CN111615610A - 蒸发器及制冷机 - Google Patents

Abstract

本发明的蒸发器(2)具备壳体(5)、制冷剂供给部(7)、第一传热管组(10)及第二传热管组(11)。第一传热管组(10)由多个第一传热管(12)组成，所述多个第一传热管(12)设置成在所述壳体(5)内的空间的下部浸渍于所述制冷剂，并且在内部流动有被冷却液。第二传热管组(11)由多个第二传热管(13)组成，所述多个第二传热管(13)设置于所述壳体(5)内的空间中比所述制冷剂供给部(7)更靠下方且比所述制冷剂的液面更靠上方的位置，并且在内部流动有被冷却液。

Description

蒸发器及制冷机

技术领域

本发明涉及一种蒸发器及制冷机。

本申请主张基于2018年1月26日在日本申请的专利申请2018-011798号的优先权，并将其内容援用于此。

背景技术

作为在制冷机中使用的蒸发器，有如专利文献1中记载的所有的传热管浸渍于制冷剂液的满液式蒸发器。该满液式蒸发器中，需要使所有的传热管浸渍，因此会导致蒸发器内部的制冷剂液的保持量变大。

另一方面，使制冷剂液相对于传热管从上方流下的专利文献2中记载的液膜式蒸发器中，无需用制冷剂液填满壳体(shell)内，因此能够削减制冷剂保持量，并且通过提高传热系数，能够削减传热面积(传热管长度或者传热管根数)。

以往技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2004-340546号公报

专利文献2：日本特表2003-517560号公报

发明内容

发明要解决的技术课题

然而，专利文献2中记载的液膜式蒸发器中，为了最大限度地发挥性能，需要向传热管供给蒸发量以上的制冷剂液。因此，在所供给的制冷剂液中产生未蒸发部分，需要通过泵等使该未蒸发部分的制冷剂液在传热管上部循环，因此导致部件件数增加，有时会导致蒸发器大型化、高成本化。

本发明的目的在于提供一种能够相对于满液式蒸发器抑制大型化、高成本化且减少制冷剂液的保持量、传热面积的蒸发器及制冷机。

用于解决技术课题的手段

根据本发明的第一方式，蒸发器具备：壳体，在内部储存制冷剂，并且具有向外部排出所蒸发的制冷剂的排出口；制冷剂供给部，从壳体内的空间的上部供给来自外部的制冷剂；第一传热管组，由多个第一传热管组成，所述多个第一传热管设置成在所述壳体内的空间的下部浸渍于所述制冷剂，并且在内部流动有被冷却液；及第二传热管组，设置于所述壳体内的空间中比所述制冷剂供给部更靠下方且比所述制冷剂的液面更靠上方的位置，并且在内部流动有被冷却液。

通过如此构成，能够将配置于上部的第二传热管组作为液膜式蒸发器，并将配置于下部的第一传热管组作为满液式蒸发器。因此，即使将基于第二传热管组的蒸发量以上的制冷剂供给至壳体内，也能够回收未蒸发部分的制冷剂作为满液式蒸发器的制冷剂。因此，无需利用泵等使未蒸发部分的制冷剂在上部循环。因此，能够抑制蒸发器的大型化、高成本化且减少制冷剂液的保持量、传热面积。

根据本发明的第二方式，关于第一方式所涉及的第二传热管组，可以在所述多个第二传热管中配置于上部的所述第二传热管的外表面具备多个针状的散热片。

通过如此构成，能够使形成于具备针状散热片的第二传热管的表面的液膜较薄。因此，能够减小热敏电阻且加大传热系数。而且，由于仅在第二传热管组中配置于上部的第二传热管设置有多个针状散热片，因此能够抑制第二传热管组中配置于下部的第二传热管的液膜变得过薄而传热管表面露出的情况。因此，能够抑制第二传热管组中的传热性能的下降。

根据本发明的第三方式，在第一或第二方式所涉及的蒸发器中，可以如下：在所述第一传热管组与所述第二传热管组之间具备由多个第三传热管组成的第三传热管组，所述第一传热管和第三传热管在其外表面侧具备沸腾传热面。

