CN116123915A - 混流器、换热器及气体调节设备 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种混流器、换热器及气体调节设备，其中，换流器在流体通道内设置有正对流体进口设置的混流板，气液两相的流体通过流体出口进入混流器后，高速的流体撞击在混流板上并向四周散去，撞击过程中，液体分分散为更小的液态分子团，与气态分子团相互混合，再经过混流板的周外侧与出液结构之间的间隙进行进一步地压缩混合，使得气液两相的流体从分布不均匀转换成成分均匀的流体，进而进入换热器中进口集管的流体气液分布均匀，换热更均匀的同时避免了液体过多的流道，液体蒸发后堵塞通道，也造成传热恶化的现象，本申请的混流器混合进入进口集管前的两相冷却介质，有效地解决了换热器不均匀，换热效果差的问题。

Description

混流器、换热器及气体调节设备

技术领域

本申请涉及换热器的技术领域，尤其涉及一种混流器、换热器及气体调节设备。

背景技术

板式换热器是由一系列具有一定波纹形状的金属片叠装而成的一种高效换热器。各种板片之间形成换热通道，通过板片进行热量交换。板式换热器是液—液、液—汽进行热交换的理想设备。它具有换热效率高、热损失小、结构紧凑轻巧、占地面积小、应用广泛、使用寿命长等特点。在相同压力损失情况下，其传热系数比管式换热器高3-5倍，占地面积为管式换热器的三分之一，热回收率可高达90％以上。

现有板式换热器拥有一个进口集管，通过集管上的各个分配孔进入并联的不同流道中进行换热。由于板式换热器的各分配孔与进口集管之间的距离不均匀，当气液两相的冷却介质在运转中也存在气液分离的现象，导致冷却介质在进入板式换热器进口集管后，分配到各流道的气液两相流体存在着严重的不均匀现象，液体少的流道出现制冷剂“蒸干”现象，传热急剧恶化，液体过多的流道，液体蒸发后堵塞通道，也造成传热恶化，使得换热器整体性能显著下降。

发明内容

本申请提供了一种混流器、换热器及气体调节设备，用于混合进入进口集管前的两相冷却介质，以解决换热器各流道间气液分布不均匀，换热效果差的问题。

第一方面，本申请提供了一种混流器，包括：进液结构、出液结构和混流结构，进液结构包括流体进口；出液结构包括流体出口，进液结构与出液结构围成流体通道，流体出口与换热器连通；混流结构包括混流板，混流板正对流体进口设置于流体通道内，混流板的周外侧与出液结构间隙配合。

进一步地，混流结构还包括块体，块体与混流板远离流体进口的一侧固定连接，在块体与出液结构的内壁之间形成第一混流间隙。

进一步地，沿流体通道靠近流体出口的方向，第一混流间隙的横截面积逐渐减小。进一步地，沿流体通道靠近所述流体出口的方向，块体的横截面积逐渐减小，块体与出液结构的内壁之间的距离不变。

进一步地，块体与出液结构均为回转体结构。

进一步地，混流结构还包括筒形段，筒形段与块体远离混流板的一端固定相连，筒形段外侧与出液结构的内壁形成第二混流间隙，筒形段上设置有流体过孔，筒形段的内壁与流体出口连通。

