FI72202B - FOERFARANDE FOER INLEDNING AV FOERAONGBAR VAETSKA IN I EN EVAPORATOR - Google Patents

Description

] 72202] 72202

Menetelmä höyrystettävän nesteen johtamiseksi höyrystimeenA method of introducing a liquid to be evaporated into an evaporator

Keksinnön kohteena on menetelmä höyrystettävän nesteen johtamiseksi paisuntaventtiilin kautta monikanavaiseen höyrystimeen. Menetelmää voidaan käyttää esimerkiksi lämpö-5 pumpun kylmäainekierrossa.The invention relates to a method for conveying a liquid to be evaporated through an expansion valve to a multichannel evaporator. The method can be used, for example, in the refrigerant circuit of a heat-5 pump.

Kun neste höyrystyy putki- tai vastaavassa kanavavir-tauksessa, esiintyy kanavassa normaalisti useita kaksifaasi-virtauksen muotoja. Kanavan sisääntulopäässä suhteellisen hitaasti virtaavassa nesteessä esiintyy yksittäisiä höyry-10 kuplia. Höyryn osuuden kasvaessa kuplien määrä lisääntyy, ja ne yhdistyvät suuremmiksi kupliksi. Virtaus muuttuu vähitellen annulaariseksi, jolloin neste virtaa virtauskana-van seinämillä yhtenäisenä renkaana ja sen sisällä virtaa höyry jatkuvana kaasufaasina. Lämmönsiirto on tehokasta 15 koska nesteen nopeus on suurempi kuin kanavan sisääntulopäässä ja höyrystyminen tapahtuu kuplina suoraan nesteen kostuttamalta lämpöpinnalta. Höyryn osuuden edelleen kasvaessa nestevirtaus irtaantuu kanavan seinämistä ja neste siirtyy virtaamaan pieninä pisaroina höyryn mukana. Tällöin 20 lämmönsiirron tehokkuus pienenee olennaisesti, koska lämpö siirtyy ensin kanavan seinämästä höyryyn ja vasta höyrystä nestepisaroihin.As the liquid evaporates in a tube or similar channel flow, several forms of two-phase flow normally occur in the channel. At the inlet end of the channel, single vapor-10 bubbles are present in the relatively slow-flowing liquid. As the proportion of steam increases, the number of bubbles increases and they combine into larger bubbles. The flow gradually becomes annular, whereby the liquid flows on the walls of the flow channel as a continuous ring and steam flows inside it as a continuous gas phase. The heat transfer is efficient 15 because the velocity of the liquid is higher than at the inlet end of the duct and the evaporation takes place as bubbles directly from the heat surface wetted by the liquid. As the proportion of steam continues to increase, the flow of liquid separates from the walls of the channel and the liquid begins to flow in small droplets with the steam. In this case, the efficiency of the heat transfer 20 is substantially reduced, because the heat is first transferred from the wall of the duct to the steam and only from the steam to the liquid droplets.

Faisuntahöyryä syntyy kun nesteen paine pienennetään alle nesteen höyrynpaineen kyseisessä lämpötilassa. Tällai-25 nen tilanne syntyy esimerkiksi lämpöpumpuissa kun lauhdutti-mesta tuleva kylmäainelauhde virtaa paisuntaventtiilin kautta höyrystimeen. Paisuntahöyry heikentää lämpöpumpun läm-pökerrointa, koska se lisää komprimoitavan höyryn määrää. Paisuntahöyryn määrää pyritään lämpöpumpuissa pienentämään 30 jäähdyttämällä kylmäaineiauhdetta lauhduttimen jälkeen.Foaming vapor is generated when the pressure of a liquid is reduced below the vapor pressure of the liquid at that temperature. Such a situation arises, for example, in heat pumps when the refrigerant condensate from the condenser flows through the expansion valve to the evaporator. Expansion steam reduces the heat coefficient of the heat pump because it increases the amount of steam to be compressed. The aim is to reduce the amount of expansion steam in the heat pumps by cooling the refrigerant powder after the condenser.

Faisuntahöyryä on tunnetuissa rakenteissa pyritty hyödyntämään jakamalla höyrystimeen tuleva kaksifaasivirtaus reikälevyn avulla tasaisesti kuhunkin höyrystimen putkeen tai virtauskanavaan. Tämä menetelmä toimii suhteellisen hy-35 vin pystyväihtinissa suunnittelukapasiteetilla toimittaessa.In known structures, an attempt has been made to utilize the vaporizing steam by distributing the two-phase flow entering the evaporator evenly into each evaporator tube or flow channel by means of a perforated plate. This method works relatively well in a vertical heater when delivered at design capacity.

