CN111780255A - 一种空调器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种空调器，应用于换热回路上的换热器包括扁管和分配器，分配器用于将气液两相制冷剂均匀分配至多个扁管内，分配器内形成有喷流腔和回流腔，制冷管路中的制冷剂喷流入喷流腔内并在喷流腔内加速流动形成离散泡状流，喷流腔内的制冷剂喷流入扁管内，喷流腔内未喷流入扁管内的制冷剂回流至回流腔、再回流至喷流腔进入下一流动循环。该分配器能够实现变工况下，两相制冷剂在同一流程不同扁管内部的均匀分配，提高换热器的换热效果，进而提高空调器整体的换热效果。

Description

一种空调器

技术领域

本发明涉及制冷设备技术领域，尤其涉及一种制冷剂分流均匀的空调器。

背景技术

目前，热泵型空调是经常使用的一种冷暖空调。在夏季制冷时，空调在室内制冷，室外散热，而在冬季制热时，方向同夏季相反，即室内制热，室外制冷。空调通过热泵在不同环境之间进行冷热交换。比如在冬季，室外的空气、地面水、地下水等等就是低温热源，而室内空气就是高温热源，热泵式空调制热的作用就是把室外环境的热量输送到室内环境里。

参照图1所示，示出了现有技术中一种热泵的制热循环原理图。该热泵包括：蒸发器1、压缩机2、冷凝器3、膨胀阀4和四通换向阀C。该热泵制热的具体工作过程为：首先，蒸发器1内低压两相制冷剂(液相制冷剂和气相制冷剂的混合体)从低温环境吸收热量；经压缩机2吸入后被压缩为高温高压的气体制冷剂；然后，高温高压的气体制冷剂在冷凝器3将热能释放给室内环境，同时自身温度降低；最后，经过膨胀阀机构4节流，变为低温低压的两相制冷剂，再次进入蒸发器1，重复上述循环的制热过程。本文所述换热器包括上述蒸发器1和冷凝器3。

热泵空调通过该四通换向阀C来改变工况模式。在夏季制冷工况下，室内换热器作为蒸发器1，室外热交换器作为冷凝器3。室内空气经过蒸发器1表面被冷却降温，达到使室内温度下降的目的，通过冷凝器3将热量输送到室外。冬季供热的时候，转换四通换向阀C阀块的位置，使制冷剂的流向发生转换，此时，制冷剂通过室外换热器吸收环境中的热量，并向室内环境放热，实现制热的目的。

蒸发器1是输出冷量的设备，它的作用是使经膨胀阀4流入的制冷剂液体蒸发，以吸收被冷却物体的热量，达到制冷的目的。冷凝器3是输出热量的设备，从蒸发器1中吸收的热量连同压缩机2消耗功所转化的热量在冷凝器3中被冷却介质带走，达到制热的目的。蒸发器1和冷凝器3是空调热泵机组中进行热量交换的重要部分，其性能的好坏将会直接影响到整个系统的性能。

相比翅片管换热器，微通道换热器在材料成本、制冷剂充注量和热流密度等方面具有显著优势，符合换热器节能环保的发展趋势。微通道换热器包括扁管、翅片、分配器等部件。微通道换热器用作蒸发器时，当气液两相制冷剂从分配器的内腔进入多根扁管时，由于气相和液相的密度与粘度存在差异，流动的制冷剂容易在重力和粘性力作用下发生分离，导致进入多根扁管的制冷剂不均匀。特别是插片式微通道换热器，分配器设计成竖直或者竖直倾斜的安装方向，使得分流难度增大。制冷剂不均匀不仅恶化换热效率，而且会引起制冷系统的波动。因此，实现两相制冷剂在同一流程不同扁管内部的均匀分配是一个重要课题。

传统的解决方案是在分配器内设置带分流孔的隔板，通过缩小流通截面积提升制冷剂流速，进而增加气液相制冷剂的混合程度，提高流动过程的均匀性。然而，受到风机风量、环境工况、压缩机转速等因素影响，经过分流孔的制冷剂流量出现变化。显然，分流隔板难以适应变流量条件的制冷剂分配需求。

