ES2968456T3 - Separador y distribuidor integrados - Google Patents
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Abstract
Un conjunto separador y distribuidor para un evaporador de película descendente alojado dentro de la carcasa del evaporador incluye una carcasa que define un volumen de separación, una entrada de refrigerante configurada para admitir un flujo de refrigerante líquido y en vapor dentro del volumen de separación y uno o más canales de refrigerante que se extienden a lo largo de un eje longitudinal. de la vivienda. El canal de refrigerante tiene una entrada de canal en la parte inferior del volumen de separación, y uno o más canales de refrigerante están configurados para recibir refrigerante líquido separado del volumen de separación. Uno o más canales de rociado están en comunicación fluida con los canalones de refrigerante. El canal de rociado incluye una o más aberturas de rociado en la parte superior del canal de rociado verticalmente debajo de la entrada del canal. La una o más aberturas de rociado están configuradas para hacer fluir refrigerante líquido desde ellas. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Separador y distribuidor integrados
La presente invención se refiere a un evaporador de película descendente, que se describe en la presente memoria con referencia a la técnica de sistemas de calefacción, ventilación, aire acondicionado y refrigeración (HVAC&R). Más específicamente, la presente descripción se refiere a evaporadores de película descendente para sistemas HVAC&R.
Los sistemas HVAC&R, tales como enfriadores, usan un evaporador para facilitar un intercambio de energía térmica entre un refrigerante en el evaporador y un medio que fluye en varios tubos de evaporador colocados en el evaporador. En un evaporador inundado, los tubos se sumergen en una piscina de refrigerante. Esto da como resultado un volumen particularmente alto de refrigerante necesario, dependiendo de una cantidad y tamaño de tubos de evaporador, para un funcionamiento eficiente del sistema. Otro tipo de evaporador usado en sistemas enfriadores es un evaporador de película descendente. En un evaporador de película descendente, los tubos de evaporador se colocan típicamente por debajo de un colector de distribución desde el cual se empuja el refrigerante, formando una "película descendente" sobre los tubos de evaporador.
En un evaporador de película descendente típico, tal como el descrito en el documento WO 2015/099872 A1, una mezcla expandida de líquido refrigerante y vapor es transportada por una tubería o red de tuberías en el evaporador y dispositivo de distribución, que mide el flujo de refrigerante líquido sobre los tubos de evaporador. Los volúmenes de separación y los colectores de distribución llenos de líquido pueden proporcionar una medición fiable del refrigerante líquido al haz, pero a menudo pueden conducir a un retraso significativo de la carga de refrigerante. Esto puede tener efectos en los costes y en la regulación, a partir de las emisiones calculadas de gases de efecto invernadero. El documento US 5561 987 A y el documento US 2017/153061 describen otros evaporadores de película descendentes.
Según un aspecto, un evaporador de película descendente incluye una carcasa de evaporador, una pluralidad de tubos de evaporador a través de los cuales se hace fluir un volumen de medio de transferencia de energía térmica, y un conjunto de separador y distribuidor para un evaporador de película descendente. El conjunto incluye una carcasa separadora que define un volumen de separación, una entrada de refrigerante configurada para admitir un flujo de refrigerante líquido y de vapor en el volumen de separación, y una o más canaletas de refrigerante que se extienden a lo largo de un eje longitudinal de la carcasa. La canaleta de refrigerante tiene una entrada de canaleta en una parte inferior del volumen de separación. La una o más canaletas de refrigerante están configuradas para recibir refrigerante líquido separado del volumen de separación. Uno o más canales de dispersión están en comunicación fluida con las canaletas de refrigerante. El canal de dispersión incluye una o más aberturas de dispersión en una parte superior del canal de dispersión verticalmente por debajo de la entrada de canaleta. La una o más aberturas de dispersión están configuradas para hacer fluir refrigerante líquido desde las mismas. El evaporador de película descendente incluye además un colector de distribución dispuesto debajo del canal de dispersión y en comunicación fluida con el mismo. La una o más aberturas de dispersión están dispuestas lateralmente dentro de los lados laterales del volumen de separación.
