CN115717792A - 一种用于低沸点工质的蒸发器以及热泵系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种用于低沸点工质的蒸发器以及热泵系统。该蒸发器包括套筒、蒸汽进口、换热管束、蒸汽调节组件、液体雾化组件以及气液分离组件，套筒两端具有端盖；蒸汽进口设于任一端盖；换热管束设于套筒内；蒸汽调节组件设于蒸汽进口的正下方，且位于换热管束的开口一侧，用于降低蒸汽流入换热管束的速度，并用于控制蒸汽均匀流入换热管束中；液体雾化组件设于套筒的周向外侧壁，用于输入制冷剂，以及将制冷剂均匀地分布换热管束的四周；气液分离组件设于套筒的周向外侧壁，与液体雾化组件间隔设置，用于输出经蒸发后的制冷剂，以及防止制冷剂携带液体。该蒸发器提高换热效率，同时换热均匀。

Description

一种用于低沸点工质的蒸发器以及热泵系统

技术领域

本申请涉及蒸发设备领域，尤其涉及一种用于低沸点工质的蒸发器以及热泵系统。

背景技术

蒸发器是热泵系统中配合压缩机使用的核心装置，其结构的设计对机组性能有直接的影响。在原有的地热供暖系统中，低沸点工质需要先在换热器中与水换热，换热后的水再进入热泵系统中进行换热循环，这大大降低了地热取热系统的效率。

市场上常见的蒸发器在运行时，壳程的冷媒液相变蒸发，另一侧的液体或者气体物料仅仅发生温度的改变，而潜热比显热放热量大得多，所以传统的蒸发器往往需要采用大尺寸结构或者密集布管的方式来满足高换热量的要求。此外，经节流装置进入的冷媒液充灌量大、速度快，让接近进液口的换热管比远处的热管换热效果更加明显，造成冷凝侧的受热不同，严重影响换热效果。同时，冷媒介质相变后，伴随着体积流量的剧烈变化，高速冲出的制冷剂介质容易携带液体进入，对压缩机造成液击损害。另一方面，冷凝侧的蒸汽初始速度大，大部分进入上侧换热管，让布管难度加大。

因此，如何促进管内换热均匀同时提高换热效率是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。

发明内容

本申请的目的是提供一种用于低沸点工质的蒸发器以及热泵系统。该蒸发器不仅提高了换热效率，同时促进换热均匀。

为实现上述目的，本申请提供以下方案：

一种用于低沸点工质的蒸发器，包括套筒、蒸汽进口、换热管束、蒸汽调节组件、液体雾化组件以及气液分离组件，套筒两端具有端盖；蒸汽进口设于任一端盖；换热管束设于套筒内；蒸汽调节组件设于蒸汽进口的正下方，且位于换热管束的开口一侧，用于降低蒸汽流入换热管束的速度，并用于控制蒸汽均匀流入换热管束中；液体雾化组件设于套筒的周向外侧壁，用于输入制冷剂，以及将制冷剂均匀地分布换热管束的四周；气液分离组件设于套筒的周向外侧壁，与液体雾化组件间隔设置，用于输出经蒸发后的制冷剂，以及防止制冷剂携带液体。

优选地，蒸汽调节组件包括水平板，水平板水平设于端盖内，水平板的四周设有通孔，水平板的中央正对蒸汽进口，用于降低蒸汽流入换热管束的速度。

优选地，蒸汽调节组件还包括竖直块以及弯块，竖直块垂直设于水平板，且位于水平块的下方；弯块垂直设于水平板，且与竖直块垂直，水平板、竖直块与弯块三者构成四个大小相同的区域，用于将流入换热管束的蒸汽进行分流。

优选地，通孔包括第一孔以及第二孔，第一孔位于水平板靠近换热管束开口一侧的区域；第二孔位于水平板远离换热管束开口一侧的区域，第一孔小于第二孔，以使蒸汽均匀流入换热管束。

优选地，液体雾化组件包括分配管、进口管以及管路，进口管与分配管相通；多跟管路的一端与分配管连通，另一端与套筒连通，管路用于将制冷剂以液滴的形式喷入套筒。

优选地，管路包括入口通道、腔体、进液口以及喷嘴，入口通道与分配管连通；腔体连接入口通道内壁，且位于入口通道远离分配管的一端，腔体的内腔朝向套筒设置；进液口连通腔体与入口通道，多个进液口依次位于腔体内壁一点的切线上，且全部进液口呈旋流状排列；喷嘴连通内腔，喷嘴的锥度为80°-100°。

