CN103477164A - 用于分离液滴的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于分离液滴的装置(1)，该装置包括：-外壳体(2)，其具有基本上水平的圆柱形壳(14)和基本上竖直的端部(9)；-用于待汽化的物质的入口连接件(7)，将待汽化的物质引导至外壳体内；-板组件(3)，充当蒸发器，其布置于外壳体内侧，在其下部(23)中；-用于加热物质的入口连接件(10)和出口连接件(11)，将加热物质引导至板组件内并且从板组件出来；-重力液滴分离器(4)，其布置于外壳体内侧，在板组件上方；-用于已汽化的物质的出口连接件(8)，用于将已汽化的物质从外壳体从其上部(15)引导出来；-一个或多个填料单元(12a,12b)，布置于外壳体(2)与板组件(3)之间用于减小在外壳体内侧待汽化的物质的液体体积。本发明适用作例如制冷机械的满液式蒸发器(3)和与其有关的液滴分离器(4,5)。

Description

用于分离液滴的装置
技术领域
本发明涉及用于分离液滴的装置，例如在具有板结构的Plate&ShellTM型蒸发器后方。根据本发明的布置用于确保并无液滴从例如蒸发器携载到在制冷机械中所用的压缩机。
背景技术
板式热交换器的一种重要的应用是在较大制冷机械中所使用的所谓的满液式（flooded）蒸发器，和与之有关的液滴分离器。液滴分离器的任务是确保制冷剂液滴不被携载到制冷机械的压缩机。因此，液滴分离器的尺寸常常太大，从而使得将会以充分的效率发生重力液滴分离。液滴分离器较大的大小增加了系统的生产成本和质量，并且其所需的空间较大。
蒸发器液滴分离器系统为先前已知的，其中，充当蒸发器和液滴分离器的板式热交换器被装配到不同的壳部分中，并且容器有利地装配到彼此的顶部上。这样的结构例如在芬兰专利公开Fl 120893 B 中提出。这种结构的缺点特别地是其较大的大小和其过剩的管道工程。对空间的需要较大，特别是在竖直方向上。在这种类型的装置中，所谓的蒸发表面也保持较小，并且在上升管中的速度也较高使得液滴并不通过重力而分离。
公开US 7472563 B2提出了一种蒸发器液滴分离器，其中，充当蒸发器和液滴分离器的板组件被装配于相同的壳部件内侧。通过使板组件的板呈半圆形状而已经减小了待汽化的制冷剂的量。在这种解决方案中，难以管理在板组件中的流动条件。具有特殊形状的板组件也增加了制造成本，由此则该设备容易变得昂贵。
发明目的
本发明的目的在于减轻或甚至排除在现有技术中出现的上述问题。
本发明的目的在于提供一种解决方案，利用这种解决方案，满液式蒸发器和液滴分离器形成整体，其在功能上高效、经济、大小较小并且功能可靠。
本发明的重要目的在于提供一种解决方案，其中，制冷剂或其它待汽化的物质的量尽可能小。
本发明的目的在于组合重力液滴分离和基于过滤(即在除雾器上)的液滴分离。
发明内容
为了实现上文所提到的目的和其它目的，根据本发明的装置和本发明的其它目的的特征在于在所附独立权利要求的特征部分中提到的内容。
在本文中提到的实施例示例和优点在合适部分中适用于根据本发明的装置和适用于本发明的其它应用，即使这并非总是具体地提到。
根据本发明用于分离液滴的典型装置包括：
-外壳体，其具有基本上水平的圆柱形壳和基本上竖直的端部；
-用于待汽化的物质的入口连接件，用来将待汽化的物质引导至外壳体内；
-板组件，充当蒸发器，其布置于外壳体内侧，在其下部中；
-用于加热物质的入口连接件和出口连接件，将加热物质引导至板组件内并且从板组件出来；
-重力液滴分离器，其布置于外壳体内侧，在板组件上方；
-用于已汽化的物质的出口连接件，用于将已汽化的物质从外壳体从其上部引导出来；
一个或多个填料单元已被布置于外壳体内侧，在外壳体与板组件之间，填料单元被布置用以减小在外壳体内侧待汽化的物质的液体体积。
外壳体通常充当压力容器。
