CN105283717A - 用于蒸发器的水头 - Google Patents

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Abstract

本发明披露了用于HVAC系统中的蒸发器的水头的实施例。水头可具有在水头的一端呈并排结构的流体入口和流体出口，以及在水头的相对端呈上下结构的分配腔和收集腔。分配腔和收集腔被设置成分别与换热管束的入口和出口流体相通。分配腔和收集腔可被设置成具有连续平滑的表面轮廓，以帮助当过程流体分别在流体入口或流体出口与分配腔或收集腔之间流动时降低压力降和流体分离，并促进换热管之间的过程流体的有利分配。

Description

用于蒸发器的水头
技术领域
本文所披露的实施例总体涉及采暖、通风与空调(HVAC)系统。更具体地说，本文所披露的实施例涉及HVAC系统的蒸发器的水头。
背景技术
HVAC系统的蒸发器通常具有管束在壳中的设计。管束通常包括多个管，所述多个管被设置成运送过程流体，例如水。壳中的致冷剂可与管束中的过程流体交换热量，以冷却过程流体。
通常，热交换管延伸蒸发器的整个长度。在单程蒸发器设计中，过程流体通常从蒸发器的一端流入换热管的入口，穿过蒸发器的整个长度，然后从蒸发器的另一端离开换热管的出口。在双程蒸发器设计中，过程流体通常从蒸发器的一端流入第一程换热管的入口。过程流体流经蒸发器的整个长度穿过第一程换热管，在位于蒸发器的另一端的返回箱中转向，然后流入第二程换热管，以便返回与入口位于相同端的出口。一些蒸发器还可具有四程设计。
水头是位于蒸发器的一端并被设置成分配或接收来自管束的过程流体的装置。例如，在一些蒸发器中，第一程换热管的入口位于蒸发器的端部的底部部分，而第二程换热管的出口位于蒸发器的端部的顶部部分。水头可具有流体入口和流体出口(呈“下-上”设计)，即，流体入口位于水头的底部部分并被设置成与第一程换热管的入口流体相通；而流体出口位于水头的顶部部分并被设置成与第二程换热管的出口流体相通。
在一些其它的蒸发器中，第一程换热管的入口可被设置成朝向蒸发器的左(或右)侧，而第二程换热管的出口可被设置成朝向蒸发器的右(左)侧。相应的，水头的水入口和水出口可被设置成具有“并排”结构。
发明内容
在下文的说明中，描述了水头的实施例。当水头分配或接收过程流体时，水头可帮助减小压力降和流体流分离。
在一些实施例中，水头可具有“并排”设置的流体入口和流体出口。流体入口可被设置成与分配开口通过分配腔流体相通，而流体出口可被设置成与收集开口通过收集腔流体相通。在一些实施例中，分配开口与分配腔可被设置成具有“上-下”结构，并由隔板分开。隔板具有第一隔板表面和第二隔板表面。第一隔板表面被设置成大体面向分配腔，而第二隔板表面被设置成大体面向收集腔。
在一些实施例中，分配腔可被设置成具有倒漏斗状过渡部分，其具有连续平滑的表面轮廓连接流体入口和分配开口。倒漏斗状过渡部分可被设置成沿流体流过倒漏斗状过渡部分的方向扩展。在一些实施例中，收集腔可被设置成具有漏斗状过渡部分，其具有连续平滑的表面轮廓连接收集开口和流体出口。漏斗状过渡部分可被设置成沿着流体流过漏斗状过渡部分的方向形成漏斗。
在一些实施例中，分配腔的第一隔板表面可被设置成具有凹入收集部分的圆锥形部分，并且所述圆锥形部分可被设置成当流体在流体入口和分配开口之间流动时引导一部分的流体朝向分配开口。
在一些实施例中，收集腔的第二隔板表面可被设置成具有凹入分配部分的圆锥形部分，并且所述圆锥形部分可被设置成当流体在收集开口与流体出口之间流动时使一部分的流体转向流体出口。
