CN103958996B - Hvac系统中的制冷剂处理 - Google Patents

Abstract

一般来说，描述了一种HVAC制冷器的蒸发器中制冷剂的处理。蒸发器中的制冷剂处理的方法、系统和设备，可包括下列方式中任何一个或组合：(1)通过采用制冷剂置换阵列来物理上避免制冷剂驻留在阵列所处的位置；(2)通过控制在蒸发器壳体空间内流动的制冷剂的间隙速率；(3)通过制冷剂混合物的相态倾向性分配，使气态部分均匀地分配入蒸发器的壳体，而液体制冷剂和油被分配到蒸发器壳体的指定区域；以及(4)通过消泡表面，如通过使用疏制冷剂材料和疏润滑剂材料，来避免或降低蒸发器内泡沫的产生。制冷剂处理可以反过来提高蒸发器的热性能和整体效率。

Description

HVAC系统中的制冷剂处理

本申请要求在2012年7月23号递交的申请号为61/674601以及标题为“HVAC系统的制冷剂处理”的美国临时申请的优先权，并且要求在2011年9月26号递交的申请号为61/539325以及标题为《制冷剂蒸发器》的美国临时申请的优先权，两个上述临时申请通过引用的方式将全部内容并入本申请中。

技术领域

本公开文件涉及暖通空调(HVAC)系统，特别是涉及用于HVAC系统的蒸发器。通常描述了用于HVAC制冷器的蒸发器中的制冷剂处理的方法、系统和设备。

背景技术

溢流式蒸发器和降膜蒸发器一般是已知的，并且通常具有处于壳体中的管束结构。这种蒸发器通常用于HVAC制冷器来冷却工艺流体(如水)，该工艺流体反过来通常用于连接热交换器盘管或空气处理单元以冷却穿过盘管或空气处理单元的空气。因为壳体容积中的间隙间距，如有工艺流体流过的管束中的管与管之间的间隙间距，可能需要较大量的液体制冷剂来将所有管的外部用制冷剂润湿从而实现蒸发器的效率最大化。蒸发器壳体旁边的管邻近的或管之间的多余的液体制冷剂对HVAC制冷器的整体效率没有贡献，并且可能是操作和维护制冷机的成本的负担。

发明内容

可以对用于HVAC制冷器系统的蒸发器中的制冷剂处理做出改进，进而反过来可以显著降低制冷剂的充灌量而不用牺牲蒸发器的热性能和整体效率，在某些情况下，如可能在降低或不到满载的工作模式下，可以提高蒸发器的热性能和整体效率。通常描述了蒸发器中的制冷剂处理的方法、系统和设备，可包括下列方式中任何一个或组合。

在一种方式中，采用制冷剂置换阵列，该制冷剂置换阵列可包括多个垫片或折流板。该制冷剂置换阵列物理上防止制冷剂驻留在阵列所处的位置。

另一种方式中，制冷剂处理可以通过对进入蒸发器的制冷剂混合物的分配来实现。这里术语“制冷剂混合物”通常是指但不限于一个或多个制冷剂，该制冷剂可以表现出一个或多个相态，如液态，气态，固态，并且可以包括其他处于一种或多种相态的非制冷剂材料。例如，制冷剂混合物可以包括处于气态和液态的形式的液体制冷剂，以及润滑剂材料如石油或其他也作为润滑材料的制冷剂。例如，制冷剂混合物可以分配到蒸发器的壳体中，如通过使用分配器来以一种流动的方式分配制冷剂混合物的气体部分，该流动的方式与制冷剂混合物的液体部分的分配和流动方式不同。例如，可优化气体部分的流动方式来实现所需的流动以促进热传递，如以均匀流过分配器的方式，而液体部分的流动方式可由分配器从指定区域集中，以及分配。这样可以实现制冷剂混合物的液态和气态部分的相态倾向性分配。

在又一个方式中，制冷剂处理可以通过控制蒸发器的壳体的空间中的制冷剂流的间隙速度来实现。

在另一个方式中，制冷剂处理可以通过阻止或者至少减少蒸发器内泡沫的发生来实现。例如通过用一种或多种疏制冷剂和疏润滑剂的材料涂覆，形成，或者其他形式放在蒸发器内的表面，蒸发器内的表面可以消泡。

在使用制冷剂置换阵列的方法中，HVAC制冷器的蒸发器中的制冷剂处理方法的实施例包括：令制冷剂进入蒸发器的壳体内的空间。壳体的内部的空间的一部分设置有制冷剂置换阵列，该制冷剂置换阵列包括从壳体下部的内表面物理延伸到管束中的管的外表面的垫片。置换壳体的内部的空间的一部分的步骤包括：物理上防止制冷剂驻留在垫片所处的空间的部分，从而使垫片置换的空间的部分没有制冷剂。管束的管的外表面用制冷剂润湿。在一些实施例中的润湿步骤包括：通过壳体内的间隙空间，包括管束中的相邻的管的外表面之间的间隙空间和管的外表面和垫片的外表面之间的间隙空间，来实现制冷剂雾或喷流。壳体中的制冷剂通过用与穿过管束的管工艺液体进行热传递方式蒸发以及蒸发的制冷剂从壳体中释放。

