CN106288523A - 冷凝和降膜蒸发混合换热器 - Google Patents

冷凝和降膜蒸发混合换热器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种冷凝和降膜蒸发混合换热器，包括筒体，筒体上分别设置有连通压缩机排气口的冷凝器进气管和连通压缩机吸气口的蒸发器回气管。筒体内部对应于冷凝器进气管处设置有防冲板，筒体内设置有制冷剂分配器，制冷剂分配器的上方设置有多个冷凝管束，制冷剂分配器的下方设置有多个降膜蒸发管束。根据本发明的冷凝和降膜蒸发混合换热器，可与低压冷媒配合使用，从而解决低压冷媒的降膜蒸发器制冷剂分配问题。

Description

冷凝和降膜蒸发混合换热器
技术领域
本发明涉及制冷空调设备领域，尤其涉及一种冷凝和降膜蒸发混合换热器。
背景技术
一般地，传统的制冷空调机组包含压缩机、冷凝器、节流装置、蒸发器等四大部件。
冷凝器10通常采用图1所示的结构，其具有制冷剂入口11、制冷剂出口15，冷凝器10内部设置有防冲板12和冷凝管13，在冷凝器底部通常还设置有过冷器14。
降膜蒸发器20以其传热效率更高，制冷剂充注量更少等特点，已经在越来越多将制冷空调机组上得以应用。降膜蒸发器通常采用图2所示的结构。其包括蒸发器回气管21、进液管22、制冷剂分配器23以及蒸发管束24。图2中的制冷剂分配器23是降膜蒸发器20中的关键部件，为实现制冷剂均匀分配到蒸发管束24上，制冷剂分配器23的内外侧必须要有足够的压差。在采用中高压冷媒(如R134a等)的制冷机组中，制冷剂分配器23的内外侧压差通常需达到150～300kPa。
低压冷媒R1233zd(E)因其环保、高效等优点，已经受到制冷空调行业越来越多的关注，在典型的制冷工况(蒸发温度5℃，冷凝温度36.7℃)下，通过比较R1233zd(E)与R134a的蒸发压力和冷凝压力可以得知，R1233zd(E)的蒸发压力与冷凝压力之差只有R134a的23.1％。对R1233zd(E)等低压冷媒，传统的降膜蒸发器2中的制冷剂分配器23显然不能满足要求。
发明内容
在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。
为了解决上述问题，本发明公开了一种用于制冷空调机组的冷凝和降膜蒸发混合换热器，包括筒体，其特征在于，在所述筒体上分别设置有连通压缩机排气口的冷凝器进气管和连通压缩机吸气口的蒸发器回气管，所述筒体内设置有制冷剂分配器，所述制冷剂分配器的上方设置有多个冷凝管束，所述制冷剂分配器的下方设置有多个降膜蒸发管束。
可选地，包括防冲板，所述防冲板设置在所述筒体内部的与所述冷凝器进气管相对应的位置。
可选地，所述制冷剂分配器为多孔板，所述多孔板上设置有多个通孔。
可选地，所述多孔板上设置有沿所述冷凝管束方向延伸出所述多孔板的中空短管，所述中空短管均匀间隔设置。
可选地，所述中空短管具有至少两种不同高度，具有相同高度的所述中空短管均匀间隔设置。
可选地，所述通孔中设置浮子。
可选地，所述通孔构造为锥尖向下的锥形孔，所述浮子的下部构造为与所述通孔配合的锥体。
可选地，所述浮子包括浮子杆和设置在所述浮子杆顶端的浮子体，所述浮子杆的内部设置有空腔，所述浮子杆上设置有多个与所述浮子杆的空腔连通的槽形通孔。
可选地，所述多个浮子的顶部通过连接件连接。
可选地，所述多个浮子的浮子体通过连接件连接。
可选地，所述浮子与控制器连接，所述控制器控制所述浮子的升降。
可选地，还包括附加多孔板，所述附加多孔板设置在所述制冷剂分配器上方的筒体内，并上下分隔所述多个冷凝管束。
可选地，所述筒体垂直于所述多个冷凝管束延伸方向的截面形状为圆形或者矩形。
