CN110530066A - 低压制冷剂满液式蒸发器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种低压制冷剂满液式蒸发器，其包括：壳体、丝网挡液板、换热管束、管束支撑板、分配器；壳体中空设置，丝网挡液板、换热管束、分配器收容于壳体中，换热管束由管束支撑板所固定，丝网挡液板分布于换热管束的上部，分配器分布于换热管束的下部，并靠近换热管束设置，分配器沿壳体的长度方向，自其一端延伸至另一端，分配器与壳体的内侧壁结合固定，且分配器的四周边缘连续地或者间隔地开设有制冷剂流出的开口。本发明的低压制冷剂满液式蒸发器可以实现制冷剂在管束长度方向的均匀分配。与现有的中压制冷剂（如R134a）满液式蒸发器相比，本发明的低压制冷剂满液式蒸发器的制冷剂充注量可降低20‑30%。
Description
技术领域
本发明涉及制冷空调领域，尤其涉及一种低压制冷剂满液式蒸发器。
背景技术
满液式蒸发器包括一个壳体、换热管束、管束支撑板、壳体底部的制冷剂分配器、进口管和顶部的出汽口、以及两个管板。满液式蒸发器一般在管束上部还设置有丝网挡液板。气液两相制冷剂从壳体底部的进口管进入壳体，经分配器分配进入壳侧后从下向上流过管束，吸热沸腾，夹带液滴的蒸汽穿过丝网，液滴被丝网阻挡，滴落管束，蒸汽从壳体顶部的出口流出蒸发器。水在换热管束的管侧流动，将热量传给壳侧的制冷剂后水温下降，得到空调需要的冷水。制冷剂的沸腾温度低于冷水的温度。
其中，现有的满液式蒸发器分配器一般是一个放置在蒸发器底部的长方形、圆形、三角形截面的钢管，在管子底部或者顶部沿长度方向开有一系列开口，进入蒸发器的气液两相制冷剂从开口喷出，实现制冷剂在蒸发器长度方向的分配。
然而，现有的满液式分配器比较适合中压制冷剂(如R134a等)，不适用于低压制冷剂(如R123，R1233zd等)。因为对于低压制冷剂而言，由于气相密度远低于液相密度，如果使分配器管内出现环状流型，管内流动压降相对于分配器出口压降就会大大增加，而减小分配器出口面积增大出口压降又受出口的音速限制，使得分配管内压降远大于出口压降，使得分配器各个出口流动不均匀。
因此，针对上述问题，有必要提出进一步的解决方案。
发明内容
本发明的目的在于提供一种低压制冷剂满液式蒸发器，以克服现有技术中存在的不足。
为实现上述发明目的，本发明提供一种低压制冷剂满液式蒸发器，其包括：壳体、丝网挡液板、换热管束、管束支撑板、分配器；
所述壳体中空设置，所述丝网挡液板、换热管束、分配器收容于所述壳体中，所述换热管束由所述管束支撑板所固定，所述丝网挡液板分布于所述换热管束的上部，所述分配器分布于所述换热管束的下部，并靠近所述换热管束设置，所述分配器沿所述壳体的长度方向，自其一端延伸至另一端，所述分配器与壳体的内侧壁结合固定，且所述分配器的四周边缘连续地或者间隔地开设有制冷剂流出的开口。
作为本发明的低压制冷剂满液式蒸发器的改进，所述分配器包括：两侧折弯的板体、连接于所述板体两端的端盖，所述开口开设于所述板体以及端盖上。
作为本发明的低压制冷剂满液式蒸发器的改进，所述开口为连续或者间隔设置的条形开口，间隔设置的开口之间的部分形成分配器与壳体连接的连接部，所述开口的位置在所述板体以及端盖的底部。
作为本发明的低压制冷剂满液式蒸发器的改进，所述开口为锯齿形开口，形成该锯齿形开口的多个开孔中的任一开孔的形状为多边形、半圆形、半椭圆形、异形中的一种或几种的组合。
作为本发明的低压制冷剂满液式蒸发器的改进，所述壳体与分配器结合固定的位置处为一平面，所述分配器与该平面之间形成平底的制冷剂流通空间。
