CN117804102A - 用于hvac系统的闪蒸罐 - Google Patents

Abstract

本公开公开了一种用于HVAC系统的闪蒸罐，其最大程度地减少液体携带且使得自身的大小较小。所述闪蒸罐包含容纳一个或多个闪蒸单元的壳体。所述闪蒸单元包括内壳，与所述内壳维持间隙的外壳，以及一个或多个入口，所述入口用以引导制冷剂流过所述间隙以辅助所述制冷剂的部分蒸发。

Description

用于HVAC系统的闪蒸罐

背景技术

本公开大体上涉及HVAC系统。

HVAC系统(例如，冷却器)包含安置于蒸发器与冷凝器之间的闪蒸罐。闪蒸罐从冷凝器接收制冷剂作为冷凝液，并促进部分蒸发冷凝液以在闪蒸罐内形成蒸气制冷剂和液态制冷剂。蒸气制冷剂被从闪蒸罐中取出并传送到压缩机。来自闪蒸罐的液态制冷剂被传送到蒸发器。闪蒸罐的大小与闪蒸罐中所产生的蒸气的质量流率有关。随着闪蒸罐的质量流率或容量提高，闪蒸罐的大小也增加，使得自身难以容纳于HVAC系统中。

典型的闪蒸罐具有允许在其内部分蒸发冷凝液的立式壳。然而，此类闪蒸罐具有某些缺点。主要缺点之一是液体携带。在常规的立式闪蒸罐中，由于壳的内径有限，壳内蒸气的向上速度可能更高。因此，当蒸气在壳中向上移动时，蒸气往往会携带液滴。这被称为液体携带。液滴可能与蒸气一起从壳中逸出。当从闪蒸罐中取出的蒸气被传送到压缩机时，与蒸气混合的液滴可能会损坏压缩机的内部组件。另外，液体携带导致从闪蒸罐中取出的液态制冷剂的量减少。这导致制冷系统的效率降低。

因此，需要一种可缓解常规闪蒸罐的前述缺点的闪蒸罐。

发明内容

本公开公开了一种用于容纳一个或多个闪蒸单元的闪蒸罐。所述一个或多个闪蒸单元包括内壳，与所述内壳维持间隙的外壳，以及一个或多个入口，所述入口用以引导制冷剂流过所述间隙以辅助所述制冷剂的部分蒸发。优选地，所述间隙在顶部密封。

在一些实施例中，所述内壳为中空的，以允许蒸气制冷剂从中通过。所述闪蒸单元可包含放置于所述内壳中以最大程度地减少液态制冷剂携带的限流器。所述限流器包括限流构件和端板。所述限流构件附接到所述内壳的内表面且在向下方向上延伸到超过所述内壳。所述端板连接到所述限流构件。

优选地，所述内壳比所述外壳短。

在一些实施例中，所述闪蒸罐包含水平壳体。所述闪蒸单元竖直放置于所述壳体中。

在一些实施例中，所述闪蒸罐包含布置在所述壳体内的一个或多个挡板。所述一个或多个挡板可连接到所述一个或多个闪蒸单元。在一些其它实施例中，所述一个或多个挡板连接到所述闪蒸单元和气液分离器。

根据另一方面，所述闪蒸罐包括水平壳体；以及一个或多个竖直闪蒸单元，其设置于所述水平壳体内以至少部分地蒸发制冷剂并且将蒸气制冷剂与液态制冷剂分离。

附图说明

通过参考结合附图进行的详细描述，本公开的各种对象、方面、特征和优点将变得更显而易见且更好理解，其中相同的参考标号通篇标识对应元件。在图式中，相同参考标号通常表示相同、功能上类似和/或结构上类似的元件。

图1是根据一些实施例的包含加热、通风或空气调节(HVAC)系统的建筑物的透视图。

图2是根据本公开的一个方面的描绘闪蒸罐的等距视图。

图3是根据一些实施例的图2的闪蒸罐的侧视图。

图4是根据一些实施例的图2的闪蒸罐的前视图。

图5是根据一些实施例的闪蒸罐的闪蒸单元的等距视图。

图6是闪蒸单元的俯视图。

图7是根据一些实施例的图2的闪蒸罐的截面视图。

图8是根据一些实施例的图2的闪蒸罐的另一截面视图。

图9是根据本公开的另一方面的描绘闪蒸罐的等距视图。

图10是根据一些实施例的图9的闪蒸罐的俯视图。

图11是根据一些实施例的图9的闪蒸罐的侧视图。

图12是根据一些实施例的图9的闪蒸罐的仰视图。

图13是根据一些实施例的图9的闪蒸罐的前视图。

具体实施方式

下文将描述一个或多个具体实施例。为了提供对这些实施例的简洁描述，说明书中未描述实际实施方案的所有特征。应了解，在任何此类实际实施方案的开发中，如在任何工程或设计项目中，必须制定大量实施方案特定的决策以实现开发者的特定目标，例如遵守与系统相关和与商业相关的约束条件，这些约束条件可能根据实施方案的不同而不同。此外，应了解，此类开发工作可能是复杂且耗时的，但对于受益于本公开的普通技术人员来说不过是设计、制造和生产的例行任务。

