CN113432344A - 喷淋降膜式蒸发器及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种喷淋降膜式蒸发器及其使用方法，包括壳体、设置在壳体上的制冷剂液体入口管和制冷剂蒸气出口管、集液器、第一制冷剂散布单元、第一传热管组、第二制冷剂散布单元和第二传热管组；其中，制冷剂液体入口管、制冷剂蒸气出口管均设置在壳体的顶部，集液器、第一制冷剂散布单元、第一传热管组、第二制冷剂散布单元和第二传热管组依次从上到下设置于壳体内，制冷剂液体入口管、集液器和第一制冷剂散布单元依次连接，可以提高热交换效率。

Description

喷淋降膜式蒸发器及其使用方法

技术领域

本发明属于制冷空调技术领域，具体涉及一种喷淋降膜式蒸发器及其使用方法。

背景技术

对于蒸汽压缩式冷水机组而言，蒸发器是一种内置传热管组，可用于冷却流动流体的热交换设备。在蒸汽压缩循环中，来自冷凝器的液态制冷剂经过节流结构节流后，流入蒸发器，并与传热管组的一部分接触进行热量交换，吸热汽化为制冷剂蒸汽。

为了避免了液态制冷剂被压缩机吸入，产生“湿压缩”现象，损坏压缩机内部结构部件，一般会在蒸发器出口处设计安装气液分离器，以保证压缩机的正常运行。

按制冷剂在蒸发器内的充满程度及蒸发情况而言，目前的蒸发器类型主要有干式蒸发器和满液式蒸发器。其中，干式蒸发器的制冷剂在传热管内通过，冷水在传热管外运行，换热器换热效率相对较低，其热交换效率仅为光管热交换效率的2倍左右；而满液式蒸发器与干式蒸发器的运行方式恰好相反，冷水在传热管内通过，制冷剂完全将传热管浸没，使传热面全部与液态制冷剂接触，处于沸腾换热状态，使其热交换效率较光管热交换效率提高了5倍左右。

但是，满液式蒸发器的制冷剂的充注量大，且受液体静压力影响，底部液体的蒸发温度会有所提高，从而减少了蒸发器的传热温差，降低了热交换效率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种喷淋降膜式蒸发器及其使用方法，可以提高热交换效率。

本发明第一方面公开一种喷淋降膜式蒸发器，包括壳体、设置在壳体上的制冷剂液体入口管和制冷剂蒸气出口管、集液器、第一制冷剂散布单元、第一传热管组、第二制冷剂散布单元和第二传热管组；其中，所述集液器、所述第一制冷剂散布单元、所述第一传热管组、所述第二制冷剂散布单元和所述第二传热管组依次从上到下设置于所述壳体内，所述制冷剂液体入口管、所述集液器和所述第一制冷剂散布单元依次连接。

在其中一个实施例中，还包括第一支撑部件和第二支撑部件，所述第一支撑部件的上端与所述第一制冷剂散布单元连接、下端与所述壳体的壁面连接，所述第二支撑部件的上端与所述第二制冷剂散布单元连接、下端与所述壳体的底座连接。

在其中一个实施例中，所述第一支撑部件与所述第一传热管组互相垂直设置，所述第二支撑部件与所述第二传热管组互相垂直设置。

在其中一个实施例中，所述壳体为圆筒体，所述第一传热管组、所述第二传热管组、所述第一制冷剂散布单元和所述第二制冷剂散布单元分别沿着所述圆筒体的长度方向布置。

在其中一个实施例中，所述第一制冷剂散布单元的宽度方向两侧分别设置有挡板，所述挡板的上端与所述第一制冷剂散布单元固定连接、下端与所述第一支撑部件固定连接。

在其中一个实施例中，所述挡板与所述壳体的上部壁面所形成的空腔内固定设置有气液分离器。

在其中一个实施例中，所述气液分离器通过第三支撑部件与所述壳体固定连接。

在其中一个实施例中，所述第一制冷剂散布单元和所述第二制冷剂散布单元上均设置有散布孔。

在其中一个实施例中，所述散布孔不均匀分布。

本发明第二方面公开如第一方面公开的喷淋降膜式蒸发器的使用方法，包括：

控制制冷剂液体从制冷剂液体入口管流入壳体内部，在集液器中形成一定的液位之后流入第一制冷剂散布单元；

由所述第一制冷剂散布单元将所述制冷剂液体散布至第一传热管组的表面，以使部分所述制冷剂液体通过所述第一传热管组进行热交换而蒸发，成为部分制冷剂蒸气从制冷剂蒸气出口管流出；

