一种流量分配演示机构及其调控方法与流程

本发明涉及一种换热器领域。更具体地说，本发明涉及一种换热器的流量分配演示机构及其调控方法。

背景技术：

在设计工质发生相变的换热器中，如何实现换热器阻力最小化，换热能力最大化是设计师面临的挑战之一。冷凝器(Condenser)为制冷系统的部件，属于换热器的一种，能把气体或蒸气冷凝转变成液体，将工质的潜热释放出来，将换热器中的热量传到周围的空气或者其他传热介质中。冷凝器工作过程是个放热的过程，压缩机吸入从蒸发器出来的较低压力的工质蒸汽，使之压力升高后送入冷凝器，在冷凝器中冷凝成压力较高的液体，经节流阀节流后，成为压力较低的液体或者气液混合物后，送入蒸发器，从环境中吸热在蒸发器中蒸发而成为压力较低的蒸汽，从而完成制冷循环。随着对换热器换热能力需求的提高，换热器要求越来越紧凑，平行流、微通道式的换热器越来越普遍，但是在设计过程中如何让平行流换热器的流量分配均匀，换热能力最大化，流程阻力最小化是面临的巨大挑战。

技术实现要素：

本发明的目的就是提供一个流量分配均匀性演示机构，通过灵活便捷的方式观察拟设计换热器的流动特性，从而为产品的批量生产做好前期理论和实践准备，从而降低开发成本和开发周期。

本发明还有一个目的是提供一种换热器流量分配演示机构，集流管上开设多个插孔，改变插孔上插设的隔流板或节流板结构，来改变冷凝器的节流效果或流程，可以研究换热器在不同流程和节流效果下的流量分配的均匀性。

本发明还有一个目的是一种换热器流量分配演示机构的调控方法，通过调节隔流板位置、节流板结构、进口流量、出风温度和风速中的一种或几种因素，来调整换热器的流量分布和变化。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种换热器的流量分配演示机构，所述换热器为透明材质，其包括：

