CN105264322A - 用于降膜式蒸发器的制冷剂分配器 - Google Patents

用于降膜式蒸发器的制冷剂分配器 Download PDF

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Abstract

降膜式蒸发器包括：多个蒸发器管，大量热能传递介质流动通过其中；以及分配器，其将液体制冷剂流分配在所述多个蒸发器管之上。所述分配器包括分配器盒和定位在所述分配器盒的底部表面处的分配薄板，所述分配薄板具有多个峰和谷，侧壁在每个峰和每个谷之间延伸。多个端口定位在所述侧壁中以便将所述液体制冷剂流向下地分配在所述多个蒸发器管之上。

Description

用于降膜式蒸发器的制冷剂分配器
发明背景
本文中所公开的主题涉及暖通空调(HVAC)***。更确切地说，本文所公开的主题涉及用于HVAC***的降膜式蒸发器。
在降膜式蒸发器中，饱和的两相制冷剂在沿着蒸发器管束的长度的轴向方向上和跨越蒸发器管束宽度的横向方向上在所述蒸发器管束之上分配。不良或不均匀的分配导致蒸发器效率降低，这通过利用更大的蒸发器来补偿。
在蒸发器内部的两相流量分配是具有挑战性的。在饱和混合物中的液体和蒸气具有基本上不同的焓，并且由于两相之间的密度差而倾向于分离，这使得均匀分配艰难。减轻此问题的典型方法涉及在蒸发器分配器上游的分离器中分离液体制冷剂和蒸气制冷剂，所述分离器在蒸发器内部抑或蒸发器外部。蒸气被传送回压缩机，而液体制冷剂经由重力在管束之上分配，使得液体制冷剂流动通过定位在管束上的分配板中的端口。然而蒸气制冷剂和液体制冷剂的分离使得管束之上液体制冷剂分配的不均匀性增加，为了均匀分配，分配板中的孔面积必须足够小，使得液体覆盖所述板并且在最小负载下实现端口之上的液体密封。否则可能发生实质性的分配不均。这造成的问题是污染物堵塞小的端口。更大但是更少的端口可以引起在管之上液体的不良覆盖。另外地，通过所述端口的流由在所述板上的静压头控制，并且在满载时液体高度必须大幅增加以便满足通过所述端口的更高流动速率要求。这导致非常大的分配器和大的制冷剂体积。
发明概要
在一个实施方案中，暖通空调(HVAC)***包括：冷凝器，制冷剂流流动通过其中；以及降膜式蒸发器，其与所述冷凝器处于流体连通。所述降膜式蒸发器包括：多个蒸发器管，大量热能传递介质流动通过其中；以及分配器，其将液体制冷剂流分配在所述多个蒸发器管之上。所述分配器包括分配器盒和定位在所述分配器盒的底部表面处的分配薄板，所述分配薄板具有多个峰和谷，侧壁在每个峰和每个谷之间延伸。多个端口定位在所述侧壁中以便将所述液体制冷剂流向下地分配在所述多个蒸发器管之上。
在另一个实施方案中，降膜式蒸发器包括：多个蒸发器管，大量热能传递介质流动通过其中；以及分配器，其将液体制冷剂流分配在所述多个蒸发器管之上。所述分配器包括分配器盒和定位在所述分配器盒的底部表面处的分配薄板，所述分配薄板具有多个峰和谷，侧壁在每个峰和每个谷之间延伸。多个端口定位在所述侧壁中以便将所述液体制冷剂流向下地分配在所述多个蒸发器管之上。
这些和其他优点和特征将从结合附图的以下描述中更加显而易见。
附图简述
在本说明书的结论处的权利要求书中具体指出并明确主张被认为是本发明的主题。根据下面结合附图的具体实施部分，本发明前述和其他特征及优点是显而易见的，在附图中：
图1是暖通空调***的一个实施方案的示意图；
图2是用于HVAC***的降膜式蒸发器的一个实施方案的示意图；
图3是用于HVAC***的降膜式蒸发器的分配器的一个实施方案的示意图；
图4是用于降膜式蒸发器的分配薄板的一个实施方案的示意图；
图5是用于降膜式蒸发器的分配薄板的一个实施方案的截面图；
图6是用于降膜式蒸发器的分配薄板的另一个实施方案的截面图；
图7是用于降膜式蒸发器的分配薄板的又一个实施方案的截面图；
图8是用于降膜式蒸发器的分配薄板的再一个实施方案的截面图；
图9是用于降膜式蒸发器的分配薄板的端口的截面图；
图10是用于降膜式蒸发器的分配薄板的另一个实施方案的示意图；并且
图11是用于降膜式蒸发器的分配薄板的又一个实施方案的截面图。
具体实施方式参考附图借助实例来解释本发明的实施方案以及优点和特征。
具体实施方式
图1中示出的是暖通空调(HVAC)单元的一个实施方案的示意图，例如利用降膜式蒸发器12的冷却器10。蒸气制冷剂流14被引导到压缩机16中并且然后到达冷凝器18，所述冷凝器18向膨胀阀22输出液体制冷剂流20。膨胀阀22朝向蒸发器12输出蒸气和液体混合物24。
