CN101932893B - 热交换器 - Google Patents

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Abstract

公开了一种用于在蒸气压缩***中使用的热交换器(38)，该热交换器(38)包括一个壳体(76)、一个第一管束(78)、一个罩子(86)和一个分配器(80)。该第一管束(78)包括在该壳体(76)内基本水平延伸的多个管子。该罩子(86)覆盖该第一管束(78)。该分配器(80)被配置且定位为将流体分配至该多个管子中的至少一个管子上。

Description

热交换器
相关申请的互相参引
本申请要求2008年1月11提交的题为“降膜式蒸发器***(FALLING FILM EVAPORATOR SYSTEMS)”的美国临时申请NO.61/020,533的优先权和权益，该申请通过援引纳入本说明书。
背景技术
本申请整体上涉及热交换器。
用于暖通空调(HVAC)***中的常规的制冷液体***(chilledliquid systems)包括一个蒸发器来实现或进行在该***的制冷剂与另一流体——通常是所要被冷却的液体——之间的热能传递。蒸发器的一个类型包括一个壳体(shell)，该壳体具有在该壳体内形成一管束(tube bundle)的多个管子。所要被冷却的流体在该管子内循环并且使得制冷剂与该管子的外面或外部表面接触，产生在所要被冷却的流体与制冷剂之间的热能传递。从所要被冷却的流体传递到制冷剂的热使得制冷剂进行到蒸气的相变，即该制冷剂在管子的外侧沸腾。例如，在通常所称的“降膜式(falling film)”蒸发器中，通过喷雾或其它类似的技术，制冷剂可沉积在管子的外表面上。在另一个实例中，在通常所称的“满液式(flooded)”蒸发器中，管子的外表面可全部或者部分地浸入在液态制冷剂中。在又一实例中，在通常所称的“混合降膜”蒸发器中，管子的一部分可具有沉积在外表面的制冷剂以及管束的另一部分可被浸入液态制冷剂中。
由于来自正被冷却的流体的热能传递，制冷剂被加热并且转变成一种蒸气状态，接着其返回至对该蒸气进行压缩的压缩机以开始另一制冷剂循环。被冷却的流体可被循环至位于一个建筑物内的多个热交换器。来自该建筑物的较热的空气被通入热交换器，在该热交换器处，被冷却的流体变热同时将建筑物的空气冷却。被建筑物空气加热的流体返回蒸发器以重复该过程。
发明内容
本发明涉及一种在一蒸气压缩***中使用的热交换器，该热交换器包括一个壳体、一个第一管束、一个罩子(hood)和一个分配器。该第一管束包括在壳体内基本水平延伸的多个管子，该罩子覆盖该第一管束。该分配器被配置且定位为将流体分配到该多个管子中的至少一个管子上。
本发明还涉及一种在一制冷***中使用的蒸发器，该蒸发器包括一个壳体、一个在壳体内形成的出口、多个管束、多个罩子、位于该多个罩子的相邻罩子之间的一个间隙，以及多个分配器。该多个管束中的每一个管束包括多个在壳体内基本水平延伸的管子。该多个罩子中的至少一个罩子覆盖该多个管束中的一个管束。该多个分配器中的每一个分配器被配置且定位为将流体分配到一个被一罩子覆盖的管束的至少一个管子上。该间隙被配置为将离开该多个罩子的相邻罩子的流体引导至出口。
附图说明
图1示出了在一个商用环境中的用于一暖通空调***的一个示例性实施方案。
图2示出了一个示例性蒸气压缩***的正轴侧视图。
图3和4示意性地图解了一个蒸气压缩***的示例性实施方案。
图5A示出了一个示例性蒸发器的分解的、局部剖去的视图。
图5B示出图5A的蒸发器的一个俯视正轴侧视图。
图5C示出了沿图5B中线5-5所取的带有制冷剂的蒸发器的横截面。
图6A示出了一个示例性蒸发器的俯视立体图。
图6B和6C示出了沿图6A的线6-6所取的带有制冷剂的该蒸发器示例性实施方案的横截面。
图7A至7C和8A示出了一个蒸发器的多个示例性实施方案的横截面。
图8B示出了一个蒸发器的示例性实施方案的横截面，包括沿图8C的线8-8所取的该示例性分配器的局部横截面。
图8C示出了一个用于蒸发器的分配器的示例性实施方案的俯视立体图。
图9A示出了一个示例性分配器的局部横截面。
图9B示出了一个示例性分配器的横截面。
图10A示出了一个示例性蒸发器的侧视图。
图10B示出了沿图10A的线10-10所取的蒸发器的横截面。
图10C示出了图10B的蒸发器的管束的放大的局部分解图。
图11、12、13A至13D、14至16、17和18示出了蒸发器的蒸发器的多个示例性实施方案的横截面。
图14A和14B是沿图14的区域14A所取的蒸发器的示例性分配器实施方案的放大的局部视图。
图17A和18A示出了一个蒸发器的热交换器的示例性实施方案的横截面。
图19A和19B示出了一个分配器的示例性实施方案的横截面。
图19C示出了一个分配器喷嘴的示例性实施方案的仰视图。
图20示出了一个分配器喷嘴的示例性实施方案的局部横截面。
图21示出了一个蒸发器的一个示例性实施方案的横截面并且包括一个具有类似于图8C的分配器的分配器的蒸发器。
图22示出了一个蒸发器的一个示例性实施方案的横截面。
图23和24示出了一个蒸发器的一个示例性实施方案的横截面和立面端视图。
图25和26示出了一个蒸发器罩子的一个示例性实施方案的横截面和立面端视图。
具体实施方式
图1示出了在典型商用环境中的建筑物12内的用于一个包含一制冷液体***的暖通空调(HVAC)***10的示例性环境。***10可以包括一个蒸气压缩***14，该蒸气压缩***14可以供应可被用于冷却建筑物12的制冷液体。***10可以包括一个锅炉16以供应可被用于为建筑物12供暖的加热液体，以及一个使空气在建筑物12中循环的空气分配***。该空气分配***还可以包括一个回风管18、一个送风管20和一个空气处理器22。空气处理器22可以包括一个热交换器，该热交换器通过管道24被连接至锅炉16和蒸气压缩***14。根据***10的运行模式，在空气处理器22中的热交换器可以接受来自锅炉16的加热液体或者来自蒸气压缩***14的制冷液体。***10被显示为在建筑物12的每一层具有一个分立的空气处理器，但是应理解这些部件可以在两层或者多层之间共享。
