CN100554833C - 具有液体捕集器以提供更好流动分布的平行流蒸发器 - Google Patents

Abstract

一种平行流蒸发器，具有用于调节从膨胀装置供应到蒸发器的制冷剂速度的液体捕集器。在其最简单的结构中，液体捕集器是垂直设置、并连接到蒸发器入口歧管的U形管。通过提供液体捕集器，少量的液体制冷剂在一定的条件下从气相中分离。该分离后的液体将趋于在捕集器中聚集，并且减少导入蒸发器入口歧管管道的流体截面积。在这种情况下，当少量的液相分离出时，可以确定剩余的制冷剂的速度将增加成使得明显地减少或完全避免更进一步地分离。其结果是，均匀的制冷剂流被供应到蒸发器，从而导致增强性能和提高系统的可靠性。

Description

具有液体捕集器以提供更好流动分布的平行流蒸发器

技术领域

本发明涉及一种平行流蒸发器(parallel-flow evaporator)，其中液体捕集器设置在入口歧管上游，以在平行通道中提供更好的流动分布，改进传热并增强系统可靠性。

背景技术

利用制冷系统以在被调节的各种室内环境下控制空气的温度和湿度。在冷却状态运行的典型制冷系统中，制冷剂在压缩机中被压缩，并且传送到冷凝器(或在这种情况下是户外热交换器)。在冷凝器中，热在外部大气和制冷剂之间交换。制冷剂从冷凝器传到膨胀装置，在膨胀装置中被膨胀到更低的压力和温度，然后到达蒸发器(或如果系统在冷却状态运行，到达室内热交换器)。在蒸发器内，热在制冷剂和室内空气之间交换，以调节室内空气。当制冷系统在冷却状态运行时，蒸发器冷却，并且典型地使提供给室内环境的空气除湿。

一种可以在制冷系统中利用的蒸发器是平行流蒸发器。这种蒸发器具有一些平行通道，所述平行通道用于在入口歧管和出口歧管之间使制冷剂连通。典型地，每个通道具有由内部壁分离的各种横截面形状的多个平行内部通道。波纹状翅片布置在通道之间，用于增强传热和提高结构刚度。通常，通道、歧管和翅片由相似的材料构造，例如铝，并且通过炉内钎焊互相连接。最近，平行流蒸发器吸引了人们许多注意，并且由于它们优越的性能、紧凑、刚性结构和增强的耐腐性，在空调领域很有利。然而，对平行流蒸发器的一个担心是在它们通道之中制冷剂的分布不均。在平行流蒸发器中的分布不均问题典型地由于液相从入口歧管中的蒸汽中分离产生，而这种分离是由于重力与不足的制冷剂速度相结合所引起，并由此表明它本身以不相等的蒸气和液体制冷剂的数量经过蒸发器通道。影响分布不均的附加现象可以归因于制冷剂必须流到各种通道并排出的不同的距离、不相等的压力阻抗、和在通道之间传热速度的变化等等。

巳知的平行流蒸发器典型地具有圆柱形的进气和出口歧管。通道典型地是由形成扁平管相同的铝挤压制成。当两相制冷剂进入入口歧管，气相经常从液相分离。由此两相分离之后互相独立地移动，从而导致制冷剂分布不均问题经常发生。

当这种分布不均发生时，热交换器性能显著下降，经常导致液体制冷剂离开出口歧管，这种液体制冷剂可能导致严重的可靠性问题和永久的压缩机损坏。很明显这是不希望有的。

发明内容

在本发明的一公开的实施例中，平行流蒸发器在它的入口歧管上游设有液体捕集器。以这样的方式，制冷剂将以液相不会从气相分离的速度移动，它可以流过捕集器、进入歧管、并以通常均匀的分布进入蒸发器通道。然而，制冷剂将以降低的速度移动，以使液体的分离可能发生，然后液体将会分离并在液体捕集器中积聚。当液体在液体捕集器中积聚时，用于制冷剂剩余流体的流动截面积变得更小。由于流动截面积变得更小，那么制冷剂速度将会增加，产生的喷射效应将携带液体液滴进入入口歧管，并且将限制进一步的相分离。这种现象将是自动调节的，以保证获得足够的制冷剂速度，使得制冷剂液体将不会从蒸气中分离。

