專利名稱：用于蒸汽壓縮致冷器的降膜式蒸發(fā)器的制作方法
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及一種致冷系統(tǒng)中的蒸發(fā)器。具體地說，本發(fā)明涉及用于蒸汽壓縮致冷器的降膜式蒸發(fā)器。
最簡單的蒸汽壓縮致冷器包括一壓縮機(jī)、一冷凝器、一膨脹裝置以及一蒸發(fā)器。致冷劑氣體在壓縮機(jī)內(nèi)以相當(dāng)大的壓力進(jìn)行壓縮，并且從壓縮機(jī)輸送到冷凝器，在冷凝器中致冷劑氣體冷卻并凝結(jié)成液態(tài)。凝結(jié)后的致冷劑從冷凝器通向并通過膨脹裝置。致冷劑通過膨脹裝置會產(chǎn)生一壓降，并且會引起致冷劑的進(jìn)一步冷卻。這樣，從膨脹裝置向蒸發(fā)器輸送的致冷劑一般為一相對較冷的、飽和的兩相混合物。
輸送至蒸發(fā)器的兩相致冷劑混合物與設(shè)置在蒸發(fā)器內(nèi)的管束接觸，并且相對較熱的熱量轉(zhuǎn)移媒質(zhì)通過管束流動，該媒質(zhì)例如為水。那些媒質(zhì)通過與熱負(fù)荷接觸進(jìn)行熱交換將變熱，而致冷器的目的就在于冷卻上述的熱負(fù)荷。
相對較冷的致冷劑和流過管束的相對較熱的熱轉(zhuǎn)移媒質(zhì)之間的熱交換接觸使致冷劑蒸發(fā)，并使熱轉(zhuǎn)移媒質(zhì)冷卻。接著，被冷卻的媒質(zhì)回到熱負(fù)荷，對其進(jìn)一步冷卻，而此時加熱并蒸發(fā)的致冷劑被引出蒸發(fā)器，并被抽入致冷器的壓縮機(jī)內(nèi)，從而以一連續(xù)的過程對其進(jìn)行重新壓縮并將其輸送至冷凝器。
近來，考慮到要使這些蒸發(fā)器的效率更高(從熱交換效率觀點出發(fā))以及減小致冷劑中所需的致冷劑容量的大小，環(huán)境、效率以及其它類似問題及因素導(dǎo)致需重新考慮蒸汽壓縮致冷器的蒸發(fā)器設(shè)計。在這點上，在過去的幾年中，與臭氧耗竭以及全球變暖相關(guān)的環(huán)境情況顯得相當(dāng)重要。那些問題及其結(jié)果要求減少致冷器中致冷劑的使用量以及改變致冷劑的特性。
一段時間以來，一些被稱為降膜式蒸發(fā)器被認(rèn)為是有希望的選擇，它們可用于致冷器來解決上述那些蒸發(fā)器的特性中效率、環(huán)境以及其它的問題和因素。盡管在蒸汽壓縮致冷器中使用和應(yīng)用降膜設(shè)計的蒸發(fā)器理論上的有利的，但它們的設(shè)計、生產(chǎn)以及結(jié)合到致冷系統(tǒng)中被證實是一種挑戰(zhàn)。
在傳統(tǒng)的管殼溢流式蒸發(fā)器中，蒸發(fā)器的殼體大量地注入液態(tài)致冷劑，并且管束中大部分管子是浸在其中的。兩相致冷劑從位于殼體底部的分配器朝上引向蒸發(fā)器的管束。在這種蒸發(fā)器內(nèi)產(chǎn)生的致冷劑蒸汽會夾帶液態(tài)致冷劑滴狀物，并且將它們向上帶至最上部，即管束中未浸在液體中的幾排管子，以與那些管子進(jìn)行接交換。兩相致冷劑混合物在殼體內(nèi)良好的軸向分而對于確保管束達(dá)到并保持完全濕潤是很重要的。可以理解的是，由于溢流式蒸發(fā)器的特性，它們需要致冷系統(tǒng)采用相對較大的致冷劑容量。
