CN114543395B - 用于制冷系统的降膜蒸发器及制冷系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于制冷系统领域，具体提供一种用于制冷系统的降膜蒸发器及制冷系统。本发明旨在解决现有换热管束排数过多导致的各排管子液体工质流量差距过大、从而影响降膜蒸发换热效果的问题。为此目的，本发明的降膜蒸发器包括筒体和至少两组换热管束，筒体上开设有蒸汽出口和工质入口，换热管束水平布置于筒体内侧，并沿着筒体的轴向延伸，筒体内侧还设有布液器，布液器与工质入口连通，换热管束设于布液器的出液流动路径上。能够减少管束垂直方向的管排数、增加水平方向的管子列数，减少各排管喷淋工质流量的差异，可以实现全降膜蒸发，避免管外表面的液膜过厚或者管外产生干涸现象，提高整体降膜蒸发换热系数、提高换热效率。

Description

用于制冷系统的降膜蒸发器及制冷系统

技术领域

本发明属于制冷系统技术领域，具体提供一种用于制冷系统的降膜蒸发器及制冷系统。

背景技术

蒸发器是一种换热设备，用于某种工质吸热蒸发、另一种流体放热的热交换过程。

降膜蒸发器是蒸发器的一种，是指某种工质通过布液器喷淋到换热元件表面、在表面形成液膜，液膜吸热后蒸发，包括水平管降膜蒸发器、水平管满液式蒸发器以及水平管全降膜蒸发器；水平管降膜蒸发器是指用于降膜蒸发的换热元件是水平布置的管子，工质喷淋到管子外表面、形成液膜受热蒸发，管内通常是另外一种流体流动放热、提供管外工质液膜蒸发的热量、自身获得降温；水平管满液式蒸发器的水平管浸没在液体工质中，管子外表面与液体工质接触，管内另外一种流体流动放热、加热管外的液体工质，使得管外液体工质吸热蒸发，这种蒸发器的缺点之一是蒸发器中需要的液体工质多，如果工质比较昂贵，会大幅增加成本；水平管全降膜蒸发器：喷淋到管子外表面的液体工质在换热过程中全部蒸发，基本没有滴落，也可以说，液体工质全部以降膜蒸发的方式完成换热过程。

水平管全降膜蒸发器的液体工质必须在管子外表面全部蒸发，而现有技术中，工质流经第一排和最后一排的液体工质流量相差非常大，第一排的流量最大，管子外表面液膜厚度最厚，最后一排的流量最小，管子外表面的液膜最薄，很容易产生干涸表面(无液膜表面)；然而干涸表面的产生会降低蒸发换热效果，即降低蒸发换热系数，第一排及前若干排的液膜厚度太厚，增加了液膜导热热阻，也会降低蒸发换热系数。

相应的，本领域需要一种新的用于制冷系统的降膜蒸发器及制冷系统来解决现有换热管束排数过多导致的各排管子液体工质流量差距过大、从而影响降膜蒸发换热效果的问题。

发明内容

为了解决现有技术中的上述问题，即为了解决现有换热管束排数过多导致的各排管子液体工质流量差距过大、从而影响降膜蒸发换热效果的问题，本发明提供了一种用于制冷系统的降膜蒸发器及制冷系统，包括筒体和至少两组换热管束，所述筒体上开设有蒸汽出口和工质入口，所述换热管束水平布置于所述筒体内侧，并沿着所述筒体的轴向延伸，所述筒体内侧还设有布液器，所述布液器与所述工质入口连通，所述换热管束设于所述布液器的出液流动路径上。

在上述用于制冷系统的降膜蒸发器的优选技术方案中，所述降膜蒸发器还包括引流装置，所述换热管束为两组，所述布液器的数量为两个，其中一个所述布液器与所述工质入口连通，另外一个所述布液器通过所述引流装置与所述筒体底侧的液体出口连通。