在介绍本公开的各种实施例的元件时，冠词“一(a/an)”和“所述”旨在表示存在一个或多个所述元件。术语“包括”、“包含”和“具有”旨在为包含性的并且意味着可以存在除所列元件之外的额外元件。另外，应理解，对本公开的“一个实施例”或“实施例”的参考并非旨在解释为排除同样并入有所叙述特征的额外实施例的存在。

建筑物HVAC系统

现在参考图1，示出了建筑物10的透视图。建筑物10设有加热、通风或空气调节(HVAC)系统100。HVAC系统100可包含被配置成为建筑物10提供采暖、冷却、空气调节、通风和/或其它服务的多个HVAC装置(例如，加热器、冷却器、空气处理单元、泵、风扇、热能储存装置等)。例如，HVAC系统100示出为包含水边系统120和空边系统130。水边系统120可向空边系统130的空气处理单元提供经加热或经冷却流体。空边系统130可使用经加热或经冷却流体来加热或冷却提供到建筑物10的气流。

HVAC系统100示出为包含冷却器102、锅炉104和屋顶空气处理单元(AHU)106。水边系统120可使用锅炉104和冷却器102来加热或冷却工作流体(例如，水、乙二醇等)且可使工作流体循环到AHU 106。在各种实施例中，水边系统120的HVAC装置可位于建筑物10中或周围(如图1中所示)，或位于例如中央设备等(例如，冷却器设备、蒸汽设备、发热设备等)场外位置，其充当包含建筑物10等一个或多个建筑物。取决于建筑物10中是否需要加热或冷却，工作流体可以在锅炉104中加热或在冷却器102中冷却。锅炉104可例如通过燃烧可燃材料(例如，天然气)或使用电加热元件来向循环流体添加热量。冷却器102可使循环流体与热交换器(例如，蒸发器)中的另一流体(例如，制冷剂)成热交换关系以从循环流体吸收热量。可以经由管路108将来自冷却器102和/或锅炉104的工作流体输送到AHU 106。

AHU 106可使工作流体与流经AHU 106的气流成热交换关系(例如，经由冷却盘管和/或加热盘管的一个或多个级来进行)。例如，气流可以是室外空气、来自建筑物10内的回流空气，或两者的组合。AHU 106可在气流与工作流体之间传递热量，以为气流提供加热或冷却。例如，AHU 106可包含一个或多个风扇或鼓风机，其被配置成使气流传递通过或穿过含有工作流体的热交换器。工作流体可接着经由管路110返回到冷却器102或锅炉104。锅炉104和冷却器102的功能可由热泵代替，所述热泵不仅可制得冷冻水，还可制得热水。

空边系统130可经由空气供应管道112将由AHU 106供应的气流(即，供应气流)递送到建筑物10，并且可经由空气返回管道114将返回空气从建筑物10提供到AHU 106。在一些实施例中，空边系统130包含多个变风量(VAV)单元116。例如，空边系统130示出为在建筑物10的每一楼层或区域包含单独的VAV单元116。VAV单元116可以包含可用以控制提供到建筑物10的个别区域的供应气流量的挡板或其它流控制元件。在其它实施例中，空边系统130(例如，经由供应管道112)将供应气流递送到建筑物10的一个或多个区域中，而不使用中间VAV单元116或其它流控制元件。AHU 106可以包含被配置成测量供应气流的属性的各种传感器(例如，温度传感器、压力传感器等)。AHU 106可从位于AHU 106内和/或建筑物区域内的传感器接收输入，并且可调整穿过AHU 106的供应气流的流速、温度或其它属性以实现建筑物区域的设定点条件。

用于HVAC系统的闪蒸罐

本公开进一步公开了一种可用于HVAC系统中的闪蒸罐。闪蒸罐包括壳体和壳体中的一个或多个闪蒸单元。在一些实施例中，闪蒸单元可限定于壳体内。在一些其它实施例中，闪蒸单元可设置于壳体中作为单独的单元。