HVAC制冷器的蒸发器的制冷剂处理系统的一个实施例中具有制冷剂置换阵列。该系统包括壳体，该壳体具有接收制冷剂的空间，该制冷剂在该空间中蒸发，以及设置于壳体内的管束。该管束包括在壳体内延伸的管，用于让工艺流体流过并与制冷剂进行热传递。制冷剂置换阵列，包括多个用于置换壳体空间的一部分的垫片。该垫片设置于壳体内，从壳体下部的内表面物理延伸到管束中的管的外表面。该垫片物理上防止制冷剂驻留在垫片所处的空间的部分。

在一些例子中，该制冷剂置换阵列包括多个用于置换壳体中的空间的一部分的折流板，该空间的部分为在管束中的管之间的间隙空间的一部分。该折流板包括开口，如通孔，管可插入该通孔。在一些例子中，该开口的内径大于管的外径，以及该折流板物理上防止制冷剂驻留在折流板所处的空间的部分。

在对进入蒸发器的制冷剂混合物进行分配的方式中，例如通过使用相态倾向性分配，一种HVAC制冷器的蒸发器的制冷剂处理方法包括：令制冷剂混合物进入位于内部具有空间的壳体下部的分配器，以及令制冷剂混合物进入壳体内的空间。令制冷剂混合物进入壳体内的空间可以包括，例如，将制冷剂混合物分配到壳体中，如通过使用分配器来达到一种分配制冷剂混合物的气体部分的流动方式，该流动方式与制冷剂混合物的液体部分的分配的流动方式不同。例如，以均匀流过分配器的方式，可达到优化促进热传递的气体部分的流动方式，而液体部分的流动方式可由分配器从指定区域集中，以及分配。这样可以实现制冷剂混合物的液态和气态部分的相态倾向性分配。

在一个实施例中，相态倾向性分配可包括将制冷剂混合物的液体部分从分配器的一端送入壳体内的空间，以及将制冷剂混合物的气体部分从沿分配器的长度的部分设置的注入孔送入壳体内的空间。

管束的管的外表面用制冷剂混合物中的制冷剂润湿。壳体中的制冷剂通过与穿过管束的管的工艺液体进行热传递方式蒸发，以及蒸发的制冷剂从壳体中释放。

HVAC制冷器的蒸发器的制冷剂处理系统的一个实施例中具有相态倾向性分配器。该系统包括壳体，该壳体内具有接收制冷剂混合物的空间。壳体具有接收制冷剂混合物进入壳体的空间的入口，以及从壳体释放制冷剂混合物蒸发的制冷剂的出口。管束设置在壳体内。该管束包括在壳体内延伸的管，用于让工艺流体流过并与制冷剂进行热传递。该分配器设置在壳体的下部，如接近壳体的底部或下端。制冷剂混合物可以分配到蒸发器的壳体中，如通过使用分配器的流体调节器和孔，来达到一种分配制冷剂混合物的气体部分的流动方式，该流动方式与制冷剂混合物的液体部分的分配的流动方式不同。例如，气体部分的流动方式可以是均匀的通过分配器的孔，而液体部分的流动方式部分可由分配器从指定区域的进行集中，以及分配。这样可以实现制冷剂混合物的液态和气态部分的相态倾向性分配。在一些实施例中，该分配器包括设置于其内的流体调节器和注入孔。该流体调节器可用于将制冷剂混合物的液体部分从指定的位置，如分配器的一端，输送到壳体内的空间。该注入孔用于将制冷剂混合物的气体部分，如沿分配器的长度的部分输送，进入壳体内的空间。

控制在蒸发器的壳体的空间内制冷剂流的间隙速率的方式中，如已知的低压制冷剂的两相间隙速率，制冷剂处理方法的一个实施例包括：令制冷剂进入蒸发器的壳体内的空间，以及用制冷剂将管束的管的外表面润湿。润湿的步骤包括：通过壳体的间隙空间，包括管束中的相邻的管的外表面之间的间隙空间和管的外表面和垫片的外表面之间的间隙空间，来实现制冷剂雾或喷流，该制冷剂可以是气态和液态制冷剂形式的。实现制冷剂雾或喷流的步骤包括：维持适于实现制冷剂的喷流的制冷剂流的目标间隙速率等于或高于不能实现制冷剂的喷流的阈值间隙速率。壳体中的制冷剂通过与穿过管束的管的工艺液体进行热传递方式蒸发，以及蒸发的制冷剂从壳体中释放。在这个方式中，制冷剂置换阵列和相态倾向性分配中的一个或两者可用于促进实现制冷剂流的所需的间隙速率。

在使用消泡表面的方式中，HVAC制冷器的蒸发器中的制冷剂处理方法包括：令制冷剂进入蒸发器的壳体的内部的空间，以及用制冷剂将管束的管的外表面润湿。壳体中的制冷剂通过与穿过管束的管的工艺液体进行热传递方式蒸发；在蒸发步骤过程中一个或多个制冷剂和润滑剂形成的泡沫被减少。减少泡沫形成的步骤包括：令制冷剂与壳体内的消泡表面进行相互作用。蒸发的制冷剂从壳体中释放。

HVAC制冷器的蒸发器的制冷剂处理系统的一个实施例中具有消泡表面。该系统包括：壳体，该壳体内具有接收制冷剂混合物的空间；以及设置于壳体内的管束。该管束包括在壳体内延伸的管，用于让工艺流体流过并与制冷剂进行热传递。消泡表面设置在壳体的空间内。该消泡表面设置在壳体内并用于与制冷剂混合物相互作用并且适于防止或至少减少可能出现的泡沫。