可选地，所述筒体的一侧设置有旁通管，所述旁通管连通所述冷凝管束的底部和所述降膜蒸发管束的底部。
可选地，所述旁通管上设置有调节阀。
根据本发明的冷凝和降膜蒸发混合换热器，其包括筒体，筒体上分别设置有连通压缩机排气口的冷凝器进气管和连通压缩机吸气口的蒸发器回气管。筒体内部对应于冷凝器进气管处设置有防冲板，筒体内设置有制冷剂分配器，制冷剂分配器的上方设置有多个冷凝管束，制冷剂分配器的下方设置有多个降膜蒸发管束。本发明的冷凝和降膜蒸发混合换热器可与低压冷媒配合使用，从而解决低压冷媒的降膜蒸发器制冷剂分配问题。
附图说明
本发明实施方式的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施方式及其描述，用来解释本发明的原理。在附图中，
图1为现有技术中的冷凝器的剖视图；
图2为现有技术中的降膜蒸发器的剖视图；
图3为按照本发明的一种实施方式的冷凝和降膜蒸发混合换热器的剖视图；
图4为按照本发明的第一实施方式的制冷剂分配器的立体视图；
图5为按照本发明的第二实施方式的制冷剂分配器的立体视图；
图6为按照本发明的第三实施方式的制冷剂分配器的剖视图；
图7为按照本发明的第四实施方式的制冷剂分配器的剖视图；
图8a为按照本发明的第五实施方式的制冷剂分配器的立体视图；
图8b为按照本发明的第五实施方式的制冷剂分配器的立体视图，其中示出了单个的浮子；
图9为按照本发明的另一种实施方式的冷凝和降膜蒸发混合换热器的剖视图；
图10为带附加多孔板的冷凝和降膜蒸发混合换热器的制冷循环图；
图11为按照本发明的再一种实施方式的冷凝和降膜蒸发混合换热器的剖视图；以及
图12为按照本发明的又一种实施方式的冷凝和降膜蒸发混合换热器的剖视图。
附图标记说明：
10、 冷凝器 11、 制冷剂入口
12、 防冲板 13、 冷凝管
14、 过冷器 15、 制冷剂出口
20、 降膜蒸发器 21、 蒸发器回气管
22、 进液管 23、 制冷剂分配器
24、 蒸发器 30、 冷凝和降膜蒸发混合换热器
31、 冷凝器进气管 32、 防冲板
33、 蒸发器回气管 34、 冷凝管束
35、 降膜蒸发管束 36、 制冷剂分配器
361、 多孔板 362、 通孔
363、 中空短管 3631、 第一中空短管
3632、 第二中空短管 364、 浮子
365、 平板 366、 浮子体
367、 浮子杆 368、 槽形贯通孔
37、 筒体 37’、 筒体
38、 附加多孔板 39、 旁通管
391、 调节阀
具体实施方式
在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本发明实施方式可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明实施方式发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
为了彻底了解本发明实施方式，将在下列的描述中提出详细的结构。显然，本发明实施方式的施行并不限定于本领域的技术人员所熟习的特殊细节。本发明的较佳实施方式详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。
如图3所示，其示出了本发明的冷凝和降膜蒸发混合换热器30的一种实施方式。参考图3，冷凝和降膜蒸发混合换热器30包括筒体37。
图示实施方式中的筒体37的截面为圆形，该筒体37上设置有凝器进气管31，和蒸发器回气管33。冷凝器进气管31用于与压缩机排气口(未示出)连通。蒸发器回气管33用于与压缩机吸气口(未示出)连通。
筒体37的内部对应于冷凝器进气管31处设置有防冲板32，用于减缓从冷凝器进气管31进入筒体37中的制冷剂气体对冷凝管束34的冲击。
