CN105829814A - 用于蒸发器的制冷剂立管 - Google Patents

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Abstract

采暖、通风和空调(HVAC)系统包括：冷凝器(18)，其使制冷剂流流过其中并且流到输出管(56)；以及降膜式蒸发器(12)，其与所述冷凝器处于流体连通并且具有定位成垂直地高于所述输出管的蒸发器输入管(58)。多个立管(60)将所述输出管连接至所述蒸发器输入管。根据所述HVAC系统上的负载所需，所述制冷剂流流过所述多个立管中的选定立管。

Description

用于蒸发器的制冷剂立管
背景
本文中所公开的主题涉及采暖，通风和空调(HVAC)系统。更具体地说，本文中所公开的主题涉及带有利用低压或中压制冷剂的降膜式蒸发器的HVAC系统。
诸如冷却器的HVAC系统使用蒸发器来促进蒸发器中的制冷剂与在定位于蒸发器中的许多蒸发器管中流动的介质之间的热能交换。在带有满液式蒸发器的系统中，所述管浸没在制冷剂池中。在满液式蒸发器系统中，蒸发器和冷凝器大致上并排定位。在单级系统中，离开冷凝器的液态制冷剂将通过诸如膨胀阀的计量设备，并且液态和汽态制冷剂的两相混合物从蒸发器底部进入蒸发器。在包括节能器的两级系统中，液态和汽态制冷剂混合物在通过计量设备之后流过节能器，在所述节能器中对液态制冷剂再次进行计量，并且第二液态和汽态制冷剂混合物流入蒸发器底部。
在降膜式蒸发器系统中，通过蒸发器顶部供给液态制冷剂并且所述制冷剂落在管上，在管上蒸发。在降膜式系统的堆叠布置中，冷凝器安装在节能器的顶上，所述节能器安装在蒸发器的顶上。在这个系统中，通过部件的流受重力驱使。然而，如果冷凝器和蒸发器并排布置，由于蒸发器入口物理上高于在冷凝器或节能器下游的计量设备的出口，两相制冷剂混合物将必须穿过两相立管进入蒸发器。
常规地，当使用中压或高压制冷剂时，立管的垂直管被设定大小以使得，对于所有流动条件(升力和流速)，混合物的动量足够大以确保进入蒸发器的流速是恒定的。这种大小设定导致在大流速下非常大的摩擦压降。然而，这对于高压制冷剂不是问题，因为这些制冷剂中由升力引起的压差可以适应摩擦压降。但是，当在降膜式应用中使用低压制冷剂时，由升力引起的压差是典型中压制冷剂的压差的约25%，这严重限制了在仍然使用计量设备来维持对穿过系统的流的控制时所允许的摩擦压力。
简述
在一个实施方案中，采暖，通风和空调(HVAC)系统包括：冷凝器，所述冷凝器使制冷剂流流过其中并且流到输出管；以及降膜式蒸发器，所述降膜式蒸发器与所述冷凝器处于流体连通并且具有定位成垂直地高于所述输出管的蒸发器输入管。多个立管将输出管连接至蒸发器输入管。根据HVAC系统上的负载所需，制冷剂流流过多个立管中的选定立管。
在另一实施方案中，操作采暖，通风和空调(HVAC)系统的方法包括：促使制冷剂流从冷凝器进入输出管。制冷剂流被引导穿过多个立管中选定数量的立管，所述多个立管垂直向上地朝向蒸发器输入管，所述蒸发器输入管设置成垂直地高于输出管。促使制冷剂流穿过蒸发器输入管并且进入蒸发器。
这些和其他优点和特征将从以下结合附图进行的描述变得更加显而易见。
附图简述
在本说明书结尾处的权利要求书中具体指出并且明确要求保护的主题被认为是本发明。本发明的前述和其他特征以及优点从以下结合附图进行的详述显而易见，在附图中：
图1是采暖，通风和空调(HVAC)系统的实施方案的示意图；
图2是用于HVAC系统的蒸发器的实施方案的示意图；
图3是用于HVAC系统的立管配置的实施方案的示意图；以及
图4是用于HVAC系统的立管配置的另一实施方案的示意图。
详述以举例方式参考附图来说明本发明的实施方案以及优点和特征。
详述
图1中示出采暖，通风和空调(HVAC)单元的实施方案的示意图，所述HVAC单元例如是利用降膜式蒸发器12的冷却器10。汽态制冷剂流14被引导到压缩机16中，然后被引导到冷凝器18，所述冷凝器18向膨胀阀22输出液态制冷剂流20。膨胀阀22向蒸发器12输出汽态和液态制冷剂混合物24。热能交换发生在通过多个蒸发器管26流入和流出蒸发器12的传热介质流28与汽态和液态制冷剂混合物24之间。当汽态和液态制冷剂混合物24在蒸发器12中汽化时，汽态制冷剂14被引导到压缩机16。
