一种气液两相冷媒分配器及热泵系统的制作方法

本发明属于热泵技术领域，具体涉及一种气液两相冷媒分配器、以及具有该气液两相冷媒分配器的热泵系统。

背景技术：

风冷热泵离心冷水机组，在制热状态下是通过外部的蒸发器在环境中吸收热量，这个过程是通过蒸发器中的液态冷媒蒸发进行的。这个过程理想的状态是蒸发器中的冷媒全部为液体通过蒸发吸热变成气体，但是实际的工作过程中蒸发器内部都是气液两相的状态。

为了减低蒸发器内冷媒的蒸发压力损失，一般都会采用多流路设计，会导致各流路中冷媒流量不同；为了解决冷媒流量分配不均的问题，在管路中安装一个分配器；但是在分配器内还是因冷媒的气液两相混合不均，即气态和液态的冷媒没有充分混合，两相的状态变化经常发生偏流，就会造成分配器在均分时分配不够均匀，导致蒸发器各分路的冷媒流量有多有少，导致蒸发器各流路换热不均匀，造成蒸发器利用率较低换热不充分，从而影响蒸发器的换热效率，导致空调系统能效比不高。

本背景技术所公开的上述信息仅仅用于增加对本申请背景技术的理解，因此，其可能包括不构成本领域普通技术人员已知的现有技术。

技术实现要素：

本发明针对现有技术中上述的问题，提出一种气液两相冷媒分配器，使得气液两相冷媒均匀混合，并均匀分配到蒸发器的各流路，提高蒸发器的热交换效率。

为实现上述发明目的，本发明采用下述技术方案予以实现：

一种气液两相冷媒分配器，包括：

螺旋管组，其具有周向布置的多个用于加速冷媒的螺旋管；

混合腔，其用于将流经所述螺旋管组的冷媒进行混合，所述混合腔的进口端与所述螺旋管组连通；

分配腔，其与所述混合腔连通、用于将冷媒进行分配；

多个流路连接管，其周向均布在所述分配腔的出口端，所述流路连接管用于连接所述分配腔和蒸发器中的各流路。

进一步的，所述螺旋管为圆柱螺旋线，多个所述螺旋管的结构相同、且在周向阵列排布。

进一步的，所述分配腔内设有限定块，所述限定块与所述分配腔的腔壁之间限定出环形的流道，所述流路连接管与所述流道连通。

进一步的，所述分配腔的腔壁在远离所述混合腔的方向上的远离所述分配腔的轴线，所述限位块具有与所述分配腔的腔壁相匹配设置的锥形外侧面，所述分配腔的腔壁与所述锥形外侧面之间限定出所述流道。

进一步的，所述限位块具有与所述分配腔的腔壁锥度相同的第一锥形外侧面和第二锥形外侧面，所述第一锥形外侧面与所述分配腔的腔壁之间限定出第一流道，所述第二锥形外侧面与所述分配腔的腔壁之间限定出第二流道，所述第一流道的宽度大于所述第二流道的宽度，所述第二流道位于远离所述混合腔的一端。

进一步的，在所述混合腔的前端面上开始有与所述螺旋管连接的多个入液口。

进一步的，在所述混合腔内设有可在从所述螺旋管流出的冷媒流体的推动下旋转的叶轮。

进一步的，还包括用于冷却冷媒的冷却腔，所述冷却腔套设在所述混合腔外侧和/或分流腔的外侧。

基于上述的气液两相冷媒分配器，本发明还提供一种热泵系统，设有上述的气液两相冷媒分配器，使得气液两相冷媒均匀混合，并均匀分配到蒸发器的各流路，提高蒸发器的热交换效率。

一种热泵系统，具有上述的气液两相冷媒分配器。

进一步的，还包括连接管路，所述气液两相冷媒分配器包括用于冷却冷媒的冷却腔，所述热泵系统还包括用于为所述冷却腔提供冷媒的供液管、用于将所述冷却腔内的冷媒回流到所述连接管路的回流管。