发明内容

本申请一些实施例中，提供了一种空调器，空调器的换热回路用于进行室内与室外的热量交换，换热回路上设有换热器，换热器包括分配器和多个扁管，扁管内流通制冷剂，通过对分配器进行结构改进，以实现分配器能够将制冷剂均匀分配至多个扁管内，进而提高换热器和空调器的换热效果。

本申请一些实施例中，分配器内形成有喷流腔和回流腔，制冷管路中的制冷剂喷流入喷流腔内并在喷流腔内加速流动形成离散泡状流，喷流腔内的制冷剂喷流入扁管内，喷流腔内未喷流入扁管内的制冷剂回流至回流腔、再经回流腔回流至喷流腔进入下一流动循环。

通过喷流腔对制冷剂的加速和混合作用，使制冷剂成为气液混合均匀的离散泡状流，从而实现制冷剂在扁管内的均匀分配，提高换热器的换热效果，进而提高空调器整体的换热效果。

本申请一些实施例中，喷流腔和回流腔的具体结构设置如下：

所述喷流腔的一端设有喷流孔，所述喷流孔将所述喷流腔与用于流通制冷剂的制冷管路连通；

所述喷流腔的一端设有第一回流孔，所述喷流腔的另一端设有第二回流孔，所述第一回流孔和所述第二回流孔均用于将所述喷流腔与所述回流腔连通；

所述制冷管路中的制冷剂经所述喷流孔喷流入所述喷流腔内、并沿所述喷流腔的长度方向由所述喷流腔的一端向另一端加速流动形成离散泡状流，所述喷流腔内的制冷剂喷流入所述扁管内，所述喷流腔内未喷流入所述扁管内的制冷剂经所述第一回流孔回流至所述回流腔、再经所述第二回流孔回流至所述喷流腔进入下一流动循环。

本申请一些实施例中，所述喷流腔沿其长度方向上设有多个分流孔，多个所述扁管的入流口与多个所述分流孔一一正对，以使从喷流腔流出的制冷剂能够正对地进入扁管内，有助于进一步提高均流效果。

本申请一些实施例中，所述分流孔与所述扁管的入流口的大小相同，以进一步提高分配器的均流效果。

本申请一些实施例中，所述分流孔与所述扁管的入流口贴近，以进一步提高分配器的均流效果。

本申请一些实施例中，沿制冷剂的流动方向，第二回流孔位于喷流孔的下游方向上。

本申请一些实施例中，所述分配器内形成有入流腔，所述分配器上设有用于与所述制冷管路连接的管路接口，便于制冷管路与分配器的连接。

所述喷流孔将所述入流腔和所述喷流腔连通，所述制冷管路中的制冷剂流入所述入流腔内、再经所述喷流孔喷流入所述喷流腔内。

入流腔对制冷剂起到汇集的作用，使制冷剂在入流腔内能够进行预混合，在一定程度上也有助于提高制冷剂的均匀分配。

本申请一些实施例中，所述分配器内还形成有分流腔，所述扁管插设入所述分流腔内，所述扁管的入流口位于所述分流腔内。

分流腔一方面起到便于扁管安装的作用，另一方面，分流腔内的压力小于喷流腔内的压力，扁管的入流口位于分流腔内，可保证所有的扁管的入流口处能够获得相同的制冷剂流速、干度、湿度等，从而进一步保证制冷剂能够被均匀分配。

本申请一些实施例中，所述扁管上设有限位止挡结构，所述限位止挡结构与设于所述分流腔侧壁上的插口配合以限制所述扁管插入所述分流腔内的深度。

本申请一些实施例中，所述分流腔、所述喷流腔以及所述回流腔依次布设，所述入流腔设于所述分流腔、所述喷流腔以及所述回流腔的下部，实现紧凑小型化设计，便于加工。

本申请一些实施例中，所述分流腔、所述喷流腔、所述回流腔以及所述入流腔之间通过隔板分隔开，其中，分流腔与喷流腔之间的隔板上设有分流孔，喷流腔与回流腔之间的隔板上设有第一回流孔和第二回流孔，入流腔与喷流腔之间的隔板上设有喷流孔。

本申请对喷流孔和喷流腔的大小做了进一步研究，以期通过参数设计，进一步提高制冷剂的均匀分配效果。

本申请一些实施例中，所述喷流孔的直径

，其中，X为形成离散泡状流的临界管径，N为所述分配器所连接的所述扁管的数量。

本申请一些实施例中，所述喷流腔的水力直径

，其中，Y为所述喷流腔填满液态制冷剂的临界水力直径。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术空调器的原理示意图；

