CN1303381C - 减少制冷系统的液体带出物的方法和蒸发器 - Google Patents

Abstract

在具有其中带有液态制冷剂的冷却器的制冷系统中，在传热管的上方设置了热交换器，以便阻止任何液态制冷剂微滴夹杂在制冷剂蒸气中而从传热管向上传送到压缩机的吸入口中。聚集在热交换器上的液滴被传送到压缩机吸入口的所得制冷剂蒸气煮沸。通过热交换器的热交换器介质可以是随后通过传热管的冷却流体，或者是来自冷凝器的冷凝物。

Description

减少制冷系统的液体带出物的方法和蒸发器

技术领域

本发明大体上涉及空气调节系统，更具体地涉及一种用于减少蒸发器的液体带出物的方法和装置。

背景技术

在制冷剂蒸气从蒸发器流到压缩机的制冷回路中，在制冷剂未完全蒸发的情况下，液态制冷剂可作为液体带出物而传送到压缩机中，这会影响压缩机的性能和寿命。

通常存在着液体带出物会带来问题的两种类型的蒸发器应用：浸没式蒸发器和降膜式蒸发器。在液态制冷剂被引入到蒸发器壳体的下部的浸没式蒸发器中，液体微滴可夹杂在制冷剂蒸气流中并从热交换器管束的顶部排出。类似的，在两相制冷剂被引入到管束顶部的降膜式蒸发器装置中，会有很大量的液态制冷剂被夹带到压缩机的吸入口中。

解决此问题的一种方法是提供液体/蒸气分离器，其设置在蒸发器的内部或外部。虽然此方法是有效的，然而它们显著地增加了系统的费用。

另一种方法是在管束顶部和壳体顶部处的吸入喷嘴之间提供足够的垂直空间，使得微滴在它们到达吸入喷嘴之前在重力作用下向下流动。当然这需要采用较大的壳体，这又由于增添的材料及其所占据的空间而增加了成本。

还有一种方法是在管束顶部和压缩机吸入部分之间设置丝网形式的所谓的“消除器”。这种消除器可阻止液滴的流动，允许液滴聚集在消除器上并最终在重力作用下坠落。这种方法在控制液体带出物方面具有一定的效用，虽然这种方法需要的空间比上述方法更小，然而它还是需要用于消除器的一些附加空间，并且还涉及到消除器的成本。另外，可以容易地认识到，它只是简单地将微滴送回，这些微滴会如上所述地再次夹杂在制冷剂蒸气流中。

除了上述讨论的通常使用的浸没式蒸发器和降膜式蒸发器应用之外，本发明还适用于提高系统的效率以便适用于其它的应用。例如，在制冷剂由往复式压缩机或螺旋压缩机驱动的空气调节系统中，采用了直接膨胀式蒸发器而不是浸没式蒸发器，这是因为浸没式蒸发器不能提供足够的吸入过热，从而无法用于这种压缩机。然而，如果可以克服这种问题的话，那么优选采用浸没式蒸发器。

因此，本发明的一个目的是提供一种可减少流体带出物的改进的蒸发器装置。

本发明的另一目的是提供一种蒸发器以有效地利用蒸发器壳体内的空间。

本发明的另一目的是在带有往复式压缩机或螺旋压缩机的系统中使用浸没式蒸发器。

本发明的另一目的是提供一种在使用中效率高且有效的蒸发器。

通过结合附图并参考下述介绍，可以更容易地清楚这些目的和其它特征及优点。

发明内容

简短地说，根据本发明的一个方面，一种用于空气调节系统的改进的蒸发器结构，所述空气调节系统具有蒸发器，其用于接受液态的制冷剂，将制冷剂暴露在热交换器的表面上，并使制冷剂的一部分被加热且转化成气态以流向压缩机，所述蒸发器结构包括：用于容纳制冷剂的蒸发器壳体，所述制冷剂至少部分地处于液态；设置在所述壳体内的多个传热管，用于从中内部地引导冷却流体的流动以被设置在外部的所述制冷剂冷却，至少一部分所述制冷剂在此过程中转化成蒸气；位于所述壳体的上部的吸入口，用于将所述制冷剂蒸气流引导到所述压缩机中；在管束上方设置了用于阻止液态制冷剂微滴向上流动的挡板，否则这些微滴会与制冷剂蒸气一起流到压缩机中；对挡板加热以使液滴蒸发，使得可将所得的蒸气传送到压缩机中；所述挡板包括具有内部流动通道的热交换器，其特征在于，所述热交换器连接成使得其中的内部流体为冷却流体，其从所述热交换器传送到所述传热管中。

