KR20240063935A - Evaporator and refrigeration system including same - Google Patents
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Abstract
본 출원은 쉘; 상기 캐비티 내에 설치되되 줄지어 배열되고, 복수개의 열교환관을 포함하며, 각 열 중의 상기 열교환관의 중심이 상기 높이 방향을 따라 배치되고, 인접한 열 중의 인접한 두 개의 상기 열교환관의 중심이 상기 캐비티의 폭 방향에서 어긋나게 배치되는 강하막 튜브 번들;을 포함하되, 상기 강하막 튜브 번들은 인접한 두 열에서 인접한 네 개의 상기 열교환관 중, 적어도 두 개의 상이한 열의 상기 열교환관의 외면 사이의 최소 간격이 동일한 열 중 두 개의 상기 열교환관의 외면 사이의 최소 간격보다 크게끔 구성되는 증발기를 제공한다. 본 출원에 있어서, 본 출원에 있어서, 폭 방향(W)에서 냉매의 유동 공간을 증가하는 것을 통해, 상응한 열교환관 사이를 흘러 지나는 기체의 유속을 줄임으로써, 기상 레이놀즈 수(Rev)와 액막 레이놀즈 수(Refilm)의 비율을 감소시키고, 이로써 증발기의 열교환 효율을 향상시킨다.This application covers Shell; It is installed in the cavity and arranged in a row, and includes a plurality of heat exchange tubes, where the center of the heat exchange tube in each row is arranged along the height direction, and the center of the two adjacent heat exchange tubes in the adjacent row is the center of the cavity. A falling film tube bundle disposed offset in the width direction, wherein the falling film tube bundle has the same minimum distance between the outer surfaces of the heat exchange tubes in at least two different rows among the four adjacent heat exchange tubes in two adjacent rows. It provides an evaporator configured to be larger than the minimum gap between the outer surfaces of two of the heat exchange tubes. In the present application, by increasing the flow space of the refrigerant in the width direction (W), by reducing the flow rate of the gas flowing between the corresponding heat exchange pipes, the gas phase Reynolds number (Re v ) and the liquid film Reduces the ratio of Reynolds number (Re film ), thereby improving the heat exchange efficiency of the evaporator.
Description
본 출원은 증발기에 관한 것으로, 특히 열교환 효율이 높은 증발기 및 이를 포함하는 냉동 시스템에 관한 것이다.This application relates to an evaporator, and particularly to an evaporator with high heat exchange efficiency and a refrigeration system including the same.
전통적인 냉동 시스템은 증발기, 응축기, 스로틀링 장치 및 압축기를 구비한다. 저온의 냉매 액체가 증발기를 통과할 때, 외부의 작업 유체와 열교환을 진행하여, 작업 유체의 열을 흡수함으로써, 작업 유체의 온도가 저하되어, 냉각 효과를 실현하고, 작업 유체는 공기일 수 있으며, 냉각수일 수도 있다. 열교환 후 냉매 액체는 기체 상태 냉매로 기화되어 압축기에 유입된다. 증발기의 열교환 효율은 여러 요인의 영향을 받는다.A traditional refrigeration system includes an evaporator, condenser, throttling device and compressor. When the low-temperature refrigerant liquid passes through the evaporator, it undergoes heat exchange with the external working fluid and absorbs the heat of the working fluid, so that the temperature of the working fluid is lowered and a cooling effect is realized, and the working fluid can be air. , it may be coolant. After heat exchange, the refrigerant liquid is vaporized into gaseous refrigerant and flows into the compressor. The heat exchange efficiency of the evaporator is affected by several factors.
본 출원의 제1 양태는 열교환 효율이 높은 증발기를 제공하는 것을 적어도 하나의 목적으로 한다. 증발기는 길이 방향, 폭 방향 및 높이 방향을 갖는 캐비티를 포함하는 쉘; 상기 캐비티 내에 설치되되 줄지어 배열되고, 복수개의 열교환관을 포함하며, 각 열교환관이 상기 캐비티의 길이 방향을 따라 연장되고, 각 열 중의 상기 열교환관의 중심이 상기 높이 방향을 따라 배치되며, 인접한 열 중의 인접한 두 개의 상기 열교환관의 중심이 상기 캐비티의 폭 방향에서 어긋나게 배치되는 강하막 튜브 번들을 포함하고; 여기서, 상기 강하막 튜브 번들은 인접한 두 열에서 인접한 네 개의 상기 열교환관 중, 적어도 두 개의 상이한 열의 상기 열교환관의 외면 사이의 최소 간격이 동일한 열 중 두 개의 상기 열교환관의 외면 사이의 최소 간격보다 크게끔 구성된다.The first aspect of the present application has at least one object to provide an evaporator with high heat exchange efficiency. The evaporator includes a shell including cavities having longitudinal, width and height directions; It is installed in the cavity and arranged in a row, and includes a plurality of heat exchange tubes, each heat exchange tube extending along the longitudinal direction of the cavity, the center of the heat exchange tube in each row is arranged along the height direction, and adjacent a falling film tube bundle in which the centers of two adjacent heat exchange tubes in a row are arranged to be offset in the width direction of the cavity; Here, the falling film tube bundle is such that among the four adjacent heat exchange tubes in two adjacent rows, the minimum gap between the outer surfaces of the heat exchange tubes in at least two different rows is greater than the minimum spacing between the outer surfaces of the two heat exchange tubes in the same row. It is composed largely.
상기 제1 양태에 따르면, 인접한 두 열에서 인접한 네 개의 열교환관 중, 적어도 두 개의 상이한 열의 상기 열교환관의 외면 사이의 간격의 설정을 통해, 인접한 두 열의 열교환관를 흘러 지나는 기체의 유속을 줄임으로써, 상기 증발기의 열교환 효율을 향상시킨다.According to the first aspect, by setting a gap between the outer surfaces of the heat exchange tubes of at least two different rows among the four adjacent heat exchange tubes in two adjacent rows, reducing the flow rate of the gas flowing through the heat exchange tubes of the two adjacent rows, Improves heat exchange efficiency of the evaporator.
상기 제1 양태에 따르면, 상기 강하막 튜브 번들 중 각 열교환관은 동일한 관경을 갖고, 인접한 열에서 인접한 두 개의 상기 열교환관의 상기 캐비티의 폭 방향에서의 중심의 간격과 각 열에서 상기 열교환관 중 인접한 두 개의 상기 열교환관의 상기 캐비티의 높이 방향에서의 중심의 간격의 비율이 을 충족시킨다.According to the first aspect, each heat exchange tube in the falling film tube bundle has the same pipe diameter, and the center spacing in the width direction of the cavity of the two adjacent heat exchange tubes in an adjacent row and one of the heat exchange tubes in each row The ratio of the spacing between the centers of the two adjacent heat exchange pipes in the height direction of the cavity is satisfies.
상기 제1 양태에 따르면, 상기 강하막 튜브 번들은 큰 관경을 갖는 복수개의 제1 열교환관 및 작은 관경을 갖는 복수개의 제2 열교환관을 포함하고; 상기 강하막 튜브 번들의 열에서, 상기 제1 열교환관과 제2 열교환관이 어긋나게 배치된다.According to the first aspect, the falling film tube bundle includes a plurality of first heat exchange tubes having a large tube diameter and a plurality of second heat exchange tubes having a small tube diameter; In the row of the falling film tube bundles, the first heat exchange tube and the second heat exchange tube are arranged to be offset.
상기 제1 양태에 따르면, 상기 강하막 튜브 번들은 큰 관경을 갖는 복수개의 제1 열교환관 및 작은 관경을 갖는 복수개의 제2 열교환관을 포함하고, 복수개의 상기 제1 열교환관은 줄지어 배열되며, 복수개의 제2 열교환관이 줄지어 배열되고; 여기서, 상기 제1 열교환관의 열과 제2 열교환관의 열이 어긋나게 배치된다.According to the first aspect, the falling film tube bundle includes a plurality of first heat exchange tubes having a large tube diameter and a plurality of second heat exchange tubes having a small tube diameter, and the plurality of first heat exchange tubes are arranged in a row. , a plurality of second heat exchange tubes are arranged in a row; Here, the rows of the first heat exchange tubes and the rows of the second heat exchange tubes are arranged to be offset.
상기 제1 양태에 따르면, 인접한 두 열의 상기 열교환관에서 인접한 상기 제1 열교환관 및 상기 제2 열교환관의 상기 캐비티의 폭 방향에서의 중심의 간격은 상기 제1 열교환관의 큰 관경 이상이다.According to the first aspect, in the two adjacent rows of heat exchange tubes, the distance between the centers of the adjacent first heat exchange tubes and the second heat exchange tubes in the width direction of the cavity is greater than or equal to the large pipe diameter of the first heat exchange tubes.
상기 제1 양태에 따르면, 제1 열교환관의 큰 관경은 25.4 mm이고; 상기 제2 열교환관의 작은 관경은 19.05 mm이다.According to the first aspect, the large diameter of the first heat exchange tube is 25.4 mm; The small diameter of the second heat exchange tube is 19.05 mm.
상기 제1 양태에 따르면, 상기 증발기는 상기 강하막 튜브 번들의 상기 캐비티의 폭 방향의 외측에 각각 설치되는 제1 배플 및 제2 배플을 더 포함하고, 여기서, 상기 제1 배플 및 제2 배플에 각각 복수개의 창이 설치되어 있으며, 상기 복수개의 창은 상기 캐비티의 길이 방향을 따라 배치되며, 상기 복수개의 창은 상기 캐비티의 높이 방향에서 상기 강하막 튜브 번들의 중부의 외측에 설치된다.According to the first aspect, the evaporator further includes a first baffle and a second baffle respectively installed outside the cavity in the width direction of the falling film tube bundle, wherein the first baffle and the second baffle A plurality of windows are each installed, the plurality of windows are arranged along the longitudinal direction of the cavity, and the plurality of windows are installed outside the central portion of the falling film tube bundle in the height direction of the cavity.
상기 제1 양태에 따르면, 상기 제1 배플 및 제2 배플에서 상기 창의 외측에 각각 상기 캐비티의 길이 방향을 따라 연장되는 액체 차단 배플이 설치되어 있고, 여기서, 상기 액체 차단 배플의 탑부가 상응한 상기 제1 배플 및 상기 제2 배플에 연결되며, 상기 액체 차단 배플은 상기 창과 일정한 거리로 이격된다.According to the first aspect, a liquid blocking baffle extending along the longitudinal direction of the cavity is provided outside the window in the first baffle and the second baffle, respectively, wherein the top of the liquid blocking baffle corresponds to the window. It is connected to the first baffle and the second baffle, and the liquid blocking baffle is spaced apart from the window at a certain distance.
본 출원의 제2 양태는 냉매 회로에 설치된 압축기, 응축기, 스로틀링 장치 및 제1 양태 중 어느 한 항에 따른 증발기를 포함하는 냉동 시스템을 제공하는 것을 적어도 하나의 목적으로 한다.The second aspect of the present application has at least one object to provide a refrigeration system including a compressor, a condenser, a throttling device, and an evaporator according to any one of the first aspect installed in a refrigerant circuit.
도 1은 냉동 시스템의 개략적인 블록도이다.
도 2는 도 1의 증발기의 사시도이다.
도 3a는 도 2의 증발기의 일 실시예의 반경 방향 단면도이다.
도 3b는 도 3a의 강하막 튜브 번들 중의 인접한 네 개의 열교환관의 국부 확대도이다.
도 3c는 도 3a에 도시된 실시예에 따른 증발기의 강하막 튜브 번들과 이상적인 상태의 강하막 튜브 번들 중의 단일 열교환관의 열전달 계수의 이론값 비교도이다.
도 4a는 도 2의 증발기의 다른 실시예의 반경 방향 단면도이다.
도 4b는 도 4a의 강하막 튜브 번들 중의 인접한 네 개의 열교환관의 국부 확대도이다.
도 4c는 도 4a에 도시된 실시예에 따른 증발기의 강하막 튜브 번들과 이상적인 상태의 강하막 튜브 번들 중의 단일 열교환관의 열전달 계수의 이론값 비교도이다.
도 5a는 도 2의 증발기의 또 다른 실시예의 반경 방향 단면도이다.
도 5b는 도 5a의 강하막 튜브 번들 중의 인접한 네 개의 열교환관의 국부 확대도이다.