图2和3示出了一个可被用于一个HVAC***(例如，HVAC***10)中的一个示例性蒸气压缩***14。蒸气压缩***14可以穿过一个由一个马达50驱动的压缩机32、一个冷凝器34、膨胀装置36以及一个液体制冷器或蒸发器38来使制冷剂循环。蒸气压缩机***14还可以包括一个控制面板40，该控制面板40可以包括一个模数(A/D)转换器42、一个微处理器44、一个非易失性存储器46以及一个接口板48。在蒸气压缩***14中可用作制冷剂的一些实例是：氢碳氟(HFC)基制冷剂，例如R-410A、R407、R134a、氢氟烯烃(HFO)、“天然”制冷剂如氨水(NH3)、R-717、二氧化碳(CO2)、R-744或者烃基制冷剂、水蒸气或者任意其它适宜类型的制冷剂。在一个示例性实施方案中，蒸气压缩***14可以使用VSD52、马达50、压缩机32、冷凝器34和/或蒸发器38的每个中的一个或多个。
与压缩机32一起使用的马达50可由一个变速驱动装置(VSD)52供电，或者可以直接从一个交流(AC)或者直流(DC)电源供电。VSD52，如果使用的话，从交流电源接收具有一个特定的固定线电压和固定线频率的交流电，并且为马达50提供具有可变的电压和频率的电力。马达50可以包括可以由一个VSD供电或者直接从一个交流或直流电源供电的任意类型的电动马达。例如，马达50可以是开关磁阻式马达、感应式马达、电整流永磁式马达或者任意其它适宜的马达类型。在一个替代的示例性实施方案中，其他驱动机构例如蒸汽的或燃气的涡轮机或发动机以及相应的部件也可以用来驱动压缩机32。
压缩机32压缩制冷剂蒸气并且将该蒸气通过一个排放管线输送至冷凝器34。压缩机32可以是一个离心式压缩机、螺旋式压缩机、往复式压缩机、回转式压缩机、摆杆式压缩机、涡旋式压缩机、涡轮式压缩机或者任意其它适宜的压缩机。由压缩机32输送至冷凝器34的制冷剂蒸气将热传递至一种流体，例如水或空气。由于与所述流体的热传递，制冷剂蒸气在冷凝器34中冷凝成制冷剂液体。来自冷凝器34的液态制冷剂穿过膨胀装置36流至蒸发器38。在图3所示的示例性实施方案中，冷凝器34是水冷式的并且包括一个连接至冷却塔56的管束54。
输送至蒸发器38的液态制冷剂吸收来自另一流体的热量，并且进行到制冷剂蒸气的相变，所述另一流体可以与冷凝器34所使用的流体类型相同或者不同。在图3所示的示例性实施方案中，蒸发器38包括一个管束，该管束具有连接至一冷却负载62的一个供应管线60S和一个返回管线60R。一种过程流体(process fluid)，例如水、乙二醇、氯化钙盐水、氯化钠盐水或者任意其它适宜的液体，经由返回管线60R进入蒸发器38以及经由供应管线60S离开蒸发器38。蒸发器38使得管子中的过程流体的温度快速下降。蒸发器38中的管束可以包括多个管子和多个管束。蒸气制冷剂离开蒸发器38并且通过一个吸气管线(suction line)返回至压缩机32以完成循环。
类似于图3的图4示出了带有一个中间回路(circuit)64的制冷剂回路，该中间回路64可被包含在冷凝器34和膨胀装置36之间以提供提高的冷却容量、效率和性能。中间回路64具有一个入口管线68，该入口管线68可以直接连接至冷凝器34或者可以与冷凝器34流体连通。如图所示，入口管线68包括一个位于一中间容器70上游的膨胀装置66。在一个示例性实施方案中，该中间容器70可以是一个闪蒸罐(flash tank)，也被称为闪发式中间冷却器(flashintercooler)。在一个替代的示例性实施方案中，中间容器70可以被配置为一个热交换器或者一个“表面式经济器(surfaceeconomizer)”。在该闪发式中间冷却器布置中，一个第一膨胀装置66起到的作用是降低从冷凝器34接收的液体的压力。在闪发式中间冷却器内的膨胀过程期间，该液体的一部分被蒸发。中间容器70可被用于将被蒸发的蒸气与自冷凝器接收的液体分离。该被蒸发的液体可以在一个吸气和排气之间的中间压力下或在压缩的中间状态下通过一个管线74被压缩机32吸至一个端口。未被蒸发的液体通过膨胀过程被冷却，且聚集在中间容器70的底部，液体在该中间容器70的底部处被回收，以穿过一个包括一第二膨胀装置36的管线72流至蒸发器38。
在“表面式中间冷却器”的布置中，如本领域技术人员已知的，实现有稍微地不同。中间回路64可以以如上所述的类似方式运行，除了不是从冷凝器34接收全部量的制冷剂，如图4所示，中间回路64仅从冷凝器34接收制冷剂的一部分，并且剩余的制冷剂直接继续进入到膨胀装置36中。
图5A至5C示出了一个蒸发器的示例性实施方案，该蒸发器被配置为一个“混合降膜式(hybrid falling film)”蒸发器。如图5A至5C所示，一个蒸发器138包括一基本圆柱形的壳体76，该壳体76具有形成一个沿着壳体76的长度基本水平延伸的管束78的多个管子。至少一个支撑件116可被定位在壳体76内，以支撑在管束78中的多个管子。一个适宜的流体例如水、乙烯、乙二醇或者氯化钙盐水穿过管束78的管子流动。一个定位在管束78上方的分配器80将制冷剂110从多个位置分配、沉积或应用到管束78中的管子上。在一个示例性实施方案中，由分配器80沉积的制冷剂可以全部是液态制冷剂，尽管在另一个示例性实施方案中，由分配器80沉积的制冷剂可以既包括液态制冷剂也包括蒸气制冷剂。