应当注意的是，消泡表面可以通过使用已知的或新颖的材料，涂料、表面增效，新型网材料，及其组合来实现。在一些实施例中，该消泡表面可为设置在壳体的空间内的疏制冷剂表面和疏润滑剂表面中的一者或两者。应当注意的是，使用消泡表面不限于蒸发器，包括但不限于制冷器的HVAC系统的其他装置，器件，以及元件可使用该消泡表面。例如，该制冷剂处理方法可用于HVAC制冷器的油和/或制冷剂罐或源。

通过考虑下面具体实施方式和附图，制冷剂处理方法的其他特征和方面将变得清楚。

附图说明

参考附图，其中至始至终相同的标号表示相应的部分。

图1为有壳体和管溢流式蒸发器的内部端面图。

图2A为管束的示意侧视图。

图2B为示出了管的外表面之间的间隙空间以及表示了制冷剂混合物流过管束的间隙速率的管束的示意端面图。

图3为管束的示意侧视图，该管束具有含有连接的垫片和折流板的制冷剂置换阵列的一个实施例。

图4为管束的示意侧视图，该管束具有含有垫片和折流板的制冷剂置换阵列的另一个实施例。

图5为管束的示意侧视图，该管束具有含有垫片和折流板的制冷剂置换阵列的又一个实施例。

图6为管束的端面图，该管束具有插入到折流板的一个实施例中的通孔的管，该折流板示出了其中一个孔内的凸起的一个实施例。

图7为用于制冷剂置换阵列的垫片的一个实施例的侧视图。

图8为作为分离垫片组装到折流板的一个实施例的垫片的照片。

图9是为单独示出垫片和折流板的另一实施例的侧视图，该折流板为部分高折流板。

图10是为单独示出垫片和折流板的一个实施例的侧视图，该折流板为全高折流板。

图11为制冷剂置换阵列的另一个实施例的立体图，该制冷剂置换阵列包括间隔排列的垫片和具有全高折流板的垫片。

图12为制冷剂置换阵列的另一个实施例的侧视图，该制冷剂置换阵列包括一系列垫片，以及具有全高和部分高折流板的垫片。

图13A是没有用制冷剂置换阵列的蒸发器工作时的图片，图片显示“泡沫”流或非雾/喷流。

图13B是采用具有一系列全高折流板的制冷剂置换阵列的蒸发器工作时的照片，照片显示了在热传递过程中的雾/喷流。

图14是降膜溢流式蒸发器的一个例子，制冷剂置换阵列可以在该降膜溢流式蒸发器中实施。

图15是蒸发器内的分配器的一个实施例的示意侧视图。

图16A是单独示出的图15的分配器的示意侧视图。

图16B是单独示出的分配器的另一实施例的示意侧视图。

图17A是分配器的另一实施例的部分侧面的截面图。

图17B是图17A的17B-17B线处的截面图。

图18A是图17A-B的上分配器板的一个实施例的侧视图。

图18B是图18A的上分配器板的端视图。

图19A是图17A-B的下分配器板的一个实施例的侧视图。

图19B是图19A的下分配器板的端视图。

图20是一个实施例的蒸发器的侧面截面图，在该蒸发器中，制冷剂置换阵列的一个实施例和图17A-B的分配器被实施。

图21是一个分配器的相态倾向性流动形态的一个实施例的示意图。

具体实施方式

可以对用于HVAC制冷器系统的蒸发器中的制冷剂处理做出改进，进而反过来可以显著降低制冷剂充灌量而不用牺牲蒸发器的热性能和整体效率，在某些情况下，可以提高蒸发器的热性能和整体效率。通常描述了蒸发器中的制冷剂处理的方法、系统和设备，可包括下列方式的任何一个或组合：(1)采用制冷剂置换阵列来物理上防止制冷剂驻留在阵列所处的位置；(2)控制在蒸发器壳体内的空间的制冷剂流的间隙速率；(3)使用制冷剂混合物的相态倾向性分配，从而使气态部分分配入蒸发器的壳体的流动方式与液体制冷剂和油被分配到蒸发器壳体的流动方式不同，例如其中气体部分以均匀的流和间隙速率被分配，以及液体部分从指定的和/或集中的位置分配；以及(4)用消泡表面来进行泡沫消除，如通过使用疏制冷剂材料和疏润滑剂材料来防止或降低蒸发器内泡沫的产生。使用该方式的制冷剂处理可以显著降低制冷剂充灌量而不用牺牲蒸发器的热性能和整体效率，在某些情况下，可以提高蒸发器的热性能和整体效率。

对于这里整个说明书提及的溢流式蒸发器的基本设计，图1展示了基本的溢流式蒸发器的端面图。蒸发器10具有壳体12，在壳体中制冷剂14的混合物在管16的外面并通过和管16里面的工艺流体进行热传导来气化。在很多情况下，制冷剂的混合物表现出气体和液体部分两种相态，并且进入壳体12的下部，如壳体12的底部。在底部18的管16的布置的形状为分配器(图1未示出)留出空间。