通过如此构成，在通常情况下，能够使第三传热管与第二传热管一同作为液膜式蒸发器的传热管发挥作用。此时，通过第三传热管的沸腾传热面，与不具有沸腾传热面的情况相比，更能够促进传热管表面上的沸腾。因此，能够提高作为液膜式蒸发器的性能。并且，假设即使第二传热管组中的未蒸发部分的制冷剂增加而壳体内的制冷剂的液面上升，从而第三传热管组被浸渍于制冷剂中，但通过第三传热管具有沸腾传热面，也可获得与第一传热管的热交换性能同等的热交换性能。即，与第三传热管不具有沸腾传热面的情况相比，更能够提高热交换性能。

根据本发明的第四方式，制冷机具备第一至第三方式所涉及的蒸发器。

通过如此构成，能够抑制热交换性能的下降且实现小型化。

发明效果

根据上述蒸发器及制冷机，能够抑制大型化且降低制冷剂液的保持量。

附图说明

图1是表示本发明的第一实施方式中的制冷机的概略结构的结构图。

图2是表示本发明的第一实施方式中的蒸发器的结构的剖视图。

图3是本发明的第一实施方式中的第一传热管的剖视图。

图4是本发明的第一实施方式中的第二传热管的剖视图。

图5是本发明的第二实施方式中的蒸发器的相当于图2的剖视图。

图6是本发明的第二实施方式中的第二传热管组中配置于上部的第二传热管的剖视图。

图7是本发明的第三实施方式中的蒸发器的相当于图2的剖视图。

具体实施方式

(第一实施方式)

接着，根据附图对本发明的第一实施方式中的蒸发器及制冷机进行说明。

图1是表示本发明的第一实施方式中的制冷机的概略结构的结构图。该第一实施方式中例示的制冷机是所谓的蒸气压缩式制冷机。

如图1所示，该第一实施方式中的制冷机100具有制冷工作循环，作为其基本结构，具备压缩机1、蒸发器2、膨胀阀3及冷凝器4。

该制冷机100的制冷工作循环中，通过压缩机1压缩的高压气体制冷剂与通过冷凝器4从外部供给的冷却水W等进行热交换而被冷凝。该被冷凝的液体制冷剂通过膨胀阀3减压之后流入蒸发器2。流入到蒸发器2的两相制冷剂在与被冷却流体C进行热交换而蒸发之后，返回压缩机1。另外，制冷机100的制冷工作循环并不限于在此说明的基本结构。

图2是表示本发明的第一实施方式中的蒸发器的结构的剖视图。图3是本发明的第一实施方式中的第一传热管的剖视图。

如图2所示，蒸发器2具备壳体5、传热管组6及制冷剂供给部7。

壳体5形成覆盖传热管组6及制冷剂供给部7的密闭的空间S。在该壳体5的内部的空间S能够储存制冷剂。该壳体5上分别形成有如下：排出口(未图示)，为了朝向压缩机1送入所蒸发的制冷剂而向外部排出所蒸发的制冷剂；开口部(未图示)，连通用于供给被冷却流体的配管和传热管(传热管组6)；及开口部(未图示)，用于连通用于供给液体制冷剂的配管和制冷剂供给部7。该第一实施方式中的壳体5的截面轮廓例如形成为圆形的管状。

传热管组6具备第一传热管组10及第二传热管组11。

第一传热管组10由多个第一传热管12组成。第一传热管组10设置于壳体5内的空间S的下部，多个第一传热管12分别沿管状的壳体5的长边方向(图2的纸面正背方向：换言之，壳体5的管状的轴向)延伸。在这些第一传热管12的内部流动有与制冷剂进行热交换的被冷却流体C。这些构成第一传热管组10的第一传热管12配置成浸渍于液体制冷剂L。换言之，这些第一传热管12配置于比积存在壳体5内的空间S的下部的液体制冷剂L的液面Ls更靠下方的位置。构成第一传热管组10的多个第一传热管12以实质上在液体制冷剂L内的整个区域成为等间隔的方式彼此隔开间隔而配置。关于该实施方式中的第一传热管组10，例示如下情况：第一传热管12沿上下方向排列三段，分别沿水平方向，在上段排列七根，在中段排列五根，在下段排列三根。另外，第一传热管12的排列的段数、列数、间距、配置(格子配置/交错配置)并不限于上述根数。

