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1、(10)申请公布号 CN 103604254 A (43)申请公布日 2014.02.26 CN 103604254 A (21)申请号 201310560422.X (22)申请日 2013.11.12 F25B 39/00(2006.01) F28F 1/00(2006.01) F28F 9/22(2006.01) (71)申请人 清华大学 地址 100084 北京市海淀区 100084 信箱 82 分箱清华大学专利办公室 申请人 北京工业大学 (72)发明人 李俊明 李成 李红旗 (74)专利代理机构 北京鸿元知识产权代理有限 公司 11327 代理人 邸更岩 (54) 发明名称 一种内。
2、置气液两相流分流结构 (57) 摘要 一种内置气液两相流分流结构, 涉及一种管 束式换热装置内的气液两相流体的分流结构。该 结构包括外管、 内管和多根换热管 ; 内管设置在 外管内, 内管与外管之间形成环腔 ; 多根换热管 沿外管轴向等间距插入环腔内 ; 在内管的管壁上 沿轴向至少布置一组节流小孔 ; 环腔和内管空腔 通过节流小孔相连通。本发明可实现气液两相流 以及压缩机润滑油的均匀混合, 达到气液两相流 体在进入多个换热管前均匀分流的目的, 可应用 于制冷、 空调与化工等涉及采用气液两相流体实 现热量交换的装置。本发明结构简单, 易于加工, 应用灵活, 当采用制冷剂作为工质时, 可解决循环 。
3、系统的压缩机回油问题。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 3 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书4页 附图3页 (10)申请公布号 CN 103604254 A CN 103604254 A 1/1 页 2 1. 一种内置气液两相流分流结构, 其特征在于 : 包括外管 (2) 、 内管 (4) 和多根换热管 (1) ; 所述内管 (4) 设置在外管 (2) 内, 内管与外管之间形成环腔 (3) ; 多根换热管 (1) 沿外 管 (2) 轴向插入环腔 (3) 内 ; 在内管 (4) 的管壁上沿轴向布置至少一排节流。
4、小孔 (6) , 且其 中一排节流小孔 (6) 沿着内管 (4) 轴线的正下方等布置 ; 环腔 (3) 和内管 (4) 的空腔通过节 流小孔 (6) 相连通。 2.根据权利要求1所述的一种内置气液两相流分流结构, 其特征在于 : 所述的内管 (4) 设置在外管 (2) 内的下部位置, 且内管 (4) 的中心线和外管 (2) 的中心线位于同一竖直平面 (8) 上 ; 在内管 (4) 的管壁上沿轴向布置的各排节流小孔 (6) 沿竖直平面 (8) 呈对称分布。 3.根据权利要求2所述的一种内置气液两相流分流结构, 其特征在于 : 多根换热管 (1) 沿外管 (2) 轴向等间距插入环腔 (3) 内 ;。
5、 每排节流小孔 (6) 均沿内管 (4) 管壁轴向等间距布 置。 4. 根据权利要求 1、 2 或 3 所述的一种内置气液两相流分流结构, 其特征在于 : 所述的 节流小孔 (6) 的当量直径范围为 0.1mm 6mm。 5. 根据权利要求 1、 2 或 3 所述的一种内置气液两相流分流结构, 其特征在于 : 所述的 多根换热管 (1) 的管间距范围为 1mm 50mm。 6. 根据权利要求 1、 2 或 3 所述的一种内置气液两相流分流结构, 其特征在于 : 所述的 在内管 (4) 的管壁上沿轴向布置的节流小孔 (6) 为 1 排 8 排。 7. 根据权利要求 1、 2 或 3 所述的一种内。
