CN101210781A - 喷淋式热交换装置 - Google Patents

Abstract

一种喷淋式热交换装置，于壳体内包括喷淋单元、第一群组热传管、至少一个滴淋盘及第二群组热传管。利用滴淋盘将由喷淋单元所喷淋出且流经第一群组热传管的剩余液态冷却剂予以再次分布，并向下滴撒至第二群组热传管，以充分利用热交换装置内的空间配置热传管，增进热交换装置的空间利用率。

Description

喷淋式热交换装置

技术领域

本发明涉及一种用于冷却系统的热交换装置，更详而言之，涉及一种使液态冷却剂由上而下流动的喷淋式热交换装置。

背景技术

冷却的应用早已实行了多年，而在人们常用的冷冻空调装置中，包含四个主要组件：压缩机、膨胀装置、蒸发器及冷凝器。在蒸发器的热交换上，大多是借着令较低温的液体(冷却剂)接触其中流动有较高温的目标流体的管件表面，以热传导的方式将该目标流体的热量由较低温的冷却剂携走，而达到冷却的目的。目前由于节约资源的意识升高，且冷冻空调系统所使用的冷却剂亦因能源价格及替代物质的需求问题使得其价格也随之变高，因此，如何在不降低热交换效率的前提下，减低在冷冻空调系统中的冷却剂充填量，以降低设备成本并兼顾环境保护，已成为吾人的重要课题。

近年来，在冷冻空调系统中的蒸发器上获得许多改进，依据蒸发器的设计可大致分为直膨式、满溢式与喷淋式。直膨式蒸发器属于外壳内管式热交换器的一种，其在管内侧流动的是冷却剂，而在壳侧流动的是目标流体。然而，为了防止管内液态冷却剂在蒸发不完全的状态下被吸入压缩机中而造成压缩机受损，因此在使用直膨式蒸发器的冷冻空调系统中，必须提高压缩机入口端的过热度，因而造成压缩机的耗功。

此外，满溢式蒸发器亦属于外壳内管式热交换器的一种，但其在管内侧流动的是目标流体，在壳侧流动的是冷却剂。由于满溢式蒸发器在蒸发器壳体上方设置有用以回收被蒸发的冷却剂，因此液态冷却剂较不易进入压缩机入口端。然而，由于满溢式蒸发器将管子浸泡于蒸发器壳体中的液态冷却剂中，因此需要较多量的液态冷却剂，造成所需要的冷却剂充填量比直膨式蒸发器多了一倍以上的量，致增加设备成本与环境负担。

图1是显示现有的喷淋式蒸发器101的剖视图。如图1所示，喷淋式蒸发器101具有壳体1015、配置于壳体1015内侧上部的喷淋器1011、以及以水平方向配置于喷淋器1011下方的多支热传管1013。液态冷却剂自喷淋器1011上方的入口进入后，经由形成于喷淋器111下表面的多个小孔(未显示)而向下滴洒于设于下方的热传管1013。通过将液态冷却剂洒入交错排列的热传管1013数组中，而在各个热传管1013表面形成冷却剂覆膜，从而对热传管1013进行热交换作用。如图1中的虚线所示，蒸发后的冷却剂会经由壳体1015与喷淋器1011之间的间隙往上方被排出。

此外，如中国台湾专利第M247805号所揭露，是利用一溢流盘及一淋洒盘将液态冷却剂向下滴洒于热传管上，由此达到热交换的功效。除此之外，尚有美国专利5836382、6167713、6868695号利用改变喷淋器的结构来达到尽量使液态冷却剂能扩大滴淋在热传管上的效果。再者，亦有美国专利5904807号利用改变蒸发器上部构造，直接将液态冷却剂注入新式喷洒结构中达到扩大喷洒的效果。