进一步的，所述连接管路具有与所述螺旋管组连接的第一连接管，所述供液管的一端与第一连接管连通、另一端与所述冷却腔连通。

进一步的，在所述供液管上设有用于冷媒降温的毛细管。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：冷媒进入多个螺旋管中旋转加速，在冷媒流体进入混合腔时具有向前的力矩、还具有旋转的扭矩，使得多个螺旋管内流出的螺旋形的冷媒流体在混合腔内旋转混合，并向前流动；之后冷媒流体进入分配腔内并均匀的分配给多个流路连接管，使得进入蒸发器中各流路的冷媒的流量和状态都相同，有利于各流路的换热均匀；通过设置螺旋管组和混合腔，有利于冷媒的加速和螺旋形旋转，使得冷媒可以在混合腔内均匀混合，有利于分配腔均匀稳定的分配冷媒，有利于提高蒸发器的热交换效率，以获得更高的能效比。

结合附图阅读本发明的具体实施方式后，本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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为本发明所提出的气液两相冷媒分配器的一个实施例的结构示意图；

图2为图1中俯视结构示意图；

图3为图1中混合腔和分配腔处的轴向剖视结构示意图；

图4为具有图1中气液两相冷媒分配器的热泵系统；

图5为本发明所提出的气液两相冷媒分配器的第二个实施例的结构示意图；

图6为本发明所提出的气液两相冷媒分配器的第三个实施例的结构示意图；

图7为本发明所提出的气液两相冷媒分配器的第四个实施例的结构示意图；

图8为具有图7中气液两相冷媒分配器的热泵系统；

图9为图8中部分结构的放大结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的位置关系，以靠近内筒轴线的方向为“内”，反之为“外”。术语仅是为了便于描述本发明和简化描述，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发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；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。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例一

参见图1-图4，是本发明所提出的气液两相冷媒分配器的一个实施例，一种气液两相冷媒分配器100，包括：螺旋管组10、混合腔20、分配腔30和多个流路连接管41，螺旋管组10具有周向布置的多个用于加速冷媒的螺旋管11，冷媒通过螺旋管11后形成螺旋移动的流体，并通过设置多个螺旋管11，形成多个螺旋移动的流体，有利于混合的均匀性；混合腔20用于将流经螺旋管组10的冷媒进行混合，混合腔20的进口端与螺旋管组10连通；分配腔30与混合腔20连通、用于将冷媒进行分配；多个流路连接管41周向均布在分配腔的出口端，有利于将到达分配腔30的的冷媒流体均匀的分配到各流路连接管41，流路连接管41用于连接分配腔30和蒸发器200中的各流路。

冷媒进入多个螺旋管11中旋转加速，在冷媒进入混合腔20时具有向前的力矩、还具有旋转的扭矩，使得多个螺旋管11内流出的螺旋形的冷媒流体在混合腔20内旋转混合，并向前流动；之后冷媒流体进入分配腔30内并均匀的分配给多个流路连接管41，使得进入蒸发器200中各流路的冷媒的流量和状态都相同，有利于各流路的换热均匀；通过设置螺旋管组和混合腔，有利于冷媒的加速和螺旋形旋转，使得冷媒可以在混合腔20内均匀混合，有利于分配腔30均匀稳定的分配冷媒，有利于提高蒸发器200的热交换效率，以获得更高的能效比。

本实施例中，螺旋管11为圆柱螺旋线，采用三个螺旋管11在周向均匀布置，也就是成120度圆周阵列排布，三个螺旋管11的结构相同；保证了冷媒均匀的进入三个螺旋管11，并且在三个螺旋管11内经历相同的旋转加速，使得流经三个螺旋管11的冷媒流体在进入混合腔20后具有相同的流量和速度大小，且成120度角在三个方向螺旋形喷出，进入混合腔20，相互碰撞均匀混合。三个螺旋管11的流量之和与混合腔20的进口端流量相同，或者说是三个螺旋管11的截面积之和与混合腔20进口端的截面积相同，避免冷媒进入混合腔20发生相态的变化，保证冷媒流体的螺旋形旋转，有利于混合的均匀。