6、置气液两相流分流结构, 其特征在于 : 所述的 内管 (4) 的内部设置至少一个隔板 (7) , 该隔板将内管 (4) 的空腔沿轴向隔成多段管腔。 8. 根据权利要求 1、 2 或 3 所述的一种内置气液两相流分流结构, 其特征在于 : 所述的 换热管 (7) 类型为扁管、 圆管、 带状管、 多通道铝带管、 方管或椭圆管。 权 利 要 求 书 CN 103604254 A 2 1/4 页 3 一种内置气液两相流分流结构 技术领域 0001 本发明涉及一种流体分配装置, 特别涉及一种管束式换热装置内的气液两相流体 的分流结构, 属于制冷、 空调或化工技术领域。 背景技术 0002 在制冷、 空调。
7、或化工领域中, 气液两相流的对流相变换热强度在较大程度上决定 了换热装置换热性能, 而气液两相流的干度是影响气液两相流对流相变换热性能的重要参 数。一般而言, 干度大于 0.3 左右时相变换热的换热系数较高, 而干度低于 0.3 左右时相变 换热的换热系数较低, 并且随着干度的继续降低, 相变换热性能逐渐回归到单相流体管内 强制对流换热。 因此, 为提高换热器的换热性能和有效节约设备成本, 应避免气液两相流在 进入换热管内因分配不均而导致的部分管路只走单相流体而成为无效换热面积的问题, 因 此, 有必要采取措施使得气液两相流在管道入口位置实现均匀分流, 实现气液两相流体中 的气相和液相被均匀地。
8、分配到每根换热管内, 达到提高装置换热性能的目的。 0003 中国实用新型专利申请 (申请号 : 201220091694.0)公开了一种 “并流气液分配 器” , 采用挡板等紊流措施, 主要解决液相均匀分散和雾化的问题, 使反应物料在催化床层 上均匀分布, 有利于强化催化剂的催化效果, 当该分配器用于制冷、 空调或只发生相变过程 的物理领域时, 换热管束的布置较为困难, 且其尺寸结构必然导致换热设备体积庞大, 因 此, 该结构形式不适用于只发生物理过程的多根管束内相变换热的气液分流问题。 0004 中国实用新型专利申请 (申请号 : 00228873.7) 公开了一种 “气液两相分配装置” 。
9、, 主要采用气液混合物流经环流穴道和分流穴道, 实现对两相流体掺混和分流的作用。由于 环流的输出管道数量直接受装置直径或圆周的限制, 无法用于管子较多的管束式换热器装 置内的气液均匀分流。中国发明专利号为 200910209249.2 的发明专利也公开了一种气液 两相流均匀分配的装置, 因其临界喷嘴及其主管限制, 也较难用于管束式换热装置。 0005 中国发明专利申请 (申请号 : 03109706.5) 公开了一种 “用于制冷循环热交换器入 口管束内制冷剂均匀分配装置” , 该分配装置采用母管内置盘绕式气液混合元件, 对来流的 气液混合物进行充分搅浑, 实现了气液两相流制冷剂均匀流入每个带状。
10、管内, 然而由于气 液混合元件阻力较大, 造成不同位置的带状管口压力不同, 致使气液两相流在不同带状管 内的流量不均, 并且在重力作用下, 制冷剂内掺混的油份因沉积在母管底部而无法有效返 回到制冷循环的压缩机内, 易因压缩机缺油而影响压缩性能以及缩短压缩机使用寿命。 0006 中国发明专利申请 (申请号 : 200710040463.0) 公开了一种 “压缩制冷降膜式蒸发 器的制冷剂均匀分配器” , 该分配器采用分配管、 多孔板、 多孔材料层、 钢板网、 导流丝网和 毛细管等, 采用气液两相流体的分离和再分配的方法实现了降膜分配的目的, 不适用于非 降膜时的气液均匀分配。 0007 中国实用新。