现在参照图2，如上所述，蒸发器12是降膜式蒸发器。蒸发器12包括具有外表面32和内表面34的壳体30，所述外表面32和内表面34限定热交换区36。如图所示，壳体30包括矩形横截面，然而应理解，壳体30可采用多种形式，包括圆形和非圆形。壳体30包括被配置来接收制冷剂源(未示出)的制冷剂入口38。壳体30还包括被配置来连接至外部设备(诸如压缩机16)的蒸汽出口40。蒸发器12还被展示为包括布置在壳体30下部中的制冷剂池区42。制冷剂池区14包括使流体循环穿过制冷剂池46的池管束44。制冷剂池46包括具有上表面50的一定量的液态制冷剂48。循环穿过池管束44的流体与制冷剂池46交换热量，以便将所述量的制冷剂48从液态转换成汽态。在一些实施方案中，制冷剂可以是“低压制冷剂”，所述低压制冷剂被定义为具有在104℉(40℃)下低于约45磅/平方英寸(310.3kPa)的液相饱和压力的制冷剂。低压制冷剂的实例包括R245fa。
根据所展示的示例性实施方案，蒸发器12包括多个管束52，这些管束提供制冷剂与另一流体之间的热交换界面。每个管束52可包括对应的制冷剂分配器54。制冷剂分配器54分别向管束52上提供均匀的制冷剂分配。如下文将变得更明显的，制冷剂分配器54向对应的管束52传送制冷剂。
现在参照图3，冷却器10被布置成使得在膨胀阀22下游的输出管56物理上低于蒸发器输入管58。应理解，尽管图3示出单级系统，但是本公开的主题可容易应用于包括节能器的多级系统。在此类系统中，输出管56在位于节能器处或位于具有三个或更多级的系统中的中间级膨胀设备处的低级膨胀阀下游。一排立管60将输出管56连接至蒸发器输入管58，以便汽态和液态制冷剂混合物24流到蒸发器12并且经由分配器54(图2中示出)流到管束52上。图3的实施方案中示出三个立管60，但应理解，任意数量的两个或更多个立管60都被涵盖在本公开之内。没有解析的上限，但事实上，增加立管60的数量会增加装配的复杂度。
如图所示，立管60具有不同的横截面积，其中大立管60a具有最大的横截面积，小立管60c具有最小的横截面积，并且中等立管60b具有介于大立管60a的横截面积与小立管60c的横截面积之间的横截面积。在所示的实施方案中，大立管60a离膨胀阀22最近，并且小立管60c离膨胀阀22最远，但立管60的其他布置也被涵盖在本公开中。
立管60在冷凝器输出管底部62处连接至输出管56。这降低了必要的制冷剂充注量，特别是在部分动力操作期间，因为输出管56仍将向立管60传送制冷剂而无需完全充满输出管56。然而应理解，替代性布置也被涵盖在本公开的范围之内，诸如图4所示的布置，其中立管60连接至输出管顶部64。此类实施方案需要完全充满输出管56，但可减小用于立管60的管道的长度。因此，缩短了受到两相摩擦压降的管的长度。再次参照图3，立管60在蒸发器输入管顶部66处连接至蒸发器输入管58，以便在部分负载条件下，制冷剂不会从蒸发器输入管58回流，穿过立管60并且进入输出管56。
在满负载下，所有三个立管60a-60c用来使汽态和液态制冷剂混合物24流到蒸发器输入管58。当负载减小时，从大立管60a开始，停用立管60。立管60的这种停用自动发生，并且无需外部输入。由于在蒸发器12与冷凝器18之间有固定的压差，汽态和液态制冷剂混合物24自动选择要流过哪个立管60。由于这个固定的压差，所需压降也是固定的，并且汽态和液态制冷剂混合物24的流速将自动平衡以实现所述压差。
尽管仅结合有限数量的实施方案对本发明进行详细描述，但应容易理解，本发明不限于此类所公开的实施方案。相反，可对本发明进行修改，以并入以上未描述但与本发明精神和范围相称的任何数量的变化、改变、替代或等同布置。另外，尽管已描述了本发明的各种实施方案，但应理解，本发明的方面可仅包括所述实施方案中的一些。因此，不应认为本发明受限于前面的描述，而是仅受限于所附权利要求书的范围。

