CN209341634U - 一种制冷用纯逆流干式蒸发器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种制冷用纯逆流干式蒸发器，包括制冷剂入口、制冷剂分液段、第一管程换热管、制冷剂转向段、第二管程换热管、制冷剂集气段、制冷剂出口、冷冻水入口、第一壳程通道、冷冻水转向口、第二壳程通道、冷冻水出口、冷冻水隔板和外圆筒；各第一管程换热管之间、各第二管程换热管之间均具有间隙，与外圆筒构成成冷冻水流动的壳程通道，各第一管程换热管管腔、各第二管程换热管管腔构成制冷剂流动的管程通道。本实用新型以自支撑型强化换热铜管为换热管，通过采用上、下管程非对称换热面积的设计，以及纯逆流换热的设计，以实现干式蒸发器的高效换热效果，具有结构紧凑、低成本、高效节能的优点。

Description

一种制冷用纯逆流干式蒸发器

技术领域

本实用新型涉及制冷技术领域，具体涉及一种制冷用纯逆流干式蒸发器。

背景技术

蒸发器是制冷/热泵装置中的核心换热设备，根据被冷却介质种类的不同，蒸发器可分为水(液)冷蒸发器和风冷蒸发器。根据供液方式的不同，可分为干式、满液式和降膜式蒸发器等。

传统的干式蒸发器主要是折流板管壳式换热器，制冷剂走管程，在换热管内流动，载冷剂走壳程，在换热管外流动。其主要缺点是：管外的折流板易导致壳程的流阻大，管外载冷剂(水)和管内制冷剂之间为汊流，较之逆流，其传热温差小，传热效果相对较差，此外，由于折流板的存在，容易形成低流速区和流动死区，以及容易结垢，不易清洗。

实用新型内容

针对上述问题，本发明提供一种制冷用纯逆流干式蒸发器，其换热管束依靠管道本身的凹凸点相互接触，起到自支撑作用，不需要折流板，能有效解决传统折流板干式蒸发器的弊端。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案为：

一种制冷用纯逆流干式蒸发器，具有二管程和二壳程，包括制冷剂入口、制冷剂分液段、第一管程换热管、制冷剂转向段、第二管程换热管、制冷剂集气段、制冷剂出口、冷冻水入口、第一壳程通道、冷冻水转向口、第二壳程通道、冷冻水出口、冷冻水隔板和外圆筒；

制冷剂分液段、制冷剂转向段、制冷剂集气段和外圆筒均为独立的腔室，制冷剂分液段位于外圆筒右端下部，制冷剂集气段位于外圆筒右端上部，制冷剂转向段位于外圆筒左端，制冷剂入口与制冷剂分液段相通，制冷剂出口与制冷剂集气段相通，冷冻水隔板水平设置在外圆筒内部，将外圆筒内部分为上方的第一壳程通道和下方的第二壳程通道，冷冻水隔板左端与外圆筒左端内壁相距一段距离形成连通第一壳程通道和第二壳程通道的冷冻水转向口，冷冻水入口与第一壳程通道右端上部相通，冷冻水出口与第二壳程通道右端下部相通，第一管程换热管为多根，铺设在第二壳程通道中，构成第一管程换热管束，制冷剂分液段与制冷剂转向段下部通过第一管程换热管束连通，第二管程换热管为多根，铺设在第一壳程通道中，构成第二管程换热管束，制冷剂转向段上部与制冷剂分液段通过第二管程换热管束连通；

各第一管程换热管之间、各第二管程换热管之间均具有间隙，构成冷冻水流动的壳程通道，各第一管程换热管管腔、各第二管程换热管管腔构成制冷剂流动的管程通道。

本实用新型的制冷用纯逆流干式蒸发器，壳程流道横截面沿管束纵向周期性变化，使壳程流体产生以旋转和周期性的物流分离与混合为主要特点的强扰动。壳程没有折流板，不存在流动死区，壳程的流动阻力也较小，同时也不易结垢。换热管之间保持点接触而且壳程流体主要作纵向流动，能很好地克服诱导振动，提高了其操作的可靠性。