由于在根据本发明的装置中的圆柱形壳通常是水平的，在本文中使用的术语外壳体或圆柱形壳的纵向表示水平方向。例如，如果外壳体的圆柱形壳为直圆柱，那么其纵向与相关圆柱的中心轴线的方向相同。
待汽化的物质（诸如制冷剂或待汽化的其它液体）的水平，有利地被调整到圆柱形壳的直径的水平，由此，待汽化的物质的表面积尽可能大，并且每单位表面积的蒸气产生尽可能小。因而，蒸气的上升速度也尽可能小，由此，随着蒸气而行进的所生成的液滴更易于掉落回来。因而，使得重力液滴分离更高效。
根据本发明的典型蒸发器的液体体积已有所减小从而使得至少一个填料单元已被装配于板组件与圆柱形壳之间。纵向填料单元已被有利地布置于板组件的两侧上，板组件在圆柱形壳的纵向上。填料单元可根据需要成形以尽可能多地减小液体体积。在圆柱形壳纵向的板组件表示布置于彼此顶部上的由热交换板所形成的板组件被布置于圆柱形壳内侧，从而使得板组件的纵向与圆柱形壳的纵向相同。
典型填料单元由能耐受装置中流行的条件的材料而制成。例如，在制冷装置中，填料单元必须通常耐受氨而不会腐蚀。
本发明的优点在于相对于液体体积，待汽化的物质的较大蒸发表面积。因而，使得蒸发更高效，减小了液滴形成并且便利促成了重力液滴分离。
本发明是经济的，因为待使用的部件可为标准的部件，或者以其它方式广泛使用。例如，蒸发器的板组件可为由热交换板所形成的正常圆形焊接的结构。例如，用于Plate&ShellTM热交换器中、由布置于彼此顶部上的圆形热交换板所组成的本申请者所自有的焊接的板组件可用作板组件。填料单元可由廉价材料制成。
在本发明的一实施例中，该装置还包括除雾器液滴分离器，除雾器液滴分离器被布置于外壳体内侧，在其上部中，在用于已汽化的物质的出口连接件下方。除雾器可被填充有例如钢丝绒或者一种生成尽可能低流动阻力的相对应材料。通过放置充当蒸发器的板组件，重力液滴分离器和在相同外壳体内侧的除雾器，则对于该装置得到特别小的大小和简单的结构。
在本发明的一实施例中，除雾器在圆柱形壳的纵向上大致水平地安装，但在圆柱形壳的横向上朝向所述装置的边缘而对角向下。因而，在除雾器下方的外壳体的部分，即，重力液滴分离器能布置为尽可能大。除雾器同时使其内的液滴以受控制方式向下朝向装置的边缘而受操控/转向。
在本发明的一实施例中，除雾器包括一个或若干个可透蒸气的除雾器部分和不透蒸气的部分。不透蒸气的部分通常直接地安装在用于已汽化的物质的出口连接件的正下方。
在本发明的一实施例中，用于待汽化的物质和用于所生成的蒸气的流动通道已被布置于一个或多个填料单元与板组件之间。在本发明的一实施例中，用于待汽化的物质和用于所生成的蒸气的流动通道已被布置于填料单元与圆柱形壳之间。利用合适的流动通道使流动和热交换更高效。在所述流动通道中，在填料单元与板组件或填料单元与圆柱形壳的内表面之间的距离可例如为5-100mm或5-50mm或者10-30mm。在水平方向上，所述流动通道可具有至少几乎整个板组件或圆柱形壳的长度。无论是液体还是蒸汽在流动通道中行进和以什么比例和在什么方向，取决于在任何时间的情形。
在本发明的一实施例中，圆柱形壳的内表面和朝向它的填料单元的外表面在形状方面是彼此基本上相同的。在本发明的一实施例中，板组件的外表面和朝向它的填料单元的外表面在形状方面是彼此基本上相同的。例如，如果圆柱形壳的内表面和板组件的外表面具有圆弧/圆拱的截面形状，那么放置于它们之间的填料单元的侧部可被成形为具有相对应半径的圆弧/圆拱。
在本发明的一实施例中，填料单元的上边缘被布置成基本上水平。在本发明的一实施例中，待汽化的物质的液位被布置成在填料单元的上边缘略下方，例如10-100mm或20-50mm。
在本发明的一实施例中，板组件基本上为圆柱，由此则板组件的外径为圆柱形壳的内径的30-70%或40-60%。板组件通常被定位成在圆柱形壳的下部中相对于圆柱形壳离心/偏心。