多个扁管，其等间隔平行布设，其内中空用于流体流动；

集流管，包括内孔，其对称连接在所述多个扁管的流体流动方向的两端，形成流体从集流管至扁管的流通通路；以及

摄像机，其设置在所述换热器的一侧，用于记录所述换热器内流体的流体流量分配均匀性和流型；

其中，相邻扁管之间的集流管上开设流通调控机构，用于控制流体流通的通断或流体流量的大小。

优选的是，所述流通调控机构包括：

L个插孔，其为布设在相邻扁管之间的集流管上的开口结构并垂直于流体流通方向；

M个隔流板，其与插孔相匹配，用于插入插孔以截断流体在相邻扁管之间的流通；

N个节流板，其与插孔相匹配；其中，所述节流板上开设用于调节流体流量的节流孔，所述节流孔的孔径不大于所述内孔的孔径；

其中，L＝M+N。

优选的是，所述节流孔为圆形、相互外切的双圆、四边形、三角形或梯形。

优选的是，还包括：

风扇，其设置在所述换热器另一侧，用于对换热器进行通风换热。

本发明的目的还通过一种制冷循环机构的流量分配演示机构来实现，包括所述的换热器，还包括：

蒸发器，其入口端通过管路连接所述换热器出口，用于将换热器流出的液体蒸发为气体；

压缩机，其入口端通过管路连接所述蒸发器的出口端，其出口端连接所述换热器的入口，用于将蒸发器出口的气体压缩成高温高压的气体并提供给换热器；

膨胀阀，其布设在所述换热器和蒸发器之间的管路上，用于将换热器排出的高温高压液体节流降压成低温低压的液体或者气液混合物；以及

第一截止阀，其安装在压缩机和换热器之间的管路上，用于控制管路的通断；

第二截止阀，其安装在所述膨胀阀和蒸发器之间的管路上，用于控制管路的通断；

流量计，其安装在所述第二截止阀和蒸发器之间的管路上，用于测量管路的流量。

优选的是，还包括：

压力计，其分别安装在所述换热器的两端，用于测量换热器的压力；

温度计，其分别安装在所述换热器的两端，用于测量换热器的温度。

优选的是，所述摄像机为高速摄像机。

本发明的目的还通过一种换热器的流量分配演示机构的调控方法来实现，用于调控如权利所述的流量分配演示机构，包括调控流程布设方式和/或节流效果的方法。

优选的是，所述调控流程布设方式的方法包括：

以排列组合方式，L个插孔上插设M个隔流板，剩余插孔上插设N个节流板，L＝M+N；且L＜2(k-1)；

和/或，

调整N个节流板上节流孔的形状和节流面积；

其中，L＝L₁+L₂，L₁为扁管一侧的集流管上插孔数；L₂为扁管另一侧的集流管上插孔数；k为扁管的数量。

本发明的目的还通过一种制冷循环机构的流量分配演示机构的调控方法来实现，用于调控所述的流量分配演示机构，包括：

以排列组合方式，L个插孔上插设M个隔流板，剩余插孔上插设N个节流板，L＝M+N；且L＜2(k-1)；

和/或，

调整N个节流板上节流孔的形状和节流面积，调节膨胀阀和压缩机、调节风扇、调节换热器风洞的出风温度中的一种或几种；

其中，L＝L₁+L₂，L₁为扁管一侧的集流管上插孔数；L₂为扁管另一侧的集流管上插孔数；k为扁管的数量。

本发明至少包括以下有益效果：通过灵活便捷的方式观察拟设计换热器的流动特性，从而为产品的批量生产做好前期理论和实践准备，从而降低开发成本和开发周期。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1是本发明的换热器的流量分配演示机构的结构图。

图2是本发明的换热器的流量分配演示机构的A-A截面剖视图。

图3是本发明的换热器的流量分配演示机构的A-A截面插设节流板的剖视图。

图4是本发明的换热器的流量分配演示机构的A-A截面插设隔流板的剖视图。

图5是本发明的换热器的流量分配演示机构的节流板一种实现形式的结构图。

图6是本发明的换热器的流量分配演示机构的节流板另一种实现形式的结构图。

图7是本发明的换热器的流量分配演示机构的节流板另一种实现形式的结构图。

图8是本发明的换热器的流量分配演示机构的节流板另一种实现形式的结构图。

图9是本发明的换热器的流量分配演示机构的节流板另一种实现形式的结构图。

图10是本发明的制冷循环机构的流量分配演示机构的结构图。

图11是本发明的换热器的流量分配演示机构的工作流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

图1示出了根据本发明的一种实现形式，换热器的流量分配演示机构，所述换热器100为透明材质，其包括：

多个扁管120，其等间隔平行布设，其内中空用于流体流动；

集流管110，包括入口112、出口113和内孔114，其对称连接在所述多个扁管120的流体流动方向的两端，形成流体从集流管110至扁管120的流通通路；以及

摄像机500，其设置在所述集流管110的一侧，用于记录所述集流管内流体的流体流量分配均匀性和流型；

其中，所述相邻扁管120之间的集流管110上开设流通调控机构，用于控制流体流通的通断或流体流量的大小；

在另一实施例中，所述流通调控机构包括插孔111、节流板130(节流孔131)、隔流板140，其中，L个插孔111，其为布设在相邻扁管120之间的集流管110上的开口结构并垂直于流体流通方向；M个隔流板140，其与插孔111相匹配，用于密封插孔111以截断流体在相邻扁管120之间的流通；N个节流板130，其与插孔相匹配；其中，所述节流板130上开设用于调节流体流量的的节流孔，所述节流孔的孔径不大于所述内孔的管径；