第一传热管12由传热性能优异的例如铜或包含铜的合金等形成。如图3所示，第一传热管12在其外表面侧具备沸腾传热面14。该沸腾传热面14能够由金属等形成。沸腾传热面14有助于在与第一传热管12的表面相接的液体制冷剂沸腾时促进产生气泡。另外，图3中作为沸腾传热面的一例示出了多孔层，但并不限于多孔层，能够适用各种沸腾传热面。

图4是本发明的第一实施方式中的第二传热管的剖视图。

如图2所示，第二传热管组11由多个第二传热管13组成。第二传热管组11设置于比壳体5内的空间S中的液体制冷剂L的液面Ls更靠上方的位置。如图2、图4所示，构成第二传热管组11的第二传热管13的截面轮廓形成为圆形的管状，在其内部流动有与制冷剂进行热交换的被冷却流体C。这些第二传热管13也与第一传热管12同样地沿壳体5的长边方向延伸。

第二传热管组11配置于比制冷剂供给部7更靠下方的位置。该实施方式中的第二传热管组11在图2所示的截面中配置于壳体5的中央附近。换言之，在与第二传热管13所延伸的方向交叉的水平方向上与壳体5分开而配置。该实施方式中例示的第二传热管组11中，分别沿水平方向排列的三根第二传热管13沿上下方向设置有三段。另外，第二传热管13的排列的段数、列数、间距、配置(格子配置/交错配置)并不限于上述根数。

制冷剂供给部7从壳体5内的空间S的上部供给经由膨胀阀3从外部供给的液体制冷剂L。在此，设置于第一传热管组10和第二传热管组11的传热管根数设为能够使从制冷剂供给部7供给的液体制冷剂L的全部蒸发的根数。而且，由于所供给的制冷剂液全部蒸发，液面Ls的位置维持在第一传热管组10的上方。

通过上述的第一传热管组10和第二传热管组11蒸发的制冷剂从设置于壳体5的上部的排出口(未图示)供给至压缩机1。

即，在上述的蒸发器2中，通过制冷剂供给部7供给的液体制冷剂L中，未通过第二传热管组11蒸发而通过的液体制冷剂L由于其自重而积存在壳体5的下部，并不会再次返回壳体5的上部，而是通过第一传热管组10蒸发。并且，与第一传热管组10接触而蒸发的制冷剂也从上述的设置于壳体5的上部的排出口排出。

因此，根据上述第一实施方式，能够将配置于空间S的下部的第一传热管组10设为满液式蒸发器，并将配置于上部的第二传热管组11设为液膜式蒸发器。因此，即使将基于第二传热管组11的蒸发量以上的液体制冷剂L供给至壳体5内，也能够使未蒸发部分的液体制冷剂L作为满液式蒸发器的制冷剂蒸发来回收。因此，无需利用泵等使未蒸发部分的液体制冷剂L在上部的制冷剂供给部7循环。

其结果，能够抑制蒸发器2的大型化、高成本化且减少液体制冷剂L的保持量、传热面积。

(第二实施方式)

接着，根据附图对本发明的第二实施方式中的蒸发器及制冷机进行说明。另外，该第二实施方式与上述第一实施方式的不同点仅在于第二传热管组的结构，因此对与第一实施方式相同的部分标注相同符号来进行说明。

图5是本发明的第二实施方式中的蒸发器的相当于图2的剖视图。图6是本发明的第二实施方式中的第二传热管组中配置于上部的第二传热管的剖视图。

该第二实施方式中的制冷机200与上述第一实施方式同样地具备压缩机1、冷凝器4、膨胀阀3及蒸发器202。另外，对于该第二实施方式的制冷机200的整体结构的详细说明与第一实施方式重复，因此省略详细说明。

