1339128 * J · 月j日修正替換頁 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 -· 本發明係有關於一種氣液分離式套管蒸發器，特別是指—種應用於熱 工設備且具有氣液分離效用的套管蒸發器。 【先前技術】 套管式蒸發器係為-種熱工設備，在動力、化卫、空調卫程和製冷工 程中係應用得非常廣泛’如冰箱、冷;東植和空調系統中的蒸發器，以及化 工蒸發器和石化工藝蒸發器等。 請參閱第1圖和第2圖所示係、爲習知的套管式蒸發器，由同轴的内管 -7 3和外管7組成。如圖，圖號7係為：外管，圖號7丄係為：熱源液體 (被冷卻液體或水）入口，圖號72係為：被冷卻液鱧出口，而圖號了3 係為.内管’圖號7 4係為：被蒸發液體入口，至於圖號7 5係為：被蒸 發液體蒸氣出口。 習知的套管式蒸發器爲了節省空間，多採用螺旋型佈置，藉由水在外 管7與内管7 3之間關_的對流換熱，使在管内蒸發和沸騰，進 而實現氣化·。此_發狀σ爲純㈣，經過全管長（指·無分隔、 無中斷）氣化’出π基本爲純氣體。在管内氣化換熱的過程中，雖缺會隨 著乾度的增大而餅絲絲得啸高，蝴高的喊从，且採用管内 氣化來絲，油根核法有_展，紐形祕_雜_薄液膜蒸 發狀態。科，採財平猶管式結構，_雖存在有二次流的擾動作用， 但分層峨、液娜卿_)财观，蝴峨瓣 内局部乾酒’液相將大量聚集於管内底層，大幅減弱了換熱效 3 1339128 ι· I 另？年Ί月i曰修正替換頁 面，單一管内流程蒸發及沸騰過程也導致了複雜的氣相和液相兩種相流， 對於系統運行_性、流動阻力和_雛科，都帶綠不利的影 響。習知為了做到出口過熱度控制（過熱：superheat)，常規技術中一般 都是靠增加管長來實現…來多消耗材料，：來降低能源轉換和利用效率， 在製冷系統中還增加壓縮機功率。 緣是’本發明人有感於上述問題之可改善，乃潛心研究並配合學理之 運用’而提計合理且有魏善上述問題之本發明。 【發明内容】 本發明之主要目的’在於提供—種氣液分離式套管蒸發器藉由該被 蒸發液體係仙、外管之間流動，且該内管制多數根彼此螺旋地扭轉在 一起的細管所構成，以使被蒸發_在細f表面對流蒸發而產生相變，又 該套管蒸發器中間採取了多數個排氣口來進行氣液分離，以能—直讓液體 在細管表面有關展且高效紐’而不會形成含氣增加所導致的複雜二相 流動而影響蒸發；再者’藉由該内管係利用多數細管的扭轉而形成具有一 定溝槽的表面，而能良好地實現細和鋪展㈣的功能，自然、能保證液體 處於高效蒸發狀態；三者，藉由在套管的-定位置處將液體以及該液趙的 蒸氣予以分隔成反向流動（液體下行，蒸氣上行）的二段型式，以能夠把 液體蒸發與蒸氣過熱兩功能分開，保證蒸發過程的功能專一且高效，又能 經由調整過熱段的長度，而良好地實現蒸氣的加熱控制（此為習知蒸發器 所難以實現的）；另外，藉由殘液回流管的存液、阻氣技術來實現蒸發段 内殘存蒸發液體的循環回流。總合而言，本發明該氣液分離式套管蒸發器 1339128 夕9年α月i曰修正替換頁 端具有：高效的氣化能力、高傳熱係數、蒸發器的體積可縮小以及減少金 屬材料的消耗等效用。 為達上述目的，本發明之套管蒸發器係包括了螺旋式和立式蛇形兩種 實施例，茲分述如下。 一種套管蒸發器的第一種實施例，包括：一套管、一進液管、一殘液 回流管以及一排氣管。該套管包含一外管和一穿插於該外管内的内管，該 内管一端和另端係分別形成一加熱液體入口和一加熱液體出口，該套管係 螺旋地盤旋成具有上層、底層和中間層❹數層，每_層套管的外管均設 有一排氣口 ’且上層套管的外管另設有一蒸氣出口和一接口，該蒸氣出口 和該接σ係均與該内、外管之間的間隙相連通；該進液管具有—液體入口， 該液體人σ係形成於該職管的—端’該進絲的另_連通於該外管的 接口；該驗回流管舰通於斜管與進辭之間；該職管係以並聯方 式連通於.