现参照图2，如上所述，蒸发器12是降膜式蒸发器。分离器26定位在蒸发器12的上游以便从蒸气和液体制冷剂混合物24中分离蒸气制冷剂28和液体制冷剂30组分。蒸气制冷剂28流动到蒸发器抽吸管线32并返回到压缩机16。液体制冷剂30经由制冷剂输入管线34流动到蒸发器12中。尽管在此实施方案中示出的分离器26定位在蒸发器12的外部，应理解在其他实施方案中，所述分离器可以定位在蒸发器12之内。蒸发器12包括壳体36，蒸发器12的部件至少部分地布置在其中，包括组成管束40的多个蒸发器管38。分配器42定位在管束30上方以便将液体制冷剂30分配在管束40之上。热能交换在通过蒸发器管38流入和流出蒸发器12的传热介质流44与液体制冷剂30之间发生。当液体制冷剂30在蒸发器12中沸腾时，所产生的蒸气制冷剂28通过抽吸管线32被引导到压缩机16。
图3中示出分配器42的一个实施方案。分配器42包括具有分配薄板48的分配器盒46，所述分配薄板48具有布置在其中的多个端口50。在一些实施方案中，分配薄板48定位在分配器盒46的底部表面处。液体制冷剂30通过制冷剂输入管线34并通过喷水管52流动到分配器盒46中，所述喷水管52具有布置在喷水管52的上部部分56上的喷水开口54。液体制冷剂30从喷水开口54流出进入分配器盒46并通过端口50流出。典型的分配器仅依赖于静压头来迫使液体制冷剂通过端口50。因此，在高负载下，具有平坦分配薄板48的典型分配器42将要求在分配器42中存在大的制冷剂柱以便实现所需的流动速率。
现参照图4，为了增加液体制冷剂30的分配均匀性并且减少处理高负载所必需的蒸发器的制冷剂充注量或大小，分配器盒46的分配薄板48为波形的，其具有多个峰58和谷60，其中多个侧壁62连接峰58和谷60。端口50穿过分配薄板48的侧壁62定位，在一些实施方案中，若干列端口50定位在侧壁62中的不同高度处。在操作冷却器10期间，由于负载增加以及随之而来的液体制冷剂30流动速率增加，液体制冷剂30在分配器42中的水平也增加。然而，由于端口50在侧壁62上的定位，用于液体制冷剂30流动通过分配薄板48的可用端口50也增加。这减少了在分配器42中积聚过量水平的液体制冷剂30以实现通过其中的必要流动速率的需要。此外，定位在侧壁62上的端口50不太可能聚集污染物。在一些实施方案中，最低部分(在图4的实施方案中是水平谷部分64)不具有端口50，使得液体制冷剂30中的污染物在那里沉降，而不妨碍流动通过端口50。在一些实施方案中，分配薄板48可以被冲压为最终构型，或预先钻孔的平坦薄板可以弯曲或折叠成型，或可以利用另一种合适的工艺。
在图5-8的截面图中示出其他构型。在图5的实施方案中，侧壁62是倾斜的并且在谷部分64处相交，污染物在所述谷部分64处聚集。在图6中，侧壁62是平行且竖直的并且延伸到水平谷部分64。在图7和图8的实施方案中，侧壁62以扩张角朝向谷部分64延伸。谷部分64可以如图7中是尖头的，或如图8中是曲线的。将理解的是，这些实施方案仅是示例性的，并且可以利用其他截面形状。
如图9中所示，端口50可以包括百叶板66。从侧壁62延伸。在操作期间，百叶板66用于在向下方向上引导液体制冷剂30。
参考图10和图11，次级分配薄板68可以定位在分配薄板48下方，所述次级分配薄板68具有定位在其中的次级端口70。流动通过端口50的液体制冷剂30在次级分配薄板68中收集然后流动通过次级端口70并且到达管束40上。或者，液体制冷剂30流过次级分配薄板68的边缘72流动并且到达管束40上。另外地，次级分配薄板68可以定位在分配薄板48上方。再次参考图10，端口50的位置可以沿着分配薄板48的长度竖直地交错，和/或相对于相邻侧壁62中的端口50交错。此外，尽管示出圆形端口50，但端口50可以是其他非圆形形状，例如，三角形。另外地，端口50大小和或间隔可以改变。
本文所公开的分配薄板48改善了液体制冷剂30在管束40上的分配均匀性，从而实现了在大范围的流动条件内有所改善的性能。它降低了制冷剂充注量和成本，并且由于在高负载条件下减少的所需液体制冷剂30柱高而减少了***高度。此外，端口50在侧壁62上的布置减少了端口50的污染物堵塞，从而使所述***更能抵抗结垢。
虽然仅结合有限数量的实施方案对本发明进行了详细描述，但应易于理解，本发明不限于这些公开的实施方案。相反，可对本发明进行修改，以引入以上未描述但与本发明精神和范围相称的任何数量的变化、改变、替代或等同布置。另外，虽然已描述了本发明的各种实施方案，但应理解，本发明的各个方面可仅包括所述实施方案中的一些。因此，本发明并不被视为受限于前面的描述，而是仅受限于所附的权利要求书的范围。