在后面图15-19中描述的分配器设计成以一种流动方式引导制冷剂混合物14的气体部分，该流动方式不同于液体部分的分配和流动方式。在某些情况下，该气体部分可沿蒸发器壳体的长度的部分或方向从分配器分配并且有时以均匀的方式分配，以满足某个需要和/或特定的性能。例如，气体可以沿着外壳12的长度相对均匀地分配，但液体从指定的位置分配，比如分配到一端。通过在浓缩的位置放置更多的液体，例如壳体的一端相对于另一端，可以控制最高的油的浓度的位置。下面图15-19的描述提供了该分配器的进一步的细节。此外，美国专利6516927描述了具有液相和池迁移的处理的议题，该议题在此通过引用的方式被整个合并于本文中。

在图1显示了12行管16，但这只是作为一个例子，应当注意的是，行数以及在一行的管的数量是可以改变的。气体和液体从壳体的底部进入管束。如果气体流的量足够低，则管之间的向上速率低，蒸发器底部的管行四周的间隙区域大体上为液体池，该液体池具有穿过液体上升的气泡，有点像从沸腾的一锅水的底部上升的泡沫，或从戴水肺的潜水员上升到湖顶部的气泡。为讨论方便，这被称为“泡沫流”。泡沫流对将蒸发器的制冷剂灌充量减到最少和实现合适的热处理并不理想，靠水头压力提高液体制冷剂的沸点可以减少该泡沫流。

应当注意的是，因为制冷剂流过管16，从底部起向上的每一行都有大量的气体流过。例如，气体从较下面的行进入较上面的行的空间。由较下面的行产生的气体添加到较上面的行的流量，从而进入较上面的行的气体多于进入较下面的行的气体的量，以此沿管束向上类推。因为气体流的量沿管束向上增加，其速率可以增加到使得那里不再有具有穿过池上浮的泡沫的液体池。通过这种方式，基本两相流模式可以变化到“喷流”，其中液体飞沫被气流携带通过管束以润湿管。

在管之间的空间中，泡沫流比喷流具有更高的液体百分比，所以已经确定更需要喷流来减少在蒸发器的制冷剂灌充量。喷流的品质可以充分将管润湿来实现高效的热传递，相比起上述的具有更多液体并可能在蒸发器中的不同位置如壳体的底部形成池的泡沫流来讲，喷流在蒸发器中需要更少的制冷剂灌充量或库存。如果在蒸发器的整个管束都可以获得喷流的品质，则可以实现所希望的制冷剂处理，从而将制冷剂灌充量或库存减到最小，而且由于管束中的压力差可以减少寄生损失，并从而维持或提高蒸发器的效率。

参见图1的左下方，在壳体周边附近的“浪费空间”20通常在很多蒸发器中存在。邻近壳体12的下部的空间可以完全被置换而不会对蒸发器的性能产生不利影响。

如上面提及的，进入蒸发器的制冷剂混合物通常具有两种相态的制冷剂和其他材料。也可以有仅是液体进入的情况，但这可能是一个不太常见的工作条件。如果管16之间的速率Vi(间隙速率)大于最小阈值，那么喷流就可能形成。如果速率Vi小于最小阈值，那么会产生泡沫流。例如参见图2A和2B，分别表示了单独的管束和穿过管的间隙速率(见图2B的管16之间的箭头)。

泡沫流是不想要的，因此如果增加制冷剂置换阵列，如一系列的垫片和/或折流板，有效的间隙速率可以增加。然而，在间隙速度高于获得的喷流所需的阈值的工作条件下，则可能需要较少的或不需要一系列的垫片和/或折流板。

在一种有利于获得喷流条件的方式中，该制冷剂置换阵列置换由制冷剂混合物占据的空间中包括前面描述的“浪费空间”20。如果只有很少或没有气体进入底部管的行，添加制冷剂置换阵列可以置换管束底部的液体，但仍然有助于将间隙流态增加到喷流，该喷流最大限度地减少或降低可能产生“泡沫流”的间隙空间。

例如，通过引入制冷剂置换阵列，通过减少管之间的间隙区域的长度，例如沿管的轴向长度减少间隙区域的长度，制冷剂混合物的气体部分可能超过阈值速度。因为流区域减少，可以增加向上的气体速率以获得喷流并避免泡沫流。

制冷剂置换阵列图1-14

图3-5示出了制冷剂置换阵列的例子，该制冷剂置换阵列可包括一系列的物理上驻留在蒸发器的壳体的垫片和折流板。例如，垫片是指用于壳体下部的部分，如朝向壳体的底部和朝向管束的下部。垫片可以与蒸发器的壳体壁对接。折流板是指用于壳体上部和绕在管束的管四周的部分。应当注意的是折流板可包括在折流板的底部的“垫片”部分，但为了便于描述他们以后称为折流板。

图3为具有一个实施例的含有垫片32和连接到垫片的折流板34的制冷剂置换阵列30的管束36的端面图。图3显示了大体垂直的折流板的一侧，但应当注意的是，侧面截面可以根据需要改变和/或适当改变。

例如，图4为管束46的端面图，展示了另一个实施例的具有不同侧面截面的折流板44的制冷剂置换阵列40。虽然底部垫片没有示出，应当注意的是垫片可包括在折流板44中。折流板44具有从顶部向底部向外变粗的侧面截面，例如作为可变宽度的折流板。应当注意的是，所需的和/或必要的侧面截面可以和具体示出的截面不同。

图3示出了沿管束36的高度延长的全高折流板34，图示4出了沿管束46部分高度延长的部分高折流板44。应当注意的是，全高，部分高或两者的结合可以用于图3和4的阵列30，40两者中的任意一个。