亥外管的各該排氣口，且連接於上層套管的該上廣排氣口係位於 該接口的上游處’該上層排氣口與該接σ之間卿成—分隔部該分隔部 與該套管的-端之間係職過熱段，而該分隔部與該套管㈣端之間則形 成蒸發段。 一種套管蒸發器的第二種實施例，包括：一套管、一進液管一殘液 回流管以及-排氣管。該套管包含—外管和—穿插於該外管_内管該 内管一端和另端係分別形成-加熱液體人口和—加熱液體出〇，該套管係 蛇形般峨成账段、術巾_触，每-縣管的外:均 設有-排氣π，且上段套管的外管另設有—蒸氣出口和—接口，該蒸氣出 5 u - 勺f年丨灸月}日修正替換頁 口和該接口係均與該内、外管之間的間隙相連通；該進液管具有—液體入 口，該韻人口係職於職鮮的—端，該魏管的另端職通於該外 管的接口’·該回辭猶册該外f與魏管H魏管係以並 聯方式連祕靖咖聽σ，且輪上樹紐段排氣口係 位於該接口虹游處，該上段減口無接^之_軸—雜部該分 隔部與該套管_端之咖彡成過熱段，而該分隔部與該套f的另端之間 則形成蒸發段。 為了能夠更進-步瞭解本發明之特徵、特點和技躺容，請參閱以下 有關本個之詳細說__，惟所關式僅提供參考與說觀，非用以 限制本發明β 【實施方式】 本發月氣液77離式套管蒸發器係包括兩種實施例，如第3圖所示為第 一種實施觸螺旋式套管蒸發器1，*如第4圖、第5麟賴為第二種 實施例的立式蛇形套管蒸發器6。 。月參閱第3圖所不第—種實施例的螺旋式套管蒸發η係包括：—套 管2、-進液管3、-排氣f4以及—殘液回流管5。 〜套s 2係包含-外音21和—穿插於該外管内的内管2 2，内管2 2的端和另端齡別形成—加熱液體人口 2 2丄和―加熱液體出口 2 2 2該套& 2係螺旋地盤旋成具有上層、底層和中間層的多數層每一層 套管2的外管21均設有-排氣口2 ，且上層套管2的外管21另設 13 ’該蒸氣出口 212和該接口 213 有一蒸氣出口212和一接口2 1339128 » 1 —--- ，夕年/〇·月y曰修正替換頁 係均與該内、外管22、21之間的間隙204相連通（如第3圖的左下 圖、以及第3圖的A-A'B-B和C-C剖面圖所示）。 該進液管3的一端係形成一液體入口31，進液管3的另端則連通於 s亥外管21的接口 213 ;該殘液回流管5係連通於該外管21與進液管 3之間；而該排氣管4則以並聯方式連通於該外管21的該些排氣口21 其中，該内管2 2係具有多數根彼此螺旋地扭轉在一起的細管2 2 〇 (如第3圖的左下圖、以及第3圖的A-A、B-B和C-C剖面圖所示）。該内 管2 2係同軸地穿插於該外管2 1内而藉以構成該套管2，其中，在第3、 4圖之上半圖中所標示的元件符號22，其實是所有細管22〇 (即等於 内管22)的兩端，且所有細管2 2 0之該兩端係被設計成如第3 ' 4圖 之上半圖所示的接頭型式，但為避免敘述上的過於複雜（例如敘述成：「内 管2 2之接頭之加熱液體入口 2 21」確過於複雜，簡化後則可敘述為： 内管2 2之加熱液體入口 2 21」），故將圖中之『所述内管2 2兩端 的接頭』仍以『整體内管22』來標示：此外，所有細管22◦的兩端係 分別與該兩接頭相連通（圖未示）。該進液管3的液體入口3丄係位於套 官2之底層的下方。該外管21的接σ2 i 3與該蒸氣出口2 i 2之間係 相距半個螺旋圓周的距離。