11、型专利申请 (申请号 : 200820166224.X) 公开了一种 “可均匀分流的微 通道换热器” , 虽然与拱形流动反射面相对应的入集流管能够实现均匀分流作用, 但其分流 管竖直布置且上游的分流管径较大, 在重力作用下易发生气液分层现象, 容易出现无效换 说 明 书 CN 103604254 A 3 2/4 页 4 热面积, 且易因分流管内液位不稳定而影响换热器的性能。 0008 目前, 在气液两相流用换热装置的应用领域中, 主要采用毛细管解决均匀分配气 液两相流的问题, 此类分配器具有较好的稳定性和分配的均匀性, 但受到了毛细管分支数 量与换热装置入口管束数量一致性条件的限制。从强化换热。
12、角度考虑, 微细管或微细多通 道铝带管内的换热性能明显优于常规管子的换热性能。 当微细管或微细多通道铝带管应用 于制冷、 空调和化工领域的换热器中, 由于每台换热器内部换热管的内径较小、 管束的数量 倍增, 传统的毛细管结构及其提供的接口数量较难与换热装置入口管束数量一致, 可见常 规的气液两相流分流结构很难实现微细管或微细多通道铝带管内制冷剂的有效分流作用。 发明内容 0009 本发明的目的是提供一种内置气液两相流分流结构, 旨在解决换热装置入口管束 内气液两相流的均匀分配问题, 并实现工质循环系统内压缩机所需润滑油的回油问题。 0010 本发明的技术方案如下 : 0011 一种内置气液两相。
13、流分流结构, 其特征在于 : 包括外管、 内管和多根换热管 ; 所述 内管设置在外管内, 内管与外管之间形成环腔 ; 多根换热管沿外管轴向插入环腔内 ; 在内 管的管壁上沿轴向布置至少一排节流小孔, 其中一排节流小孔沿着内管轴线的正下方等布 置, 环腔和内管的空腔通过节流小孔相连通。 0012 本发明的其他特征包括 : 所述的内管设置在外管内的下部位置, 且内管与外管的 中心线位于同一竖直平面上。 在内管的管壁上沿轴向布置各排节流小孔沿上沿所述竖直平 面呈对称分布, 且至少有 1 排节流小孔沿着内管轴线的正下方等布置。多根换热管沿外管 轴向等间距插入环腔内。各排节流小孔均沿内管管壁轴向等间距布。
14、置。 0013 上述技术方案中, 所述的节流小孔的当量直径范围为0.1mm-6mm。 所述的多根换热 管的管间距范围为 1mm-50mm。在内管的管壁上沿轴向布置的节流小孔为 1 排 8 排。 0014 本发明的技术特征还在于 : 所述的内管的内部可以设置至少一个隔板, 该隔板将 内管的空腔沿轴向隔成多段管腔。 换热管类型为扁管、 圆管、 带状管、 多通道铝带管、 方管或 椭圆管。 0015 本发明具有以下优点及突出性的技术效果 : 本发明根据不可压流体的质量守恒原 理, 采用节流小孔对流体增速, 将环腔内气液两相流急速掺混, 实现气液两相流以及压缩机 润滑油的均匀混合, 并在压力作用下进入换。
15、热管, 从而达到气液两相流体在进入多个换热 管前的的均匀分流目的, 并实现了润滑油经历闭式循环后重返回压缩机 ; 合理选择内管、 外 管及节流小孔尺寸与数量, 将会大幅度较少汽液两相流体的充灌量 ; 在分流结构尺寸较长 的情况下, 采用在内管内部设置隔板或两段式内管的方法可以保证分流的均匀性。 附图说明 0016 图 1 为一种多通道铝带型换热管和上下两排节流小孔的内置气液两相流分流结 构的纵剖面。 0017 图 2 为一种多通道铝带型换热管和八排节流小孔的内置气液两相流分流结构实 施例的断面。 0018 图 3 为一种多通道铝带型换热管和四排节流小孔的内置气液两相流分流结构实 说 明 书 C。
16、N 103604254 A 4 3/4 页 5 施例的断面。 0019 图 4 为一种多通道铝带型换热管和三排节流小孔的内置气液两相流分流结构实 施例的断面。 0020 图 5 为一种多通道铝带型换热管和一排节流小孔的内置气液两相流分流结构实 施例的断面。 0021 图 6 为一种圆型换热管和两排节流小孔的内置气液两相流分流结构实施例的断 面。 0022 图 7 为流体从内管一侧的端部流入内管的方式。 0023 图 8 为流体从内管两侧的端部同时流入内管的方式。 0024 图 9 为流体从内管端部和侧壁同时流入内管的方式。 0025 图 10 为采用一块隔板将内管分割成两个管腔。 0026 图。