例如，图5为展示了具有另一个实施例的具有垫片52和折流板54的制冷剂置换阵列50的管束56的端面图。如所示的，折流板54具有不同的高度。

通常，具有一系列的垫片和/或折流板的制冷剂置换阵列被放置成置换制冷剂，令蒸发器里的制冷剂灌充量降低。除了置换制冷剂，垫片和/或折流板的存在和间隔可将管之间的间隙速率保持在一个范围，从而实现制冷剂的两相喷流而不是如穿过制冷剂液体池的制冷剂气泡的制冷剂的泡沫流。在一些实施例中，折流板或垫片的厚度可为约0.25到约0.5英寸。应当注意的是，厚度可以变化，并且可稍微大于或小于上述范围，但折流板的厚度可能有限制以使制冷剂混合物能自由通过折流板，如通过折流板的开口或通孔(见下面图7到12的开口的进一步描述)。

为了将管插入制冷剂置换阵列的折流板，可以使用开口如通孔。图6为具有管16的管束的一部分的端面图，管16插入一个实施例的折流板60的通孔62。应当注意的是，管16和折流板60之间，例如孔62的内径，有间隔或间隙。图6还示出了通过使用在一个孔中的凸起66来保持环状间隙的一个实施例。凸起66可设置在孔62的内径以给管16提供间隙来避免接触内径。应当注意的是这里描述的任何垫片/折流板可具有设置在通孔的凸起66。间隙，例如在孔内径和管外径之间的径向间隙，可取决于管的直径，例如对于较大直径的管，如1英寸的管，可需要更多的间隙，但对于较小直径的管，如3/4英寸的管，可需要较少的间隙。在一些例子中，对于1英寸直径的管，径向间隙可以是约0.1875英寸，以及对于3/4英寸直径的管，径向间隙可以是约0.125英寸用。在一些情况下，在凸起66的最外面的突出表面和管的外径之间可能有间隙。该间隙可以是，例如约1/32英寸。

图7至10展示了垫片和折流板(部分和全高)的不同的实施例，这些实施例可单独使用或用某些组合来构造制冷剂置换阵列。

图7为用于制冷剂置换阵列的垫片70的一个实施例的侧视图。垫片70具有靠近顶部的凹槽或开口72，该凹槽或开口72能够容纳管束的管，以及也包括如图7所示的凸起或支撑柱。垫片70具有部分74，76，这些部分能够置换在蒸发器壳体中的空间，如壳体下部和朝向管束底部的管之间的空间(如74)，以及在分配器和朝向管束底部的管之间的空间(如76)。图8显示了可作为分离垫片组装到一个实施例折流板80的垫片70的图片，折流板可以是部分或全部高度。折流板80具有通孔82，通孔82具有开口84，管可通过开口82插入。折流板80还具有凸起86，如上面已经描述的凸起。图9是为单独示出的折流板80(具有下垫片部)的侧视图，该折流板为部分高折流板。

图10为单独示出的另一实施例的折流板100(具有下垫片部)的侧视图。折流板100为全高折流板，并且具有通孔102，通孔102具有开口104，管可通过开口104插入。折流板100还具有如上面已经描述的凸起106。

图11和12展示了构建制冷剂置换阵列的另外的实施例的局部视图。图11为制冷剂置换阵列110的另一实施例的立体图。该制冷剂置换阵列包括一系列交替设置的垫片112和全高折流板114(具有下垫片部)。仅作为一个例子，图11的阵列可沿蒸发器壳体内的长度使用，以及该折流板/垫片交替设置可每隔约1英寸重复，其中在70英寸长的蒸发器，大约有70个折流板和70个垫片。根据折流板/垫片的纵向间距(蒸发器壳内纵向)，可以减少或消除某些传统的管支撑的需要。图12为另一个实施例的制冷剂置换阵列120侧视图，该制冷剂置换阵列120包括一系列的垫片122，以及全高和部分高折流板124，126，折流板也可包括下垫片部以连接到相邻的垫片122。

图13A和图13B展示了没有制冷剂置换阵列的蒸发器的工作(图13A)与具有含有一系列的全高折流板的制冷剂置换阵列的蒸发器的工作(图13B)比较照片。如上面描述的，如果气体流的量足够低从而管之间的向上速率低，则蒸发器底部的管行周围的间隙区域可遭受具有上升穿过液体的泡沫的液体池，也就是“泡沫流”。如照片中可看到的，预计泡沫流与喷流(图13B)相比在管之间的空间将有相当高的液体百分比。喷流的品质将管充分润湿来实现高效的热传递，而比起上述的在蒸发器中泡沫流情况需要更少的制冷剂充注量或库存，该泡沫流具有更多液体并取决于在蒸发器中的不同位置会形成池，如没有使用制冷剂置换阵列的壳体的底部或可能有低速率的其他区域。图13A展示了低于阈值速率导致了泡沫流的速率，而图13B展示了大于或等于阈值速率以获得所需的喷流的速率。