該些排氣σ2 i連接於上層套管2的該 排氣口 2 1 1，係位於該接口 2丨3的上祕，韻上層魏口 2丄丄與 該接口 213之間形成-分隔部2 〇 3，而該分隔部2 〇 3與套管2的該 端（具有蒸氣出口 2 i 2的該端）之間係形成過熱段（過熱：卿的⑷ 7 1339128 年>曰修正替換頁 2 01，而該分隔部2 〇 3與該套管2的另端之間則形成蒸發段2◦2。 被蒸發液體係由該液體入口31進入該進液管3内，再經由進液管3 而輸送至蒸發器的上層，在蒸發段2 〇 2的内、外管2 2、2丄之間由上 至下流動且相變換熱。每經過一圈螺旋流動，都會通過排氣口 2工^進行 —次氣液分離，使得被蒸發液體的蒸氣會經由排氣口 2 i i排出，而被蒸 發液趙則會繼續向下游流動。該些通過排氣口 2 i i排出的蒸氣係會通過 排氣管4而進入過熱段2 〇 1進行過熱（superheat)，最後再經由蒸氣出 口 212排出。而，向下游流動的被蒸發液體則會不斷地在蒸發段2 ^ 2 進行換熱，産生蒸氣，並再次通過排氣口 2 j工的氣液分離而排出，直至 流到蒸發器底糾’則會通贼液喊管5喊人進液管3内，而與該些 自液體入口 31流入的被蒸發液體相混合，再重新進入蒸發器換熱。加熱 液體係經由加熱液體人口 2 2!進人内管2 2，該些加熱液體乃會在細管 2 2 0之間流動沖刷’藉以加熱該些被紐液體而使其氣化，最終經由加 熱液體出口 2 2 2排出。 本發明之氣液分離式套管蒸發器之第一種實施例的技術特徵在於： (-）分隔部2 0 3 :藉由特殊設計的接口 213與上端排氣口 211的 位置配置，以在該二者之間形成該分隔部2 q 3，使得蒸發段2 〇 2與過 熱段2 01係反向流動而在分隔部2 〇 3處彼此分隔開來，既能防止流入 的液相被雜液體與錢互相混合後，又流人紐段2 〇 2 _影響蒸發 器的正*運作’又能魏目前蒸發器憎難做朗出口過熱度控制。（二) 殘液回流#5 :該餘回流管5係能解決採用蒸發過程中間氣液分離後， 8 1339128 .丨-. --~~__ 年/>月i曰修正替換頁 可能出現的尾部殘存液累計和排除的問題，同時也提高了蒸發器的工作效 益和適應能力’本發明主要係採用毛細吸存液與阻液的雙重功能，讓殘存 液流出彙入該液體入口 31而與被蒸發液體的主流混合，實現了殘存液艎 的循環再回流’同時又能阻礙該被蒸發液體的主流會從此處進入蒸發段2 〇 2，造成蒸發器功能失效。 此外’對於應用在大換熱功率情況下的套管式蒸發器，則可以依據此 原理進行設計’而採用多台第3圖中所示的套管蒸發器予以並聯。 本發明之氣液分離式套管蒸發器之第二種實施例的技術特徵係與第一 種實施例相同。且對於應用在大換熱功率情況下，亦如同第一種實施例一 般’係採用多台第4圖'第5圖中所示的套管蒸發器予以並聯。 請參閱第4圖、第5圖所示第二種實施例的立式蛇形套管蒸發器6亦 包括圊號與第一種實施例相同的一套管2、一進液管3、一排氣管4和一 殘液回流管5 ’以及：過熱段2 〇1、蒸發段2 〇 2、分隔部2 0 3、外 皆21 '排氣口 211、蒸氣出口 212、接口213、内管22、細管 2 2 0、加熱液體入口 2 21、加熱液體出口 2 2 2和液體入口 31。 與第一種實施例之不同處在於：該套管2係蛇形般地彎折成具有上 奴、下段和中間段的多數段，排氣口2i丄係設於每一段套管2的外管2 1 ’蒸氣出口212和接口213則設於上段套管2的外管21。該進液 管3的液體入口 31雜於套管2之下段的下方^該外f21的接口21 3與該蒸氣出口 2 1 2之⑽相距-個直管段的距離。