7220 27220 2

Osakuormalla neste ja höyry pyrkivät erottumaan aikaansaaden epätasaisen jaon. Vaakasuorassa vaihtimessa nesteen ja höyryn jako tasan kaikkiin putkiin on painovoiman erotusvai-kutuksen takia sitä vaikeampi toteuttaa mitä suuremmasta 5 vaihtimesta on kysymys.At part load, the liquid and vapor tend to separate, causing an uneven distribution. In a horizontal exchanger, the larger the exchanger in question, the more difficult it is to implement due to the difference in gravity.

Keksinnön mukaisessa menetelmässä paisuntavent-tiilin jälkeen paisuntahöyry ja neste erotetaan ja kuhunkin höyrystimen kanavaan johdetaan erillisiä virtaus-teitä sekä höyryä että nestettä. Toisistaan erotettujen 10 höyryn ja höyrystettävän nesteen jako höyrystimen rinnakkai siin virtauskanaviin voidaan toteuttaa kolmella tavalla: 1. Täyttämällä jakokammio nesteellä ja jakamalla höyry jakoputkiston avulla kuhunkin virtauskana-vaan 15 2. Täyttämällä jakokammio höyryllä ja jakamalla nes te j akoputkiston avulla kuhunkin virtauskanavaar.In the method according to the invention, after the expansion valve, the expansion steam and the liquid are separated and separate flow paths of both steam and liquid are introduced into each evaporator channel. The separation of the separated steam 10 and the liquid to be evaporated into the parallel flow channels of the evaporator can be realized in three ways: 1. Filling the distribution chamber with liquid and distributing the steam to each flow channel 15

5. Jakamalla sekä höyry että neste erillisten jako-putkistojen avulla kuhunkin virtauskanavaan.5. By distributing both steam and liquid through separate manifolds to each flow channel.

Virtausmuotc kaksifaasivirtauksessa riippuu höyryn ja 20 kaasun aineominaisuuksista, virtausmääristä, virtausnopeuk sista ja virtauskanavien geometriasta. Keksinnön mukaisessa menetelmässä annulaarisen virtausmuodon saavuttaminen ja säilyttäminen kaikilla kapasiteeteilla voidaan varmistaa siten, että höyrystettävän nesteen virtausmäärää säädetään 25 kierrätyspumpun avulla, paisuntahöyryn virtausmäärää höyrys timessä säädetään muuttamalla nesteen lämpötilaa ennen paisutusta tai siten, että johdetaan osa paisuntahöyrystä höyrystimen ohi sen jälkeiseen höyrytilaan.The flow pattern in a two-phase flow depends on the material properties of the steam and the gas, the flow rates, the flow rates and the geometry of the flow channels. In the method according to the invention, the achievement and maintenance of the annular flow form at all capacities can be ensured by controlling the flow rate of the liquid to be evaporated by means of a recirculation pump, by changing the flow rate of

Kuvassa 1 on esitetty eräs keksinnön mukainen menetelmä 30 sovellettuna vaakaputkityyppisellä höyrystimellä varustet tuun lämpöpumppuun. Menetelmässä käytettävän laitteiston pääosat ovat höyrystin 1, kompressori 2, lauhdutin 3, pai-suntaventtiili 4 sekä paisuntasäiliö 5· 3 72202Figure 1 shows a method 30 according to the invention applied to a heat pump equipped with a horizontal tube type evaporator. The main parts of the equipment used in the method are the evaporator 1, the compressor 2, the condenser 3, the expansion valve 4 and the expansion tank 5 · 3 72202

Kiertävää kylmäainetta 6 höyrystetään höyrystiir:en 1 putkissa lämmönlähdevirran 7 avulla. Höyrystimen jälkeen erotetaan höyrystämättä jäänyt kylmäaine erotussäiliössä 8 ja pumpataan pumpulla 9 höyrystimen sisäänmenopäätyyn 13.The circulating refrigerant 6 is evaporated in the pipes of the steam circuit 1 by means of a heat source stream 7. After the evaporator, the unevaporated refrigerant is separated in the separation tank 8 and pumped by the pump 9 to the inlet end 13 of the evaporator.

5 Kylmäainehöyry komprimoidaan erotussäiliöstä kompressorilla I5 The refrigerant vapor is compressed from the separation tank by compressor I

2 ja johdetaan lauhduttimeen 3, jossa komprimoitu höyry !*· lauhtuessaan luovuttaa lämpöä lämmitettävälle virralle 10. r2 and led to the condenser 3, where the compressed steam! * · When condensing transfers heat to the heated stream 10. r

Kylmäainelauhde johdetaan lauhduttimesta paisuntaventtiilin ! A kautta paisuntasäiliöön 5. Lauhduttimesta tulevaa kylläistä 10 lauhdetta voidaan jäähdyttää jäähdyttimellä 11 ennen paisuttamista, mikäli halutaan vähentää muodostuvan paisuntahöyryn määrää. Tässä vaiheessa voidaan myös pienentää paisutettavan nesteen määrää johtamalla osa nesteestä suoraan erotussäi-liöön 8.The refrigerant condensate is led from the condenser to the expansion valve! A to the expansion tank 5. The saturated condensate 10 from the condenser can be cooled by the condenser 11 before expansion if it is desired to reduce the amount of expansion steam generated. At this stage, it is also possible to reduce the amount of liquid to be expanded by passing part of the liquid directly to the separation tank 8.