在一个实施例中，利用由多个这种U形结构提供的蛇形通道，而不是具有单个U形捕集器的蛇形通道。

在另一个公开的实施例中，制冷系统设有节约器回路，并且在引导要分离的两相制冷剂混合物进入节约器热交换器的管路上利用液体捕集器。这种实施例提供了如第一公开实施例一样的好处与作用。

本发明的这些及其他特征可以根据以下说明书和附图更好地理解，以下是简要的描述。

附图说明

图1是本发明结合的蒸发器的横断面图。

图2示出了不同流状态的图1蒸发器。

图3示出了另一个实施例。

图4示出了又一实施例。

具体实施方式

在图1中示出了具有平行流蒸发器22的制冷系统20。如已知的，制冷剂从蒸发器22下游移动到压缩机24、冷凝器26、经过膨胀装置28，最后回到蒸发器22。离开膨胀装置28的制冷剂是蒸气和液体的混合状态。蒸发器22具有多个沿着入口歧管34间隔开的平行通道32。通道32和入口歧管34互相流体连通。进一步地，通道32类似地设置并与出口歧管35相连通。翅片30布置在通道32之间。典型地，通道32、翅片30、入口歧管34和出口歧管35通过炉内钎焊互相连接。如已知的，空气穿过翅片30和通道32以被调节。由于与供应到调节空间的空气进行相互传热，制冷剂在通道32内蒸发。

如上所述，进入入口歧管34的制冷剂速度不够低，这可能导致液体制冷剂从蒸气中分离。这可能导致通道32中两种制冷剂相的分配较差。如图1所示，制冷剂以足够的速度移动，并且几乎没有制冷剂相分离发生。

引入入口歧管34的管36设置在液体捕集器38的下游。如所示，液体捕集器38通常以U形垂直延伸。由此，趋于分离的任何液体将在液体捕集器38中聚集。

如图2所示，与图1防止相分离的条件相比，图2中制冷剂速度不够低，并且相当数量的液体制冷剂40聚集在捕集器38中，因此，用于制冷剂流动的剩余横截面积42明显减小。这反过来增加了通过入口歧管34的制冷剂速度。当制冷剂流的速度增加时，蒸气制冷剂将趋向于以均匀的方式将它的液相载带到通道32，以确保普遍相等的分配。实际上，形成喷射区以提高速度并限制另外的相分离。由此，通过包括歧管34的液体捕集器38的上游，本发明自动调节制冷剂速度，并且保证除了少量液体制冷剂40的初始分离之外，残留的液体制冷剂不会气相中分离，从而在入口歧管34中产生均匀的流状态。当然，入口歧管34应该具有合适的横截面积和长度以维持这种流的均匀性。而且，液体捕集器38应该设置在极接近入口歧管34处。优选地，液体捕集器38应该设置在从入口到入口歧管34的5英寸范围之内，并且在它之下垂直地延伸。因此改进蒸发器的性能。这也将导致在蒸发器出口歧管35中没有液体制冷剂并且使系统的可靠性得到增强。

虽然这种发明在常规的蒸发器中公开，但是其它热交换器，例如还有蒸发器功能的节约器热交换器(或所谓的铜焊平板式热交换器)，可能同样受益于本发明。

进一步地，尽管液体捕集器38以它最简单的结构示出，其它设置(例如多个U形段连接在一起，局部流动阻抗等等)也是可行的。

图3示出的另一个实施例100，在引入入口歧管34部分104的上游具有多个连续的U形捕集器102。每个液体捕集器102可以收集少量的液体制冷剂，以增加气相速度和改进在入口歧管34的入口处的均匀状态。

另一个制冷系统的实施例110在图4中示出。在这个实施例中，压缩机112将压缩的制冷剂供应到冷凝器114。管路116是主制冷剂流动管路126的分支，并且经过节约器膨胀装置118。液体捕集器120调节经过入口122到节约器热交换器124的制冷剂。液体捕集器120将会如图1和图2实施例所提供的功能并如它们描述的运行。可以理解的是，节约器热交换器124具有相邻通道的结构，由此在分支管路116的制冷剂和主流动管路126的制冷剂之间进行热交换。主流动管路126供应制冷剂到出口128，并且经过主膨胀装置130到蒸发器132。本发明可以利用带有节约器热交换器124和蒸发器132的液体捕集器。制冷剂从蒸发器132回到压缩机112。节约器热交换器124的管路134的下游使分离的制冷剂返回到压缩机112中的中间压缩点。

