CN104457040B - 一种喷淋降膜式蒸发器及其液位控制方法 - Google Patents

一种喷淋降膜式蒸发器及其液位控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种喷淋降膜式蒸发器及其液位控制方法，包括筒体、降膜式蒸发换热管、气态制冷剂出口和回油出口，还包括喷淋式制冷剂分配系统，所述喷淋式制冷剂分配系统设有制冷剂增速扩散装置将制冷剂均匀分散至多个降膜式蒸发换热管上。本发明喷淋速度快，换热系数高，喷淋覆盖范围大，滴淋量分配均匀，换热面积利用率高，节约材换热材料的同时，提升了换热效果，整体换热性能好，机组能效比高，机组运行稳定可靠等优点，符合国家的节能减排的政策，具有较高的经济和社会效益，值得大力推广。

Description

一种喷淋降膜式蒸发器及其液位控制方法
技术领域
本发明涉及一种降膜式蒸发器，尤其涉及一种喷淋降膜式蒸发器及其液位控制方法。
背景技术
目前冷水机组已有采用滴淋式降膜式蒸发器，通过液态制冷剂的分配滴淋到换热管上，在换热管表面形成液膜，使换热管形成膜状蒸发，由于换热管表面制冷剂属于流动状态，与传统满液式蒸发器的表冷制冷剂静止相比，换热系数提升，同时，由于换热管表制冷剂采用膜状滴淋，比满液式蒸发器换热管采用制冷剂环绕浸润相比，蒸发器中的制冷剂充注量大大减少，同时还提升了制冷剂中的润滑油浓度，使机组回油更方便，理论性能较满液式蒸发器更优。
但传统的滴淋式降膜式蒸发器采用滴淋式，制冷剂从滴孔中滴出，滴出速度慢，换热系列低。且滴淋在换热管表面的覆盖范围小，且离进液口远处的滴孔分配到的制冷剂少，近进液口的滴孔分配到的制冷剂多，由于换热器较大，滴孔的所处的位置离进液口距离偏差较大，容易造成换热管表面的滴淋分配不均匀，容易造成部分换热管表面分配的制冷剂过多蒸发不完，部分换热管表面却分配不到制冷剂，无蒸发效果，从而使传统滴淋式降膜式蒸发器，仅有部分换热面积起作用，换热面积利用率低，浪费了大量和换热材料，而实际上未产生效果，整体换热性能差，机组能效比低。
目前市场上的降膜式蒸发器种类多，但整体性能一般，整机能效比低，目前市场上的大部分降膜蒸发器机组性能和能效比满液式蒸发器机组还要差，实际实现与理论相差甚远，无法实际其理论上的优点，导致推广进程缓慢。
申请号为200610118931.7的中国专利《射流循环喷淋降膜蒸发器》公开了一种射流循环喷淋降膜蒸发器，包括蒸发器外壳，设置在蒸发器外壳上部的气体出口，轴向布置在蒸发器外壳内的换热管束、分配器、气液分离器，分配器位于换热管束上方，而气液分离器位于分配器与气体出口之间，还包括一射流泵，该射流泵的高压制冷剂的入口与冷凝器连通，循环制冷剂入口与蒸发器外壳底部连通，混合制冷剂出口与所述分配器连通。该专利利用泵来实现喷淋，耗能大、成本高，喷淋不均匀。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种喷淋均匀、换热效果好、整机能效比高的喷淋降膜式蒸发器，本发明另一个目的是提供所述喷淋降膜式蒸发器的液位控制方法。
本发明的上述目的通过如下技术方案予以实现：
一种喷淋降膜式蒸发器，包括筒体、降膜式蒸发换热管、气态制冷剂出口和回油出口，还包括喷淋式制冷剂分配系统，所述喷淋式制冷剂分配系统设有制冷剂增速扩散装置将制冷剂均匀分散至多个降膜式蒸发换热管上。本发明通过喷淋来提高提高喷淋制冷剂流速和加大喷淋面积，提升换热效果；采用压降均分式分液，提升分液均均性，提升蒸发效果。
进一步地，所述喷淋式制冷剂分配系统包括与设于筒体上端的制冷剂进液管连接的制冷剂分配器上盖板和制冷剂分配器均分分配板，所述制冷剂分配器均分分配板上设有多个小孔，所述制冷剂增速扩散装置为多个小孔上安装的制冷剂增速扩散喷嘴。
优选地，所述制冷剂增速扩散喷嘴为渐缩管加渐扩管或文丘里管或渐扩管。