然而，上述的喷淋式蒸发器往往为使喷淋装置能让液态冷却剂大范围地滴淋在下方的热传管上，遂将喷淋装置设置在离蒸发器上方的冷却剂入口较远的位置，以获得较大的喷洒面积，但也因此使得蒸发器内能够配置热传管的空间减少，故为了达到期望的热交换效率，必须相对地增加蒸发器壳体的尺寸。因此，现有的喷淋式蒸发器不但造成空间的浪费，相对亦使得材料成本增加而增加了制造的成本。

因此，如何有效解决前揭技术所存在的问题，并针对液态冷却剂由上而下流动方式的蒸发器，开发出一种可使用相同热传管数同时不需增加尺寸的喷淋式热交换装置，从而使制造材料成本降低，或于相同壳体尺寸下可设置较多数量的热传管的喷淋式热交换装置，以增加热交换面积、提升热交换效率及避免空间浪费，正是目前冷却系统所亟待解决的课题。

发明内容

鉴于以上所述背景技术的缺点，本发明的主要目的即在于提供一种能够增进空间利用率的喷淋式热交换装置。

本发明的另一目的在于提供一种喷淋式热交换装置，能够在使用相同数量的热传管的同时减小其本体尺寸，从而减少生产制造的成本。

为达上述以及其它目的，本发明的一实施方式提供一种喷淋式热交换装置，其于壳体中配置有：喷淋单元，用以将冷却剂向下方喷淋；第一群组的热传管，能够与由该喷淋单元所喷淋出的冷却剂接触以进行热交换；以及第二群组的热传管，设置于该第一群组的热传管下方，而能够与该第一群组的热传管所滴洒出的冷却剂接触以进行热交换。

在一较佳实施例中，于该第一群组的热传管与该第二群组的热传管之间设置至少一个滴淋盘，该滴淋盘于实质上整个盘面配置有多个滴孔及/或滴槽。

由于在本发明的喷淋式热交换装置中，于该第一群组的热传管与该第二群组的热传管之间设置至少一个滴淋盘，因此本发明的喷淋式热交换装置毋须将喷淋单元设置在离热交换装置上方的冷却剂入口较远的位置即能获得广大的喷洒面积，且能够在该滴淋盘及喷淋单元之间配置热传管，故能够充分利用蒸发器壳内的空间设置热传管，增进空间利用率，或是能够在使用相同数量的热传管的同时减小热交换装置本体的尺寸，从而减少生产制造的成本。

本发明的另一实施型方式提供一种喷淋式热交换装置，于壳体中设置：喷淋单元，用以将冷却剂向下方喷淋；第一群组的热传管，能够与由该喷淋单元所喷淋出的冷却剂接触以进行热交换；第二群组的热传管，设置于该第一群组的热传管下方，而能够与该第一群组的热传管所滴洒出的冷却剂接触以进行热交换；以及第三群组的热传管，设置于该第二群组的热传管下方，而能够与该第二群组的热传管所滴洒出的冷却剂接触以进行热交换。

在一较佳实施例中，于该第一群组的热传管与该第二群组的热传管之间设置至少一个滴淋盘，该滴淋盘于实质上整个盘面配置有多个滴孔及/或滴槽，并且于该第二群组的热传管与该第三群组的热传管之间设置至少一个滴淋盘，该滴淋盘于实质上整个盘面配置有多个滴孔及/或滴槽。

通过设置上下二段的滴淋盘，并且于上段滴淋盘及下段滴淋盘之间配置第二群组的热传管、以及在下段滴淋盘下方配置第三群组的热传管，而能够争取最大的空间利用率，更有效率地在热交换装置内配置热传管。

