CN104949397B - 涡轮制冷机的蒸发器以及具备该蒸发器的涡轮制冷机 - Google Patents

Abstract

本发明以低成本提供涡轮制冷机的蒸发器以及具备该蒸发器的涡轮制冷机，该蒸发器能够提高导热率。该蒸发器具备：导热管(35)，被冷却流体在其内部流动；气液分离器(41)，其配置在罐体(31)内，将制冷剂气体与制冷剂液分离。气液分离器(41)具备：流路单元(42)，其在内部形成有气液制冷剂流路(45)；以及制冷剂气体引导部件(50)，其与流路单元(42)连接。在制冷剂气体引导部件(50)的内部形成有与气液制冷剂流路(45)连通的制冷剂气体流路(51)，制冷剂气体流路(51)沿着罐体(31)的内表面向上方延伸。

Description

涡轮制冷机的蒸发器以及具备该蒸发器的涡轮制冷机

技术领域

本发明涉及涡轮制冷机的蒸发器，特别是涉及从冷水等被冷却流体夺取热量，使制冷剂蒸发来发挥制冷效果的蒸发器。并且本发明涉及具备这样的蒸发器的涡轮制冷机。

背景技术

以往，制冷空调装置等所利用的涡轮制冷机，由封入了制冷剂的密闭系统构成，且构成为：将从冷水(被冷却流体)夺取热量以使制冷剂蒸发从而发挥制冷效果的蒸发器、对由上述蒸发器蒸发的制冷剂气体进行压缩以使其成为高压的制冷剂气体的压缩机、用冷却水(冷却流体)对高压的制冷剂气体进行冷却以使其冷凝的冷凝器、以及对上述冷凝后的制冷剂减压以使其膨胀的膨胀阀(膨胀机构)通过制冷剂配管连结。而且，在使用借助多级叶轮对制冷剂气体进行多级压缩的多级压缩机作为压缩机的情况下，将在冷凝器与蒸发器之间的制冷剂配管中设置的中间冷却器亦即经济器中产生的制冷剂气体导入到压缩机的中间级(多级叶轮的中间部分)。

采用这样的多级压缩制冷循环的涡轮制冷机，利用膨胀机构对从经济器排出的制冷剂液进行减压。减压后的制冷剂液的一部分蒸发而成为气液二相的制冷剂，并从蒸发器的下部向蒸发器内供给。图8是表示蒸发器的内部的剖视图。在蒸发器的内部配置有导热管101，并且冷水(被冷却流体)在该导热管101内流动。制冷剂从导热管101内的冷水夺取热量而蒸发，并作为制冷剂气体被移送至压缩机。

然而，在利用膨胀机构进行减压的过程中产生的制冷剂气体，不仅不利于在蒸发器中制冷，而且如图8所示，制冷剂气体围绕蒸发器的导热管101，从而在导热管101生成干燥面，由此存在伴随蒸发压力的降低而造成涡轮制冷机的效率降低这样的问题。

有一些削减不利于制冷的制冷剂气体并提高蒸发器性能的方法，并且一直以来被实施。削减制冷剂气体的第一方法是减小经济器与蒸发器的压力差。在利用膨胀机构减压时所蒸发的制冷剂气体的量取决于膨胀机构前后的压力差。因此通过减小经济器与蒸发器的压力差，能够减少减压时产生的制冷剂气体的量。

图9(a)是表示一般的经济器循环的莫里尔图，图9(b)是表示减小经济器与蒸发器的压力差后的经济器循环的莫里尔图。在图9(a)中，经济器与蒸发器的压力差和冷凝器与经济器的压力差几乎相同，与此相对，在图9(b)中，经济器与蒸发器之间的压力差比冷凝器与经济器的压力差小。作为结果，能够减少由膨胀机构减压时产生的制冷剂气体的量。