Opcionalmente, la una o más canaletas de refrigerante se extienden desde un primer extremo longitudinal hasta un segundo extremo longitudinal del volumen de separación.
Opcionalmente, la una o más canaletas de refrigerante son dos canaletas de refrigerante. Las dos canaletas de refrigerante están ubicadas en lados laterales opuestos del volumen de separación.
Opcionalmente, el conjunto incluye dos canales de dispersión, cada canal de dispersión conectado a una canaleta de refrigerante de las dos canaletas de refrigerante.
Opcionalmente, la una o más canaletas de dispersión varían en una o más de una profundidad de canal de dispersión o una anchura de canal de dispersión a lo largo del eje longitudinal.
Opcionalmente, un deflector se ubica en el volumen de separación que se extiende a través de la entrada de refrigerante.
Opcionalmente, un colector de distribución se ubica por debajo del canal de dispersión y en comunicación fluida con el mismo.
Opcionalmente, una abertura de ventilación se ubica en el volumen de separación. La abertura de ventilación está configurada para ventilar vapor refrigerante del volumen de separación.
Según otro aspecto, un método para operar un evaporador de película descendente incluye hacer fluir un refrigerante líquido y de vapor en un volumen de separación de un conjunto de separador y distribuidor, separar un refrigerante líquido del refrigerante líquido y de vapor en el volumen de separación, y hacer fluir el refrigerante líquido a través de una canaleta de refrigerante en la parte inferior del volumen de separación en un canal de dispersión. La canaleta de refrigerante se extiende dentro de un canal de dispersión dispuesto fuera del volumen de separación. El refrigerante líquido es empujado fuera de una o más aberturas de dispersión en una parte superior del canal de dispersión a través de la presión de refrigerante en el volumen de separación. La una o más aberturas de dispersión están dispuestas lateralmente dentro de los lados laterales del volumen de separación.
Opcionalmente, el refrigerante líquido fluye desde la una o más aberturas de dispersión a un colector de distribución dispuesto por debajo del canal de dispersión, y el refrigerante líquido fluye desde el colector de distribución sobre una pluralidad de tubos de evaporador.
Opcionalmente, al menos una parte del refrigerante líquido y de vapor se incide sobre un deflector dispuesto al menos parcialmente a través de la entrada de refrigerante.
Opcionalmente, el refrigerante de vapor se ventila desde el volumen de separación a través de una abertura de ventilación en el volumen de separación.
Las siguientes descripciones no deben considerarse limitativas de ninguna manera. Haciendo referencia a los dibujos adjuntos, elementos iguales se numeran de la misma manera:
la FIG. 1 es una vista esquemática de un sistema de calefacción, ventilación, aire acondicionado y refrigeración;
la FIG. 2 es una vista esquemática en alzado de un evaporador de película descendente;
la FIG. 3 es una vista en sección transversal de un separador y distribuidor integral de un evaporador de película descendente no reivindicado;
la FIG. 4 es una vista en sección transversal de un separador y distribuidor integral de un evaporador de película descendente;
la FIG. 5 es una vista en sección transversal de un separador y distribuidor integral de un evaporador de película descendente;
la FIG. 6 es una vista en sección transversal de un separador y distribuidor integral de un evaporador de película descendente;
la FIG. 7 es una vista en perspectiva de un separador y distribuidor integral de un evaporador de película descendente; y
la FIG. 8 es otra vista en sección transversal de un separador y distribuidor integral de un evaporador de película descendente.
A modo de ejemplo y no de limitación, en la presente memoria se presenta una descripción detallada de una o más realizaciones del aparato y método descritos, haciendo referencia a las figuras.
En la FIG. 1 se muestra una vista esquemática de una realización de una unidad de calefacción, ventilación y aire acondicionado (HVAC), por ejemplo, un enfriador 10 que utiliza un evaporador 12 de película descendente. Un flujo de refrigerante 14 de vapor se dirige a un compresor 16 y luego a un condensador 18 que emite un flujo de refrigerante 20 líquido a una válvula 22 de expansión. La válvula 22 de expansión emite una mezcla 24 de refrigerante líquido y de vapor hacia el evaporador 12.