分配腔30内设有限定块32，限定块32与分配腔30的腔壁31之间限定出环形的流道33，流路连接管41与流道33连通，流道33与分配腔30同轴设置；通过限定出环形的流道33，有利于将分配腔30内的冷媒流体在周向分流，并流入分配腔30的出口端周向均布的多个流路连接管41内；通过在分配腔30内设置流道33，将冷媒流体在分配腔30内进行初步分流，保证了冷媒分流到与多个流路连接管41相同的周向上，有利于冷媒均匀的分配到多个流路连接管41中。

分配腔30的腔壁31为锥形，也就是腔壁31在远离混合腔20的方向上的远离分配腔30的轴线，限位块32具有与分配腔31的腔壁相匹配设置的锥形外侧面，腔壁31与锥形外侧面之间限定出流道33。优选的，限位块32具有与分配腔的腔壁31锥度相同的第一锥形外侧面321和第二锥形外侧面322，锥度是锥形的底面直径与锥形的高度之比；第一锥形外侧面321和第二锥形外侧面322之间通过径向沿的径向面323连接；第一锥形外侧面321与分配腔30的腔壁31之间限定出第一流道331，第二锥形外侧面322与分配腔30的腔壁31之间限定出第二流道332，第一流道331的宽度大于第二流道332的宽度，第一流道331的宽度就是第一锥形外侧面311与腔壁31之间的距离，第二流道332位于远离混合腔20的一端，也就是冷媒先流经第一流道331，在进入第二流道332，第二流道332与多个流路连接管41连接。流道33具有在冷媒流动方向上设置的第一流道331和第二流道332。

腔壁31为在冷媒流动方向上沿径向向外延伸的锥形，也就是流道30外侧在冷媒流动方向上向径向延伸；第一流道331为在冷媒流动方向上沿径向向外延伸的锥环结构，第二流道332为在冷媒流动方向上沿径向向外延伸的锥环结构，设置第一流道331的宽度大于第二流道332的宽度，有利于实现对于第二流道332的流体供应，设置径向面313，有利于形成流体的紊流，使得流体再混合，增加冷媒流体混合的均匀性。

本实施例中的气液两相冷媒分配器，可以用于所有采用热泵的设备，见图4图示为采用上述的气液两相冷媒分配器的热泵系统。一种热泵系统包括：压缩机300、蒸发器200、冷凝器400、四通阀500、膨胀阀700以及连接各部件的连接管路600，还包括用于为蒸发器200的各流路分配冷媒的气液两相冷媒分配器100；通过设置设有上述的气液两相冷媒分配器，使得气液两相冷媒均匀混合，并均匀分配到蒸发器的各流路，提高蒸发器的热交换效率。

实施例二

参见图1和图5，是本发明所提出的气液两相冷媒分配器的第二个实施例，本实施例与第一实施例的主要区别在于：限定块结构的不同，也就是使得流道结构的不同，其他可以采用与第一个实施例相同的结构。

一种气液两相冷媒分配器100，包括：螺旋管组10、混合腔20、分配腔30和多个流路连接管41，螺旋管组10具有周向布置的多个用于加速冷媒的螺旋管11，冷媒通过螺旋管11后形成螺旋移动的流体，并通过设置多个螺旋管11，形成多个螺旋移动的流体，有利于混合的均匀性；混合腔20用于将流经螺旋管组10的冷媒进行混合，混合腔20的进口端与螺旋管组10连通；分配腔30与混合腔20连通、用于将冷媒进行分配；多个流路连接管41周向均布在分配腔的出口端，有利于将到达分配腔30的的冷媒流体均匀的分配到各流路连接管41，流路连接管41用于连接分配腔30和蒸发器中的各流路。