削减制冷剂气体的第二方法是在蒸发器的上游侧配置气液分离器。在利用膨胀机构对从经济器排出的制冷剂液进行减压后，将成为气液二相的制冷剂导入到气液分离器。然后，仅将制冷剂液导入蒸发器，而将制冷剂气体导入至多级压缩机的吸入管附近。由此，能够避免如下情况，即：制冷剂气体围绕蒸发器的导热管并在导热管生成干燥面，从而使伴随蒸发压力的降低的涡轮制冷机的效率降低。

削减制冷剂气体的第三方法是增大蒸发器的导热面积。具体而言，通过增加导热管根数，从而提高作为热交换器的蒸发器的效率。

专利文献1：日本特开2012-163243号公报

然而，上述第一至第三方法也同时具有下述所示的缺点。

在上述第一方法中，若使中间压力亦即经济器的压力接近蒸发器的压力，则多级压缩机中的前级叶轮与后级叶轮的压头比率变得不是50：50。因此为了修正压头平衡，需要进行压缩机的叶轮等的最佳化(重新修改形状)。

在上述第二方法中，由于增加气液分离器，所以需要与气液分离器的容器以及增加配管的容积量对应的制冷剂。因此在使用单价较高的制冷剂的情况下，会增加成本。

在上述第三方法中，增加使用了单价较高的铜的导热管会带来高成本。此外，增加导热管也会伴随管内冷水流速的降低而使导热率降低，因此没有根本地解决问题。

发明内容

因此，本发明的目的在于以低成本提供一种能够提高导热率的蒸发器。另外，本发明的目的还在于提供一种具备这样的蒸发器的涡轮制冷机。

为了实现上述目的，本发明的一个方式的蒸发器，通过从被冷却流体夺取热量而使制冷剂蒸发，该蒸发器的特征在于，具备：罐体；板材，其将所述罐体的两端封闭；导热管，其配置在所述罐体内，供所述被冷却流体在其内部流动；以及气液分离器，其配置在所述罐体内，用于将制冷剂气体与制冷剂液分离，所述气液分离器具备：流路单元，在其内部形成有气液制冷剂流路；以及至少一个制冷剂气体引导部件，其与所述流路单元连接，在所述制冷剂气体引导部件的内部形成有制冷剂气体流路，该制冷剂气体流路与所述气液制冷剂流路连通，所述制冷剂气体流路沿着所述罐体的内表面向上方延伸。

本发明的优选方式的特征在于，多个所述制冷剂气体引导部件连接于所述流路单元的两个侧面。

本发明优选方式的特征在于，所述流路单元具有与所述气液制冷剂流路连通的制冷剂液出口。

本发明的优选方式的特征在于，所述制冷剂液出口配置在所述流路单元的侧面的下部，所述制冷剂气体引导部件连接于所述流路单元的侧面的上部。

本发明优选方式的特征在于，所述制冷剂气体引导部件具有制冷剂液出口，该制冷剂液出口与所述气液制冷剂流路连通。

本发明的另一方式的涡轮制冷机，具备：所述蒸发器，其通过从被冷却流体夺取热量而使制冷剂蒸发来发挥冷却效果；多级涡轮压缩机，其利用多级叶轮对制冷剂进行压缩；冷凝器，其利用冷却流体对压缩后的制冷剂气体进行冷却并使其冷凝；以及中间冷却器亦即经济器，其向所述多级涡轮压缩机的多级压缩级的中间部分供给制冷剂气体，该制冷剂气体是使冷凝后的制冷剂液的一部分蒸发而生成的。

本发明发挥以下所列举的效果。

(1)气液二相的制冷剂在蒸发器内被气液分离，并且以避开导热管的方式沿着罐体的内表面向上方引导制冷剂气体。这样由于避免制冷剂气体与导热管的接触，所以提高蒸发器的导热率。因此使蒸发压力上升，从而提高制冷机的效率。

(2)由于气液分离器配置在蒸发器的内部，所以能够使制冷剂循环的容积增加成为最小限度。因此，使得因增加所需的制冷剂的量成为最小限度，能够防止成本的增加并且能够提高蒸发器的效率。

(3)与配置在蒸发器之外的现有的气液分离器不同，气液分离器配置在蒸发器的内部，因此无需将气液分离器与蒸发器连结的配管。

(4)由于无需增加导热管，因此即便使用由铜等高价的材料构成的导热管，也能够避免成本增加。

附图说明

图1是表示涡轮制冷机的一个实施方式的示意图。

图2是表示蒸发器的第一实施方式的主剖视图。

图3是表示蒸发器的第一实施方式的侧剖视图。

图4是表示罐体的内部的立体图。

图5是表示蒸发器的第二实施方式的主剖视图.