根据本发明的另一方面，挡板结构包括流体在其中流动的热交换器，流体的温度比制冷剂的温度更高，使得足量的热量被传送到制冷剂微滴中以产生所需的蒸气。

根据本发明的另一个方面，流经挡板热交换器的流体可以是从进入蒸发器第一通道的水中引出的较暖的水，或者此流体可以是在进入膨胀装置之前离开冷凝器的液态制冷剂。

本发明也提出一种减少具有蒸发器的制冷系统的液体带出物的方法，所述蒸发器可接受在冷却过程中蒸发的液态制冷剂，在流向压缩机的吸入口时制冷剂蒸气可携带液态制冷剂微滴，所述方法包括步骤：在蒸发器壳体内设置多个传热管，所述管可内部地引导待冷却的液体流；将至少一些所述传热管的外侧暴露在液态制冷剂中，使得所述液态制冷剂被加热并转化成制冷剂蒸气；其中还包括：在所述传热管和所述压缩机的吸入口之间设置挡板结构，以便阻止夹杂在所述制冷剂蒸气中的液态制冷剂微滴的流动；和对所述挡板加热到足以煮沸至少一些所述微滴的程度，并允许将所得到的蒸气传送到所述压缩机的吸入口中；所述挡板为热交换器，其特征在于，所述加热所述挡板的步骤通过在将所述待冷却液流传送到所述传热管之前引导所述液流通过所述热交换器来实现。

本发明还提出一种用于冷冻装置的蒸发器，所述冷冻装置具有设置在所述蒸发器上方并通过吸入口与所述蒸发器流体相通的压缩机，所述蒸发器包括：设置在所述蒸发器壳体中的多个传热管，所述管与流体源相连以使待冷却流体循环；用于引导液态制冷剂以与可蒸发所述液态制冷剂的所述传热管相接触的制冷剂供应装置，使得可将所得的蒸气向上抽入到所述吸入口中；位于所述传热管和所述吸入口之间的热交换器，使得夹杂在上升蒸气中的任何液态制冷剂微滴被所述热交换器阻止并聚集在所述热交换器上，所述热交换器具有在其中流动的介质，其温度足够高以使至少一些所述微滴蒸发；其特征在于，流经所述热交换器的介质包括随后流经所述传热管的流体。

在下述附图中显示了一个优选实施例；然而，在不脱离本发明的精神实质和范围的前提下，可以对本发明进行各种其它的修改和采用另外的结构。

附图说明

图1是结合了本发明的浸没式蒸发器的示意图。

图2是本发明的有效消除器(active eliminator)部分的示意图。

图3是有效消除器部分的另一实施例。

图4是根据本发明的热交换器和冷却液流的示意图。

图5是结合了本发明的降膜式蒸发器的示意图。

图6是具有另一种型式的压缩机并结合了本发明的浸没式蒸发器的示意图。

图7是根据本发明的另一种热交换器的冷却液流设置。

具体实施方式

参考图1，本发明大体上由标号10表示，其包括有浸没式蒸发器11，蒸发器11设有位于其底端的液态制冷剂入口12、多个串联的管13，以及位于其顶端的压缩机吸入口14。

液体管13带有待冷却的液体，液体在下方通道处进入，并由于被管所浸入于其中的液态制冷剂冷却而连续向上地进入到上方通道中。如所看到的那样，液态制冷剂的液面正好保持在上方管行之上，如标号16所示，在此之上形成了敞开空间17，蒸发的制冷剂蒸气可通过它而到达压缩机的吸入口14。然而，在液态制冷剂的液面16的正上方存在着液态制冷剂微滴18，其可被夹杂在上升的制冷剂蒸气中，如果不阻止它的话，它就会流动到压缩机的吸入口14中。为了防止这种情况发生，在敞开空间17中设置了有效消除器19。有效消除器19的目的是阻止液态制冷剂微滴18的向上流动，并加热这些微滴以使其蒸发，从而将蒸气传送到压缩机的吸入口14中。这样，可以防止液滴的带出物流动到压缩机的吸入口14中。