在上述用于制冷系统的降膜蒸发器的优选技术方案中，所述降膜蒸发器还包括集液槽，所述集液槽与所述液体出口连通，并与所述引流装置连通。

在上述用于制冷系统的降膜蒸发器的优选技术方案中，在所述筒体的垂直方向上，所述换热管束的管排数为5-10排。

在上述用于制冷系统的降膜蒸发器的优选技术方案中，所述筒体的横截面的水平方向尺寸大于垂直方向尺寸。

在上述用于制冷系统的降膜蒸发器的优选技术方案中，所述筒体的横截面的垂直方向的筒壁为直线型，水平方向的顶侧筒壁为曲线型、底侧筒壁为曲线型或直线型。

在上述用于制冷系统的降膜蒸发器的优选技术方案中，所述筒体的横截面的形状为矩形或椭圆形。

在上述用于制冷系统的降膜蒸发器的优选技术方案中，所述换热管束为两组，两组所述换热管束连通形成U型回路，所述U型回路的冷媒入口一侧的所述换热管束上和所述冷媒出口一侧的所述换热管束上设有流量大小不同的所述布液器，所述冷媒入口一侧的所述布液器的工质流量大于所述冷媒出口一侧的所述布液器工质流量；或者，沿着换热管束冷媒入口至冷媒出口的所述筒体轴向上，设有工质流量由大到小的至少两个布液器。

在上述用于制冷系统的降膜蒸发器的优选技术方案中，所述降膜蒸发器还包括喷淋装置，所述喷淋装置设于所述换热管束的底侧，所述喷淋装置与所述筒体底侧的出液口连通。

本发明还提供了一种制冷系统，所述系统包括上述技术方案中任一项所述的降膜蒸发器。

本领域人员能够理解的是，在本发明的技术方案中，降膜蒸发器包括筒体和至少两组换热管束，筒体上开设有蒸汽出口和工质入口，换热管束水平布置于筒体内侧，并沿着筒体的轴向延伸，筒体内侧还设有布液器，布液器与工质入口连通，换热管束设于布液器的出液流动路径上，本领域技术人员可以理解的是，本发明所述的水平方向指的是垂直于出液流动路径的方向。

通过上述设置方式，即将换热管束分组水平设置于筒体内侧，能够减少管束垂直方向的管排数、增加水平方向的管子列数，减少各排管喷淋工质流量的差异，使得本发明的降膜蒸发器可以实现全降膜蒸发，即工质的蒸发全部在降膜蒸发管束表面以降膜蒸发方式完成换热过程，避免管外表面的液膜过厚或者管外产生干涸现象，提高整体降膜蒸发换热系数、提高换热效率。

附图说明

下面参照附图来描述本发明的用于制冷系统的降膜蒸发器。附图中：

图1为本发明的用于制冷系统的降膜蒸发器的结构示意图1；

图2为本发明的用于制冷系统的降膜蒸发器的结构示意图2；

图3为本发明的用于制冷系统的降膜蒸发器的U型回路结构示意图；

图4为本发明的用于制冷系统的降膜蒸发器的Y型回路结构示意图。

附图标记列表:

1-筒体；11-蒸汽出口；12-工质入口；2-换热管束；3-布液器；4-引流装置；5-集液槽。

具体实施方式

下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。本领域技术人员可以根据需要对其作出调整，以便适应具体的应用场合。例如，尽管说明书中是以两组换热管束2和两个布液器3为例进行描述的，但是，本发明显然可以采用其他各种形式，例如，换热管束2和/或布液器3的数量可以大于两个，例如，两个布液器3可以为三组换热管束2喷淋工质，只要换热管束2在布液器3的出液流动路径上即可。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1所示，为解决现有换热管束2排数过多导致的各排管子液体工质流量差距过大、从而影响降膜蒸发换热效果的问题，本发明的降膜蒸发器包括筒体1和至少两组换热管束2，筒体1上开设有蒸汽出口11和工质入口12，换热管束2水平布置于筒体1内侧，并沿着筒体1的轴向延伸，筒体1内侧还设有布液器3，布液器3与工质入口12连通，换热管束2设于布液器3的出液流动路径上。

上述设置方式的优点在于：通过上述设置方式，即将换热管束2分组水平设置于筒体1内侧，由于组数的增加，能够减少管束垂直方向的管排数、增加水平方向的管子列数，减少各排管喷淋工质流量的差异，使得本发明的降膜蒸发器可以实现全降膜蒸发，即工质的蒸发全部在降膜蒸发管束表面以降膜蒸发方式完成换热过程，避免管外表面的液膜过厚或者管外产生干涸现象，提高整体降膜蒸发换热系数、提高换热效率，相较于满夜式蒸发管束，即管束全浸没的蒸发换热，所需要的工质少，能够节约工质成本。