图6是表示蒸发器的第二实施方式的侧剖视图。

图7是表示罐体的内部的立体图。

图8是表示蒸发器的内部的剖视图。

图9(a)是表示一般的经济器循环的莫里尔图，(b)是表示减小经济器与蒸发器的压力差后的经济器循环的莫里尔图。

附图标记说明：1…涡轮压缩机；2…冷凝器；3…蒸发器；4…经济器；5…制冷剂配管；11…第一级叶轮；12…第二级叶轮；13…压缩机马达；14…第一级吸入叶片；15…齿轮箱；16…油箱；17…均压管；20、21…膨胀阀；31…罐体；33…板材；35…导热管；37…支承板；38…除雾器；41…气液分离器；42…流路单元；45…气液制冷剂流路；46…制冷剂液出口；50…制冷剂气体引导部件；51…制冷剂气体流路；53…制冷剂气体出口。

具体实施方式

以下，参照图1至图7对本发明的蒸发器以及具备该蒸发器的涡轮制冷机的实施方式进行说明，在图1至图7中，对相同或相当的构成要素，标注相同的附图标记并省略重复的说明。

图1是表示涡轮制冷机的一个实施方式的示意图。如图1所示，涡轮制冷机具备：涡轮压缩机1，其对制冷剂进行压缩；冷凝器2，其利用冷却水(冷却流体)对压缩后的制冷剂气体进行冷却并使其冷凝；蒸发器3，其从冷水(被冷却流体)夺取热量而使制冷剂蒸发来发挥制冷效果；以及中间冷却器亦即经济器4，其配置在冷凝器2与蒸发器3之间。

涡轮压缩机1、冷凝器2、经济器4以及蒸发器3，由供制冷剂循环的制冷剂配管5A、5B、5C、5D连结。更具体而言，涡轮压缩机1与冷凝器2由制冷剂配管5A连结，冷凝器2与经济器4由制冷剂配管5B连结，经济器4与蒸发器3由制冷剂配管5C连结，蒸发器3与涡轮压缩机1由制冷剂配管5D连结。在制冷剂配管5B以及制冷剂配管5C分别设置有膨胀阀20、21。

在图1表示的实施方式中，涡轮压缩机1由多级涡轮压缩机构成。即，多级涡轮压缩机由二级涡轮压缩机构成，并且构成为包括：第一级叶轮11、第二级叶轮12、以及使第一级叶轮11、第二级叶轮12旋转的压缩机马达13。在第一级叶轮11的吸入侧设置有吸入叶片14，该吸入叶片14对制冷剂气体向叶轮11、12吸入的流量进行调整。

涡轮压缩机1具备收容轴承、增速机的齿轮箱15，在齿轮箱15的下部设置有用于向轴承与增速机供油的油箱16。齿轮箱15通过均压管17而与涡轮压缩机1的吸入部连通。涡轮压缩机1通过制冷剂配管8而与经济器4连接，在经济器4中分离出的制冷剂气体，被导入到涡轮压缩机1的多级压缩级(在本例中为二级)的中间部分(在本例中为第一级叶轮11与第二级叶轮12之间的部分)。

在如图1所示构成的涡轮制冷机的制冷循环中，使制冷剂在涡轮压缩机1、冷凝器2、经济器4以及蒸发器3中循环，利用在蒸发器3中得到的冷热源来制造冷水并与负荷对应，并且将在制冷循环内获取的来自蒸发器3的热量以及从马达13供给的与涡轮压缩机1的功相当的热量，排出至向冷凝器2供给的冷却水。另一方面，在经济器中4分离出的制冷剂气体，被导入到涡轮压缩机1的多级压缩级的中间部分，并与来自第一级叶轮11的制冷剂气体合流而被第二级叶轮12压缩。根据二级压缩单级经济器循环，附加经济器4带来的制冷效果，因此该部分相应地增加制冷效果，并且与未设置经济器4的情况相比，能够实现制冷效果的高效率化。