其中，所述L＝M+N，L小于扁管数量的2倍。

其中，如图2-4输出了插孔111即截面A-A的结构，如图2示出了插孔111截面的形状和内孔114的形状，插孔111内插设节流板130或隔流板140，节流板130或隔流板140插入插孔111改变流程布置，节流板130上开孔结构的变化可以改变节流效果，隔板140的布置可以改变流程。图3示出了在插孔111内插设节流板130的情形，所述节流板130上开设节流孔131，流体从节流板130上节流孔131流入内孔114，节流板的开孔形状可以有不同形式，但是开孔的尺寸一般不超过集管的内径，通过改变节流孔131的形状改变流体的流通状态。图4示出了在隔流板111内插设隔流板140的情形，当插设隔流板140，内孔114的流通通路被截断，隔流板140的作用是阻隔流动工质的流动，从而实现不同的流程。

在另一实施例中，图5-9示出了不同形状的节流孔131的节流板130，图5中节流孔131的直径与所述内孔114相同，只起到导流作用；图6示出了另一圆形节流孔131，其直径小于内孔114，改变流体的流动状态；图7示出了相外切的双圆型节流孔131，改变流体的流动状态；图8示出了三角形的节流孔，其节流面积小于内孔114；图9示出了四边形的节流孔，所述节流孔的节流面积小于内孔114，改变流体的流动状态。

在另一实施例中，所述换热器100还包括：风扇150，其设置在所述换热器100另一侧，用于对换热器100进行散热。

如图10所示，本发明还示出了一种制冷循环机构的流量分配演示机构，还包括：

蒸发器300，其入口端通过管路连接所述换热器100出口，用于将换热器100流出的液体蒸发为气体；

压缩机400，其入口端通过管路连接所述蒸发器的出口端，其出口端连接所述换热器100的入口，用于将蒸发器出口的气体压缩成高温高压的气体并提供给换热器100；

膨胀阀200，其布设在所述换热器100和蒸发器之间的管路上，用于将换热器100排出的高温高压液体节流降压成低温低压的液体；以及

第一截止阀610，其安装在压缩机和换热器100之间的管路上，用于控制管路的通断；

第二截止阀620，其安装在所述膨胀阀和蒸发器之间的管路上，用于控制管路的通断；

流量计700，其安装在所述第二截止阀和蒸发器之间的管路上，用于测量管路的流量；

其中换热器100在本实施例中为冷凝器，所述摄像机500为高速摄像机。

实验工质在系统中的循环如图10所示，从蒸发器流出的制冷剂气体经压缩机压缩后变成高温高压的气体，高温高压的制冷剂气体经过截止阀后进入冷凝器，在冷凝器中冷凝为高温高压的液体，制冷剂液体经过膨胀阀节流降压变为低温低压的制冷剂液体或者气液混合物，低温低压的工质经过截止阀和流量计后进入蒸发器，吸收环境中的热量在蒸发器中变为气体，完成一个循环。通过调节膨胀阀的开度、截止阀通断和压缩机的频率可以控制制冷剂工质在循环中的流量和压力。在冷凝器的入口和出口分别布有压力和温度传感器，用来检测冷凝器进出口制冷剂的温度和压力。冷凝器试验段是透明的，为了实现可视化观察冷凝器中制冷工质流动的流量分配均匀性和流型，本实验采用高速摄像仪，由于高速摄像仪的曝光时间很短，为了得到清晰的拍摄画面，需要大功率的辅助光源。通过调节变频器的输出频率来控制压缩机内电机的转速，频率越高，转速也越高，从而可以灵活调节制冷工质的排出量，进而可以更好的调节制冷工质通过实验段的流量。

在另一实施例中，制冷循环机构的流量分配演示机构还包括传感器机构800，其包括：

压力计820，其分别安装在所述换热器的两端，用于测量换热器的压力；

温度计810，其分别安装在所述换热器的两端，用于测量换热器的温度。

本发明还包括一种换热器的流量分配演示机构的调控方法，能够调控换热器的流量分配演示机构，包括调控流程布设方式和/或节流效果的方法。

在另一实施例中，所述调控流程布设方式的方法包括：

以排列组合方式，L个插孔上插设M个隔流板，剩余插孔上插设N个节流板，L＝M+N；且L＜2(k-1)；

和/或，

调整N个节流板上节流孔的形状和节流面积；

其中，L＝L₁+L₂，L₁为扁管一侧的集流管上插孔数；L₂为扁管另一侧的集流管上插孔数；k为扁管的数量。

下面以图11所示的冷凝器为例来说明其工作原理.