绕管束78的管子流动而没有改变状态的液态制冷剂聚集在壳体76的下部中。该聚集的液态制冷剂可以形成一个液态制冷剂82的池或储存器82。自分配器80的沉积位置可以包括相对于管束78的纵向或横向位置的任意组合。在另一个示例性实施方案中，自分配器80的沉积位置并不限于沉积到管束78的上部管子之上的位置。分配器80可以包括由制冷剂的分散源供给的多个喷嘴。在一个示例性实施方案中，该分散源是一个连接制冷剂源诸如冷凝器的管子。这些喷嘴不仅包括喷雾喷嘴，还包括可以将制冷剂引导或导向至管子的表面上的加工开口。这些喷嘴可以以预定的模式(例如，喷射模式)应用制冷剂，以使得管束78的上排的管子被覆盖。管束78的管子可以被布置为促进制冷剂以围绕管子表面的膜的形式的流动，该液态制冷剂聚结以在管子表面的底部形成液滴，或者在某些情况下形成液态制冷剂的一个帘(curtain)或者面(sheet)。所得到的面促进了管子表面的湿润，这增强了在管束78的管子内流动的流体与围绕管束78的管子流动的制冷剂之间的热传递效率。
在所述池的液态制冷剂82中，一个管束140可以被浸入或者至少部分地被浸入，以提供在制冷剂和过程流体之间的额外的热能传递，从而将所述池的制冷剂82蒸发。在一个示例性实施方案中，管束78可以被定位为至少部分地在管束140以上(即，至少部分地上覆盖)管束140。在一个示例性实施方案中，蒸发器138采用一个双行程(twopass)***，在该双行程***中，将被冷却的过程流体首先在管束140的管子内流动，然后被引导为在与在管束140中的流动相反的方向上在管束78的管子内流动。在该双行程***的第二行程中，在管束78中流动的流体的温度被降低，因此为获得该过程流体的期望温度，需要与在管束78的表面上流动的制冷剂之间进行较少的热传递。
可以理解，尽管一个双行程***被描述为其中第一行程与管束140相关联以及第二行程与管束78相关联，但也构想了其它布置。例如，蒸发器138可以采用一个单行程***，其中过程流体在相同方向上既流过管束140也流过管束78。或者，蒸发器138可以采用一个三行程***，其中两个行程与管束140相关联，剩余的行程与管束78相关联，或者其中一个行程与管束140相关联，剩余的两个行程与管束78相关联。此外，蒸发器138可以采用一个备用双行程***，其中一个行程既与管束78也与管束140相关联，且第二行程既与管束78也与管束140相关联。在一个示例性实施方案中，管束78被定位为至少部分地在管束140以上，同时一个间隙将管束78与管束140分隔。在另一示例性实施方案中，罩子86覆盖在管束78上，同时罩子86朝向所述间隙延伸并且在该间隙附近终止。总之，构想了其中每一个行程可以与管束78和管束140中的一个或两个相关联的任意数量的行程。
一个外壳(enclosure)或罩子86被定位在管束78之上以基本防止叉流(cross flow)，也即，在管束78的管子之间的蒸气制冷剂或液体和蒸气制冷剂106的横向流动。罩子86被定位在管束78的管子之上并且在横向上作为管束78的管子的边界。罩子86包括一个靠近壳体76的上部定位的上端88。分配器80可以被定位在罩子86和管束78之间。在又一示例性实施方案中，分配器80可以靠近罩子86但在其之外而定位，使得分配器80并不定位在罩子86和管束78之间。然而，即使分配器80没有定位在罩子86和管束78之间，分配器80的喷嘴仍被配置为将制冷剂引导或应用至管子的表面上。罩子86的上端88被配置为基本防止了所应用的制冷剂110和部分蒸发的制冷剂的流动，即防止了液体和/或蒸气制冷剂106直接流至出口104。相反地，所应用的制冷剂110和制冷剂106被罩子86限制，更具体地，在制冷剂可以穿过罩子86中的开放端94离开之前被迫使在壁92之间向下行进。围绕罩子86的蒸气制冷剂的流96还包括远离所述池的液态制冷剂82流动的被蒸发的制冷剂。
可以理解，至少上述提到的、相对的项目对于本公开文本中的其它示例性实施方案是非限制性的。例如，罩子86可以相对于前文所述的其它蒸发器部件旋转，也即，包括壁92的罩子86并不限于竖直定向。在罩子86围绕一个与管束78的管子基本平行的轴线充分旋转之后，罩子86将不再被认为是“定位在管束78的管子以上”或者“在横向上作为管束78的管子的边界”。类似地，罩子86的“上”端不再靠近壳体76的“上部”，并且其它示例性实施方案并不限于这种在罩子和壳体之间的布置。在一个示例性实施方案中，罩子86在覆盖管束78之后终止，尽管在另一个示例性实施方案中，罩子86在覆盖管束78之后进一步延伸。
在罩子86迫使制冷剂106在壁92之间向下并且穿过开放端94之后，蒸气制冷剂在壳体76和壁92之间的空间内从壳体76的下部行进至壳体76的上部之前，该蒸气制冷剂发生了突然的方向变化。同重力的作用相结合，在流动中的这种突然的方向变化导致制冷剂的一部分任意携带的液滴与液态制冷剂82或者壳体76碰撞，从而将这些液滴从蒸气制冷剂流96中去除。而且，在壁92之间沿着罩子86的长度行进的制冷剂雾聚结成更容易通过重力分离的更大的点滴(drop)，或者被保持为足够靠近管束78或者与管束78接触，以允许制冷剂雾通过与管束的热传递而蒸发。由于点滴尺寸的增大，提高了点滴通过重力分离的效率，使得蒸气制冷剂96在壁92和壳体76之间的空间内穿过蒸发器流动的向上速度增大。蒸气制冷剂96——无论自开放端94流动或者自所述池的液态制冷剂82流动——在靠近上端88自壁92突出的一对延伸件(extensions)98上流动并且进入通道100。蒸气制冷剂96穿过缝隙102进入通道100，然后在出口104处离开蒸发器138，所述缝隙102是在延伸件98的端部与壳体76之间的空间。在另一个示例性实施方案中，蒸气制冷剂96可以穿过在延伸件98中形成的开口或孔而不是穿过缝隙102进入通道100。在又一个示例性实施方案中，缝隙102可以由在罩子86和壳体76之间的空间形成，也即，罩子86并不包括延伸件98。