工作流程为：工质液体由工质入口12进入，然后通过布液器3布液后喷淋在换热管束2表面，工质液体与流动于换热管内的冷媒进行换热，工质液体吸热蒸发，冷媒放热实现自身的降温，其中，产生的蒸汽由蒸汽出口11排出。

继续参照图1，在一种可能的实施方式中，降膜蒸发器还包括引流装置4，换热管束2为两组，布液器3的数量为两个，其中一个布液器3与工质入口12连通，另外一个布液器3通过引流装置4与筒体1底侧的液体出口连通。

上述设置方式的优点在于：将换热管束2分为水平方向两个区域布置，两个布液器3各自负责其出液流动路径上的换热管束2的工质布液，并根据垂直方向上换热管束2的管排数，选择适当的工质流量进行液膜厚度的控制，其中，工质液体首先由工质入口12进入布液器3进行布液，然后喷淋至与其对应的换热管束2上进行蒸发吸热，到达最末排的工质液体滴落汇集于筒体1底侧的液体出口，并由引流装置4引入到另外一个布液器3进行循环布液，然后到达与其对应的换热管束2上进行蒸发，这样的结构可使得换热管束2底部管子的工质流量加大，管子外壁面始终保持液膜覆盖，避免表面出现干涸现象，作为一种优选的实施方式，引流装置4为循环泵。

继续参照图1，在一种可能的实施方式中，降膜蒸发器还包括集液槽5，集液槽5与液体出口连通，并与引流装置4连通。

上述设置方式的优点在于：由于本发明的降膜蒸发器的液膜厚度在合理的范围，因此汇集于筒体1底侧的工质液体较少，因此，底部的集液槽5能够实现小型化设计，解决了混合式降膜蒸发器需要的工质过多的问题，其中，该集液槽5的尺寸依据工质循环量而定，在满足引流装置4正常工作的前提下，可尽量减小集液器尺寸。

继续参照图1，在一种可能的实施方式中，在筒体1的垂直方向上，换热管束2的管排数为5-10排。

上述设置方式的优点在于：垂直方向的管排数在5～10排，这样的管排数可使得各排的工质流量差值在合理范围，各排管束的平均液膜厚度最佳，水平方向的管子列数根据工质流量排布，应使得管束表面的平均液膜厚度在合理范围；也可根据工质流量计算管外工质流动雷诺数(这个雷诺数跟管子列数有关)，排布合适的列数使得各管排的平均雷诺数在合理范围。

如图2所示，并继续参照图1，在一种可能的实施方式中，筒体1的横截面的水平方向尺寸大于垂直方向尺寸。

上述设置方式的优点在于：现有技术中，降膜蒸发器的形状全部为圆筒形，为了减少换热管束2垂直方向的管排数，但需要达到同样的换热面积，设计方式包括：减小圆筒直径，增加管子长度和筒体1长度，但是此种设置方式使得换热器过长，增加了占地面积，不合理，若在不增加管子长度的情况下，圆筒形的降膜蒸发器管排数不可控制，随着圆筒直径的增大管排数布置的也就越多，若布置较少的管排数，为了达到同样的换热面积，则需要更多的管列数，此种情况下，势必会造成圆筒形降膜蒸发器的圆形横截面面积过大，一方面造成成本浪费，另一方面，还会增加占地面积；而本发明的降膜蒸发器的设置方式，即筒体1的横截面的水平方向尺寸大于垂直方向尺寸，可以根据具体设计的管列数，适当的调整垂直方向的尺寸，水平方向的尺寸不随垂直方向尺寸的变化而变化，从而可以维持适当的管列数的条件下，适当的减少降膜蒸发器的尺寸，并达到了良好的换热效果。

继续参照图1和图2，在一种可能的实施方式中，筒体1的横截面的垂直方向的筒壁为直线型，水平方向的顶侧筒壁为曲线型、底侧筒壁为曲线型或直线型，或者，筒体1的横截面的形状为矩形或椭圆形。