图14是降膜溢流式蒸发器140的一个实施例，在该降膜溢流式蒸发器中，可以实施这里描述的任何制冷剂置换阵列。在一些情况下，降膜蒸发器具有不同的制冷剂流特性以及可具有不同的流速问题。已知降膜蒸发器140可以具有降膜区域142，其中液体从管束的一个管到另一个管向下流动(例如通过重力作用从上到下)。蒸汽可以更容易向上和向外漏出，所以具有全高折流板可能没有优势。但是，在工作中池区144可能在蒸发器140中出现，因此垫片和部分高折流板可用于置换该液体池以通过高蒸汽速率来帮助促进有效的蒸发以及限制制冷剂灌充量。例如，折流板和/或垫片可设置在池区144中和设置在降膜区域142中的管束的中间部分中。

图15-19B的相态倾向性分配

图15和16A和B展示了相态倾向性分配器的实施例。一般来说，这里描述的相位倾向性分配器设计用于蒸发器壳体的底部，根据对某些或最佳性能的需要，将制冷剂的气体引入蒸发器壳体，例如沿外壳12的长度的部分均匀分配气体。应当要注意是，这里描述的分配器部不限于底部安装设置，可设置于其他部分，例如根据要求和/或需要的设置在壳体相对的上方或者下方或侧面部分，例如取决于特定的实施。

通过分配器，液体从分配器的一部分分配到如其一端或其他指定的位置。通过将更多的液体放置到例如壳体的相对于另一端的一端，最高的油浓度的位置可以被控制，这是润滑剂处理和回收所需要的。

图15是一个实施例的蒸发器158内的分配器150的侧视图。图16A是单独示出的图15的分配器150的侧视图。该分配器150具有主体，该主体装有流体调节器152并具有开口154，其中开口在本实施例中沿主体的长度设置。在一些实施例中的流体调节器152可为导流叶片，当制冷剂混合物进入分配器150时，该导流叶片引导该制冷剂混合物流。该流体调节器152为导流叶片时，流体可进入分配器150并且制冷剂混合物的液体部分的流动方式可被流体调节器152进行引导或根据相态有倾向性的向下流过分配器内的主体的大部分，并在或靠近另一端离开。这可提供液相制冷剂的集中或局部流，如在分配器的侧面，其他出口，或分配器的某个开口提供。分配器150的开口或孔154的尺寸可设计成提高气体从分配器中流出，例如沿分配器的长度方向以均匀，统一的方式流出。

图16B是单独示出的分配器160的另一实施例的侧视图。分配器160也包括主体，该主体装有流体调节器162，如导流叶片，以及例如沿主体的长度的部分或方向设置的开口164。在流体调节器162为导流叶片时，流体能够从一端进入分配器160并由流体调节器162根据相态倾向性让液体在或靠近同一端离开。开口或孔164的尺寸可以设计成提高气体从分配器中流出，例如沿分配器的长度方向以均匀，统一的方式流出。当进入分配器160的流体主要是液体时该设置可能是有用的。如图16B所示的实施例，制冷剂混合物的气体和液体部分可在分配器160的最右端离开，并在流体调节器162的一端附近改变方向并向左流向流体调节器162和具有开口的分配器的上部之间。当气体和液体部分在流体调节器162附近转向并向左加速后，最右端的开口开启。

这里描述的分配器用于提供在降低制冷剂灌充量的同时实现合适的热传递而所需的制冷剂混合物的气体部分的注入。例如，从分配器进入壳体的气体分配可以是沿壳体和管壳蒸发器的长度相对均匀地注入气体，而在局部位置，例如在一端或两端，注入大部分液体。工作时，该分配器具有入口，该入口能够接收通常处于气体和液体的两相形式的制冷剂混合物。在分配器壁内的流体调节器152，162，如导流叶片或其他的导流器或形状，能够给予制冷剂混合物的液相一个合适的动量从而该制冷剂混合物的液相被迫走向分配器的一端(多端)。在这样的位置，液体能够从分配器喷出并进入蒸发器壳体内的空间。这种制冷剂的倾向性液体输送能够在提供制冷剂合适分配的同时在流体池的运作过程中促进非常好的的油处理和回收。

应当注意的是，流体调节器可以不是导流叶片并可以构建成任何能够实现相态倾向性分配的合适的导流器或形状，例如可从气体部分将制冷剂混合物的液体部分分离或集中出来，并能够均衡分配进入壳体空间的气体部分的导流器或形状。应当注意的是，液体部分可以在不同所需的地点分配，例如在分配器的一端或两端，以及在一些实施例中，液体部分的适当的分配可以是集中到中心，例如制冷剂混合物的动量可来自一端或两端。应当注意的是，液体部分的分配位置可以是非中心的但是离开两端的位置。也可用一个或多个流体调节器以实现所需的制冷剂流/分配。

对于通过入口进入分配器的气体，这里的分配器在一些情况下能够相对均匀地通过开口如开口154，164，沿着分配器的长度注入气相。应当注意的是孔的排布，尺寸和数量可以变化以促进和帮助实现所需的分配注入。这里描述的分配器是指利用不同气体和液体的属性，如密度，来达到相态倾向性的效果。例如，制冷剂气体的密度小于制冷剂液体。如果需要，流体调节器可以利用这个属性来创建动量迫使液体到所需的离开位置，如从入口向另一端。该气体具有相对较少的动量并能够通过分配器的开口被注入。相对均匀和均衡的气体的注入能够产生想要的操作和热性能，例如在溢流式蒸发器中为更好地分配制冷剂混合物，可避免管束以上，相对于其它有较低局部放样(如较低速度)区域的，有相对较高的液滴放样的局部(例如，更高的速率)，这可能不适于充分润湿管子。同样，过多的放样可以令液滴或液体进入吸入流，这也是不希望发生的。

