CN112254379B - 一种复合型降膜蒸发器和制冷装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种复合型降膜蒸发器和制冷装置，主要包括套管模块、布液器、冷媒入口、冷媒出口、冷冻水入口、冷冻水出口、润滑油收集包和壳体，冷媒先在套管的内管中与外管内的冷冻水换热，进行干式蒸发，当冷媒的干度上升到一定值时，剩余的气液两相冷媒从套管的内管中排出，然后送入到降膜布液器中进行气液分离，分离出来的液态冷媒经过均匀分配后，在套管的外表面上进行二次降膜蒸发。本发明可将常规的干式蒸发器的换热面积减小约15‑25％，体积缩小30％左右，能大幅地降低蒸发器的整体制造成本。

Description

一种复合型降膜蒸发器和制冷装置
技术领域
本发明涉及换热设备和制冷装置，特别是涉及一种制冷空调***中的换热器和制冷装置。
背景技术
干式蒸发器作为一种常用的蒸发换热设备，目前已广泛应用于各行各业的制冷与空调设备中。在其实际应用过程中，由于冷媒在冷凝器中过冷度不足，当冷媒经过节流装置时会产生闪发气体，液态冷媒经节流装置后变成了低压气液两相的流体。气液两相的低压冷媒进入到干式蒸发器时，一方面，气液两相冷媒在管内流动过程中，存在分层现象，液相冷媒大量聚集在管内底部，而气相冷媒汇集在管内顶部，导致管内局部干涸，极大削弱了换热效果。另一方面，各管程之间通常存在冷媒分液不均匀的现象，在供液量偏少的管程内，冷媒会很快被蒸发完毕，造成在管出口前有很长一段的纯气体换热，管程的换热面积没有被有效利用，且会产生较大的出口过热度；而供液量偏多的管程内，冷媒在管出口处的过热度很小，甚至可能还存在未蒸发的液滴，严重时将造成压缩机的液击。
针对冷媒在干式蒸发器内存在两相流动分层以及分配不均等问题，目前有效的解决措施是将干式蒸发器的换热面积在其理论计算值的基础上增大20-30％。但是，这种方法增大了换热器的制造成本，也不利用蒸发器设计的小型化，极大影响了干式蒸发器在市场上与满液式蒸发器或降膜式蒸发器的商业竞争。
发明内容
发明目的：针对现有技术中的上述问题，本发明的目的是提供一种复合型降膜蒸发器，使用效果好，并且减小换热面积的同时，还能节能材料和降低制造成本；本发明的目的之二是提供一种制冷装置。
技术方案：本发明的一种复合型降膜蒸发器，包括壳体、套管模块、布液器、冷冻水入口、冷冻水出口、冷媒入口、冷媒出口、润滑油收集包和气体出口；套管模块包括套管阵列和连接管，套管阵列由多个套管排列而成，单个套管包括外管和内管；连接管包括第一连接管、第二连接管、第三连接管、第四连接管。
外管的入口与第三连接管相连通，外管的出口与第二连接管相连通；内管的入口与第一连接管相连通，内管的出口与第四连接管相连通；冷冻水入口与第三连接管的入口相连通，冷冻水出口与第二连接管的出口相连通；冷媒入口与第一连接管的入口相连通；连接管的出口与冷媒出口相连通，冷媒出口与布液器的入口相连通。
其中，连接管用于连接相邻的管子；气体出口位于壳体内的顶部，润滑油收集包位于壳体内的底部。
在本发明的复合型降膜蒸发器的换热过程时，冷媒先在套管的内管中与外管内的冷冻水换热，进行干式蒸发，当冷媒的干度上升到一定值时，剩余的气液两相冷媒从套管的内管中排出，然后送入到降膜布液器中进行气液分离，分离出来的液态冷媒经过均匀分配后，在套管的外表面上进行二次降膜蒸发。
布液器设于套管模块的上方，如布液器位于壳体内的上部区域，套管模块位于壳体内的下部区域；这样液态制冷剂可以通过布液器底部的小孔，滴淋在水平管的外表面上。
本发明提供的一种新型的干式蒸发器，其不等待冷媒全部气化完毕，而是将干度达到一定值时，冷媒提前排出；这种新的干式蒸发器与以上常规的干式蒸发器相比，不仅能减小换热面积，还能节能材料和降低制造成本。优选地，冷媒出口处的冷媒干度范围为0.4～0.95。
其中，单根外管内部嵌入单根或多根内管；套管中的外管可采用圆管、椭圆管、蛋型管、异形管，或现有技术中其他适宜于水平降膜用的换热管。套管中的内管宜采用小管径，管径范围为3mm～13mm。
本发明还提供了基于上述一种复合型降膜蒸发器的制冷装置。
本发明装置的制冷方法为：从压缩机出口排出的高温高压冷媒分为两路，一路先后经过油分离器、冷凝器以及节流装置后，变成为气液两相的低压冷媒。低压冷媒从复合型降膜蒸发器的冷媒入口进入连接管，分成若干个支路后，气液两相的低压冷媒进入套管中的内管，与套管的外管中的冷冻水进行换热，吸热蒸发；冷媒的干度增大一定值时，从内管出口进入连接管，与其它支路排出的冷媒汇合后，一起送入到布液器中，冷媒在布液器中进行气液分离和分配，分离出来的液态冷媒被进一步地分配和喷淋在套管的外管的外表面上，与套管的外管中的冷冻水进行换热；吸热气化后的冷媒与从布液器中分离出来的气态冷媒汇合，从复合型降膜蒸发器的顶部的气体出口排出。另一路高温高压冷媒经过电磁阀后进入引射器，与来自润滑油收集包的润滑油和制冷剂混合物汇合成一路，然后经过引射器的出口流出，与来自复合型降膜蒸发器的气体出口的气态冷媒汇合成一路，一起进入压缩机内，完成一个循环。