冷媒进入多个螺旋管11中旋转加速，在冷媒进入混合腔20时具有向前的力矩、还具有旋转的扭矩，使得多个螺旋管11内流出的螺旋形的冷媒流体在混合腔20内旋转混合，并向前流动；之后冷媒流体进入分配腔30内并均匀的分配给多个流路连接管41，使得进入蒸发器200中各流路的冷媒的流量和状态都相同，有利于各流路的换热均匀；通过设置螺旋管组和混合腔，有利于冷媒的加速和螺旋形旋转，使得冷媒可以在混合腔20内均匀混合，有利于分配腔30均匀稳定的分配冷媒，有利于提高蒸发器的热交换效率，以获得更高的能效比。

分配腔30内设有限定块34，限定块34与分配腔30的腔壁31之间限定出环形的流道35，流路连接管41与流道35连通，流道35与分配腔30同轴设置；通过限定出环形的流道35，有利于将分配腔30内的冷媒流体在周向分流，并流入分配腔30的出口端周向均布的多个流路连接管41内；通过在分配腔30内设置流道35，将冷媒流体在分配腔30内进行初步分流，保证了冷媒分流到与多个流路连接管41相同的周向上，有利于冷媒均匀的分配到多个流路连接管41中。

腔壁31为在冷媒流动方向上沿径向向外延伸的锥形，限定块34为在冷媒流动方向上沿径向向外延伸的锥形，限定块34的锥度大于腔壁31的锥度，也就是使得限定块34的外侧面与腔壁31之间的距离在冷媒流动方向上逐渐缩小，也就是流道35在冷媒流动方向上沿径向向外延伸、并且宽度减小，流道35在冷媒流动方向上沿径向向外延伸，使得流道35的截面半径增加，也就使得流道35的截面面积会增加；通过设置宽度减小，使得流道35的截面面积会减小，使得流道35在冷媒流动方向上的截面面积的变化减小，有利于将冷媒流体均匀的分配到多个流路连接管41中。

实施例三

参见图1和图6，是本发明所提出的气液两相冷媒分配器的第三个实施例，本实施例与第一实施例的主要区别在于：在混合腔内设有叶轮，其他可以采用与第一个实施例相同的结构。

一种气液两相冷媒分配器100，包括：螺旋管组10、混合腔20、分配腔30和多个流路连接管41，螺旋管组10具有周向布置的多个用于加速冷媒的螺旋管11，冷媒通过螺旋管11后形成螺旋移动的流体，并通过设置多个螺旋管11，形成多个螺旋移动的流体，有利于混合的均匀性；混合腔20用于将流经螺旋管组10的冷媒进行混合，混合腔20的进口端与螺旋管组10连通；分配腔30与混合腔20连通、用于将冷媒进行分配；多个流路连接管41周向均布在分配腔的出口端，有利于将到达分配腔30的的冷媒流体均匀的分配到各流路连接管41，流路连接管41用于连接分配腔30和蒸发器中的各流路。

冷媒进入多个螺旋管11中旋转加速，在冷媒进入混合腔20时具有向前的力矩、还具有旋转的扭矩，使得多个螺旋管11内流出的螺旋形的冷媒流体在混合腔20内旋转混合，并向前流动；之后冷媒流体进入分配腔30内并均匀的分配给多个流路连接管41，使得进入蒸发器200中各流路的冷媒的流量和状态都相同，有利于各流路的换热均匀；通过设置螺旋管组和混合腔，有利于冷媒的加速和螺旋形旋转，使得冷媒可以在混合腔20内均匀混合，有利于分配腔30均匀稳定的分配冷媒，有利于提高蒸发器的热交换效率，以获得更高的能效比。