未蒸发的另一部分所述制冷剂液体流入所述第二制冷剂散布单元；

由所述第二制冷剂散布单元将另一部分所述制冷剂液体散布至第二传热管组的表面，以使另一部分所述制冷剂液体通过所述第二传热管组进行热交换而蒸发，成为另一部分制冷剂蒸气从所述制冷剂蒸气出口管流出。

本发明所提供的喷淋降膜式蒸发器及其使用方法，在使用时制冷剂液体从制冷剂液体入口管流入壳体内部，在集液器中形成一定的液位之后流入第一制冷剂散布单元，制冷剂液体由第一制冷剂散布单元向第一传热管组散布，制冷剂液体与第一传热管组的表面接触，通过第一传热管组内流动的被冷却流体进行热交换而蒸发，成为部分制冷剂蒸气从制冷剂蒸气出口管流出，然后部分未蒸发的制冷剂液体则流入第二制冷剂散布单元，经由第二制冷剂散布单元向第二传热管组散布，通过第二传热管组内流动的被冷却流体进行热交换而蒸发，成为另一部分制冷剂蒸气从制冷剂蒸气出口管流出。

如此，通过两级制冷剂散布单元进行散布以及两级传热管组进行换热，有助于制冷剂液体形成膜状换热，使传热管组有效地用于制冷剂蒸发换热，以及使制冷剂液体的蒸发更加充分，进而提高热交换效率。另外，通过两级设置蒸发换热用的传热管组，使得传热管组的各传热管组被制冷剂液体的液膜所覆盖，能够避免传热管组的干燥状态，进而能够防止制冷剂液体所含的润滑油附着于传热管组的表面，在这一方面也提高了热交换效率。

而且，摒弃了现有的干式蒸发器的流动式换热和满液式蒸发器的浸泡式换热，采用降膜式换热，制冷剂液体在传热管组上形成薄薄的制冷剂液膜，可以使得制冷剂液体在沸腾蒸发换热时减少静液位压力，从而进一步提高热交换效率，以及通过膜状换热，可以减少制冷剂的充注量。

附图说明

此处的附图，示出了本发明所述技术方案的具体实例，并与具体实施方式构成说明书的一部分，用于解释本发明的技术方案、原理及效果。

除非特别说明或另有定义，不同附图中，相同的附图标记代表相同或相似的技术特征，对于相同或相似的技术特征，也可能会采用不同的附图标记进行表示。

图1是本发明实施例公开的喷淋降膜式蒸发器的横截面示意图；

图2是本发明实施例公开的喷淋降膜式蒸发器的长度方向示意图；

图3是本发明实施例公开的制冷剂散布单元的散布孔示意图；

图4是本发明实施例公开的喷淋降膜式蒸发器的使用方法流程图。

附图标记说明：

1、制冷剂液体入口管；2、制冷剂蒸气出口管；3、集液器；4、第一制冷剂散布单元；401、散布孔；5、第一传热管组；6、第二制冷剂散布单元；7、第二传热管组；8、第一支撑部件；9、第二支撑部件；10、挡板；11、气液分离器；12、第三支撑部件。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照说明书附图对本发明的具体实施例进行更详细的描述。

除非特别说明或另有定义，本文所使用的所有技术和科学术语与所属技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在结合本发明的技术方案以现实的场景的情况下，本文所使用的所有技术和科学术语也可以具有与实现本发明的技术方案的目的相对应的含义。

除非特别说明或另有定义，本文所使用的“第一、第二…”仅仅是用于对名称的区分，不代表具体的数量或顺序。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