进一步地，所述的第一管程换热管、第二管程换热管均由圆外肋片蒸发铜管经螺旋扭曲而成，相邻的第一管程换热管在最大变径凸点处相互接触形成自支撑结构，相邻的第二管程换热管在最大变径凸点处相互接触形成自支撑结构。自支撑结构可有效避免因冷冻水和制冷剂流速过大所产生的震动和噪声。

进一步地，还包括两个冷冻水挡流板，冷冻水挡流板为两端开口的壳体结构，一端与外圆筒右端内壁连接，另一端与冷冻水隔板对齐，第一个冷冻水挡流板位于第一壳程通道中，用于包裹第二管程换热管束，冷冻水入口与该第一个冷冻水挡流板连通，第二个冷冻水挡流板位于第二壳程通道中，用于包裹第一管程换热管束，冷冻水出口与该第二个冷冻水挡流板连通。冷冻水挡流板有利于减少上、下二壳程内的冷冻水流动死区，从而达到增强传热效果的目的。

进一步地，所述的冷冻水隔板和冷冻水挡流板的材质为钢板或塑料板。

进一步地，所述的外圆筒的材质为碳钢板或不锈钢板。

进一步地，所述的第一管程换热管和第二管程换热管的管径不相同，所述的第一管程换热管束和第二管程换热管束的管子数量不相同。从而适应制冷剂由于相变引起的体积变化需求，增大制冷剂侧蒸发传热系数。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型采用自支撑型强化换热铜管作为高效换热管，具有结构紧凑、体积小，安装空间要求相对较小，有利于减少整个制冷/热泵机组的体积，特别适合于安装空间紧张的制冷/热泵机组。

2、本实用新型采用自支撑型强化换热铜管，设计采用逆流传热方式，较之传统汊流换热器，其传热效率高。对于同样的传热量或效率，本实用新型可减少传热面积，从而降低造价，节约成本。

3、本发明根据制冷剂在传热过程中发生相变，引起制冷剂体积剧烈变化的特点，通过改变上、下管程传热管管径、管子数量的方法，实现管程上、下传热面积不对称设计，能更好地发挥制冷剂相变传热的特点，增大总传热系数，减少传热管数量或传热面积，达到结构紧凑、降低成本的目的。

4、本实用新型通过自支撑型强化换热铜管的自支撑，取消折流板，可适当增大流体流速，增强传热效果，而不至于引起的震动和噪声。

附图说明

图1是本实用新型的制冷用纯逆流干式蒸发器的主视平面示意图；

图2是本实用新型的制冷用纯逆流干式蒸发器的剖面示意图；

附图标记说明：1-制冷剂入口；2-制冷剂分液段；3-第一管程换热管；4-制冷剂转向段；5-第二管程换热管；6-制冷剂集气段；7-制冷剂出口；8-冷冻水入口；9-第一壳程通道；10-冷冻水转向口；11-第二壳程通道；12-冷冻水出口；13-冷冻水隔板；14-冷冻水挡流板；15-外圆筒。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

如图1和图2所示，一种制冷用纯逆流干式蒸发器，具有二管程和二壳程，包括制冷剂入口1、制冷剂分液段2、第一管程换热管3、制冷剂转向段4、第二管程换热管5、制冷剂集气段6、制冷剂出口7、冷冻水入口8、第一壳程通道9、冷冻水转向口10、第二壳程通道11、冷冻水出口12、冷冻水隔板13、冷冻水挡流板14和外圆筒15。