在混合腔20内设有可在从螺旋管11流出的冷媒流体的推动下旋转的叶轮50，叶轮50在螺旋形的冷媒流体的推动下旋转，进一步搅动流体，增加流体混合的均匀。

实施例四

参见图1、图7-图9，是本发明所提出的气液两相冷媒分配器的第四个实施例，本实施例与第一实施例的主要区别在于：设有冷却腔，其他可以采用与第一个实施例相同的结构。

一种气液两相冷媒分配器100，包括：螺旋管组10、混合腔20、分配腔30和多个流路连接管41，螺旋管组10具有周向布置的多个用于加速冷媒的螺旋管11，冷媒通过螺旋管11后形成螺旋移动的流体，并通过设置多个螺旋管11，形成多个螺旋移动的流体，有利于混合的均匀性；混合腔20用于将流经螺旋管组10的冷媒进行混合，混合腔20的进口端与螺旋管组10连通；分配腔30与混合腔20连通、用于将冷媒进行分配；多个流路连接管41周向均布在分配腔的出口端，有利于将到达分配腔30的的冷媒流体均匀的分配到各流路连接管41，流路连接管41用于连接分配腔30和蒸发器200中的各流路。

冷媒进入多个螺旋管11中旋转加速，在冷媒进入混合腔20时具有向前的力矩、还具有旋转的扭矩，使得多个螺旋管11内流出的螺旋形的冷媒流体在混合腔20内旋转混合，并向前流动；之后冷媒流体进入分配腔30内并均匀的分配给多个流路连接管41，使得进入蒸发器200中各流路的冷媒的流量和状态都相同，有利于各流路的换热均匀；通过设置螺旋管组和混合腔，有利于冷媒的加速和螺旋形旋转，使得冷媒可以在混合腔20内均匀混合，有利于分配腔30均匀稳定的分配冷媒，有利于提高蒸发器200的热交换效率，以获得更高的能效比。

气液两相冷媒分配器100还包括用于冷却冷媒的冷却腔60，冷却腔60套设在冷却腔60套设在混合腔20和分流腔30的外侧；通过设置冷却腔60，用于为混合腔20和分流腔30内的冷媒进一步的降温冷却，减低冷媒的温度，有利于在蒸发器200中提供更多的换热能量，有利于提高蒸发器200的换热效率，提高制热性能。

在其他实施例中，也可以只在混合腔20外侧设置冷却腔，或者只在分流腔30外侧设置冷却腔。

参见图8和图9是采用上述的气液两相冷媒分配器的热泵系统。一种热泵系统包括：压缩机300、蒸发器200、冷凝器400、四通阀500以及连接各部件的连接管路，还包括用于为蒸发器200的各流路分配冷媒的气液两相冷媒分配器100；通过设置设有上述的气液两相冷媒分配器，使得气液两相冷媒均匀混合，并均匀分配到蒸发器的各流路，提高蒸发器的热交换效率。

热泵系统还包括用于为冷却腔60提供冷媒的供液管71、用于将冷却腔60内的冷媒回流到连接管路600的回流管72。具体的，连接管路600具有与螺旋管组10连接的第一连接管601，第一连接管601的另一端连接膨胀阀700，供液管71的一端与第一连接管601连通、另一端与冷却腔60连通，第一连接管601；用于将热泵系统中，通过膨胀阀700后的低温低压冷媒，流入冷却腔60对混合腔20和分流腔30内的冷媒进行冷却。

为了进一步减低流入冷却腔60的冷媒的温度，在供液管71上设有用于冷媒降温的毛细管73，冷媒通过毛细管73被再次降温，进入冷却腔60的冷媒的温度比第一连接管601中的冷媒温度更低，有利于提高对于混合腔20和分流腔30内的冷媒的降温效果，有利于进一步提高蒸发器的热交换效率。在供液管71上还设有单向阀74。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的普通技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所要求保护的技术方案的精神和范围。