需要说明的是，当元件被认为“固定于”另一个元件，它可以是直接固定在另一个元件上，也可以是存在居中的元件；当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件，也可以是同时存在居中元件；当一个元件被认为是“安装在”另一个元件，它可以是直接安装在另一个元件，也可以是同时存在居中元件。当一个元件被认为是“设在”另一个元件，它可以是直接设在另一个元件，也可以是同时存在居中元件。

除非特别说明或另有定义，本文所使用的“所述”、“该”为相应位置之前所提及或描述的技术特征或技术内容，该技术特征或技术内容与其所提及的技术特征或技术内容可以是相同的，也可以是相似的。

毫无疑义，与本发明的目的相违背，或者明显矛盾的技术内容或技术特征，应被排除在外。

如图1至图2所示，本发明实施例公开一种喷淋降膜式蒸发器，包括壳体、设置在壳体上的制冷剂液体入口管1和制冷剂蒸气出口管2、集液器3、第一制冷剂散布单元4、第一传热管组5、第二制冷剂散布单元6和第二传热管组7；其中，集液器3、第一制冷剂散布单元4、第一传热管组5、第二制冷剂散布单元6和第二传热管组7依次从上到下设置于壳体内，制冷剂液体入口管1、集液器3和第一制冷剂散布单元4依次连接，比如焊接、铰接、螺纹连接等固定连接方式。

在使用时，制冷剂液体从制冷剂液体入口管1流入壳体内部，在集液器3中集液稳流形成一定的液位之后流入第一制冷剂散布单元4，制冷剂液体由第一制冷剂散布单元4向第一传热管组5散布，制冷剂液体与第一传热管组5的表面接触，通过第一传热管组5内流动的被冷却流体进行热交换而蒸发，成为部分制冷剂蒸气从制冷剂蒸气出口管2流出，然后部分未蒸发的制冷剂液体则流入第二制冷剂散布单元6，经由第二制冷剂散布单元6向第二传热管组7散布，通过第二传热管组7内流动的被冷却流体进行热交换而蒸发，成为另一部分制冷剂蒸气从制冷剂蒸气出口管2流出。

如此，通过两级制冷剂散布单元进行散布以及两级传热管组进行蒸发换热，有助于制冷剂液体形成膜状换热，使传热管组有效地用于制冷剂蒸发换热，以及使制冷剂液体的蒸发更加充分，进而提高热交换效率。另外，通过两级设置蒸发换热用的传热管组，使得传热管组的各传热管组被制冷剂液体的液膜所覆盖，能够避免传热管组的干燥状态，进而能够防止制冷剂液体所含的润滑油附着于传热管组的表面，在这一方面也提高了热交换效率。

而且，摒弃了现有的干式蒸发器的流动式换热和满液式蒸发器的浸泡式换热，采用降膜式换热，制冷剂液体在传热管组上形成薄薄的制冷剂液膜，可以使得制冷剂液体在沸腾蒸发换热时减少静液位压力，从而进一步提高热交换效率，以及通过膜状换热，可以减少制冷剂的充注量。

根据理论计算，实施本发明实施例的热交换效率较满液式蒸发器而言，提高了5倍左右，同时制冷剂充注量较满液式蒸发器而言，降低约30％。

可选地，制冷剂液体入口管1设置在壳体的顶部，从而可以使制冷剂液体在压差以及重力作用下向下高速流动。

其中，制冷剂蒸气出口管2也可以设置在壳体的顶部。优选地，制冷剂液体入口管1和制冷剂蒸气出口管2互相平行地设置在壳体的顶部。

进一步可选地，制冷剂液体入口管1设置在壳体的正中央顶部，制冷剂蒸气出口管2设置在壳体的正中央顶部的左侧或右侧。

可选地，集液器3的入口可以设置在顶部，且与制冷剂液体入口管1连通，集液器3的出口设置在侧边下方且与集液器3的底部具有一定距离，从而当制冷剂液体从制冷剂液体入口管1流入壳体内部时，最先通过集液器3的入口流入集液器3的内部，并且在集液器3的内部形成一定的液位之后，从设置在侧边下方的出口流出至第一制冷剂散布单元4。