17、中 : 1换热管 ; 2外管 ; 3环腔 ; 4内管 ; 5内管空腔 ; 6节流小孔 ; 7隔 板 ; 8竖直平面。 具体实施方式 0027 下面结合附图 1-11, 针对制冷领域的制冷循环系统的蒸发器对本发明的结构、 原 理及工作过程做进一步的说明。 0028 图 1 为本发明提供的一种内分流结构的原理结构示意图, 该结构包括外管 2、 内管 4和多根换热管1 ; 所述内管4设置在外管内部, 即内管可以设置在外管内部的任意位置, 但 最好是将内管 4 设置在外管内部且靠近外管内的下部位置 , 且内管 4 与外管 2 的中心线位 于同一竖直平面 8 上。内管与外管之间形成环腔 3 ; 多根换热。
18、管 1 沿外管 2 轴向等间距插 入环腔 3 内 ; 在内管 4 的管壁上沿轴向可布置至少一排节流小孔 6(参见图 2 图 6) , 节 流小孔 (6) 的优选范围为 1 排 8 排 ; 在内管 4 的管壁上各排节流小孔 6 均沿轴向间距布 置 (参见图 1) ; 各排节流小孔 6 沿竖直平面 8 呈对称分布, 且至少一排节流小孔 6 位于内管 4 轴线的正下方 (参见图 2 图 6) 。环腔 3 和内管空腔 5 通过节流小孔 6 相连通。节流小 孔的当量直径范围一般为 0.1mm 6mm。多根换热管的管间距范围为 1mm 20mm。 0029 图4为采用多通道铝带管和三排节流小孔6沿断面呈左。
19、右成对称分布的实施例的 断面图, 内管 4 设置在靠近外管 2 内的下部位置, 其中有一排节流小孔 6 布置在位于内管 4 轴线的正下方。 图5为采用多通道铝带管和上下布置两排节流小孔实施例的断面图, 内管4 设置在靠近外管 2 内的下部位置, 其中有一排节流小孔 6 亦布置在位于内管 4 轴线的正下 方。 0030 当如图 1 所示的一种内置气液两相流分流结构用于制冷循环系统蒸发器内制冷 剂的蒸发过程时, 其工作过程如下 : 经由节流阀节流后的液态制冷剂变为汽液两相流体, 汽 液两相流体制冷剂 (包括从压缩机流出的润滑油) 进入本内置结构的内管 4 中, 在重力作用 下部分润滑油会在内腔 4。
20、 的正下方沉积, 由于节流小孔 6 的节流作用, 内管 4 内外两侧之间 存在一定压差, 使得内管 4 中的流体因被节流而急速流入环腔 3 内, 其中沉积在内管 4 下部 的液体制冷剂和润滑油从内管 4 轴线的正下方等间距布置的节流小孔急速流入环腔 3 内, 环腔 3 内的制冷剂和润滑油被急速的流体扰动和掺混, 消除因重力作用而导致不同密度流 体产生的分层现象, 并在压力租用下掺混后的流体流入多通道铝带型换热管内, 在换热管 说 明 书 CN 103604254 A 5 4/4 页 6 内制冷剂蒸发吸热, 实现制冷的目的, 同时制冷剂中掺混的润滑油在气流作用下经由换热 器和管路流回到压缩机。 。
21、0031 当制冷循环系统提供的制冷量较大时, 内管4会很长, 制冷剂可从内管4的两端分 别流入, 如图 8 所示 ; 当制冷循环系统提供的制冷量特别大时, 制冷剂也可从内管 4 的两端 和侧壁同时流入, 也可采用将内管 4 的内部应设置多个个隔板 7, 将内管 4 的空腔沿轴向隔 成多段管腔, 每段腔体分别流入制冷剂, 避免因内管较长引起的压力降引起汽液两相流体 在不同换热管处的分布不均现象。 说 明 书 CN 103604254 A 6 1/3 页 7 图 1 图 2 图 3图 4 图 5 说 明 书 附 图 CN 103604254 A 7 2/3 页 8 图 6 图 7 图 8 图 9 说 明 书 附 图 CN 103604254 A 8 3/3 页 9 图 10 说 明 书 附 图 CN 103604254 A 9 。