换言之，一旦制冷剂106从罩子86离开，蒸气制冷剂96则沿着规定的通路从壳体76的下部流至壳体76的上部。在一个示例性实施方案中，所述通路在到达出口104之前在罩子86的表面和壳体76之间基本对称。在一个示例性实施方案中，在蒸发器出口附近设置折流板(baffles)诸如延伸件98以防止出现蒸气制冷剂96到达压缩机入口的直接路径。
在一个示例性实施方案中，罩子86包括对置的基本平行的壁92。在另一示例性实施方案中，壁92可以基本竖直延伸并且终止于开放端94处，也即，该壁92位于基本相对的上端88处。上端88和壁92在管束78的管子附近靠近地定位，同时壁92朝向壳体76的下部延伸，从而基本在横向上作为管束78的管子的边界。在一个示例性实施方案中，壁92与管束78的管子的间隔可以在大约0.02英寸(0.5mm)和大约0.8英寸(20mm)之间。在另一示例性实施方案中，壁92与管束78的管子的间隔可以在大约0.1英寸(3mm)和大约0.2英寸(5mm)之间。然而，为了提供充分的间隔以将分配器80定位在管子和罩子的上端之间，上端88和管束78的管子之间的间隔可以明显大于0.2英寸(5mm)。在一个示例性实施方案中，其中罩子86的壁92基本平行并且壳体76是圆柱形的，壁92也可以关于壳体的一个对将壁92分隔的空间平分的对称的中心竖直平面而对称。在其他示例性实施方案中，壁92不需要经过管束78的管子而竖直延伸，壁92也不需要是平面的，由此壁92可以是曲面的或者具有其他非平面形状。无论何种具体结构，罩子86被配置为在壁92的界限内将制冷剂106穿过罩子86的开放端94引导。
图6A至6C示出了一个蒸发器的一个示例性实施方案，该蒸发器被配置为一个“降膜式”蒸发器128。如图6A至6C所示，除了蒸发器128并不包括聚集在壳体下部的在所述池的制冷剂82中的管束140之外，蒸发器128类似于图5A至5C中所示的蒸发器138。在一个示例性实施方案中，罩子86在覆盖管束78之后终止，尽管在另一个示例性实施方案中，罩子86在覆盖管束78之后进一步朝向所述池的制冷剂82延伸。在又一个示例性实施方案中，罩子86终止为使得该罩子并不完全覆盖管束，即基本覆盖管束。
如图6B和6C所示，一个泵84可被用于使得所述池的液态制冷剂82从壳体76的下部经由管线114至分配器80进行再循环。如图6B进一步所示，管线114可以包括一个调节装置112，该调节装置112可以与一个冷凝器(未示出)流体连通。在另一个示例性实施方案中，可以采用一个喷射器(ejector)(未示出)来通过使用来自冷凝器34的加压制冷剂将液态制冷剂82从壳体76的下部吸出，该喷射器借助于伯努利效应(Bernoulli effect)来运行。该喷射器与调节装置112和泵84的功能相结合。
在一个示例性实施方案中，管子或管束的一个布置可以由多个均匀间隔的管子限定，所述管子竖直地且水平地成直线，形成一个基本矩形的轮廓。然而，除了管子均匀间隔的布置以外，可以使用其中管子既不在水平上成直线又不在竖直方向上成直线的管束的堆(stacking)布置。
在另一个示例性实施方案中，构想了不同的管束构造。例如，在管束中诸如沿着管束的最上面的水平排或者最上面的部分可以使用肋(finned)管(未示出)。除了能够使用肋管之外，也可使用被开发用于使得池沸腾应用——例如“满液式”蒸发器——更有效运行的管子。此外，或者与肋管结合，还可以将多孔敷层(porous coatings)应用至管束的管子的外表面。
在另一个示例性实施方案中，该蒸发器壳体的横截面形状可以是非圆形的。
在一个示例性实施方案中，该罩子的一部分可以部分地延伸至壳体出口中。
此外，可以将***14的膨胀装置的膨胀功能合并到分配器80中。在一个示例性实施方案中，可以采用两个膨胀装置。一个膨胀装置被显示为分配器80的喷雾喷嘴。另一个膨胀装置(例如，膨胀装置36)可以提供制冷剂的初步的部分膨胀，然后该制冷剂的膨胀由定位在蒸发器内的喷雾喷嘴提供。在一个示例性实施方案中，通过在蒸发器内的液态制冷剂82的高度(level)可以控制另一膨胀装置，即该非喷雾喷嘴膨胀装置，以满足运行工况例如蒸发和冷凝压力以及部分冷却负载的变化。在一个替代的示例性实施方案中，膨胀装置可以通过冷凝器中的液态制冷剂的高度来控制，或者在另一个示例性实施方案中，通过在一个“闪发式经济器”来控制。在一个示例性实施方案中，大部分的膨胀可以发生在喷嘴中，提供一个更大压差，并且同时允许喷嘴具有减小的尺寸，因而减小了喷嘴的尺寸且降低了喷嘴的成本。
图7A至7C示出了一个蒸发器的示例性实施方案。更具体地，在图7A中，分配器80包括多个喷嘴81以将所应用的制冷剂110应用或者分配到管束78的表面上，所述多个喷嘴81以预定的角度间隔分离，例如在大约15度至大约60度之间。如图7A进一步所示，分配器80和喷嘴81都定位在罩子86和管束78的管子之间。在另一个示例性实施方案中，所述角度间隔并不相同，也即，喷嘴可以以非均匀的布置或方式来定位，以及在另一实施方案中，喷嘴的尺寸和/或流量可以彼此不同。如图7B中所示，喷嘴81被“构建(built into)”在罩子86的结构中，使得喷嘴81并不定位在罩子86和管束78的管子之间。在又一示例性实施方案中，例如在图7C所示的，分配器喷嘴81可以靠近罩子86但是在其之外而定位，使得分配器80并不定位在罩子86和管束78之间。尽管喷嘴81可以不定位在罩子86和管束78之间，但分配器80的喷嘴可以配置为将制冷剂引导/分配或应用至该管束的至少一个管子的表面上，例如穿过一个在罩子内形成的开口83。
图8A和8B示出了一个蒸发器的示例性实施方案。如图8A所示，一对罩子86被定位在壳体76内，其中每一罩子都包括和覆盖一个各自的分配器80和管束78。在一个替代的示例性实施方案中，不同数量的罩子可以被定位在壳体内，其中每一个罩子都包括一个相应的分配器和管束，以及在另一个示例性实施方案中，所述各自的罩子(以及相应的管束和分配器)可以被配置为提供不同量的制冷剂流和过程流体流，也即，被配置为提供不同的热传递能力。如图8B所示，罩子86覆盖一个分配器网或多个分配器120。