图17A到图19B为设置于蒸发器壳体180底部的分配器170的另一实施例的视图。分配器170包括流体调节器172，该流体调节器172设置在分配器170的主体里面。在一些实施例中，流体调节器172可以构建成导流叶片。主体可包括两个板，顶板174和底板176，每个板均具有开口进行制冷剂分配，例如让气体穿过该开口。当从分配器的一端来看时，分配器170可以具有一个整体上三角形状的倾斜，但这仅仅是作为其他可以采用的几何图形的范例。从流体调节器172到在底板176内部空间的开口178能够让液体制冷剂离开流体调节器172内的区域，转过流体调节器172并被引向分配器170的另一端。气体可以离开顶板和底板174，176的开口，在一些实施例中顶板和底板的开口可以相互相对偏移并可以具有相对不同的尺寸(见图18A-19B)。应当注意的是，顶板和底板174，176的开口的尺寸和几何形状可以适当变化以实现想要的和/或需要的分配。

图20是蒸发器200的一个实施例的侧面截面图，制冷剂置换阵列202的一个实施例和图17A和B的分配器170在该蒸发器中实施。如图所示，制冷剂置换阵列可以具有固态材料，例如壳体旁边的垫片和底折流板，但是其中全高和部分高折流板交替设置以让制冷剂混合物能够在壳体的空间，折流板的贯通开口，通孔中自由移动。如示出的，在一些情况下分配器可具有两个流体调节器，这两个流体调节器从两个入口接收制冷剂混合物并引导该制冷剂流。

图21是分配器的相态倾向性流动形态的一个实施例的示意图。向上的箭头线代表气体制冷剂流/分配例如从分配器的开口离开分配器。从左到右上升的轮廓实线代表了分配器的液体制冷剂流/分配的一个例子。应当注意的是，液体制冷剂流/分配根据流体调节器的结构，如导流叶片，以及需要液体制冷剂集中的位置，可以变化。

控制在蒸发器壳体内的空间的制冷剂流的两级间隙速率的方式中，制冷剂置换阵列中的或相态倾向性分配器中的一个或者两个一起可用于促进获得制冷剂流的所需的或目标间隙速率。在一些实施例中，目标间隙速率可为约5ft/s，但根据系统操作，负载和根据某些油处理/回收目的，可大于或小于5ft/s。在一些实施例中，该阈值速率可为约3ft/s，小于该阈值速率可能会产生泡沫流。应当注意的是，可对管束逐行进行分析测试来确定阈值和目标速率，以及可能对是否可以使用制冷剂置换阵列，是否有所需的和/或需要的进行估计。在其他的情况，可以通过修改管束的管间距以有助于获得目标间隙速率。例如，对于低压制冷剂，管间距和线路可以修改，例如可通过增加壳体中可用体积或空间从而获得间隙速率。仅作为一个例子，例如，可以把管间距减小到管外表面之间只有3/16英寸的间隔/距离，但仍然适于典型的管板/或支撑组件。在一些例子中，可以使用管间距(P)和管直径(D)的比例来确定管束设计。仅作为一个例子，可以使用P/D约大于1.16和约小于1.375的比率来确定管束结构。管间距可在局部放大，例如向管束的顶部放大，管间距可以不是至始至终都是恒定的。同样，应当注意的是，如果有使用的话，折流板阵列的管开口也可以根据需要修改以适应不同的管间距和管束之间的间距。

通常，一个实施例的制冷剂处理方法包括令制冷剂进入蒸发器的壳体的内部的空间，以及用制冷剂将管束的管的外表面润湿。润湿的步骤包括通过壳体的间隙空间包括通过管束中的相邻的管的外表面之间的间隙空间和和管的外表面和间隔的外表面之间的间隙空间实现制冷剂的喷流。实现制冷剂的喷流的步骤包括维持适于实现制冷剂的喷流的制冷剂流的目标间隙速率高于不能实现制冷剂的喷流的阈值间隙速率。例如，维持目标间隙速率包括维持两相间隙速率高于阈值，低于该阈值，不是所需的液体相对高的，即泡沫流，可能存在。壳体中的制冷剂通过和穿过管束的管的工艺液体进行热传递方式蒸发，以及蒸发的制冷剂从壳体中释放。

消泡表面

在使用消泡表面的方式中，HVAC制冷器的蒸发器中的制冷剂处理方法包括令制冷剂进入蒸发器的壳体内的空间，以及用制冷剂将管束的管的外表面润湿。壳体中的制冷剂通过和穿过管束的管的工艺液体进行热传递方式被蒸发；在蒸发步骤中由制冷剂和润滑剂中的一个或多个形成的泡沫被降低，比如通过减少可能在制冷剂混合物上面出现的泡沫层的高度。减少泡沫形成的步骤包括：令制冷剂与壳体内的消泡表面进行相互作用。蒸发的制冷剂从壳体中释放。

HVAC制冷器的蒸发器的制冷剂处理系统的一个实施例中具有消泡表面。该系统包括：壳体，该壳体内具有接收制冷剂混合物的空间；制冷剂的混合物可包括润滑剂。管束设置在壳体内。该管束包括在壳体内延伸的管，用于让工艺流体流过并与制冷剂进行热传递。消泡表面设置在壳体的空间内。该消泡表面设置在壳体内并用于与制冷剂混合物相互作用并且适于避免或至少减少可能出现的泡沫。