作为本发明的低压制冷剂满液式蒸发器的改进，所述低压制冷剂满液式蒸发器还包括封板，所述封板分布于所述分配器的两侧，并靠近所述分配器两侧的开口设置，所述封板的长度与所述分配器的长度保持一致。
作为本发明的低压制冷剂满液式蒸发器的改进，所述壳体为一圆柱形壳体，所述壳体的蒸发器进口和蒸发器出口分布于所述壳体的底部和顶部。
作为本发明的低压制冷剂满液式蒸发器的改进，所述分配器的流通面积满足：使得从分配器底部进入分配器的气液两相混合物在分配器中轴向流动时呈分层流动，此时分配器中轴向流动的气相Froude数小于0.22，气相Froude数满足如下公式：
其中，mg为气相质量流量(kg/s)；ρg为气相密度(kg/m3)；ρl为液相密度(kg/m3)；dh为分配器轴向流道的当量直径(m)；g为重力加速度(m/s2)。
作为本发明的低压制冷剂满液式蒸发器的改进，所述换热管束为多根，多根换热管束沿所述壳体的长度方向布置，所述管束支撑板为多个，多个管束支撑板沿所述壳体的长度方向间隔设置，任一所述管束支撑板上开设有多个管孔。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的低压制冷剂满液式蒸发器可以实现制冷剂在管束长度方向的均匀分配。与现有的中压制冷剂(如R134a)低压制冷剂满液式蒸发器相比，本发明的低压制冷剂满液式蒸发器的制冷剂充注量可降低20-30％。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的低压制冷剂满液式蒸发器的立体示意图(管束、两个管板没有显示)；
图2为本发明的低压制冷剂满液式蒸发器中分配器一实施例的立体分解示意图；
图3为本发明的低压制冷剂满液式蒸发器中分配器另一实施例的局部立体示意图。
具体实施方式
下面结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本发明的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均属于本发明的保护范围之内。
如图1-3所示，本发明提供一种低压制冷剂满液式蒸发器，其包括：壳体1、丝网挡液板2、换热管束(未图示)、管束支撑板4、分配器5。
在示例性的实施例中，所述壳体1中空设置，所述壳体1具有蒸发器进口11和蒸发器出口12，该蒸发器进口11和蒸发器出口12与所述壳体1相连通。所述壳体1可以为一圆柱形壳体1，此时蒸发器进口11和蒸发器出口12分布于所述壳体1的底部和顶部。
在示例性的实施例中，所述换热管束收容于所述壳体1中，且所述换热管束由所述管束支撑板4所固定。具体地，所述换热管束为多根，多根换热管束沿所述壳体1的长度方向布置。相应的，所述管束支撑板4为多个，多个管束支撑板4沿所述壳体1的长度方向间隔设置。其中，任一所述管束支撑板4上开设有多个供所述换热管束穿过的管孔，各管孔可根据需求进行灵活设置。同时，当所述壳体1为一圆柱形壳体1时，所述管束支撑板4的边缘轮廓被设计为与其相适配的形状。
所述丝网挡液板2分布于所述换热管束的上部，所述分配器5分布于所述换热管束的底部，并靠近所述换热管束设置。
本发明专利的核心在于分配器5的设计。具体地，本发明通过设计分配器5的流通面积，使得分配管内出现气液两相分层流动，同时设计分配器5各个出口面积，使得分配器5各个出口的压降远大于分配器5管内压降，从而保证气液两相在分配器5各个出口有均匀的气、液相流量，实现分配器5沿换热器长度方向的均匀分配功能。