在美國專利5,838,294中確定了一種為了解決與用于致冷系統(tǒng)中的致冷劑量相關(guān)的問題的新嘗試，該專利建議使用一種被稱為“混合”降膜式的蒸發(fā)器。盡管提及的蒸發(fā)器是降膜式蒸發(fā)器的形式，專利’294在其較佳實施例中說到，在其管束中約一半的管子是浸沒于液態(tài)致冷劑中的，還說到在某些實例中，浸沒的管子達(dá)到管束的四分之三。此外，該專利揭示并依靠使用壓力和噴射頭或噴嘴來將致冷劑分配到未浸沒在液態(tài)致冷劑中的管束的一部分管子上。將液態(tài)致冷劑噴射到管束上的壓力的使用會對熱交換過程的效率造成不利的影響，其原因在于這樣一個實際情況，即噴射的一部分液態(tài)致冷劑將在致冷劑氣流中被帶出蒸發(fā)器，而其中的致冷劑氣體是從蒸發(fā)器流向壓縮機(jī)的，使得這部分致冷劑未能與蒸發(fā)器內(nèi)部的熱交換器管子進(jìn)行熱交換接觸。此外，當(dāng)使用增壓或噴射系統(tǒng)時，落入蒸發(fā)器的液體池內(nèi)而不與熱交換管子接觸的液態(tài)致冷劑的量比真正的或非混合的降膜式蒸發(fā)器中的更多。
由于存在這樣一個實際特點，即，幾乎沒有液態(tài)致冷劑會夾帶在從蒸發(fā)器流向壓縮器的致冷劑氣體中而帶出蒸發(fā)器，并且進(jìn)入蒸發(fā)器殼體底部而不與管束中的管子熱交換接觸的致冷劑顯著減少，因此非混合的降膜式蒸發(fā)器更顯著地減少了高效率的蒸發(fā)器和致冷系統(tǒng)操作所需的致冷劑的量。此外，管束中僅有相對一小部分管子浸沒在蒸發(fā)器殼體底部匯集的相對較淺的液態(tài)致冷劑池中。
在真正的降膜式蒸發(fā)器中，液態(tài)致冷劑最好是以低能量且柔和的方式從上沉積到蒸發(fā)器的管束上，而依靠重力使液態(tài)致冷劑以滴狀物及薄膜的形式基本垂直地通過管束落下。由于這些特點，降膜式蒸發(fā)器需要較少量的致冷劑來實現(xiàn)其功能，并且其通常所能提供的熱性能比溢流式和/或混合的蒸發(fā)器更出眾，其原因在于，由于形成了在管束中大部分單個管子上且圍繞這些管子流動的液態(tài)致冷劑薄膜，因此提高了熱交換系數(shù)。此外，由于消除了由溢流式蒸發(fā)器中的相對較大且深的液態(tài)致冷劑池而引起的靜壓頭的不利影響，蒸發(fā)器的效率和性能得到了提高。
對于降膜式蒸發(fā)器，在操作中，這些蒸發(fā)器的管束內(nèi)的致冷劑液體的汽化產(chǎn)生的蒸汽為了離開管束趨向于基本向上運動，但運動是沿著阻力最小的路徑進(jìn)行的。由于在降膜式蒸發(fā)器中被傳輸?shù)焦苁系闹吕鋭┦巧戏絹淼?，并且由于這種傳輸需要使用分配器裝置來提供均勻的分配以及使致冷劑基本沿著管束的整個長度和寬度沉積到管束上，因此，在管束中產(chǎn)生的自然趨向上升的致冷劑蒸汽必須圍繞著致冷劑分配器垂直又水平地導(dǎo)出管束，從而使蒸汽傳導(dǎo)到這樣一個位置，在該位置蒸汽可以從蒸發(fā)器抽入系統(tǒng)壓縮機(jī)內(nèi)。