闪蒸单元包含内壳和外壳，所述内壳和外壳被布置成使得在内壳与外壳之间限定有间隙。一个或多个入口设置于闪蒸单元上，以引导制冷剂流过间隙从而辅助制冷剂的部分蒸发。闪蒸单元辅助将蒸气与液态制冷剂分离。本公开的闪蒸罐最大程度地减少液体携带并且使得闪蒸罐紧凑。

本公开的闪蒸罐现在参考附图2-13进行详细描述。

参考图2-4，示出了根据本公开的一个方面的闪蒸罐200。闪蒸罐200包含用于容纳一个或多个闪蒸单元的壳体210。壳体210可具有任何合适的形状、大小和配置。在一个实例中，壳体210可具有如图2所示的具有水平定向的圆柱形形状。壳体210具有蒸气出口220和液体出口230。蒸气出口220设置于壳体210的大体上部部分，而液体出口230设置于壳体210的大体下部部分。液体出口230可与用于将液态制冷剂传送出壳体210的管道240流体连通。

一个或多个闪蒸单元250安置于壳体210内。尽管附图描绘两个闪蒸单元，但本公开不限于两个闪蒸单元，且本公开的闪蒸罐在其它实施例中可具有一个或多于两个闪蒸单元。闪蒸单元250竖直放置于壳体210中。

壳体210可包含设置于蒸气出口220与闪蒸单元250之间的气液分离器260。更具体地说，气液分离器260设置于蒸气出口220下方但设置于闪蒸单元250上方，以防止制冷剂的液滴到达蒸气出口220。气液分离器260允许蒸气制冷剂从中通过，但不允许液滴从中通过。气液分离器260可具有任何合适的配置。在一些实施例中，气液分离器260可包含扩散板，所述扩散板上配置有锯齿。在一些其它实施例中，气液分离器260可包含过滤器和放置于过滤器上的扩散板。气液分离器260使用任何合适的附接方式附接到壳体210的内表面。

闪蒸单元250设置成至少部分地蒸发制冷剂并将蒸气制冷剂与液态制冷剂分离。闪蒸单元250现在参考图5-6进行详细描述。应注意，本公开的每个闪蒸单元可具有与以下段落中所描述的配置相同的配置，或本公开的至少一个闪蒸单元可具有以下配置。在一些实施例中，在壳体中的所有闪蒸单元中，一个或多个闪蒸单元可具有与以下段落中描述的配置相同的配置，而其余闪蒸单元可具有与下文描述的配置不同的配置。

闪蒸单元250包括内壳270和外壳280。内壳270和外壳280布置成使得内壳270与外壳280之间维持有间隙290。壳270、280可具有任何合适的配置。在一些实施例中，壳270、280具有圆柱形形状，其中外壳280覆盖内壳270。优选地，间隙290在顶部用密封构件300密封。在一个实例中，密封构件300可为具有中心孔的圆形板，所述中心孔的直径等于内壳270的直径。内壳270和外壳280从密封构件300向下延伸。

闪蒸单元250包括用于引导制冷剂流过间隙290以辅助至少制冷剂的部分蒸发的一个或多个入口310。尽管附图示出了单个入口310，但在本公开的其它实施例中，闪蒸罐250可具有不止一个入口。入口310与间隙290流体连通。入口310可包含与HVAC设备(例如，冷凝器)流体连通以接收制冷剂的管道320。管道320可从闪蒸单元250穿过壳体210的主体从壳体210穿出。入口310，更具体地说，管道320，与外壳280相切。由于入口310与外壳280之间的切向连接，制冷剂在流经间隙290时经历旋涡运动。更具体地说，制冷剂通过入口310进入闪蒸单元250。另外，制冷剂流经间隙290。当间隙290为圆形形状时，制冷剂在流经间隙290时经历旋涡运动。间隙290、内壳270和外壳280的配置促进至少制冷剂的部分蒸发，从而形成蒸气制冷剂和液态制冷剂。另外，闪蒸单元250还促进蒸气制冷剂与液态制冷剂的分离。

在一些实施例中，内壳270比外壳280短。更具体地说，外壳280在竖直向下方向上延伸到超过内壳270。另外，内壳270是中空的，从而限定通道330。流经间隙290的制冷剂可相对于闪蒸单元250径向朝外或朝内移动。由于内壳270比外壳280短，因此蒸气制冷剂流经通道330。液态制冷剂通过壳体210的底部部分离开间隙290，并且积聚在壳体的底部处。可通过液体出口230和管道240从壳体210中取出液态制冷剂。