于一较佳实施例中，该滴淋盘的截面呈ㄩ字形。较佳地是，该滴淋盘的周壁朝外侧倾斜，以便能够较大范围地承接由上方滴落的冷却剂。

于另一较佳实施例中，该滴淋盘的截面呈开口朝上的圆滑曲线状，通过此种构形，滴淋盘亦能以较大的范围承接由上方滴落的冷却剂。

于一较佳实施例中，该滴淋盘与该主壳体间及/或该滴淋盘彼此间形成有用以供冷却剂蒸汽通过的间隙，以便让已吸收热传管中所流动的目标流体的热量而蒸发的气态冷却剂能够经由所述间隙向热交换装置的上部流动，并通过适当的回收手段而再循环利用。

于一较佳实施例中，该喷淋单元设置在使其喷淋面位于由壳体顶部下侧算起约壳体内径的5至25％的位置，而于该第一群组的热传管与该第二群组的热传管之间所设置的至少一个滴淋盘设置在使其盘面位于由壳体顶部下侧算起约为壳体内径的40％的位置。由此，可求取热传管的最大配置率。

于另一较佳实施例中，该喷淋单元设置在使其喷淋面位于由壳体顶部下侧算起约壳体内径的5至25％的位置，于该第一群组的热传管与该第二群组的热传管之间所设置的至少一个滴淋盘设置在使其盘面位于由壳体顶部下侧算起约为壳体内径的20至30％的位置，于该第二群组的热传管与该第三群组的热传管之间所设置的至少一个滴淋盘设置在使其盘面位于由壳体顶部下侧算起约为壳体内径的45至50％的位置。由此，亦可求取热传管的最大配置率。

于一较佳实施例中，上述热传管的相邻上下列的各热传管呈交错配置，以便使流经较上列的热传管而滴落的冷却剂可通过次一列的热传管之间而滴落至再次一列的热传管上。由此，能够争取最大的空间利用率，更有效率地在热交换装置内配置热传管。

附图说明

图1是显示现有的喷淋式蒸发器101的剖视图；

图2为本发明的第一实施例的喷淋式热交换装置的剖面示意图；

图3为本发明的第二实施例的喷淋式热交换装置的剖面示意图；

图4是显示本发明第一实施例之一变化例的喷淋式热交换装置的剖面示意图；以及

图5是显示本发明第二实施例之一变化例的喷淋式热交换装置的剖面示意图。

主要组件符号说明

1、2、3、4、101        喷淋式热交换装置

1011                   喷淋器

11                     喷淋单元

131、191、251、1013    热传管

13                     第一群组热传管

19                     第二群组热传管

25                     第三群组热传管

20、21、21’、22       间隙

111                    冷却剂入口

112                    喷淋面

151                    冷却剂出口

17、17’、17-1、17-2、17-1’、17-2’  滴淋盘

171、171-1、171-2      盘面

15、1015壳体

具体实施方式

以下参照附图说明本发明的实施例。所述图式俱为简化的示意图式，且仅例示与本发明有关的组件，且所述组件的实际形状或尺寸比例并非本发明的特征，而可依需要进行变化，在此说明。

首先参阅图2，其为本发明的第一实施例的喷淋式热交换装置的剖面示意图。如图所示，喷淋式热交换装置1具有壳体15，并且在壳体中由上至下依序配置有喷淋单元11、第一群组热传管13、滴淋盘17、以及第二群组热传管19。

喷淋单元11的入口111连接于未图式的冷却剂供给源，并且于其喷淋面112形成有未图式的多个滴孔或沟槽(滴槽)，用以使液态冷却剂从该喷淋面112朝下方滴落。滴孔或滴槽的尺寸、形状及分布等并无特别限制，只要能够配合冷却剂的供给量，并且使液态冷却剂能够在喷淋面112的整面均匀地滴落即可。滴孔或滴槽的形成位置则较宜对应于热传管的配置位置，以便使由滴孔或滴槽所滴落的冷却剂均能够滴落于相对应的热传管上。

第一群组热传管13包括多支彼此平行配置的热传管131。所述热传管131之中流动有欲进行冷却的目标流体。相邻上下列的所述热传管131呈交错配置。亦即，次一列的热传管131配置在对应于上一列的热传管131的间隙的位置。如此，可在相同的空间中配置更多的热传管131。

