CN104334983A - 用于汽化介质和分离液滴和用于冷凝介质的设备 - Google Patents

Abstract

一种汽化介质并且分离液滴以及冷凝的设备（3），在该设备中，蒸发器（A）和冷凝器（B）布置于单个外壳体(8，9，9')内侧使得它们由间隔壁（12）彼此分开。

Description

用于汽化介质和分离液滴和用于冷凝介质的设备

技术领域

本发明涉及根据所附独立权利要求的前序用于汽化介质和分离液滴以及用于冷凝的设备。

背景技术

板式热交换器的某些重要应用即是在大型制冷机械中使用的所谓的满液式/溢流式（flooded）蒸发器和与之相关的液滴分离器以及冷凝器。类似应用还有热泵，热泵使用蒸发器和冷凝器。通常，蒸发器和冷凝器单独地定位于单独外壳体内。将蒸发器和冷凝器单独于彼此建置增加了即该布置的制造成本和重量和大小，由此该布置所占据的空间较大。通常，液滴分离器和蒸发器也布置于单独壳体部分内侧并且容器优选地一个布置于另一个上方。而且，这增加了该布置的空间要求并且需要该设备中额外的管路。

发明目的和描述

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包括蒸发器和液滴分离器以及冷凝器的方案，其大小较小并且可以使用热交换器的标准大小的零件而容易地制造。

本发明的重要目的在于提供一种方案，其中待汽化的制冷剂或其它介质的量尽可能小。

为了实现这个目的，根据本发明的设备和系统主要特征在于在独立权利要求的特征部分中所陈述的内容。

其它从属权利要求提出了本发明的某些优选实施例。

根据本发明用于汽化介质并且分离液滴以及用于冷凝的典型设备，包括至少：

-外壳体，其包括基本上水平的圆柱形壳和基本上竖直的端部；

-间隔壁，其将圆柱形壳的内侧在水平方向上分成第一部分和第二部分，

-板组件，充当蒸发器，其布置于第一部分内侧，在第一部分的下部中；

-用于热交换介质的入口连接件和出口连接件，其用于引导介质进出充当蒸发器的板组，

-重力液滴分离器，其布置于第一部分内侧在充当蒸发器的板组上方，

-用于待汽化的介质的入口连接件和用于已汽化的介质的出口连接件，入口连接件用于引导待汽化的介质进入到第一部分，出口连接件用于引导已汽化的介质从第一部分在其上部处出来，

-板组，其充当冷凝器，冷凝器布置于第二部分内侧，

-用于热交换介质的入口连接件和出口连接件，其用于引导介质进出充当蒸发器的板组，和

-入口连接件和入口连接件，入口连接件用于引导已汽化的介质进入到第二部分内，出口连接件用于引导已冷凝的介质从第二部分出来。

根据本发明的典型系统包括至少：

-蒸发器，

-压缩机，

-冷凝器，

-用于引导在系统中循环的介质从蒸发器到压缩机，从压缩机到冷凝器并且从冷凝器到蒸发器的器件；以及

-膨胀阀，在系统中循环的介质通过膨胀阀而被从冷凝器引导至蒸发器，

并且在该系统中，冷凝器和蒸发器布置在与根据本发明的设备相同的外壳体内侧。

在根据本发明的设备中，蒸发器和冷凝器形成于一个外壳体内侧使得蒸发器侧和冷凝器侧由间隔壁彼此分离。通常，小型焊接板与壳™型热交换器用于根据本发明的设备中，这使得能保持该设备大小较小且从而也在根据本发明的设备中已保持了间隔壁的表面大小较小，因此间隔壁并不影响该设备的运作和蒸发器侧和冷凝器侧的不同的运作温度。

由于在根据本发明的设备中使用的部件可以是标准零件或者其它常用的零件，根据本发明的设备的制造成本可以保持较低。例如，蒸发器和冷凝器的板组可以使用包括圆形热交换板的正常焊接结构而制成。例如，包括在板&壳™热交换器中使用的圆形热交换板的申请人自己的焊接板组可以用作板组。这些板组通过将圆形热交换板布置于彼此顶部上而形成，这些热交换板在其中的开口处和/或在板的周边处被紧密地焊接到彼此。因此，板对被形成于板组中，其中，板对的内部被布置成与入口连接件和出口连接件相连接，入口连接件和出口连接件与板组相连接。