如图5所示，蒸发器202分别具备壳体5、传热管组206及制冷剂供给部7。

壳体5与第一实施方式的壳体5同样地形成覆盖传热管组206和制冷剂供给部7的密闭的空间S。在该壳体5的内部的空间S能够储存制冷剂。壳体5上分别形成有如下：排出口(未图示)，为了朝向压缩机1送入所蒸发的制冷剂而向外部排出所蒸发的制冷剂；开口部(未图示)，连通用于供给被冷却流体的配管和传热管(传热管组206)；及开口部(未图示)，用于连通用于供给液体制冷剂L的配管和制冷剂供给部7。

传热管组206具备第一传热管组10及第二传热管组211。

第一传热管组10的结构与第一实施方式的第一传热管组10相同，由多个第一传热管12组成。这些第一传热管12设置于壳体5内的空间S的下部，分别平行地沿水平方向延伸。在第一传热管12的内部流动有与液体制冷剂L进行热交换的被冷却液。这些构成第一传热管组10的第一传热管12设置成浸渍于液体制冷剂L。这些构成传热管组206的第一传热管12以实质上在液体制冷剂L内的整个区域成为等间隔的方式彼此隔开间隔而配置。该第二实施方式中例示的第一传热管组10也与第一实施方式同样地，第一传热管12沿上下方向排列三段，分别沿水平方向，在上段排列七根，在中段排列五根，在下段排列三根。另外，第一传热管12的排列的段数、列数、间距、配置(格子配置/交错配置)并不限于上述根数。

第一传热管12由传热性能优异的例如铜或包含铜的合金等形成。并且，第一传热管12与第一实施方式同样地在其外表面侧具备沸腾传热面14(参考图3)。

第二传热管组211由多个第二传热管213组成。这些多个第二传热管213由与第一传热管12相同的金属形成。这些多个第二传热管213具备带散热片的第二传热管(以下，简称为“带散热片的传热管213A”)及无散热片的第二传热管(以下，简称为“无散热片的传热管213B”)。带散热片的传热管213A仅配置于第二传热管组211的上部，无散热片的传热管213B配置于比带散热片的传热管213A更靠下方的位置。该第二实施方式中的第二传热管组211中，分别沿水平方向隔开间隔而排列的三根第二传热管213沿上下方向设置有三段。而且，该第二实施方式中的第二传热管组211中，多个第二传热管213中配置于最上段U的三根第二传热管213设为带散热片的传热管213A。带散热片的传热管213A配置于制冷剂供给部7的正下方，使通过制冷剂供给部7供给的液体制冷剂L最容易接触。另外，第二传热管213的排列的段数、列数、间距、配置(格子配置/交错配置)并不限于上述根数。

如图6所示，带散热片的传热管213A具备传热管主体213Aa及多个针状散热片213Ab。传热管主体213Aa与第一实施方式的第二传热管13同样地，截面轮廓形成为圆形的管状。针状散热片213Ab形成为从传热管主体213Aa的外周面朝向以传热管主体213Aa的轴线O为中心的径向外侧延伸的针状。针状散热片213Ab沿传热管主体213Aa的周向及长边方向稍微隔开间隔而形成有多个。即，针状散热片213Ab形成于传热管主体213Aa的外表面的整个区域。

无散热片的传热管213B的结构与第一实施方式中说明的第二传热管13相同。即，形成为截面轮廓为圆形的管状，且并未形成有针状散热片213Ab。另外，无散热片的传热管213B可以利用由与带散热片的传热管213A相同的金属形成的传热管，也可以利用由不同的金属形成的传热管。

