CN104819604A - 一种分层式的满液式蒸发器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种分层式的满液式蒸发器。该满液式蒸发器包括：筒体，管板，管板被密封焊接于筒体的两端；端盖，端盖连接到管板，以将筒体的两端进行封闭；换热管，换热管以管束的方式位于筒体内，用于载送与制冷剂进行热交换的载冷剂；分液器，分液器安装在筒体的侧面，位于制冷剂入口处，以将制冷剂分成若干个与管束的排数相对应的液体回路；以及托盘，托盘位于筒体的内部且位于管束的下方，用于接收从分液器所分配的液体回路，其中，每一层托盘内的制冷剂被对应管束中的载冷剂加热蒸发。本发明的分层式的满液式蒸发器与传统的满液式蒸发器相比，其制冷剂液体充注量减少了约20％～35％，有效解决了传统的满液式蒸发器制冷剂充注量过大的问题。

Description

一种分层式的满液式蒸发器

技术领域

本发明公开了一种旨在强化管外侧换热、减少制冷剂充注量的分层式的满液蒸发器，该满液式蒸发器可直接应用于制冷领域，如大型氨制冷机组、大型氟利昂制冷机组等。

背景技术

目前大型制冷系统主要采用蒸汽压缩式制冷循环，制冷系统由压缩机、冷凝器、节流装置、蒸发器及各种辅助设备组成，制冷剂蒸汽由压缩机排出进入冷凝器冷却、冷凝成液态，经过节流装置节流、降压进入蒸发器蒸发制冷产生制冷效果，最后制冷剂蒸汽流回压缩机，至此完成一个制冷循环。

蒸发器是制冷系统中的重要部件，满液式蒸发器因其传热系数高、结构简单，而在制冷系统中得到广泛应用。但是传统的满液式蒸发器也存在以下技术弱点：

(1)满液式蒸发器内的液位保持一定，蒸发器内的传热管浸没在制冷剂液体中以保证高效的传热效率，但同时造成了液体充注量过大的问题，对于价格较贵的氟利昂来说，这个缺点显得尤为突出。

(2)当满液式蒸发器壳体的直径较大时，受液体静压力的影响，底部液体的蒸发温度将有些提高，减少了蒸发器的传热温差，对整个蒸发器的换热量造成不利影响。

(3)对于制冷剂使用氟利昂的满液式蒸发器来说，由于液体注入量过大，制冷剂中溶解的润滑油较难排出，造成压缩机回油困难。

(4)液态制冷剂吸热蒸发变成制冷剂蒸汽，蒸汽沿着管束周围向上流动溢出制冷剂液面进入汽包，流回压缩机。然而这样的气泡流动方式势必会对上层管束的换热造成一定的影响，气泡沿着管束向上流动，会减少管束与制冷剂液体的接触面积，增加制冷剂和载冷剂之间的换热热阻，减少换热管的传热量，影响整个蒸发器的制冷效果。

发明内容

本发明采用分层式的满液式蒸发器结构，能够有效地克服传统满液式蒸发器的液态制冷剂充注量过大、压缩机回油困难等上述弱点。

本发明提出了一种分层式的满液式蒸发器，包括：筒体；管板，管板被密封焊接于筒体的两端；端盖，端盖连接到管板，以将筒体的两端进行封闭；换热管，换热管以管束的方式位于筒体内，用于载送与制冷剂进行热交换的载冷剂；分液器，分液器安装在筒体的侧面，位于制冷剂入口处，以将制冷剂分成若干个与管束的排数相对应的液体回路；以及托盘，托盘位于筒体的内部且位于管束的下方，用于接收从分液器所分配的液体回路，其中，每一层托盘内的制冷剂被对应管束中的载冷剂加热蒸发。