所述制冷剂增速扩散喷嘴的径向截面为圆形、近圆形、三角形或多边形，喷嘴出口孔的当量直径大于进口孔的当量直径。
所述喷淋降膜式蒸发器，还包括制冷剂流动导流板组合件，所述制冷剂流动导流板组合件包括降膜蒸发上导流板、满液蒸发上导流板和降膜蒸发侧导流板，所述满液蒸发上导流板的一端与降膜蒸发侧导流板垂直连接，另一端与筒体连接，所述降膜蒸发上导流板一端与制冷剂分配器均分分配板连接，另一端与满液蒸发上导流板和降膜蒸发侧导流板的垂直连接端连接。与多个降膜式蒸发换热管换热后的气体制冷剂通过所述制冷剂流动导流板组合件进入气态制冷剂出口。
所述降膜蒸发侧导流板防止液体制冷剂喷洒到无管的区域，所述降膜蒸发上导流板和满液蒸发上导流板防止液体制冷剂由于压强差被吸入气态制冷剂出口，以免损坏压缩机。
所述降膜蒸发上导流板、满液蒸发上导流板和降膜蒸发侧导流板上设有多个制冷剂流通孔。
所述制冷剂分配器均分分配板、降膜蒸发上导流板和降膜蒸发侧导流板围成了降膜区。所述降膜式蒸发换热管管内为流动的冷媒水，管外为降膜的制冷剂，管内外流体通过换热管进行换热。
进一步地，所述降膜式蒸发换热管包括降膜式区蒸发换热管和满液区蒸发换热管，所述降膜式蒸发换热管轴向叉排排列或轴向顺排排列。
所述喷淋降膜式蒸发器，还包括制冷剂液位控制系统，所述制冷剂液位控制系统包括液位控制传感器安装筒、液位连通管、液位传感器和制冷剂流量控制膨胀阀，所述液位控制传感器安装筒通过液位连通管与筒体底部的满液区连接，所述液位控制传感器安装筒中安装有液位传感器，所述制冷剂流量控制膨胀阀出口与制冷剂进液管连接。所述制冷剂液位控制系统控制设于筒体底部的满液区的液位。本发明增加制冷剂液位控制系统，防止压缩机液击，提升机组可靠性。
所述降喷淋降膜式蒸发器的制冷剂流动过程是，从冷凝器出来的高压制冷剂液体通过制冷剂流量控制膨胀阀节流形成低压气液两相混合制冷剂，然后由制冷剂进液管进入并充满制冷剂分配器上盖板与制冷剂分配器均分分配板连接组成的空间，通过制冷剂分配器均分分配板中分布的大量制冷剂增速扩散喷嘴安装小孔均匀分配进入制冷剂增速扩散喷嘴。当入制冷剂增速扩散喷嘴为渐缩管加渐扩管或文丘里管时，制冷剂经过中间缩口加速后分散均匀分配到降膜式区蒸发换热管上；当喷淋喷嘴为渐扩管时，制冷剂经过渐扩管后分散均匀分配到降膜式区蒸发换热管上，逐步由上层降膜式蒸发管膜状下降至下层降膜蒸发管，同时，与降膜式区蒸发换热管的管内冷媒水进行热交换。此时，部分制冷剂吸收蒸发换热管内的冷媒水热量蒸发形成制冷剂蒸气，并从降膜蒸发上导流板和降膜蒸发侧导流板的流通孔处通过进入气态制冷剂出口回到压缩机吸气口；部分未蒸发的液态制冷剂进入筒体底部的满液区，与满液区蒸发换热管进一步换热，吸收满液区蒸发换热管内的冷媒水热量，并蒸发形成制冷剂蒸气，从满液蒸发上导流板的流通孔处过进入气态制冷剂出口回到压缩机吸气口，从而获得低温冷媒水。
所述喷淋降膜式蒸发器的液位控制方法，当液位传感器测量的实际液位Y实际＜Y设定时，增大制冷剂流量控制膨胀阀开度，加大进入降膜式蒸发器制冷剂的流量；当实际液位Y实际=Y设定时，保持制冷剂流量控制膨胀阀开度，保持进入降膜式蒸发器制冷剂的流量稳定；当实际液位Y实际＞Y设定时，减少制冷剂流量控制膨胀阀开度，减少进入降膜式蒸发器制冷剂的流量。从而保证在任何时间，降膜式蒸发器均有合适的液位，保证其正常运行。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
1、提高喷淋制冷剂流速和加大喷淋面积，提升换热效果，均布液态制冷剂。
本发明采用喷淋式设计，利用渐缩管加渐扩管、文丘里管或渐扩管的喷嘴设计方式，制冷剂流过最小截面处流速自然上升，对换热管表面的制冷剂喷淋的速度快，换热系数高。同时，从最小截面处后的渐扩管，使制冷剂均匀的分散和喷出，喷淋在换热管表面的覆盖范围大，能效完全覆盖换热管表面，使所有的换热管表面均能喷淋到制冷剂，换热面积的利用效高，节约材换热材料的同时，提升了换热效果，整体换热性能好，机组能效比高。