优选地，气液分离组件包括壳体、折流板以及过滤网，壳体连通套筒；多个折流板间隔设于壳体内，且位于壳体靠近套筒一端，用于降低制冷剂流速；多个过滤网间隔设于壳体内，且位于折流板上方，用于改变制冷剂的流动方向，以增大气液分离效率。

优选地，全部折流板一端连接壳体内壁，另一端悬空设置，且相邻两个折流板交错设置。

优选地，过滤网具有至少两排呈拱形的导向通孔，两排通孔交错设置，且两排通孔的出口相互靠近。

一种热泵系统，包括上述用于低沸点工质的蒸发器。

相对于上述背景技术，本申请增加了蒸汽调节组件，蒸汽调节组件中央未设置通孔，且中央正对蒸汽进口，四周设置有通孔，但通孔的大小不一样，靠近换热管束开口一侧的通孔较小，远离换热管束开口一侧的通孔较大。这样一来，不仅降低蒸汽流入换热管束的速度，同时控制蒸汽均匀流入换热管束中。

附图说明

为了更清楚地说明本申请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申请的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本申请蒸发器整体结构示意图；

图2为本申请蒸发器的蒸汽调节组件整体结构示意图；

图3为本申请蒸发器的液体雾化组件整体结构示意图；

图4为本申请蒸发器的液体雾化组件管路结构剖面图；

图5为本申请蒸发器的液体雾化组件管路结构剖面图；

图6为本申请蒸发器的气液分离组件整体结构剖面图；

图7为本申请蒸发器的气液分离组件过滤网结构示意图。

其中：

10为套筒、20为蒸汽进口、30蒸汽调节组件、31为水平板、311为第一孔、312为第二孔、32为竖直块、33为弯块、40为液体雾化组件、41为进口管、42为分配管、43为管路、431为入口通道、432为进液口、433为腔体、434为喷嘴、50为气液分离组件、51为壳体、52为折流板、53为过滤网、531为导向通孔、60换热管束、70为左端盖、80为右端盖、90为液体出口、100为鞍座、110排油口。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

为了使本技术领域的技术人员更好地理解本申请方案，下面结合附图和具体实施方式对本申请作进一步的详细说明。

一种用于低沸点工质的蒸发器，包括套筒10、蒸汽进口20、换热管束60、蒸汽调节组件30、液体雾化组件40以及气液分离组件50，套筒10两端具有端盖；蒸汽进口20设于任一端盖；换热管束60设于套筒10内；蒸汽调节组件30设于蒸汽进口20的正下方，且位于换热管束60的开口一侧，用于降低蒸汽流入换热管束60的速度，并用于控制蒸汽均匀流入换热管束60中；液体雾化组件40设于套筒10的周向外侧壁，用于输入制冷剂，以及将制冷剂均匀地分布换热管束60的四周；气液分离组件50设于套筒10的周向外侧壁，与液体雾化组件40间隔设置，用于输出经蒸发后的制冷剂，以及防止制冷剂携带液体。

具体地，以附图1的方位为参考，套筒10为卧式筒状，两端具有左端盖70和右端盖80，蒸汽进口20设置在右端盖80上方，蒸汽调节组件30设置在右端盖80内部，气液分离组件50和液体雾化组件40均设置在套筒10上方的正中央，换热管束60水平设置在套筒10内的下方，与套筒10相连通，蒸汽从换热管束60的右端流向换热管束60的左端，同时左端盖70下方设置液体出口90，套筒10下方设有排油口110，套筒10由鞍座100支撑。

进一步地，具体的工作过程是，需要冷却的高温蒸汽由右端蒸汽进口20进入，通过右端盖80中的蒸汽调节组件30进入换热管束60中，然后从左端盖70下方的液体出口90流出；与此同时，制冷剂从液体雾化装置上的进口管41进入套筒10，经过相变蒸发后通过气液分离装置上的壳体51流出。

在本申请的实施例中，蒸汽调节组件30包括水平板31，水平板31水平设于端盖内，水平板31的四周设有通孔，水平板31的中央正对蒸汽进口20，用于降低蒸汽流入换热管束60的速度。

具体地，以附图2的方位为参考，水平板31水平连接在右端盖80内壁上，水平板31上有未开孔区域，用来降低进口蒸汽速度，避免蒸汽速度过快造成换热管束60内的冷凝时间过短，换热不充分。未开孔区域面积为蒸汽进气口截面面积的2-3倍，且位于蒸汽进气口正下方，可有效降低高温蒸汽进入蒸发器的流速。

在本申请的实施例中，蒸汽调节组件30还包括竖直块32以及弯块33，竖直块32垂直设于水平板31，且位于水平块的下方；弯块33垂直设于水平板31，且与竖直块32垂直，水平板31、竖直块32与弯块33三者构成四个大小相同的区域，用于将流入换热管束60的蒸汽进行分流。

