CN110312904A - 蒸发器和用于在蒸发器中蒸发物质的方法 - Google Patents

Abstract

一种用于将物质蒸发成其气态形式的蒸发器(1)，包括圆柱形外壳(2)和布置在其下部的圆柱形壳内的板组(4)，以及布置在板组上方的液滴分离器(9)。通过使用紧密布置在板组和外壳之间的导流器(10a,10b)和通过喷射管(13)布置来执行待蒸发物质的再循环，喷射管(13)布置包括布置在外壳内侧的收集管(11)。

Description

蒸发器和用于在蒸发器中蒸发物质的方法

技术领域

本发明涉及一种根据下面提出的独立权利要求的前序部分的蒸发器和在蒸发器中将物质蒸发成气态形式的方法。

背景技术

蒸发器是用于将液体形式的物质转变成气态形式的装置。

现有技术中已知的一种蒸发器包括用作蒸发器的板组和装配在同一外壳内的液滴分离器。板组布置在壳的下部，并且液滴分离器布置在板组的上方。液滴分离器的任务是确保制冷剂液滴不被运送到制冷机械的压缩机。待蒸发的物质和产生的蒸汽可在外壳内部的板组周围自由流动。

以前，也已知蒸发器液滴分离器系统，其中通过使板组的板成半圆形状来减少待蒸发物质的量。这种蒸发器例如在公开案US7472563中给出。备选地，如在公开案WO2012/107645中所述，通过在外壳内部，在外壳和板组之间布置填料单元，减少了待蒸发物质的量。两种构造都包括流动通道，使得待蒸发的物质和产生的蒸汽也可在板组和外壳之间流动。然而，流动条件可能难以管理，并且还可能影响板式热交换器的热交换性能和蒸发器的效率。当在操作条件下加热物质和待蒸发物质之间存在大的温差时，尤其是当与待蒸发物质的低蒸发温度组合时，溢流蒸发器的热交换效率也可能受到限制。

发明内容

本发明的一个目的是减少或甚至消除现有技术中出现的上述问题。

本发明的一个目的是提供一种蒸发器，其功能上有效、经济、尺寸小且功能上可靠。特别是，本发明的目的是提供一种具有改进的热交换性能的溢流式蒸发器。

本发明的另一个目的是提供一种蒸发器，其热交换效率在操作条件下的加热物质和待蒸发的物质之间的温差很大时也保持良好。

此外，本发明的一个目的是提供一种解决方案，其中待蒸发的制冷剂或其它物质的量尽可能小。

为了尤其实现上述目的，本发明的特征在于所附独立权利要求的特征部分中所呈现的内容。

将在其它权利要求中描述本发明的一些优选实施例。

根据本发明的用于将物质蒸发成其气态形式的典型蒸发器至少包括：

- 外壳，其包括基本水平的圆柱形壳和基本垂直的端板，

- 用于待蒸发物质的入口连接部，用于将待蒸发物质引导到外壳中，

- 用作蒸发器的板组，其布置在外壳的内侧，在其下部，

- 用于加热物质的入口连接部和出口连接部，用于引导加热物质进入板组和离开板组，

- 用于蒸发物质的出口连接部，用于将汽化物质从外壳上部引出外壳，

- 布置在外壳内侧，在圆柱形壳和板组之间的导流器或板，其中导流器或板布置成紧密地抵靠外壳和板组，

- 循环管布置，其布置成通过用于待蒸发物质的入口连接部将待蒸发物质从收集管引导回到外壳，

- 液滴分离器，其布置在外壳内侧，在板组上方，以及

- 至少一个收集管，其具有布置在外壳内的导流器上方的开口，

并且其中收集管连接到循环管布置并且布置成通过使用布置到循环管布置中的至少一个喷射管从外壳的内部抽吸待蒸发的物质。

在根据本发明的蒸发器中将物质蒸发成其气态形式的典型方法包括：

- 布置加热物质以在入口连接部和出口连接部之间流动，入口连接部和出口连接部用于板组内的加热物质，

- 将待蒸发物质从外壳底部引导到外壳中到达导流器或板之间的空间，

- 将蒸发物质从外壳上部引出外壳，以及

- 通过使用在待蒸发物质的液面下方的布置在外壳中的至少一个收集管和布置到循环管布置中的至少一个喷射管，从外壳内部抽吸待蒸发物质的部分，并将待蒸发的物质循环回到外壳的底部。