도 5c는 도 5a에 도시된 실시예에 따른 증발기의 강하막 튜브 번들과 이상적인 상태의 강하막 튜브 번들 중의 단일 열교환관의 열전달 계수의 이론값 비교도이다.
도 6a는 도 2의 증발기의 또 다른 실시예의 반경 방향 단면도이다.
도 6b는 도 6a의 제1 배플의 구조 개략도이다.
도 6c는 도 6a에 도시된 실시예에 따른 증발기의 강하막 튜브 번들과 이상적인 상태의 강하막 튜브 번들 중의 단일 열교환관의 열전달 계수의 이론값 비교도이다.1 is a schematic block diagram of a refrigeration system.
Figure 2 is a perspective view of the evaporator of Figure 1.
Figure 3A is a radial cross-sectional view of one embodiment of the evaporator of Figure 2;
Figure 3b is a local enlarged view of four adjacent heat exchange tubes in the falling film tube bundle of Figure 3a.
FIG. 3C is a comparison diagram of the theoretical value of the heat transfer coefficient of a single heat exchange tube in the falling film tube bundle of the evaporator according to the embodiment shown in FIG. 3A and the falling film tube bundle in an ideal state.
Figure 4a is a radial cross-sectional view of another embodiment of the evaporator of Figure 2;
Figure 4b is a local enlarged view of four adjacent heat exchange tubes in the falling film tube bundle of Figure 4a.
FIG. 4C is a comparison diagram of the theoretical value of the heat transfer coefficient of a single heat exchange tube in the falling film tube bundle of the evaporator according to the embodiment shown in FIG. 4A and the falling film tube bundle in an ideal state.
Figure 5A is a radial cross-sectional view of another embodiment of the evaporator of Figure 2;
Figure 5b is a local enlarged view of four adjacent heat exchange tubes in the falling film tube bundle of Figure 5a.
FIG. 5C is a comparison diagram of the theoretical value of the heat transfer coefficient of a single heat exchange tube in the falling film tube bundle of the evaporator according to the embodiment shown in FIG. 5A and the falling film tube bundle in an ideal state.
Figure 6A is a radial cross-sectional view of another embodiment of the evaporator of Figure 2;
FIG. 6B is a structural schematic diagram of the first baffle of FIG. 6A.
FIG. 6C is a comparison diagram of the theoretical value of the heat transfer coefficient of a single heat exchange tube in the falling film tube bundle of the evaporator according to the embodiment shown in FIG. 6A and the falling film tube bundle in an ideal state.
이하, 본 명세서의 일부를 구성하는 첨부 도면을 참조하여 본 출원의 다양한 구체적인 실시 형태를 설명하도록 한다. 본 출원에서 "앞", "뒤", "상", "하", "좌", "우", "내", "외", "탑부", “저부”, “정면”, “배면”, "근단", "원단", "횡방향", "종방향" 등과 같은 방향을 나타내는 용어를 사용하여 본 출원의 다양한 구현예의 구조적 부분 및 요소를 설명하였으나, 여기서 사용되는 이러한 용어는 단지 설명의 편의를 위한 것에 불과하고, 이러한 용어는 첨부 도면에서 나타내는 예시적인 방위에 기반하여 확정된 것이다. 본 출원에 개시된 실시예들은 서로 다른 방향으로 설치될 수 있기에, 방향을 나타내는 이러한 용어들은 단지 설명에 불과하고 제한적인 것으로 간주해서는 아니된다.Hereinafter, various specific embodiments of the present application will be described with reference to the accompanying drawings that form a part of the present specification. In this application, “front”, “back”, “top”, “bottom”, “left”, “right”, “inside”, “outside”, “top”, “bottom”, “front”, “back” , “proximal end,” “distal end,” “transverse direction,” “longitudinal direction,” and the like have been used to describe structural parts and elements of various embodiments of the present application; however, as used herein, such terms are merely descriptive. For convenience only, these terms are established based on the exemplary orientations shown in the accompanying drawings. Since the embodiments disclosed in this application can be installed in different orientations, these terms indicating orientation are merely descriptive and should not be considered limiting.
본 출원에 사용된 "제1", "제2" 등과 같은 서수사는 구별 및 식별을 위한 것에 불과하고, 다른 의미를 가지지 않으며, 달리 명시하지 않는 한 특정 순서를 나타내거나 특정 연관성을 갖지 않는다. 예를 들어, 용어 "제1 부재" 자체는 "제2 부재"의 존재를 암시하지 않고, 용어 "제2 부재" 자체도 "제1 부재"의 존재를 암시하지 않는다.Ordinal numbers such as “first”, “second”, etc. used in this application are only for distinction and identification, have no other meaning, and do not indicate a specific order or have a specific relationship unless otherwise specified. For example, the term “first member” itself does not imply the existence of a “second member,” and the term “second member” itself does not imply the existence of a “first member.”
도 1은 냉동 시스템(190)의 개략적인 블록도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 냉동 시스템(190)은 압축기(193), 응축기(191), 스로틀링 장치(192) 및 증발기(100)를 포함하고, 이들은 배관을 통해 하나의 냉매 순환 회로를 형성하며, 회로에는 냉매가 충전되어 있다. 도 1의 화살표 방향에 도시된 바와 같이, 냉매는 순차적으로 압축기(193), 응축기(191), 스로틀링 장치(192) 및 증발기(100)를 흘러 지난 후 다시 압축기(193)에 유입된다. 냉동 과정에서, 스로틀링 장치(192)는 응축기(191)로부터의 고압 액체 상태 냉매에 대해 스로틀링을 진행하여 그 압력을 낮추고; 저압의 냉매가 증발기(100) 내에서 냉각 대상과 열교환을 진행하여, 냉각 대상의 열을 흡수하여 기화되며; 기화되어 발생하는 냉매 증기는 압축기(193)에 흡입되고, 압축을 거친 후 고압의 기체 상태로 배출되며; 압축기(193)에서 배출되는 고온 고압의 기체 상태 냉매는 응축기(191) 내에서 환경 매체와 열교환을 진행하고, 열량을 방출하며 액체 상태 냉매로 응축되고; 고압의 액체 상태 냉매가 다시 스로틀링 장치(192)를 흘러 지나면서 압력이 저하된다. 이와 같이 계속 순환하여, 지속적인 냉동 효과를 발생한다.1 is a schematic block diagram of refrigeration system 190. As shown in FIG. 1, the refrigeration system 190 includes a compressor 193, a condenser 191, a throttling device 192, and an evaporator 100, which form one refrigerant circulation circuit through piping. The circuit is charged with refrigerant. As shown in the direction of the arrow in FIG. 1, the refrigerant sequentially flows through the compressor 193, the condenser 191, the throttling device 192, and the evaporator 100, and then flows back into the compressor 193. In the refrigeration process, the throttling device 192 throttles the high-pressure liquid refrigerant from the condenser 191 to lower its pressure; The low-pressure refrigerant exchanges heat with the object to be cooled within the evaporator 100, absorbs heat from the object to be cooled, and is evaporated; The refrigerant vapor generated by vaporization is sucked into the compressor 193, and after being compressed, is discharged as a high-pressure gas; The high-temperature, high-pressure gaseous refrigerant discharged from the compressor 193 undergoes heat exchange with the environmental medium in the condenser 191, releases heat, and is condensed into a liquid refrigerant; As the high-pressure liquid refrigerant flows through the throttling device 192 again, the pressure decreases. As this continues to circulate, a continuous refrigeration effect occurs.
도 2는 도 1의 증발기(100)의 사시도이고, 도 2에 도시된 바와 같이, 증발기(100)는 쉘(203)을 구비하며, 쉘(203)은 원통형 본체(204) 및 한 쌍의 튜브 시트(205)를 포함하고, 원통형 본체(204) 는 양단이 개방된 원통이며, 원통형 본체(204)의 양단에 각각 한 쌍의 튜브 시트(205)가 배치되어, 원통형 본체(204) 양단의 개구를 막도록 한다. 원통형 본체(204) 및 한 쌍의 튜브 시트(205)는 둘러싸서 캐비티(310)(도 3a 참조)를 형성하고, 캐비티(310)는 열교환관을 수용하는 데 사용된다. 튜브 시트(205)에 유입관(208) 및 유출관(207)이 연결되어 있다. 도 2에 도시된 위치를 참조하여, 증발기(100)는 높이 방향(H), 길이 방향(L) 및 폭 방향(W)을 갖고, 캐비티(310)의 높이 방향, 길이 방향 및 폭 방향은 증발기(100)의 방향과 일치하다. 원통형 본체(204)에 냉매 유입구(101) 및 냉매 유출구(102)가 설치되어 있고, 여기서 냉매 유입구(101) 및 냉매 유출구(102)는 모두 증발기(100)의 높이 방향(H)의 상부에 위치하며, 원통형 본체(204)의 길이 방향 및/또는 반경 방향에서 어긋난다. 냉동 시스템(190) 중의 액체 상태 냉매 또는 기액 혼합 냉매는 냉매 유입구(101)로부터 증발기(130)에 유입되고, 증발기(130)에서 열을 흡수한 후 기체 상태 냉매로 변하며, 냉매 유출구(102)로부터 배출된다.Figure 2 is a perspective view of the evaporator 100 of Figure 1. As shown in Figure 2, the evaporator 100 has a shell 203, where the shell 203 includes a cylindrical body 204 and a pair of tubes. It includes a sheet 205, and the cylindrical body 204 is a cylinder with both ends open. A pair of tube sheets 205 are disposed at both ends of the cylindrical body 204, respectively, and the cylindrical body 204 has openings at both ends. to prevent. The cylindrical body 204 and a pair of tube sheets 205 are wrapped to form a cavity 310 (see FIG. 3A), and the cavity 310 is used to receive a heat exchange tube. An inlet pipe 208 and an outlet pipe 207 are connected to the tube sheet 205. Referring to the position shown in FIG. 2, the evaporator 100 has a height direction (H), a length direction (L), and a width direction (W), and the height direction, length direction, and width direction of the cavity 310 are the evaporator. It matches the direction of (100). A refrigerant inlet 101 and a refrigerant outlet 102 are installed in the cylindrical body 204, where both the refrigerant inlet 101 and the refrigerant outlet 102 are located at the top of the evaporator 100 in the height direction (H). and is shifted in the longitudinal and/or radial direction of the cylindrical body 204. The liquid refrigerant or gas-liquid mixed refrigerant in the refrigeration system 190 flows into the evaporator 130 from the refrigerant inlet 101, absorbs heat in the evaporator 130, and then changes into a gaseous refrigerant, and flows out of the refrigerant outlet 102. is discharged.
도 3a 내지 도 3c는 본 출원의 증발기의 제1 실시예를 도시한다. 도 3a는 도 2의 증발기의 제1 실시예의 반경 방향 단면도이고, 도 3b는 도 3a의 강하막 튜브 번들에서 인접한 네 개의 열교환관의 국부 확대도이며, 도 3c는 열전달 계수의 이론값 비교도이다. 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 쉘(203)의 내부에 캐비티(310)가 형성되고, 캐비티(310) 내에 강하막 튜브 번들(315), 액체 충전 튜브 번들(316), 분배 장치(340) 및 데미스터(341)가 설치되어 있다. 도 2 및 도 3a에 도시된 바에 결부하여, 냉매 유입구(101)는 증발기(100)의 길이 방향과 폭 방향의 중부에 위치하여, 냉매의 균일한 분배에 유리하다. 냉매 유출구(102)와 냉매 유입구(101)는 길이 방향 및/또는 반경 방향에서 어긋나게 배치된다. 분배 장치(340)는 강하막 튜브 번들(315)의 상부에 설치되고, 냉매 유입구(101)에 연통되어, 냉매 유입구(101)에서 받은 스로틀링 장치(192)로부터의 냉매를 균일하게 분배한 후 강하막 튜브 번들(315)에 보내도록 한다. 데미스터(341)는 냉매 유출구(102)의 하부에 연결되고, 강하막 튜브 번들(315) 및 액체 충전 튜브 번들(316)의 증발을 통해 얻은 기체의 유출구는 데미스터(341)의 하부에 설치되어, 데미스터(341)가 증발을 통해 얻은 기체 냉매 중에 혼합된 액체 방울이 유출구(102)로부터 배출되는 것을 막을 수 있다.3A to 3C show a first embodiment of the evaporator of the present application. FIG. 3A is a radial cross-sectional view of the first embodiment of the evaporator of FIG. 2, FIG. 3B is a local enlarged view of four adjacent heat exchange tubes in the falling film tube bundle of FIG. 3A, and FIG. 3C is a comparison diagram of the theoretical value of the heat transfer coefficient. . As shown in FIGS. 3A and 3B, a cavity 310 is formed inside the shell 203, and a falling film tube bundle 315, a liquid filled tube bundle 316, and a distribution device ( 340) and demister 341 are installed. 2 and 3A, the refrigerant inlet 101 is located in the middle of the evaporator 100 in the longitudinal and width directions, which is advantageous for uniform distribution of the refrigerant. The refrigerant outlet 102 and the refrigerant inlet 101 are arranged to be offset in the longitudinal and/or radial directions. The distribution device 340 is installed on the upper part of the falling film tube bundle 315 and communicates with the refrigerant inlet 101 to uniformly distribute the refrigerant from the throttling device 192 received at the refrigerant inlet 101. Send it to the falling film tube bundle (315). The demister 341 is connected to the lower part of the refrigerant outlet 102, and the outlet of the gas obtained through evaporation of the falling film tube bundle 315 and the liquid-filled tube bundle 316 is installed at the lower part of the demister 341. Thus, the demister 341 can prevent liquid droplets mixed in the gaseous refrigerant obtained through evaporation from being discharged from the outlet 102.