筒体37的大致中部位置设置有制冷剂分配器36，制冷剂分配器36可如图所示大致水平地设置，其上方设置有多个冷凝管束34(冷凝换热管)，并形成冷凝器(区域)。制冷剂分配器36的下方设置有多个降膜蒸发管束35(蒸发换热管)，并形成蒸发器(区域)。
本发明的冷凝和降膜蒸发混合换热器30是这样进行工作的：当制冷空调机组工作时，制冷剂气体由压缩机排气口(未示出)经冷凝器进气管31进入冷凝和降膜蒸发混合换热器30的筒体37，经过冷凝管束34后，被冷凝为高压液体并均匀的滴落到制冷剂分配器36上。制冷剂分配器36可以产生制冷循环所需高低压差，高压制冷剂液体经由制冷剂分配器36，可变为低压两相流体，均匀的滴落到降膜蒸发管束35上进行蒸发，并变为低温低压制冷剂气体。最后，经蒸发器回气管33回到压缩机吸气口(未示出)。
因此，本发明的冷凝和降膜蒸发混合换热器利用了从冷凝管束上滴落的制冷剂液体均匀分布的特点，从而无需复杂的制冷剂分配器即可实现降膜蒸发器所需的制冷剂均匀分配。而且，制冷剂分配器同时起到了节流装置的作用。
参考图4，其示出了本发明的制冷剂分配器36的第一实施方式。具体地，图示实施方式中的制冷剂分配器36为多孔板361，多孔板361上设置有多个通孔362。为了使得分配均匀，通孔362均匀地设置在多孔板361上。本领域技术人员应当知道，多孔板361的上下压差可以满足制冷循环所需压差。
参考图5，在本发明的制冷剂分配器36的第二实施方式中，一部分的通孔362处设置有向上延伸出多孔板361的中空短管363，换句话说，多孔板361上朝向冷凝管束34的方向延伸出一定高度的中空短管363。中空短管363的内部可设置有轴向贯穿的贯通孔，从而使得中空短管363与通孔362连通，并且均匀间隔设置在多孔板361上。
可以理解的是，中空短管363也可以不设置在多孔板361已有的通孔362处，其可以独立于通孔362贯穿多孔板361设置。
进一步地，中空短管363可具有不同高度，具有不同高度的中空短管363均匀间隔设置。图5中示例性地示出了两种高度的中空短管363，其中，第一中空短管3631高度为H1，第二中空短管3632的高度为H2。第二中空短管3632的高度H2大于第一中空短管3631的高度H1。
这样，在机组工作过程中，制冷剂通过通孔362从冷凝器(制冷剂分配器36之上的部分)流到蒸发器(制冷剂分配器36之下的部分)中。如经由通孔362的流量不足，冷凝器(制冷剂分配器36之上的部分)中液位高度会升高。
当液位高度超过第一中空短管3631的高度H1时，一部分制冷剂会经过第一中空短管3631内部的贯通孔从冷凝器(制冷剂分配器36之上的部分)流向蒸发器(制冷剂分配器36之下的部分)中，从而增大了制冷剂流量。如流量还不足，则冷凝器(制冷剂分配器36之上的部分)中的液体高度会继续升高，
当液位高度超过第二中空短管3632的高度H2时，一部分制冷剂会经过第二中空短管3632内部的贯通孔从冷凝器(制冷剂分配器36之上的部分)流向蒸发器(制冷剂分配器36之下的部分)中，从而进一步增大了制冷剂流量。
相反的，如流量过大，冷凝器(制冷剂分配器36之上的部分)中的液位高度会降低，当液位高度低于第二中空短管3632的高度H2时，制冷剂不再经由第二中空短管3632流向蒸发器，从而降低制冷剂流量。第一中空短管3631的原理和作用与此类似。
参考图6，其示出了本发明的制冷剂分配器36的第三实施方式。在此实施方式中，通孔362中设置有浮子364，具体地，通孔362可构造为锥尖向下的锥形，而浮子364可构造为与通孔362对应的锥形。
制冷剂分配器36由多孔板361及浮子364组成，浮子可由密度小于制冷剂液体的材质制成，以在与制冷剂液体接触时，因其受到制冷剂液体的浮力可至少部分地从通孔362中上移。