上述设置方式的优点在于：本发明的降膜蒸发器能够增加筒体1水平方向的宽度，降低筒体1垂直方向的尺寸，以便于换热管束2水平放置；此外，本发明的筒体1水平方向的顶侧筒壁和底侧筒壁均为曲线型，能够增加壁面的承压能力，减薄壁面厚度，降低降膜蒸发器重量，或者，筒体1水平方向的顶侧筒壁为曲线型，底侧筒壁为直线型，可以减小降膜蒸发器的体积，而顶部保留曲线型壁面，所形成的顶部空间可避免或减少排汽带液；此外，相较于现有技术中的圆筒型降膜蒸发器，其筒体1的上下左右空间不能充分利用，而本发明的筒体1横截面还可以设置成为矩形，即横截面的上下左右筒壁均为直线型，能够充分利用筒体1内的空间，提高了空间利用率，左右壁面和换热管束2之间的通道还是蒸发气体的通道，壁面与各排管束的距离相等，所形成的该通道流动截面均匀，比圆筒形筒体1形成的该通道(变流通截面通道)更优化，不会使得气体流动过程中速度过大的变化，减小了流动阻力。

如图3所示，在一种可能的实施方式中，换热管束2为两组，两组换热管束2连通形成U型回路，U型回路的冷媒入口一侧的换热管束2上和冷媒出口一侧的换热管束2上设有流量大小不同的布液器3，冷媒入口一侧的布液器3的工质流量大于冷媒出口一侧的布液器3工质流量；或者，如图4所示，沿着换热管束2冷媒入口至冷媒出口的筒体1轴向上，设有工质流量由大到小的至少两个布液器3，本领域技术人员可以理解的是，冷媒入口一侧的换热管束2和冷媒出口一侧的换热管束2分别为水平设置的两组换热管束2。

上述设置方式的优点在于：冷媒首先由冷媒入口进入换热管束2中，此时冷媒与工质液体的温差较大，经过布液器3的工质喷淋后进行放热预降温，然后流经冷媒出口侧的换热管束2中，此时，冷媒与工质液体的温差较小，经过冷媒出口侧的换热管束2的中的冷媒再次降温后达到要求温度，由于冷媒入口侧换热管束2中冷媒与工质温差大，而冷媒出口侧换热管束2中冷媒与工质温差小，因此，可以通过设置不同流量的布液器3，即入口侧布液器3工质流量大于出口侧布液器3工质流量，从而能够达到节约工质的目的，此外，相比设置相同流量的布液器3，此种设置方式还能够避免冷媒出口侧液膜过厚从而影响换热效率；

在另外一种实施方式中，沿着换热管束2冷媒入口至冷媒出口的筒体1轴向上，设有工质流量由大到小的至少两个布液器3，此种设置方式的冷媒流动路径为，冷媒首先由一条冷媒主路分支成两组换热管束2的支管路，冷媒经过两组支管路与工质换热后汇集于另一侧的冷媒主路中，即两侧冷媒主路和两组换热管束2之间均形成Y字型通路，其中，换热部分的两组换热管束2均呈I字型，由冷媒入口至冷媒出口之间的换热管束2上分别分布着流量由大到小的布液器3，即I字型换热管束2的两端分别为冷媒入口和冷媒出口，靠近冷媒入口的换热管束2至靠近冷媒出口的换热管束2中的冷媒与工质之间的温差逐渐缩小，因此，为了节约工质以及保持合理范围的液膜厚度，与其相对应的布液器3的工质流量也由大到小进行分布。

在一种可能的实施方式中，降膜蒸发器还包括喷淋装置，喷淋装置设于换热管束2的底侧，喷淋装置与筒体1底侧的出液口连通。

上述设置方式的优点在于：由于垂直方向上的各排管束之间均具有流量差，随着管排数的增加，与第一排管束之间的流量差也相应增大，因此，为了减少各排管束之间的流量差异，尽量使各排之间的液膜厚度保持一致，本发明的降膜蒸发器在换热管束2的底侧设置喷淋装置，通过控制喷淋装置的流量，能够使其根据实际需要补充最末若干排的液膜厚度，并且能够进一步防止局部干涸，进而影响换热效率。

综上所述，本发明的降膜蒸发器将常规的圆筒形蒸发器更换为筒体1横截面的水平方向尺寸大于垂直方向尺寸的异型筒体1蒸发器，从而能够避免降膜蒸发器体积过大，此外，通过异型筒体1的各种优选形状的设置，能够增加壁面承压能力，可以避免或者减少排气带夜的现象，能够充分利用筒体1内的空间，提高了空间利用率，还不会使得气体流动过程中速度过大的变化，减小了流动阻力；通过设置合理的管排数，能够使液膜控制在合理的范围内，通过布液器3的工质循环利用，可使得换热管束2底部管子的工质流量加大，管子外壁面始终保持液膜覆盖，避免表面出现干涸现象。