Haciendo referencia ahora a la FIG. 2, como se ha indicado anteriormente, el evaporador 12 es un evaporador de película descendente. El evaporador 12 incluye una carcasa 26 de evaporador con los componentes del evaporador 12 dispuestos al menos parcialmente en el mismo, incluyendo una pluralidad de tubos 28 de evaporador. Un separador y distribuidor 30 integral está ubicado en la carcasa 26 por encima de los tubos 28 de evaporador para distribuir refrigerante 32 líquido sobre los tubos 28 de evaporador. Se produce un intercambio de energía térmica entre un flujo de medio 34 de transferencia de calor (mostrado en la FIG. 1) que fluye a través de los tubos 28 de evaporador dentro y fuera del evaporador 12 y el refrigerante 32 líquido.
Haciendo referencia ahora a la configuración explicativa mostrada en la FIG. 3, el separador y distribuidor 30 integral incluye una carcasa 80 que define un volumen 34 de separación que hace fluir el refrigerante 32 líquido separado en una o más canaletas 36 de refrigerante que se extienden a lo largo de un eje 38 longitudinal del separador y distribuidor 30 integral. El eje 38 longitudinal se extiende paralelo a la longitud de los tubos 28 de evaporador, como se muestra mejor en la FIG. 2, mientras que un eje 40 lateral se extiende horizontalmente perpendicular al eje 38 longitudinal.
Las canaletas 36 de refrigerante tienen una entrada 42 de canaleta que conecta el volumen 34 de separación a un canal 44 de dispersión en la parte inferior del volumen 34 de separación y que se extiende a lo largo del eje 38 longitudinal. El canal 44 de dispersión incluye una o más salidas 46 de dispersión ubicadas en una superficie 48 superior del canal 44 de dispersión, verticalmente por debajo del volumen 34 de separación y verticalmente por debajo de la entrada 42 de canaleta. Además, el canal 44 de dispersión incluye una profundidad 62 de canal de dispersión y una anchura 64 de canal de dispersión, y la canaleta 36 de refrigerante tiene una anchura 82 de canaleta. Los canales 44 de dispersión están dimensionados y configurados para proporcionar una caída de presión deseada, que se basa en una capacidad de refrigeración deseada, o velocidad de flujo del refrigerante 32 líquido. En algunas realizaciones, las salidas 46 de dispersión están dimensionadas y numeradas para un cabezal de refrigerante líquido de 25 mm. Además, la profundidad 62 del canal de dispersión es al menos 2,5 veces el diámetro hidráulico de salida de dispersión. En algunas realizaciones, la profundidad 62 del canal de dispersión está en el intervalo de 3 a 4,5 centímetros, mientras que la anchura 64 del canal de dispersión está en el intervalo de 4,5 a 7 centímetros.
Además, la canaleta 36 de refrigerante está dimensionada para proporcionar un flujo de líquido de autoventilación a los canales 44 de dispersión, que es una función de la capacidad de refrigeración del sistema y de la longitud de la canaleta 12. En algunas realizaciones, la canaleta 36 de refrigerante tiene una anchura 82 de canaleta en el intervalo de aproximadamente 0,5-1,5 centímetros, y una altura de canaleta entre un parte inferior del volumen 34 de separación y el canal 44 de dispersión entre aproximadamente 4,5 y 5,5 centímetros.