进一步地，筒形段远离块体的一端与出液结构的底壁相抵，或者，筒形段远离块体的一端与出液结构的底壁固定连接。

进一步地，筒形段远离块体的一端与出液结构的底壁形成第三混流间隙。

进一步地，进液结构还包括盖板，混流结构远离流体出口的一端设置有安装开口，盖板伸入安装开口，盖板与安装开口固定连接。

进一步地，进液结构还包括连接柱，连接柱分别与混流板以及盖板固定连接。

进一步地，流体进口、盖板、连接柱、混流板、块体以及筒形段为一体结构。

第二方面，本申请提供了一种换热器，换热器包括进口集管和混流器，混流器为上述的混流器，混流器的流体出口与进口集管连通。

第三方面，本申请提供了一种气体调节设备，气体调节设备包括上述的换热器。

本申请提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：

本申请提供的一种混流器、换热器及气体调节设备，其中，混流器包括：进液结构、出液结构和混流结构，进液结构包括流体进口；出液结构包括流体出口，进液结构与出液结构围成流体通道，流体出口与换热器连通；混流结构包括混流板，混流板正对流体进口设置于流体通道内，混流板的周外侧与出液结构间隙配合。气液两相的流体通过流体出口进入混流器中，高速的流体撞击在混流板上并向四周散去，撞击过程中，液体分分散为更小的液态分子团，与气态分子团相互混合，再经过混流板的周外侧与出液结构之间的间隙进行进一步地压缩混合，使得气液两相的流体从分布不均匀转换成成分均匀的流体，进而进入换热器中进口集管的流体气液分布均匀，散热器各流道间气液成分相同，换热更均匀的同时避免了液体过多的流道，液体蒸发后堵塞通道，也造成传热恶化的现象，本申请的混流器混合进入进口集管前的两相冷却介质，有效地解决了换热器不均匀，换热效果差的问题。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了本申请实施例提供的一种混流器的主视示意图；

图2示出了图1混流器的俯视示意图；

图3示出了图1混流器的仰视示意图；

图4示出了图1混流器沿A-A方向的剖视示意图的俯视示意图；

图5示出了图1混流器沿B-B方向的剖视示意图的俯视示意图。

其中，上述附图包含如下的附图标记：

10、进液结构；11、流体进口；12、盖板；13、连接柱；20、出液结构；21、流体出口；22、安装开口；30、混流结构；31、混流板；32、块体；33、筒形段；331、流体过孔；41、第一混流间隙；42、第二混流间隙。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位旋转90度或处于其他方位，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

如图1至图5所示，第一方面，本申请实施例提供了一种混流器，包括：进液结构10、出液结构20以及混流结构30，进液结构10包括流体进口11；出液结构20包括流体出口21，进液结构10与出液结构20围成流体通道，流体出口21与换热器连通；混流结构30包括混流板31，混流板31正对流体进口11设置于流体通道内，混流板31的周外侧与出液结构20间隙配合。气液两相的流体通过流体出口进入混流器中，高速的流体撞击在混流板31上并向四周散去，撞击过程中，液体分分散为更小的液态分子团，与气态分子团相互混合，再经过混流板31的周外侧与出液结构20之间的间隙进行进一步地压缩混合，使得气液两相的流体从分布不均匀转换成成分均匀的流体，进而进入换热器中进口集管的流体气液分布均匀，散热器各流道间气液成分相同，换热更均匀的同时避免了液体过多的流道，液体蒸发后堵塞通道，也造成传热恶化的现象，本申请的混流器混合进入进口集管前的两相冷却介质，有效地解决了换热器不均匀，换热效果差的问题。

需要说明的是，在一些可选的实施例中，为了避免部分流体聚集或者滞留在混流板31上，可以将混流板31设置为中间凸起的结构，凸起高度较低，在高速流体冲击下能够带动流体滑落即可。

如图4所示，在本实施例的技术方案中，混流结构30还包括块体32，块体32与混流板31远离流体进口11的一侧固定连接，在块体32与出液结构20的内壁之间形成第一混流间隙41。第一混流间隙41用于混合后的两相流体流动，第一混流间隙41的空间体积远小于混流板31与进液结构10之间的空间，在部分液体变为占比空间更大的液态分子团后，两相流体的体积增大，流动性变强，此时从大空间转移至小空间后，流体的流速增大，流速增大两相流体的混合程度增大，并且流体的流动速度得到增加，进而因为混流板31设置导致流体的减速得到了加速，并且增大压力和流体流速加快的也便于对换热器得到更好的散热效果。需要说明的是，设置块体32时，混流板31可以是块体32面向流体进口11一侧的面，可以是平面或者曲面。

如图4所示，在本实施例的技术方案中，沿流体通道靠近流体出口21的方向，第一混流间隙41的横截面积逐渐减小。这样的设置一方面使得两相流体进一步地混合，液态分子团和气态分子或者气态分子团之间的间距减小，混合程度更高，两相流体的气液分布更均匀；同时还进一步地增加了流体的流动速度，以更好的适应换热器对流体的需求，进而提高换热的效果和换热的效率。