該些排氣口 2丄1 當中連接於上段套管2的該排氣口 2工i，係位於該接口2 i 3的上游 9 1339128 月多日修正替換頁 處，使該上段排氣口 21 1與該接口 213之間形成一分隔部2 Ο 3。 被蒸發液體係由該液體入口31進入該進液管3内，再經由進液管3 而輸送至蒸發器的上段，在蒸發段2 〇 2的内、外管2 2、21之間由上 至下流動且相變換熱。每經過一段流動，都會通過排氣口 211進行一次 氣液分離’使得被蒸發液體的蒸氣會經由排氣口 211排出，而被蒸發液 體則會繼續向下游流動。該些通過排氣口 21 1排出的蒸氣係會通過排氣 管4而進入過熱段2 Ο 1進行過熱，最後再經由蒸氣出口 212排出。而， 向下游流動的被蒸發液體則會不斷地在蒸發段2 〇 2進行換熱，産生蒸 狀，並再-人通過排氣口 211的氣液分離而排出，直至流到蒸發器下段時， 則會通過殘液回流管5而流入進液管3内，而與該些自液體入口31流入 的被蒸發液鱧相混合，再重新進入蒸發器換熱。加熱液體係經由加熱液體 入口2 21進入内管2 2，該些加熱液體乃會在細管2 2 〇之間流動沖 刷，藉以加熱該些被蒸發液體而使其氣化，最終經由加熱液體出口 2 2 2 排出。 本發明之氣液分離式套管蒸發器之第二種實施例的技術特徵亦在於： (-）分隔部2 0 3和（二）殘液回流管5，其結構和技術原理均相同於 第一種實施例的螺旋式套管蒸發器1。 本發明之驗分離式套賴《之第―、二種實補轉點在於：⑴ 新顆的氣液分離技術應用，使得蒸發的氣相能夠快速地經由排氣管4排 出’減小純__力，有利於高錢發過㈣實現；⑵將被蒸發液 體置於外管2 i與内管2 2之間流動，利用間隙2 〇 4内複雜的結構，不 夕？年Ί月彡曰修正替換頁 僅增強了液減動的擾動，同賴著氣相不·帶走，被蒸發液趙逐漸較 少，更有利於液膜的鋪展，形成換熱效果更佳的薄液膜蒸發，從而強化了 換熱，（3)藉由殘液回流管5以及s亥用以在液體入口 3 1輪入被蒸發液趙 的進液管3的設計，使得本發明氣液分離式套管蒸發器具有自動回液循 環蒸發的功能；（4)在整體換熱部分中預留了過熱段2〇1，以保證出口 的熱度過熱度；（5)蒸發段2 0 2與過熱段2 0 1採用非密封式分隔，液 體和蒸氣分別反向流動，藉以很好地分離並實現各自功能。最後藉由上 述技術特徵改善了整個套管蒸發器的性能，與傳統蒸發器相比係能節省材 料15%或更高，降低了蒸發器製造和運行成本的效用。再者，本發明還具有 加工簡單的優點，與習知蒸發器相比係不需增加任何特殊加工工藝。 綜上所述，本發明確可達到所預期的目的，無疑已具有實用價值，爰 依法提出專利申請。 惟以上所述僅為本發明之較佳可行實施例，非因此即侷限本發明之專 利範圍，舉凡運用本發明說明書及圖式内容所為之等效結構變化，均理同 包含於本發明之範圍内，合予陳明。 1339128 今？年月，曰修正替換頁 【圖式簡單說明】 第1圖為習知套管式蒸發器的俯視圖。 第2圖為習知套管式蒸發器的側視圖。 第3圖為本發明螺旋式實施例的立體圖及其局部斷面圖。 第4圖為本發明立式蛇形實施例的側視圖及其局部斷面圖。 第5圖為本發明立式蛇形實施例的另一視角的平面圖。 【主要元件符號說明】 1、螺旋式套管蒸發器 2、套管 2 01、過熱段 2 0 2、蒸發段 203、分隔部 204、間隙 2 1、外管 211、排氣口 212、蒸氣出口 2 1 3、接口 2 2、内管 2 2 0、細管 2 21、加熱液體入口 2 2 2、加熱液體出口 3、 進液管 4、 排氣管 5、 殘液回流管 6、 立式蛇形套管蒸發器 31、液體入口 7、外管 71、熱源液體入口 7 2、被冷卻液體出口 7 3、内管 7 4、被蒸發液體入口 7 5、被蒸發液體蒸氣出口 12