图8C示出了一个分配器网或多个分配器120的示例性实施方案。一个入口管线130分叉(bifurcate)为管线132和管线134。在该分叉的上游，入口管线130包括一个计量装置122，例如一个膨胀阀。管线132和134包括各自的控制装置124和126，例如包括电磁阀的阀门，以调节穿过管线132和134中的每一个流动的制冷剂的压力。管线134被连接至一个被分支或分为不同的流动路径或流动部分144的歧管142。流动部分144包括多个喷嘴146。在一个示例性实施方案中，歧管142包括至少一个喷嘴146。类似地，管线132被连接至一个被分支或分为不同流动部分150的歧管148。流动部分150包括多个喷嘴152。在一个示例性实施方案中，歧管148包括至少一个喷嘴152。可以理解，歧管、自该歧管的流动路径和/或喷嘴单独地或共同地任意组合可被认为是一个分配器。在一个示例性实施方案中，控制装置124和126可配置为使得在歧管142和148以及它们各自流动路径或流动部分之间的工作压力可以不同。换言之，多个分配器120可被配置在一个与由该多个分配器中的另一分配器所分配的另一流体的压力不同的压力下来分配流体。
在另一示例性实施方案中，与歧管相关的流动路径或流动部分的数量可以彼此不同，以及在另一个示例性实施方案中，单个歧管或者多于两个歧管可以与一个或多个控制装置或计量装置组合使用。在另一个示例性实施方案中，流动路径或流动部分144和150中的至少一个包括一个重叠区域154。由于流动路径或流动部分144和150可以以不同的竖直的、水平的或成角度的方向或者相对于彼此可旋转倾斜地被定位，因此重叠区域154可以包括在相应的流动部分144和150之间的多个定向，例如水平地或者竖直地并置(juxtaposition)或者并置的其他组合。换言之，至少部分的流动路径或流动部分144和150可以彼此不平行。在另一示例性实施方案中，用于至少一个流动路径或流动部分的喷嘴可配置为在不同压力和/或流量下工作。
图9A和9B示出了一个分配器156的示例性实施方案。分配器156可以包括至少一个配件(fitting)158，该配件158被配置为接收一个喷嘴例如喷嘴81，该配件158被示为具有一个螺纹状的相互接合允许喷嘴能够选择性地而被安装或被去除，例如为了清洗/替换。如图9A进一步所示，配件158被配置为安装在分配器156内，使得配件158的末端保持一个从分配器156的流动路径或流动部分的壁的内侧表面测量的***距离160。该***距离160被配置为降低由诸如外来颗粒或碎片162以及喷嘴81引起的流动阻碍。
图9B示出了一个示例性实施方案，其中分配器156被配置为在无需去除管支撑件116的情况下可以从蒸发器上去除。也即，如图9B进一步所示，一个入口配件164具有一个被配置为接收分配器156一端的开口166。分配器156的另一端可以穿过一个在通常被称为薄板(sheet)的管支撑件116内形成的开口170而***，且通过一个端部配件168被紧固，该端部配件168通过机械紧固件172被紧固至该管支撑件116。在去除了在蒸发器一端处定位的一个过程流体盒26，以及随后去除配件168的紧固件172之后，可以实现进入分配器156，例如用于保养/维修。在通过开口170进入和抽出分配器156时，可以进行分配器156或分配器156的任意部分例如喷嘴81的替换。在一个示例性实施方案中，开口170的尺寸被加工为足以从蒸发器156去除分配器156而无需从分配器去除喷嘴。
图10A至10C示出了蒸发器138的一个示例性实施方案。蒸发器138包括容纳制冷剂82、96、106和110的壳体76。制冷剂106和制冷剂110被限制为围绕被罩子86覆盖的管束78的管子流动，且围绕管束78的管子流动的未改变状态的液态制冷剂在壳体76的下部形成一池的液态致冷剂82。蒸发器138在每个末端还具有顶盖或过程流体盒26和28，以封装壳体76且用作过程流体进入或离开在壳体内定位的管束78和管束140的管子的分配器或歧管。蒸发器138的管束78和140的管子从在壳体76的一端处的过程流体盒26延伸至在壳体的相对端处的过程流体盒28。过程流体盒26和28在壳体76内将过程流体与制冷剂分离。该管束的管子内的过程流体必须与容纳在壳体内的制冷剂分离，以使得在壳体中的过程流体之间的热传递过程中，过程流体不与制冷剂混合。
图10A示出了在一个双行程构型中的蒸发器，也即，过程流体通过入口30进入并且到蒸发器138第一端的过程流体盒26中，穿过第一组管子(即，管束78和/或管束140的一个或多个管子)以到达在蒸发器另一端的过程流体盒28，在该处过程流体改变方向，然后穿过壳体76和第二组管子(即，管束78和/或管束140的剩余的管子)以向后开始第二行程。该过程流体然后穿过在蒸发器的与出口30相同端上的出口31离开蒸发器138。也可以使用其它的蒸发器流动行程构型(未示出)，例如一个三行程构型或者一个单行程构型。