Claims (18)

1.一种采暖，通风和空调(HVAC)系统，其包括：
冷凝器，所述冷凝器使制冷剂流流过其中，到达输出管；
降膜式蒸发器，其与所述冷凝器处于流体连通并且具有设置成垂直地高于所述输出管的输入管；以及
多个立管，其将所述输出管连接至所述蒸发器输入管，根据所述HVAC系统上的负载所需，所述制冷剂流流过所述多个立管中的选定立管。
2.如权利要求1所述的HVAC系统，其中所述多个立管中的第一立管具有与所述多个立管中的第二立管不同的横截面积。
3.如权利要求2所述的HVAC系统，其中当系统负载减小时，穿过所述多个立管中具有最大横截面积的立管的制冷剂流被停止。
4.如权利要求1所述的HVAC系统，其中所述多个立管在所述输出管的底部处连接至所述输出管。
5.如权利要求1所述的HVAC系统，其中所述多个立管是三个立管，每个立管具有不同的横截面积。
6.如权利要求1所述的HVAC系统，其还包括设置在所述冷凝器与所述输出管之间的膨胀阀。
7.如权利要求1所述的HVAC系统，其中所述多个立管在所述蒸发器输入管的顶部处连接至所述蒸发器输入管。
8.如权利要求1所述的HVAC系统，其中所述蒸发器输入管延伸到所述蒸发器的顶部中。
9.如权利要求1所述的HVAC系统，其中所述制冷剂在全系统负载下流过所述多个立管中的所有立管。
10.如权利要求1所述的HVAC系统，其中所述制冷剂在部分系统负载条件下流过少于所有的所述立管。
11.如权利要求1所述的HVAC系统，其中所述制冷剂流是低压制冷剂。
12.一种操作采暖，通风和空调(HVAC)系统的方法，其包括：
促使制冷剂流从冷凝器进入输出管；
引导所述制冷剂流穿过多个立管中选定数量的立管，所述多个立管垂直向上地朝向蒸发器输入管，所述蒸发器输入管设置成垂直地高于所述输出管；以及
促使所述制冷剂流穿过所述蒸发器输入管并且进入蒸发器。
13.如权利要求12所述的方法，其还包括使所述制冷剂从所述输出管的底部垂直向下地流到所述多个立管中，继而朝向所述蒸发器输入管垂直向上地流过所述多个立管。
14.如权利要求12所述的方法，其还包括使所述制冷剂垂直向上地朝向所述蒸发汽输入管流动，继而垂直向下地流到所述蒸发器输入管的顶部中。
15.如权利要求12所述的方法，其中所述多个立管中的第一立管具有与所述多个立管中的第二立管不同的横截面积。
16.如权利要求15所述的方法，其还包括当系统负载减小时，停止穿过所述多个立管中具有最大横截面积的立管的制冷剂流。
17.如权利要求12所述的方法，其中所述多个立管是三个立管，每个立管具有不同的横截面积。
18.如权利要求12所述的方法，其中所述制冷剂在全系统负载下流过所述多个立管中的所有立管。
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