图2为根据实施例的分配器的结构示意图；

图3为根据实施例的分配器的剖视图；

图4为根据实施例的分配器与传统分配器的均流性能对比数据表；

图5为根据实施例的分配器与传统分配器的均流性能对比图。

附图标记：

1-蒸发器，2-压缩机，3-冷凝器，4-膨胀阀，5-四通换向阀；

10-分配器，11-喷流腔，12-回流腔，13-分流腔，14-入流腔，15-喷流孔，16-分流孔，17-第一回流孔，18-第二回流孔，19-管路接口；

20-扁管。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“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申请和简化描述，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申请的限制。

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。在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本申请的描述中，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申请中的具体含义。

本实施例中的空调器包括换热回路，用于进行室内与室外的热量交换，以实现空调器对室内温度的调节。

换热回路可采用现有技术图1中所示的换热原理，也即，换热回路包括蒸发器1、压缩机2、冷凝器3、膨胀阀4以及四通换向阀C，蒸发器1和冷凝器3内的制冷剂相变过程相反，将蒸发器1和冷凝器3统称为换热器。

本发明的目的之一在于对换热器进行结构改进，提高制冷剂在换热器内的均衡分配，提高换热器的换热效果，进而提高空调器整体的换热效果。

参照图2和图3，本实施例中的换热器包括有若干等距排布的扁管20、翅片（未图示）以及分配器10。

扁管20内形成有多个用于流通制冷剂的微通道，翅片设于相邻的两个扁管20之间，流经翅片的空气流动方向与流经扁管20的制冷剂的流动方向相互垂直，通过散热翅片和空气流带走扁管20内制冷剂释放的热量/冷量。

扁管20采样多孔微通道铝合金，翅片为表面具有钎焊复合层的铝合金，质量轻、换热效率高。

分配器10用于将气液两相制冷剂均匀分配至多个扁管20内，分配器10内形成有喷流腔11和回流腔12。

喷流腔11是一个非常狭窄的通道，用于加速制冷剂流动和均匀混合气液两相流。

回流腔12用于收集喷流腔11中未进行分配的制冷剂，并将该部分制冷剂重新输入喷流腔11进入下一轮的加速、混合、分流。

制冷管路中的制冷剂喷流入喷流腔11内，制冷剂在喷流腔11内加速流动形成气液混合均匀的离散泡状流，喷流腔11内的制冷剂喷流入扁管20内，喷流腔11内未喷流入扁管20内的制冷剂回流至回流腔12、再经回流腔12回流至喷流腔11进入下一流动循环。

通过喷流腔11对制冷剂的加速和混合作用，使制冷剂成为气液混合均匀的离散泡状流，从而实现制冷剂在扁管20内的均匀分配，提高换热器的换热效果，进而提高空调器整体的换热效果。

并且，该均匀分配的效果不受分配器安装方位的影响，也即，该分配器10在水平、竖直或倾斜的安装方位下均可实现制冷剂均匀分配的效果。

本申请一些实施例中，参照图3，喷流腔11的一端设有喷流孔15，喷流孔15将喷流腔11与用于流通制冷剂的制冷管路连通。以图3所示方位，喷流孔15设于喷流腔11的底部。

喷流腔11的一端设有第一回流孔17，喷流腔11的另一端设有第二回流孔18，第一回流孔17和第二回流孔18均用于将喷流腔11与回流腔12连通。以图3所示方位，第一回流孔17设于喷流腔11靠上的位置处，第二回流孔18设于喷流腔11靠下的位置处。

图3中的箭头代表制冷剂的流动方向，制冷管路中的制冷剂经底部的喷流孔15喷流入喷流腔11内，制冷剂沿喷流腔11的长度方向由喷流腔11的一端向另一端加速流动形成离散泡状流，也即，制冷剂沿喷流腔11的长度方向由下向上流动。喷流腔11内的离散泡状流制冷剂喷流入扁管20内，实现扁管20内制冷剂的均匀分配。喷流腔11内未喷流入扁管20内的制冷剂经顶部的第一回流孔17回流至回流腔12、再经底部的第二回流孔18回流至喷流腔11进入下一流动循环。