在其他实施方案中，根据所使用的流动行程构型，例如一个双行程构型或者一个三行程构型，不同的隔板(partitions)或折流板被定位在过程流体盒26和28内。图10B示出了一个示例性的间隔布置，该间隔布置可以与管束78一起被用于一个双行程或三行程构型。如图10B进一步所示(图10C是一个与管束78和140的分隔相关的被分离出的视图)，一个间隔或隔板58将管束78的管组118与管组119分离。一个间隔或隔板59将管束78的管组119与管组121分离。这些隔板中的每一个都可以与该过程流体盒中的一个折流板相关联或没有关联。换言之，隔板58和59可以对应于将过程流体盒26中正进入的、未冷却的过程流体与已经两次经过壳体的正离开的过程流体分离的折流板。在一个示例性实施方案中，隔板58和59可以类似于一个人字形(herringbone)或者“V”形轮廓，从而允许管束78以一个紧凑结构被构造，尽管在其他示例性实施方案中，隔板58和59可以包含其他轮廓，例如一个竖直定向的轮廓。一个竖直定向的轮廓将导致过程流体穿过管组的从一侧到另一侧(side-to-side)的流动。一个水平取向定向的轮廓将导致过程流体穿过该管组的上/下(up/down)流动。在另一实施方案中，管束140可以多个管组，类似于如在图10C中进一步所示的管束78。例如，一个间隔或隔板61将管组65与管组67分离，以及一个间隔或隔板63将管组67与管组69分离。在另一个示例性实施方案中，管束140可以采用具有水平定向的轮廓的隔板61和63。
图11示出了一个蒸发器174的示例性实施方案。蒸发器174包括一对罩子86，其中每个罩子86都包括一个相应的分配器80和管束78。由于该蒸发器的一个替代的示例性实施方案可以包括多于两个的罩子，因此该罩子将被描述为相邻或紧邻的罩子，尽管在图11中只示出了一对罩子。壳体76包括一个隔板178，该隔板178包括被连接到一第二节段182的一端的第一节段180，该第二节段182的另一端朝向壳体76延伸并且与壳体76连接。第一节段180可以基本平行于覆盖管束78的壳体86的相应部分延伸。第二节段182可以与覆盖管束78的罩子86的相应部分不平行，该第二节段182可以朝向壳体76延伸并且与壳体76连接。如图11进一步所示，设置了一个第二隔板178。第二隔板178的第一节段180可以与第一隔板178的第一节段180平行，以及第二隔板178的第二节段182可以与第一隔板178的第二节段182不平行。一个间隙176将隔板178分隔。该间隙176的将相应的第二节段182分隔且朝向壳体延伸的部分在图11被示为从间隙176的将相应的第一节段180分隔的部分分出，尽管在一个替代实施方案中，该将第二节段182分隔的间隙部分可以会聚。间隙176可以被配置为将离开该相邻的罩子86的制冷剂96朝向出口104引导。一个过滤器184——通常被称为“除雾器”或“蒸气/液体分离器”——可以被定位在靠近或者在相应的第二节段182之间的间隙176的部分中。在一个示例性实施方案中，过滤器184可靠近出口104布置。在另一个示例性实施方案中，隔板178可被对称地定位在被相应的相邻罩子覆盖的相邻的管束之间。在又一示例性实施方案中，至少隔板178的部分可以与罩子86的相应部分基本重合，以及在另一个实施方案中，如果没有整体地替代一个或两个都替代，罩子86可以取代部分的隔板178。
图12示出了一个蒸发器的示例性实施方案，该蒸发器带有被罩子86覆盖的管束186，其中，除了位于罩子86和管束186上部管子之间的分配器80之外，至少一个额外的分配器80被设置在一个定位在管束186的中间区域中的间隙188内。该额外的分配器可以被定位在管束的管子之间，提供被应用的制冷剂到管束表面上的多种/多种高度的应用，由此通过提供管束的管子的强化润湿来改进蒸发器的性能/容量。以及另一示例性实施方案，管束的管子可以至少部分地围绕分配器。在一个替代的实施方案中，该额外的分配器可以不同地被定位，也即，成列地定位或以其他非均匀布置地定位。
图13A至13D示出了覆盖管束196的罩子190的示例性实施方案。罩子190的相对的壁192可以彼此不平行。壁192可以如图13A和13B所示在一个朝向罩子的开放端的方向上彼此分开，以及如图13C和13D所示在一个朝向罩子的开放端的方向上彼此会聚。从一个壁或两个壁192朝向相对的壁192向内延伸的突出部194被配置为将流体——即在壁和突出部上聚结或凝聚的液态液滴——排出且沉积或者应用至管束196的管子上。如图13B所示，管束196的管子可以以彼此成不同角度布置的列来布置。例如，一个具有轴线204的中心定位的列相对于一个具有轴线202的管子的列成一角度198被定位。类似地，具有轴线204的管子的列以相对于一个具有轴线206的管子的列成一角度200被定位。为了提供用于测量角度198和200的参照点，轴线202、204和206从一个公共的焦点208延伸。总之，轴线202和204不平行，轴线204和206也不平行。通过采用特别与分开的罩子的壁不平行的管列轴线，可以在罩子下面***额外列的管子，或者可以将至少部分列的管子***管束。或者，通过采用与会聚的罩子的壁不平行的管列轴线，使得管列之间的空间减小，可以增强在靠近罩子的狭窄的开放端的管束的底部处所发生的热传递量。
图14、14A和14B示出了带有罩子210的蒸发器的示例性实施方案。罩子210可以包括一个沿着罩子表面形成的不连续部(discontinuity)212。不连续部212可以包括在罩子表面内形成的凹进或突出的部分或者其他表面特征。不连续部212被配置为将一种流体——即已经在壁和/或不连续部上聚结或凝聚的液态液滴216——沉积或应用至一个被罩子210覆盖的管束218的管子上。在一个示例性实施方案中，包括该不连续部的罩子可以是整体式构造。在另一个示例性实施方案中，一个构件222可被紧固至罩子210以提供该不连续部或者在罩子中的一个额外的不连续部。在又一示例性实施方案中，构件222可以包括多个不连续部，例如额外的不连续部214。在一个示例性实施方案中，一个额外的列的管子，或者至少部分列的管子可以借助于该罩子增加的不连续部而被***罩子内。