由于干式蒸发过程是液态制冷剂在管内流动，吸热后蒸发成气态，管外侧一般是冷冻水放热，温度降低；水平管降膜蒸发过程是液态制冷剂在管外滴淋在管外表面上，吸热后蒸发成气态，管内侧一般是冷冻水放热，温度下降。并且，干式蒸发过程与水平管降膜蒸发过程的换热机理完全不同，换热过程是相互矛盾的和对立的，因此这两种蒸发过程很难在一个换热筒体内同时进行。而本发明设计了一种新的蒸发换热器，解决了这两种换热过程之间的对立关系，将这两种相互对立的换热过程耦合成了一个可行的复合型换热器。复合型换热器与常规的干式蒸发器相比，由于制冷剂在干式盘管内部未完全蒸发(气液混合制冷剂干度为0.4-0.95)，就提前流出，再进入到布液器中进行二次降膜蒸发。该换热过程中，避开了在干度较大的区域(大于0.95)的低效率蒸发过程，也避免了低效率的过热过程，从而节能换热面积约15-25％。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
(1)本发明装置中，制冷剂冷媒先进行干式蒸发过程再完成降膜蒸发过程，整体换热性能好，与常规干式蒸发器相比，本发明装置可将换热面积减小约15-25％、体积缩小30％左右，能大幅地有效降低整体制造成本，有利于蒸发器设计的小型化，具有广阔的应用前景；
(2)制冷与空调***中的气液分离装置只能用来分离气液两相流中的液滴，功能单一，被分离出来的液滴没有实现制冷效果，产生了冷量损失；而本发明装置除作为蒸发器外，还兼有气液分离功能，可以将分离出来的未蒸发的冷媒液滴进行二次降膜蒸发，液态冷媒全部通过吸热蒸发过程实现了制冷效果，避免了冷量损失，提高了制冷空调***的性能。
附图说明
图1是复合型降膜蒸发器的的结构示意图；
图2是基于复合型降膜蒸发器的制冷空调***的流程图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进一步地详细描述。
如图1所示，本实施例的一种复合型降膜蒸发器，其主要包括：套管模块、布液器102、冷冻水入口111、冷冻水出口110、冷媒入口107、冷媒出口114、润滑油收集包106、气体出口105和壳体101等，气体出口105位于壳体101内的顶部，润滑油收集包106位于壳体101内的底部。
布液器102位于壳体101内的上部区域，套管模块位于壳体101内的下部区域，由套管阵列和若干连接管组成；套管阵列由多个套管排列而成，单个套管由外管103和内管104嵌套组成。套管中的外管103的入口与第三连接管112相连通，外管103的出口与第二连接管109相连通；套管中的内管104的入口与第一连接管108相连通，内管104的出口与第四连接管113相连通。
冷冻水入口111与第三连接管112的入口相连通，冷冻水出口110与第二连接管109的出口相联；冷媒入口107与第一连接管108的入口相连通，第四连接管113的出口与冷媒出口114相连通；冷媒出口114与布液器102的入口相连通。
其中，套管中的单根外管103内部可以同时嵌入多根内管104，套管中的内管104宜采用小管径，管径范围为3～13mm。
本实施例的复合型降膜蒸发器的换热过程时，冷媒先在套管的内管中与外管内的冷冻水换热，进行干式蒸发，当冷媒的干度上升到一定值(干度值为0.4～0.95)时，剩余的气液两相冷媒从套管的内管中排出，然后送入到降膜布液器中进行气液分离，分离出来的液态冷媒经过均匀分配后，在套管的外表面上进行二次降膜蒸发。
如图1和图2所示，本发明装置在制冷与空调***运行时，从压缩机2出口排出的高温高压冷媒分为两路。
一路先后经过油分离器3、冷凝器4以及节流装置5后，变成为气液两相的低压冷媒。低压冷媒从复合型降膜蒸发器1的冷媒入口107进入第一连接管108，分成若干个支路后，气液两相的低压冷媒进入套管中的内管104，与套管的外管103中的冷冻水进行换热，吸热蒸发；冷媒的干度增大一定值时，从内管104出口进入第四连接管113，与其它支路排出的冷媒汇合后，一起送入到布液器102中，冷媒在布液器102中进行气液分离和分配，分离出来的液态冷媒被进一步地分配和喷淋在套管中外管103的外表面上，与套管的外管103中的冷冻水进行换热；吸热气化后的冷媒与从布液器102中分离出来的气态冷媒汇合，从复合型降膜蒸发器的顶部的气体出口105排出。
而另一路高温高压冷媒经过电磁阀6后进入引射器8，与来自润滑油收集包106和电磁阀7的润滑油和制冷剂混合物汇合成一路，然后经过引射器8的出口流出，与来自复合型降膜蒸发器的气体出口105的气态冷媒汇合成一路，一起进入压缩机2内，完成一个制冷循环。