滴淋盘17的截面呈ㄩ字形而形成浅盘状，且在该滴淋盘17的实质上整个盘面171配置有多个滴孔及/或滴槽，以增进滴淋的面积及滴淋的均匀率。同样地，滴孔或滴槽的尺寸、形状及分布等并无特别限制，只要能够配合冷却剂的供给量，并且使液态冷却剂能够在盘面171的整面均匀地滴落即可。滴孔或滴槽的形成位置则较宜对应于热传管的配置位置，以便使由滴孔或滴槽所滴落的冷却剂均能够滴落于相对应的热传管上。

第二群组热传管19包括多支彼此平行配置的热传管191。所述热传管191之中亦流动有欲进行冷却的目标流体。如同上述的第一群组热传管13，相邻上下列的所述热传管191亦呈交错配置。

以下说明喷淋式热交换装置1的运作方式。首先，液态冷却剂由未图式的供给源经由喷淋单元11的入口111供应至喷淋单元11后，经由形成于喷淋面112的多个滴孔或滴槽而向下滴落。经滴落的液态冷却剂会流经配置于喷淋单元11下方的第一群组热传管13的各热传管131表面，而与热传管131中所流动的目标流体进行热交换，将目标流体的热量携走，从而达成使目标流体冷却的目的。

其次，流经第一群组热传管13的冷却剂会接着滴落至滴淋盘17。由滴淋盘17所承接的冷却剂，会先聚积在滴淋盘17中，然后再经由形成于盘面171中的滴孔或滴槽向下滴淋。经滴落的液态冷却剂会流经配置于滴淋盘17下方的第二群组热传管19的各热传管191表面，而与热传管191中所流动的目标流体进行热交换，将目标流体的热量携走，同样达成使目标流体冷却的目的。

在接触热传管131、191而进行热交换的期间，一部份的液态冷却剂可能因为吸收热量而被蒸发，而形成气态冷却剂。此时，气态冷却剂会经由形成于滴淋盘17与壳体15之间的间隙21、及形成于喷淋单元11与壳体15之间的间隙20而向上窜升，并经由冷却剂出口151被回收以进行循环利用。

喷淋单元11与滴淋盘17的设置位置可以依据实际状况调整，以争取热交换装置内的空间配置最大数量的热传管。举例而言，当喷淋式热交换装置1的壳体15的截面实质上为圆环形，且假设该圆环形的内径为D时，可将喷淋单元11设置在使喷淋面112位于由壳体15顶部下侧算起约5至25％D的位置，并将滴淋盘17设置在使盘面171位于由壳体15顶部下侧算起约40％D的位置。

通过本实施例的配置，由于毋须将喷淋单元设置在离热交换装置上方的冷却剂入口较远的位置亦能获得广大的喷洒面积，且能够在滴淋盘17及喷淋单元11之间配置热传管，故能够充分利用蒸发器壳内的空间设置热传管，增进空间利用率及热传效率，或是能够在使用相同数量的热传管的同时减小热交换装置本体的尺寸，从而减少生产制造的成本。

以下参照附图说明本发明的其它实施例。在其它实施例中，与第一实施例相同的组件是以相同的组件符号表示，且不再进行详细说明。

图3为本发明的第二实施例的喷淋式热交换装置的剖面示意图。如图所示，第二实施例的喷淋式热交换装置2除了在壳体15中由上至下依序配置有喷淋单元11、第一群组热传管13、二个滴淋盘17-1、17-2、以及第二群组热传管19外，还另外在第二群组热传管19下配置另一个滴淋盘23、以及第三群组热传管25。