需要说明的是，上述实施方式仅仅用来阐述本发明的原理，并非旨在与限制本发明的保护范围，在不偏离本发明原理的条件下，本领域技术人员能够对上述结构进行调整，以便本发明能够应用于更加具体的应用场景。

例如，在一种可替换的实施方式中，换热管束2和/或布液器3的数量可以大于两个，例如，两个布液器3可以为三组换热管束2喷淋工质，只要换热管束2在布液器3的出液流动路径上即可，这些都不偏离本发明的原理，因此都将落入本发明的保护范围之内。

例如，在另一种可替换的实施方式中，换热管束2的管排数可以根据具体的实施方式进行设计，例如，当换热管束2底侧布置喷淋装置时，可以适当的增加管排数，只要使换热管束2表面的平均液膜厚度在合理的范围内即可，这些都不偏离本发明的原理，因此都将落入本发明的保护范围之内。

例如，在另一种可替换的实施方式中，筒体1横截面的垂直方向的两侧筒壁一侧可以为直线型、另一侧可以为曲线型，水平方向的顶部筒壁可以为直线型，底部筒壁可以为曲线型，只要筒体1的横截面的水平方向尺寸大于垂直方向尺寸即可，这些都不偏离本发明的原理，因此都将落入本发明的保护范围之内。

例如，在另一种可替换的实施方式中，换热管束2可以为三组，换热管束2之间连通形成S型回路，每组换热管束2上均设置有由冷媒入口至冷媒出口方向上工质流量由大到小的布液器3，这些都不偏离本发明的原理，因此都将落入本发明的保护范围之内。

此外，本发明还提供了一种制冷系统，该制冷系统具有上述任一实施方式中所述的降膜蒸发器。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于制冷系统的降膜蒸发器，其特征在于，所述降膜蒸发器包括筒体和至少两组换热管束，所述筒体上开设有蒸汽出口和工质入口，所述换热管束水平布置于所述筒体内侧，并沿着所述筒体的轴向延伸，所述筒体内侧还设有布液器，所述布液器与所述工质入口连通，所述换热管束设于所述布液器的出液流动路径上；

所述降膜蒸发器还包括引流装置，所述布液器的数量为两个，其中一个所述布液器与所述工质入口连通，另外一个所述布液器通过所述引流装置与所述筒体底侧的液体出口连通。

2.根据权利要求1所述的用于制冷系统的降膜蒸发器，其特征在于，所述布液器的数量大于两个。

3.根据权利要求1所述的用于制冷系统的降膜蒸发器，其特征在于，所述降膜蒸发器还包括集液槽，所述集液槽与所述液体出口连通，并与所述引流装置连通。

4.根据权利要求1所述的降膜蒸发器，其特征在于，在所述筒体的垂直方向上，所述换热管束的管排数为5-10排。

5.根据权利要求1所述的用于制冷系统的降膜蒸发器，其特征在于，所述筒体的横截面的水平方向尺寸大于垂直方向尺寸。

6.根据权利要求5所述的用于制冷系统的降膜蒸发器，其特征在于，所述筒体的横截面的垂直方向的筒壁为直线型，水平方向的顶侧筒壁为曲线型、底侧筒壁为曲线型或直线型。

7.根据权利要求5所述的用于制冷系统的降膜蒸发器，其特征在于，所述筒体的横截面的形状为矩形或椭圆形。

8.根据权利要求1所述的用于制冷系统的降膜蒸发器，其特征在于，所述换热管束为两组，两组所述换热管束连通形成U型回路，所述U型回路的冷媒入口一侧的所述换热管束上和冷媒出口一侧的所述换热管束上设有流量大小不同的所述布液器，所述冷媒入口一侧的所述布液器的工质流量大于所述冷媒出口一侧的所述布液器工质流量；

或者，沿着所述换热管束冷媒入口至冷媒出口的所述筒体轴向上，设有工质流量由大到小的至少两个所述布液器。

9.根据权利要求1所述的用于制冷系统的降膜蒸发器，其特征在于，所述降膜蒸发器还包括喷淋装置，所述喷淋装置设于所述换热管束的底侧，所述喷淋装置与所述筒体底侧的出液口连通。

10.一种制冷系统，其特征在于，所述制冷系统包括权利要求1至9中任一项所述的降膜蒸发器。