图15和16示出了示例性蒸发器的实施方案。一个覆盖管束78的罩子223可以包括靠近罩子的开放端在该罩子的至少一个壁内形成的百页窗(louvers)或肋片开口224。管束78可以通过间隙225与管束140分离，该间隙225可以包括一个收集器234。收集器234可以通过在一个相对高蒸气速度的区域内防止液体与蒸气接触而减少“液体携带(liquid carryover)”。在一个示例性实施方案中，收集器234可以靠近肋片开口224定位以收集在罩子壁上已经聚结或凝聚的液态液滴。在另一个示例性实施方案中，收集器234可以是与罩子一体的构造。在又一个示例性实施方案中，收集器234可以包括位于收集器的各部分之间的开口(未示出)，以使得制冷剂96可以围绕罩子223的开口端行进并且穿过间隙225，而不碰到所述池的制冷剂82。围绕罩子223的开放端行进的制冷剂96必须进一步围绕第一障碍物(obstruction)226行进以及穿过一个可以靠近该第一障碍物226定位的第二障碍物228，每一障碍物都被定位为靠近罩子的开放端。在一个示例性实施方案中，第一障碍物226可以自壳体76朝向罩子223延伸，尽管在另一个示例性实施方案中，第一障碍物226可以自罩子223朝向壳体76延伸。在另一的实施方案中，第二障碍物228可以包括多个开口230。一个过滤器232——通常被称为“除雾器”或“蒸气/液体分离器”——可以在罩子223和壳体76之间延伸。在一个示例性实施方案中，过滤器232可以相对于罩子223的壁成非90度的角度而被定位。
图17、17A、18和18A示出了一个带有热交换器236的蒸发器的示例性实施方案。热交换器236可以包括间隔开的多个通路238，一种过程流体240穿过这些通路238在一个通路239中流动，以实现或进行在制冷剂82和过程流体240之间的热能传递。热交换器236可以被配置用于浸没在一种流体例如液态制冷剂82中。在一个示例性实施方案中，热交换器236可以被配置为与过程盒入口/出口242的构造选择性流体连通，例如在图17和18中被显示为一个双行程或一个三行程构型。在一个双行程构型的示例性实施方案中，第一行程可以包括穿过管束78的管子的过程流体流，第二行程包括穿过热交换器236的过程流体流。在其它示例性实施方案中，可以使用管束78的管子和/或热交换器236的其它组合来构建双行程或三行程或者更多(行程)的构造。在一个其他示例性实施方案中，该热交换器236表面的至少一部分被配置为诸如通过烧结、表面粗加工或者其他表面处理来增强沿着热交换器表面的热能交换。
图19A至19C和20示出了分配器244的实施方案。分配器244可以包括一个被连接至多个喷嘴246的流动路径或流动部分245。如图19A至19C和20进一步所示，分配器244包括一个覆盖喷嘴246的罩盖248。在一个示例性实施方案中，罩盖248可以被配置为至少部分地限制来自喷嘴246的流体喷雾，例如将该喷嘴喷雾限制在与罩盖的开口相关联的横截面的范围，也即，一个预定的横截面区域内。如图20进一步所示，喷嘴246的构造可以包括一个柱塞型构造，其中该喷嘴/阀门构件被配置为相对于罩盖248在一个第一(基本闭合)位置和一个第二(完全打开)的位置之间移动，尽管可以使用在该第一位置和第二位置之间的其他中间位置。在一个示例性实施方案中，自所述喷嘴/阀门构件延伸的轴可以进一步延伸穿过所述流动部分且被驱动装置例如一个马达(未示出)控制。
图21示出了用于蒸发器250的一个示例性分配器的实施方案。蒸发器250可以包括一个具有流动路径或流动部分260的分配器网或多个分配器258，其中流动部分260可以包括被配置为将流体应用或引导至管束256的表面上的喷嘴261。壳体76可以包括一个与过程流体盒26相关联的入口252，以及一个与过程流体盒28相关联的出口254。尽管在一个替代的示例性实施方案中可以使用多行程构型，但在一个单行程构型中，如图21所示，管束256的管子的相对端在过程流体盒26和28之间延伸，使得进入入口252的过程流体被引导穿过管束256，且穿过出口254离开壳体76。该多个分配器258的流动部分260的横截面(如图21所示)可以类似于沿图8C的线21-21所取的多个分配器120的横截面。然而，在与图8C的线21-21(多个分配器120)和多个分配器258(如图21所示)相关联的横截面之间的区别在于相邻流动部分260之间的相对间隔。也即，最靠近入口252的相邻流动部分260——被称为成对的流动部分251——彼此分离开一个间隔或距离D1。在该成对的流动部分253中，相邻的流动部分260被彼此分离开一个间隔或距离D2。距离D2被配置为大于距离D1。
类似地，在最远离入口252的相邻的流动部分260——被称为成对流动部分255——之间的距离是距离D(N)，该距离D(N)大于图21示出的其他相邻的流动部分260之间的距离。
过程流体，就蒸发器250而论，在进入蒸发器的入口252后是处于其最高温度，导致在过程流体与蒸发器内包含的制冷剂之间出现的一个最大的温差，也被称为“增量T(delta T)”。在一个最大的“增量T”处，制冷剂和过程流体之间将产生相应的最大热能传递。相应地，通过增加被沉积到最靠近入口252的管束256的管子上的制冷剂的量，例如通过减小在最靠近入口252定位的相邻流动部分260之间的间隔，可以增加在过程流体和制冷剂之间的热能传递。在一个示例性实施方案中，该流动部分260之间的间隔可以是不均匀的，以及在另一实施方案中，所述多个分配器的相邻流动部分260之间的间隔或距离可以通过增加或减小一个预定的量，将过程流体和制冷剂之间的热能传递最大化。在其他示例性实施方案中，所述间隔配置可以由于包括穿过所述流动部分的不均匀的流动速度而不同。