与传统的满液式蒸发器相比，分层式的满液式蒸发器有两个特点，第一个是在制冷剂入口处安装有分液器，第二个是在每一排管束下方都安装有托盘。

本发明的第一个关键点是安装有分液器，其作用就是将即将进入蒸发器的制冷剂液体分配成几路制冷剂流体，分别流入每一排管束下方的托盘内，当托盘内的制冷剂液体过多时，液体由托盘侧面溢出流入蒸发器底部，每一层托盘内的制冷剂液体被对应管束中的载冷剂加热蒸发，蒸汽沿着上一层托盘底部流向两端，与蒸发器下部上来的制冷剂蒸汽混合，从蒸发器两端向上流动，最后由上部汽包引出后返回到压缩机。

分液器在满液式蒸发器中承担着对制冷剂液体均匀分配的重要任务，如果分配不均匀，会使某几路的制冷剂过多或者过少。制冷剂过少，托盘内的管束不能完全浸没在制冷剂液体中，即没有充分利用蒸发器的换热面积，也就意味着蒸发器的制冷能力会下降；而制冷剂过多，又会造成制冷剂充注量过大的问题。

由此可见，分液器是本发明所述蒸发器的重要部件，不同型号的蒸发器要配备不同的分液器，为了保证制冷剂的均匀分配，可选用分液头为离心式的分液器，分配管的根数要根据蒸发器内的管排数决定；分液器每一分路的压降都尽量相同，减少压降对分液不均匀的影响。

本发明的另一个关键点是每一排管束下方的托盘。托盘位于管束下方，高度略高于换热管直径，由分液器而来的制冷剂液体只需要填满每一层管束下方的托盘，就可以使每一层的管束完全浸没在制冷剂液体中，也就可以保证蒸发器内大部分管束都浸没在制冷剂中；而传统的满液式蒸发器为了使大部分换热管浸没在制冷剂液体中，往往要保持约为壳体直径70％～80％的液面高度，对比来说，本发明所述的满液式蒸发器因为制冷剂液体只需要充满每一层的托盘而大大减少了液体的充注量。

每一层托盘的高度略高于换热管直径，以保证液体能够完全覆盖换热管，长度与换热管长度相同，宽度取决于每一层换热管的数量，厚度取决于换热管束之间的间距，为了保证制冷剂蒸汽的流通通道，可适当增加换热管之间的间距，使已经蒸发的制冷剂能够沿着托盘底部向两边流动。

托盘材料要根据蒸发器采用的制冷剂种类而定，其选择原则首先要保证材质不会和制冷剂发生反应，其次考虑托盘的制造成本。具体地，当采用氨作为制冷剂时，托盘由钢制成；当采用氟利昂作为制冷剂时，托盘由铜制成。

另外，本发明的满液式蒸发器还可以包括位于筒体上侧的汽包，该汽包用于将所收集的气态制冷剂引回到压缩机。

而且，本发明的满液式蒸发器还可以包括位于筒体下侧的集污包，该集污包用于收集污物。

进一步地，托盘沿长度方向上在靠近管板的两侧上与管板连接。优先地，托盘通过螺栓与管板连接。

进一步地，托盘的底部或侧面穿有孔，以供分液器的分配管道穿入而进入托盘，其中每个分配管道的长度都相同。

本发明能实现的优点在于：本发明的分层式的满液式蒸发器与传统的满液式蒸发器相比，其制冷剂液体充注量减少了约20％～35％，有效解决了传统的满液式蒸发器制冷剂充注量过大的问题。对于价格昂贵的氟利昂制冷剂来说，蒸发器的液体充注量的减少，也就意味着生产成本和运行成本的下降；液体充注量的减少也会使液体静压力对换热的影响减弱，进一步提升蒸发器的制冷能力。

本发明所述的分层式的满液式蒸发器因为每一排管束仅仅浸没在托盘内的制冷剂液体中，下层气泡的流动不会对上层管束换热造成任何影响，即强化了管外层的换热，提高了蒸发器的换热系数，有效解决了传统的满液式蒸发器中气泡流动对上层管束换热弱化的问题。