因此，根据上述第二实施方式，尤其通过带散热片的传热管213A具备针状散热片213Ab，能够使形成于带散热片的传热管213A的表面的液膜较薄。因此，能够减小热敏电阻且加大传热系数。而且，仅将配置于第二传热管组211的上部的第二传热管213设为带散热片的传热管213A，并在带散热片的传热管213A的下方配置有无散热片的传热管213B，因此能够抑制第二传热管组211中配置于下部的第二传热管213(无散热片的传热管213B)的液膜变得过薄而传热管表面露出的情况。因此，能够抑制第二传热管组211中的传热性能下降的现象。

(第三实施方式)

接着，根据附图对本发明的第三实施方式中的蒸发器及制冷机进行说明。另外，该第三实施方式的不同点在于除了上述第一实施方式的第一传热管组10及第二传热管组11以外还具备第三传热管组316。因此，对与第一实施方式相同的部分标注相同符号来进行说明。并且，省略对于第三实施方式中的制冷机300的整体结构的详细说明。

图7是本发明的第三实施方式中的蒸发器的相当于图2的剖视图。

如图7所示，蒸发器302分别具备壳体5、传热管组306及制冷剂供给部7。

壳体5与第一实施方式的壳体5同样地形成覆盖传热管组306和制冷剂供给部7的密闭的空间。在该壳体5的内部的空间S能够储存制冷剂。壳体5上分别形成有如下：排出口(未图示)，为了朝向压缩机1送入所蒸发的制冷剂而向外部排出所蒸发的制冷剂；开口部(未图示)，连通传热管(传热管组306)和用于供给被冷却流体的配管；及开口部(未图示)，用于连通制冷剂供给部7和用于供给液体制冷剂的配管。

传热管组306具备第一传热管组10、第二传热管组311及第三传热管组316。

第一传热管组10的结构与第一实施方式的第一传热管组10相同，由多个第一传热管12组成。这些第一传热管12设置于壳体5内的空间S的下部，分别沿形成为管状的壳体5的长边方向(图7的纸面正背方向)延伸。在第一传热管12的内部流动有与液体制冷剂L进行热交换的被冷却液。这些构成第一传热管组10的第一传热管12设置成浸渍于液体制冷剂L。这些第一传热管12以实质上在液体制冷剂L内的整个区域成为等间隔的方式彼此隔开间隔而配置。该第三实施方式中例示的第一传热管组10也与第一实施方式同样地，沿上下方向配置有三段第一传热管12，在各段，从上依次分别配置有七根、五根、三根第一传热管12。另外，第一传热管12的排列的段数、列数、间距、配置(格子配置/交错配置)并不限于上述根数。

第一传热管12由传热性能优异的例如铜或包含铜的合金等形成。并且，第一传热管12与第一实施方式同样地在其外表面侧具备沸腾传热面14(参考图3)。

第二传热管组311由多个第二传热管313组成。这些多个第二传热管313能够由与第一传热管12相同的金属形成。该第二实施方式中的第二传热管组311中，分别沿水平方向排列的三根第二传热管313沿上下方向设置有两段。另外，该第三实施方式中的第二传热管组311与第二实施方式同样地，可以设为在多段中的上段(或最上段)配置带散热片的传热管213A(参考图6)。另外，第二传热管313的排列的段数、列数、间距、配置(格子配置/交错配置)并不限于上述根数。

第三传热管组316配置于第一传热管组10与第二传热管组311之间。该第三传热管组316由多个第三传热管317构成。该第三实施方式中例示的第三传热管组316由沿水平方向隔开间隔而排列的三根第三传热管317构成。即，第三传热管组316具有一段第三传热管317。这些第三传热管317分别配置于上述第二传热管组311的最下段的第二传热管313的铅垂下方。换言之，第三实施方式中例示的第三传热管317在图7所示的截面中配置于壳体5的中央附近，在与第三传热管317所延伸的方向交叉的水平方向上是与壳体5分开的。并且，构成第三传热管组316的第三传热管317与第一传热管12同样地在其外表面侧具备沸腾传热面(参考图3)。