可选地，喷淋降膜式蒸发器的壳体可以是圆筒体，第一传热管组5、第二传热管组7、第一制冷剂散布单元4和第二制冷剂散布单元6分别沿着圆筒体的长度方向布置，壳体内重心方向上设置有多个管道支撑装置，用于支撑第一制冷剂散布单元4和第二制冷剂散布单元6，每两个相邻的管道支撑装置之间具有一定的间距。每个管道支撑装置包括第一支撑部件8和第二支撑部件9，第一支撑部件8用于支撑第一制冷剂散布单元4，第二支撑部件9用于支撑第二制冷剂散布单元6，第一支撑部件8与第一传热管组5互相垂直设置，第二支撑部件9与第二传热管组7互相垂直设置。

如图1所示的阴影部分，第一支撑部件8和第二支撑部件9的水平两侧分别与壳体固定连接，第一支撑部件8和第二支撑部件9平行于圆筒体的横截面，第一支撑部件8的上端与第一制冷剂散布单元4连接、下端与壳体的壁面连接，第二支撑部件9的上端与第二制冷剂散布单元6连接、下端与壳体的底座连接。其中，如图2所示，从壳体的长度方向上看，第一支撑部件8和第二支撑部件9的厚度均较小，不会影响到第一制冷剂散布单元4和第二制冷剂散布单元6喷淋制冷剂液体。其中，第一支撑部件8和第二支撑部件9除了可以是支撑板，还可以是支撑杆。

优选地，第一支撑部件8和第二支撑部件9均与壳体的壁面焊接。

可选地，如图1所示，第一制冷剂散布单元4的宽度方向两侧还可以分别设置有挡板10，挡板10的上端与第一制冷剂散布单元4固定连接、下端与第一支撑部件8固定连接，从而可以阻止制冷剂液体在经由第一制冷剂散布单元4散布至第一传热管组5的过程中部分制冷剂液体出现闪蒸情况，避免浪费。

其中优选地，挡板10的上端与第一制冷剂散布单元4焊接、下端与第一支撑部件8焊接，第一支撑部件8的上端与第一制冷剂散布单元4焊接、下端与壳体的壁面焊接。

可选地，挡板10与壳体上部壁面所形成的空腔内固定设置有气液分离器11。其中，气液分离器11通过第三支撑部件12与壳体固定连接。通过设置气液分离器，可以去除雾状的制冷剂，以对蒸发换热后的制冷剂气体进行气液分离，可以避免液态制冷剂被压缩机吸入产生“湿压缩”现象，进而提高系统的热交换效率及设备使用寿命。

可选地，第一制冷剂散布单元4和第二制冷剂散布单元6上均设置有散布孔，散布孔的大小、数量以及间距均可以通过模型模拟而确定。比如，具体通过流体软件进行理论模拟以及基于量纲分析进行模型模拟，确定散布孔的大小、数量以及间距，并以此为依据对散布孔进行设置，使得散布更加均匀，形成的液膜更加稳定，进一步提高换热效率。其中，散布孔可以是均匀分布，也可以是不均匀分布。如图3所示，第一制冷剂散布单元4上设置有不均匀分布的散布孔401。

可选地，每个散布孔上设置有扩散喷嘴，扩散喷嘴的喷射方向朝着下方，也即朝着相应的传热管组，从而可以使喷淋出的制冷剂在传热管组表面的覆盖范围更大。

如图4所示，本发明实施例公开一种喷淋降膜式蒸发器的使用方法，应用于如图1至2所示的喷淋降膜式蒸发器，该使用方法包括：

S401、控制制冷剂液体从制冷剂液体入口管流入壳体内部，在集液器中形成一定的液位之后流入第一制冷剂散布单元。

S402、由第一制冷剂散布单元将制冷剂液体散布至第一传热管组的表面，以使部分制冷剂液体通过第一传热管组进行热交换而蒸发，成为部分制冷剂蒸气从制冷剂蒸气出口管流出。