从图3可以看出，第一回流孔17的位置高于最上部的扁管20的位置，第二回流孔18的位置低于最下部的扁管20的位置，将第一回流孔17和第二回流孔18分设于喷流腔11的两端，便于制冷剂的回流。

从第二回流孔18回流至喷流腔11的制冷剂位于喷流孔15的下游，这样，从喷流孔15喷流出的制冷剂对从第二回流孔18回流来的制冷剂起到一定的冲击作用，带动从第二回流孔18回流来的制冷剂一起在喷流腔11内加速流动而形成气液混合均匀的离散泡状流。

喷流孔15和第二回流孔18的孔径应做小，以对制冷剂形成喷流加速作用，而第一回流孔17的孔径应做大，以便于制冷剂的回流。

本申请一些实施例中，继续参照图3，喷流腔11沿其长度方向上设有多个分流孔16，多个扁管20的入流口与多个分流孔16一一正对，以保证从分流孔16喷流出的制冷剂能够正对地流入扁管20内，有助于提高制冷剂的均匀分配效果。

本申请一些实施例中，继续参照图3，分配器10内还形成有分流腔13，分流腔13的侧壁上设有供扁管20插入的插口（未标示），扁管20插设入分流腔内，分流腔13起到安装扁管20的作用。

插口与分流孔16正对，以保证扁管20插设安装到位后扁管20的入流口能够与分流孔16正对。

扁管20的入流口位于分流腔13内，分流腔13内的压力小于喷流腔11内的压力，使得所有的扁管20的入流口处能够获得相同的制冷剂流速、干度、湿度等，从而进一步保证制冷剂能够被均匀分配。

为了进一步提高制冷剂的均匀分配效果，分流孔16与扁管20的入流口贴近。

扁管20上可设置限位结构，比如止挡凸起，以保证扁管20插设安装到位后，扁管20的入流口能够位于分流腔13内、且与分流孔16贴近，便于安装。

同样为了进一步提高制冷剂的均匀分配效果，分流孔16与扁管20的入流口的大小相同。

若分流孔16大于扁管20的入流口，则会出现从分流孔16流出的制冷剂不能够全部进入扁管20内的情况；若分流孔16小于扁管20的入流口，则会出现扁管20内的部分微通道没有得到制冷剂的情况。这两种情况都会影响制冷剂的均匀分配效果。

本申请一些实施例中，继续参照图3，再结合图2，分配器10的底部形成有入流腔14，分配器10上设有用于与制冷管路连接的管路接口19，喷流孔15将入流腔14和喷流腔11连通。

制冷管路中的制冷剂流入入流腔14内、再经喷流孔15喷流入喷流腔11内。管路接口19的设置便于制冷管路与分配器10的连接。

入流腔14对制冷剂起到汇集的作用，使制冷剂在入流腔14内能够进行预混合，在一定程度上也有助于提高制冷剂的均匀分配。

参照图3，本实施例中的分流腔13、喷流腔11以及回流腔12依次布设，对制冷剂的回流、扁管的安装、制冷剂的均匀分配、制冷管路的安装等方面都起到了有益效果。同时实现了分配器10的紧凑小型化设计，便于加工。

本实施例对喷流孔15和喷流腔11的大小做了进一步研究，以期通过参数设计，进一步提高制冷剂的均匀分配效果。

参照图3，本申请一些实施例中，喷流孔15的直径

，其中，X为形成离散泡状流的临界管径（单位：mm），N为分配器10所连接的扁管20的数量。

其中，

，m为气液两相流的质量流量（单位：g/s）；a₁、a₂、a₃为待定系数。

待定系数a₁、a₂、a₃由制冷剂类型决定：当制冷剂为R32时，a₁、a₂、a₃依次为-0.00176、0.21386、2.00469；当制冷剂为R410A时，a₁、a₂、a₃依次为-0.00163、0.1984、1.86052；当制冷剂为R290时，a₁、a₂、a₃依次为-0.76483、0.90334、2.78336。