강하막 튜브 번들(315)은 대체로 캐비티(310)의 중상부에 설치되고, 액체 충전 튜브 번들(316)은 캐비티(310)의 저부에 설치되며, 액체 충전 튜브 번들(316)과 강하막 튜브 번들(315)의 저부 사이에 일정한 간격을 갖는다. 강하막 튜브 번들(315)과 액체 충전 튜브 번들(316)은 각각 복수개의 열교환관(320)이 순차적으로 배열되어 형성된 열교환관 튜브 번들이다. 각 열교환관(320)은 동일한 관경(D0)을 갖고, 각 열교환관(320)은 캐비티(305)의 길이 방향(L)을 따라 연장된다. 하나의 구현예로서, 열교환관(320)의 관경(D0)은 1인치, 즉 25.4 mm이다. 각 열교환관 내부에 유입관(208) 및 유출관(207)에 연통되어 물 또는 기타 매체를 유통시키기 위한 유체 통로를 형성한다. 각 열교환관(320)과 인접한 열교환관(320) 사이의 간극에 냉매를 유통시키기 위한 냉매 통로를 형성한다. 유체 통로 내의 매체와 냉매 통로 내의 냉매는 열교환관의 관벽을 통해 열량 교환을 진행한다.The falling film tube bundle 315 is generally installed in the middle and upper part of the cavity 310, and the liquid-filled tube bundle 316 is installed in the bottom of the cavity 310, and the liquid-filled tube bundle 316 and the falling film tube bundle There is a certain gap between the bottoms of (315). The falling film tube bundle 315 and the liquid-filled tube bundle 316 are heat exchange tube bundles formed by sequentially arranging a plurality of heat exchange tubes 320, respectively. Each heat exchange pipe 320 has the same pipe diameter D 0 , and each heat exchange pipe 320 extends along the longitudinal direction L of the cavity 305 . As one embodiment, the pipe diameter (D 0 ) of the heat exchange tube 320 is 1 inch, that is, 25.4 mm. Inside each heat exchange tube, it is connected to the inlet pipe 208 and the outlet pipe 207 to form a fluid passage for distributing water or other media. A refrigerant passage for distributing refrigerant is formed in the gap between each heat exchange pipe 320 and the adjacent heat exchange pipe 320. The medium in the fluid passage and the refrigerant in the refrigerant passage exchange heat through the pipe wall of the heat exchange pipe.
강하막 튜브 번들(315) 중의 각 열교환관(320)은 줄지어 배열되고, 인접한 열 사이는 동일한 거리로 이격된다. 또한 각 열 중의 열교환관(320)의 중심은 높이 방향(H)을 따라 동일한 간격으로 균일하게 이격 배열되면서 배치된다. 단 폭 방향(W)에서, 인접한 두 열의 열교환관(320) 중 인접한 열교환관(320)의 중심은 어긋나게 배치되되 동일한 간격을 갖는다. 다시 말해서, 폭 방향(W)에서 인접한 두 개의 열교환관(320)의 중심은 동일한 수평선 상에 위치하지 않고, 다시 말해서, 동일한 높이에 위치하지 않는다. 높이 방향(H)에서, 인접한 두 개의 열교환관(320)의 중심은 동일한 수직선 상에 위치하고, 다시 말해서, 동일한 폭에 위치한다. 이와 같이 열교환관을 배치하는 이유는 강하막 증발 과정에서, 증발되어야 하는 액체 냉매가 위로부터 아래로 유동하면서, 각 열교환관(320) 관벽의 외면에 액막을 형성하고, 열교환관(320) 내의 매체와 열교환을 진행하기 때문이다. 열교환관(320)을 줄지어 배열하고, 인접한 열교환관(320)을 폭 방향에서 어긋나게 배치하고 나란히 배치하지 않는 것은, 인접한 두 열의 열교환관(320) 사이에 형성된 냉매 통로의 연장 방향이 액체 냉매의 중력 방향과 일치하지 않아, 하부 행의 열교환관에서 액막을 형성하기 어려워지는 것을 피하기 위한 것이다. 본 출원의 배관 방식은 미증발 액체 냉매가 계속하여 하부의 열교환관(320)의 외면으로 유동하여 액막을 형성하는데 유리함으로써, 각 열교환관의 증발 효율을 향상시킨다.Each heat exchange tube 320 in the falling film tube bundle 315 is arranged in a row, and adjacent rows are spaced apart at the same distance. Additionally, the centers of the heat exchange tubes 320 in each row are arranged to be evenly spaced apart at equal intervals along the height direction (H). In the width direction (W), the centers of the adjacent heat exchange pipes 320 among the two adjacent rows of heat exchange pipes 320 are arranged to be offset but have the same spacing. In other words, the centers of the two heat exchange pipes 320 adjacent in the width direction (W) are not located on the same horizontal line, that is, they are not located at the same height. In the height direction H, the centers of two adjacent heat exchange pipes 320 are located on the same vertical line, that is, located at the same width. The reason for arranging the heat exchange tubes in this way is that during the falling film evaporation process, the liquid refrigerant to be evaporated flows from top to bottom, forming a liquid film on the outer surface of the tube wall of each heat exchange tube 320, and forming a liquid film on the outer surface of the tube wall of each heat exchange tube 320. This is because heat exchange occurs with . The reason that the heat exchange tubes 320 are arranged in a row and the adjacent heat exchange tubes 320 are arranged offset in the width direction and not side by side is that the direction of extension of the refrigerant passage formed between the two adjacent rows of heat exchange tubes 320 is that of the liquid refrigerant. This is to avoid that it does not match the direction of gravity, making it difficult to form a liquid film in the heat exchange pipes in the lower row. The piping method of the present application is advantageous in that the non-evaporated liquid refrigerant continues to flow to the outer surface of the lower heat exchange tube 320 to form a liquid film, thereby improving the evaporation efficiency of each heat exchange tube.
액체 충전 튜브 번들(316) 중의 각 열교환관(320)도 줄지어 배열되고, 캐비티(310)의 저부에 깐다. 강하막 튜브 번들(315)의 열교환을 거친 후에도, 여전히 일부의 액체 냉매가 기체 냉매로 완전히 증발되지 않고, 이 부분의 액체 냉매는 캐비티(310)의 저부에서 높이가 액체 충전 튜브 번들(316)의 높이보다 높은 액면을 형성하게 된다. 액체 충전 튜브 번들(316) 중의 열교환관(320)은 액체 냉매를 기체 냉매로 추가로 증발시키기 위해, 이 부분의 액체 냉매에 잠긴다.Each heat exchange tube 320 in the liquid-filled tube bundle 316 is also arranged in a row and laid on the bottom of the cavity 310. Even after heat exchange in the falling film tube bundle 315, some of the liquid refrigerant is still not completely evaporated into gaseous refrigerant, and this portion of the liquid refrigerant is at a height of the liquid-filled tube bundle 316 at the bottom of the cavity 310. A liquid level higher than the height is formed. The heat exchange tube 320 in the liquid filled tube bundle 316 is immersed in this portion of liquid refrigerant to further evaporate the liquid refrigerant into gaseous refrigerant.
증발기(100)는 제1 배플(331) 및 제2 배플(332)을 더 포함하고, 제1 배플(331) 및 제2 배플(332)은 각각 강하막 튜브 번들(315)의 폭 방향(W)의 외측에 설치되며, 길이 방향(L)을 따라 연장된다. 제1 배플(331) 및 제2 배플(332)은 액체 냉매가 강하막 튜브 번들(315)의 외측으로 유동하는 것을 피하도록, 냉매가 위로부터 아래로 강하막 튜브 번들(315) 중의 각 열교환관을 흘러 지나도록 안내하는 데 사용된다. 증발을 통해 얻은 기체 냉매는 제1 배플(331) 및 제2 배플(332)을 따라 유동하고, 제1 배플(331) 및 제2 배플(332)의 저부로부터 배출된다. 다시 말해서, 강하막 튜브 번들(315)에서 증발되어 얻은 기체 냉매의 유출구는 대체로 제1 배플(331) 및 제2 배플(332)의 저부 가장자리에 위치한다.The evaporator 100 further includes a first baffle 331 and a second baffle 332, each of the first baffle 331 and the second baffle 332 in the width direction (W) of the falling film tube bundle 315. ) and extends along the longitudinal direction (L). The first baffle 331 and the second baffle 332 are used to prevent the liquid refrigerant from flowing to the outside of the falling film tube bundle 315, so that the refrigerant flows through each heat exchange tube in the falling film tube bundle 315 from top to bottom. It is used to guide the flow through. The gaseous refrigerant obtained through evaporation flows along the first baffle 331 and the second baffle 332 and is discharged from the bottom of the first baffle 331 and the second baffle 332. In other words, the outlet of the gaseous refrigerant obtained by evaporation in the falling film tube bundle 315 is generally located at the bottom edge of the first baffle 331 and the second baffle 332.
도 3b는 도 3a의 강하막 튜브 번들(315) 중 인접한 두 열에서 인접한 네 개의 열교환관(320a, 320b, 320c, 320d)의 확대된 구조를 도시한다. 당업자라면 강하막 튜브 번들(315) 중의 열교환관(320)이 균일하게 배열되기에, 이러한 네 개의 열교환관은 인접한 두 열에서 인접한 임의의 네 개의 열교환관일 수 있고, 이들은 두 개씩 인접하며, 인접한 세 개의 열교환관의 중심은 두 개의 예각 삼각형 형상을 형성하는 것을 이해할 수 있다. 도 3b에 도시된 바와 같이, 열교환관(320a) 및 열교환관(320b)은 동일한 열에 위치하고, 열교환관(320c) 및 열교환관(320d)은 동일한 열에 위치한다. 또한 열교환관(320a), 열교환관(320b) 및 열교환관(320c)은 인접하고, 이들의 중심은 예각 삼각형 형상을 형성한다. 열교환관(320b), 열교환관(320c) 및 열교환관(320d)은 인접하고, 이들의 중심은 예각 삼각형 형상을 형성한다. 높이 방향(H)에서, 동일한 열에서 인접한 열교환관(320a)과 열교환관(320b)의 중심은 간격(H0)(이하, 수직 간격으로 약칭)을 갖는다. 폭 방향(W)에서, 상이한 열에서 인접한 열교환관(320a)과 열교환관(320c)의 중심은 간격(W0)(이하, 수평 간격으로 약칭)을 갖는다. 열교환관(320a)과 열교환관(320b)의 외면 사이에 최소 간격(X0)을 갖는다. 열교환관(320a)과 열교환관(320c)의 외면 사이에 최소 간격(V0)을 갖는다. 본 실시예에서, V0는 X0보다 크다. 또한 H0와 W0는 의 관계를 충족시킨다.FIG. 3B shows an enlarged structure of four adjacent heat exchange tubes 320a, 320b, 320c, and 320d in two adjacent rows of the falling film tube bundle 315 of FIG. 3A. Those skilled in the art will know that since the heat exchange tubes 320 in the falling film tube bundle 315 are arranged uniformly, these four heat exchange tubes may be any four adjacent heat exchange tubes in two adjacent rows, which are two adjacent each, and the three adjacent heat exchange tubes It can be understood that the centers of the heat exchange tubes form two acute triangle shapes. As shown in Figure 3b, the heat exchange tube 320a and the heat exchange tube 320b are located in the same row, and the heat exchange tube 320c and the heat exchange tube 320d are located in the same row. Additionally, the heat exchange tube 320a, heat exchange tube 320b, and heat exchange tube 320c are adjacent, and their centers form an acute triangle shape. The heat exchange tube 320b, heat exchange tube 320c, and heat exchange tube 320d are adjacent, and their centers form an acute triangle shape. In the height direction H, the centers of the heat exchange tubes 320a and 320b adjacent to each other in the same row have a gap H 0 (hereinafter abbreviated as vertical gap). In the width direction W, the centers of the adjacent heat exchange tubes 320a and 320c in different rows have a gap W 0 (hereinafter abbreviated as horizontal gap). There is a minimum gap (X 0 ) between the outer surfaces of the heat exchange tube (320a) and the heat exchange tube (320b). There is a minimum gap (V 0 ) between the heat exchange tube (320a) and the outer surface of the heat exchange tube (320c). In this example, V 0 is greater than X 0 . Also, H 0 and W 0 are satisfies the relationship.