如图4所示，在本实施例的技术方案中，沿流体通道靠近所述流体出口21的方向，块体32的横截面积逐渐减小，块体32与出液结构20的内壁之间的距离不变。即出液结构20的内壁与块体32的侧壁同时伸缩，两者之间始终保持相同的间距。这样设置的目的在于两相流体在第一混流间隙41内流动方向一直，通过流动方向上的体积压缩，使得流体进一步混合，流动速度相同，避免了内部流体运动混乱，部分流体滞留在第一混流间隙41内，使得混流器出现堵塞损坏的可能性。

如图3所示，在本实施例的技术方案中，块体32与出液结构20均为回转体结构。回转体的设置能够更好的进行装配，并且圆锥面的配合更好控制块体32与出液结构20的内壁之间的距离，两者安装时同轴即可。需要说明的是，圆锥面或者斜面的设置对于液态分子团有导向作用，在重力作用下以及气态分子团的吹动下，即使部分液态分子团粘着在圆锥面或者斜面上，也能够逐渐向下方滑动，最终混合。在一些可选的实施例中，块体32与出液结构20还可以设置成多面体，比如侧面为三角面的椎体等。

如图4所示，在本实施例的技术方案中，混流结构30还包括筒形段33，筒形段33与块体32远离混流板31的一端固定相连，筒形段33外侧与出液结构20的内壁形成第二混流间隙42，筒形段33上设置有流体过孔331，筒形段33的内壁与流体出口21连通。筒形段33的设置用于加速流体的缓冲与转向，以便于从横置的流体过孔331中流出。两相流体穿过流体过孔331后通过流体出口21进入换热器内，流体过孔331能够进行进一步的压缩加速以及混合，使得进入换热器内的两相流体具有较高的流速和混合度。需要说明的是，流体过孔331的形状可以的三角形、圆形、椭圆形等，流体过孔331为多个，沿竖直方向依次排布多列，多列流体过孔331环绕设置于筒形段33的壁面上。需要说明的是，第二混流间隙42能够提供高速流体的缓冲空间，另一方面还能够进一步分散高速流体从各流体过孔331中流出，这样流出的两相流体才能够更加的稳定，混合更加均匀。

如图4所示，在本实施例的技术方案中，筒形段33远离块体32的一端与出液结构20的底壁相抵，或者，筒形段33远离块体32的一端与出液结构20的底壁固定连接。相抵的设置能够限制两相流体不会从筒形段33的底部溢出，从而提高两相流体的混合程度，减少未混合的流体占有量，固定连接的设置原理相同。固定连接的方式可以选择焊接或者设置密封圈等。

在一个可选择的实施例中，筒形段33远离块体32的一端与出液结构20的底壁形成第三混流间隙。形成第三混流间隙的作用与流体过孔331相同，进一步混合两相流体以及给两相流体加速。第三混流间隙可以由流体过孔331与出液结构20的底壁形成，也可在筒形段33远离块体32的一端设置具有间隔的支柱，支柱与出液结构20的底壁固定连接，相邻支柱间的间隔即是第三混流间隙。

如图2和图4所示，在本实施例的技术方案中，进液结构10还包括盖板12，混流结构30远离流体出口21的一端设置有安装开口22，盖板12伸入安装开口22，盖板12与安装开口22固定连接。盖板12与安装开口22固定连接用于密封进液结构10和出液结构20之间的间隙，固定连接方式可以选择焊接或者设置采用密封件进行密封处理。盖板12的设置便于固定连接的同时，更适应于两相流体穿过流体进口11撞击混流板31后的体积增大的情况，这样能够避免直接压缩两相流体导致液态分子团占比增大，进而堵塞混流器。此外盖板12与安装开口22之间的焊接更便利，焊接位置远离流体进口11的，进而对流体进口11处的尺寸大小影响较小，更利于换热器的运行稳定。