制冷剂分液段2、制冷剂转向段4、制冷剂集气段6和外圆筒15均为独立的腔室，制冷剂分液段2位于外圆筒15右端下部，制冷剂集气段6位于外圆筒15右端上部，制冷剂转向段4位于外圆筒15左端，制冷剂入口1与制冷剂分液段2相通，制冷剂出口7与制冷剂集气段6相通，冷冻水隔板13水平设置在外圆筒15内部，将外圆筒15内部分为上方的第一壳程通道9和下方的第二壳程通道11，冷冻水隔板13左端与外圆筒15左端内壁相距一段距离形成连通第一壳程通道9和第二壳程通道11的冷冻水转向口10，冷冻水入口8与第一壳程通道9右端上部相通，冷冻水出口12与第二壳程通道11右端下部相通，第一管程换热管3为多根，铺设在第二壳程通道11中，排列组合成第一管程换热管束，制冷剂分液段2与制冷剂转向段4下部通过第一管程换热管束连通，第二管程换热管5为多根，铺设在第一壳程通道9中，排列组合成第二管程换热管束，制冷剂转向段4上部与制冷剂分液段2通过第二管程换热管束连通。

第一管程换热管3、第二管程换热管5均由圆外肋片蒸发铜管经螺旋扭曲而成，相邻的第一管程换热管3在最大变径凸点处相互接触形成自支撑结构，相邻的第二管程换热管5在最大变径凸点处相互接触形成自支撑结构，自支撑型强化换热铜管可有效避免因冷冻水和制冷剂流速过大所产生的震动和噪声，较之常规的换热铜管，具有总传热系数大的优点，可有效较少干式蒸发器内的换热铜管数量和换热面积，从而减少干式蒸发器体积，达到结构紧凑的目的。各第一管程换热管3之间、各第二管程换热管5之间均具有间隙，与外圆筒1构成成冷冻水流动的壳程通道，各第一管程换热管3管腔、各第二管程换热管5管腔构成制冷剂流动的管程通道，冷冻水和制冷剂通过自支撑型强化换热铜管束的内、外通道进行间壁换热，冷冻水与制冷剂之间不接触。

为了减少上、下二壳程内的冷冻水流动死区，从而达到增强传热效果的目的，第一壳程通道9和第二壳程通道11均设有冷冻水挡流板14，冷冻水挡流板14为两端开口的壳体结构，一端与外圆筒15右端内壁连接，另一端与冷冻水隔板13对齐，第一壳程通道9中的冷冻水挡流板14用于包裹第二管程换热管束，并与冷冻水入口8连通，第二壳程通道11中的冷冻水挡流板14用于包裹第一管程换热管束，并与冷冻水出口12连通。冷冻水隔板13和冷冻水挡流板14的材质为钢板或塑料板，外圆筒15的材质为碳钢板或不锈钢板。

根据制冷剂在蒸发相变传热过程中的体积变化，第一管程换热管3和第二管程换热管5的管径不相同，并且第一管程换热管束和第二管程换热管束的管子数量也不相同，从而适应制冷剂由于相变引起的体积变化需求，进而增大制冷剂侧蒸发传热系数。

下面对本实用新型的制冷用纯逆流干式蒸发器的运行过程进行说明：

液体制冷剂经过节流装置节流后，从干式蒸发器的第一管程的制冷剂入口1流入，在制冷剂分液段2内，将制冷剂均匀地分流到各第一管程换热管3内；制冷剂在第一管程换热管3吸热后不断蒸发，由液体逐渐变为气液混合物，经制冷剂转向段4转向后，流入各第二管程换热管5，继续吸收热量，最后变为过热的制冷剂气体，完成整个蒸发吸热过程，在制冷剂集气段6汇流后，经制冷剂出口7流向压缩机的吸气口。

温度较高的冷冻水(通常为12℃)从冷冻水入口8流入干式蒸发器的第一壳程通道9，与第二管程换热管5内的制冷剂气体换热，释放热量给制冷剂；经过冷冻水转向口10后，流入第二壳程通道11内，与第一管程换热管3内的制冷剂继续换热，最终被冷却成温度较低的冷冻水(通常为7℃)，完成制冷过程，从冷冻水出口12流出，输送到冷冻水用户端。

冷冻水隔板13的主要作用是将壳程中的冷冻水分为上下两壳程，实现与上下两管程内的制冷剂之间的纯逆流换热，以增大换热温差，提高换热效率。

冷冻水挡流板14的主要作用有两个：一是尽量减少壳程内的流动死区，让冷冻水和制冷剂充分换热；二是调节壳程通道的流通截面积，尽量使上、下壳程的流通截面积相等，从而保证冷冻水在上、下壳程内的流速尽量相等，使得换热稳定、高效，维持冷冻水的出水温度。