具体而言，所述分配器的流通面积满足：使得从分配器底部进入分配器的气液两相混合物在分配器中轴向流动时呈分层流动，此时分配器中轴向流动的气相Froude数小于0.22，气相Froude数满足如下公式：
其中，mg为气相质量流量(kg/s)；ρg为气相密度(kg/m3)；ρl为液相密度(kg/m3)；dh为分配器轴向流道的当量直径(m)；g为重力加速度(m/s2)。
同时，由于分配器的开口设计在最底部，分层流动迫使分配器内的液位高度低于的切口高度，即分配器内部几乎全部由制冷剂气体占据，分配器内的制冷剂的充注量可以明显降低。结合平底的分配器结构，避免了采用圆筒体由于圆筒曲率引起的底部制冷剂堆积，进一步降低了分配器制冷剂充注量。同时，考虑到对于低压制冷剂，制冷剂饱和温度对压力敏感。例如对于R123制冷剂在蒸发温度5℃时，1kPa的压升将使制冷剂温度增加0.57℃，对蒸发换热非常不利。因此，对于低压制冷剂，为减小制冷剂液位重量引起的重力压降影响，本发明将一小部分底部管束浸没在制冷剂液体中。利用低压制冷剂蒸汽密度低、体积流量大，沸腾时底部的液体制冷剂可以通过飞溅作用湿润上面的管束。气液两相制冷剂进入分配器5的干度一般为5-20％，本发明分配器5设计的一个目的是沿轴向均匀地分配气体，从而通过液体飞溅作用促进流动沸腾，保证湿润管子，避免出现干管，从而降低了管束区的制冷剂充注量。所述分配器还利用了蒸发器底部弦长较小的所有空间，使得所述管束的布管排数最小。
在示例性的实施例中，所述分配器5沿所述壳体1的长度方向，自其一端延伸至另一端，所述分配器5与壳体1的内侧壁结合固定，且所述分配器5的四周边缘连续地或者间隔地开设有制冷剂流出的开口53。
在示例性的实施例中，所述分配器5包括：两侧折弯的板体51、连接于所述板体51两端的端盖52，所述开口53开设于所述板体51以及端盖52上。
其中，所述分配器5大体为一个两侧折弯设计的折弯板，长度与蒸发器长度基本相同。折弯板两侧边的底部有开口53，当折弯板与壳体1焊接以后，侧边的开口53形成了制冷剂流出的出口。折弯板的两个端部需要用端盖密封，同样端盖的底部也有切口，其焊接后就形成了分配器5端部位置的制冷剂流出的出口。
同时通过对侧边和端部的开口53进行高度设计，确保制冷剂汽、液两相沿着分配器5长度均匀出流。具体地，对于低压制冷剂，如R123、R1233zd等，分配器5的内部通流面积需设计得足够大，使得分配器5内部气液两相轴向流动的动量足够小，两相轴向流动的流型为分层流。由于分配器5的开口53设计在最底部，分层流动迫使分配器5内的液位高度低于的开口53高度，即分配器5内部几乎全部由制冷剂气体占据，分配器5内的制冷剂的充注量可以明显降低。
在示例性的实施例中，所述开口53为连续或者间隔设置的条形开口53，间隔设置的开口53之间的部分形成分配器5与壳体1连接的连接部。
其中，本发明采用在折弯板和端盖底部切口的方式形成分配器5在长度方向和端面的开口53，其具有加工方便，所需的焊接工作量也很小，制造成本低的优点。在长度方向折弯板切口几乎延伸到整个长度，只是在折弯板的两端和中间有小段长度没有切口，用于与壳体1焊接。
在示例性的实施例中，所述开口53为锯齿形开口53，形成该锯齿形开口53的多个开孔中的任一开孔的形状为多边形、半圆形、半椭圆形、异形中的一种或几种的组合。
需要说明的是，本发明的分配器5在长度方向的开口53宽度可以是固定的，也可以是变化的。
在示例性的实施例中，所述壳体1与分配器5结合固定的位置处为一平面，所述分配器5与该平面之间形成平底的制冷剂流通空间。如此，避免了采用圆筒壳体1时，由于圆筒曲率引起的底部制冷剂堆积，进一步降低了分配器5制冷剂充注量。