在本发明的一实施例中，填料单元由金属、例如钢，诸如碳钢或不锈钢而制成。
在本发明的一实施例中，填料单元由附连在一起的若干板制成，这些板基本上在外壳体端部的方向上。可例如利用螺栓或通过胶合来进行板的附连。板可由例如塑料或金属制成。
在本发明的一实施例中，填料单元由一个均匀件制成。
在本发明的一实施例中，填料单元附连到圆柱形壳的内表面。可例如利用套环状或板状紧固件进行这种附连。
在本发明的一实施例中，填料单元包括壳体和在其内的空间。填料单元的壳体可为不透水的。因而，待汽化的物质不能传递到填料单元内侧的空间内。填料单元的壳体可例如由金属板制成。
在本发明的一实施例中，在填料单元壳体内侧的空间被填充了填料，诸如混凝土、沙子、例如发泡聚苯乙烯这样的塑料或某些其它合适物质。
在本发明的一实施例中，用于待汽化的物质的入口连接件被装配到外壳的端部或圆柱形壳的底部。
在本发明的一实施例中，除雾器液滴分离器包括两个叠置的穿孔板或类似物，在它们之间的空间被填充高度地可透气的钢丝绒或相对应的材料。
在本发明的一实施例中，在圆柱形壳的纵向上在用于已汽化的物质的出口连接件下方设置了收集器通道，该收集器通道的底部具有低梯度向下开口V的形状。因而，止于其中的液滴向下转向。收集器通道的底部可为不透蒸气的。
根据本发明的装置特别适合于用作制冷机械的满液式蒸发器和与其相关的液滴分离器。
附图说明
将参考所附示意图在下文中更详细地描述本发明，在附图中：
图1示出了根据本发明的装置的根据本发明的原理图，其中，用于待汽化的物质的入口连接件被置于该装置的端部中，
图2示出了根据本发明的装置的实施例的截面图，其中用于待汽化的液体的入口连接件在装置的端部中，以及
图3示出了根据本发明的装置的实施例的纵向截面图，其中用于待汽化的液体的入口连接件是在装置的底部中。
具体实施方式
为了清楚起见，相同的附图标记用于不同实施例中相对应的部件。利用箭头示出了液体和蒸气的行进方向。
图1至图3示出了蒸发器液滴分离器装置1，其具有以离心/偏心方式装配到充当框架的外壳体2内，即例如装配到如图1中所示的平端圆柱内的例如在图2和图3中所示的Plate&ShellTM型板组件3，以及重力液滴分离器4和除雾器5。除雾器5具有两个穿孔板或网板5a、5b和安装于它们之间的钢丝绒6。使待汽化的物质，例如制冷剂，被从入口连接件7引入到外壳体2内。已汽化的物质在外壳体的上部中从出口连接件8离开/排出。利用入口连接件10，使加热物质通过外壳体的端部9进入到板组件3内，并且利用出口连接件11通过外壳体的端部9从板组件移除所述加热物质。入口连接件10和出口连接件11继续通过板组件3，使加热物质在整个板组件3上的流动均等。在某些实施例中，如图3中所示，闭合的连接件10'和11'穿过该装置的第二端9'而布置，这些闭合连接件可在稍后被打开。板组件3的外表面充当蒸发器的热交换表面。图2示出了放置于外壳体2与板组件3之间的填料单元12a和12b。待汽化的物质的液位13已被绘制为在图2和图3中可以看到。
用于待汽化的物质的入口连接件7在图1和图2中已被放置成穿过外壳体的端部9并且在图3中放置成在外壳体的下部中，穿过圆柱形壳14。根据需要在任何时候确定了入口连接件7的放置。常常有利地，如在图1和图2的示例中所示，入口连接件7使待汽化的物质在填料单元12a、12b上方，但在液位13下方。放置于端部9中的入口连接件7能在例如具有单独内管(未图示)的外壳体内侧继续，由此，待汽化的液体可在装置1的整个长度上被均匀地划分/分流。用于待汽化的替代入口连接件7'在图1中已经利用点线/点划线而绘制为在装置的底部。
诸如制冷剂这样的待汽化的液体的液位13有利地调整为接近于外壳体的圆柱形壳的直径的水平。