当流体在流体入口和分配开口之间以及在收集开口和流体出口之间流动时，具有平滑表面轮廓的漏斗状和倒漏斗状过渡部分可帮助减小流体流分离和压力降。具有平滑表面轮廓的漏斗状和倒漏斗状过渡部分还可帮助促进过程流体在换热管之间的有利分配。
流体管理方法的其它特征和方面通过下文的详细说明和附图会变得显而易见。
附图说明
对附图作了附图标记，其中相同的附图标记始终表示相应的部件。
图1A和1B示出了具有水头的蒸发器的示意图。图1A示出了蒸发器的侧视图。图1B示出了蒸发器的端视图。
图2A-2G示出了水头的实施例的不同方面。图2A是水头的立体前视透视图。图2B和2C是水头的后视图。图2D是沿着图2A的线A-A剖开的水头的剖视图。图2E是沿着图2A的线B-B剖开的水头的剖视图。图2F是沿着图2A的线C-C剖开的水头的剖视图。图2G是图2A中的区域G的放大视图。
具体实施方式
水头是被设置成向蒸发器的换热管分配过程流体例如水和/或在过程流体被蒸发器在换热管中冷却后接收过程流体的装置。水头通常位于蒸发器的一纵向端。在一些蒸发器中，水头可具有两个部分，流体分配部分和流体收集部分。流体分配部分与第一程换热管的入口流体相通，而流体收集部分与第二程换热管的出口流体相通。过程流体通过水头的流体入口被引入流体分配部分并被分配入第一程换热管的入口，然后流出第二程换热管的出口并被流体收集部分接收并被引向水头的流体出口。根据换热管的结构，流体入口(和流体分配部分)和流体出口(和流体收集部分)可被设置成下-上结构，或“并排”结构。
在一些蒸发器中，换热管可能仅占据壳的下部部分，而换热管的入口和出口被设置成“上-下”形式。在这些蒸发器中，如果流体入口和流体出口被设置成“下-上”形式，流体入口和流体出口的直径可能受限，因为水头的高度可能受限。当过程流体流过水头时，流体入口和/或流体出口的受限的直径可增大压力降。
在下文的说明中，描述了水头的实施例。在一些实施例中，水头可具有呈“并排”结构的流体入口和流体出口，并具有呈“下-上”结构的与流体入口流体相通的分配开口和与流体出口流体相通的收集开口。在一些实施例中，具有连续平滑表面轮廓的分配腔被设置成连接流体入口和分配开口；而具有连续平滑表面轮廓的收集腔被设置成连接收集开口与流体出口。分配腔可被设置成当流体从流体入口流向分配开口时分散流体；和，收集腔可被设置成当流体从收集开口流向流体出口时紧缩流体。在一些实施例中，分配和收集腔可被设置成具有漏斗状过渡部分。当流体在流体入口和分配开口之间以及在收集开口和流体出口之间流动时，漏斗状过渡部分和平滑表面可帮助减少流体流分离。本文所述的水头也可以是紧凑型的，并可帮助减小在作业中水头内过程流体的压力降。本文所述的水头还可通过促进过程流体在换热管之间的有利分配帮助提高热交换效率。
对构成本发明一部分的附图作了附图标记，其中通过示出实施例可被实施的方式示出。应当理解，本文所用的术语旨在描述附图和实施例，不应被视为对本申请的范围的限制。
参见图1A和1B，披露了具有水头110的双程设计的蒸发器100的一个实施例。如图1A所示，蒸发器100围住具有多个换热管121的管束120。
图1B示出了蒸发器100的第一端102的端视图。为清楚起见，水头110被示出与蒸发器100分离。如图1A和1B所示的蒸发器100的管束120被设置成朝向蒸发器100的下部部分105。
虚构分界线125将管束120的换热管121分成位于朝向管束120的底部的第一程换热管124和位于朝向管束120的顶部的第二程换热管126。第一程换热管124具有在第一端102处的入口127，而第二程换热管124具有在第一端102处的出口128。