图6实施方式中的多孔板362上的通孔为锥形。浮子364设置有一段椎体，与锥形的通孔362相匹配。工作时，当冷凝器中液位升高，制冷剂液体与浮子364的椎体部分接触，浮子364所受浮力大于其自身重力，由此浮子364向上移动。这样，制冷剂液体可经由多孔板361上的通孔362及浮子364的椎体之间的通孔隙流向蒸发器。
当冷凝器中液位高度升高时，浮子364受到的浮力增大，浮子364上升，从而可导致通孔隙变大，经过制冷剂分配器36的制冷剂流量增加。从而实现制冷剂流量调节。
当冷凝器中液位高度降低时，浮子364受到的浮力减小，浮子364下降，从而可导致通孔隙减小，经过制冷剂分配器36的制冷剂流量降低，从而实现制冷剂流量调节。
当然，为了使得制冷剂流量的均匀和可控制，参考图7，可使用连接件将多个浮子的顶部连接在一起。
具体地，在图7示出的本发明的制冷剂分配器36的第四实施方式中。制冷剂分配器36包括多孔板361及浮子364组成，多个浮子364由一块平板365(其作为连接件的一个示例)连接为一起，从而可使得连接在一起的多个浮子364可同时地上升或下降，从而使得多个浮子364与通孔362之间的通孔隙能够同步地扩大或缩小。
进一步地，还可以设置与连接件连接的控制器(未示出)，即，可通过诸如步进电机(其作为控制器的一个示例)控制多个连接在一起的浮子364上下移动，从而实现制冷剂流量控制。
参考图8a和图8b，其示出了本发明的制冷剂分配器36的第五实施方式。可选地，如图8b所示，浮子364包括浮子杆367和设置在浮子杆367顶端的浮子体366。浮子体366可径向延伸出浮子杆367。浮子杆367的内部可设置有空腔，并且浮子杆367的外周表面上设置有多个与浮子杆367的空腔连通的贯通孔，在本实施方式中，贯通孔为槽型贯通孔368，其在浮子杆367的外周表面上轴向延伸，并在浮子杆367的径向上与浮子杆367的空腔连通。当然，贯通孔也可以构造为其它形状，诸如圆形贯通孔或者矩形贯通孔等。制冷剂可经由浮子杆367上的槽型贯通孔368进入浮子杆367，进而流向蒸发器。
工作时，当冷凝器中液位高度升高，浮子杆367所受到的浮力增大浮力。浮子364向上移动，由此可导致槽型贯通孔368高于多孔板361的面积增加。从而经过该槽型贯通孔368的制冷剂流量增加。
当冷凝器中液位高度降低时，浮子杆367所受到的浮力减小。浮子364向下移动，由此可导致槽型贯通孔368高于多孔板361的面积减小。从而经过该槽型贯通孔368的制冷剂流量减小。从而实现制冷剂流量调节。
此外，如图8a所示，多个浮子364的浮子体366也可如上所述通过连接件连接为整体，而且也可通过诸如步进电机的控制器控制被连接在一起的浮子364的升降，从而调节流量。
现转到图9，其示出了本发明的冷凝和降膜蒸发混合换热器30的另一种实施方式。与图3所示处的实施方式相比，在多个冷凝管束34中增加了一块附加多孔板38，即附加多孔板38设置在制冷剂分配器36的上方并分隔多个冷凝管束34。附加多孔板38可与制冷剂分配器36大致平行地设置，其可起到一定的节流降压作用，以增加制冷量。
制冷循环的logP-h图如图10所示，其中，DP＝Pc-P1为附加多孔板产生的压降，DH＝h1’-h1为采用附加多孔板38后所增加的焓。由此图可看出，无附加多孔板38时，制冷循环效率为：COP1＝(h2-h1’)/(h3-h2)，采用附加多孔板38时，制冷循环效率为：COP2＝(h2-h1)/(h3-h2)。采用附加多孔板38后，制冷循环效率增加了DH/(h3-h2)。
此外，如图11所示，本发明的冷凝和降膜蒸发混合换热器30的筒体37的截面形状可为圆形或者矩形。由于采用的是低压冷媒，容器壳侧(筒体37的侧面)不承压，因此不仅可采用圆形的筒体，也可以采用图11所示出的矩形的筒体37’，这样，布管和制造均比较简单。