此外，本发明通过将分配器5的宽度加宽，进而利用了蒸发器底部宽度较小的所有空间，这样布管区域的平均宽度大，管束的布管排数少，一方面，淹没在液位下面的管子少，受制冷剂液位重量影响的管子就少，另一方面，制冷剂气液两相横略管束的流动压降也小，减小了制冷剂重力和流动压降对低压制冷剂蒸发温度改变的影响，提高了蒸发换热性能。其中，所述分配器5的宽度为筒体直径的30-60％。优选为40％。
在示例性的实施例中，所述低压制冷剂满液式蒸发器还包括封板6，所述封板6分布于所述分配器5的两侧，并靠近所述分配器5两侧的开口53设置，所述封板6的长度与所述分配器5的长度保持一致。如此，封板6促进换热管束下面分配器5两侧区域内气液两相的混合，提高了气相空隙率，有利于降低制冷剂充注量。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (9)
1.一种低压制冷剂满液式蒸发器，其特征在于，所述低压制冷剂满液式蒸发器包括：壳体、丝网挡液板、换热管束、管束支撑板、分配器；
所述壳体中空设置，所述丝网挡液板、换热管束、分配器收容于所述壳体中，所述换热管束由所述管束支撑板所固定，所述丝网挡液板分布于所述换热管束的上部，所述分配器分布于所述换热管束的下部，并靠近所述换热管束设置，所述分配器沿所述壳体的长度方向，自其一端延伸至另一端，所述分配器与壳体的内侧壁结合固定，且所述分配器的四周边缘连续地或者间隔地开设有制冷剂流出的开口。
2.根据权利要求1所述的低压制冷剂满液式蒸发器，其特征在于，所述分配器包括：两侧折弯的板体、连接于所述板体两端的端盖，所述开口开设于所述板体以及端盖上。
3.根据权利要求1所述的低压制冷剂满液式蒸发器，其特征在于，所述开口为连续或者间隔设置的条形开口，间隔设置的开口之间的部分形成分配器与壳体连接的连接部，所述开口的位置在所述板体以及端盖的底部。
4.根据权利要求1所述的低压制冷剂满液式蒸发器，其特征在于，所述开口为锯齿形开口，形成该锯齿形开口的多个开孔中的任一开孔的形状为多边形、半圆形、半椭圆形、异形中的一种或几种的组合。
5.根据权利要求1所述的低压制冷剂满液式蒸发器，其特征在于，所述壳体与分配器结合固定的位置处为一平面，所述分配器与该平面之间形成平底的制冷剂流通空间。
6.根据权利要求1所述的低压制冷剂满液式蒸发器，其特征在于，所述低压制冷剂满液式蒸发器还包括封板，所述封板分布于所述分配器的两侧，并靠近所述分配器两侧的开口设置，所述封板的长度与所述分配器的长度保持一致。
7.根据权利要求1所述的低压制冷剂满液式蒸发器，其特征在于，所述壳体为一圆柱形壳体，所述壳体的蒸发器进口和蒸发器出口分布于所述壳体的底部和顶部。
8.根据权利要求1所述的低压制冷剂满液式蒸发器，其特征在于，所述分配器的流通面积满足：使得从分配器底部进入分配器的气液两相混合物在分配器中轴向流动时呈分层流动，此时分配器中轴向流动的气相Froude数小于0.22，气相Froude数满足如下公式：
其中，mg为气相质量流量(kg/s)；ρg为气相密度(kg/m3)；ρl为液相密度 (kg/m3)；dh为分配器轴向流道的当量直径(m)；g为重力加速度(m/s2)。
9.根据权利要求1所述的低压制冷剂满液式蒸发器，其特征在于，所述换热管束为多根，多根换热管束沿所述壳体的长度方向布置，所述管束支撑板为多个，多个管束支撑板沿所述壳体的长度方向间隔设置，任一所述管束支撑板上开设有多个管孔。
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