在根据本发明的设备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方向通常表示水平方向。例如，如果外壳体的圆柱形壳为直圆柱，那么其纵向方向与相关圆柱的中心轴线的方向相同。充当蒸发器的板组和充当冷凝器的板组也主要为圆柱形状，其中纵向方向为圆柱形壳的纵向方向。换言之，由布置在彼此顶部上的热交换板所形成的板组布置于圆柱形壳内侧使得板组的纵向方向与圆柱形壳的纵向方向相同。

通常，在根据本发明的设备中，设备的外壳体充当压力器皿。

根据本发明的设备包括，在同一外壳体内，具有板组的两个单独功能部分即蒸发器和冷凝器，这些板组布置在圆柱形壳内侧的间隔壁的不同侧上。这些单独部分，蒸发器和冷凝器，仅经由布置于这些部分的连接件上的管路而彼此连接。间隔壁主要地竖直地布置于水平圆柱形壳内侧。在本发明的一实施例中，间隔壁厚度通常为5-20mm。

在本发明的一实施例中，间隔壁包括绝缘材料层，诸如矿物质棉或其它类似材料。通常，绝缘材料层布置于介于两个金属板之间的间隔壁中，由此根据本发明的设备的间隔壁包括夹心结构，其具有第一金属板和第二金属板和在它们之间的绝缘材料层。

通常，在根据本发明的设备中，间隔壁布置于圆柱形壳内侧使得充当蒸发器的部分在圆柱形壳的纵向方向占圆柱形壳约50-70%。

蒸发器侧的板组的外径小于冷凝器侧的板组，并且因此充当根据本发明的设备的外壳体的圆柱形壳根据冷凝器侧的板组而定尺寸。通常，充当冷凝器的板组的外径大于充当蒸发器的板组的外径100-200mm。板组的直径通常为200-900 mm。在冷凝器侧的板组的外表面与圆柱形壳的内表面之间，仅设有流动通道，流动通道能允许在组侧上的介质流动在板组整个长度上穿过板组。通常，在板组的外表面与圆柱形壳的内表面之间的距离为约5-20mm。在蒸发器侧上，板组的外径通常占圆柱形壳的内径约30-70%并且最通常地占圆柱形壳的内径约40-60%，并且板组布置于圆柱形壳下部上使得在其上方，在圆柱形壳上部上，可以布置重力液滴分离器。通常，蒸发器侧的板组在圆柱形壳下部处相对于圆柱形壳以离心方式定位，即，板组截面的中点充分地偏离壳截面的中点。

在根据本发明的设备中，热交换器的组侧的流动连接件通常放置于热交换器的端部中并且壳的壳侧的流动连接件在壳中。在根据本发明的设备中，入口连接件和出口连接件穿过外壳体的端板而布置以用于将热交换介质引导至设备中的板组。一个端板包括用于引导热交换介质进出充当蒸发器的板组的连接件并且其它端板包括用于引导热交换介质进出充当冷凝器的板组的连接件。热交换介质的入口连接件和出口连接件已被布置成连接到板组内部，即到板组的板对内部，由此板式热交换器的主要回路被形成于热交换介质的入口连接件与出口连接件之间，由此，在板对内侧存在主要回路的板空间。在根据本发明的设备中，用于待蒸发介质/已蒸发介质的入口连接件和出口连接件被布置成穿过外壳体的圆柱形壳，这些连接件被布置成与壳内侧（其为板组外侧）相连接，由此板式热交换器的次要回路形成于待蒸发介质/已蒸发介质的入口连接件与出口连接件之间，由此次要回路的板空间在板组的相邻板对之间。换言之，热交换器的主要回路形成于热交换板中的开口之间并且次要回路形成于包围着板组的壳的连接件之间，使得主要侧流动介质在板组的每隔一个板空间中流动并且次要侧流动介质在板组的每隔一个板空间中流动。