如图12所示，在另一种实施方式中，在冷凝器(制冷剂分配器36的上方部分)的底部和蒸发器(制冷剂分配器36的下方部分)底部之间设置一个旁通管39。即在筒体的一侧设置有旁通管39，其连通冷凝管束的底部和降膜蒸发管束的底部。
进一步地，旁通管39上设置有调节阀391，通过旁通管39上的调节阀391可调节进入蒸发器的制冷剂流量。在这种情况下，本领域技术人员应当知道，蒸发器底部换热管相当于满液换热，而顶部依然是降膜换热。
本发明已经通过上述实施方式进行了说明，但应当理解的是，上述实施方式只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施方式范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施方式，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。

Claims (15)

1.一种用于制冷空调机组的冷凝和降膜蒸发混合换热器，包括筒体，其特征在于，在所述筒体上分别设置有连通压缩机排气口的冷凝器进气管和连通压缩机吸气口的蒸发器回气管，所述筒体内设置有制冷剂分配器，所述制冷剂分配器的上方设置有多个冷凝管束，所述制冷剂分配器的下方设置有多个降膜蒸发管束。
2.根据权利要求1所述的用于制冷空调机组的冷凝和降膜蒸发混合换热器，其特征在于，包括防冲板，所述防冲板设置在所述筒体内部的与所述冷凝器进气管相对应的位置。
3.根据权利要求1所述的冷凝和降膜蒸发混合换热器，其特征在于，所述制冷剂分配器为多孔板，所述多孔板上设置有多个通孔。
4.根据权利要求3所述的冷凝和降膜蒸发混合换热器，其特征在于，所述多孔板上设置有沿所述冷凝管束方向延伸出所述多孔板的中空短管，所述中空短管均匀间隔设置。
5.根据权利要求4所述的冷凝和降膜蒸发混合换热器，其特征在于，所述中空短管具有至少两种高度，具有相同高度的所述中空短管均匀间隔设置。
6.根据权利要求3所述的冷凝和降膜蒸发混合换热器，其特征在于，所述通孔中设置浮子。
7.根据权利要求6所述的冷凝和降膜蒸发混合换热器，其特征在于，所述通孔构造为锥尖向下的锥形孔，所述浮子的下部构造为与所述通孔配合的锥体。
8.根据权利要求6所述的冷凝和降膜蒸发混合换热器，其特征在于，所述浮子包括浮子杆和设置在所述浮子杆顶端的浮子体，所述浮子杆的内部设置有空腔，所述浮子杆上设置有多个与所述浮子杆的空腔连通的槽形通孔。
9.根据权利要求7所述的冷凝和降膜蒸发混合换热器，其特征在于，所述多个浮子的顶部通过连接件连接。
10.根据权利要求8所述的冷凝和降膜蒸发混合换热器，其特征在于，所述多个浮子的浮子体通过连接件连接。
11.根据权利要求9或10所述的冷凝和降膜蒸发混合换热器，其特征在于，所述浮子与控制器连接，所述控制器控制所述浮子的升降。
12.根据权利要求1所述的冷凝和降膜蒸发混合换热器，其特征在于，还包括附加多孔板，所述附加多孔板设置在所述制冷剂分配器上方的筒体内，并上下分隔所述多个冷凝管束。
13.根据权利要求1所述的冷凝和降膜蒸发混合换热器，其特征在于，所述筒体垂直于所述多个冷凝管束延伸方向的截面形状为圆形或者矩形。
14.根据权利要求1所述的冷凝和降膜蒸发混合换热器，其特征在于，所述筒体的一侧设置有旁通管，所述旁通管连通所述冷凝管束的底部和所述降膜蒸发管束的底部。
15.根据权利要求14所述的冷凝和降膜蒸发混合换热器，其特征在于，所述旁通管上设置有调节阀。
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