如图2、图4和图5所示，在本实施例的技术方案中，进液结构10还包括连接柱13，连接柱13分别与混流板31以及盖板12固定连接。连接柱13的设置用于连接混流板31以及盖板12，保证连接的稳定性，另一方面进行进液结构10的装配时用于控制盖板12与混流板31之间的距离。需要说明的是，连接柱13具体可以是圆柱体或者棱柱体，圆柱体或者棱柱体对流体流动的影响较小，并且能够起到一定的分流作用，使得混合更加均匀。连接柱13可以设置为多个，多个连接柱13环绕设置，这样连接更加稳定，效果更好。具体连接柱13设置为8个，环绕混流板31轴线设置，这样组合的支撑作用更佳。

如图4所示，在本实施例的技术方案中，流体进口11、盖板12、连接柱13、混流板31、块体32以及筒形段33为一体结构。这样的设置使得结构更加紧凑，避免了多级焊接的工序复杂化，并且在装配时，将整个进液结构10带动混流结构30插入到出液结构20中，通过筒形段33与出液结构20的底壁相抵实现竖直方向上的定位，通过盖板12与安装开口22的配合实现水平方向上的定位，再将盖板12与安装开口22固定连接在一起即可。

需要说明的是，本申请实施例针对气液两相流在流动过程中发生气液分离，而换热器流道，尤其是板式换热器的流道是存在前后关系的并联流道，气液分离将导致大部分液体流入靠近入口的流道，远离入口的流道液体较少，从而导致靠近入口的流道出现上述的堵塞问题，远离入口的流道出现“蒸干”问题，换热器整体性能显著下降。本申请实施例针对上述问题设计了一种用于换热器尤其是板式换热器进口集管前的混流器。

在本实施例的技术方案中，混流器由进液结构10、出液结构20以及混流结构30。其中进液结构10通过将盖板12的侧壁面与出液结构20安装开口22的内表面焊接，实现密封固定。混流结构30与出液结构20的内壁之间装配后形成360°贯通流道。

在本实施例的技术方案中，进液结构10包括流体进口11、盖板12和连接柱13，混流结构30包括混流板31、块体32以及筒形段33，流体进口11连接上游管路，起输送流体的作用。盖板12起密封作用，连接柱13连接盖板12与混流板31起加强作用，连接柱13采用流线型结构，减小流动阻力，不限定于圆柱形。混流板31，起初步混流作用。第一混流间隙41呈渐缩状，为360°贯通，起加速混合流体的作用。筒形段33上设置有流体过孔331起出液作用。

在本实施例的技术方案中，出液结构20包括安装开口22、内壁以及底壁，底壁与内壁之间呈90度角，底壁上设置有流体出口21，内壁与块体32装配后形成第一混流间隙41，同时起到加强作用。底壁改变流体流动方向，使两相流体在筒形段33的外围进一步混合。流体出口21连接换热器进口集管，将高度混匀的气液两相流体输送到换热器。

在本实施例的技术方案中，制冷剂由流体进口11进入混流器，高速制冷剂垂直撞击到混流板31上，呈放射状向四周流动，气液完成初步混合。流经连接柱13，进入靠近第一混流间隙41内。第一混流间隙41为360度贯通结构，沿流动方向，第一混流间隙41的截面积逐渐减小，气液两相流体流速逐渐增大，两相制冷剂在分流道内继续混合流动，气液两相流体的流型改变，发展为雾状流，混合均匀性提高。气液两相流体从第一混流间隙41流出后，进入筒形段33的周围区域，撞击到出液结构20的底壁后改变流动方向，通过流体过孔331实现最终混合后进入流体出口21。

在本实施例的技术方案设计了垂直撞击式混合方式，完成气液的初步混合；并且沿流体流动方向，第一混流间隙41截面逐渐缩小，使流体加速，改变气液流型，提高混合均匀性；出液结构20的底壁以及筒形段33的设计，改变了两相流体的流动方向，由流体过孔331流到流体出口21，为换热器提供高度混合的气液两相流。本实施例的混流器能够使气液两相流体充分混合，结构简单可靠，阻力小，没有细小结构，不存在堵塞问题，可加工性好，具有实际应用价值。

