CN116164446A - 一种分流循环式控压蒸发器 - Google Patents

Abstract

一种分流循环式控压蒸发器，喷射阀将雾化制冷剂喷入集流管内腔，集流管下壁并联若干扁管A，扁管A另一端连接合气槽上壁，合气槽通过导流管连接集流管内腔喷射器远端；集流管上壁并联若干扁管B，扁管B另一端连接回气管。本发明通过在集气管下壁设置并联的扁管A和合气槽，形成分流支路，液态制冷剂由导流管进入合气槽，然后向上进入扁管A进行热交换，使液滴制冷剂得到汇集并在扁管A中蒸发气化，实现高效充分消化喷射器高速喷射的雾化制冷剂，提高蒸发器的制冷效率。

Description

一种分流循环式控压蒸发器

技术领域

本发明涉及制冷设备技术领域，具体为一种分流循环式控压蒸发器。

背景技术

制冷设备的蒸发器中常用微通道铝扁管作为制冷剂流动吸热的通道，扁管外侧贴靠翅片，强制对流空气与翅片发生热交换，进而将制冷剂的冷量散逸到环境中。现有的喷射制冷蒸发器有以下缺点：喷射器中高速喷射出的雾化制冷剂如果雾化颗粒不够细化，含有较大的液体颗粒，大颗粒液滴没有来得及在扁管中蒸发气化，就被压缩机直接通过回流管吸走，造成制冷效果受到影响，制冷效率不高；另一方面，如果喷射器喷射的雾化制冷剂内碰到集流管内扁管突出的端头收到阻碍，就会积聚出现液滴，液滴状态的制冷剂无法顺畅进入扁管中顺利气化吸热，而是聚集在集流管下部，造成局部低温，局部低温的冷量无法正常散逸，也会造成蒸发器整体换热效率受到影响。由此，如何解决喷射制冷过程中的液态制冷剂能快速充分的蒸发吸热，提高蒸发器的制冷速度，提高制冷效率是本领域技术人员需要改进和解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种分流循环式控压蒸发器，通过在集气管下壁设置并联的扁管A和合气槽，形成分流支路，液态制冷剂由导流管进入合气槽，然后向上进入扁管A进行热交换，使液滴制冷剂得到汇集并在扁管A中蒸发气化，实现高效充分消化喷射器高速喷射的雾化制冷剂，提高蒸发器的制冷效率。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种分流式控压蒸发器，喷射阀将雾化制冷剂喷入集流管内腔，集流管下壁并联若干扁管A，扁管A另一端连接合气槽上壁，合气槽通过导流管连接集流管内腔喷射器远端；集流管上壁并联若干扁管B，扁管B另一端连接回气管。

由于集流管除了正常的扁管B通路之外，还设置了另一条分流支路，给大颗粒液滴流通的路径提供了另一种蒸发吸热的途径；正常的雾化小液滴制冷剂由扁管B吸入并蒸发吸热，较大径粒液滴由于自重原因，无法吸入扁管B中，因此由导流管进入合气槽，扁管A上端受到来自系统的吸力，将合气槽的液态制冷剂吸入扁管通道并与外界环境通过翅片吸热蒸发，蒸发所形成的气态制冷剂重新进入集流管，吸气作用下，与集流管内两相流挤入扁管B。

所述扁管B另一端连接至分流槽，分流槽侧壁上并联若干扁管C，扁管C另一端连接至回气管。

扁管B中未能来得及蒸发的液态冷剂在分流槽中汇合重新分配后，进入扁管C中继续蒸发吸热，避免局部区域某几根扁管通道因吸入液态制冷剂过多而造成蒸发不完全，最终分配蒸发后液态制冷剂完全转变为气态，使得制冷剂蒸发吸热更为充分，提高了蒸发器的制冷效率。

所述分流槽为扁平截面，分流槽设置于蒸发器的顶部，分流槽下壁中心线区域与扁管B连接，分流槽下壁中心线区域两侧区域分别与扁管C一端连接；回气管布置于蒸发器底部合气槽的两侧。

扁平的内腔设计使液态制冷剂以非聚积状态流动，更利于液态制冷剂的重新分配；制冷剂从扁管B进入到分流槽下壁中心线区域后，在两侧扁管C的吸气作用下，制冷剂向两侧流入扁管C流道中蒸发吸热。