图22示出了一个蒸发器的示例性实施方案。蒸发器262可以包括一个隔板268。如图22进一步所示，隔板268和一部分的壳体76共同形成一个罩子267，该罩子和隔板将壳体76分成隔室(compartments)269和271。一个分配器266将所应用的制冷剂110沉积在管束264的表面上，该分配器和管束二者都被罩子267覆盖。在一个示例性实施方案中，隔板268可以包括一个过滤器272，通常被称为“除雾器”或“蒸气/液体分离器”，该过滤器272靠近出口104定位且被配置为从穿过隔板268流动的制冷剂中去除所携带的液体。被罩子267覆盖的管束264被限制在隔室269内。如图22进一步所示，隔板268作为管束264的边界并且在该将管束264和140分隔的间隙附近终止。在又一示例性实施方案中，蒸发器262可以不包括管束140(但将需要一个泵或喷射器，如图6B和6C所示)。在另一示例性实施方案中，隔板268可以进一步延伸经过将管束264与140分隔的所述间隙，以及在该管束140附近终止。如图22进一步所示，围绕隔板268流动的制冷剂96进入隔室271与过滤器270相遇，该过滤器270通常被称为“除雾器”或“蒸气/液体分离器”，其靠近出口104定位并且在隔板268和壳体76之间延伸。
图23和24示出了一个示例性分配器273。分配器273可以包括一个分配器流动路径或流动部分274(也称为“喷雾器-1(SPRAY-1)”)以及一个分配器流动路径或流动部分280(也称为“喷雾器-2”)。分配器流动部分274可以包括多个喷嘴276，每一喷嘴276都具有相应的喷雾分布区域278。分配器流动部分280可以包括多个喷嘴282，每一喷嘴282都具有一个位于管束288的管子表面上的相应的喷雾分配区域284。重叠区286表示在各个喷嘴276和282的相应的喷雾分配区域278和284之间的重叠喷雾，且可能使得管束表面得到更均匀的润湿。如图23进一步所示，喷嘴喷雾分配，即覆盖区域以及流速二者，可以单独地变化。在一个示例性实施方案中，所述角度可以沿着蒸发器的长度变化。在一个示例性实施方案中，雾化的流体可以在沿着蒸发器长度的两个方向上被应用至管束。因此，一个流动部分的喷雾区域以及另一流动部分的第二喷雾区域可以组合，以使得流体沿着整个管束的更均匀地分配。
图25和26示出了罩子290的一个示例性实施方案。罩子290包括多个开口294，这些开口294在罩子的表面内形成使得一份制冷剂292可以穿过这些开口流动。在一个示例性实施方案中，多个开口294可以大部分靠近罩子的开放端定位，尽管在另一示例性实施方案中，这些开口可以沿罩子表面的其他部分被分成组或定位。在又一实施方案中，如图26所示，包含多个开口294的罩子表面的比例沿着罩子的长度变化。也即，与不靠近罩子的端部的罩子表面的部分相比，在靠近罩子的每一端部296处，包含多个开口294的罩子表面的比例增加。
尽管仅显示和描述了本发明的一些特征和实施方案，但是在本质上不偏离在权利要求中所陈述的主体的新颖性教导和优点的情况下，本领域内技术人员可想到许多改型和变化(例如，在各种元件的大小、尺寸、结构、形状和比例，参数值(例如温度、压力等)，安装布置，材料使用，颜色，定向等方面的变型)。任一过程或方法步骤的顺序或者次序可以根据可替换的实施方案改变或重新排序。因此，可以理解，所附的权利要求书旨在覆盖所有这种落在本发明的实际主旨内这些改型和变化。此外，为了提供对于示例性实施方案的简洁描述，可能没有描述实际实施方案的所有特征(也即，那些不涉及目前实施本发明所预期的最佳模式的特征，或者那些不涉及本发明要求授权的特征)。应理解，在任何实际实施方案的发展过程中，如在任何工程或设计项目中，可以做出大量的实施具体决策。如此的开发工作可能是复杂的和耗时的，但仍然是受益于本公开文本中的普通技术人员设计、加工和制造中的常规任务，在没有不当实验的情况下。

Claims (15)

1.一个用于在制冷***中使用的蒸发器，包括：
一个壳体；
一个在该壳体内形成的出口；
多个管束；
多个罩子；
在该多个罩子中的相邻罩子之间的间隙；以及
多个分配器；
其中该多个管束中的每一个管束都包括在该壳体内基本水平延伸的多个管子；
其中该多个罩子中的至少每一个罩子都覆盖并且基本横向围绕该多个管束中的一个相应管束的基本所有管子；
其中该多个分配器中的每一分配器都被配置且定位为将流体分配至被一罩子覆盖的一个相应管束的至少一个管子上；并且
其中该间隙被配置为将离开该多个罩子中的相邻罩子的流体引导至该出口。
2.如权利要求1所述的蒸发器，其中该多个罩子中的至少一个罩子包括该壳体的一部分以及一个从该壳体延伸的隔板。
3.如权利要求1所述的蒸发器，还包括从该壳体延伸并且被该间隙分隔开的至少两个隔板，每一隔板都在覆盖一个相应管束之后终止。
4.如权利要求3所述的蒸发器，其中该至少两个隔板中的每一隔板都包括一个第一节段，该第一节段作为该相应管束中的一个的相应部分的边界。
5.如权利要求4所述的蒸发器，其中该至少两个隔板的第一节段被配置且定位为基本彼此平行。
6.如权利要求5所述的蒸发器，其中该至少两个隔板中的每一隔板都包括一个第二节段，该第二节段在第一节段和该壳体之间延伸并且将该第一节段与该壳体互连。
7.如权利要求6所述的蒸发器，其中该第二节段被配置且定位为非平行的。
8.如权利要求7所述的蒸发器，其中该第二节段被配置且定位为分开。
9.如权利要求8所述的蒸发器，还包括一个定位在该第二节段之间的过滤器。
10.如权利要求9所述的蒸发器，其中该过滤器靠近所述出口定位。
11.如权利要求1所述的蒸发器，其中该分配器被定位在该罩子和该管束的上部管子之间；还包括至少一个额外的分配器，该至少一个额外的分配器被设置在一个定位在该管束的中间区域中的间隙内，该额外的分配器被定位在该管束的管子之间，提供被应用的流体到该管束的表面上的多种高度的应用。
12.如权利要求11所述的蒸发器，其中该管束的管子至少部分地围绕该额外的分配器。
13.如权利要求12所述的蒸发器，其中该分配器和该额外的分配器被成列地定位。
14.如权利要求13所述的蒸发器，还包括至少一个额外的分配器。
15.如权利要求14所述的蒸发器，其中该分配器和该至少一个额外的分配器被非均匀布置地定位。
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