从液位13，蒸气通过该装置的圆柱形壳的上部15的重力液滴分离器4而上升。蒸气撞击了在圆柱形壳上部中的除雾器5的下穿孔板5a，并且穿过它。之后，蒸气通过装配于穿孔板5a顶部上的钢丝绒层6，钢丝绒层6充当除雾器，并且使细微液滴与蒸气分离。第二穿孔板5b安装于钢丝绒6顶部上以支承该结构。在穿过第二穿孔板5b之后，蒸气可通过在外壳体上部中的出口连接件8而离开/排出。从那里向前引导已汽化的制冷剂，例如到制冷设备(未图示)的压缩机。除雾器5和其穿孔板5a和5b具有整个圆柱形壳14的长度。穿孔板5a和5b和钢丝绒6应尽可能为透气的，从而使得压力损失并不过分地降低该装置1的效率和功率。
在一实施例中，如在图2的示例中，除雾器包括布置在用于蒸汽的出口连接件8两侧上的两个可透蒸气的除雾器部分5'和5"，和布置于它们之间在出口连接件8下方的整个板16。除雾器部分5'和5"在圆柱形壳的纵向上近似水平地安装，并且同时从圆柱形壳的中点朝向位于出口连接件8两侧上的装置的边缘而对角地向下。除雾器部分例如通过焊接到外壳体的内表面上而附连，从而略微使得蒸气必须通过除雾器部分通往出口连接件8。一种具有向下打开的V形轮廓的整个板16作为底部而被装配到纵向通道17，纵向通道17因而由蒸汽的出口连接件8形成，该板防止蒸汽从下方直接传递到出口连接件8。在通道17中所生成的液滴也沿着板16流走。
该装置1的液体体积已被减小从而使得纵向填料单元12a和12b已被装配于两侧上，在板组件3与圆柱形壳14之间。填料单元12a和12b的形状适于尽可能多地减小液体体积。填料单元利用具有它们形状的板或套环18而被附连就位。流动通道19a和19b被留在填料单元与圆柱形壳14之间。流动通道20a和20b被留在填料单元与板组件3之间。沿着流动通道，待汽化的液体能下沉并且所生成的蒸气能上升。在填料单元12a、12b与圆柱形壳14之间的流动通道19a、19b是重要的，特别是在根据本发明的实施例中(诸如图1和图2)，其中，用于待汽化的物质的入口连接件7是在外壳体的端部9中，并且在该装置内侧在填料单元12a、12b上方开放。因而，待汽化的液体物质能有效地流动经过填料单元12a、12b到外壳体的下部23，并且因而到板组件3的下部。
填料单元12a、12b的壳体21是基本上不透水的。其可例如由金属板或塑料制成。在填料单元12a、12b内侧设有填料22，例如发泡聚苯乙烯。
在图2中，圆柱形壳14的内表面和填料单元12a、12b朝向它的外表面具有彼此基本上相同的截面，在此示例中，具有相同半径的圆拱。在图2中，板组件3的外表面和填料单元2a、12b朝向它的外表面具也有彼此基本上相同的截面，在此示例中，具有相同半径的圆拱。
除油杯24已被装配于外壳体的下部23内，在其底部中，在该杯的侧部中设有除油连接件25和液位传感器26并且在底部设有排放连接件27。
在除雾器5下方设有表面传感器28用于监视待汽化的物质的液位。
附图仅示出了根据本发明的几个优选实施例。关于本发明的主要构思不太重要的现实，对于本领域技术人员显然的现实，诸如本发明可能需要的电源或支承结构并未在附图中单独地示出。对于本领域技术人员显然的是，本发明并不仅限于上文所给出的示例，而是本发明可在下文所给出的权利要求的范围内变化。从属权利要求给出了本发明的某些可能的实施例，并且它们因而不应认为限制本发明的保护范围。

Claims (15)

1.一种用于分离液滴的装置(1)，所述装置包括：
-外壳体(2)，其具有基本上水平的圆柱形壳(14)和基本上竖直的端部(9)；
-用于待汽化的物质的入口连接件(7)，用于将待汽化的物质引导至所述外壳体内；
-板组件(3)，充当蒸发器，其布置于所述外壳体内侧，在其下部(23)中；
-用于加热物质的入口连接件(10)和出口连接件(11)，用以将加热物质引导至所述板组件内并且从所述板组件出来；
-重力液滴分离器(4)，其布置于所述外壳体内侧，在所述板组件上方；
-用于已汽化的物质的出口连接件(8)，用于将所述已汽化的物质从所述外壳体从其上部(15)引导出来；