本申请一些实施例中，喷流腔11的水力直径

，其中，Y为喷流腔11填满液态制冷剂的临界水力直径（单位：mm）。

其中，

，m为气液两相流的质量流量（单位：g/s）；b₁、b₂、b₃为待定系数。

待定系数b₁、b₂、b₃由制冷剂类型决定：当制冷剂为R32时，b₁、b₂、b₃依次为-0.00232、0.28179、2.64141；当制冷剂为R410A时，b₁、b₂、b₃依次为2.12998、-0.87246、0.98644；当制冷剂为R290时，b₁、b₂、b₃依次为-0.030494、0.20734、2.86345。

对本实施例中的分配器10的均流性能进行测试。

采用各个扁管20的出口质量流量的不均匀度表征分配器10的均流性能。实验测量了质量流量为50g/s时，传统分配器与本实施例分配器10在水平、倾斜以及竖直安装时的均流性能，实验数据如图4所示。

从图4中可以看出，本实施例分配器10与传统分配器相比，分配器10的均流性能在水平安装方式下提升24%、在倾斜安装方式下提升27%、在竖直安装方式下提升34%，所以，本实施例分配器10在不同安装方式下的均流性能都远优于无整流的传统分配器。

图5显示了质量流量为50 g/s时，本实施例分配器10和传统分配器在不同安装方式下的质量流量不均匀度。从图5可以看到，在水平、倾斜、竖直这三种安装方式下，本实施例分配器10的不均匀度均明显小于传统分配器，也即，本实施例分配器10具有更好的均流性能。

在上述实施方式的描述中，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。

以上仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种空调器，包括：

换热回路，用于进行室内与室外的热量交换，所述换热回路上设有换热器；

其特征在于，所述换热器包括：

多个扁管，所述扁管内流通制冷剂；

分配器，用于将制冷剂均匀分配至多个所述扁管内，所述分配器内形成有喷流腔和回流腔，制冷管路中的制冷剂喷流入所述喷流腔内并在所述喷流腔内加速流动形成离散泡状流，所述喷流腔内的制冷剂喷流入所述扁管内，所述喷流腔内未喷流入所述扁管内的制冷剂回流至所述回流腔、再经所述回流腔回流至所述喷流腔进入下一流动循环。

2.根据权利要求1所述的空调器，其特征在于,

所述喷流腔的一端设有喷流孔，所述喷流孔将所述喷流腔与用于流通制冷剂的制冷管路连通；

所述喷流腔的一端设有第一回流孔，所述喷流腔的另一端设有第二回流孔，所述第一回流孔和所述第二回流孔均用于将所述喷流腔与所述回流腔连通；

所述制冷管路中的制冷剂经所述喷流孔喷流入所述喷流腔内、并沿所述喷流腔的长度方向由所述喷流腔的一端向另一端加速流动形成离散泡状流，所述喷流腔内的制冷剂喷流入所述扁管内，所述喷流腔内未喷流入所述扁管内的制冷剂经所述第一回流孔回流至所述回流腔、再经所述第二回流孔回流至所述喷流腔进入下一流动循环。

3.根据权利要求2所述的空调器，其特征在于,

所述喷流腔沿其长度方向上设有多个分流孔，多个所述扁管的入流口与多个所述分流孔一一正对。

4.根据权利要求3所述的空调器，其特征在于,

所述分流孔与所述扁管的入流口的大小相同。

5.根据权利要求3所述的空调器，其特征在于,

所述分流孔与所述扁管的入流口贴近。

6.根据权利要求2所述的空调器，其特征在于,

所述分配器内形成有入流腔，所述分配器上设有用于与所述制冷管路连接的管路接口，所述喷流孔将所述入流腔和所述喷流腔连通，所述制冷管路中的制冷剂流入所述入流腔内、再经所述喷流孔喷流入所述喷流腔内。

7.根据权利要求2所述的空调器，其特征在于,

所述分配器内还形成有分流腔，所述扁管插设入所述分流腔内，所述扁管的入流口位于所述分流腔内。

8.根据权利要求7所述的空调器，其特征在于,

所述分流腔、所述喷流腔以及所述回流腔依次布设。

9.根据权利要求2至8中任一项所述的空调器，其特征在于,

所述喷流孔的直径

，其中，X为形成离散泡状流的临界管径，N为所述分配器所连接的所述扁管的数量。

10.根据权利要求2至8中任一项所述的空调器，其特征在于,

所述喷流腔的水力直径

，其中，Y为所述喷流腔填满液态制冷剂的临界水力直径。

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