根据本发明的蒸发器可用作例如制冷机械的溢流蒸发器和与其相关的液滴分离器。

已经发现，通过在蒸发器中布置待蒸发物质的再循环，可显著地改善蒸发器的热交换性能。至少部分待蒸发物质的有效再循环是通过使用喷射管布置和通过在板组两侧布置导流器或板来实现的。通过蒸发器蒸发的物质的流动通过循环而增加，并且通过导流器或板消除待在板组和壳之间的待蒸发物质的旁通流，即待蒸发的物质流强制通过板组。因此，根据本发明的蒸发器具有改善的热交换性能。这特别有益于在加热物质和待蒸发物质之间具有较大温差的蒸发器中，特别是当与待蒸发物质的低蒸发温度相结合时。因此，温度的大的差异可能不会限制蒸发器的效率，因为在本发明的蒸发器中通过板组的流速增加。另外，通过导流器或板的待蒸发物质的强制流动改善了通过板组的流动，这进一步提高了蒸发器的效率。在系统中待蒸发的制冷剂或其它物质的量也可很小，因为紧密地布置在板组和外壳之间的导流器或板减小了填充体积。根据本发明的蒸发器可以增加的容量操作，其中蒸发器的尺寸不增加，即它不需要比其它已知类型的蒸发器更大的尺寸。

所提出的构造简单并且适用于完全焊接的热交换器。

待蒸发物质的再循环通过使用喷射管布置进行。喷射管布置到循环管布置中，即喷射管和收集管在彼此内；喷射管形成内管，并且收集管形成外管。通常，喷射管朝向端部渐缩，制冷剂或待蒸发的其它物质通过该端部供给到循环管中，但喷射管的成形不限于任何特定结构。通常，喷射管至少部分地布置到循环管布置内。喷射管的功能基于压力的下降，并因此待蒸发的物质可通过至少一个收集管从外壳的内部吸出。收集管用作喷射管布置的吸入管。这是一种简单且易行的方法来布置待蒸发物质的再循环。喷射管布置包括布置至循环管布置的至少一个喷射管。在本发明的典型实施例中，一个喷射管布置到循环管布置，用于布置待蒸发物质的再循环，但是该布置可包括与循环管布置平行布置的两个或更多个喷射管，用于执行更有效的再循环。要使用的喷射管构造取决于所期望的热交换效率，并且当然还取决于蒸发器的尺寸。

根据本发明的蒸发器基于板壳(Plate＆Shell)型热交换器的结构。蒸发器包括外壳和布置在外壳内的板组。外壳包括基本水平的圆柱形壳和基本垂直的端板。本文中使用的用语外壳或圆柱壳的纵向方向通常表示水平方向。例如，如果外壳的圆柱形壳是直圆柱体，则其纵向方向与所讨论的圆柱体的中心轴线的方向相同。通过将圆形热交换板布置在彼此的顶部上来形成板组，该热交换板在其中的开口处和/或在板的周边处彼此紧密地焊接。因此，板对形成在板组中，其中板对的内部部分布置成与板组连接的入口连接部和出口连接部进行连接。用作蒸发器的板组主要是圆柱形，其中纵向方向是圆柱形壳的纵向方向。换句话说，由在彼此顶部布置的热交换板形成的板组布置在圆柱形壳内部，使得板组的纵向方向与圆柱形壳的纵向方向相同。

热交换器的板组侧的入口和出口连接部通常放置在热交换器和圆柱形壳中的壳侧的流动连接部的端部。在根据本发明的蒸发器中，入口连接部和出口连接部穿过外壳的端板布置，用于引导热交换介质进出板组。用于加热物质的入口连接部和出口连接部已经布置成连接到板组的内部部分，即连接到板组的板对的内部部分，由此板式热交换器的主回路形成在热交换介质的入口连接部和出口连接部之间，由此在板对内部具有主回路的板空间。在根据本发明的蒸发器中，用于待蒸发物质的入口连接部和出口连接部通常通过外壳的圆柱形壳布置，该连接部布置成与壳的内侧连接，即板组的外侧，由此板式热交换器的次级回路形成在待蒸发/蒸发物质的入口连接部和出口连接部之间，由此次级回路的板空间位于板组的相邻板对之间。换句话说，热交换器的主回路形成在热交换板中的开口和围绕板组的壳的连接部之间的次级回路之间，使得主侧流动介质在板组的每隔一个板空间中流动，并且次级侧流动介质在板组的每隔一个板空间中流动。