管束內(nèi)特定蒸汽流通路徑會受到管束幾何形狀、管子型式的影響，以及還會受到其中包括蒸汽浮力效力在內(nèi)的流動情況的影響。因此，如果當(dāng)最初從位于管束頂部的分配器接收到致冷劑時，要確保使致冷劑流“平坦地”通過管束向下流動，控制降膜式蒸發(fā)器的管束內(nèi)的蒸汽流動對于發(fā)生在其中的熱交換過程的效率是很重要的。
如果液體最初在管束上部發(fā)生的致冷劑的向下流動經(jīng)過管束不是平坦的，由于向一部分管束過度供給了致冷劑而另一部分管束的致冷劑又供給不足，因此，位于蒸發(fā)器內(nèi)的熱轉(zhuǎn)移過程的效率以及作為整體的蒸汽壓縮致冷器的效率會下降。此外，如果管束內(nèi)局部蒸汽速度變得過大，特別是橫向穿過管束的速度過大，就可能發(fā)生圍繞單個管子形成且對熱過程至關(guān)重要的液態(tài)致冷劑薄膜的中斷。這種中斷會導(dǎo)致管束中局部干燥區(qū)域的存在。如同最初在管束頂部接收的液態(tài)致冷劑分配不均的情況那樣，這種局部干燥區(qū)域的存在，或者這種所謂的“蒸干”存在，會降低降膜式蒸發(fā)器的整體熱轉(zhuǎn)移性能。
實際的非混合降膜式蒸發(fā)器在蒸汽壓縮致冷器中的使用的實例是相對較新的、被稱之為RTHC的致冷器，該致冷器是由本發(fā)明的受讓人生產(chǎn)的?？梢詤⒄彰绹鴮＠?,645,124、5,638,691以及5,588,596，這些專利同樣也是本發(fā)明的受讓人指定的，并且這些專利均是一個美國專利申請衍生的，它們描述了用于蒸汽壓縮致冷器中的降膜式蒸發(fā)器的設(shè)計以及致冷劑分配系統(tǒng)的設(shè)計的一些早期成果。還可以參照美國專利5,561,987以及5,761,914，它們同樣是由本發(fā)明的受讓人指定的，這些專利類似地涉及使用降膜式蒸發(fā)器的致冷系統(tǒng)。
在工業(yè)中的目前技術(shù)狀態(tài)的RTHC致冷器中，，管束可以根據(jù)管子型式以及管束的幾何形狀進(jìn)行分類，屬于基本均一的。對在RTHC的管束內(nèi)產(chǎn)生的致冷劑蒸汽流動的前攝控制不是關(guān)鍵的，其原因在于，在這種致冷器中，在蒸發(fā)器的致冷劑分配器的上游使用了專用的液-汽分離器組件。當(dāng)使用了這種專用的液-汽分離器組件后，僅有液相的致冷劑會輸送到RTHC致冷器的蒸發(fā)器內(nèi)的分配器。當(dāng)僅要求將液相致冷劑分配到RTHC蒸發(fā)器內(nèi)的管束上時，其中的分配器的設(shè)計基本不會阻止致冷劑蒸汽向上流出蒸發(fā)器。然而，就致冷器材料和生產(chǎn)成本來說，對于專用液-汽分離器組件及其使用的要求，其花費相當(dāng)大。
近來，有一種新型的高效的致冷劑分配器的設(shè)計被開發(fā)出來，通過這種分配器可以實現(xiàn)對蒸汽壓縮致冷系統(tǒng)中降膜式蒸發(fā)器內(nèi)的兩相、汽-液致冷劑混合物的基本可控制及預(yù)測的分配。1999年3月12日提交的共同受讓且尚未授權(quán)的美國專利申請09/267,413的主題便是這種兩相致冷劑分配器。這種兩相分配器的效率和效果免除了對在使用降膜式蒸發(fā)器的致冷器中對獨立液-汽分離器組件的需要。雖然無需使用這種昂貴的專用液-汽分離器組件很顯然是有利的，但其代價在于增加了蒸發(fā)器總體設(shè)計的復(fù)雜性及設(shè)計困難。