水头110具有流体入口112和流体出口114。当水头110被安装到如图1A和1B所示的蒸发器110的第一端102时，流体入口112和流体出口114呈并排设置。
流体入口112被设置成与第一程换热管124的入口127流体相通。流体出口114被设置成与第二程换热管126的出口128流体相通。
在作业中，流体入口112被设置成将过程流体例如水从管束120的第一端102分配入第一程换热管124的入口127。过程流体在第一程换热管124中延伸蒸发器100的全长L1，在位于蒸发器100的第二端104的返回箱122作U字调头，在第二程换热管126中再次延伸蒸发器100的全长L1以返回到第一端102，并离开第二程换热管126的出口128。过程流体随后从流体出口114流出蒸发器100。
图2A-2G示出了用于蒸发器(例如，图1A中的蒸发器100)的水头200的不同方面。图2A示出了水头200的前视透视图。水头200具有长度L2和高度H2。由于水头200被设置成覆盖圆柱形蒸发器(例如，图1A中的蒸发器100)的下部部分(例如，图1A中的蒸发器100的下部部分105)，所以长度L2通常长于高度H2。
相对于由高度H2限定的垂直方向V2，流体入口212和流体出口214按并排方式排列。
图2B和2C示出了水头的后视图。水头200具有分配开口232和收集开口234。相对于由高度H2限定的垂直方向V2，分配开口232和收集开口234呈“上-下”方式设置：分配开口232位于收集开口234之上并被隔板236分开。
当水头200被安装在蒸发器上时，分配开口232被设置成与蒸发器的换热管的入口(例如，图1B中管束120的第一程换热管124的入口127)流体相通。收集开口234被设置成与蒸发器的第二程换热管的出口(例如，图1B中第二程换热管126的出口128)流体相通。当水头被安装到蒸发器时，收集开口234被设置在分配开口232之上。当水头被安装到蒸发器时，隔板236可以大致与虚构线(例如，图1B中的虚构线125)对准，将管束分成第一程换热管和第二程换热管。
隔板236被设置成将水头200分成分配腔242和收集腔244。由图2B和2C所示的后视图可见，隔板236位于分配开口232和收集开口234之间。
在作业中，过程流体流入流体入口212并随后进入连接流体入口212和分配开口232的分配腔242。过程流体然后通过分配开口232被分配入第一程换热管的入口。过程流体流过第一程换热管和第二程换热管，流出第二程换热管的出口，并通过收集开口234返回到收集腔244。收集腔244被设置成连接收集开口234和流体出口214。过程流体然后通过收集腔244流出流体出口214。
如图2A所示，水头200具有深度D2。在作业中，当过程流体进入流体入口212和离开流体出口214时，流体流方向大体平行于由深度D2限定的方向。不过，在分配腔242和收集腔244中，流体流的方向大体平行于由长度L2限定的方向，即约垂直于由深度D2限定的方向。因此，流体方向必须在分配腔242和收集腔244中作约90度转向。分配腔242和收集腔244可被设置成帮助流体流转向，并帮助减小流体流中的压力降。
分配腔242和收集腔244被设置成具有连续平滑的表面轮廓，分别将分配开口232与流体入口212连接和将收集开口234与流体出口214连接。连续平滑的表面轮廓是被设置成大体没有角和/或急转向、陡峭边缘和横切于流体流方向的轮廓，以便通过使流体分离和流动量的突然变化最小化来帮助减小压力降和流体流中的流体分离。
流体入口212和流体出口214一般具有圆形的轮廓。分配开口232和收集开口234一般具有长矩形轮廓，其一般不同于流体入口212和流体出口214的轮廓。分配腔242和收集腔244的连续平滑的表面轮廓被设置成分别在流体入口212或流体出口214与分配开口232或收集开口234之间提供渐进和平滑的过渡部分，这可有助于减小压力降和流体流中的流体分离。