第二方面，本申请实施例提供了一种换热器，换热器包括进口集管和混流器，混流器为上述的混流器，混流器的流体出口与进口集管连通。使用上述混流器的换热器，冷却剂进入换热器的进口集管时，不会存在气液两相的冷却介质处于气液分离的现象，避免了冷却介质在进入板式换热器进口集管后，分配到各流道的气液两相流体存在着严重的不均匀现象，液体少的流道出现制冷剂“蒸干”现象，传热急剧恶化，液体过多的流道，液体蒸发后堵塞通道，也造成传热恶化，使得换热器整体性能显著下降。这样的换热器故障率更低，使用寿命得以延长。换热器具体可以为板式换热器，板式换热器的板片之间形成换热通道，通过板片进行热量交换。板式换热器是液—液、液—汽进行热交换的理想设备。它具有换热效率高、热损失小、结构紧凑轻巧、占地面积小、应用广泛、使用寿命长等特点。

第三方面，本申请实施例提供了一种气体调节设备，气体调节设备包括上述的换热器。气体调节设备包括空调器、新风装置。使用上述的换热器，换热效果好，换热器的损坏率更低，使用者的体验更好。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

以上仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种混流器，其特征在于，包括：

进液结构(10)，所述进液结构(10)包括流体进口(11)；

出液结构(20)，所述出液结构(20)包括流体出口(21)，所述进液结构(10)与所述出液结构(20)围成流体通道，所述流体出口(21)与换热器连通；

混流结构(30)，所述混流结构(30)包括混流板(31)，所述混流板(31)正对所述流体进口(11)设置于所述流体通道内，所述混流板(31)的周外侧与所述出液结构(20)间隙配合。

2.根据权利要求1所述的混流器，其特征在于，所述混流结构(30)还包括块体(32)，所述块体(32)与所述混流板(31)远离所述流体进口(11)的一侧固定连接，在所述块体(32)与所述出液结构(20)的内壁之间形成第一混流间隙(41)。

3.根据权利要求2所述的混流器，其特征在于，沿所述流体通道靠近所述流体出口(21)的方向，所述第一混流间隙(41)的横截面积逐渐减小。

4.根据权利要求3所述的混流器，其特征在于，沿所述流体通道靠近所述流体出口(21)的方向，所述块体(32)的横截面积逐渐减小，所述块体(32)与所述出液结构(20)的内壁之间的距离不变。

5.根据权利要求4所述的混流器，其特征在于，所述块体(32)与所述出液结构(20)均为回转体结构。

6.根据权利要求2所述的混流器，其特征在于，所述混流结构(30)还包括筒形段(33)，所述筒形段(33)与所述块体(32)远离所述混流板(31)的一端固定相连，所述筒形段(33)外侧与所述出液结构(20)的内壁形成第二混流间隙(42)，所述筒形段(33)上设置有流体过孔(331)，所述筒形段(33)的内壁与所述流体出口(21)连通。

7.根据权利要求6所述的混流器，其特征在于，所述筒形段(33)远离所述块体(32)的一端与所述出液结构(20)的底壁相抵，或者，所述筒形段(33)远离所述块体(32)的一端与所述出液结构(20)的底壁固定连接。

8.根据权利要求6所述的混流器，其特征在于，所述筒形段(33)远离所述块体(32)的一端与所述出液结构(20)的底壁形成第三混流间隙。

9.根据权利要求6所述的混流器，其特征在于，所述进液结构(10)还包括盖板(12)，混流结构(30)远离所述流体出口(21)的一端设置有安装开口(22)，所述盖板(12)伸入所述安装开口(22)，所述盖板(12)与所述安装开口(22)固定连接。

10.根据权利要求9所述的混流器，其特征在于，所述进液结构(10)还包括连接柱(13)，所述连接柱(13)分别与所述混流板(31)以及所述盖板(12)固定连接。

11.根据权利要求10所述的混流器，其特征在于，所述流体进口(11)、所述盖板(12)、所述连接柱(13)、所述混流板(31)、所述块体(32)以及所述筒形段(33)为一体结构。

12.一种换热器，其特征在于，所述换热器包括进口集管和混流器，所述混流器为权利要求1至11中任一项所述的混流器，所述混流器的流体出口与所述进口集管连通。

13.一种气体调节设备，其特征在于，所述气体调节设备包括如权利要求12所述的换热器。

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