在這點上，為了分配器能實現(xiàn)降膜式蒸發(fā)器內(nèi)的管束上兩相致冷劑能有效且均勻的分配，通常會有一個基本實心且不滲水的設(shè)計覆蓋在蒸發(fā)器管束的大部分長度和寬度上。因此，這種設(shè)計的分配器一般不利于致冷劑無阻礙地垂直流到并流出蒸發(fā)器的上部區(qū)域。
由于兩相致冷劑分配器是覆蓋在管束大部分長度和寬度上的不滲水的組件，因此，為了將這些蒸汽導(dǎo)向管束的各側(cè)邊，以使蒸汽從這些位置抽上并抽出未被分配器阻塞的蒸發(fā)器殼體，必須使管束內(nèi)產(chǎn)生的致冷劑蒸汽以相對于液態(tài)致冷劑通過管束向下流動的橫向流動方向水平流動。這種流動必須被控制為，對流出分配器的致冷劑到管束頂部的分配以及液態(tài)致冷劑通過管束向下流動的干擾最小化。
因此，蒸汽壓縮致冷系統(tǒng)使用降膜式蒸發(fā)器是需要的，在該蒸汽壓縮致冷系統(tǒng)中，由于使用了兩相致冷劑分配器，對專用液-汽分離器組件的需要消除了，然而，該分配器仍以這樣一種方式提供了對在管束和殼體內(nèi)流動且流出管束和殼體的致冷劑蒸汽流的前攝的控制，即，這種控制能使對從上分配到管束上的致冷劑以及致冷劑通過管束向下流動的干擾最小化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的在于，對采用致冷劑分配器的降膜式蒸發(fā)器的管束中的蒸汽流進(jìn)行控制。
本發(fā)明的另一個目的在于，提供用于蒸汽壓縮致冷系統(tǒng)的降膜式蒸發(fā)器內(nèi)的兩相致冷劑分配器的管束，在這種致冷系統(tǒng)中無需使用氣液分離器。
本發(fā)明的另一個目的在于提供一種降膜式蒸發(fā)器，在這種降膜式蒸發(fā)器中，液態(tài)致冷劑以受控制且可預(yù)測的量分配到管束的頂上。
本發(fā)明的又一個目的在于提供一種降膜式蒸發(fā)器，通過使用大小位置正確的蒸汽通道，這種蒸發(fā)器能夠?qū)⒅吕錃怏w導(dǎo)出管束，但又基本不會對通過管束向下流動的液態(tài)致冷劑造成干擾。
本發(fā)明的又一個目的在于，通過將管束內(nèi)形成的致冷氣體以一種可控的方式橫向?qū)С龉苁?，防止降膜式蒸發(fā)器的管束內(nèi)的管子表面局部“變干”，這將使管束內(nèi)單個管子表面脫離液態(tài)致冷劑的情況降到最小程度。
本發(fā)明的又一個目的在于提供一種用于降膜式蒸發(fā)器的管束，在這種降膜式蒸發(fā)器中，管束的形狀被優(yōu)化成可以使從垂直設(shè)置在管束上方的兩相致冷劑分配器接收到的液態(tài)致冷劑流快速地在管束的上部均勻化，并且使管束下部的管子型式/幾何尺寸最優(yōu)化，以利用由于在管束上部均勻分配的液體流而形成的致冷劑均勻的向下流動。
本發(fā)明的另一個目的在于提供一種蒸發(fā)器，在這種蒸發(fā)器中，通過避免使用壓力將致冷劑噴射到蒸發(fā)器管束，使熱交換過程的效率得以提高。