在图2B和2C所示的方向中，分配腔242大体具有从流体入口212向分配开口232的倒漏斗状过渡部分，一般从流体入口212向分配开口232逐渐扩大。收集腔244大体具有从收集开口234向流体出口214的漏斗状过渡部分，一般从收集开口234向流体出口214逐渐成漏斗形。
在作业中，在分配腔242中，如图2C中箭头所示，流体流沿着如图2B和2C所示的定向从分配腔242的左侧流向右侧。倒漏斗状过渡部分被设置成沿着流体流方向扩展，而分配腔242的连续平滑的表面轮廓可帮助流体流从左侧的流体入口212沿着由长度L2限定的方向向分配开口232扩展。
在收集腔244中，流体流还沿着图2B和2C所示的定向从收集腔244的左侧流向右侧。漏斗状过渡部分被设置成沿流体流方向成漏斗形，并且收集腔244的连续平滑的表面轮廓可有助于引导流体流从收集开口234向右侧的流体出口214沿着由长度L2限定的方向紧缩。
隔板236具有第一隔板表面236a和第二隔板表面236b。第一隔板表面236a大体被设置成面向分配腔242，而第二隔板表面236b大体被设置成面向收集腔244。第一隔板表面236a具有凹入收集腔244的第一圆锥形部分262。第二隔离表面236b具有凹入分配腔242的第二圆锥形部分264。第一和第二圆锥形部分262和264可帮助流体流分别从流体入口212或收集腔244向分配腔242或流体出口214作平滑转向。
大体具有圆形轮廓的流体入口212和流体出口214分别具有直径D12和D14。直径D12和D14一般大于分配腔242的高度H12或收集腔244的高度H14。高度H12和高度H14通常是不同的。当过程流体从流体入口212流入位于收集腔244下面的分配腔242时，第一圆锥形部分262可帮助一部分的过程流体向下平滑转向。当过程流体从位于分配腔242上方的收集腔244流向流体出口214时，第二圆锥形部分264可帮助引导一部分的过程流体朝向流体出口214。
图2D-2F分别示出了沿着图2A中的线A-A、B-B和C-C剖开的剖视图。图2D是沿着位于沿长度L2的约一半处的线A-A剖开的剖视图。剖视图示出了具有流体出口214的视图的剖面。收集腔244在所示的定向上一般位于分配腔242的上方，并且收集腔244和分配腔242由隔板236分开。第二隔板表面236b具有凹入分配腔242的第二圆锥形部分264。
如图2D所示，分配腔242的剖面和收集腔244的剖面具有平滑的轮廓。
图2E示出了沿着与流体出口214相交的线B-B剖开的剖面。图2E示出了收集腔244具有连接流体出口214和收集开口234的平滑轮廓。分配腔242也具有平滑轮廓。
第二隔板表面236b具有凹入分配腔242的第二圆锥形部分264。如图2E中的箭头所示，第二圆锥形部分264可帮助引导流体朝向流体出口214。
图2F示出了沿着与流体入口212相交的线C-C剖开的剖面。图2F示出了分配腔242具有连接流体入口212和分配开口232的平滑轮廓。收集腔244也具有平滑轮廓。
第一隔板表面236a具有凹入到收集腔244的第一圆锥形部分262。如图2F中的箭头所示，第一圆锥形部分262可帮助引导一部分的过程流体向下朝向分配开口232。