下面参考图2，图中显示了有效消除器的一个实施例，其包括以交错关系设置成第一行22和第二行23的多个热交换器管21。管21相连以携带介质流，介质的温度足够高，以将粘附在消除器19上的液态制冷剂微滴煮沸。有效消除器19可采用许多种形式。例如，如所示的交错管束可包括一行或多行的低成本的翅片管。还可采用散热片管或平行流动的热交换器芯的形式，它们已用在汽车的空调系统中。

在图3中显示了另一种有效消除器，它包括一行热交换器管21及其下方的多个偏转条板24，条板用于将所夹杂的液体引导到有效消除器管21上。此条板装置可防止液滴的向上流动从一行热交换器的热交换管21之间穿过。

穿过有效消除器19的介质可来自各种供应源。例如，它可以是从进入到如图4所示的冷冻机第一通道中的水中引出的相对较热的水，在冷冻机中第一通道由标号26表示，最后通道由标号27表示，它们之间的一些通道未周标号示出。如所示，管路28携带了从第一通道26直接引到有效消除器19的水，其穿过管21并通过管路29回到管束的中间通道30中。

有效消除器19中的介质的另一选择是来自冷凝器20(以虚线示出)的冷凝物，其处于比蒸发器中的制冷剂更高的温度，并足够热以便能煮沸液态制冷剂微滴。在通过管21之后，更冷的液体传送到膨胀装置25中，如虚线所示。

上面已经采用浸没式蒸发器来介绍了本发明，下面将参考降膜式蒸发器来介绍本发明，其如图5的标号31所示。这里，多个运水管32设置成多行的交错关系，其方式与上述浸没式蒸发器的相同。然而，管32不是浸入在液态制冷剂中，而是通过分配器33与制冷剂相接触，分配器33安装在管行之上，用于以传统方式在管束上分配两相制冷剂。当制冷剂在管上落下时，管中的水使制冷剂蒸发并在此过程中冷却水。然后制冷剂蒸气上升到压缩机吸入口34中，其方式与上述浸没式蒸发器的相同。在此过程中存在一定量的微滴36夹杂在上升的蒸气中，除非设置了其它装置，否则其将进入到压缩机的吸入口34中。为此，在分配器33之上安装了有效消除器37，使得它可阻止夹杂在蒸气中的液滴的向上流动。有效消除器37的结构、目的和运行方式与上述有效消除器19基本相同。

虽然本发明已经就压缩机通常为离心式压缩机的浸没式蒸发器和降膜式蒸发器的应用来进行了介绍，然而本发明还可用于较小的浸没式蒸发器应用中，其中接受制冷剂蒸气的压缩机38是如图6所示的往复式压缩机或螺旋压缩机。这里，通常与这种压缩机一起使用的传统DX蒸发器被浸没式蒸发器的冷冻机所代替，其与图1所示的冷冻机基本上相同，只是尺寸较小。这种组合由于增大了过热而成为可行的，这是通过采用有效消除器19将液滴转化成更有效的过热蒸气来实现的。结果是与直接膨胀(DX)式蒸发器相比，整体传热系数提高了2到2.5倍，能效比(COP)提高了4到5％，这是因为对空气调节应用来说压缩机的高度降低。这还提供了降低成本和减少冷凝器线圈的底面积的可能性。有效消除器19仍为热交换器，其中有较高温度的介质流动。如图7所示，介质最好是流入有效消除器19中的热冷凝物39，其通过管21然后沿管路41到达膨胀阀42，以便进入到制冷剂入口43中。这样，有效消除器可用作吸入式热交换器，并能保证得到在相当的DX单元中无法得到的吸入过热。当然，作为另一种选择，可采用来自第一通道的热水，以便为所示和如图4所示的有效消除器19提供热量。

Claims (11)

