CN101589279A - 从蒸发制冷剂中分离液滴的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种装置和一种方法，用于从蒸发制冷剂中分离液滴。根据本发明的液滴分离器具有分离容器(1)，液滴在分离容器中依靠重力与蒸发制冷剂分离。在分离容器(1)中已布置有分隔板(13)，该分隔板将分离空间分成两个分离部分(14，15)。由此将制冷剂布置成-先在分隔板(13)第一侧上穿过第一分离空间(14)，-再转移至分隔板(13)的第二侧，即第二分离空间(15)，-然后穿过分隔板(13)第二侧上的第二分离空间(15)。

Description

从蒸发制冷剂中分离液滴的装置和方法

技术领域

本发明的对象是根据下面的独立权利要求的前序部分的一种装置和方法，用于从蒸发制冷剂中分离液滴。本发明特别涉及一种新的液滴分离器，该液滴分离器确保制冷剂液滴不被带至制冷机中所使用的压缩机。

背景技术

板式换热器的一个重要应用是一种所谓的满液式蒸发器，这种满液式蒸发器主要用于大型制冷机，液滴分离器与它连接。液滴分离器的任务是确保制冷剂液滴不被带入制冷机的压缩机。液滴是极其有害的，因为它们很容易造成压缩机故障。液滴分离器尺寸必须足够大，且在吸气口和出口之间有足够的距离，使得液滴在随吸气终结在压缩机中之前有时间落至分离器底部。另一方面，分离器的大尺寸增加了生产成本和系统质量，且需要较大的空间。

发明内容

本发明的一个目标是减少乃至消除现有技术中出现的上述问题。

本发明的一个目标是提供一种方案，通过该方案提高与制冷机的满液式蒸发器连接的液滴分离器的效率。

本发明的一个目标是提供一种解决方案，通过该方案满液式蒸发器和液滴分离器形成一个实体，就该实体尺寸而言具有功能上的效率、经济、小巧，并且该实体工作可靠。

本发明的一个目标是提供一种新的更高效方式以依靠重力分离制冷剂液滴。

本发明的一个目标是为重力液滴分离器寻找一种结构，在这里相对于容器尺寸的液滴分离容量是尽量的有利。该目标也是为了流体不产生大的压力损失，因为这会削弱系统的效率。

为了实现所提及的上述目标以及其它目标，本发明的特征为所附独立权利要求的特征部分。

在适用的情况下，本文提及的实施例和优点同时涉及根据本发明的系统和方法，即使这并不总是特别提及。

在本文中，制冷剂指的是用在制冷机中的蒸发过程的循环介质，即工作介质。该制冷剂例如是氨、二氧化碳和氟氯化碳(CFC)工质。

根据本发明的从蒸发制冷剂中分离液滴的典型装置包括液滴分离器，该液滴分离器具有分离容器，制冷剂布置成流动通过所述分离容器。在该分离容器中，液滴依靠重力从蒸发制冷剂中分离出来。该装置包括将来自蒸发器的蒸发制冷剂导至分离容器第一端的连接件，以及从分离容器第二端将蒸发制冷剂导出液滴分离器的连接件。该装置还包括将液体制冷剂从分离容器导至蒸发器的连接件。在根据本发明的典型装置中，分离容器中布置有分隔板，该分隔板将分离空间分为两个分离部分。蒸发制冷剂以及该制冷剂中要分离的液滴布置成首先在分隔板第一侧上流动穿过第一分离空间。通常至少最大的液滴已经在第一分离空间中分离出来。然后，蒸发制冷剂和仍留在制冷剂中的液滴布置成转移至分隔板的第二侧，即第二分离空间。在分隔板的这个第二侧上，制冷剂随后布置成流动穿过第二分离空间。当制冷剂流过第二分离空间时，更多的液滴从蒸发制冷剂中分离出来。

根据本发明的液滴分离器也可借助一个或更多分隔板分为两个以上分离部分。

因此，现在已惊喜地发现，通过一个或更多简单的板，可以将重力液滴分离器的同一个分离容器分为两个或两个以上分离空间。因此，可使在一定容积分离容器内流动的蒸发制冷剂流动更长距离和更长时间。这充分提高了液滴分离器的液滴分离容量。

借助本发明，对液滴分离器的流动截面实现了更加特别有效的利用。

借助本发明，当容器尺寸和环境都相同时，已通过液滴分离器的液滴的质量，与现有技术方案相比，可仅为一小部分。同时还可能减少了液滴分离器中的压力损失。

可以使根据本发明的液滴分离器在功能上连接蒸发制冷剂的蒸发器，即换热器。根据本发明的装置还可包括制冷机和必要的连接件，这些必要的连接件用于将蒸发制冷剂从液滴分离器导至制冷机的压缩机，以及用于将至少部分液体制冷剂从制冷机的高压部分导至液滴分离器。