附图说明

图1为本发明所述分层式的满液式蒸发器排管方式；

图2为本发明所述分层式的满液式蒸发器结构图；

图3为本发明所述分层式的满液式蒸发器端盖结构图。

在附图中：1、托盘；2、换热管；3、筒体；4、汽包；5、集污包；6、分液器；7、液态制冷剂入口；8、支座；9、管板；10、端盖；11、压力表；12、载冷剂出口；13、载冷剂入口；14、接管；15、管法兰；16、封头；17、容器法兰。

具体实施方式

下面结合附图详细地描述本发明的分层式的满液式蒸发器的结构和具体的排管方式。

本领域技术人员应当理解，下面描述的实施例仅是对本发明的示例性说明，而非用于对其做出任何限制。在所有附图中，相同的附图标记表示相同或相似的部件。

如图所示，本发明的分层式的满液式蒸发器由筒体3、分液器6、管板9、端盖10以及各附件组成，所述附件例如为：位于筒体3下方的支座8，以对蒸发器进行支撑；位于筒体3上的压力表，以测量蒸发器中汽化的制冷剂的压力；位于一侧端盖10上的载冷剂入口13和载冷剂出口12，以将载冷剂引入和引出换热管2，其中载冷剂入口位于载冷剂出口的下方；等等。

筒体3中包括有托盘1和由换热管2形成的管束。端盖10是由封头16与容器法兰17、接管14组焊，接管14与管法兰15组焊而成。管板9与筒体3密封焊接，筒体3中的管束与管板9胀接而成。筒体3在上方还具有将气态制冷剂引入压缩机入口以被吸回压缩机中的汽包4，以及在筒体3上位于与汽包4相对一侧(即下侧)的集污包5，以便将沉积的润滑油及其它污物排出制冷系统外。

在筒体一侧开有孔，将分液器6与孔密封焊接，从而将分液器6安装在蒸发器的侧面。具体的是，在蒸发器的侧面开一孔，孔径取决于分液器的大小，将分液器与孔密封焊接在一起。该分液器将进入蒸发器内的制冷剂液体分成几路，为了使结构更加紧凑，可在托盘底部或侧面打孔，使分液器分配管道穿孔而入，进入托盘内；同时为了保证分液器的每一分路压降尽量相同，尽量使每一分配管长度相同。

要保证分液器6的分配管长度尽量相同，可根据托盘与分液器之间的距离调整分配管沿筒体方向的长度以及托盘上分配管的穿孔位置，从而保证分配管长度尽量相等。

托盘1包括若干层，每一层托盘均位于相应层的管束的下方，管束与托盘之间留有一定空间，以保证管束的充分换热。托盘两端与管板用螺栓联接在一起，具体的是，托盘在长度方向上靠近管板的两侧被打孔，用螺栓将管板和托盘联接起来，以固定托盘。托盘的高度略高于换热管的直径。托盘的材料要根据具体的制冷剂来选择，例如，对于氨壳管式蒸发器，所用的制冷剂为氨，则托盘材料选用钢；对于氟利昂卧式满液式蒸发器，所用的制冷剂为氟利昂，则托盘材料选用铜。

以下结合图2来描述本发明的分层式的满液式蒸发器中制冷剂液体的流动过程。

其中，经过节流装置(此处未示出)的制冷剂液体首先经过液态制冷剂入口7进入分液器6，由分液器分配成几路液体回路，液体回路分别流入换热管2下方的托盘1内。由于托盘高度略高于换热管直径，因此当托盘内的制冷剂液体完全覆盖每一层换热管时，液体溢出托盘，而流入下一层托盘内或者直接流入蒸发器底部。蒸发器底部两层换热管下方无需安装托盘，可完全被制冷剂液体所覆盖。当载冷剂在换热管2内流动时，托盘内的制冷剂液体从换热管2内的载冷剂吸热而蒸发成气态，气态制冷剂沿着托盘底部向蒸发器的两侧流动，并且在蒸发器的两侧向上流动，而进入汽包4，最后从汽包4进入压缩机的吸气管路，从而流回压缩机。