1.一种用于空气调节系统的改进的蒸发器结构，所述空气调节系统具有蒸发器，其用于接受液态的制冷剂，将制冷剂暴露在热交换器的表面上，并使制冷剂的一部分被加热且转化成气态以流向压缩机，所述蒸发器结构包括：

用于容纳制冷剂的蒸发器壳体，所述制冷剂至少部分地处于液态；

设置在所述壳体内的多个传热管，用于从中内部地引导冷却流体的流动以被设置在外部的所述制冷剂冷却，至少一部分所述制冷剂在此过程中转化成蒸气；

位于所述壳体的上部的吸入口，用于将所述制冷剂蒸气流引导到所述压缩机中；

设置于所述传热管和所述吸入口之间的挡板，用于在液态制冷剂微滴与所述制冷剂蒸气流一起向上运动时阻止所述液态制冷剂微滴的流动，所述挡板具有热交换表面，其可保持在加热状态以使至少一些所述微滴蒸发；

所述挡板包括具有内部流动通道的热交换器，其特征在于，所述热交换器连接成使得其中的内部流体为冷却流体，其从所述热交换器传送到所述传热管中。

2.根据权利要求1所述的蒸发器结构，其特征在于，所述蒸发器为浸没式蒸发器，液态制冷剂被引入其底部，从而浸没了至少一部分所述传热管。

3.根据权利要求1所述的蒸发器结构，其特征在于，所述蒸发器为降膜式蒸发器，并包括设置在所述传热管上方的制冷剂分配系统。

4.根据权利要求4所述的蒸发器结构，其特征在于，所述挡板设置在所述制冷剂分配系统的上方。

5.一种减少具有蒸发器的制冷系统的液体带出物的方法，所述蒸发器可接受在冷却过程中蒸发的液态制冷剂，在流向压缩机的吸入口时制冷剂蒸气可携带液态制冷剂微滴，所述方法包括步骤：

在蒸发器壳体内设置多个传热管，所述管可内部地引导待冷却的液体流；

将至少一些所述传热管的外侧暴露在液态制冷剂中，使得所述液态制冷剂被加热并转化成制冷剂蒸气；

在所述传热管和所述压缩机的吸入口之间设置挡板结构，以便阻止夹杂在所述制冷剂蒸气中的液态制冷剂微滴的流动；和

对所述挡板加热到足以煮沸至少一些所述微滴的程度，并允许将所得到的蒸气传送到所述压缩机的吸入口中；

所述挡板为热交换器，其特征在于，所述加热所述挡板的步骤通过在将所述待冷却液流传送到所述传热管之前引导所述液流通过所述热交换器来实现。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述蒸发器为浸没式蒸发器，所述将所述传热管暴露在液态制冷剂中的步骤通过将制冷剂引入所述蒸发器壳体的底部并浸没至少一部分所述传热管来实现。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述蒸发器为降膜式蒸发器，所述将所述传热管暴露在液态制冷剂中的步骤通过在所述多个传热管上方设置制冷剂分配系统来实现。

8.一种用于冷冻装置的蒸发器，所述冷冻装置具有设置在所述蒸发器上方并通过吸入口与所述蒸发器流体相通的压缩机，所述蒸发器包括：

设置在所述蒸发器壳体中的多个传热管，所述管与流体源相连以使待冷却流体循环；

用于引导液态制冷剂以与可蒸发所述液态制冷剂的所述传热管相接触的制冷剂供应装置，使得可将所得的蒸气向上抽入到所述吸入口中；

位于所述传热管和所述吸入口之间的热交换器，使得夹杂在上升蒸气中的任何液态制冷剂微滴被所述热交换器阻止并聚集在所述热交换器上，所述热交换器具有在其中流动的介质，其温度足够高以使至少一些所述微滴蒸发；

其特征在于，流经所述热交换器的介质包括随后流经所述传热管的流体。

9.根据权利要求8所述的蒸发器，其特征在于，所述蒸发器为浸没式，所述制冷剂供应装置在所述壳体的底部处提供液态制冷剂。

10.根据权利要求8所述的蒸发器，其特征在于，所述蒸发器为降膜式，并包括设置在所述传热管上方的制冷剂分配系统。

11.根据权利要求10所述的蒸发器，其特征在于，所述热交换器设置在所述制冷剂分配系统的上方。

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