接下来，对蒸发器3进行更详细地说明。图2是表示蒸发器3的第一实施方式的主剖视图，图3是表示蒸发器3的第一实施方式的侧剖视图。蒸发器3具备：圆筒状的罐体31；对罐体31的两端进行封闭的板材33；配置在罐体31内并在内部供冷水(被冷却流体)流动的导热管35；以及将制冷剂气体与制冷剂液分离的气液分离器41。导热管35由配置在罐体31内的多个支承板37支承。在图3中示意地描绘出导热管35。在导热管35的上方配置有除雾器38。

气液分离器41配置在罐体31内。该气液分离器41具备：在内部形成有气液制冷剂流路45的流路单元42；以及与流路单元42连接的多个制冷剂气体引导部件50。流路单元42配置在导热管35的下方，并且沿着罐体31的长边方向延伸。流路单元42固定在罐体31的底面。在罐体31的底面中央，连接有从经济器4延伸的制冷剂配管5C的端部。制冷剂配管5C与流路单元42的气液制冷剂流路45连通，气液二相的制冷剂经过制冷剂配管5C，被导入至气液制冷剂流路45内。

图4是表示罐体31的内部的立体图。为了易于观察内部结构，在图4中省略了导热管35的图示。在本实施方式中，10个制冷剂气体引导部件50连接于流路单元42的两个侧面。更具体而言，5个制冷剂气体引导部件50连接于流路单元42的一个侧面，另外5个制冷剂气体引导部件50连接于流路单元42的另一个侧面。上述制冷剂气体引导部件50固定于罐体31的内表面。

在各制冷剂气体引导部件50的内部形成有与气液制冷剂流路45连通的制冷剂气体流路51。该制冷剂气体流路51沿着罐体31的内表面向上方延伸。在制冷剂气体引导部件50的上端形成有制冷剂气体出口53。该制冷剂气体出口53位于导热管35的外侧，从而使从制冷剂气体出口53排出的制冷剂气体不与导热管35接触。制冷剂气体引导部件50的下端连接于流路单元42的两个侧面的上部。在流路单元42的两个侧面的下部，形成有与气液制冷剂流路45连通的多个制冷剂液出口46，上述制冷剂液出口46沿着罐体31的长边方向以等间隔排列。通过使制冷剂液出口46形成于下部，从而能够避免将比重小的制冷剂气体导入到罐体31的内部。另外，通过将制冷剂气体引导部件50的下端与流路单元42的两个侧面的上部连接，从而能够避免将制冷剂液与制冷剂气体一同导入至制冷剂气体流路51。

气液二相的制冷剂从罐体31的底面中央被导入到气液制冷剂流路45内。从制冷剂气体分离出的制冷剂液，从多个制冷剂液出口46向罐体31的内部排出，并与导热管35接触。另一方面，从制冷剂液分离的制冷剂气体被导入到制冷剂气体流路51。在流路单元42的上表面不存在开口部，因此气液制冷剂流路45内的全部的制冷剂气体被导入至制冷剂气体流路51。

制冷剂气体在制冷剂气体流路51的内部沿着罐体31的内表面上升，并从制冷剂气体出口53向罐体31的内部排出。制冷剂气体出口53位于导热管35的外侧，因此制冷剂气体被导入不具有导热管35的区域。利用这样的结构，使制冷剂气体不与导热管35接触，由于制冷剂气体未围绕导热管35，所以不会在导热管35生成干燥面。另外，由于在罐体31的内部具备气液分离器41，所以与将气液分离器配置于外部的情况相比，无需与气液分离器的容器以及增加配管的容积量对应的制冷剂。因此能够不增加成本而提高蒸发器3的导热率，使蒸发压力上升，从而提高制冷机的效率。