当蒸气流经通道330时，蒸气可携带液滴一起穿过通道330。为了最大程度地减少此液体携带，闪蒸单元250包含放置在通道330中的限流器。限流器防止通道330中的蒸气经历旋涡运动，且因此为了最大程度地减少液体携带。限流器可具有用于防止液滴与蒸气一起行进通过通道330的任何合适的配置。在一些实施例中，限流器包括使用合适的附接方式附接到内壳270的内表面的限流构件340。在一些实施例中，限流构件340可焊接到内壳270。限流构件340可在向下方向上延伸到超过内壳270。限流构件340可具有十字形配置或任何其它合适的配置。限流器可包含连接到限流构件340的端板350。端板350防止蒸气制冷剂与存在于板350下方的液态制冷剂混合，由此最大程度地减少液体携带。

端板350可与限流构件340一体地形成或可附接到限流构件340。离开间隙290的制冷剂接触端板350，其中液态制冷剂被引导朝向壳体210的底部，并且大部分比液态制冷剂轻的蒸气制冷剂流经通道330并在壳体210中上升，但一些蒸气可上升通过外壳280与壳体210之间的空间。另外，蒸气制冷剂流经气液分离器260，其中液滴与蒸气分离。蒸气制冷剂随后经由蒸气出口220被从闪蒸罐200中取出。在气液分离器260中分离的液滴在壳体210中沉降下来。

在一些实施例中，端板350可具有从板350的中心起始并朝向端板350的外围减小的斜度。斜度促进去除端板350表面的液滴，并将液滴引导朝向壳体210的底部。

参考图7-8，闪蒸罐200进一步包括布置在壳体210内的一个或多个挡板360以最大程度地减少液体携带。当制冷剂通过间隙290离开时，蒸气制冷剂可径向朝内或径向朝外移动。蒸气的朝向内壳270的中心径向朝内移动的第一部分流经通道330。蒸气的径向朝外移动的第二部分在壳体210中上升并且流经气液分离器260。蒸气的第二部分可能携带液滴。为了最大程度地减少或防止这种液体携带，闪蒸罐200设置有挡板360。在一些实施例中，挡板360连接到闪蒸单元250。闪蒸罐200包含一个或多个支撑件370、380，其设置成在壳体210内支撑闪蒸单元250。支撑件可包含连接到闪蒸单元250的第一支撑件370和第二支撑件380，使得在支撑件370、380之间限定有开口390。支撑件370、380进一步连接到壳体210的内表面。挡板360可在支撑件370、380上方的某一高度处附接到闪蒸单元250和/或壳体210，使得挡板360覆盖开口390。这种布置允许蒸气流经开口390以及挡板360与支撑件370、380之间的空间，然而，液滴受到挡板360的限制。如果蒸气携带液滴，则液滴受到挡板360限制而不能与蒸气一起上升。

参考图9-13，示出了闪蒸罐200的另一配置。共同部分已被给定相同参考标号，并且除非存在特定需要，否则已省略对其的描述。应理解，除非特别描述，否则对前述段落中所描述的共同部分的描述适用于图9-13的部分。

参考图9-13，闪蒸单元250包含两个入口310a、310b，以接收制冷剂并将制冷剂引导到间隙290中(图5中所示)。入口310a、310b可包含管道410、420。管道410、420经由接头400与制冷剂源流体连通。接头400可为用于引导制冷剂流过管道410、420的T形接头。优选地，入口310a、310b正好相对地布置在闪蒸单元250上。在一些其它实施例中，入口310a、310b可布置在闪蒸单元250上的任何其它合适的位置处。应注意，虽然图9-12示出了具有两个入口的闪蒸单元250，但本公开不限于两个入口，并且在本公开的替代实施例中，闪蒸单元250可包含不止两个入口。

尽管图9-12示出了具有多个入口的单个闪蒸单元250，但在本公开的其它实施例中，闪蒸罐200可包含不止一个具有多个入口的闪蒸单元。

在一些实施例中，气液分离器430在壳体210中布置在蒸气出口220与闪蒸单元250之间。气液分离器430用作将壳体210分为两个区段的竖直分区。在第一区段440中，布置有闪蒸单元250，其中蒸气出口220设置于第二区段450中。第一区段440和第二区段450并排限定。在一些实施例中，气液分离器430可包含针织金属丝网。通常，蒸气流经气液分离器430的大体上部部分以到达蒸气出口220，而液态制冷剂流经气液分离器430的大体下部部分。在蒸气带有液滴的情况下，液滴由于金属丝网配置而受到限制以至于无法通过气液分离器430的上部部分，且液滴向下滴流通过气液分离器430。由于气液分离器430的第一区段440中的压力略高于第二区段450中的压力，因此液态制冷剂流经气液分离器430的下部部分并且积聚在第二区段450中。