기존의 일부 강하막 튜브 번들에서, 줄지어 배열된 열교환관에서 인접한 세 개의 열교환관의 중심은 일반적으로 정삼각형 형상으로 배열된다. 이러한 열교환관은 대체로 D0과 같은 수평 간격 및 대체로 인 수직 간격을 갖게 된다. 다시 말해서, 이러한 열교환관의 수평 간격과 수직 간격의 비율은 약 cos30°이다.In some existing falling film tube bundles, the centers of three adjacent heat exchange tubes in a row of heat exchange tubes are generally arranged in an equilateral triangle shape. These heat exchange tubes generally have a horizontal spacing equal to D 0 and generally has a vertical spacing of In other words, the ratio of the horizontal spacing and vertical spacing of these heat exchange tubes is approximately cos30°.
강하막 증발기에서, 냉매 유입구로부터 증발기에 유입되는 기액 2상 냉매는 분배 장치에 의해 분배된 후 강하막 튜브 번들 탑부의 열교환관 표면에 균일하게 분포되어, 액막을 형성하여 열교환을 진행한다. 일부의 액체 냉매는 증발, 열교환을 거쳐 기체로 전환되고, 다른 일부의 미증발 액체 냉매는 하부 행의 열교환관에 떨어져 계속하여 증발되며, 강하막 튜브 번들을 흘러 지나는 액체 냉매의 유량은 강하막 튜브 번들의 탑부에서 저부로 갈수록 점차 감소되나, 기체 냉매의 유량은 점차 증가된다.In a falling film evaporator, the gas-liquid two-phase refrigerant flowing into the evaporator from the refrigerant inlet is distributed by a distribution device and then uniformly distributed on the surface of the heat exchange tube at the top of the falling film tube bundle, forming a liquid film to perform heat exchange. Some of the liquid refrigerant is converted to gas through evaporation and heat exchange, and some of the non-evaporated liquid refrigerant falls into the heat exchange tube in the lower row and continues to evaporate. The flow rate of the liquid refrigerant flowing through the falling film tube bundle is the falling film tube bundle. Although it gradually decreases from the top to the bottom of the bundle, the flow rate of gaseous refrigerant gradually increases.
출원인은 연구를 거쳐, 강하막 튜브 번들의 각 열교환관의 열전달 계수(hr)가 가우스 분포 방정식 (1)에 적합할 수 있음을 발견하였다:After research, the applicant found that the heat transfer coefficient (h r ) of each heat exchange tube of the falling film tube bundle could fit the Gaussian distribution equation (1):
여기서, y0, A, w, xc는 피팅 상수이고, Rev는 기상 레이놀즈 수이며, Refilm은 액막 레이놀즈 수이다. 가우스 분포 방정식 (1)을 통해, 열전달 계수(hr)는 기상 레이놀즈 수(Rev)와 액막 레이놀즈 수 (Refilm)의 비율이 증가됨에 따라 감소되는 것을 알 수 있다. 여기서, 기상 레이놀즈 수(Rev)와 기체 냉매의 관간 유속은 정비례 관계를 이루고, 액막 레이놀즈 수(Refilm)와 액체 상태 냉매 유량도 정비례 관계를 이룬다. 기체 냉매의 유속이 작을 수록, 기상 레이놀즈 수(Rev)가 더욱 작고, 열전달 계수(hr)가 더욱 크다. 액체 상태 냉매의 유량이 클 수록, 액막 레이놀즈 수(Refilm)가 더욱 크고, 열전달 계수(hr)도 더욱 크다.Here, y0, A, w, xc are the fitting constants, Re v is the gas phase Reynolds number, and Re film is the liquid film Reynolds number. Through the Gaussian distribution equation (1), it can be seen that the heat transfer coefficient (h r ) decreases as the ratio of the gas phase Reynolds number (Re v ) and the liquid film Reynolds number (Re film ) increases. Here, the gas phase Reynolds number (Re v ) and the intertube flow rate of the gaseous refrigerant form a directly proportional relationship, and the liquid film Reynolds number (Re film ) and the liquid state refrigerant flow rate also form a directly proportional relationship. The smaller the flow rate of the gaseous refrigerant, the smaller the gas phase Reynolds number (Re v ) and the larger the heat transfer coefficient (h r ). The larger the flow rate of the liquid refrigerant, the larger the liquid film Reynolds number (Re film ) and the larger the heat transfer coefficient (h r ).
기체 냉매의 유속은 기체 냉매의 유량 및 기체 냉매의 유통 면적에 관계된다. 강하막 튜브 번들의 상이한 열 중의 열교환관의 관벽 외면 사이의 최소 간격을 증가하여, 폭 방향(W)의 냉매 통로의 공간을 증가하는 것을 통해, 기체 냉매의 일정한 유량 하에, 상응한 열교환관 사이를 흘러 지나는 기체의 유속을 줄임으로써, 열전달 계수(hr)를 향상시킨다. 그러나 열교환관 사이의 수평 간격이 증가된 후, 일정한 사이즈의 캐비티 내에서 배치할 수 있는 강하막 튜브 번들의 열교환관의 수가 또 이에 따라 줄어들어, 증발기의 열교환량이 저하되게 한다. 따라서, 일정한 범위 내에서 강하막 튜브 번들의 열교환관의 관벽 외면 사이의 최소 간격을 증가하여, 증발기의 열교환 효율을 향상시킬 수 있고, 이로써 증발기의 열교환량이 증가된다. 또는 증발기에서 동일한 열교환량을 유지하면서 열교환관의 수를 줄인다.The flow rate of the gaseous refrigerant is related to the flow rate of the gaseous refrigerant and the distribution area of the gaseous refrigerant. By increasing the minimum gap between the tube wall outer surfaces of the heat exchange tubes of different rows of falling film tube bundles, and increasing the space of the refrigerant passage in the width direction (W), under a constant flow rate of gaseous refrigerant, the corresponding heat exchange tubes By reducing the flow rate of passing gas, the heat transfer coefficient (h r ) is improved. However, after the horizontal spacing between heat exchange tubes increases, the number of heat exchange tubes in the falling film tube bundle that can be placed within a cavity of a certain size also decreases accordingly, causing the heat exchange amount of the evaporator to decrease. Therefore, by increasing the minimum gap between the outer surfaces of the tube walls of the heat exchange tubes of the falling film tube bundle within a certain range, the heat exchange efficiency of the evaporator can be improved, thereby increasing the heat exchange amount of the evaporator. Alternatively, reduce the number of heat exchange tubes while maintaining the same amount of heat exchange in the evaporator.
본 실시예에 있어서, 기존의 강하막 튜브 번들과 비교하여, 증발기의 사이즈는 종래 기술과 동일하고, 각 열교환관의 사이즈도 동일하다. 본 실시예에서, 열교환관 중심의 수직 간격(H0)을 유지하고, 열교환관 중심의 수평 간격(W0)을 증가하는 것을 통해, 상이한 열에서 열교환관의 관벽의 외면 사이의 최소 간격을 증가한다. 구체적으로, 본 출원의 강하막 튜브 번들(315)은 수평 간격(W0)과 수직 간격(H0)의 비율을 (1~1.5)*cos30°로 증가한다. 다시 말해서, 본 출원의 강하막 튜브 번들(315)의 인접한 세 개의 열교환관의 중심은 더 이상 정삼각형 형상으로 배열되지 않고, 꼭지각이 60° 미만인 이등변 삼각형 형상으로 배열된다. 수평 간격(W0)과 수직 간격(H0)의 증가된 비율은 인접한 두 열의 열교환관(320)을 흘러 지나는 기체의 유속이 감소되도록 함으로써, 증발기(100)의 열교환 효율을 향상시킬 수 있다.In this embodiment, compared to the existing falling film tube bundle, the size of the evaporator is the same as that of the prior art, and the size of each heat exchange tube is also the same. In this embodiment, the minimum gap between the outer surfaces of the tube walls of the heat exchange tubes in different rows is increased by maintaining the vertical spacing (H 0 ) of the centers of the heat exchange tubes and increasing the horizontal spacing (W 0 ) of the centers of the heat exchange tubes. do. Specifically, the falling film tube bundle 315 of the present application increases the ratio of the horizontal spacing (W 0 ) and the vertical spacing (H 0 ) to (1~1.5)*cos30°. In other words, the centers of the three adjacent heat exchange tubes of the falling film tube bundle 315 of the present application are no longer arranged in the shape of an equilateral triangle, but in the shape of an isosceles triangle with an apex angle of less than 60°. The increased ratio of the horizontal gap (W 0 ) and the vertical gap (H 0 ) can improve the heat exchange efficiency of the evaporator 100 by reducing the flow rate of gas flowing through the two adjacent rows of heat exchange tubes 320.
도 3c는 동일한 수의 열교환관의 경우, 본 실시예의 강하막 튜브 번들(315), 기존의 강하막 튜브 번들, 이상적인 상황 하의 강하막 튜브 번들 및 이상적인 상황 하의 액체 충전 튜브 번들 중의 단일 열교환관의 열전달 계수의 이론값 비교도이고, 이론값은 가우스 분포 방정식 (1)을 통해 구한다. 도 3c에서 횡좌표는 위로부터 아래까지 상이한 행의 수의 열교환관을 나타내고, 종좌표는 열전달 계수를 나타낸다. 여기서, 직선(361) 및 직선(362)은 각각 이상적인 상황 하의 강하막 튜브 번들과 액체 충전 튜브 번들 중의 단일 열교환관의 열전달 계수를 나타낸다. 곡선(360) 및 곡선(370)은 각각 기존의 강하막 튜브 번들 및 본 실시예의 강하막 튜브 번들(315)의 열전달 계수를 나타낸다.3C shows the heat transfer of a single heat exchange tube among the present embodiment falling film tube bundle 315, a conventional falling film tube bundle, a falling film tube bundle under ideal circumstances, and a liquid filled tube bundle under ideal circumstances, for the same number of heat exchange tubes. This is a comparison of the theoretical values of the coefficients, and the theoretical values are obtained through the Gaussian distribution equation (1). In Figure 3c, the abscissa represents different numbers of heat exchange pipes from top to bottom, and the ordinate represents the heat transfer coefficient. Here, straight lines 361 and 362 represent the heat transfer coefficients of a single heat exchange tube in a falling film tube bundle and a liquid filled tube bundle under ideal circumstances, respectively. Curve 360 and curve 370 represent the heat transfer coefficients of the existing falling film tube bundle and the falling film tube bundle 315 of the present embodiment, respectively.