制冷剂气体在罐体31内上升，并经过除雾器38而流入制冷剂配管5D(参照图1)。从制冷剂气体分离的制冷剂液，从多个制冷剂液出口46向罐体31的内部排出，并与导热管35接触。多个制冷剂液出口46沿着蒸发器3的长边方向而在两个侧面以等间隔排列，因此制冷剂液通过多个制冷剂液出口46而与导热管35均匀地接触，从而使蒸发器3的效率最佳化。

图5是表示蒸发器3的第二实施方式的主剖视图，图6是表示蒸发器3的第二实施方式的侧剖视图，图7是表示罐体31的内部的立体图。为了易于观察内部结构，在图7中省略了导热管35的图示。本实施方式的未特别说明的结构与上述第一实施方式相同，因此省略其重复的说明。在本实施方式中，一对横长的制冷剂气体引导部件50连接于流路单元42的两个侧面。在各制冷剂气体引导部件50的上端形成有1个制冷剂气体出口53。制冷剂气体引导部件50具有与气液制冷剂流路45连通的多个制冷剂液出口46。上述制冷剂液出口46形成于制冷剂气体引导部件50的内壁。

气液二相的制冷剂，从罐体31的底面中央被导入到气液制冷剂流路45内。制冷剂液与制冷剂气体一起被导入制冷剂气体流路51内，并且仅将制冷剂液从多个制冷剂液出口46向罐体31的内部排出。从制冷剂液分离的制冷剂气体，在制冷剂气体流路51的内部沿着罐体31的内表面上升，并从制冷剂气体出口53向罐体31的内部排出。由于制冷剂气体出口53位于导热管35的外侧，因此制冷剂气体被导入到不具有导热管35的区域。利用这样的结构，使制冷剂气体不与导热管35接触，由于制冷剂气体不围绕导热管35，所以不会在导热管35生成干燥面。另外，由于在罐体31的内部具备气液分离器41，因此与将气液分离器配置于外部的情况相比，无需与气液分离器的容器以及增加配管的容积量对应的制冷剂。此外，由于形成为比第一实施方式简单的构造，所以罐体的组装变得容易，因此能够不增加成本而提高蒸发器3的导热率，使蒸发压力上升，从而提高制冷机的效率。

至此，对本发明的实施方式进行了说明，但本发明不限定于上述实施方式，在其技术思想的范围内，当然可以以各种不同的方式来实施。

Claims (2)

1.一种蒸发器，通过从被冷却流体夺取热量而使制冷剂蒸发，该蒸发器的特征在于，具备：

罐体；

板材，其将所述罐体的两端封闭；

导热管，其配置在所述罐体内，供所述被冷却流体在其内部流动；以及

气液分离器，其配置在所述罐体内，用于将制冷剂气体与制冷剂液分离，

所述气液分离器具备：

流路单元，在其内部形成有气液制冷剂流路；以及

多个制冷剂气体引导部件，它们与所述流路单元的两个侧面连接，

在所述制冷剂气体引导部件的内部形成有制冷剂气体流路，该制冷剂气体流路与所述气液制冷剂流路连通，

所述制冷剂气体流路沿着所述罐体的内表面向上方延伸，

所述流路单元具有与所述气液制冷剂流路连通的制冷剂液出口，

所述制冷剂液出口配置在所述流路单元的侧面的下部，

所述制冷剂气体引导部件连接于所述流路单元的侧面的上部。

2.一种涡轮制冷机，具备：

蒸发器，其通过从被冷却流体夺取热量而使制冷剂蒸发来发挥冷却效果；

多级涡轮压缩机，其利用多级叶轮对制冷剂进行压缩；

冷凝器，其利用冷却流体对压缩后的制冷剂气体进行冷却并使其冷凝；以及

中间冷却器亦即经济器，其向所述多级涡轮压缩机的多级压缩级的中间部分供给制冷剂气体，该制冷剂气体是使冷凝后的制冷剂液的一部分蒸发而生成的，

所述涡轮制冷机的特征在于，

所述蒸发器是权利要求1所述的蒸发器。