在根据本发明的蒸发器中，用于待蒸发物质的入口连接部布置在圆柱形壳的底部上。通常，入口连接部布置在底部上，使得待蒸发的物质引导到导流器或板之间的空间。蒸发物质的出口连接部布置在圆柱形壳的上部上，在液滴分离器上方。

通常在根据本发明的蒸发器中，外壳用作压力容器。

在本发明的一个实施例中，板组基本上是圆柱形，其中板组的外径为圆柱形壳的内径的约30-70％，优选约40-60％。在圆柱形壳的下部，板组通常相对于圆柱形壳是不对称的。通常，板组的长度与圆柱形壳的长度基本相同。

液滴分离器布置在板组上方。通常，液滴分离器在外壳上部布置在外壳内侧，在用于蒸发物质的出口连接部下方。这种结构提供了蒸发器的紧凑结构。液滴分离器的结构不受限制，但可基于操作条件和其要求进行选择。在本发明的一个实施例中，蒸发器包括除雾器液滴分离器。除雾器可填充有例如钢丝绒或产生尽可能低的流动阻力的对应材料。在本发明的一个实施例中，除雾器由一个或若干可透过蒸气的除雾器部分和蒸汽不可透过的部分组成。在本发明的一个实施例中，除雾器液滴分离器包括两个叠置的多孔板或类似物，其间的空间填充有高透气性的钢丝绒或对应的材料。

在本发明的一个实施例中，重力液滴分离器沿圆柱形壳的纵向方向大致水平地安装，但是在圆柱形壳的横向方向上朝向外壳对角向下。

在根据本发明的蒸发器中使用的构件可为标准部分或普遍使用的其它部分，因此根据本发明的设备的制造成本也可保持较低。

根据本发明的蒸发器包括在板组的两侧紧密地布置的在板组和圆柱形壳的内表面之间的导流器或板。导流器或板包括在外壳的横向方向上的第一端和第二端，导流器的第一端紧密地附接到板组，并且导流器的第二端紧密地附接到圆柱形壳。导流器或板的长度与水平壳的长度相同，即导流器从外壳的第一端板延伸到外壳的第二端板。因此，在板组和导流器或板之间以及导流器或板与外壳之间没有待蒸发物质的旁路流动。待蒸发的物质流在导流器或板之间引导到板组中而没有任何旁路流动，且因此通过板组的强制流动也提高了蒸发器的效率。

导流器或板的结构可变化。在一些实施例中，仅在外壳的内表面和板组之间紧密地布置板，用于阻挡板组和外壳之间的旁路流动。根据本发明的实施例，导流器的结构可为具有密封件的普通板状结构。在本发明的一个实施例中，导流器可为填料单元，其紧密地布置在板组和外壳之间。填料单元可由塑料制成，如HDPE、LDPE、发泡聚苯乙烯或相应的材料，或它可由金属制成，例如钢，如碳钢或不锈钢。在本发明的一个实施例中，填料单元可由附接在一起的若干板制成。填料单元的目的是阻挡板组和外壳之间的旁路流动，并且还减少蒸发器的液体体积。

待蒸发的物质的液位可取决于例如操作条件在圆柱形壳内变化。待蒸发的物质(如制冷剂或其它待蒸发的液体)的液位有利地调整到大约圆柱形壳直径的高度，由此待蒸发物质的表面积尽可能大，并且每表面积产生的蒸汽尽可能小。因此，蒸汽的上升速度也尽可能小，由此产生的与蒸汽一起行进的液滴更容易回落。因此，液滴分离更有效。在操作中，待蒸发物质的液面基本上位于圆柱形外壳的截面的中心线上，板组的上部高于液面。由于根据本发明的实施例，液面基本上位于外壳的截面的中心线上，所以导流器或板布置在板组的下部和外壳之间，该下部通常位于板组横向方向的中心线下方。

根据本发明的一个实施例，具有开口的至少一个收集管布置在外壳内侧的导流器或板的上方。收集管布置在待蒸发物质的液面下方。在本发明的一个优选实施例中，蒸发器包括两个收集管；一个收集管布置在板组的两侧，因此待蒸发物质的再循环将更有效。根据本发明的一个实施例，两个以上的收集管以期望的方式布置在外壳内，收集管的数量可取决于应用自由选择。收集管的长度可变化，但是通常收集管在水平圆柱形壳的纵向方向上从第一端板朝向第二端板延伸，优选地接近第二端板。根据本发明的优选实施例，收集管具有与水平圆柱形壳的长度基本相同的长度，并且收集管基本水平地布置在外壳中。因此，待蒸发物质的再循环对于改善蒸发器的热交换性能是有效且有利的。