在根据本发明的一实施例中，用于待汽化的介质、在作为蒸发器侧的设备的第一部分中的入口连接件被布置于圆柱形壳的底部上。已汽化的介质的出口连接件被布置于圆柱形壳的上部上，在液滴分离器上方。在本发明的一实施例中，用于将已汽化的介质引导至冷凝器侧内、在作为冷凝器侧的设备的第二部分中的入口连接件被布置于圆柱形壳的上部上，并且已冷凝的介质的出口连接件通常被布置于圆柱形壳的下部上。

在本发明的一优选实施例中，该设备包括用于将待汽化的介质从充当冷凝器的第二部分引导至充当蒸发器的第一部分的连接管。通常，在蒸发器与冷凝器之间的这个连接管包括膨胀阀。利用膨胀阀控制在设备中发生的这个过程。

在根据本发明的设备的一实施例中，一个或多个填料单元已被布置于充当蒸发器的第一部分中，在圆柱形壳的内表面与板组之间，该填料单元被布置成用以减小外壳体内待汽化的介质的液体体积。换言之，填料单元的功能是使得设备中待汽化的制冷剂或其它介质的量尽可能小。纵向填料单元通常已被布置于板组的两侧上，该板组在圆柱形壳的纵向方向上。填料单元可以根据需要成形以尽可能多地减小液体体积。

可以用若干不同方式制造待布置于蒸发器部分中的填料单元。在本发明的一实施例中，填料单元由一个均匀件制成。在本发明的另一实施例中，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的端部的方向上。可以例如利用螺栓或者通过胶合来进行板到彼此的附连。板可以例如由塑料或金属制成。

典型填料单元由可以耐受设备中流行/主导的条件的材料制成。例如，在制冷装置中，填料单元通常必须耐受氨而不侵蚀。在本发明的一实施例中，填料单元由塑料，诸如HDPE、LDPE、膨胀聚苯乙烯或相对应材料制成。在本发明的另一实施例中，填料单元由金属，例如钢，诸如碳钢或不锈钢制成。

在本发明的一实施例中，用于待汽化的介质和用于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所述板组之间。在本发明的一实施例中，用于待汽化的介质和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。利用合适流动通道使得流动和热交换更加高效。在所述流动通道中，在填料单元与板组或者填料单元与圆柱形壳的内表面之间的距离可以是例如5-100mm或者5-50mm或者10-30mm。在水平方向上，所述流动通道可以具有至少几乎整个板组或圆柱形壳的长度。是液体还是蒸气在流动通道中行进以及其中的比例和其中的方向取决于在任何时间的特定情形。

在本发明的一实施例中，设备的蒸发器部分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，在外壳体上部中，在用于已汽化的介质的出口连接件下方。由此，在根据本发明的设备中，可以组合基于重力和过滤的液滴分离，即，除雾器。除雾器可以被填充例如钢丝绒或者生成尽可能低流动阻力的相对应材料。通过将充当蒸发器的板组，重力液滴分离器和除雾器放置于同一外壳体内侧，获得了对于设备而言特别小尺寸和简单的结构。

在本发明的一实施例中，除雾器近似水平地安装在圆柱形壳的纵向方向上，但在圆柱形壳的横向方向上朝向设备的边缘斜向下。因此，在除雾器（即重力液滴分离器）下方的外壳体的部分可以被布置成尽可能大。除雾器同时使其内的液滴以受控制的方式向下朝向设备的边缘而转向/导引。

在本发明的一实施例中，除雾器由一个或多个可渗透蒸气的除雾器部分和不可渗透蒸汽的部分组成。不可渗透蒸气的部分通常直接地安装于用于已汽化的介质的出口连接件下方。

在本发明的一实施例中，在充当蒸发器的第一部分的上部中，过热器已额外地布置于充当蒸发器的板组上方。在本发明的另一实施例中，在充当冷凝器的第二部分内侧已额外地布置充当已冷凝的介质的过冷器的板组，所述板组已在圆柱形壳的纵向方向上紧邻于充当冷凝器的板组而布置，即，冷凝器板组和冷凝器的过冷器经由管路而在一个单个均匀部分中彼此串联。在本发明的一实施例中，因此已在同一个外壳体内侧布置蒸发器、液滴分离器、过热器、冷凝器和冷凝器的过冷器。