En la configuración explicativa mostrada en la FIG. 3, que no se reivindica, las canaletas 36 de refrigerante están ubicadas en los lados 48 laterales del volumen 34 de separación, con las salidas 46 de dispersión lateralmente fuera de los lados 48 laterales del volumen 34 de separación. En algunas realizaciones, tal como se muestra en las FIGs. 4-5, las canaletas 36 y las salidas 46 de dispersión pueden colocarse en otras ubicaciones a lo largo de la parte inferior del volumen 34 de separación. Según la invención, como se muestra en la FIG. 4, las salidas 46 de dispersión están ubicadas lateralmente dentro de los lados 48 laterales del volumen 34 de separación. En la realización de la FIG. 5, la canaleta 36 de refrigerante está ubicada sustancialmente en un centro lateral del volumen 34 de separación, incluyendo el canal 44 de dispersión múltiples salidas 46 de dispersión. Otra configuración explicativa se ilustra en la FIG. 6, donde dos canaletas 36 de refrigerante están ubicadas en los lados 48 laterales del volumen 34 de separación y una tercera canaleta 36 de refrigerante está ubicada sustancialmente en un centro lateral del volumen 36 de separación. Debe apreciarse que las realizaciones descritas en la presente memoria son ejemplares, y que otras ubicaciones de las canaletas 36 de refrigerante y los canales 44 de dispersión se contemplan dentro del alcance de la presente descripción.
Haciendo referencia de nuevo a la configuración explicativa mostrada en la FIG. 3, el refrigerante 24 líquido y de vapor entra en el volumen 34 de separación a través de una entrada 50 de refrigerante. En algunas realizaciones, un deflector 52 está dispuesto en el volumen 34 de separación separado de la entrada 50 de refrigerante y a través de la entrada 50 de refrigerante. Como se muestra mejor en la configuración explicativa de la FIG. 7, el deflector 52 se extiende parcialmente a lo largo de una longitud 54 longitudinal del volumen 34 de separación.
Haciendo referencia de nuevo a la FIG. 3, cuando el refrigerante 24 líquido y de vapor entra en el volumen 34 de separación a través de la entrada 50 de refrigerante, el refrigerante 24 líquido y de vapor incide sobre el deflector 52. El impacto distribuye el refrigerante 24 líquido y de vapor a través del volumen 34 de separación. El refrigerante 32 líquido separado refrigerante 24 líquido y de vapor se asienta en una parte inferior 56 del volumen 34 de separación, y fluye hacia los canales 44 de dispersión a través de las canaletas 36 de refrigerante. El refrigerante 32 líquido es empujado a través de las salidas 46 de dispersión a través de la presión del refrigerante 32 líquido en el volumen 34 de separación y los canales 44 de dispersión.
Como la configuración explicativa mostrada en la FIG. 7, las canaletas 36 de refrigerante y los canales 44 de dispersión se extienden longitudinalmente a lo largo del separador 30 desde un primer extremo 58 hasta un segundo extremo 60 del separador 30. La extensión de las canaletas 36 de refrigerante y los canales 44 de dispersión a lo largo de la longitud del separador 30 proporciona un grado de predistribución del refrigerante 32 líquido a lo largo de la longitud 54 longitudinal del distribuidor. Dependiendo del grado de tal predistribución longitudinal del refrigerante 32 líquido que se desee, en algunas realizaciones los canales 44 de dispersión y las canaletas 36 de refrigerante pueden no extenderse completamente desde el primer extremo 58 hasta el segundo extremo 60, pero pueden extenderse parcialmente a lo largo de la longitud 54 longitudinal, por ejemplo, a lo largo del 5 % al 99 % de la longitud 54 longitudinal. Además, mientras que una única canaleta 36 de refrigerante y canal 44 de dispersión se extiende continuamente desde el primer extremo 58 hasta el segundo extremo 60 en la configuración explicativa de la FIG. 7, en algunas realizaciones, múltiples canaletas 36 de refrigerante y/o canales 44 de dispersión pueden estar ubicados a lo largo de la longitud 54 longitudinal.
En la configuración explicativa de la FIG. 7, las salidas 46 de dispersión son una pluralidad de aberturas circulares, mientras que en algunas realizaciones se pueden utilizar otras configuraciones. Por ejemplo, en algunas realizaciones, las salidas 46 de dispersión pueden ser múltiples ranuras extendidas longitudinalmente, o una ranura continua. Además, en algunas realizaciones, el tamaño, la forma y/o la separación de las salidas 46 de dispersión pueden variar a lo largo de la longitud longitudinal. Adicionalmente, una profundidad 62 de canal de dispersión y/o una anchura 64 de canal de dispersión pueden variar a lo largo de la longitud longitudinal, por ejemplo, con la distancia desde la entrada 50 de refrigerante con el fin de igualar los caudales a lo largo de la longitud.