本發(fā)明的另一個目的在于，使降膜式蒸發(fā)器內(nèi)的液態(tài)致冷劑有效蒸發(fā)，以及免去了使任何進(jìn)入蒸發(fā)器殼體底部的致冷劑再循環(huán)和再沉積的需要。
本發(fā)明的另一個目的在于，減小在降膜式蒸發(fā)器的管束內(nèi)產(chǎn)生的致冷劑蒸汽的離開速度，以及防止由于這些氣體造成的液態(tài)致冷劑薄膜與其中管束脫離，上述氣體是通過使用位于管束內(nèi)的設(shè)置成一定尺寸的蒸汽通道實現(xiàn)上述目的。
本發(fā)明的另一個目的在于提供一種降膜式蒸發(fā)器，在該蒸發(fā)器內(nèi)，管束形成用于在其間導(dǎo)出致冷氣體的蒸汽通道，并且在該蒸發(fā)器內(nèi)，蒸發(fā)器的水箱通道隔板被構(gòu)造成與蒸汽通道相符，從而簡化水箱的結(jié)構(gòu)并減少蒸發(fā)器的費用。
本發(fā)明另一個目的在于，提供一種用于降膜式蒸發(fā)器的管束，通過管束的特性、通過管束的管子型式以及通過管束所使用的蒸汽通道，這種管束可順應(yīng)地容納若干種直徑和節(jié)距間隔以及以模塊化的方式在一公共的蒸發(fā)器殼體內(nèi)重復(fù)的管子，從而提供不同生產(chǎn)率和效率但使用同一種公共殼體的蒸發(fā)器。
當(dāng)參照下列對較佳實施例的說明以及附圖時，將顯而易見本發(fā)明的這些和其它目的，通過在采用兩相致冷劑分配器的降膜式蒸發(fā)器內(nèi)使用蒸汽通道以及使其中的管束幾何尺寸最優(yōu)化，可以實現(xiàn)這些目的。蒸汽通道和管子幾何尺寸可以對在管束內(nèi)部形成的致冷氣體的橫向流動速度進(jìn)行控制。為了使氣體離開蒸發(fā)器殼體，并且使之進(jìn)入采用該蒸發(fā)器的致冷系統(tǒng)內(nèi)的壓縮機(jī)中，氣體必須橫向通出管束并圍繞分配器流動。在較佳實施例中，通過基本經(jīng)過管束的長度和寬度有效地將兩相致冷劑分配到蒸發(fā)器殼體內(nèi)，以及通過在管束內(nèi)形成蒸汽通道，該管束以這樣一種方式有利致冷氣體通過管束，即，其對液態(tài)致冷劑通過管束向下流動以及其中進(jìn)行的熱交換過程的干擾最小化，這樣，可以實現(xiàn)對流出蒸發(fā)器管束內(nèi)部的致冷氣體的橫向流速進(jìn)行控制。通過正確控制分配和致冷劑通過管束向下的流動以及致冷蒸汽橫向流出管束的橫向流，并且通過將蒸汽流動控制中使用的蒸汽通道設(shè)置成與蒸發(fā)器的水箱通道隔板相符，不僅可以促進(jìn)蒸發(fā)器內(nèi)進(jìn)行的熱交換過程，并且可以顯著地減少蒸發(fā)器的制造和材料成本。


圖1為本發(fā)明的水冷卻器的示意圖，在該冷卻器中使用了降膜型蒸發(fā)器。
圖2和圖3為本發(fā)明的降膜型蒸發(fā)器的端部剖視圖和縱向剖視圖。
圖4A為用于本發(fā)明的蒸發(fā)器內(nèi)的較佳的兩相致冷劑分配器的分解視圖。
圖4B為圖4A的致冷劑分配器的局部剖開的俯視圖。
圖4C為沿圖4B的線4C-4C截取的視圖。
圖5為本發(fā)明的降膜型蒸發(fā)器的截面圖，其中示出了本發(fā)明的較佳實施例的管束結(jié)構(gòu)。