收集管包括开口，待蒸发的物质通过该开口从外壳的内部抽吸。通常，收集管包括基本上在收集管的整个长度上的开口。收集管可包括至少一排开口，或开口可布置在收集管周围。开口的形状和尺寸可取决于最佳循环速率而变化，例如开口可为圆形或椭圆形。通常，开口直径可为例如1-3mm，优选1.5-2.5mm。

待蒸发物质的再循环通过使用至少一个喷射管进行，喷射管布置到循环管布置中。连接管连接到循环管布置，并且循环管布置进一步连接到用于待蒸发物质的入口。布置在板组的不同侧中的收集管通常在循环管连接之前彼此连接。

待蒸发物质的入口流被引导通过喷射管进入循环管布置，并通过用于待蒸发物质的入口连接部进入蒸发器的外壳中。

蒸发器布置还可包括用于调整待蒸发物质的流速(如阀或节流阀)的装置。流速可自动调整，或可手动调整。

具有喷射管布置的根据本发明的蒸发器布置的操作原理如下：

- 将待蒸发的物质从外壳的底部引入外壳中，到达导流器之间的空间，在那里流动被迫进入板组并通过板组，

- 蒸发的物质从外壳上部引出外壳，并且

- 通过使用在待蒸发物质的液面下方的布置在外壳中的至少一个收集管，并且通过布置在蒸发器外侧的循环管布置中的喷射管，从外壳内侧抽吸待蒸发的物质的部分，并且待蒸发的物质循环回到外壳的底部。待蒸发物质的入口流被引导通过喷射管进入循环管布置。

附图说明

将参照附图更详细地描述本发明，在附图中：

图1示出了根据本发明的实施例的具有再循环布置的蒸发器的纵截面，以及

图2示出了根据本发明的蒸发器的截面。

具体实施方式

在附图中使用相同的参考标记表示彼此对应的部分。

图1示出了根据本发明的实施例的具有再循环布置的蒸发器1的纵截面。

蒸发器1包括外壳，外壳由基本水平的圆柱形壳2和基本垂直的端部3a,3b形成。板组4布置在圆柱形壳内。板组4通常布置在圆柱形壳的下部，并且液滴分离器9布置在板组的上方，位于圆柱形壳的上部。板组4由彼此叠置在顶部上的圆形热交换板形成，并且板组4布置在水平圆柱形壳2内，使得板组的纵向方向与圆柱形壳的纵向方向相同。板组4的外表面用作蒸发器的热交换表面。图2还示出了填料单元类型的导流器10a,10b，其布置在圆柱形壳2的外壳和板组4之间。导流器10a,10b设计成使得它们消除了板组和外壳之间的旁路流动，并且还尽可能地减少了蒸发器部分的液体体积。导流器的结构不限于图2中所示的形状，但是导流器也可为薄板状结构，其紧密地布置在板组4和外壳2的内表面之间。入口连接部7和出口连接部8布置成将加热物质引入板组4中和从板组4引出。

用于待蒸发物质的入口连接部5布置在圆柱形壳2的底部，并且用于蒸发物质的出口连接部6布置在液滴分离器9上方的圆柱形壳2的上部。

待蒸发的物质的液面14，如待蒸发的制冷剂或其它液体，有利地调整到圆柱形壳的直径的高度(如图2所示)，由此待蒸发的物质的表面积尽可能大，并且每表面积蒸汽的产生尽可能小。因此，蒸汽的上升速度也尽可能小，由此产生的与蒸汽一起行进的液滴更容易回落。因此，使得重力液滴分离更有效。

从外壳2的内部，即从热交换器的壳侧，通过使用至少一个收集管11将待蒸发物质的部分吸入循环管12布置中。至少一个收集管11布置在外壳内侧的导流器10a,10b上方。通常，蒸发器1包括两个收集管11a,11b；一个收集管布置在导流器10a,10b上方的板组4的两侧。收集管布置在待蒸发物质的液面14下方。收集管11,11a,11b包括开口，待蒸发的物质通过该开口从外壳的内部抽吸。通常，收集管11,11a,11b包括基本上在收集管的整个长度上的开口。如图所示，收集管11,11a,11b通常具有一定长度，该长度与水平圆柱形壳的长度基本相同，并且收集管基本水平地布置在外壳中。

收集管11,11a,11b布置成将待蒸发物质的部分引导至循环管布置12并且返回到用于待蒸发的物质的入口连接部5。通过将喷射管13至少部分地布置在循环管12内侧来执行抽吸，即，循环管和喷射管13布置在彼此内。收集管11,11a,11b用作喷射器系统的吸入管。待蒸发物质的入口流引导通过根据本发明的蒸发器系统的喷射管13。