除蒸发器和液滴分离器以外，可应用根据本发明的装置的典型制冷机的主要部件是压缩机、冷凝器、膨胀阀或浮阀以及连接这些部件的管道系统。蒸发过程分为低压和高压部分。低压部分包括带有管道系统的蒸发器和液滴分离器，高压部分包括带有管道系统的冷凝器和膨胀阀或浮阀。这样的制冷机都是已知的，因此这里不再进一步详细地讨论它们。

在本发明的一种实施方式中，该装置包括将至少部分液体制冷剂从制冷机导至液滴分离器的分离容器的第一端的连接件。

在本发明的一种实施方式中，分隔板布置成基本水平。分隔板也可布置成有倾斜，例如相对于水平面倾斜1-10％，分离到其上的液体借此自动流走。可以在分隔板内或分隔板和收集容器的内壁之间布置孔，以将液体导至收集容器底部。

在本发明的一种实施方式中，分离容器具有细长形状，且分隔板布置成与分离容器平行。从而使在分离容器的第一和第二端中的连接件放置在分离容器的同一端中，但位于分隔板的不同侧。换言之，第一分离空间的第一端和第二分离空间的第二端处在在液滴分离器的分离容器的同一端中。必要连接件处在液滴分离器同一端的事实往往有利于装置的安装。

在本发明的一种实施方式中，细长的分离容器主要安装在水平位置中。因此，如果分隔板是基本水平的，则它将分离容器分成两个基本水平的分离部分。该细长的分离容器也可放置在垂直或倾斜位置中。

在本发明的一种实施方式中，第一和第二分离空间在容积方面大约同样大。换言之，分隔板大约放在隔离空间的中间。第一和第二分离空间的容积可以有所不同，例如具有小于10％或小于20％的差。在本发明的一种实施方式中，制冷剂在第一和第二分离空间中被引导大约相同的距离。

在本发明的一种实施方式中，分隔板在其一端封闭且在另一端打孔。蒸发制冷剂通过该些孔被从分隔板的一侧导至另一侧，即从第一分离空间至第二分离空间。通常在分隔板封闭的那一端，蒸发制冷剂的入口连接件通向第一分离空间，即分离容器的第一端。通常分隔板的这个同一封闭端在分隔板的第二侧上的第二分离空间中限定分离容器的第二端，即将制冷剂导至制冷机的连接件开始的那一端。

在本发明的一种实施方式中，在分隔板的打孔部分上附接有折流板，其位于第二分离空间中，该折流板定向成先相对打孔部分的方向垂直，然后朝分离容器的第二端弯曲。该折流板将第二分离空间分成两个更小的部分。折流板的作用是在受控方式下将已流入第二分离空间的制冷剂流朝分离容器的第二端转向。在一种实施方式中，折流板处在分隔板的打孔部分的中间，这样的方式使得折流板每一侧上保留至少30％的孔。

根据本发明的解决方案可用于各种换热器，如板式换热器或管式换热器。在一种实施方式中，换热器指的是由申请人开发的称为Plate&Shell^TM技术的板式换热器，该板式换热器包括由换热器板组成的一叠板以及包围它的外壳。该叠板由几个板对组成。每个板对由两个换热器板组成，至少这两个板的外围焊接在一起。每个换热器板具有供第一换热介质流动的至少两个第一开口。相邻板对通过焊接或其他方式固定在一起，由此使两个相邻板对的第一开口结合。因此，第一换热介质可经由第一开口从一个板对流至另一个板对。第二换热介质布置成在壳内的处于板对之间的空间中流动。

第一和第二换热介质的入口和出口连接件已已布置成穿过Plate&Shell_TM板式换热器的外壳。第一换热介质的入口和出口连接件已布置成连通这叠板的内部，即板对的内部。这样就在板对内部形成处于第一换热介质入口和出口连接件之间的板式换热器主回路。第二换热介质的入口和出口连接件已布置成连通外壳的内部，即与这叠板的外侧连通，亦即与板对的外侧连通。换言之，在外壳内部的处于板对之间的空间中，形成处在第二换热介质入口和出口连接件之间的板式换热器的次回路。通常，主回路和次回路彼此分离，即在这叠板内部流动的第一换热介质不能与在外壳中(即在这叠板外侧)流动的第二换热介质混合。因此，第一主换热介质和第二从换热介质均在根据本发明的板式换热器的两板之间每隔一个的空间中流动。