Claims (7)

1.一种复合型降膜蒸发器，其特征在于：包括壳体(101)、套管模块、布液器(102)、冷冻水入口(111)、冷冻水出口(110)、冷媒入口(107)、冷媒出口(114)，布液器设于套管模块的上方，套管模块包括套管阵列和连接管，套管阵列由多个套管排列而成，单个套管包括外管(103)和内管(104)；外管(103)的入口与第三连接管(112)相连通，外管(103)的出口与第二连接管(109)相连通；内管(104)的入口与第一连接管(108)相连通，内管(104)的出口与第四连接管(113)相连通；冷冻水入口(111)与第三连接管(112)的入口相连通，冷冻水出口(110)与第二连接管(109)的出口相连通；冷媒入口(107)与第一连接管(108)的入口相连通；第四连接管(113)的出口与冷媒出口(114)相连通，冷媒出口(114)与布液器(102)的入口相连通。
2.根据权利要求1所述的复合型降膜蒸发器，其特征在于：冷媒出口(114)处的冷媒干度范围为0.4～0.95。
3.根据权利要求1所述的复合型降膜蒸发器，其特征在于：单根外管(103)内部嵌入单根或多根内管(104)。
4.根据权利要求1所述的复合型降膜蒸发器，其特征在于：外管(103)为圆管、椭圆管、蛋型管或异形管。
5.根据权利要求1所述的复合型降膜蒸发器，其特征在于：套管内的内管(104)的管径为3～13mm。
6.根据权利要求1所述的复合型降膜蒸发器，其特征在于该蒸发器的换热过程包括：冷媒在套管的内管中与外管内的冷冻水换热，进行干式蒸发，当冷媒的干度上升到设定值时，剩余的气液两相冷媒从套管的内管中排出，然后送入到降膜布液器中进行气液分离，分离出来的液态冷媒经过均匀分配后，在套管的外表面上进行二次降膜蒸发。
7.一种制冷装置，包括蒸发器，其特征在于：所述蒸发器为权利要求1～6中任一项所述的复合型降膜蒸发器。
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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0313079A2 (en) * 1987-10-23 1989-04-26 Hitachi, Ltd. Falling film evaporator
CN2076871U (zh) * 1990-10-24 1991-05-15 唐小明 套管双效膜式蒸发器
CN201803532U (zh) * 2010-04-08 2011-04-20 张茂勇 一种壳管套管复合式降膜冷凝器
CN102759225A (zh) * 2012-06-29 2012-10-31 西安交通大学 一种制冷空调用立管旋流式降膜蒸发器
CN205878696U (zh) * 2016-07-15 2017-01-11 大金空调（上海）有限公司 螺旋折流板、螺旋折流板组件及干式蒸发器
CN107490212A (zh) * 2017-07-06 2017-12-19 南京师范大学 一种水平管降膜蒸发器

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6830099B2 (en) * 2002-12-13 2004-12-14 American Standard International Inc. Falling film evaporator having an improved two-phase distribution system

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0313079A2 (en) * 1987-10-23 1989-04-26 Hitachi, Ltd. Falling film evaporator
CN2076871U (zh) * 1990-10-24 1991-05-15 唐小明 套管双效膜式蒸发器
CN201803532U (zh) * 2010-04-08 2011-04-20 张茂勇 一种壳管套管复合式降膜冷凝器
CN102759225A (zh) * 2012-06-29 2012-10-31 西安交通大学 一种制冷空调用立管旋流式降膜蒸发器
CN205878696U (zh) * 2016-07-15 2017-01-11 大金空调（上海）有限公司 螺旋折流板、螺旋折流板组件及干式蒸发器
CN107490212A (zh) * 2017-07-06 2017-12-19 南京师范大学 一种水平管降膜蒸发器

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