上列详细说明是针对本实用新型可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本实用新型的专利范围，凡未脱离本实用新型所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围中。

Claims (6)

1.一种制冷用纯逆流干式蒸发器，具有二管程和二壳程，其特征在于：包括制冷剂入口(1)、制冷剂分液段(2)、第一管程换热管(3)、制冷剂转向段(4)、第二管程换热管(5)、制冷剂集气段(6)、制冷剂出口(7)、冷冻水入口(8)、第一壳程通道(9)、冷冻水转向口(10)、第二壳程通道(11)、冷冻水出口(12)、冷冻水隔板(13)和外圆筒(15)；

制冷剂分液段(2)、制冷剂转向段(4)、制冷剂集气段(6)和外圆筒(15)均为独立的腔室，制冷剂分液段(2)位于外圆筒(15)右端下部，制冷剂集气段(6)位于外圆筒(15)右端上部，制冷剂转向段(4)位于外圆筒(15)左端，制冷剂入口(1)与制冷剂分液段(2)相通，制冷剂出口(7)与制冷剂集气段(6)相通，冷冻水隔板(13)水平设置在外圆筒(15)内部，将外圆筒(15)内部分为上方的第一壳程通道(9)和下方的第二壳程通道(11)，冷冻水隔板(13)左端与外圆筒(15)左端内壁相距一段距离形成连通第一壳程通道(9)和第二壳程通道(11)的冷冻水转向口(10)，冷冻水入口(8)与第一壳程通道(9)右端上部相通，冷冻水出口(12)与第二壳程通道(11)右端下部相通，第一管程换热管(3)为多根，铺设在第二壳程通道(11)中，构成第一管程换热管束，制冷剂分液段(2)与制冷剂转向段(4)下部通过第一管程换热管束连通，第二管程换热管(5)为多根，铺设在第一壳程通道(9)中，构成第二管程换热管束，制冷剂转向段(4)上部与制冷剂分液段(2)通过第二管程换热管束连通；

各第一管程换热管(3)之间、各第二管程换热管(5)之间均具有间隙，构成冷冻水流动的壳程通道，各第一管程换热管(3)管腔、各第二管程换热管(5)管腔构成制冷剂流动的管程通道。

2.根据权利要求1所述的一种制冷用纯逆流干式蒸发器，其特征在于：所述的第一管程换热管(3)、第二管程换热管(5)均由圆外肋片蒸发铜管经螺旋扭曲而成，相邻的第一管程换热管(3)在最大变径凸点处相互接触形成自支撑结构，相邻的第二管程换热管(5)在最大变径凸点处相互接触形成自支撑结构。

3.根据权利要求1所述的一种制冷用纯逆流干式蒸发器，其特征在于：还包括两个冷冻水挡流板(14)，冷冻水挡流板(14)为两端开口的壳体结构，一端与外圆筒(15)右端内壁连接，另一端与冷冻水隔板(13)对齐，第一个冷冻水挡流板(14)位于第一壳程通道(9)中，用于包裹第二管程换热管束，冷冻水入口(8)与该第一个冷冻水挡流板(14)连通，第二个冷冻水挡流板(14)位于第二壳程通道(11)中，用于包裹第一管程换热管束，冷冻水出口(12)与该第二个冷冻水挡流板(14)连通。

4.根据权利要求3所述的一种制冷用纯逆流干式蒸发器，其特征在于：所述的冷冻水隔板(13)和冷冻水挡流板(14)的材质为钢板或塑料板。

5.根据权利要求1所述的一种制冷用纯逆流干式蒸发器，其特征在于：所述的外圆筒(15)的材质为碳钢板或不锈钢板。

6.根据权利要求1所述的一种制冷用纯逆流干式蒸发器，其特征在于：所述的第一管程换热管(3)和第二管程换热管(5)的管径不相同，所述的第一管程换热管束和第二管程换热管束的管子数量不相同。