具体地，以附图2的方位为参考，弯板与竖直板垂直设置，与右端盖80通过焊接的方式构成四个独立区域。其中，两个区域面向换热管束60，另两个区域背离换热管束60，面向换热管束60的两区域内的蒸汽可以直接流入对应的换热管道内，背离换热管束60的两区域内的蒸汽分别从两边流入靠近套筒10边缘的换热管道内。这样一来，使得蒸汽均匀地分布在全部的换热管道内。

区域的划分与几块挡板是共同作用的，通过三块挡板将换热管束60进口分为了四个区域，也可以通过四块挡板将换热管束60进口分为了六个区域等等，划分的区域数量越多越好，但是多了会让制造和安装变得更复杂。

在本申请的实施例中，通孔包括第一孔311以及第二孔312，第一孔311位于水平板31靠近换热管束60开口一侧的区域；第二孔312位于水平板31远离换热管束60开口一侧的区域，第一孔311小于第二孔312，以使蒸汽均匀流入换热管束60。

具体地，水平板31靠近换热管束60进口一端的第一孔311孔径小于远离换热管束60进口一端的第二孔312孔径，即面向换热管束60的两区域的通孔孔径小于背离换热管束60的两区域的通孔孔径。由于靠近蒸汽进口20区域的流量更大，而第一孔311相对于第二孔312来说对流体的阻力更大，因此该结构可以保障进入换热管束60中的蒸汽流量均匀，提高换热效率，也使得换热管束60布管更加方便快捷。

也就是说，相当于通过三块挡板将换热管束60进口分为了四个区域，然后通过挡板上的孔径不同均分四个区域的流量，使之相同。

在本申请的实施例中，液体雾化组件40包括分配管42、进口管41以及管路43，进口管41与分配管42相通；多跟管路43的一端与分配管42连通，另一端与套筒10连通，管路43用于将制冷剂以液滴的形式喷入套筒10。

具体地，请参考附图3，制冷剂通过进口管41进入分配管42，并经过分配管42，分配管42将制冷剂均匀地分配到各个管路43中，最后通过各个管路43流入套筒10内，分布在换热管束60附近。

在本申请的实施例中，管路43包括入口通道431、腔体433、进液口432以及喷嘴434，入口通道431与分配管42连通；腔体433连接入口通道431内壁，且位于入口通道431远离分配管42的一端，腔体433的内腔朝向套筒10设置；进液口432连通腔体433与入口通道431，多个进液口432依次位于腔体433内壁一点的切线上，且全部进液口432呈旋流状排列；喷嘴434连通内腔，喷嘴434的锥度可设置为80°-100°。

具体地，请参考附图3-5，液体从入口通道431进入，然后从进液口432射入腔体433内，获得旋转运动并在水流中心形成空气柱，然后以不稳定的薄膜状态从喷嘴434射出，在气体动压、表面张力和黏性力的作用下破碎为液滴。这样一来，让制冷剂雾化后进入换热空间，增强了制冷剂与各个方向的换热管的充分均匀接触，促进均匀换热，避免局部温差过大造成剧烈沸腾。

其中，喷嘴434锥度在80～100°范围内，喷嘴434出口长度和直径之比为2-3，腔体433内壁直径和进液口432直径之比取3-4。

在本申请的实施例中，气液分离组件50包括壳体51、折流板52以及过滤网53，壳体51连通套筒10；多个折流板52间隔设于壳体51内，且位于壳体51靠近套筒10一端，用于降低制冷剂流速；多个过滤网53间隔设于壳体51内，且位于折流板52上方，用于改变制冷剂的流动方向，以增大气液分离效率。

具体地，壳体51呈漏斗状，气态制冷剂经过折流板52，然后经过过滤网53，最后流出去。其中折流板52用来降低冷媒气体出口流速，避免气化后的高速气体冲击过滤网53，造成过滤网53网孔的变形。

在本申请的实施例中，全部折流板52一端连接壳体51内壁，另一端悬空设置，且相邻两个折流板52交错设置。

具体地，以附图6的方位为参考，折流板52具体为三个，右边两个，左边一个，左边的折流板52位于之间，且折流板52的长度大于折流板52所在位置内壁的半径，自壳体51的上端至下端折流板52的长度逐渐减小。