도 3c에서 알 수 있다시피, 이상적인 상황에서, 강하막 튜브 번들 및 액체 충전 튜브 번들 중의 열교환관의 열전달 계수는 모두 행의 수가 증가됨에 따라 감소되지 않는다. 그러나 기존의 강하막 튜브 번들에서, 열전달 계수는 행의 수가 증가됨에 따라 급격히 저하되고, 심지어 저부의 낮은 행의 열교환관에서 열교환 효율은 이상적인 상황의 액체 충전 튜브 번들의 열전달 계수보다 낮게 저하된다. 그러나 본 실시예의 강하막 튜브 번들에서, 열전달 계수는 거이 이상적인 상황의 강하막 튜브 번들의 열전달 계수에 상당하게 유지된다. 저부의 열교환관이 다소 저하되더라도, 이상적인 상황 하의 액체 충전 튜브 번들의 열전달 계수보다 훨씬 높다.As can be seen in Figure 3C, in an ideal situation, the heat transfer coefficients of the heat exchange tubes in both the falling film tube bundle and the liquid filled tube bundle do not decrease as the number of rows increases. However, in a conventional falling film tube bundle, the heat transfer coefficient decreases rapidly as the number of rows increases, and even in the lower rows of heat exchange tubes at the bottom, the heat exchange efficiency drops below the heat transfer coefficient of a liquid-filled tube bundle in an ideal situation. However, in the falling film tube bundle of this embodiment, the heat transfer coefficient remains comparable to that of a falling film tube bundle in an almost ideal situation. Although the heat exchange tubes at the bottom are somewhat degraded, the heat transfer coefficient is much higher than that of a liquid-filled tube bundle under ideal circumstances.
도 4a 내지 도 4c는 본 출원의 증발기의 제2 실시예를 도시한다. 도 4a는 도 2의 증발기의 제2 실시예에 따른 증발기(400)의 반경 방향 단면도를 도시하고, 도 4b는 도 4a의 강하막 튜브 번들에서 인접한 네 개의 열교환관의 국부 확대도이며, 도 4c는 열전달 계수의 이론값 비교도이다. 도 4a 및 도 4b에 도시한 바와 같이, 제1 실시예와 같은 점은, 증발기(400)에도 강하막 튜브 번들(415) 및 액체 충전 튜브 번들(416)이 설치되어 있고, 강하막 튜브 번들(415) 및 액체 충전 튜브 번들(416)에 각각 복수개의 줄지어 배열된 열교환관을 포함하는 것이다. 여기서 액체 충전 튜브 번들(416) 중의 열교환관 및 열교환관의 배치 방식은 제1 실시예와 같다. 그러나 강하막 튜브 번들(415)은 제1 실시예와 다르고, 강하막 튜브 번들(415) 중의 열교환관은 더 이상 동일한 관경을 갖지 않으며, 큰 관경(D1)을 갖는 복수개의 제1 열교환관(421)과 작은 관경(D2)을 갖는 복수개의 제2 열교환관(422)을 포함하고, 강하막 튜브 번들(415)의 각 열에서, 제1 열교환관(421)과 제2 열교환관(422)이 어긋나게 배치된다. 다시 말해서, 인접한 두 열 중의 임의의 네 개의 인접한 열교환관에 반드시 두 개의 큰 관경의 제1 열교환관(421)과 두 개의 작은 관경의 제2 열교환관(422)이 포함된다. 하나의 구현예로서, 제1 열교환관(421)의 큰 관경(D1)은 제1 실시예의 열교환관(320)의 관경(D0)과 같다. 본 실시예에서, 큰 관경의 제1 열교환관(421)의 관경(D1)은 1인치, 즉 25.4 mm이고, 작은 관경의 제2 열교환관(422)의 관경(D2)은 3/4인치, 즉 19.05 mm이다. 강하막 튜브 번들(415)에서, 제1 열교환관(421)과 제2 열교환관(422)의 수의 비는 약 1:1이다.Figures 4a to 4c show a second embodiment of the evaporator of the present application. Figure 4a shows a radial cross-section of an evaporator 400 according to a second embodiment of the evaporator of Figure 2, Figure 4b is a local enlarged view of four adjacent heat exchange tubes in the falling film tube bundle of Figure 4a, and Figure 4c. is a comparison diagram of the theoretical value of the heat transfer coefficient. 4A and 4B, the same point as the first embodiment is that the evaporator 400 is also provided with a falling film tube bundle 415 and a liquid filling tube bundle 416, and the falling film tube bundle ( 415) and the liquid-filled tube bundle 416 each include a plurality of heat exchange tubes arranged in a row. Here, the heat exchange tube in the liquid filled tube bundle 416 and the arrangement method of the heat exchange tube are the same as in the first embodiment. However, the falling film tube bundle 415 is different from the first embodiment, and the heat exchange tubes in the falling film tube bundle 415 no longer have the same tube diameter, but a plurality of first heat exchange tubes (D 1 ) having a large tube diameter (D 1 ). 421) and a plurality of second heat exchange tubes 422 having a small pipe diameter (D 2 ), and in each row of the falling film tube bundle 415, a first heat exchange tube 421 and a second heat exchange tube 422. ) are placed misaligned. In other words, any four adjacent heat exchange tubes in two adjacent rows necessarily include two first heat exchange tubes 421 of large diameter and two second heat exchange tubes 422 of small tube diameter. As one embodiment, the large pipe diameter (D 1 ) of the first heat exchange pipe 421 is the same as the pipe diameter (D 0 ) of the heat exchange pipe 320 in the first embodiment. In this embodiment, the pipe diameter (D 1 ) of the first heat exchange pipe 421 with a large pipe diameter is 1 inch, that is, 25.4 mm, and the pipe diameter (D 2 ) of the second heat exchange pipe 422 with a small pipe diameter is 3/4. inch, or 19.05 mm. In the falling film tube bundle 415, the ratio of the number of first heat exchange tubes 421 and second heat exchange tubes 422 is about 1:1.
도 4b는 인접한 두 열에서 인접한 네 개의 열교환관(421a, 421b, 422a, 422b)을 확대한 구조를 도시하고, 이러한 열교환관들은 두 개씩 인접하며, 인접한 세 개의 열교환관의 중심은 두 개의 정삼각형을 형성한다. 도 4b에 도시된 바와 같이, 열교환관(421a)과 열교환관(422a)은 동일한 열에 위치하고, 열교환관(422b)과 열교환관(421b)은 동일한 열에 위치한다. 또한, 열교환관(421a), 열교환관(422a) 및 열교환관(422b)은 서로 인접하고, 열교환관(421b), 열교환관(422a) 및 열교환관(422b)은 서로 인접한다. 높이 방향(H)에서, 동일한 열의 인접한 열교환관(421a)과 열교환관(422a)의 중심은 수직 간격(H1)을 갖는다. 폭 방향(W)에서, 상이한 열의 인접한 열교환관(421a)과 열교환관(422b)의 중심은 수평 간격(W1)을 갖는다. 열교환관(421a)과 열교환관(422a)의 외면 사이, 열교환관(421a)과 열교환관(422b)의 외면 사이에 최소 간격(X1)을 갖고, 열교환관(422a)과 열교환관(422b)의 외면 사이에 최소 간격(V1)을 갖는다. 본 실시예에서, V1은 X1보다 크고, W1≥D1이다.Figure 4b shows an enlarged structure of four adjacent heat exchange tubes (421a, 421b, 422a, 422b) in two adjacent rows. These heat exchange tubes are two adjacent, and the centers of the three adjacent heat exchange tubes form two equilateral triangles. form As shown in Figure 4b, the heat exchange tube 421a and the heat exchange tube 422a are located in the same row, and the heat exchange tube 422b and the heat exchange tube 421b are located in the same row. In addition, the heat exchange tube 421a, the heat exchange tube 422a, and the heat exchange tube 422b are adjacent to each other, and the heat exchange tube 421b, the heat exchange tube 422a, and the heat exchange tube 422b are adjacent to each other. In the height direction H, the centers of the adjacent heat exchange tubes 421a and 422a in the same row have a vertical gap H 1 . In the width direction W, the centers of adjacent heat exchange tubes 421a and 422b in different rows have a horizontal gap W 1 . There is a minimum gap ( There is a minimum gap (V 1 ) between the outer surfaces of . In this example, V 1 is greater than X 1 and W 1 ≥D 1 .
일반적으로, 작은 관경을 갖는 제2 열교환관(422)의 열전달 계수는 큰 관경을 갖는 제1 열교환관(421)의 열전달 계수보다 크고, 원가가 낮으나, 열교환 면적이 작아, 전체적인 열교환 능력이 제1 열교환관(421)보다 못하다. 본 실시예에서, 큰 관경(D1)을 갖는 일부의 제1 열교환관(421)을 작은 관경(D2)을 갖는 제2 열교환관(422)으로 교체하고, 한편으로, 일부 열교환관의 관경을 줄이는 것을 통해 일부 외면의 최소 간격(V1)을 증가하여, 상응한 열교환관 사이를 흘러 지나는 기체의 유속을 줄임으로써, 증발기의 열교환 효율을 향상시킨다. 다른 한편으로, 동일한 열에서, 제2 열교환관(422)의 하브 행의 제1 열교환관(421)에 대해, 제2 열교환관(422)의 열교환 능력이 제1 열교환관(421)의 열교환 능력보다 작아, 하부 행의 제1 열교환관(421)의 액체 냉매의 유량이 증가되고, 이로써 하부 행의 제1 열교환관(421)의 액체 냉매의 유량을 향상시키는 것을 통해 액막 레이놀즈 수(Refilm)를 증가함으로써, 열전달 계수(hr)를 더욱 향상시킨다.In general, the heat transfer coefficient of the second heat exchange pipe 422 with a small pipe diameter is larger than that of the first heat exchange pipe 421 with a large pipe diameter, and the cost is low, but the heat exchange area is small, so the overall heat exchange capacity is compared to the first heat exchange pipe 421. It is worse than the heat exchange tube (421). In this embodiment, some of the first heat exchange pipes 421 with a large pipe diameter (D 1 ) are replaced by second heat exchange pipes 422 with a small pipe diameter (D 2 ), and on the other hand, the pipe diameter of some of the heat exchange pipes is By reducing the minimum gap (V 1 ) of some outer surfaces, the heat exchange efficiency of the evaporator is improved by reducing the flow rate of gas flowing between the corresponding heat exchange tubes. On the other hand, in the same row, for the first heat exchange tube 421 in the lower row of the second heat exchange tube 422, the heat exchange capacity of the second heat exchange tube 422 is lower than that of the first heat exchange tube 421. is smaller, the flow rate of the liquid refrigerant in the first heat exchange tube 421 in the lower row is increased, thereby improving the flow rate of the liquid refrigerant in the first heat exchange tube 421 in the lower row, thereby increasing the liquid film Reynolds number (Re film ) By increasing , the heat transfer coefficient (h r ) is further improved.
이와 같이, 열교환관 중심의 수평 간격(W0)을 증가하지 않더라도, 폭 방향(W)의 냉매 통로의 공간을 증가할 수도 있음으로써, 상응한 열교환관 사이를 흘러 지나는 기체의 유속을 줄이는 목적을 실현한다. 본 실시예에서, 전부가 큰 관경의 열교환관인 종래 기술과 비교하여, 각 열교환관의 중심 간격은 변하지 않으나, 열교환관(421a)과 열교환관(422b) 사이의 냉매 통로의 공간 및 열교환관(422a)과 열교환관(422b) 사이의 냉매 통로의 공간이 모두 증가되었다. 따라서, 본 실시예에 따른 증발기의 전체적인 열교환 효율은 여전히 향상될 수 있고, 총체적으로 열교환관의 원가를 줄일 수 있다.In this way, even if the horizontal spacing (W 0 ) of the center of the heat exchange tube is not increased, the space of the refrigerant passage in the width direction (W) can be increased, so that the purpose of reducing the flow rate of gas flowing between the corresponding heat exchange tubes is achieved. make it happen In this embodiment, compared to the prior art in which all heat exchange tubes are of large diameter, the center spacing of each heat exchange tube does not change, but the space of the refrigerant passage between the heat exchange tube 421a and the heat exchange tube 422b and the heat exchange tube 422a ) and the space of the refrigerant passage between the heat exchange tube (422b) was all increased. Therefore, the overall heat exchange efficiency of the evaporator according to this embodiment can still be improved, and the cost of the heat exchange tube can be reduced overall.