本发明的分层式的满液式蒸发器相对于传统的满液式蒸发器制冷剂充注量大约减少了20％～35％之间，不同型号蒸发器的具体减少量可由下列公式计算得出。

1、对于传统的满液式蒸发器：

换热管总根数：Z

换热管长度：L

管外径：d₀

管壁厚度：δ₁

管内径：d_i＝d₀-2δ₁

管中心距：s＝1.4×d₀

壳体壁厚：δ₂

壳体直径：D

壳体内径：D_i＝D-2δ₂

传统满液式蒸发器制冷剂充注量： $V_1=(\frac{\mathrm{\π}}{4}{D}_i^2-\frac{\mathrm{\π}}{4}{d}_0^2)\×L\×0.8$

2、对于本发明的分层式的满液式蒸发器(其结构形式如附图1和图2所示)：

换热管总根数：Z

换热管长度：L

管外径：d₀

管壁厚度：δ₁

管内径：d_i＝d₀-2δ₁

管中心距：s＝1.4×d₀

壳体壁厚：δ₂

壳体直径：D

壳体内径：D_i＝D-2δ₂

托盘形状为梯形，托盘上下宽度取决于每一排的换热管数量。

托盘厚度：δ₃

托盘高度：h

托盘长度：L

托盘上宽度：w₁

托盘下宽度：w₂

每一层托盘的体积为：

V₂＝(w₁+w₂)×h÷2×L

蒸发器中所有托盘的体积：

V₃＝V′₂+V″₂+….+V″″₂

蒸发器底部两排管束无需安装托盘故其制冷剂液体充注量：

       $V_4=\frac{\mathrm{\π}}{4}{D}_i^2\×0.2\×L$

分层式满液式蒸发器液体充注量：

       $V_5=(V_3-\frac{\mathrm{\π}}{4}{d}_0^2\×60\×L+V_4)$

由此可知，传统的满液式蒸发器与本发明的分层式的满液式蒸发器的液体充注量减少量为：

ΔV＝V₁-V₅

相对减少量：

       $A=\frac{\mathrm{\ΔV}}{V_1}\×100\%$

相对减少量A大约在20％～35％之间。

本发明的分层式的满液式蒸发器实施例：氨壳管式蒸发器、氟利昂卧式满液式蒸发器。

上面描述的以及图中所示出的实施方式都仅仅是示例性的，在本发明的教导下，本领域普通技术人员能够进行各种改变或变型，例如，托盘的形状可以为除了梯形之外的其它形状，所有这些变型都不脱离由权利要求书所限定的本发明的范围。

Claims (5)

1.一种分层式的满液式蒸发器，包括：

筒体；

管板，管板被密封焊接于筒体的两端；

端盖，端盖连接到管板，以将筒体的两端进行封闭；

换热管，换热管以管束的方式位于筒体内，用于载送与制冷剂进行热交换的载冷剂；

分液器，分液器安装在筒体的侧面，位于制冷剂入口处，以将制冷剂分成若干个与管束的排数相对应的液体回路；以及

托盘，托盘位于筒体的内部且位于管束的下方，用于接收从分液器所分配的液体回路，其中，每一层托盘内的制冷剂被对应管束中的载冷剂加热蒸发。

2.根据权利要求1所述的分层式的满液式蒸发器，其中，托盘的底部或侧面穿有孔，以供分液器的分配管道穿入而进入托盘，其中每个分配管道的长度都相同。

3.根据权利要求2所述的分层式的满液式蒸发器，其中，托盘高度略高于换热管的直径，且换热管与托盘之间留有一定的空间，用于使换热管充分换热。

4.根据权利要求3所述的分层式的满液式蒸发器，其中，托盘的长度与换热管的长度相同，宽度取决于每一层换热管的数量，且厚度取决于换热管的管束之间的间距。

5.根据权利要求4所述的分层式的满液式蒸发器，其中，托盘沿长度方向上在靠近管板的两侧上与管板连接。