15 Säiliössä 5 muodostunut paisuntahöyry johdetaan höyrys timen 1 sisääntulopäätyyn rakennettuun jakoputkistoon 12, jonka avulla höyry jaetaan tasan kunkin höyrystinputken alkupäähän. Säiliöön 5 kertynyt neste johdetaan venttiilin 13 kautta höyrystimen sisääntulopäädyn jakokar.mioon 15.The expansion steam generated in the tank 5 is led to a manifold 12 built at the inlet end of the evaporator 1, by means of which the steam is distributed evenly at the beginning of each evaporator tube. The liquid accumulated in the tank 5 is led through the valve 13 to the manifold 15 of the inlet end of the evaporator.

20 Mikäli halutaan, voidaan osa paisuntahöyrystä johtaa säiliöstä 5 höyrystimen 1 ohi venttiilin 1^ kautta suoraan erotussäiliöön 8 ja näin vähentää höyrystimen 1 putkiin johdettavan höyryn määrää.If desired, part of the expansion steam can be led from the tank 5 past the evaporator 1 via the valve 1 1 directly to the separation tank 8 and thus reduce the amount of steam fed to the pipes of the evaporator 1.

Menetelmässä on oleellista, että kuhunkin höyrystimen 25 putkeen saadaan muodostetuksi heti alkupäästä alkaen annu-laarinen kaksifaasivirtaus, joka on lämmönsiirron kannalta edullisin. Menetelmässä on myös mahdollista säätää putkiin johdettavan nesteen tai kaasun määrää. Näin voidaan kussakin tapauksessa aikaansaada mahdollisimman tehokas lämmönsiirto 30 koko putkien pituudelta.In the method, it is essential that an annular two-phase flow be formed in each tube of the evaporator 25 from the very beginning, which is most advantageous from the point of view of heat transfer. The method also makes it possible to adjust the amount of liquid or gas introduced into the pipes. In this way, in each case, the most efficient heat transfer 30 along the entire length of the pipes can be achieved.

Claims (6)

7220272202 1. Menetelmä höyrystettävän nesteen johtamiseksi pai-suntaventtiilin (*0 kautta monikanavaisen höyrystimen (1) kanaviin tunnettu siitä, että paisuntaventtiilin 5 jälkeen paisuntahöyry ja neste erotetaan (5) ja kuhunkin höyrystimen kanavaan johdetaan erillisiä virtausteitä sekä höyryä (12) että nestettä (13).A method for introducing a liquid to be evaporated through an expansion valve (* 0) into the channels of a multichannel evaporator (1), characterized in that after the expansion valve 5 the expansion steam and liquid are separated (5) and separate flow paths (13) and steam (12) . 2. Vaatimuksen 1 mukainen menetelmä tunnettu siitä, että höyrystimen kanaviin johdetaan lisäksi höyrys- 10 tymätöntä nestettä (9) höyrystimen ulostulosta.Method according to Claim 1, characterized in that a non-evaporating liquid (9) is additionally introduced into the evaporator channels from the evaporator outlet. 3. Vaatimuksen 1 mukainen menetelmä tunnettu siitä, että osa paisuntahöyrystä johdetaan höyrystimen ohi (1^) höyrystimen jälkeiseen kaasutilaan.A method according to claim 1, characterized in that a part of the expansion steam is passed past the evaporator (1 ^) to the gas space after the evaporator. 4. Vaatimuksen 1 mukainen menetelmä tunnettu 15 siitä, että nesteen lämpötilaa säädetään (11) ennen paisun- taventtiiliä.Method according to Claim 1, characterized in that the temperature of the liquid is adjusted (11) before the expansion valve. 5. Vaatimuksen 1 mukainen menetelmä tunnettu siitä, että kuhunkin höyrystimen kanavaan johdetaan höyryä jakoputkiston (12) kautta ja nestettä jakokammion (15) kaut- 20 ta.Method according to Claim 1, characterized in that steam is introduced into each evaporator channel via a manifold (12) and liquid through a manifold (15). 6. Vaatimuksen 1 mukainen menetelmä tunnettu siitä, että nestettä johdetaan vaakaputkihöyrystimen (1) kanaviin. IlMethod according to Claim 1, characterized in that the liquid is introduced into the channels of the horizontal tube evaporator (1). Il