Haciendo referencia de nuevo a la FIG. 3, un colector 66 de distribución está ubicado por debajo de los canales 44 de dispersión, entre los canales 44 de dispersión y los tubos 28 de evaporador. El colector 66 de distribución incluye una pluralidad de aberturas 68 de distribución para permitir que el refrigerante 32 líquido fluya a través del mismo y sobre los tubos 28 de evaporador.
Haciendo referencia a la FIG. 8, el refrigerante 70 de vapor se ventila desde el volumen 34 de separación en una o más aberturas 72 de ventilación. Desde la abertura 72 de ventilación, una vía 74 de ventilación se extiende hacia abajo hacia la parte inferior 76 del evaporador y sale de la vía 74 de ventilación en una salida 78 de ventilación para unir el refrigerante de vapor hervido en los tubos 28 de evaporador. Este refrigerante 70 de vapor se devuelve al compresor 16 a través de un orificio de succión (no mostrado).
El separador y distribuidor 30 integral descrito en la presente memoria proporciona una distribución efectiva de refrigerante 32 líquido con carga de refrigerante reducida (hasta 15 % de la carga del sistema) en comparación con otras arquitecturas de separador-colector usadas actualmente, mientras que se mantiene el rendimiento casi ideal del tubo 28 de evaporador de humedecimiento de haz y del evaporador 12. Suministrando refrigerante 32 líquido al colector 66 de distribución a lo largo de toda su longitud a través de los canales 44 de dispersión, en lugar de alimentar el colector de distribución en ubicaciones discretas, el tamaño del colector 66 de distribución requerido para una distribución eficaz puede reducirse. En comparación con los sistemas de distribución basados en pulverización, las configuraciones descritas en la presente memoria pueden proporcionar una distribución de líquido superior al haz de tubos 28 de evaporador, a través de una gama más amplia de condiciones de funcionamiento.
El término "aproximadamente" pretende incluir el grado de error asociado con la medición de la cantidad particular basándose en el equipamiento disponible en el momento de presentar la solicitud.
La terminología usada en la presente memoria solo tiene el fin de describir las realizaciones particulares y no pretende ser limitante de la presente descripción. Como se usan en la presente memoria, se pretende que las formas singulares "un", "una", "el" y "la" incluyan también las formas plurales, a menos que el contexto indique claramente lo contrario. Se comprenderá además que los términos "comprende" y/o "que comprende", cuando se usan en la presente memoria descriptiva, especifican la presencia de las características, los números enteros, las etapas, las operaciones, los elementos y/o los componentes que se indican, pero no excluyen la presencia o incorporación de una o más de otras características, números enteros, etapas, operaciones, elementos, componentes y/o grupos de los mismos.
Mientras que la presente descripción se ha descrito con referencia a una realización o realizaciones ejemplares, los expertos en la técnica entenderán que pueden realizarse diversos cambios y que los elementos de estas pueden sustituirse por equivalentes sin apartarse del alcance de la presente invención definido por las reivindicaciones. Además, pueden realizarse muchas modificaciones para adaptar una situación o material particular a las enseñanzas de la presente descripción sin apartarse del alcance de las reivindicaciones. Por lo tanto, se pretende que la presente invención no se limite a la realización particular descrita como el mejor modo contemplado para realizar esta presente descripción, sino que la presente invención incluirá todas las realizaciones que caen dentro del alcance de las reivindicaciones.