圖6用圖表的形式表示出用于熱交換器管束內(nèi)管子的術(shù)語三角形節(jié)距以及旋轉(zhuǎn)三角形節(jié)距。
圖7示出了在降膜型蒸發(fā)器中蒸汽橫流對液態(tài)致冷劑小滴的影響。
圖8為沿圖3的線7-7截取的視圖。
圖9基本示出了如何能將不同直徑和間隔的管子和管束容納在本發(fā)明的降膜型蒸發(fā)器內(nèi)，這些不同的管束結(jié)構(gòu)可以利用相同大小和位置的蒸汽通道以及公共的水箱和水箱擋板。
圖10示出了本發(fā)明的另一種實施例，其中使用了多個致冷劑分配器。
圖11示意性地示出了在本發(fā)明的蒸發(fā)器中添加的一油集中器。
較佳實施例的描述首先，參照圖1，較佳實施例的致冷系統(tǒng)10的主要組件包括一由電動機(jī)14驅(qū)動的壓縮機(jī)12、一冷凝器16、一節(jié)約裝置18以及一蒸發(fā)器20。壓縮機(jī)、冷凝器、節(jié)約裝置和蒸發(fā)器連續(xù)地連接起來，以形成致冷劑流動的基本致冷回路，在下文中將對該致冷回路作詳盡的描述。
在較佳實施例中，壓縮機(jī)12為一種離心式的多級壓縮機(jī)。然而需理解的是，在此處所述的致冷器類型中應(yīng)用降膜式蒸發(fā)器時，考慮所使用的壓縮機(jī)是非離心式壓縮機(jī)，這種考慮也落入本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
一般而言，從壓縮機(jī)12輸送到冷凝器16的相對壓力較高的致冷氣體通過與相對較冷的流體的熱交換，更普通地說是通過與水的熱交換，這些致冷氣體會冷凝成液體，其中水是通過管道22輸送到冷凝器中的。在大多數(shù)的冷卻系統(tǒng)中，用在壓縮機(jī)內(nèi)的一部分潤滑劑/油會被夾帶在從中送出的高壓氣體中而從壓縮機(jī)攜帶至冷凝器。任何夾帶在壓縮機(jī)排氣中的潤滑劑將落至或排至冷凝器的底部，并且進(jìn)入?yún)R集在那里的液態(tài)致冷劑中。
匯集在冷凝器底部含有油液體會被朝冷凝器外的壓力驅(qū)動，在較佳實施例中，液體將到達(dá)并通過一第一膨脹裝置24，致冷劑將在此處發(fā)生第一次壓降。壓力的減少會導(dǎo)致在第一膨脹裝置的下游產(chǎn)生兩相致冷劑混合物，而第一膨脹裝置一般將帶有沿其進(jìn)入冷凝器的潤滑劑。接著，兩相致冷劑混合以及任何隨之流動的潤滑劑將被輸送到節(jié)約裝置18中。壓力仍相對較高的致冷劑的大部分氣體部分從那里通過導(dǎo)管26輸送回壓縮機(jī)12，而在較佳實施例中，壓縮機(jī)12為一兩級壓縮機(jī)。
氣體返回至壓縮機(jī)12的輸送將氣體輸送到這樣一個位置，即，在該位置進(jìn)行壓縮的致冷劑所處的壓力與從節(jié)約裝置輸送至壓縮機(jī)的氣體壓力相比相對較低。通過將從節(jié)約裝置向壓縮機(jī)內(nèi)的低壓氣體流的輸送的壓力相對較高的氣體與低壓的致冷劑混合，可以使低壓致冷劑的壓力升高，并且無須通過機(jī)械壓縮消耗能量來達(dá)到此目的。節(jié)約裝置的功能是人們所熟知的，需理解的是，盡管較佳實施例描述了的致冷器中使用了一個多級離心壓縮機(jī)和一節(jié)約裝置，但本發(fā)明不僅同樣可以應(yīng)用于由其它類型的壓縮機(jī)驅(qū)動的致冷器，還可以應(yīng)用于僅使用單一壓縮級的致冷器和/或使用或不使用節(jié)約裝置組件的致冷器。