根据本发明的系统包括根据本发明的设备，在该设备中，在同一个外壳体内侧已布置至少一蒸发器和一冷凝器，以及压缩机和用于将在系统中循环的介质从蒸发器引导至压缩机、从压缩机引导至冷凝器、和从冷凝器引导至蒸发器的器件以及膨胀阀，在设备中循环的介质被从冷凝器引导至蒸发器。因此，根据本发明的设备可以用作制冷机械的满液式蒸发器和与之相关的液滴分离器以及冷凝器。根据本发明的设备也可以用于热泵应用中。

附图说明

在下文中，将参看附图更详细地描述本发明，在附图中：

图1示出了根据本发明的系统，其中压缩机布置于蒸发器-冷凝器上方；

图2示出了根据本发明的系统中的过程流程；

图3示出了根据本发明的设备的截面图；

图4示出了在根据本发明的设备中的蒸发器部分的截面图；以及

图5示出了在根据本发明的设备中的冷凝器部分的截面图。

具体实施方式

对于彼此相对应的零件，已在附图中使用相同的附图标记。

在图1至图5中，示出了根据本发明的某些设备，其中，在充当框架的一个外壳体（其例如进入如图2和图3所示的平端圆筒8内）内侧，已布置了充当蒸发器的板&壳™型板组10、重力液滴分离器13和充当冷凝器的第二板&壳™型板组11。

图1示出了根据本发明的系统1，其包括压缩机2和根据本发明的设备3，在该设备中，在同一个外壳体内侧已布置了蒸发器和冷凝器二者。在附图的系统中，压缩机2被布置于根据本发明的蒸发器-冷凝器3上方，由此蒸发器-冷凝器3充当框架，压缩机可以牢固固定于框架内。在蒸发器-冷凝器3下方的管4被布置成从冷凝器延伸到蒸发器并且配备膨胀阀5，由此，控制了该系统的过程。图1还示出了从根据本发明的蒸发器到压缩机2的连接管6和从压缩机2到根据本发明的冷凝器的连接管7。

图2示意性地示出了根据本发明的系统1中的过程流程并且在图3中以截面图示出了根据本发明的实施例的蒸发器-冷凝器3。温度值已被添加到图2，其仅意谓说明在该系统中的过程流程，因此给定温度并不限制本发明。在图中以截面图示出了根据本发明的设备3，其包括在同一个外壳体内侧的蒸发器（部分A）和冷凝器（部分B）。在根据本发明的系统中，待汽化的介质，例如制冷剂，在蒸发器（部分A）中被蒸发，穿过充当蒸发器的板组10流动的热交换介质加热了待汽化的介质，同时冷却其本身。已蒸发并且被加热的介质从蒸发器A被引导至压缩机2。在压缩机2之后，已压缩的介质被引导至冷凝器（部分B），其被布置成用以冷却所述介质并且将其冷凝为液体。所释放的热加热了热交换介质，诸如穿过充当冷凝器的板组11流动的水或空气。之后，在系统中循环的介质经过膨胀阀5流回到蒸发器A并且从开始处起始在该系统中循环的介质的新巡回。

如图2和图3所示，设备3的外壳体由基本上水平的圆柱形壳8和基本上竖直端部9、9'形成。设备3的蒸发器部分A和冷凝器部分B由间隔壁12彼此分开。在圆柱形壳8 内侧的蒸发器部分A包括板组10（所谓的蒸发器板组）和液滴分离器13。冷凝器部分B包括板组11，所谓的冷凝器板组。