附图说明

下面参考所附示意图更详细地描述本发明，其中：

图1显示了所讨论类型的制冷机的原理框图，

图2显示了呈部分剖面的满液蒸发器和液滴分离器的侧视图，

图3显示了图2解决方案的端视图，

图4显示了根据本发明的液滴分离器横截面的侧视图，

图5显示了图4解决方案的横截面的端视图，以及

图6显示了图4中的液滴分离器的详细放大图。

具体实施方式

为清楚起见，相同的参考数字用于不同实施例中彼此对应的部分。

图1显示了根据本发明的制冷机30原理框图的一个例子。制冷机30的主要部件是蒸发器2、与蒸发器连接的液滴分离器1、压缩机31、冷凝器32、膨胀阀或浮阀33以及连接这些部件的管道系统。蒸发过程分为低压和高压部分。低压部分包括带有管道系统的蒸发器2和液滴分离器1，高压部分包括带有管道系统的冷凝器32和膨胀阀或浮阀33。

图2和图3显示了一种目前正在使用的典型技术方案，在这里满液式蒸发器2(即板式换热器)和液滴分离器1共同形成一个功能实体。来自于制冷机30的高压部分的制冷剂(通常是氨)作为液气混合物从膨胀阀或浮阀33通过管道8被送入液滴分离器1。液相制冷剂通过循环管道6循环至满液式蒸发器。在换热器2的第二端侧流动的具有较高温度的流体介质冷却，而制冷剂被部分蒸发。该较高温度的流体介质从入口连接件11送至换热器2，并通过出口连接件12流出。蒸发制冷剂上升通过管道4至液滴分离器的第一端25。饱和蒸汽从液滴分离器的第二端26通过管道5被吸至压缩机。蒸发制冷剂在液滴分离器1中经过的总共路程长度等于最大分离长度L。通常调整制冷剂量，使得制冷剂在循环管6中的液位处于液滴分离器较低边缘的水平高度A，并且使得制冷剂在换热器一侧的液位低到与由流动引起的压力损失所导致的液位相同，通常处于换热器较高边缘的水平高度B。

图4-6只显示了根据本发明的液滴分离器1。连接至液滴分离器的换热器，可就像图2-4中的满液式蒸发器2一样。甚至几个分离的换热器2，例如2-5个，可连接至液滴分离器1以改善蒸发容量。

在图4-6的根据本发明的结构中，液滴分离器的容器1由一个基本水平的分隔板13分成第一分离空间14和第二分离空间15。第一分离空间14在容器1的底部部分，第二分离空间15在容器1的顶部部分。分离空间14和15的容积基本相等。分隔板13的左部封闭。分隔板13的右端的一部分是打孔板16。在该附图的实施例中，打孔板16部分的长度为整个分隔板13的长度的约20％。在分隔板16的打孔部分中，这些孔占其表面积的例如10-40％。来自制冷机的高压部分的制冷剂(Mlin)从入口连接件8被送至液滴分离器的第一分离空间14的左边缘25。在蒸发器2中形成的蒸气和液滴的混合物从两个管道4被送至收集管19，该收集管19在右端20封闭且在左端开放。图3中可以看到两个管道4，这两个管道均可附着在自己的蒸发器2上。蒸气和液滴的混合物从收集管左端21被运送至第一分离空间14的左边缘25。制冷剂的蒸气和液滴的混合物从第一分离空间14的左边缘25流向容器的整个分离空间14。液滴具有大约整个分离长度L以落到容器的底部17。最大的液滴都立即落到容器的底部17。制冷剂通过管道6从底部17被送至一个或更多的蒸发器2(参见图2)。仅仅一小部分的液滴随蒸气穿过打孔板16转移至容器顶部，即第二分离空间15。在第二分离空间15中，剩余液滴也具有大约整个分离长度L以落到分隔板13，并向前回到第一分离空间14中。蒸发制冷剂在液滴分离器1中经过的总路程约为长度L的两倍。仅仅非常小的液滴被带至第二分离空间的左端26的吸气口5(Mlout)。折流板18放置在分隔板的打孔部分16之上，该折流板定向成先垂直向上，然后弯向吸气口5。折流板18的作用是阻止流体收缩到容器的顶部，从而确保流体在第二分离空间15中均匀分布。

图6显示了从上方看分隔板13右端的放大图。板13的左端是封闭板。板13的右端形成为打孔板16。在打孔板16中，孔22的直径是例如3-5mm。然而在板的打孔部分16周围仍围有闭合边缘23，其目的是抵靠容器1的内壁24。边缘23的作用是切断流体沿容器内壁24流动的倾向。该边缘的宽度L2可为例如25-60mm。

分隔板13可相对于水平面倾斜，例如1-10％的倾斜。因此，落在分隔板上的液滴就会流走。在分隔板13和容器1的内壁24之间可布置合适尺寸的间隙，液滴可从该间隙流到板下。