实施例1

如图11所示，它有36根扁管，从上到下依次为01、02、03、04、05……34、35、36，在每两根扁管中间的集流管110上开有插孔111，以便于插入节流板130或隔板140。左边的集流管110开有35个插孔，从下到上依次标注为R01、R02、R03、R04……R34、R35，右边的集流管110上因为开有制冷剂进口和制冷剂出口，所以只开有30个插孔，从下到上依次标注为L01、L02、L03……L29、L30。通过改变插入的隔板的位置及数量可以改变换热器的流程及每个流程的扁管数量，可以研究它的流量分配均匀性。

在右侧集流管110的上部和下部分别开有制冷剂入口112和出口113。方案一，制冷剂从上部制冷剂进口进入冷凝器，在L20、R14、R03插孔111内放置隔流板140，这三个隔流板140将蒸发器分为4个流程，每个流程内分别有13、9、8、6根扁管，其中，01、02、03、04、05、06、07、08、09、10、11、12、13组成第一流程，14-22组成第二流程，23-30组成第三流程，21-36组成第四流程，它们在冷凝器中的的流动方向如图11所示。节流板的形式如图6所示，在如图所标注的插孔L29、L26、L24内插入图9所示节流板130，在插孔34、27、23、19插入图7所示节流板130，在插孔10、06插入图8所示的节流板，在插孔03、02内插入图6所示节流板，在其他插孔内插入如图5所示的节流板，图5的节流板的开孔的大小和内孔的内径完全一致，插入图5所示的节流板只是为了密封集流管上的插孔，并不起分流作用：

为了寻找最佳的流程配置及节流板形状，可以改变隔板的位置及节流板的形状和数量，来论证它们的影响。

实施例2

在实施例1的基础上改变隔板的位置，在插孔L19、R10、L01内插入隔板，改变位置后流程数没有变，只是每个流程的扁管数量发生了变化，从第一流程到第四流程分别有14、12、6、4根扁管。其他结构和方案一完全一致，与方案一对比可验证流程布置对于流动分配均匀性的影响。

实施例3，

在实施例1的基础上改变节流板布置，在插孔L29、L26、L 24、R34、R27、R 23、R 19、L10、L06、R03、R02全部插入图9所示的节流板，其他结构和方案一完全一致，可探究节流板形状对均匀性的影响。

本发明还包括一种制冷循环机构的流量分配演示机构的调控方法，用于调控制冷循环机构的流量分配演示机构，包括：

以排列组合方式，L个插孔上插设M个隔流板，剩余插孔上插设N个节流板，L＝M+N；且L＜2(k-1)；

和/或，

调整N个节流板上节流孔的形状和节流面积，、调节膨胀阀和压缩机、调节风扇、调节换热器风洞的出风温度中的一种或几种；其中，所述换热器风洞用于提供所需温度、湿度的空气。)

其中，L＝L₁+L₂，L₁为扁管一侧的集流管上插孔数；L₂为扁管另一侧的集流管上插孔数；k为扁管的数量。

实施例4

在实施例3的基础上，对冷凝器进行试验，观察其流动分配均匀性，论证布置的可行性。在此冷凝器的基础上还可以验证其他因素对流量分配均匀性的影响：

在保证其他条件完全一致的情况下，通过调节膨胀阀和压缩机来改变工质的流量，分别取160/200/240/280kg/h，来观察流量分配的均匀性，确定进口流量对于流量分布的影响。

在保证其他条件完全一致的情况下，通过调节冷凝器风洞的出风温度，分别取25/30/35、40℃来观察流量分配的均匀性，来观察流量分配均匀性和相变发生的过程，确定热负荷对于流量分布均匀和相变的影响。

在保证其他条件完全一致的情况下，改变冷凝器的风速分别取1.5/2.5/3.5/4.5m³/s，通过高速摄像机观察流量分布的均匀性，确定风速对于流量分布的影响。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。