其特征在于，一个或多个填料单元(12a, 12b)已布置于所述外壳体内侧，在所述外壳体(2)与所述板组件(3)之间，所述填料单元布置成用以减小在所述外壳体内侧所述待汽化的物质的液体体积。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，其还包括
-除雾器液滴分离器(5)，其布置于所述外部壳体内侧，在其上部(15)中，在用于所述已汽化的物质的所述出口连接件(8)下方。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，用于所述待汽化的物质的流动通道(20a, 20b)已布置于一个或多个填料单元(12a, 12b)与所述板组件(3)之间。
4.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，用于所述待汽化的物质和所生成的蒸气的流动通道(19a, 19b)已布置于所述填料单元(12a, 12b)与所述圆柱形壳(14)之间。
5.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述圆柱形壳(2)的所述内表面和朝向它的所述填料单元(12a, 12b)的外表面彼此基本上相同。
6.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述板组件(3)的所述外表面和朝向它的所述填料单元(12a, 12b)的外表面彼此基本上相同。
7.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述板组件(3)基本上为圆柱形，由此所述板组件的所述外径为所述圆柱形壳(14)的所述内径的30-70%或40至60%。
8.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述填料单元(12a, 12b)由附连在一起的若干板制成，所述板基本上在所述外壳体的端部(9)的方向上。
9.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述填料单元(12a, 12b)例如利用套环状或板状紧固件(18)附连到所述圆柱形壳(14)的内表面上。
10.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述填料单元(12a, 12b)包括壳体(21)和在其内的空间。
11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述填料单元的所述壳体(21)内的所述空间填充有填充材料(22)，诸如混凝土或沙子。
12.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，用于所述待蒸发的液体的所述入口连接件(7)装配于所述外壳体的所述端部(9)中、或者所述圆柱形壳(4)的底部中。
13.根据前述权利要求中2至12中任一项所述的装置，其特征在于，所述除雾器液滴分离器(5)包括两个叠置的穿孔板(5a, 5b)或类似物，在它们之间的空间填充有高度透气的钢丝绒(6)或类似物。
14.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，在用于汽化物质的所述出口连接件(8)下方，在所述圆柱形壳(14)的所述纵向中，设有收集器通道(17)，所述收集器通道的底部(16)具有低梯度向下开口的V形状用于使液滴向下转向。
15.根据前述权利要求1至14中任一项所述的装置(1)的用作制冷设备的满液式蒸发器(3)和与其有关的液滴分离器(4, 5)的用法。
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