制冷剂密度)，在压力损失因子ζ相同的情况下，内管11内的压力损失要远远大于外管12产生的阻力。

本发明的一个实施例的内管室13的直径与低压管进口21的直径相同，且内管室13的直径与低压管出口22的直径也相同，可以将内管室13的压力损失系数ζ降到最低。为了弥补换热面积的不足，外管室14由多个横截面为同轴心的扇环形通孔组成，扇环形通孔均以管体10的轴线为轴心，且绕此轴线环状分布。并且将内管11和外管12一体化成型为管体10，这样外管室14的热量可以快速的通过外管12传递到内管室13，因此本发明可以将同轴管低压管通路的阻力降到最低，且整体的综合换热能力保持不变。

进口接头31内设有增压段311，增压段311上端与高压管进口41相连，且增压段311上端的直径与高压管进口41的直径相同，增压段311的下部与外管12的一端相连，且增压段311的下端的横截面积与外管室14的横截面积相同。在同轴管长度L为423mm，经CFD仿真验证当(d2-d1)/2h<0.1(d1为增压段311上端的直径，d2为增压段下端的直径，h为增压段的总长度)时，增压段311对降低高压管通路的阻力效果明显。本发明的一个实施例采用方案中(d2-d1)/2h＝0.053(d1为增压段311上端的直径，d2为增压段下端的直径，h为增压段的总长度)时，高压管通路比没有增压段311高压管通路的方案压力损失降低30％，而这种改变并没有影响整个同轴管的换热能力。因此本发明在不影响换热能力的同时可以大大降低同轴管高压管通路的阻力。

管体10的外部包裹有环状隔热层51。隔热层51由低导热系数的材料制成。一般隔热层51可以由EPDM发泡制造，其导热率约为0.2W/(m·K))，并在外表面覆盖金属膜。通过CFD仿真可知，有隔热层51的同轴管比无隔热层的同轴管性能大大加强。本发明的一个实施例中，同轴管长度L为423mm，隔热层51的外半径R3为14.5mm，内半径R2为10.5。以汽车空调普遍使用的R134a制冷剂为例：CFD仿真时，高压管进口41制冷剂为液态(温度50℃)，低压管进口21制冷剂为气态(温度为5℃)。由于实际工作过程中，内管11和外管12串联在一起，故通过内管11和外管12的制冷剂流量相等(设为100kg/h)。通过CFD模拟有隔热层51和无隔热层的同轴管在外表面被烤热到60℃时的换热效果。(为了简化问题，假设制冷剂不发生相变，除温度外其他物理量都保持入口状态)

CFD仿真结果如下

	出口温度(无隔热层)	出口温度(有隔热层)
			外管	57.8℃	45.6℃
内管	17.9℃	14.5℃

通过CFD仿真可知，在高温环境中隔热层51能大大降低高压的过冷度，进而能够提升空调的制冷效果；同时也能降低内管11的过热度，降低压缩机81的负荷，从而可以认为，在同轴管外表面做隔热处理可以有效的提高空调系统的制冷效率。

本发明还提供了一种空调系统，包括上述实施方式中的同轴管91；空调系统8还包括气液分离器85，压缩机81，冷凝器82，膨胀阀83和蒸发器84，气液分离器85的一端与低压管出口22相连，气液分离器85的另一端与压缩机81的一端相连，冷凝器82的一端与压缩机81的另一端相连，冷凝器82的另一端与高压管进口41相连，膨胀阀83的一端与高压管出口42相连，膨胀阀83的另一端与蒸发器84的一端相连，蒸发器84的另一端与低压管进口21相连。

本发明的同轴管可用在所有空调上，包括汽车空调、中央空调、家用空调、工程车空调、工程机械空调、以及与其相近的冷却模块，适用性比较强。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“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 (11)

1.一种同轴管，其特征在于，包括管体(10)，所述管体(10)包括内管(11)和外管(12)，所述内管(11)套在外管(12)内，并伸出外管(12)的两端；

所述外管(12)内设有外管室(14)；

所述外管(12)的一端设有进口接头(31)，所述进口接头(31)内设有增压段(311)，所述增压段(311)的上端设有高压管进口(41)，且所述增压段(311)上端的直径与所述高压管进口(41)的直径相同，所述增压段(311)的下端与外管(12)的一端相连，且所述增压段(311)的下端的横截面积与所述外管室(14)的横截面积相同，增压段(311)靠近所述高压管进口(41)一端的直径为d1，增压段(311)靠近所述外管室(14)一端的直径为d2，增压段(311)的总长度为h，满足(d2-d1)/2h<0.1；

所述外管(12)的另一端设有出口接头(32)，所述出口接头(32)与所述进口接头(31)具有相同的结构，所述出口接头(32)上端设有高压管出口(42)，所述高压管出口(42)与所述高压管进口(41)具有相同的结构。

2.根据权利要求1所述的同轴管，其特征在于，所述内管(11)的一端设置有低压管进口(21)，所述内管(11)的另一端设置有低压管出口(22)，所述内管(11)内还设有内管室(13)，所述内管室(13)的直径与所述低压管进口(21)和所述低压管出口(22)的直径两两相同。

3.根据权利要求1所述的同轴管，其特征在于，所述外管室(14)由多个横截面为同轴心的扇环形通孔组成，所述扇环形通孔均以管体(10)的轴线为轴心，且绕此轴线环状分布。

4.根据权利要求2所述的同轴管，其特征在于，所述内管(11)流通低压介质，所述外管(12)流通高压介质，高压介质从高压管进口(41)进入，通过进口接头(31)进入到外管室(14)，再通过出口接头(32)，从高压管出口(42)流出。

5.根据权利要求1所述的同轴管，其特征在于，所述管体(10)一体成型。

6.根据权利要求1所述的同轴管，其特征在于，所述进口接头(31)与所述高压管进口(41)无缝焊接。

7.根据权利要求1所述的同轴管，其特征在于，所述出口接头(32)与所述高压管出口(42)无缝焊接。

8.根据权利要求1所述的同轴管，其特征在于，所述进口接头(31)与出口接头(32)沿管体(10)的轴线方向，存在夹角α，所述夹角α为0度～360度。

9.根据权利要求1所述的同轴管，其特征在于，所述管体(10)的外部包裹有环状隔热层(51)。

10.根据权利要求9所述的同轴管，其特征在于，所述隔热层(51)由低导热系数的材料制成。

11.一种空调系统，其特征在于，包括：

同轴管(91)，所述同轴管(91)为根据权利要求1-10中任一项所述的同轴管；

所述空调系统还包括气液分离器(85)，压缩机(81)，冷凝器(82)，膨胀阀(83)和蒸发器(84)，所述气液分离器(85)的一端与低压管出口(22)相连，所述气液分离器(85)的另一端与压缩机(81)的一端相连，冷凝器(82)的一端与压缩机(81)的另一端相连，所述冷凝器(82)的另一端与高压管进口(41)相连，所述膨胀阀(83)的一端与高压管出口(42)相连，所述膨胀阀(83)的另一端与蒸发器(84)的一端相连，所述蒸发器(84)的另一端与低压管进口(21)相连。

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