所述合气槽为扁平截面。扁平的内腔设计使液态制冷剂以非聚积状态流动，更利于液态制冷剂的重新分配。

所述分流槽流道截面积，大于扁管B的流道总截面积；分流槽流道截面积与扁管B的流道总截面积的比值为：（1.2~1.4）:1。

由于分流槽流道截面积大于扁管B的流道总截面积，因此在制冷剂在扁管B中蒸发气化后进入分流槽内不会产生阻塞，防止蒸发器通道内气压过高，影响制冷剂的气化蒸发效果。

所述集流管的流道截面积大于扁管A流道总截面积，扁管A总流道截面积与集流管流道截面积比值为（0.6~0.8）:1。

所述导流管流道截面积大于集流管流道截面积，导流管流道截面积与集流管流道截面积比值为1.2:1。

此设计在高速喷射的作用下使部分冷剂通过导流管至扁管A的这个流向循环，形成了分流循环蒸发的功能。

高速喷射的动能迫使部分冷剂（未直接从扁管B流走的冷剂）喷向导流管，高速雾状冷剂在导流管中遇阻形成气液分离，气态在喷射动能作用下推动液态冷剂延导流管边缘向下流动并通过扁管A形成分流循环蒸发。

所述集流管流道截面积大于扁管B流道总截面积，扁管B流道总截面积与与集流管流道截面积比值为（0.6~0.9）:1。

此设计保证了进入扁管B各管道的冷剂均匀性，在压缩机吸气及扁管A蒸发的气体共同作用下，两相流冷剂均匀迅速的通过扁管B蒸发并吸热。

所述分流槽流道截面积大于扁管B流道总截面积，分流槽流道截面积与扁管B流道总截面积的比值为（1.2~1.4）:1。

此设计保证通过扁管B的冷剂流动顺畅进入扁管C，在分流槽流道内不会产生阻塞。

所述扁管C流道总截面积大于分流槽流道截面积，扁管C流道总截面积与分流槽流道截面积比值为（1.2~3）:1。

通过分流槽未完成蒸发的冷剂进入扁管C蒸发吸热，较大的流通通道使蒸发的气体能迅速流通，直接把压缩机的吸气压力迅速响应传递至扁管B和C，压力改变使蒸发温度改变。

本发明的工作原理如下：

（1）制冷剂从喷射器高速喷出，部分雾化制冷剂进入扁管B直接蒸发吸热，并进入后续管道，雾化制冷剂的大颗粒液体以及在集流管内出现的液滴，积聚在流管下壁并通过导流管流入合气槽中；

（2）合气槽中的液态制冷剂被向上吸入到扁管A孔道中蒸发吸热，完成蒸发的气体会在孔道中间回流上升至集流管，继续在压缩机吸气作用下，与集流管内两相流挤入扁管B；

（3）两相流制冷剂在扁管B内完成部分蒸发和吸热，蒸发产生的冷量传导至翅片传热区，对流空气将冷量交换至环境中；

（4）扁管B管道中未能来得及充分蒸发的液态冷剂在分流槽汇合重新分配后，进入扁管C中流通并蒸发吸热；

（6）最终完成蒸发的过热气态制冷剂，由扁管C通过回气管离开蒸发器；

本发明的优点：

1、本发明应用于喷射制冷系统中，通过在集气管下壁设置并联的扁管A和合气槽，形成分流支路，液态制冷剂由导流管进入合气槽，然后向上进入扁管A进行热交换，使液滴制冷剂得到汇集并在扁管A中蒸发气化，实现高效充分消化喷射器高速喷射的雾化制冷剂，提高蒸发器的制冷效率；据测算，整个蒸发器约三分之一的热交换可以在扁管A处完成，极大加快了制冷的效率。

2、蒸发器内部通道流阻低，无节流，能匹配入口流量；并能迅速响应压缩机工作时传递的压力状态，两相流冷剂能持续在管道中流动，当压力下降时整个蒸发器管道内的冷剂同时蒸发吸热，大大提高了制冷响应速度，使制冷系统的制冷效果更为迅速和强劲。

3、蒸发器整体结构紧凑，流道布置整齐，外观为规整的矩形，方便摆放布置。

4、蒸发器在压缩机反复开启的过程中，由于扁管A和扁管B处均可以快速吸入制冷剂蒸发，因此制冷响应速度较快，可达到快速制冷的效果。

5、本蒸发器中流道内压力在压缩机工作状态下，不会产生阻塞和淤积，因此在低压力环境下，制冷剂蒸发吸热效果更好，制冷效率提高。

6、本发明配有分流循环蒸发区域，扁管A消化了部分冷剂，有效解决了因高速喷射冷剂需要较长管道来消化完成蒸发吸热，而增加喷嘴至蒸发器出口间的管道又导致腔体压力增高影响蒸发温度导致换热不好这个问题。