유의해야 할 점은, 일부 다른 실시예에서, 인접한 두 열에서 인접한 네 개의 열교환관(421a, 421b, 422a 및 422b) 중, 인접한 세 개의 열교환관의 중심은 두 개의 정삼각형을 형성하지 않고, 제1 실시예와 유사하게, 상이한 열의 인접한 열교환관 사이의 수평 간격을 증가하여, 두 개의 이등변 삼각형을 형성할 수도 있다.It should be noted that, in some other embodiments, among the four adjacent heat exchange tubes 421a, 421b, 422a and 422b in two adjacent rows, the centers of the three adjacent heat exchange tubes do not form two equilateral triangles, but the first Similar to the embodiment, the horizontal spacing between adjacent heat exchange tubes in different rows may be increased to form two isosceles triangles.
도 4c는 동일한 수의 열교환관의 경우, 본 실시예의 강하막 튜브 번들(415) 중의 제1 열교환관, 본 실시예의 강하막 튜브 번들(415) 중의 제2 열교환관, 이상적인 상황 하의 제1 열교환관을 포함하는 강하막 튜브 번들, 이상적인 상황 하의 제1 열교환관을 포함하는 액체 충전 튜브 번들, 이상적인 상황 하의 제2 열교환관을 포함하는 강하막 튜브 번들, 이상적인 상황 하의 제2 열교환관을 포함하는 액체 충전 튜브 번들 중의 단일 열교환관의 열전달 계수의 이론값 비교도를 도시하고, 이론값은 가우스 분포 방정식 (1)을 통해 구한다. 도 4c에서 횡좌표는 위로부터 아래까지 상이한 행의 수의 열교환관을 나타내고, 종좌표는 열전달 계수를 나타낸다. 여기서, 직선(461), 직선(462), 직선(463) 및 직선(464)은 각각 이상적인 상황 하의 제1 열교환관을 포함하는 강하막 튜브 번들, 이상적인 상황 하의 제1 열교환관을 포함하는 액체 충전 튜브 번들, 이상적인 상황 하의 제2 열교환관을 포함하는 강하막 튜브 번들 및 이상적인 상황 하의 제2 열교환관을 포함하는 액체 충전 튜브 번들 중의 단일 열교환관의 열전달 계수를 나타낸다. 곡선(460) 및 곡선(470)은 각각 본 실시예의 강하막 튜브 번들(415) 중 제1 열교환관 및 제2 열교환관의 열전달 계수를 나타낸다.4C shows, for the same number of heat exchange tubes, the first heat exchange tube in the falling film tube bundle 415 in this embodiment, the second heat exchange tube in the falling film tube bundle 415 in this embodiment, and the first heat exchange tube under ideal circumstances. A falling film tube bundle comprising a first heat exchange tube under ideal circumstances, a liquid filled tube bundle comprising a second heat exchange tube under ideal circumstances, a falling film tube bundle comprising a second heat exchange tube under ideal circumstances. A comparison diagram of the theoretical value of the heat transfer coefficient of a single heat exchange tube in the tube bundle is shown, and the theoretical value is obtained through the Gaussian distribution equation (1). In Figure 4c, the abscissa represents different numbers of heat exchange pipes from top to bottom, and the ordinate represents the heat transfer coefficient. Here, straight line 461, straight line 462, straight line 463, and straight line 464 respectively represent a falling film tube bundle containing the first heat exchange tube under ideal circumstances, and a liquid fill containing the first heat exchange tube under ideal circumstances. It represents the heat transfer coefficient of a single heat exchange tube in a tube bundle, a falling film tube bundle comprising a second heat exchange tube under ideal circumstances, and a liquid filled tube bundle comprising a second heat exchange tube under ideal circumstances. Curve 460 and curve 470 respectively represent heat transfer coefficients of the first heat exchange tube and the second heat exchange tube of the falling film tube bundle 415 of the present embodiment.
도 4c로부터 알 수 있다시피, 이상적인 상황에서, 작은 관경을 갖는 제2 열교환관을 포함하는 강하막 튜브 번들과 액체 충전 튜브 번들의 열전달 계수는 각각 큰 관경의 제1 열교환관을 포함하는 강하막 튜브 번들과 액체 충전 튜브 번들보다 크고, 작은 관경의 열교환관이 더 나은 열전달 계수를 갖는 것을 설명한다. 또한, 작은 관경의 제2 열교환관을 포함하는 강하막 튜브 번들은 거이 이상적인 상황에 상당한 열전달 계수를 유지할 수 있고, 열전달 계수는 열의 수가 줄어듬에 따라 유의하게 감소되지 않는다. 큰 관경의 제1 열교환관을 포함하는 강하막 튜브 번들의 열전달 계수도 항상 이상적인 상황의 동일한 관경의 액체 충전 튜브 번들의 열전달 계수보다 높다.As can be seen from FIG. 4C, in an ideal situation, the heat transfer coefficients of the falling film tube bundle and the liquid-filled tube bundle comprising the second heat exchange tube with a small tube diameter are respectively that of the falling film tube containing the first heat exchange tube with a large tube diameter. This demonstrates that larger and smaller diameter heat exchange tubes have better heat transfer coefficients than bundles and liquid-filled tube bundles. Additionally, a falling film tube bundle containing a small diameter secondary heat exchange tube can maintain a significant heat transfer coefficient in near-ideal situations, and the heat transfer coefficient does not significantly decrease as the number of rows is reduced. The heat transfer coefficient of the falling film tube bundle including the first heat exchange tube of large diameter is always higher than that of the liquid-filled tube bundle of the same diameter under ideal circumstances.
도 5a 내지 도 5c는 본 출원의 증발기의 제3 실시예를 도시한다. 도 5a는 도 2의 증발기의 제3 실시예에 따른 증발기(500)의 반경 방향 단면도를 도시하고, 도 5b는 도 4a의 강하막 튜브 번들 중 인접한 네 개의 열교환관의 국부 확대도이며, 도 5c는 열전달 계수의 이론값 비교도이다. 도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이, 증발기(500)에도 강하막 튜브 번들(515) 및 액체 충전 튜브 번들(516)이 설치되어 있고, 강하막 튜브 번들(515) 및 액체 충전 튜브 번들(516)에 각각 줄지어 배열된 복수개의 열교환관을 포함하며, 여기서 액체 충전 튜브 번들(516) 중의 열교환관 및 열교환관의 배치 방식은 제1 실시예 및 제2 실시예와 같다. 또한, 강하막 튜브 번들(515) 중의 열교환관은 큰 관경(D1)을 갖는 복수개의 제1 열교환관(521) 및 작은 관경(D2)을 갖는 복수개의 제2 열교환관(522)을 포함한다. 제2 실시예와의 차이점은 복수개의 제1 열교환관(521)이 줄지어 배열되고, 복수개의 제2 열교환관(522)이 줄지어 배열되며, 제1 열교환관(521)의 열과 제2 열교환관(522)의 열이 어긋나게 배열되는 것이다. 하나의 구현예로서, 제1 열교환관(521)의 큰 관경(D1)은 제1 실시예의 열교환관(320)의 관경(D0)과 같다. 본 실시예에서, 큰 관경의 제1 열교환관(521)의 관경(D1)은 1인치, 즉 25.4 mm이고, 작은 관경의 제2 열교환관(522)의 관경(D2)은 3/4인치, 즉 19.05 mm이다. 강하막 튜브 번들(515)에서, 제1 열교환관(521)과 제2 열교환관(522)의 수의 비는 약 1:1이다.Figures 5a to 5c show a third embodiment of the evaporator of the present application. FIG. 5A is a radial cross-sectional view of the evaporator 500 according to the third embodiment of the evaporator of FIG. 2, FIG. 5B is a local enlarged view of four adjacent heat exchange tubes of the falling film tube bundle of FIG. 4A, and FIG. 5C. is a comparison diagram of the theoretical value of the heat transfer coefficient. As shown in FIGS. 5A and 5B, a falling film tube bundle 515 and a liquid filled tube bundle 516 are also installed in the evaporator 500, and the falling film tube bundle 515 and the liquid filled tube bundle 516 ) and a plurality of heat exchange tubes arranged in a row, where the heat exchange tubes in the liquid-filled tube bundle 516 and the arrangement method of the heat exchange tubes are the same as the first and second embodiments. In addition, the heat exchange tubes in the falling film tube bundle 515 include a plurality of first heat exchange tubes 521 with a large tube diameter (D 1 ) and a plurality of second heat exchange tubes 522 with a small tube diameter (D 2 ). do. The difference from the second embodiment is that a plurality of first heat exchange tubes 521 are arranged in a row, a plurality of second heat exchange tubes 522 are arranged in a row, and the heat of the first heat exchange tube 521 is exchanged with the second heat exchange tube. The rows of pipes 522 are arranged in a misaligned manner. As one embodiment, the large pipe diameter (D 1 ) of the first heat exchange pipe 521 is the same as the pipe diameter (D 0 ) of the heat exchange pipe 320 in the first embodiment. In this embodiment, the pipe diameter (D 1 ) of the first heat exchange pipe 521 with a large pipe diameter is 1 inch, that is, 25.4 mm, and the pipe diameter (D 2 ) of the second heat exchange pipe 522 with a small pipe diameter is 3/4. inch, or 19.05 mm. In the falling film tube bundle 515, the ratio of the number of first heat exchange tubes 521 and second heat exchange tubes 522 is about 1:1.
도 5b는 인접한 두 열에서 인접한 네 개의 열교환관(521a, 521b, 522a, 522b)을 확대한 구조를 도시하고, 이러한 열교환관들은 두 개씩 인접하며, 인접한 세 개의 열교환관의 중심은 두 개의 정삼각형을 형성한다. 도 5b에 도시된 바와 같이, 열교환관(521a)과 열교환관(521b)은 동일한 열에 위치하고, 열교환관(522a)과 열교환관(522b)은 동일한 열에 위치한다. 또한, 열교환관(521a), 열교환관(522a) 및 열교환관(521b)은 서로 인접하고, 열교환관(521b), 열교환관(522a) 및 열교환관(522b)은 서로 인접한다. 높이 방향(H)에서, 동일한 열의 인접한 열교환관(521a)과 열교환관(522a)의 중심은 수직 간격(H2)을 갖는다. 폭 방향(W)에서, 상이한 열의 인접한 열교환관(521a)과 열교환관(522a)의 중심은 수평 간격(W2)을 갖는다. 열교환관(521a)과 열교환관(521b)의 외면 사이에 최소 간격(X2)을 갖는다. 열교환관(522a)과 열교환관(521b)의 외면 사이, 열교환관(522a)과 열교환관(521a)의 외면 사이에 최소 간격(V2)을 갖는다. 본 실시예에서, V2은 X2보다 크고, W2≥D1이다.Figure 5b shows an enlarged structure of four adjacent heat exchange tubes (521a, 521b, 522a, 522b) in two adjacent rows. These heat exchange tubes are two adjacent, and the centers of the three adjacent heat exchange tubes form two equilateral triangles. form As shown in Figure 5b, the heat exchange tube 521a and the heat exchange tube 521b are located in the same row, and the heat exchange tube 522a and the heat exchange tube 522b are located in the same row. In addition, the heat exchange tube 521a, the heat exchange tube 522a, and the heat exchange tube 521b are adjacent to each other, and the heat exchange tube 521b, the heat exchange tube 522a, and the heat exchange tube 522b are adjacent to each other. In the height direction (H), the centers of the adjacent heat exchange tubes 521a and 522a in the same row have a vertical gap (H 2 ). In the width direction W, the centers of the adjacent heat exchange tubes 521a and 522a in different rows have a horizontal gap W 2 . There is a minimum gap (X 2 ) between the outer surfaces of the heat exchange tube (521a) and the heat exchange tube (521b). There is a minimum gap (V 2 ) between the outer surfaces of the heat exchange tube (522a) and the heat exchange tube (521b), and between the outer surfaces of the heat exchange tube (522a) and the heat exchange tube (521a). In this example, V 2 is greater than X 2 and W 2 ≥D 1 .