Claims (23)

1.一种暖通空调(HVAC)***，其包括：
冷凝器，制冷剂流流动通过其中；
与所述冷凝器处于流体连通的降膜式蒸发器，其包括：
多个蒸发器管，大量热能传递介质流动通过其中；
分配器，其将液体制冷剂流分配在所述多个蒸发器管之上，所述分配器包括：
分配器盒；以及
设置在所述分配器盒的底部表面处的分配薄板，其具有多个峰和谷，侧壁在每个峰和每个谷之间延伸，多个端口设置在所述侧壁中以便将所述液体制冷剂流向下地分配在所述多个蒸发器管之上。
2.如权利要求1所述的HVAC***，其中所述分配薄板包括在相邻侧壁之间不具有端口用于污染物收集的谷部分。
3.如权利要求2所述的HVAC***，其中所述谷部分是水平的。
4.如权利要求1所述的HVAC***，其中所述多个端口成列布置沿着所述侧壁向上延伸。
5.如权利要求1所述的HVAC***，其中所述多个侧壁的相邻侧壁以会聚角朝向设置在其中的所述谷延伸。
6.如权利要求1所述的HVAC***，其中所述多个侧壁的相邻侧壁以扩张角朝向设置在其中的所述谷延伸。
7.如权利要求1所述的HVAC***，其中所述侧壁从所述分配盒竖直地延伸。
8.如权利要求1所述的HVAC***，其中所述多个端口包括从其延伸的一个或多个百叶板。
9.如权利要求1所述的HVAC***，其中所述多个端口沿着所述分配薄板的长度竖直地交错。
10.如权利要求1所述的HVAC***，其中所述多个端口是非圆形的。
11.如权利要求1所述的HVAC***，其进一步包括设置在所述分配薄板下方的次级分配薄板。
12.如权利要求11所述的HVAC***，其中所述次级分配薄板包括多个次级端口。
13.如权利要求1所述的HVAC***，其进一步包括分离器以便从两相制冷剂混合物中分离液体制冷剂和蒸气制冷剂并且允许所述液体制冷剂流动到所述降膜式蒸发器。
14.一种降膜式蒸发器，其包括：
多个蒸发器管，大量热能传递介质流动通过其中；
分配器，其将液体制冷剂流分配在所述多个蒸发器管之上，所述分配器包括：
分配器盒；以及
设置在所述分配器盒的底部表面处的分配薄板，其具有多个峰和谷，侧壁在每个峰和每个谷之间延伸，多个端口设置在所述侧壁中以便将所述液体制冷剂流向下地分配在所述多个蒸发器管之上。
15.如权利要求14所述的降膜式蒸发器，其中所述分配薄板包括在相邻侧壁之间不具有端口用于污染物收集的谷部分。
16.如权利要求15所述的降膜式蒸发器，其中所述谷部分是水平的。
17.如权利要求14所述的降膜式蒸发器，其中所述多个端口成列布置沿着所述侧壁向上延伸。
18.如权利要求14所述的降膜式蒸发器，其中所述多个侧壁的相邻侧壁以会聚角朝向设置在其中的所述谷延伸。
19.如权利要求14所述的降膜式蒸发器，其中所述多个侧壁的相邻侧壁以扩张角朝向设置在其中的所述谷延伸。
20.如权利要求14所述的降膜式蒸发器，其中所述侧壁从所述分配盒竖直地延伸。
21.如权利要求14所述的降膜式蒸发器，其中所述多个端口包括从其延伸的一个或多个百叶板。
22.如权利要求14所述的降膜式蒸发器，其进一步包括设置在所述分配薄板下方的次级分配薄板。
23.如权利要求22所述的降膜式蒸发器，其中所述次级分配薄板包括多个次级端口。
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