通常，蒸发器1是制冷机械的部分，其中它用作溢流蒸发器和与其相关的液滴分离器。蒸发物质通过出口连接部6从蒸发器的上部向前引导至压缩机。这些图未示出从蒸发器到压缩机的连接管，以及从冷凝器到循环管的连接器管。来自冷凝器的制冷剂引导通过膨胀阀进入喷射管13。

Claims (9)

1.一种用于将物质蒸发成其气态形式的蒸发器(1)，其至少包括：

- 外壳，其包括基本水平的圆柱形壳(2)和基本垂直的第一端板(3a)和第二端板(3b)，

- 用于待蒸发物质的入口连接部(5)，所述入口连接部(5)用于将待蒸发物质引导到所述外壳中，

- 用作蒸发器的板组(4)，所述板组(4)布置在所述外壳的内侧，在所述外壳的下部，

- 用于加热物质的入口连接部(7)和出口连接部(8)，所述入口连接部(7)和出口连接部(8)用于将加热物质引入和引出所述板组(4)，

- 用于蒸发的物质的出口连接部(6)，所述出口连接部(6)用于将所述蒸发的物质从所述外壳的上部引出所述外壳，

- 导流器或板(10a,10b)，其布置在所述外壳内侧，在所述圆柱形壳(2)和所述板组(4)之间，并且所述导流器或板布置成紧密地抵靠所述外壳和所述板组，

- 循环管布置(12)，其布置成通过用于待蒸发物质的所述入口连接部(5)将待蒸发物质的部分从所述外壳的内侧引导回到所述外壳中，

其特征在于，所述蒸发器还包括：

- 液滴分离器(9)，其布置在所述外壳的内侧，在所述板组上方，以及

- 至少一个收集管(11,11a,11b)，其具有布置在所述外壳内侧的导流器或板(10a,10b)上方的开口，

其中所述收集管(11,11a,11b)连接到所述循环管布置(12)，并且布置成通过使用布置到所述循环管布置中的至少一个喷射管(13)从所述外壳的内部抽吸待蒸发物质。

2.根据权利要求1所述的蒸发器，其特征在于，所述蒸发器包括两个收集管(11a,11b)，一个收集管布置在所述板组的两侧上。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的蒸发器，其特征在于，所述收集管(11,11a,11b)在所述水平圆柱形壳的纵向方向上从所述第一端板(3a)朝向所述第二端板延伸，优选接近所述第二端板。

4.根据前述权利要求中任一项所述的蒸发器，其特征在于，所述收集管(11,11a,11b)包括基本上在所述收集管的整个长度上的开口。

5.根据前述权利要求中任一项所述的蒸发器，其特征在于，所述导流器或板(10a,10b)包括在所述外壳的横向方向上的第一端和第二端，所述导流器或板的第一端紧密地附接到所述板组(4)，并且所述导流器或板的第二端紧密地附接到所述圆柱形壳(2)。

6.根据前述权利要求中任一项所述的蒸发器，其特征在于，所述导流器或板(10a,10b)布置在所述板组的下部与所述圆柱形壳(2)之间，所述下部位于所述板组的横向方向的中心线下方。

7.根据前述权利要求中任一项所述的蒸发器，其特征在于，所述喷射管(13)至少部分地布置在所述循环管布置(12)内侧。

8.用于在根据前述权利要求1至权利要求7中任一项所述的蒸发器中将物质蒸发成其气态形式的方法，其特征在于，所述方法包括：

- 布置加热物质，以在入口连接部(7)和出口连接部(8)之间流动，所述入口连接部(7)和出口连接部(8)用于所述板组内的加热物质，

- 将待蒸发的物质从所述外壳底部引导到所述外壳中，到达所述导流器或板(10a,10b)之间的空间，

- 将所述蒸发的物质从所述外壳的上部引出所述外壳，以及

- 通过使用布置在所述外壳中的在所述待蒸发物质的液面下方的至少一个收集管(11,11a,11b)和布置到循环管布置(12)中的至少一个喷射管，从所述外壳的内部抽吸所述待蒸发物质的部分，并使所述待蒸发物质循环回到所述外壳的底部中。

9.作为制冷设备的溢流式蒸发器(3)的根据前述权利要求1至权利要求7中任一项所述的蒸发器(1)及与其相关的液滴分离器的使用。