必须指出的是，尽管所有的入口歧管以水平的结构示出，但是，分布不均现象在纵向方向上更明显。在这种情况下，本发明的好处会变得更加明显。

尽管本发明的优选实施例已经公开，本领域普通技术人员可以认识到，某些变化会落入本发明范围之内。因此，所附的权利要求应该被考虑以确定本发明实际的范围和内容。

Claims (15)

1.一种制冷系统，包括：

将压缩的制冷剂供应到冷凝器的压缩机，制冷剂从所述冷凝器进入膨胀装置，并从所述膨胀装置进入蒸发器，所述蒸发器包括入口歧管、出口歧管、从所述入口歧管接收制冷剂并将制冷剂供应到所述出口歧管的多个通道，和布置在所述通道之间的翅片；以及

连接所述膨胀装置和所述蒸发器的管路，所述管路设有第一液体捕集器，以收集从所述膨胀装置流到所述蒸发器的蒸气制冷剂中分离出的液体。

2.如权利要求1所述的制冷系统，其特征在于，所述第一液体捕集器在所述入口歧管之下垂直地延伸。

3.如权利要求1所述的制冷系统，其特征在于，由所述管路的U形向下延伸部分提供所述第一液体捕集器。

4.如权利要求1所述的制冷系统，其特征在于，所述第一液体捕集器设置在距离所述入口歧管5英寸以内。

5.如权利要求1所述的制冷系统，其特征在于，所述制冷系统还设有节约器回路，所述节约器回路具有节约器热交换器，并且所述节约器热交换器设有通过节约器膨胀装置的连接主流动管路的分支管路，所述分支管路返回所述节约器热交换器下游的所述压缩机中的中间压缩点，并且还设有第二液体捕集器，用以收集从所述节约器膨胀装置流到所述节约器热交换器的蒸气制冷剂中分离出的液体。

6.如权利要求1所述的制冷系统，其特征在于，所述第一液体捕集器包括多个顺序地隔开的U形液体捕集器部分。

7.一种运行制冷系统的方法，包括以下步骤：

提供具有多个管的蒸发器，所述多个管从入口歧管接收制冷剂，并传送所述制冷剂到出口歧管，并从所述出口歧管传送到压缩机，所述压缩机传送制冷剂到冷凝器，并且所述制冷剂从所述冷凝器到达膨胀装置，然后回到所述蒸发器，并提供连接所述膨胀装置到所述蒸发器的流体管路，所述流体管路设有第一液体捕集器，以收集已从蒸气制冷剂中分离的液体；以及

使制冷剂经过所述制冷系统，并使得当液体从蒸气制冷剂中分离时，第一液体捕集器自动调节制冷剂的速度，从而将制冷剂以主要均匀的状态传送到所述入口歧管中。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，制冷系统进一步地设有节约器回路，所述节约器回路包括节约器热交换器，分流制冷剂，并且使分流的制冷剂经过节约器膨胀装置进入所述节约器热交换器，并且还设有第二液体捕集器，用以收集已经从经过所述节约器膨胀装置进入所述节约器热交换器的蒸气中分离出的液体，并且进一步地包括使制冷剂经过所述节约器膨胀装置并到达所述节约器热交换器的步骤，使得当液体从蒸气制冷剂中分离时，所述第二液体捕集器自动调节制冷剂的速度，从而将制冷剂以主要均匀的状态传送到所述节约器热交换器中。

9.一种包含热交换器和流体管路的系统，包括：

通向入口歧管的流体管路；

在所述流体管路上的液体捕集器；以及

具有从所述入口歧管接收流体的多个通道的热交换器。

10.如权利要求9所述的热交换器和流体管路系统，其特征在于，所述热交换器是制冷系统的蒸发器。

11.如权利要求9所述的包含热交换器和流体管路的系统，其特征在于，所述热交换器是制冷系统的节约器热交换器。

12.如权利要求9所述的包含热交换器和流体管路的系统，其特征在于，所述液体捕集器在所述入口歧管之下垂直地延伸。

13.如权利要求9所述的包含热交换器和流体管路的系统，其特征在于，由所述流体管路的U形向下延伸部分提供所述液体捕集器。

14.如权利要求9所述的包含热交换器和流体管路的系统，其特征在于，所述液体捕集器设置在距离所述入口歧管5英寸以内。

15.如权利要求9所述的包含热交换器和流体管路的系统，其特征在于，所述液体捕集器由多个顺序地隔开的U形结构来提供。

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