待汽化的介质，例如制冷剂，从设备3的冷凝器部分B经由连接管4而被引导至蒸发器部分A，膨胀阀5已被布置于该连接管4内。待汽化的介质通常通过布置于圆柱形壳8底部上的入口连接件15而被引导至蒸发器A。蒸发的介质通过在外壳体上部处的出口连接件14而离开蒸发器部分A。加热介质利用入口连接件18通过外壳体的端部9而被引导至蒸发器部分A到板组10内并且利用出口连接件19通过外壳体的端部9而从板组10移除。入口连接件18和出口连接件19延伸穿过板组10以向整个板组10均匀地分配加热介质的流动。

该设备3的冷凝器部分B包括用于引导所述介质从压缩机2到冷凝器B的入口连接件16，入口连接件16通常布置于圆柱形壳8的上部上。冷凝器部分B还包括通常在圆柱形壳8下部上用于待汽化的介质的出口连接件17。入口连接件20和出口连接件21已被布置成与冷凝器部分B的板组11内部相连接。

在蒸发器部分A中，由待汽化的介质的液体表面(在附图中未图示)形成的蒸气在设备的圆柱形壳的上部中穿过重力液滴分离器13上升。液滴分离器可以包括除雾器，诸如将细碎液滴与蒸气分离开的钢丝绒的层。在通过除雾器之后，蒸气可以通过外壳体上部处的出口连接件14离开。从那里，已蒸发的制冷剂被进一步例如引导至制冷设备的压缩机2。

图4以截面图示出了在根据本发明的设备3中的蒸发器部分A。设备3的蒸发器部分A布置于圆柱形壳8内侧。蒸发器部分包括通常布置于圆柱形壳下部中的板组10和布置于圆柱形壳上部处的板组上方的液滴分离器13。板组10的外表面充当蒸发器的热交换表面。图4还示出了在本发明的一实施例中在圆柱形壳8的外壳体与板组10之间布置的填料单元22和22'。通过将纵向填料单元22和22'布置到介于圆柱形壳8与板组10之间两侧而已减小蒸发器部分的液体体积。填料单元22、22'被设计成使得它们尽可能多地减小蒸发器部分的液体体积。填料单元例如利用具有其形状的板或套环而附连就位。通常，流动通道24、24'布置于填料单元与圆柱形壳8之间，并且通常流动通道23、23'布置于填料单元与板组10之间。沿着流动通道，待汽化的液体可能下沉并且所生成的蒸气可能上升。

填料单元22, 22'的壳体基本上不透液体。其可以例如由金属板或塑料制成。填料材料布置于填料单元内侧，例如沙、混凝土或塑料，诸如膨胀聚苯乙烯或适合于该目的的另一材料。

在图4中，待汽化的介质的入口连接件15布置于圆柱形壳8底部处并且汽化的介质的出口连接件14布置于圆柱形壳8上部处在液滴分离器13上方。

待汽化的介质，诸如制冷剂或者其它待汽化的液体的液位有利地根据圆柱形壳的直径水平（在附图中未示出）进行调整，由此待汽化的介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。因此蒸气的上升速度也尽可能小，由此随着蒸气行进的所生成的液滴更易于落回。因此，使得重力液滴分离更高效。

图5以截面图示出了根据本发明的设备3中的冷凝器部分B。板组11布置于圆柱形壳8内侧。已汽化的介质通过入口连接件6引导至冷凝器B并且已冷却的介质通过出口连接件17从冷凝器B引出。入口连接件16和出口连接件17布置于圆柱形壳内，由此待冷凝的介质的回路被形成于板组11的壳侧上。连接管4已被布置到入口连接件17，由此待汽化的介质被引导至蒸发器。

本发明预期并不限于上文所给出的示例性实施例，但是本发明将要在由下面所限定的权利要求所限定的发明构思内广泛到采用本发明。

Claims (14)