S403、未蒸发的另一部分制冷剂液体流入第二制冷剂散布单元。

S404、由第二制冷剂散布单元将另一部分制冷剂液体散布至第二传热管组的表面，以使另一部分制冷剂液体通过第二传热管组进行热交换而蒸发，成为另一部分制冷剂蒸气从制冷剂蒸气出口管流出。

以上实施例的目的，是对本发明的技术方案进行示例性的再现与推导，并以此完整的描述本发明的技术方案、目的及效果，其目的是使公众对本发明的公开内容的理解更加透彻、全面，并不以此限定本发明的保护范围。

以上实施例也并非是基于本发明的穷尽性列举，在此之外，还可以存在多个未列出的其他实施方式。在不违反本发明构思的基础上所作的任何替换与改进，均属本发明的保护范围。

Claims (10)

1.喷淋降膜式蒸发器，其特征在于，包括壳体、设置在所述壳体上的制冷剂液体入口管和制冷剂蒸气出口管、集液器、第一制冷剂散布单元、第一传热管组、第二制冷剂散布单元和第二传热管组；其中，所述集液器、所述第一制冷剂散布单元、所述第一传热管组、所述第二制冷剂散布单元和所述第二传热管组依次从上到下设置于所述壳体内，所述制冷剂液体入口管、所述集液器和所述第一制冷剂散布单元依次连接。

2.如权利要求1所述的喷淋降膜式蒸发器，其特征在于，还包括第一支撑部件和第二支撑部件，所述第一支撑部件的上端与所述第一制冷剂散布单元连接、下端与所述壳体的壁面连接，所述第二支撑部件的上端与所述第二制冷剂散布单元连接、下端与所述壳体的底座连接。

3.如权利要求2所述的喷淋降膜式蒸发器，其特征在于，所述第一支撑部件与所述第一传热管组互相垂直设置，所述第二支撑部件与所述第二传热管组互相垂直设置。

4.如权利要求1至3任一项所述的喷淋降膜式蒸发器，其特征在于，所述壳体为圆筒体，所述第一传热管组、所述第二传热管组、所述第一制冷剂散布单元和所述第二制冷剂散布单元分别沿着所述圆筒体的长度方向布置。

5.如权利要求2所述的喷淋降膜式蒸发器，其特征在于，所述第一制冷剂散布单元的宽度方向两侧分别设置有挡板，所述挡板的上端与所述第一制冷剂散布单元固定连接、下端与所述第一支撑部件固定连接。

6.如权利要求5所述的喷淋降膜式蒸发器，其特征在于，所述挡板与所述壳体的上部壁面所形成的空腔内固定设置有气液分离器。

7.如权利要求6所述的喷淋降膜式蒸发器，其特征在于，所述气液分离器通过第三支撑部件与所述壳体固定连接。

8.如权利要求1所述的喷淋降膜式蒸发器，其特征在于，所述第一制冷剂散布单元和所述第二制冷剂散布单元上均设置有散布孔。

9.如权利要求8所述的喷淋降膜式蒸发器，其特征在于，所述散布孔不均匀分布。

10.如权利要求1至9任一项所述的喷淋降膜式蒸发器的使用方法，其特征在于，包括：

控制制冷剂液体从制冷剂液体入口管流入壳体内部，在集液器中形成一定的液位之后流入第一制冷剂散布单元；

由所述第一制冷剂散布单元将所述制冷剂液体散布至第一传热管组的表面，以使部分所述制冷剂液体通过所述第一传热管组进行热交换而蒸发，成为部分制冷剂蒸气从制冷剂蒸气出口管流出；

未蒸发的另一部分所述制冷剂液体流入所述第二制冷剂散布单元；

由所述第二制冷剂散布单元将另一部分所述制冷剂液体散布至第二传热管组的表面，以使另一部分所述制冷剂液体通过所述第二传热管组进行热交换而蒸发，成为另一部分制冷剂蒸气从所述制冷剂蒸气出口管流出。

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