附图中只示出了本发明的一种优选实施方式。该些附图未单独示出与本发明主旨无关的内容，因为这些内容对于本领域技术人员都是众所周知或显而易见的。对于本领域技术人员来说显而易见的是，本发明不限于上述实施例，而是本发明可在下面提出的权利要求的范围内变化。从属权利要求提出本发明一些可能的实施方式，但是并没有考虑用它们限制本发明的保护范围。

Claims (15)

1.从蒸发制冷剂中分离液滴的装置，包括：

液滴分离器，其包括分离容器(1)，制冷剂布置成流动通过该分离容器(1)，液滴在该分离容器中依靠重力与蒸发制冷剂分离，

连接件(4，19)，用于将来自蒸发器的蒸发制冷剂导至分离容器的第一端(25)，

连接件(5)，用于从分离容器的第二端(26)将蒸发制冷剂导出液滴分离器，

连接件(6)，用于将液体制冷剂从分离容器(1)导至蒸发器(2)，

其特征在于，分离容器(1)中布置有分隔板(13)，该分隔板将分离空间分为两个分离部分(14，15)的方式使得制冷剂被布置成：

首先穿过分隔板(13)第一侧上的第一分离空间(14)，

再转移至分隔板(13)第二侧，即第二分离空间(15)，

然后穿过分隔板(13)第二侧上的第二分离空间(15)。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：该装置进一步包括蒸发器(2)，该蒸发器布置成蒸发制冷剂。

3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，该装置进一步包括：

制冷机，以及

连接件(5)，用于将蒸发制冷剂从液滴分离器导至制冷机的压缩机(31)，以及

连接件(8)，用于将至少部分液体制冷剂从制冷机(30)的高压部分导至液滴分离器(1)。

4.根据前述任一权利要求所述的装置，其特征在于：分隔板(13)布置成基本水平。

5.根据前述任一权利要求所述的装置，其特征在于：分离容器(1)具有细长形状，分隔板布置成与分离容器平行，由此分离容器的第一端(25)和第二端(26)的连接件(5，8)都位于分离容器(1)的同一端中并处在分隔板(13)的不同侧上。

6.根据前述任一权利要求所述的装置，其特征在于：第一和第二分离空间(14，15)具有大约同等大的容积。

7.根据前述任一权利要求所述的装置，其特征在于：分隔板(13)的一端封闭，另一端(16)则打孔，以便将蒸发制冷剂从分隔板(13)的一侧导至另一侧。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于：在第二分离空间中放置有折流板(18)，该折流板位于分隔板的打孔部分(16)之上，该折流板定向成先垂直于打孔部分(16)的方向，再朝分离容器的第二端(26)弯曲。

9.根据权利要求3所述的装置，其特征在于：该装置包括连接件(8)，用于将所述至少部分液体制冷剂从制冷机导至液滴分离器的分离容器的第一端(25)。

10.从蒸发制冷剂中分离液滴的方法，该方法包括：

将蒸发制冷剂从蒸发器(2)导至液滴分离器的分离容器(1)的第一端(25)，

引导制冷剂穿过分离容器(1)，同时在分离容器中依靠重力从蒸发制冷剂中分离液滴，

从分离容器的第二端(26)将蒸发制冷剂导出液滴分离器(1)，

将液体制冷剂从分离容器(1)导至蒸发器(2)，

其特征在于：分离容器(1)中已经布置有分隔板(13)，该分隔板将分离空间分为两个分离部分(14，15)，由此该方法包括：

首先引导制冷剂穿过分隔板(13)第一侧上的第一分离空间(14)，

再将制冷剂导至分隔板(13)第二侧，即第二分离空间(15)，

然后引导制冷剂穿过分隔板(13)第二侧上的第二分离空间(15)。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于：进一步包括在蒸发器(2)中蒸发制冷剂。

12.根据权利要求10或11所述的方法，其特征在于，进一步包括：

将蒸发制冷剂从液滴分离器(1)导至制冷机(30)的压缩机(31)，

将至少部分液体制冷剂从制冷机(30)的高压部分导至液滴分离器(1)。

13.根据权利要求10-12的任一项所述的方法，其特征在于：制冷剂在第一(14)和第二分离空间(15)中被引导大约相同的距离。

14.根据权利要求10-13的任一项所述的方法，其特征在于：通过布置在分隔板的第二端(16)中的孔(22)，将制冷剂从分隔板(13)的一侧导至另一侧。

15.根据权利要求12所述的方法，其特征在于：将至少部分液体制冷剂从制冷机(30)的高压部分导至液滴分离器的分离容器的第一端(25)。

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