滴淋盘23的截面呈ㄩ字形而形成浅盘状，且在该滴淋盘23的实质上整个盘面231亦配置有多个滴孔及/或滴槽。同样地，滴孔或滴槽的尺寸、形状及分布等并无特别限制，只要能够配合冷却剂的供给量，并且使液态冷却剂能够在盘面231的整面均匀地滴落即可。滴孔或滴槽的形成位置则较宜对应于热传管的配置位置，以便使由滴孔或滴槽所滴落的冷却剂均能够滴落于相对应的热传管上。

第三群组热传管25包括多支彼此平行配置的热传管251。所述热传管251之中亦流动有欲进行冷却的目标流体。同样地，相邻上下列的所述热传管251亦呈交错配置。

在本实施例中，由于设置二层的滴淋盘，并且将热传管分成三组来配置，因此能够更有弹性地依据实际状况调整喷淋单元、滴淋盘及热传管的配置方式，以争取在热交换装置内的空间中配置最大数量的热传管。举例而言，当喷淋式热交换装置2的壳体15的截面实质上为圆环形，且假设该圆环形的内径为D时，可将喷淋单元11设置在使喷淋面112位于由壳体15顶部下侧算起约5至25％D的位置，将滴淋盘17-1及17-2设置在使其盘面171-1及171-2位于由壳体15顶部下侧算起约20至30％D的位置，并将滴淋盘23设置在使其盘面231位于由壳体15顶部下侧算起约45至50％D的位置。

再者，在本实施例中，由于形成二个滴淋盘17-1、17-2，并在所述滴淋盘17-1、17-2之间形成有间隙21’，故能够使已被蒸发的气态冷却剂更顺畅地向上窜升，而更有效率地回收冷却剂以进行循环利用。

虽然在本实施例中，以设置二层的滴淋盘为例进行说明，但本发明亦可经由增设更多层的滴淋盘达到多次承接剩余液态冷却剂的效果，并不以设置二层的滴淋盘为限。

图4显示本发明第一实施例的一变化例的喷淋式热交换装置的剖面示意图。如图所示，本变化例的喷淋式热交换装置3中的滴淋盘17的周壁朝外侧倾斜，从而能够更大范围地承接由上方滴落的冷却剂。

图5是显示本发明第二实施例的一变化例的喷淋式热交换装置的剖面示意图。如图所示，本变化例的喷淋式热交换装置4中的滴淋盘17-1’、17-2’、23’的截面呈开口朝上的圆滑曲线状，从而亦能够大范围地承接由上方滴落的冷却剂。此外，通过构成此种形状，滴淋盘中也较不容易形成使冷却剂聚积无法滴落的死角。

上述实施例配合附图仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何本领域技术人员均可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰与改变。因此，本发明的权利保护范围，应如后述的申请权利要求所列。

Claims (20)

1.一种喷淋式热交换装置，其于壳体中设置有：

喷淋单元，用以将冷却剂向下方喷淋；

第一群组的热传管，能够与由该喷淋单元所喷淋出的冷却剂接触以进行热交换；以及

第二群组的热传管，设置于该第一群组的热传管下方，而能够与该第一群组的热传管所滴洒出的冷却剂接触以进行热交换。

2.根据权利要求1所述的喷淋式热交换装置，其中，该喷淋单元设置在使其喷淋面位于由壳体顶部下侧算起约壳体内径的5至25％的位置。

3.根据权利要求1所述的喷淋式热交换装置，其中，于该第一群组的热传管与该第二群组的热传管之间，设置至少一个滴淋盘，该滴淋盘在整个盘面配置有多个滴孔及/或滴槽。

4.根据权利要求3所述的喷淋式热交换装置，其中，于该第一群组的热传管与该第二群组的热传管之间所设置的至少一个滴淋盘的截面，呈ㄩ字形。

5.根据权利要求4所述的喷淋式热交换装置，其中，于该第一群组的热传管与该第二群组的热传管之间所设置的至少一个滴淋盘的周壁，朝外侧倾斜。

6.根据权利要求3所述的喷淋式热交换装置，其中，于该第一群组的热传管与该第二群组的热传管之间所设置的至少一个滴淋盘的截面，呈开口朝上的圆滑曲线状。

7.根据权利要求3所述的喷淋式热交换装置，其中，于该第一群组的热传管与该第二群组的热传管之间所设置的至少一个滴淋盘，设置在使其盘面位于由壳体顶部下侧算起约为壳体内径的40％的位置。