Claims (11)
1. Un evaporador (12) de película descendente, que comprende:
una carcasa (26) de evaporador;
una pluralidad de tubos (28) de evaporador a través de los cuales fluye un volumen de medio de transferencia de energía térmica; y
un conjunto (30) de separador y distribuidor para un evaporador de película descendente, que comprende: un carcasa (80) de separador que define un volumen (34) de separación;
una entrada (50) de refrigerante configurada para admitir un flujo (24) de refrigerante líquido y de vapor en el volumen de separación;
una o más canaletas (36) de refrigerante que se extienden a lo largo de un eje (38) longitudinal de la carcasa, la canaleta de refrigerante tiene una entrada (42) de canaleta en una parte inferior del volumen de separación, la una o más canaletas de refrigerante configuradas para recibir refrigerante (32) líquido separado del volumen de separación; y
uno o más canales (44) de dispersión en comunicación fluida con las canaletas de refrigerante, el canal de dispersión incluye una o más aberturas (46) de dispersión en una parte superior del canal de dispersión verticalmente por debajo de la entrada de canaleta, la una o más aberturas de dispersión configuradas para hacer fluir refrigerante líquido desde las mismas; en donde
el evaporador de película descendente incluye además un colector (66) de distribución dispuesto debajo del canal (44) de dispersión y en comunicación fluida con el mismo; y
la una o más aberturas de dispersión están dispuestas lateralmente dentro de los lados (48) laterales del volumen (34) de separación.
2. El evaporador de película descendente de la reivindicación 1, en donde la una o más canaletas (36) de refrigerante se extienden desde un primer extremo longitudinal hasta un segundo extremo longitudinal del volumen (34) de separación.
3. El evaporador de película descendente de la reivindicación 1, en donde la una o más canaletas (36) de refrigerante son dos canaletas de refrigerante, las dos canaletas de refrigerante dispuestas en lados (48) laterales opuestos del volumen (34) de separación.
4. El evaporador de película descendente de la reivindicación 3, que comprende además dos canales (44) de dispersión, cada canal de dispersión conectado a una canaleta (36) de refrigerante de las dos canaletas de refrigerante.
5. El evaporador de película descendente de la reivindicación 1, en donde el uno o más canales (44) de dispersión varían en una o más de una profundidad (62) de canal de dispersión o una anchura (64) de canal de dispersión a lo largo del eje (38) longitudinal.
6. El evaporador de película descendente de la reivindicación 1, que comprende además un deflector (52) dispuesto en el volumen (34) de separación que se extiende a través de la entrada (50) de refrigerante.
7. El evaporador de película descendente de la reivindicación 1, que comprende además una abertura (72) de ventilación dispuesta en el volumen (34) de separación, la abertura de ventilación configurada para ventilar el refrigerante (70) de vapor del volumen de separación.
8. Un método de funcionamiento de un evaporador (12) de película descendente, que comprende: hacer fluir un refrigerante (24) líquido y de vapor en un volumen (34) de separación de un conjunto (30) de separador y distribuidor;
separar un refrigerante (32) líquido del refrigerante líquido y de vapor en el volumen de separación; hacer fluir el refrigerante líquido a través de una canaleta (36) de refrigerante en la parte inferior del volumen de separación en un canal (44) de dispersión, extendiéndose la canaleta de refrigerante en un canal de dispersión dispuesto fuera del volumen de separación; y
empujar el refrigerante líquido fuera de una o más aberturas (46) de dispersión en una parte superior del canal de dispersión a través de la presión de refrigerante en el volumen de separación, en donde la una o más aberturas de dispersión están dispuestas lateralmente dentro de los lados (48) laterales del volumen (34) de separación.
9. El método de la reivindicación 8, que comprende además:
hacer fluir el refrigerante (32) líquido desde la una o más aberturas (46) de dispersión hasta un colector (66) de distribución dispuesto debajo del canal (44) de dispersión; y
hacer fluir el refrigerante líquido desde el colector de distribución sobre una pluralidad de tubos (28) de evaporador.
10. El método de la reivindicación 8, que comprende además incidir al menos una parte del refrigerante (24) líquido y de vapor sobre un deflector (52) dispuesto al menos parcialmente a través de la entrada (50) de refrigerante.
11. El método de la reivindicación 8, que comprende además ventilar el refrigerante (70) de vapor del volumen (34) de separación a través de una abertura (72) de ventilación en el volumen de separación.
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