제2 실시예와 유사하게, 본 실시예도 큰 관경(D1)을 갖는 일부의 제1 열교환관(521)을 작은 관경(D2)을 갖는 제2 열교환관(522)으로 교체하고, 일부의 열교환관의 관경을 줄이는 것을 통해 외면의 최소 간격(V1)을 증가하여, 상응한 열교환관 사이를 흘러 지나는 기체의 유속을 줄임으로써, 증발기의 열교환 효율을 향상시킨다. 제2 실시예에 비해, V2 < V1이긴 하나, 강하막 튜브 번들(515)의 각 행의 열교환관 중, 인접한 열 사이의 열교환관 외면 사이의 최소 거리가 증가되었다.Similar to the second embodiment, this embodiment also replaces some of the first heat exchange pipes 521 with a large pipe diameter (D 1 ) with second heat exchange pipes 522 with a small pipe diameter (D 2 ), and some of the first heat exchange pipes 521 with a small pipe diameter (D 2 ). By reducing the pipe diameter of the heat exchange tube, the minimum gap (V 1 ) of the outer surface is increased, thereby reducing the flow rate of gas flowing between the corresponding heat exchange tubes, thereby improving the heat exchange efficiency of the evaporator. Compared to the second embodiment, although V 2 < V 1 , the minimum distance between the outer surfaces of the heat exchange tubes between adjacent rows among the heat exchange tubes in each row of the falling film tube bundle 515 is increased.
유의해야 할 점은, 일부 다른 실시예에서, 인접한 두 열에서 인접한 네 개의 열교환관(521a, 521b, 522a 및 522b) 중, 인접한 세 개의 열교환관의 중심은 두 개의 정삼각형을 형성하지 않고, 제1 실시예와 유사하게, 상이한 열의 인접한 열교환관 사이의 수평 간격을 증가하여, 두 개의 이등변 삼각형을 형성할 수도 있다.It should be noted that, in some other embodiments, among the four adjacent heat exchange tubes 521a, 521b, 522a and 522b in two adjacent rows, the centers of the three adjacent heat exchange tubes do not form two equilateral triangles, but the first Similar to the embodiment, the horizontal spacing between adjacent heat exchange tubes in different rows may be increased to form two isosceles triangles.
도 5c는 동일한 수의 열교환관의 경우, 본 실시예의 강하막 튜브 번들(515) 중의 제1 열교환관, 본 실시예의 강하막 튜브 번들(515) 중의 제2 열교환관, 이상적인 상황 하의 제1 열교환관을 포함하는 강하막 튜브 번들, 이상적인 상황 하의 제1 열교환관을 포함하는 액체 충전 튜브 번들, 이상적인 상황 하의 제2 열교환관을 포함하는 강하막 튜브 번들, 이상적인 상황 하의 제2 열교환관을 포함하는 액체 충전 튜브 번들 중의 단일 열교환관의 열전달 계수의 이론값 비교도를 도시하고, 이론값은 가우스 분포 방정식 (1)을 통해 구한다. 도 5c에서 횡좌표는 위로부터 아래까지 상이한 행의 수의 열교환관을 나타내고, 종좌표는 열전달 계수를 나타낸다. 여기서, 직선(561), 직선(562), 직선(563) 및 직선(564)은 각각 이상적인 상황 하의 제1 열교환관을 포함하는 강하막 튜브 번들, 이상적인 상황 하의 제1 열교환관을 포함하는 액체 충전 튜브 번들, 이상적인 상황 하의 제2 열교환관을 포함하는 강하막 튜브 번들, 이상적인 상황 하의 제2 열교환관을 포함하는 액체 충전 튜브 번들 중의 단일 열교환관의 열전달 계수를 나타낸다. 곡선(560) 및 곡선(570)은 각각 본 실시예의 강하막 튜브 번들(515) 중 제1 열교환관 및 제2 열교환관의 열전달 계수를 나타낸다.5C shows the same number of heat exchange tubes, the first heat exchange tube in the falling film tube bundle 515 in this embodiment, the second heat exchange tube in the falling film tube bundle 515 in this embodiment, and the first heat exchange tube under ideal circumstances. A falling film tube bundle comprising a first heat exchange tube under ideal circumstances, a liquid filled tube bundle comprising a second heat exchange tube under ideal circumstances, a falling film tube bundle comprising a second heat exchange tube under ideal circumstances. A comparison diagram of the theoretical value of the heat transfer coefficient of a single heat exchange tube in the tube bundle is shown, and the theoretical value is obtained through the Gaussian distribution equation (1). In Figure 5c, the abscissa represents different numbers of heat exchange pipes from top to bottom, and the ordinate represents the heat transfer coefficient. Here, straight line 561, straight line 562, straight line 563, and straight line 564 respectively represent a falling film tube bundle containing the first heat exchange tube under ideal circumstances, and a liquid fill containing the first heat exchange tube under ideal circumstances. Indicates the heat transfer coefficient of a single heat exchange tube in a tube bundle, a falling film tube bundle including a second heat exchange tube under ideal circumstances, and a liquid-filled tube bundle containing a second heat exchange tube under ideal circumstances. Curve 560 and curve 570 respectively represent heat transfer coefficients of the first heat exchange tube and the second heat exchange tube of the falling film tube bundle 515 of the present embodiment.
도 5c로부터 알 수 있다시피, 제1 열교환관(521)과 제2 열교환관(522)을 포함하는 강하막 튜브 번들의 열전달 계수는 행의 수가 증가됨에 따라 다소 감소되나, 열전달 계수는 행의 수에 따라 유의하게 감소되지 않고, 모두 각 액체 충전 튜브 번들의 열전달 계수보다 높다.As can be seen from FIG. 5C, the heat transfer coefficient of the falling film tube bundle including the first heat exchange tube 521 and the second heat exchange tube 522 decreases somewhat as the number of rows increases, but the heat transfer coefficient increases with the number of rows. is not significantly reduced, and is higher than the heat transfer coefficient of each liquid-filled tube bundle.
도 6a 내지 도 6c는 본 출원의 증발기의 제4 실시예를 도시한다. 도 6a는 도 2의 증발기의 제4 실시예에 따른 증발기(600)의 반경 방향 단면도를 도시하고, 도 6b는 도 6a의 배플(631)의 구조 개략도를 도시하며, 도 6c는 열전달 계수의 이론값 비교도이다. 도 6a 및 도 6b에 도시된 바와 같이, 증발기(600)에 강하막 튜브 번들(615) 및 액체 충전 튜브 번들(616)이 설치되어 있고, 강하막 튜브 번들(615) 및 액체 충전 튜브 번들(616)은 각각 줄지어 배열된 복수개의 열교환관을 포함한다. 본 실시예에서, 액체 충전 튜브 번들(616) 중의 열교환관 및 열교환관의 배치 방식은 제1 실시예와 같다. 또한, 강하막 튜브 번들(615) 중의 열교환관 및 열교환관의 배치 방식은 제1 실시예와 대체로 같기에, 여기서 중복된 서술을 생략하도록 한다. 차이점은 본 실시예에서 강하막 튜브 번들(615) 중부의 열교환관이 이격되어 대체로 폭 방향(W)을 따라 연장되는 유체 통로(638)를 형성하는 것이다.Figures 6a to 6c show a fourth embodiment of the evaporator of the present application. Figure 6a shows a radial cross-sectional view of the evaporator 600 according to the fourth embodiment of the evaporator of Figure 2, Figure 6b shows a structural schematic diagram of the baffle 631 of Figure 6a, and Figure 6c shows the theory of the heat transfer coefficient. It is also a value comparison. As shown in FIGS. 6A and 6B, a falling film tube bundle 615 and a liquid filled tube bundle 616 are installed in the evaporator 600, and the falling film tube bundle 615 and the liquid filled tube bundle 616 ) each includes a plurality of heat exchange tubes arranged in a row. In this embodiment, the heat exchange tube in the liquid-filled tube bundle 616 and the arrangement method of the heat exchange tube are the same as the first embodiment. In addition, since the heat exchange tubes in the falling film tube bundle 615 and the arrangement method of the heat exchange tubes are generally the same as those of the first embodiment, redundant description will be omitted here. The difference is that in this embodiment, the heat exchange tubes in the middle of the falling film tube bundle 615 are spaced apart to form a fluid passage 638 extending generally along the width direction (W).
증발기(600)는 제1 배플(631) 및 제2 배플(632)을 포함하고, 제1 배플(631) 및 제2 배플(632)은 각각 강하막 튜브 번들(615)의 폭 방향(W)의 좌측 및 우측에 설치된다. 제1 배플(631)과 제2 배플(632)에 각각 복수개의 창(635)이 설치되어 있고, 이러한 창(635)은 길이 방향(L)을 따라 배치되며, 유체 통로(638)에 대응되는 위치에 설치된다. 유체 통로(638)와 창(635)은 상부 열교환관의 증발을 통해 얻은 기체 냉매가 계속 하부의 열교환관을 흘러 지나는 것이 아니라 창(635)을 통해 유출되게 할 수 있다. 이에 따라, 하부의 열교환관을 흘러 지나는 기체 냉매의 유량이 감소된다.The evaporator 600 includes a first baffle 631 and a second baffle 632, and the first baffle 631 and the second baffle 632 each extend in the width direction (W) of the falling film tube bundle 615. It is installed on the left and right sides of. A plurality of windows 635 are installed in each of the first baffle 631 and the second baffle 632, and these windows 635 are arranged along the longitudinal direction (L) and correspond to the fluid passage 638. installed in location. The fluid passage 638 and the window 635 can allow the gaseous refrigerant obtained through evaporation in the upper heat exchange pipe to flow out through the window 635 rather than continuing to flow through the lower heat exchange pipe. Accordingly, the flow rate of gaseous refrigerant flowing through the lower heat exchange pipe is reduced.
본 실시예에서, 열교환관의 수가 제1 실시예와 같더라도, 기체 상태 냉매의 일부가 유체 통로(638)와 창(635)을 통해 배출될 수 있기에, 하부 강하막 튜브 번들 중 기체 냉매의 유속을 줄임으로써, 제1 실시예에 비해 증발기의 열교환 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.In this embodiment, even if the number of heat exchange tubes is the same as in the first embodiment, a part of the gaseous refrigerant may be discharged through the fluid passage 638 and the window 635, so that the flow rate of the gaseous refrigerant in the lower falling film tube bundle By reducing , the heat exchange efficiency of the evaporator can be further improved compared to the first embodiment.
도 6c는 동일한 수의 열교환관의 경우, 본 실시예의 강하막 튜브 번들(615), 제1 실시예의 강하막 튜브 번들(315), 이상적인 상황 하의 강하막 튜브 번들 및 이상적인 상황 하의 액체 충전 튜브 번들 중의 단일 열교환관의 열전달 계수의 이론값 비교도를 도시하고, 이론값은 가우스 분포 방정식 (1)을 통해 구한다. 도 6c에서 횡좌표는 위로부터 아래까지 상이한 행의 수의 열교환관을 나타내고, 종좌표는 열전달 계수를 나타낸다. 여기서, 직선(661) 및 직선(662)은 각각 이상적인 상황 하의 강하막 튜브 번들과 액체 충전 튜브 번들 중의 단일 열교환관의 열전달 계수를 나타낸다. 곡선(668) 및 곡선(670)은 각각 본 실시예의 강하막 튜브 번들(615)과 제1 실시예의 강하막 튜브 번들(315)의 열전달 계수를 나타낸다.Figure 6C shows, for the same number of heat exchange tubes, the falling film tube bundle 615 of the present embodiment, the falling film tube bundle 315 of the first embodiment, the falling film tube bundle under ideal circumstances, and the liquid-filled tube bundle under ideal circumstances. A comparison diagram of the theoretical value of the heat transfer coefficient of a single heat exchange tube is shown, and the theoretical value is obtained through the Gaussian distribution equation (1). In Figure 6c, the abscissa represents different numbers of heat exchange tubes from top to bottom, and the ordinate represents the heat transfer coefficient. Here, straight lines 661 and 662 represent the heat transfer coefficients of a single heat exchange tube in a falling film tube bundle and a liquid filled tube bundle under ideal circumstances, respectively. Curves 668 and 670 represent the heat transfer coefficients of the falling film tube bundle 615 of the present embodiment and the falling film tube bundle 315 of the first embodiment, respectively.
도 6c로부터 알 수 있다시피, 본 실시예의 강하막 튜브 번들(615)에서, 중부로부터 일부의 기체 냉매를 배출하는 것을 통해, 각 행의 열교환관의 열전달 계수를 높은 수준으로 유지할 수 있다.As can be seen from FIG. 6C, in the falling film tube bundle 615 of this embodiment, the heat transfer coefficient of each row of heat exchange tubes can be maintained at a high level by discharging part of the gaseous refrigerant from the central part.