2、采用压降均分式分液，提升分液均均性，提升蒸发效果
本发明采用压降均分式分液，由于存在一定的压降，制冷剂无法通畅的通过近进液口处的喷嘴，保证了与进液口不同距离的地方的喷嘴均能够分配到足够的制冷剂，均匀的分布在各换热管表面，换热面积的利用效高，节约材换热材料的同时，提升了换热效果，整体换热性能好，机组能效比高。
3、增加液位控制方法，防止压缩机液击，提升机组可靠性
本发明采用了合理的液位控制方法，保证降膜式蒸发器中制冷剂的液位处理满液式蒸发区，防止蒸发器中液位过高，浸过降膜式蒸发区的换热管，使该区域换热管无法降膜换热，同时还可防止过高的制冷剂液位，使压缩机容易吸入液态制冷剂而产生的液击，提升整机换热性能和可靠性。
附图说明
图1 为喷淋降膜式蒸发器主视图；
图2 为喷淋降膜式蒸发器左视图；
图3 为喷淋降膜式蒸发器俯视图；
其中，1、筒体； 21、制冷剂进液管； 22、制冷剂分配器上盖板；23、制冷剂分配器均分分配板；24、制冷剂增速扩散喷嘴；3、降膜式蒸发换热管； 41、降膜蒸发上导流板；42、满液蒸发上导流板；43、降膜蒸发侧导流板；5、气态制冷剂出口；6、制冷剂液位控制系统；61、液位控制传感器安装筒；62、液位连通管；63、液位传感器；64、制冷剂流量控制膨胀阀 7、回油出口。
具体实施方式
下面结合说明书附图和具体实施例对本发明作出进一步地详细阐述，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。
实施例1
一种喷淋降膜式蒸发器，包括筒体1、喷淋式制冷剂分配系统、制冷剂流动导流板组合件、制冷剂液位控制系统、降膜式蒸发换热管3、气态制冷剂出口5
和回油出口7。
所述喷淋式制冷剂分配系统包括设于筒体上端的制冷剂进液管21、与制冷剂进液管21连接的制冷剂分配器上盖板22和制冷剂分配器均分分配板23，所述制冷剂分配器均分分配板23上设有多个小孔，所述制冷剂增速扩散装置为多个小孔上安装的制冷剂增速扩散喷嘴41。所述制冷剂增速扩散喷嘴41为渐缩管加渐扩管或文丘里管或渐扩管。所述制冷剂增速扩散喷嘴41的径向截面为圆形、近圆形、三角形或多边形，喷嘴出口孔的当量直径大于进口孔的当量直径。
所述制冷剂流动导流板组合件包括降膜蒸发上导流板41、满液蒸发上导流板42和降膜蒸发侧导流板43，所述满液蒸发上导流板42的一端与降膜蒸发侧导流板43垂直连接，另一端与筒体1连接，所述降膜蒸发上导流板41一端与制冷剂分配器均分分配板23连接，另一端与满液蒸发上导流板42和降膜蒸发侧导流板43的垂直连接端连接。所述降膜蒸发上导流板41、满液蒸发上导流板42
和降膜蒸发侧导流板43上设有多个制冷剂流通孔。换热后的气体制冷剂通过所述流通孔进入气态制冷剂出口。
所述降膜式蒸发换热管3包括降膜式区蒸发换热管和满液区蒸发换热管，所述降膜式蒸发换热管轴向叉排排列或轴向顺排排列。制冷剂分配器均分分配板23、降膜蒸发上导流板41和降膜蒸发侧导流板43围成了降膜区。所述降膜式蒸发换热管3管内为流动的冷媒水，管外为降膜的制冷剂，管内外流体通过换热管进行换热。
所述制冷剂液位控制系统包括液位控制传感器安装筒61、液位连通管62、液位传感器63和制冷剂流量控制膨胀阀64，所述液位控制传感器安装筒61通过液位连通管62与筒体1底部的满液区连接，所述液位控制传感器安装筒61中安装有液位传感器63，所述制冷剂流量控制膨胀阀64出口与制冷剂进液管21
连接。
所述气态制冷剂出口5设于筒体1上端，所述回油出口7设于筒体1底部与满液区连接。