7、喷射制冷是在制冷循环系统中使用喷射阀装置来完成降压节流的制冷技术。本发明系统中喷射阀取代了原制冷系统的膨胀阀，具有高效节能的特点。其原理是高压液态制冷剂通过喷射阀装置后，制冷剂被雾化并以极高的速度喷射进入蒸发器，高速喷射使制冷剂以等干度形式降压，从而更多的焓能在蒸发器内转换，并以制冷量形式输出，因此具有很高的制冷速度及节能的特点。

8、喷射制冷也因其高效的特点导致需要更大的表面接触面积才能完成蒸发，而增大管径会导致冷剂流通不均匀，增长管道又影响压力调控从而影响蒸发温度，冷剂多了会蒸发不完并且腔体压力过高影响蒸发，冷剂少了换热效果不好，这些原因也影响了喷射制冷的发展；本发明有效地解决了这个问题，喷射制冷系统能够在合适的压力下高效换热。

附图说明：

图1为本发明工作状态制冷剂流向示意框图；

图2为本发明整体结构示意图；

图3为图2中A-A剖面结构示意图；

图4为本发明仰视结构示意图；

图5为图2中B-B剖面结构示意图；

图6为图2中C向结构示意图；

图7为图6中P-P剖面结构示意图；

图8为图6中R-R剖面结构示意图；

图9为制冷剂在集流管、导流管、合气槽、扁管A和扁管B中流通示意图；

图10为制冷剂在集流管中横断面流通示意图；

图中的序号和部件名称为：1-集流管；2-合气槽；3-扁管A；4-扁管B；5-扁管C；6-分流槽；7-回气管；8-翅片；9-导流管。

具体实施方式

实施例1

一种分流循环式控压蒸发器，喷射阀将雾化制冷剂喷入集流管1内腔，集流管1下壁并联若干扁管A3，扁管A3另一端连接合气槽2上壁，合气槽2通过导流管9连接集流管1内腔喷射器远端；集流管1上壁并联若干扁管B4，扁管B4另一端连接回气管7；

所述扁管B4另一端连接至分流槽6，分流槽6侧壁上并联若干扁管C5，扁管C5另一端连接至回气管7；

所述分流槽6为扁平截面，分流槽6设置于蒸发器的顶部，分流槽6下壁中心线区域与扁管B4连接，分流槽6下壁中心线区域两侧区域分别与扁管C5一端连接；回气管7布置于蒸发器底部合气槽2的两侧；

所述合气槽2为扁平截面；

所述分流槽6流道截面积，大于扁管B4的流道总截面积；分流槽6流道截面积与扁管B4的流道总截面积的比值为1.3:1；

所述集流管1的流道截面积大于扁管A3流道总截面积，扁管A3总流道截面积与集流管1流道截面积比值为0.7:1；

所述导流管9流道截面积大于集流管1流道截面积，导流管9流道截面积与集流管1流道截面积比值为1.2:1；

所述集流管1流道截面积大于扁管B4流道总截面积，扁管B4流道总截面积与与集流管1流道截面积比值为0.8:1；

所述分流槽6流道截面积大于扁管B4流道总截面积，分流槽6流道截面积与扁管B4流道总截面积的比值为1.3:1；

所述扁管C5流道总截面积大于分流槽6流道截面积，扁管C5流道总截面积与分流槽6流道截面积比值为2:1。

应用实施例：

以制冷剂为R22的家用空调运用为例：

1、液态制冷剂以2.3 MPa压力通过喷射器高速喷射进入蒸发器，并贯穿集流管1的整个腔体，腔体压力约0.65~1.2MPa，冷剂被喷射器绝热雾化；

2、高速喷射的冷剂直接被喷射进入导流管，由于导流管的阻挡气液分离被喷射动能推进了合气槽，两相流冷剂在随着扁管A向上流动同时蒸发，合气槽与扁管A压力0.65MPa约7~9℃；

3、部分喷射雾化冷剂和扁管A流出的冷剂在压缩机吸气作用下进入扁管B;扁管B的总截面积小于集流管的截面积，制冷剂以高速节流状态流入扁管B,使冷剂能较均匀分配地流过各扁平管，扁平管内压力下降至0.5MPa；制冷剂在扁管B中蒸发吸热，并通过翅片与外界空气完成热交换；