图2G示出了图2C中隔板236的区域G的放大部分。隔板236被设置成具有沿由长度L2限定的方向沿着隔板236的边缘分布的多个凹穴256。凹穴256被设置成沿着将管束分成包括管束的出口的上部部分和包括管束的入口的下部部分的虚构线接受换热管(例如，图1A和1B中的换热管121)的入口(例如，图1B中的入口127)或出口(例如，图1B中的出口128)。被设置成接受入口的凹穴256的开口258一般被设置成在第一隔板表面236a处开口。被设置成接受出口的凹穴256的开口258一般被设置成在第二隔板表面236b处开口。凹穴256可帮助隔板236将分配腔242和收集腔244分离。
比较研究
比较了不具有将流体入口或出口分别与分配或收集开口连接的连续平滑的表面轮廓的传统水头与本文所述的水头的实施例(例如，本文所述具有平滑轮廓的分配腔242和收集腔244)之间的水头的可操作压力降。例如，当与没有平滑轮廓的具有并排结构的一个传统水头相比较时，本文所述的水头的实施例与没有连续平滑轮廓的水头相比压力降小约10％。
关于前述的说明，应当理解，在不偏离本发明的保护范围的情况下，可以对细节尤其是对所采用的构造材料和部件的形状、大小和结构进行改动。说明书和所示的实施例应仅被视为是示例性的，本发明的真实范围和精神由权利要求书的宽泛含义来表示。

Claims (9)

1.一种用于蒸发器的水头，包括：
流体入口；
流体出口，所述流体入口和流体出口相对于由水头的长度限定的方向在水头的第一端呈并排方式设置；
分配开口；
收集开口，所述分配开口和收集开口相对于由水头的长度限定的方向在水头的第二端呈下-上方式设置；
分配腔；和
收集腔；
其中所述流体入口与分配开口通过分配腔流体相通，所述流体出口与收集开口通过收集腔流体相通；
所述分配腔被设置成具有连续平滑的表面轮廓连接流体入口和分配开口；和
所述收集腔被设置成具有连续平滑的表面轮廓连接流体出口和所述收集开口。
2.根据权利要求1所述的水头，其中所述分配腔具有从流体入口向分配开口的倒漏斗状过渡部分。
3.根据权利要求1所述的水头，其中所述收集腔具有从收集开口向流体出口的漏斗状过渡部分。
4.根据权利要求1所述的水头，其中所述分配腔的连续平滑的表面轮廓被设置成沿着由水头的长度限定的方向扩展流体流。
5.根据权利要求1所述的水头，其中所述收集腔的连续平滑的表面轮廓被设置成沿着由水头的长度限定的方向收缩流体流。
6.根据权利要求1所述的水头，其中所述分配腔被设置成具有凹入收集腔的圆锥形部分，所述圆锥形部分被设置成当流体在流体入口与分配开口之间流动时引导一部分的流体朝向分配开口。
7.根据权利要求1所述的水头，其中所述收集腔被设置成具有凹入分配腔的圆锥形部分，所述圆锥形部分被设置成当流体在收集开口与流体出口之间流动时引导一部分的流体朝向流体出口。
8.一种引导蒸发器的水头中过程流体的方法，所述水头包括：
流体入口；
流体出口，所述流体入口和流体出口相对于由水头的长度限定的方向在水头的第一端呈并排方式设置；
分配开口；
收集开口，所述分配开口和收集开口相对于由水头的长度限定的方向在水头的第二端呈下-上方式设置；
分配腔；和
收集腔；
其中所述流体入口通过分配腔与分配开口流体相通，所述流体出口通过收集腔与收集开口流体相通；
所述方法包括：
将流体流从水头的第一端引入流体入口；
沿着由水头的长度限定的方向在分配腔中使过程流体逐渐转向和扩展，以便将过程流体从流体入口引向分配开口；和
通过分配开口将过程流体分配到蒸发器的换热管。
9.根据权利要求8所述的方法，还包括：
通过收集开口接收来自蒸发器的换热管的过程流体；
沿着由水头的长度限定的方向在收集腔中使过程流体逐渐转向和收缩，以便将过程流体从收集开口引向流体出口；和
通过流体出口将过程流体引出蒸发器的水头。
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