8.根据权利要求3所述的喷淋式热交换装置，其中，于该第一群组的热传管与该第二群组的热传管之间所设置的至少一个滴淋盘，与该主壳体间及/或该滴淋盘彼此间形成有用以供冷却剂蒸汽通过的间隙。

9.根据权利要求1所述的喷淋式热交换装置，其中，第一群组热传管的相邻上下列的各热传管呈交错配置。

10.根据权利要求1所述的喷淋式热交换装置，其中，第二群组热传管的相邻上下列的各热传管呈交错配置。

11.一种喷淋式热交换装置，其于壳体中设置有：

喷淋单元，用以将冷却剂向下方喷淋；

第一群组的热传管，能够与由该喷淋单元所喷淋出的冷却剂接触以进行热交换；

第二群组的热传管，设置于该第一群组的热传管下方，而能够与该第一群组的热传管所滴洒出的冷却剂接触以进行热交换；以及

第三群组的热传管，设置于该第二群组的热传管下方，而能够与该第二群组的热传管所滴洒出的冷却剂接触以进行热交换。

12.根据权利要求11所述的喷淋式热交换装置，其中，于该第一群组的热传管与该第二群组的热传管之间，设置至少一个滴淋盘，该滴淋盘在整个盘面配置有多个滴孔及/或滴槽，并且于该第二群组的热传管与该第三群组的热传管之间，设置至少一个滴淋盘，该滴淋盘在整个盘面配置有多个滴孔及/或滴槽。

13.根据权利要求12所述的喷淋式热交换装置，其中，于该第一群组的热传管与该第二群组的热传管之间所设置的至少一个滴淋盘，与于该第二群组的热传管与该第三群组的热传管之间所设置的至少一个滴淋盘的截面，呈ㄩ字形。

14.根据权利要求13所述的喷淋式热交换装置，其中，于该第一群组的热传管与该第二群组的热传管之间所设置的至少一个滴淋盘，与于该第二群组的热传管与该第三群组的热传管之间所设置的至少一个滴淋盘的周壁，朝外侧倾斜。

15.根据权利要求12所述的喷淋式热交换装置，其中，于该第一群组的热传管与该第二群组的热传管之间所设置的至少一个滴淋盘，与于该第二群组的热传管与该第三群组的热传管之间所设置的至少一个滴淋盘的截面，呈开口朝上的圆滑曲线状。

16.根据权利要求12所述的喷淋式热交换装置，其中，于该第二群组的热传管与该第三群组的热传管之间所设置的至少一个滴淋盘，与该主壳体间及/或该滴淋盘彼此间，形成有用以供冷却剂蒸汽通过的间隙。

17.根据权利要求12至16项中任一所述的喷淋式热交换装置，其中，于该第二群组的热传管与该第三群组的热传管之间所设置的至少一个滴淋盘，设置在使其盘面位于由壳体顶部下侧算起约为壳体内径的45至50％的位置。

18.根据权利要求12至16项中任一所述的喷淋式热交换装置，其中，于该第一群组的热传管与该第二群组的热传管之间所设置的至少一个滴淋盘，设置在使其盘面位于由壳体顶部下侧算起约为壳体内径的20至30％的位置。

19.根据权利要求11所述的喷淋式热交换装置，其中，第三群组热传管的相邻上下列的各热传管呈交错配置。

20.根据权利要求11所述的喷淋式热交换装置，其中，该喷淋单元设置在使其喷淋面位于由壳体顶部下侧算起约壳体内径的5至25％的位置。

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