该第三传热管组316在通常情况下与第二传热管组311同样地配置于比积存在壳体5的下部的液体制冷剂L的液面Ls更靠上方的位置，作为液膜式蒸发器发挥作用。另一方面，第二传热管组31l中的未蒸发部分的液体制冷剂L增加而液体制冷剂L的液面Ls上升时，第三传热管组316浸渍于液体制冷剂L，并且第二传热管组311的第二传热管313并不浸渍于液体制冷剂L。另外，第三传热管组316所具备的第三传热管317的段数并不限于一段，也可以设置多段。并且，第三传热管组316所具备的第三传热管317的段数可以根据液体制冷剂L的液面Ls的变动宽度来设定。

因此，根据上述第三实施方式，在通常情况下，能够使第三传热管317与第二传热管313一同作为液膜式蒸发器的传热管发挥作用。此时，通过第三传热管317的沸腾传热面14，与不具有沸腾传热面14的情况相比，更能够提高传热管表面的传热系数。因此，能够提高作为液膜式蒸发器的性能。

并且，假设即使第二传热管组311中的未蒸发部分的液体制冷剂L增加而壳体5内的液体制冷剂L的液面Ls上升，但具有沸腾传热面14的第三传热管组316浸渍于液体制冷剂L，通过浸渍于液体制冷剂L的第三传热管317，也可以获得与第一传热管12的热交换性能同等的热交换性能。即，与第三传热管317不具有沸腾传热面14的情况相比，更能够提高热交换性能。

本发明并不限定于上述各实施方式，包含在不脱离本发明宗旨的范围内对上述各实施方式加以各种变更的方式。即，实施方式中举出的具体形状和结构等仅仅是一例，能够适当变更，只要是具有蒸发器2的制冷机，则制冷工作循环及其构成设备的类型不限。

并且，蒸发器2、202、302并不限于上述形状。例如，壳体5和传热管的截面轮廓并不限于圆形。

在第一实施方式中，对第一传热管12具有沸腾传热面14的情况进行了说明。但是，第一传热管12可以与第二传热管13同样地利用不具有沸腾传热面14的所谓的裸管。

另一方面，在第一实施方式中，对第二传热管13不具有沸腾传热面14的情况进行了说明。但是，第二传热管13可以与第一传热管12同样地具有沸腾传热面14。换言之，构成液膜式蒸发器的第二传热管组11的第二传热管13可以设为全部具有沸腾传热面14的沸腾传热管。

符号说明

1-压缩机，2、202、302-蒸发器，3-膨胀阀，4-冷凝器，5-壳体，6、206、306-传热管组，7-制冷剂供给部，10-第一传热管组，11、211、311-第二传热管组，12-第一传热管，13、213、313-第二传热管，14-沸腾传热面，213A-带散热片的传热管，213B-无散热片的传热管，213Aa-传热管主体，213Ab-针状散热片，316-第三传热管组，317-第三传热管，100、200、300-制冷机。

Claims (4)

1.一种蒸发器，其具备：

壳体，在内部储存制冷剂，并且具有向外部排出所蒸发的制冷剂的排出口；

制冷剂供给部，从壳体内的空间的上部供给来自外部的制冷剂；

第一传热管组，由多个第一传热管组成，所述多个第一传热管设置成在所述壳体内的空间的下部浸渍于所述制冷剂，并且在内部流动有被冷却液；及

第二传热管组，由多个第二传热管组成，所述多个第二传热管设置于所述壳体内的空间中比所述制冷剂供给部更靠下方且比所述制冷剂的液面更靠上方的位置，并且在内部流动有被冷却液。

2.根据权利要求1所述的蒸发器，其中，

关于所述第二传热管组，

在所述多个第二传热管中配置于上部的所述第二传热管的外表面具备多个针状散热片。

3.根据权利要求1或2所述的蒸发器，其中，

在所述第一传热管组与所述第二传热管组之间具备由多个第三传热管组成的第三传热管组，

所述第一传热管组和所述第三传热管在其外表面侧具备沸腾传热面。

4.一种制冷机，其具备权利要求1至3中任一项所述的蒸发器。

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