당업자는 비록 본 실시예에서 강하막 튜브 번들 중의 열교환관의 설치가 대체로 제1 실시예와 같을지라도 열교환관은 대체로 제2 실시예 또는 제3 실시예와 같게 설치할 수도 있고, 제2 실시예 또는 제3 실시예의 강하막 튜브 번들에 유체 통로를 설치하고, 유체 통로에 대응되는 배플에 기체 냉매를 배출하도록 하는 창을 설치하기만 하면 되는 것을 이해할 수 있다.Those skilled in the art will know that although the installation of the heat exchange pipe in the falling film tube bundle in this embodiment is generally the same as the first embodiment, the heat exchange pipe may be installed generally the same as the second embodiment or the third embodiment, or the heat exchange pipe may be installed generally the same as the second embodiment or the third embodiment. It can be understood that all that is necessary is to install a fluid passage in the falling film tube bundle of the third embodiment, and install a window for discharging gaseous refrigerant in the baffle corresponding to the fluid passage.
상기 각 실시예에 따른 증발기에 있어서, 제1 실시예에 따른 증발기 중의 강하막 튜브 번들은 폭 방향에서 열교환관 사이의 거리, 즉 각 열 사이의 열교환관의 간격을 증가하는 것을 통해 폭 방향(W)에서 냉매 통로의 공간을 증가한다. 제2 실시예 및 제3 실시예에 따른 증발기 중의 강하막 튜브 번들은 열교환관의 일부를 작은 관경의 열교환관으로 교체하여 열교환관의 관벽 외면 사이의 최소 간격을 증가함으로써, 적어도 일부의 폭 방향(W)에서 냉매 통로의 공간을 증가한다.In the evaporator according to each of the above embodiments, the falling film tube bundle in the evaporator according to the first embodiment is arranged in the width direction (W) by increasing the distance between heat exchange tubes in the width direction, that is, the spacing of heat exchange tubes between each row. ) to increase the space of the refrigerant passage. The falling film tube bundle in the evaporator according to the second and third embodiments replaces part of the heat exchange tube with a heat exchange tube of a small diameter to increase the minimum gap between the outer surfaces of the tube walls of the heat exchange tube, so that at least part of the width direction ( W) increases the space of the refrigerant passage.
본 출원에서, 폭 방향(W)의 냉매의 유동 공간을 증가하는 것을 통해, 상응한 열교환관 사이를 흘러 지나는 기체의 유속을 줄임으로써, 기상 레이놀즈 수(Rev)와 액막 레이놀즈 수(Refilm)의 비율을 줄이고, 이로써 증발기의 열교환 효율을 향상시킨다.In the present application, by increasing the flow space of the refrigerant in the width direction (W), by reducing the flow rate of the gas flowing between the corresponding heat exchange tubes, the gas phase Reynolds number (Re v ) and the liquid film Reynolds number (Re film ) reduces the ratio, thereby improving the heat exchange efficiency of the evaporator.
본 명세서에서 본 출원의 일부 특징만 도시하고 설명하였으나, 당업자라면 여러 수정 및 변경을 실시할 수 있다. 따라서, 첨부된 청구 범위는 본 출원의 실질적인 취지 범위 내에 속하는 모든 수정 및 변경을 포괄하고자 하는 것을 이해해야 한다.Although only some features of the present application are shown and described herein, various modifications and changes can be made by those skilled in the art. Accordingly, it is to be understood that the appended claims are intended to cover all modifications and changes falling within the substantive scope of the present application.
Claims (10)
길이 방향(L), 폭 방향(W) 및 높이 방향(H)을 갖는 캐비티(310)를 포함하는 쉘(203);
상기 캐비티(310) 내에 설치되되 줄지어 배열되고, 복수개의 열교환관(320)을 포함하며, 각 열교환관(320)이 상기 캐비티(310)의 길이 방향(L)을 따라 연장되고, 각 열 중의 상기 열교환관(320)의 중심은 상기 높이 방향(H)을 따라 배치되고, 인접한 열 중의 인접한 두 개의 상기 열교환관(320)의 중심이 상기 캐비티(310)의 폭 방향(W)에서 어긋나게 배치되는 강하막 튜브 번들(315);을 포함하되,
상기 강하막 튜브 번들(315)은 인접한 두 열에서 인접한 네 개의 상기 열교환관(320) 중, 적어도 두 개의 상이한 열의 상기 열교환관(320)의 외면 사이의 최소 간격(V0, V1, V2)이 동일한 열 중 두 개의 상기 열교환관(320)의 외면 사이의 최소 간격(X0, X1, X2)보다 크게끔 구성되는 것을 특징으로 하는 증발기.As an evaporator,
A shell 203 including a cavity 310 having a longitudinal direction (L), a width direction (W), and a height direction (H);
It is installed in the cavity 310 and arranged in a row, and includes a plurality of heat exchange tubes 320, each heat exchange tube 320 extending along the longitudinal direction (L) of the cavity 310, and one of the heat exchange tubes 320 in each row. The center of the heat exchange tube 320 is disposed along the height direction (H), and the centers of the two adjacent heat exchange tubes 320 in the adjacent row are arranged to be offset in the width direction (W) of the cavity 310. Including a falling film tube bundle 315;
The falling film tube bundle 315 has a minimum gap (V 0 , V 1 , V 2 ) between the outer surfaces of the heat exchange tubes 320 of at least two different rows among the four adjacent heat exchange tubes 320 in two adjacent rows. ) is configured to be larger than the minimum gap ( X 0 ,
인접한 두 열에서 인접한 네 개의 상기 열교환관(320) 중, 적어도 두 개의 상이한 열의 상기 열교환관(320)의 외면 사이의 간격의 설정을 통해, 인접한 두 열의 상기 열교환관(320)을 흘러 지나는 기체의 유속을 줄임으로써, 상기 증발기(100)의 열교환 효율을 향상시키는 것을 특징으로 하는 증발기.In claim 1,
Among the four adjacent heat exchange pipes 320 in two adjacent rows, by setting the gap between the outer surfaces of the heat exchange pipes 320 in at least two different rows, the gas flowing through the heat exchange pipes 320 in the two adjacent rows An evaporator characterized in that the heat exchange efficiency of the evaporator (100) is improved by reducing the flow rate.
상기 강하막 튜브 번들(315) 중 각 열교환관(320)은 동일한 관경(D0)을 갖고, 인접한 열에서 인접한 두 개의 상기 열교환관(320)의 상기 캐비티(310)의 폭 방향(W)에서의 중심의 간격(W0)과 각 열에서 상기 열교환관(320)에서 인접한 두 개의 상기 열교환관(320)의 상기 캐비티(310)의 높이 방향(H)에서의 중심의 간격(H0)의 비율이 을 충족시키는 것을 특징으로 하는 증발기.In claim 2,
Each heat exchange tube 320 of the falling film tube bundle 315 has the same pipe diameter (D 0 ), and in the width direction (W) of the cavity 310 of the two heat exchange tubes 320 adjacent to each other in an adjacent row. of the center spacing (W 0 ) and the center spacing (H 0 ) in the height direction (H) of the cavity 310 of the two adjacent heat exchange tubes 320 in each row. the ratio An evaporator characterized by satisfying the.
상기 강하막 튜브 번들(415)은 큰 관경(D1)을 갖는 복수개의 제1 열교환관(421)과 작은 관경(D2)을 갖는 복수개의 제2 열교환관(422)을 포함하고;
상기 강하막 튜브 번들(415)의 열에서, 상기 제1 열교환관(421)과 상기 제2 열교환관(422)이 어긋나게 배치되는 것을 특징으로 하는 증발기.In claim 2,
The falling film tube bundle 415 includes a plurality of first heat exchange tubes 421 having a large tube diameter D1 and a plurality of second heat exchange tubes 422 having a small tube diameter D2;
An evaporator, characterized in that in the row of the falling film tube bundle (415), the first heat exchange tube (421) and the second heat exchange tube (422) are arranged to be offset.
상기 강하막 튜브 번들(515)은 큰 관경(D1)을 갖는 복수개의 제1 열교환관(521) 및 작은 관경(D2)을 갖는 복수개의 제2 열교환관(522)을 포함하고, 복수개의 상기 제1 열교환관(521)은 줄지어 배열되며, 복수개의 상기 제2 열교환관(522)이 줄지어 배열되되;
상기 제1 열교환관(521)의 열과 상기 제2 열교환관(522)의 열이 어긋나게 배치되는 것을 특징으로 하는 증발기.In claim 2,
The falling film tube bundle 515 includes a plurality of first heat exchange pipes 521 having a large pipe diameter D1 and a plurality of second heat exchange pipes 522 having a small pipe diameter D2, and a plurality of the first heat exchange pipes 522 having a small pipe diameter D2. 1 heat exchange tubes 521 are arranged in a row, and a plurality of the second heat exchange tubes 522 are arranged in a row;
An evaporator, characterized in that the heat of the first heat exchange tube (521) and the heat of the second heat exchange tube (522) are arranged to be offset.
인접한 두 열의 상기 열교환관(320)에서 인접한 상기 제1 열교환관(421, 521) 및 상기 제2 열교환관(422, 522)의 상기 캐비티(310)의 폭 방향(W)에서의 중심의 간격(W1, W2)은 상기 제1 열교환관(421, 521)의 큰 관경(D1) 이상인 것을 특징으로 하는 증발기.In claim 4 or claim 5,
In the two adjacent rows of heat exchange tubes 320, the center spacing ( The evaporator is characterized in that W1, W2) is larger than the large diameter D1 of the first heat exchange pipes (421, 521).
상기 제1 열교환관(421, 521)의 큰 관경(D1)은 25.4 mm이고;
상기 제2 열교환관(422, 522)의 작은 관경(D2)은 19.05 mm인 것을 특징으로 하는 증발기.In claim 6,
The large diameter D1 of the first heat exchange pipes 421 and 521 is 25.4 mm;
The evaporator, characterized in that the small pipe diameter (D2) of the second heat exchange pipes (422, 522) is 19.05 mm.
상기 강하막 튜브 번들(615)의 상기 캐비티(310)의 폭 방향(W)의 외측에 각각 설치되는 제1 배플(631) 및 제2 배플(632)을 더 포함하되;
상기 제1 배플(631) 및 상기 제2 배플(632)에는 각각 복수개의 창(635)이 구비되고, 상기 복수개의 창(635)은 상기 캐비티(310)의 길이 방향(L)을 따라 배치되며, 상기 복수개의 창(635)은 상기 캐비티(310)의 높이 방향(H)에서 상기 강하막 튜브 번들(615)의 중부의 외측에 구비되는 것을 특징으로 하는 증발기.The method of claim 1, wherein the evaporator,
It further includes a first baffle 631 and a second baffle 632, respectively installed on the outside of the cavity 310 in the width direction (W) of the falling film tube bundle 615;
The first baffle 631 and the second baffle 632 are each provided with a plurality of windows 635, and the plurality of windows 635 are arranged along the longitudinal direction (L) of the cavity 310, , The plurality of windows 635 are provided outside the center of the falling film tube bundle 615 in the height direction (H) of the cavity 310.
상기 제1 배플(631) 및 상기 제2 배플(632)의 상기 창(635) 외측에 각각 상기 캐비티(310)의 길이 방향(L)을 따라 연장되는 액체 차단 배플(638)을 구비하되, 상기 액체 차단 배플(638)의 탑부는 상응한 상기 제1 배플(631) 및 상기 제2 배플(632)에 연결되고, 상기 액체 차단 배플(638)은 상기 창(635)과 일정한 거리로 이격되는 것을 특징으로 하는 증발기.In claim 8,
The first baffle 631 and the second baffle 632 are each provided with a liquid blocking baffle 638 outside the window 635 extending along the longitudinal direction (L) of the cavity 310, The top of the liquid blocking baffle 638 is connected to the corresponding first baffle 631 and the second baffle 632, and the liquid blocking baffle 638 is spaced from the window 635 at a certain distance. Characterized by an evaporator.
냉매 회로에 설치되는 압축기(193), 응축기(191), 스로틀링 장치(192) 및 청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 한 청구항에 따른 증발기(100)를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉동 시스템.In the refrigeration system,
A refrigeration system comprising a compressor (193), a condenser (191), a throttling device (192) installed in a refrigerant circuit, and an evaporator (100) according to any one of claims 1 to 9.
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