1.一种用于对介质进行汽化并且分离液滴以及用于冷凝的设备（3），其特征在于所述设备（3）包括至少：

-外壳体，其包括基本上水平的圆柱形壳（8）和基本上竖直的端部(9, 9')，

-间隔壁（12），其将所述圆柱形壳（8）的内侧在水平方向上分成第一部分（A）和第二部分（B），

-板组（10），其充当蒸发器，所述蒸发器布置于所述第一部分（A）内侧，在第一部分的下部中，

-用于热交换介质的入口连接件（18）和出口连接件（19），其用于引导所述介质进出充当蒸发器的所述板组（10），

-重力液滴分离器（13），其布置于所述第一部分（A）内侧在充当蒸发器的所述板组（10）上方，

-用于待汽化的介质的入口连接件（15）和用于已汽化的介质的出口连接件（14），所述入口连接件（15）用于引导所述待汽化的介质进入到所述第一部分（A）内，所述出口连接件（14）用于引导所述已汽化的介质从所述第一部分（A）在其上部处出来，

-板组（11），其充当冷凝器，所述冷凝器布置于所述第二部分（B）内侧，

-用于热交换介质的入口连接件（18）和出口连接件（19），其用于引导所述介质进出充当冷凝器的板组（11），以及

-入口连接件（16）和入口连接件（17），所述入口连接件（16）用于引导所述已汽化的介质进入到所述第二部分（B）内，所述出口连接件（17）用于引导所述已冷凝的介质从所述第二部分（B）出来。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，充当蒸发器的所述板组（10）和充当冷凝器的所述板组（11）通过将圆形热交换板布置于彼此顶部上而形成，在所述板组(10, 11)中，在所述板中的开口处和/或在所述板的周边处，所述热交换板附连到彼此成为板对，并且所述板对的内部布置成与所述入口连接件(18, 20)和所述出口连接件(19, 21)连接，所述入口连接件(18, 20)和所述出口连接件(19, 21)与所述板组连接。

3.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，充当蒸发器的所述板组（10）的所述外径通常占所述圆柱形壳（8）的内径30-70%并且最通常地占40-60%。

4.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，充当冷凝器的所述板组（11）的所述外径大于充当蒸发器的所述板组（10）的所述外径100-200mm。

5.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述间隔壁（12）的厚度为5-20mm。

6.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述间隔壁（12）包括布置于第一金属板与第二金属板之间的绝缘材料层。

7.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述第一部分（A）在所述圆柱形壳的所述纵向方向上占所述圆柱形壳的约50-70%。

8.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述板组(10, 11)的所述入口连接件(18, 20)和所述出口连接件(19, 21)布置于所述外壳体的端板(9, 9')上。

9.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述设备包括连接管（4），所述连接管（4）用于从充当冷凝器的所述第二部分（B）引导所述待汽化的介质到充当蒸发器的第一部分（A），所述连接管（4）包括膨胀阀（5）。

10.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，一个或多个填料单元(22, 22')已布置于充当蒸发器的第一部分（A）中，在所述圆柱形壳（8）的内表面与所述板组（10）之间，所述填料单元布置成用以减小在所述外壳体内侧中所述待汽化的介质的液体体积。

11.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，充当蒸发器的第一部分（A）额外地包括：

-除雾器液滴分离器，其布置于所述外部壳体内侧，在所述外壳体上部中，在用于所述已汽化的介质的出口连接件（14）下方。

12.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，在充当蒸发器的所述第一部分（A）的上部中，过热器已布置于充当蒸发器的所述板组（10）上方。

13.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，在充当冷凝器的所述第二部分（B）内侧已额外地布置充当所述已冷凝的介质的过冷器的板组，所述板组已在所述圆柱形壳的纵向方向上紧邻于充当冷凝器的所述板组（11）布置。

14.一种系统（1），其包括至少：

-蒸发器，

-压缩机（2），

-冷凝器，

-用于引导在所述系统中循环的介质从所述蒸发器到所述压缩机、从所述压缩机到所述冷凝器和从所述冷凝器到所述蒸发器的器件(6, 7, 4)；以及

-膨胀阀（5），在所述系统中循环的所述介质通过膨胀阀（5）从所述冷凝器引导至所述蒸发器，

其特征在于，所述蒸发器和所述冷凝器布置于所述系统中在与根据权利要求1至13中任一项所述的设备（3）同一的单个外壳体中。