所述降喷淋降膜式蒸发器的制冷剂流动过程是，从冷凝器出来的高压制冷剂液体通过制冷剂流量控制膨胀阀64节流形成低压气液两相混合制冷剂，然后由制冷剂进液管21进入并充满制冷剂分配器上盖板22与制冷剂分配器均分分配板23连接组成的空间，通过制冷剂分配器均分分配板23中分布的大量制冷剂增速扩散喷嘴安装小孔均匀分配进入制冷剂增速扩散喷嘴24。当入制冷剂增速扩散喷嘴为渐缩管加渐扩管或文丘里管时，制冷剂经过中间缩口加速后分散均匀分配到降膜式区蒸发换热管上；当喷淋喷嘴为渐扩管时，制冷剂经过渐扩管后分散均匀分配到降膜式区蒸发换热管上，逐步由上层降膜式蒸发管膜状下降至下层降膜蒸发管，同时，与降膜式区蒸发换热管的管内冷媒水进行热交换。此时，部分制冷剂吸收蒸发换热管内的冷媒水热量蒸发形成制冷剂蒸气，并从降膜蒸发上导流板41和降膜蒸发侧导流板43的流通孔处通过进入气态制冷剂出口5回到压缩机吸气口；部分未蒸发的液态制冷剂进入筒体1底部的满液区，与满液区蒸发换热管进一步换热，吸收满液区蒸发换热管内的冷媒水热量，并蒸发形成制冷剂蒸气，从满液蒸发上导流板42的流通孔处过进入气态制冷剂出口5回到压缩机吸气口，从而获得低温冷媒水。
所述喷淋降膜式蒸发器的液位控制方法，当液位传感器63测量的实际液位Y实际＜Y设定时，增大制冷剂流量控制膨胀阀64开度，加大进入降膜式蒸发器制冷剂的流量；当实际液位Y实际=Y设定时，保持制冷剂流量控制膨胀阀64开度，保持进入降膜式蒸发器制冷剂的流量稳定；当实际液位Y实际＞Y设定时，减少制冷剂流量控制膨胀阀64开度，减少进入降膜式蒸发器制冷剂的流量。

Claims (7)

1.一种喷淋降膜式蒸发器，包括筒体、降膜式蒸发换热管、气态制冷剂出口和回油出口，其特征在于，还包括喷淋式制冷剂分配系统和制冷剂流动导流板组合件，所述喷淋式制冷剂分配系统设有制冷剂增速扩散装置将制冷剂均匀分散至多个降膜式蒸发换热管上，所述制冷剂流动导流板组合件包括降膜蒸发上导流板、满液蒸发上导流板和降膜蒸发侧导流板，所述满液蒸发上导流板的一端与降膜蒸发侧导流板垂直连接，另一端与筒体连接，所述降膜蒸发上导流板一端与制冷剂分配器均分分配板连接，另一端与满液蒸发上导流板和降膜蒸发侧导流板的垂直连接端连接，所述降膜蒸发上导流板、满液蒸发上导流板和降膜蒸发侧导流板上设有多个制冷剂流通孔。
2.根据权利要求 1 所述喷淋降膜式蒸发器，其特征在于，所述喷淋式制冷剂分配系统包括与设于筒体上端的制冷剂进液管连接的制冷剂分配器上盖板和制冷剂分配器均分分配板，所述制冷剂分配器均分分配板上设有多个小孔，所述制冷剂增速扩散装置为多个小孔上安装的制冷剂增速扩散喷嘴。
3.根据权利要求 2 所述喷淋降膜式蒸发器，其特征在于，所述制冷剂增速扩散喷嘴为渐缩管加渐扩管或文丘里管或渐扩管。
4.根据权利要求 3 所述喷淋降膜式蒸发器，其特征在于，所述制冷剂增速扩散喷嘴的径向截面为圆形、近圆形、三角形或多边形，喷嘴出口孔的当量直径大于进口孔的当量直径。
5.根据权利要求 1 所述喷淋降膜式蒸发器，其特征在于，所述降膜式蒸发换热管包括降膜式区蒸发换热管和满液区蒸发换热管，所述降膜式蒸发换热管轴向叉排排列或轴向顺排排列。
6.根据权利要求 1 所述喷淋降膜式蒸发器，其特征在于，还包括制冷剂液位控制系统，所述制冷剂液位控制系统包括液位控制传感器安装筒、液位连通管、液位传感器和制冷剂流量控制膨胀阀，所述液位控制传感器安装筒通过液位连通管与筒体底部的满液区连接，所述液位控制传感器安装筒中安装有液位传感器，所述制冷剂流量控制膨胀阀出口与制冷剂进液管连接。
7.根据权利要求6所述喷淋降膜式蒸发器，其特征在于，所述制冷剂液位控制系统液位控制方法如下：
当液位传感器测量的实际液位 Y实际 ＜ Y设定 时，增大制冷剂流量控制膨胀阀开度，加大进入降膜式蒸发器制冷剂的流量 ；当实际液位 Y实际 =Y设定 时，保持制冷剂流量控制膨胀阀开度，保持进入降膜式蒸发器制冷剂的流量稳定 ；当实际液位 Y实际 ＞ Y设定 时，减少制冷剂流量控制膨胀阀开度，减少进入降膜式蒸发器制冷剂的流量。
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