4、因高流通速度，各管道中未能来得及蒸发的液态冷剂在分流槽汇合重新分配后进入扁管C中，扁管B至扁管C的整个通道中不再有节流状态，能迅速地响应压缩机的吸气压力，两相流饱和状态压力约0.45~0.55MPa；蒸发温度随着压力变化在负3℃~5℃之间。

5、最终完成蒸发的过热蒸气通过回气管离开蒸发器；蒸发工作过程中基本保持在0.45~0.65 MPa；

6、蒸发吸热由冷剂流经扁管A，扁管B和C完成，冷量从管道壁热导至翅片；翅片为热传区，强制对流的空气通过翅片将能量交换至环境中。

7、扁管B和扁管C的整个腔体中全是液体贴着管壁的两相流制冷剂，管道中的气态冷剂迅速被压缩机吸走，管道中心流动的是气体能迅速响应压缩机吸气的压力，整个扁管B和扁管C同时蒸发吸热，蒸发温度-6~22℃之间（0.4~1MPa），当温度升高，压缩机工作，蒸发器迅速降压，蒸发温度就改变。压力改变而调节温度，有别于膨胀阀开启度改变流量来调节温度。

以实施例1为例，实验条件：室外35℃，实验室中蒸发器进气27℃，要求蒸发器出气温差8℃以上，环境湿度40～60%，实验方法遵循国标《GB/T17981-2007空气调节系统经济运行》和行业标准《JB/T7666-1995制冷和空调设备名义工况一般规定》：

本发明喷射制冷开机启动后20秒出风口可达到目标温度；即27℃降至15℃的过程平均每秒温降0.4℃。

同等功率膨胀阀制冷开机启动后60秒出风口可达到目标温度；即27℃降至15℃的过程平均每秒温降0.133℃。

由此可见，本发明在制冷速度上具有巨大的优势。

Claims (10)

1.一种分流循环式控压蒸发器，其特征在于：喷射阀将雾化制冷剂喷入集流管（1）内腔，集流管（1）下壁并联若干扁管A（3），扁管A（3）另一端连接合气槽（2）上壁，合气槽（2）通过导流管（9）连接集流管（1）内腔喷射器远端；集流管（1）上壁并联若干扁管B（4），扁管B（4）另一端连接回气管（7）。

2.根据权利要求1所述分流循环式控压蒸发器，其特征在于：所述扁管B（4）另一端连接至分流槽（6），分流槽（6）侧壁上并联若干扁管C（5），扁管C（5）另一端连接至回气管（7）。

3.根据权利要求2所述分流循环式控压蒸发器，其特征在于：所述分流槽（6）为扁平截面，分流槽（6）设置于蒸发器的顶部，分流槽（6）下壁中心线区域与扁管B（4）连接，分流槽（6）下壁中心线区域两侧区域分别与扁管C（5）一端连接；回气管（7）布置于蒸发器底部合气槽（2）的两侧。

4.根据权利要求1所述分流循环式控压蒸发器，其特征在于：所述合气槽（2）为扁平截面。

5.根据权利要求1所述分流循环式控压蒸发器，其特征在于：所述分流槽（6）流道截面积，大于扁管B（4）的流道总截面积；分流槽（6）流道截面积与扁管B（4）的流道总截面积的比值为（1.2~1.4）:1。

6.根据权利要求1所述分流循环式控压蒸发器，其特征在于：所述集流管（1）的流道截面积大于扁管A（3）流道总截面积，扁管A（3）总流道截面积与集流管（1）流道截面积比值为（0.6~0.8）:1。

7.根据权利要求1所述分流循环式控压蒸发器，其特征在于：所述导流管（9）流道截面积大于集流管（1）流道截面积，导流管（9）流道截面积与集流管（1）流道截面积比值为1.2:1。

8.根据权利要求1所述分流循环式控压蒸发器，其特征在于：所述集流管（1）流道截面积大于扁管B（4）流道总截面积，扁管B（4）流道总截面积与与集流管（1）流道截面积比值为（0.6~0.9）:1。

9.根据权利要求1所述分流循环式控压蒸发器，其特征在于：所述分流槽（6）流道截面积大于扁管B（4）流道总截面积，分流槽（6）流道截面积与扁管B（4）流道总截面积的比值为（1.2~1.4）:1。

10.根据权利要求1所述分流循环式控压蒸发器，其特征在于：所述扁管C（5）流道总截面积大于分流槽（6）流道截面积，扁管C（5）流道总截面积与分流槽（6）流道截面积比值为（1.2~3）:1。

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