在本申请的实施例中，过滤网53具有至少两排呈拱形的导向通孔531，两排通孔交错设置，且两排通孔的出口相互靠近。

具体地，壳体51内有三层过滤网53，过滤网53呈圆形状，过滤网53采用铝箔网或不锈钢网。每层过滤网53设置有几组导向通孔531，且并排设置，每组沿平行于过滤网53直径方向间隔设置，其中每两组导向通孔531呈180°对角布置，以正确的角度彼此交叉叠合而成。同时过滤网53上的导向通孔531自壳体51内从下到上孔径由粗到细的排列，使气态制冷剂通过时多次改变流动方向，有效降低气态制冷剂出口流速，增大气液分离的效率。

这样一来，气态制冷剂通过气液分离装置时多次改变气态制冷剂的流动方向，增大气液分离的效率，分离出来的液滴可在重力作用下回落至液体制冷剂中，实现二次蒸发，有效防止液滴状态的制冷剂被热泵系统吸入。

本申请所提供的一种具有用于低沸点工质的蒸发器的热泵系统，包括上述具体实施例所描述的蒸发器；热泵系统的其他部分可以参照现有技术，本文不再展开。

需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体与另外几个实体区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种用于低沸点工质的蒸发器，其特征在于，包括：

套筒，两端具有端盖；

蒸汽进口，设于任一所述端盖；

换热管束，设于所述套筒内；

蒸汽调节组件，设于所述蒸汽进口的正下方，且位于所述换热管束的开口一侧，用于降低蒸汽流入所述换热管束的速度，并用于控制所述蒸汽均匀流入所述换热管束中；

液体雾化组件，设于所述套筒的周向外侧壁，用于输入制冷剂，并将所述制冷剂均匀地分布在所述换热管束的四周；

气液分离组件，设于所述套筒的周向外侧壁，并与所述液体雾化组件间隔设置，用于输出经蒸发后的所述制冷剂，以及防止所述制冷剂携带液体。

2.根据权利要求1所述的用于低沸点工质的蒸发器，其特征在于，所述蒸汽调节组件包括：

水平板，水平设于所述端盖内，所述水平板的四周设有通孔，所述水平板的中央正对所述蒸汽进口，用于降低所述蒸汽流入所述换热管束的速度。

3.根据权利要求2所述的用于低沸点工质的蒸发器，其特征在于，所述蒸汽调节组件还包括：

竖直块，垂直设于所述水平板，且位于所述水平块的下方；

弯块，垂直设于所述水平板，且与所述竖直块垂直，所述水平板、所述竖直块与所述弯块三者构成四个大小相同的区域，用于将流入所述换热管束的所述蒸汽进行分流。

4.根据权利要求3所述的用于低沸点工质的蒸发器，其特征在于，所述通孔包括：

第一孔，位于所述水平板靠近所述换热管束开口一侧的所述区域；

第二孔，位于所述水平板远离所述换热管束开口一侧的所述区域，所述第一孔小于所述第二孔，以使所述蒸汽均匀流入所述换热管束。

5.根据权利要求1所述的用于低沸点工质的蒸发器，其特征在于，所述液体雾化组件包括：

分配管；

进口管，与所述分配管相通；

管路，多跟所述管路的一端与所述分配管连通，另一端与所述套筒连通，所述管路用于将所述制冷剂以液滴的形式喷入所述套筒。

6.根据权利要求5所述的用于低沸点工质的蒸发器，其特征在于，所述管路包括：

入口通道，与所述分配管连通；

腔体，连接所述入口通道内壁，且位于所述入口通道远离所述分配管的一端，所述腔体的内腔朝向所述套筒设置；

进液口，连通所述腔体与所述入口通道，多个所述进液口依次位于所述腔体内壁一点的切线上，且全部所述进液口呈旋流状排列；

喷嘴，连通所述内腔，所述喷嘴的锥度为80°-100°。

7.根据权利要求1所述的用于低沸点工质的蒸发器，其特征在于，所述气液分离组件包括：

壳体，连通所述套筒；

折流板，多个所述折流板间隔设于所述壳体内，且位于所述壳体靠近所述套筒一端，用于降低所述制冷剂流速；

过滤网，多个所述过滤网间隔设于所述壳体内，且位于所述折流板上方，用于改变所述制冷剂的流动方向，以增大气液分离效率。

8.根据权利要求7所述的用于低沸点工质的蒸发器，其特征在于，全部所述折流板一端连接所述壳体内壁，另一端悬空设置，且相邻两个所述折流板交错设置。

9.根据权利要求7所述的用于低沸点工质的蒸发器，其特征在于，所述过滤网具有至少两排呈拱形的导向通孔，两排所述通孔交错设置，且两排所述通孔的出口相互靠近。

10.一种热泵系统，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的用于低沸点工质的蒸发器。

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