在一些其它实施例中，气液分离器430可具有与气液分离器260的配置类似的配置或任何其它合适的配置。

闪蒸罐200进一步包含连接到闪蒸单元250和壳体210且与气液分离器430接触的一个或多个挡板460。在一些实施例中，挡板460可焊接到壳体210。挡板460在存在于第一区段440中的蒸气制冷剂与液态制冷剂之间形成分区，以防止液体携带。挡板460防止存在于挡板460上方的蒸气与存在于挡板460下方的液态制冷剂混合。

参考图12和13，壳体210包含设置于壳体的大体下部部分中的出口470。出口470布置在第二区段450中。出口470可包含管路480，其具有以预定角度切割的端部490。管路480的端部490设置于壳体210中，并且管路480的其余部分延伸伸出壳体210。在一些实施例中，管路480被布置成使得端部490向上延伸到穿过蒸气出口220的竖直线。积聚在第二区段450中的液态制冷剂通过端部490进入管路480。这可使得液态制冷剂在第二区段450中经历旋涡运动。由于旋涡运动，存在于第二区段450中的蒸气的一部分可通过端部490进入管路480。为了防止这种情况，端部490以预定角度切割成使得端部490的上部部分在壳体210的径向方向上延伸到超过端部490的下部部分，以形成罩盖，由此防止蒸气进入管路480。

示例性实施例的配置

如在示例性实施例中所示的系统和方法的构造和布置仅是说明性的。尽管已在本公开中仅详细描述若干实施例，但多个修改是可能的(例如，各个元件的大小、尺寸、结构、形状和比例的变化、参数值、安装布置、材料使用、颜色、定向等)。例如，元件的位置可颠倒或以其它方式变化，并且离散元件的性质或数目或位置可更改或变化。因此，所有此类修改旨在被包含在本公开的范围内。任何过程或方法步骤的次序或顺序可根据替代实施例变化或重新排序。在不脱离本公开的范围的情况下，还可以在示例性实施例的设计、操作条件和布置方面作出其它替代、修改、改变和省略。

尽管图式展示了方法步骤的特定次序，但步骤的次序可不同于所描绘的次序。并且，可以同时或部分同时地执行两个或更多个步骤。此变化将取决于所选择的软件和硬件系统以及设计者选择。所有此类变化都在本公开的范围内。同样，可以利用具有基于规则的逻辑和用以实现各种连接步骤、处理步骤、比较步骤和决策步骤的其它逻辑的标准编程技术来实现软件实施方案。

Claims (11)

1.一种用于容纳一个或多个闪蒸单元的闪蒸罐，其中一个或多个闪蒸单元包括：

内壳；

外壳，其与所述内壳维持间隙；以及

一个或多个入口，其用以引导制冷剂流过所述间隙以辅助所述制冷剂的部分蒸发。

2.根据权利要求1所述的闪蒸罐，其中所述间隙在顶部密封。

3.根据权利要求1所述的闪蒸罐，其中所述内壳包含允许蒸气制冷剂从中通过的通道。

4.根据权利要求3所述的闪蒸罐，其中所述闪蒸单元包含放置于所述通道中以最大程度地减少液态制冷剂携带的限流器，所述限流器包含：

限流构件，其附接到所述内壳的内表面且在向下方向上延伸到超过所述内壳；以及

端板，其连接到所述限流构件。

5.根据权利要求1所述的闪蒸罐，其中内壳比所述外壳短。

6.根据权利要求1所述的闪蒸罐，其包含水平壳体且所述一个或多个闪蒸单元竖直放置于所述壳体中。

7.根据权利要求6所述的闪蒸罐，其包含布置在所述壳体内以最大程度地减少液体携带的一个或多个挡板。

8.根据权利要求7所述的闪蒸罐，其中所述一个或多个挡板连接到所述一个或多个闪蒸单元。

9.根据权利要求7所述的闪蒸罐，其中所述一个或多个挡板连接到所述闪蒸单元和所述壳体。

10.根据权利要求1所述的闪蒸罐，其中所述一个或多个闪蒸单元包含两个入口以接收制冷剂，所述入口正好相对地布置在所述闪蒸单元上。

11.一种闪蒸罐，其包括：

水平壳体；以及

一个或多个竖直闪蒸单元，其设置于所述水平壳体内以：

至少部分地蒸发制冷剂；并且

将蒸气制冷剂与液态制冷剂分离。