在一些实施例中，该消泡表面可为设置在壳体的空间内的疏制冷剂表面和疏润滑剂表面中的一者或两者。在一些实施例中，这样的表面可以通过使用某些材料创造，以及可以应用涂料，表面增效，网或这些的组合，该表面还可以仍然允许制冷剂蒸汽流并足够疏导而不至于涂覆使用的材料。

一般来说，如在HVAC系统的水制冷器的蒸发器内的表面，使用疏制冷剂和/或疏油材料，可以降低或避免制冷剂混合物的泡沫。例如，这样的表面可能被应用在包括例如置换折流板的蒸发器的壳体内的其他结构的表面，或可以应用于管/壳式蒸发器的铜管。此外，这样的表面可以是网的形式，可以用来扰乱和破坏泡沫的形成。

该疏制冷剂表面和疏润滑剂表面可设置在一个或多个设置于壳体内的垫片和具有被管插入的开口的折流板的上。一般来说，该疏制冷剂表面和疏润滑剂表面可设置在一个或多个壳体的内表面和管束的外表面上。

可用于制造这样的表面的材料包括高分子塑料如聚丙烯、聚乙烯、或聚四氟乙烯；镀锌或铝铁材料；无机涂料；或这些材料的组合。使用这样的材料破坏在蒸发过程中可能产生的泡沫，并降低在制冷剂/润滑剂混合物中泡沫的量。

应当注意的是，消泡表面可以通过使用已知的或新颖的材料，涂料、表面增效，新型网材料，及其组合来实现。在一些实施例中，该消泡表面可为设置在壳体的空间内的疏制冷剂表面和疏润滑剂表面中的一者或两者。应当注意的是，材料也可以利用已经建立的表面增效来创建疏制冷剂和/或润滑剂的表面。表面增效可使用包括但不限于毫米，微型、和/或纳米结构，来破坏在蒸发过程中可能形成的泡沫，并减少在制冷剂/润滑剂混合物中的泡沫的量。

应当注意的是，使用消泡表面不限于蒸发器，包括但不限于制冷器的HVAC系统的其他装置，器件，以及元件可使用该消泡表面。例如，该制冷剂处理方式可用于HVAC制冷器的油或制冷剂罐或源。

例如，在HCAV制冷器的油罐或制冷剂罐的制冷剂处理的另一种方法包括令制冷剂进入罐的壳体内存在的空间。壳体内的制冷剂通过压力均衡来被扩容实现蒸发。例如在闪蒸步骤过程中，制冷剂和润滑剂中一个或多个形成的泡沫被减少。泡沫可能会通过制冷剂的搅拌和闪蒸产生。减少泡沫形成的步骤包括令制冷剂与罐的壳体内的消泡表面进行相互作用。

制冷剂处理系统的另一个实施例中，HVAC制冷器的油罐或制冷剂罐具有消泡表面。该系统包括壳体，该壳体内具有接收制冷剂/油混合物的空间。消泡表面设置在壳体的空间内。该消泡表面设置在壳体内并用于与制冷剂混合物相互作用并且适于避免或至少减少可能出现的泡沫。

在一些实施例中，该消泡表面可为设置在壳体的空间内的疏制冷剂表面和疏润滑剂表面中的一者或两者。这些表面可以通过材料使用、涂料、表面增效，或网丝设置。

一般来说，如在HVAC系统的水制冷器的制冷剂和/或润滑剂源或罐内的表面使用疏制冷剂和/或疏油材料，可以降低或避免制冷剂混合物的泡沫。例如，这样的表面可以应用于罐内其他结构的表面，例如罐折流板或罐内部的表面。此外，这样的表面可以是网的形式，可以用来扰乱和破坏泡沫的形成。

可用于创建这样的表面的材料包括高分子塑料如聚丙烯、聚乙烯、或聚四氟乙烯；镀锌或铝铁材料；无机涂料；或这些材料的组合。使用这样的材料可破坏在制冷剂喷溅过程中可能产生的泡沫，并降低在制冷剂/润滑剂混合物中泡沫的量。材料也可以利用已经建立的表面增效来创建疏制冷剂和/或润滑剂的表面。使用这样的表面增效，无论是否是毫米，微型、和/或纳米结构，来破坏在蒸发过程中可能形成的泡沫，并减少在制冷剂/润滑剂混合物中的泡沫的量。

关于上述说明，可以理解，在不脱离本发明范围的前提下在细节上可作修改。但是说明和描述的实施例仅作为示例，权利要求书的广泛含义指出了本发明的真正范围和精神。

Claims (1)

1.一种HVAC制冷器的蒸发器的制冷剂处理方法，包括：

令制冷剂进入蒸发器的壳体内的空间；

将管束的管的外表面用制冷剂润湿；以及

润湿的步骤包括通过壳体的间隙空间，包括通过管束中的相邻的管的外表面之间的间隙空间，实现制冷剂混合物的雾状流，

实现制冷剂的雾状流的步骤包括：维持适于实现制冷剂的雾状流的制冷剂流的目标间隙速率高于不能实现制冷剂的雾状流的阈值间隙速率；以及

通过与穿过管束的管的工艺液体进行热传递方式将壳体中的制冷剂蒸发以及从壳体中释放蒸发的制冷剂。