不通過導(dǎo)管26輸送回壓縮機(jī)的致冷劑離開節(jié)約裝置18，并經(jīng)過管道28通向第二膨脹裝置30。有利地是，第二膨脹裝置30最好設(shè)置在蒸發(fā)器20的殼體32之內(nèi)或頂部之上，并接近設(shè)置在其中的致冷劑分配器50的入口，但其中的致冷劑分配器50并不是必須的。在1999年3月12日由本發(fā)明的受讓人所指定的美國專利申請09/267,413揭示了較佳實施例的分配器50其本身以及該分配器在降膜型蒸發(fā)器中的常規(guī)應(yīng)用。
致冷劑通過膨脹裝置30使該致冷劑發(fā)生第二次壓降，并且相對較冷且壓力較低的兩相致冷劑混合物與其中攜帶的潤滑劑一起從第二膨脹裝置30輸送至分配器50。通過將膨脹裝置30相鄰于分配器50的入口設(shè)置，可以減少進(jìn)入并通過分配器的兩相致冷劑混合物流的層化，而如果致冷劑從膨脹裝置到分配器50的流動路徑非常長，就可能形成這種層化，并且在較佳實施例中，分配器以更能控制、可預(yù)測且跨越管束52的長度和寬度上的均勻的方式輸送兩相致冷劑的能力得到了增強(qiáng)。
管束52具有基本水平的頂部52a以及兩個基本垂直的外側(cè)52b和52c。當(dāng)液態(tài)致冷劑和油位于管束52的頂部時，這些液態(tài)致冷劑和油可通過管束向下滴流，其滴流的方式將在下文中加以描述。這些液態(tài)致冷劑和油中的一部分將進(jìn)入蒸發(fā)器殼體的底部，并在那里形成一池54。油將從那里返回到壓縮機(jī)，例如通過泵34和回油管線36，這些將以下文中加以描述。
接著，參照圖2、3和圖4，其中示意性地示出了本發(fā)明較佳實施例的降膜式蒸發(fā)器20的端部剖視圖以及縱剖視圖。可以理解的是，為了使致冷氣體離開蒸發(fā)器20，圍繞致冷劑分配器50的致冷氣體必須流動，而在蒸發(fā)器20內(nèi)，致冷劑分配器50至少應(yīng)沿至少上部的管束52的大部分長度L和寬度W延伸。分配器50覆蓋的管束的長度和寬度越大，在蒸發(fā)器20內(nèi)的熱交換過程的效率越高，其原因在于在蒸發(fā)器內(nèi)可用于熱交換的管表面更充分地濕潤且更加有效的使用。
接著，主要參照圖4A-C，較佳實施例中的致冷劑分配器50為上述引用的美國專利申請09/267,413中揭示并要求保護(hù)的兩相分配器，該致冷劑分配器50包括了一個覆蓋一蓋板50b的第一級分配器部分50a。設(shè)置在蓋板50b中的是一第二級分配器板50c和一注射板50d。底板50e覆蓋了分配器50的下側(cè)。一般而言，兩相致冷劑通過入口50f進(jìn)入分配器50，并且以兩個方向流向第一級分配器部分的端部。沿著這條路徑，兩相致冷劑通過蓋板50b中的若干孔50g并進(jìn)入分配器板50c的若干鉆石形槽50h中。這樣流動的結(jié)果是，在此過程中，兩相致冷劑將以受控制且可預(yù)測的方式基本沿分配器50的長度和寬度以及由此沿著管束52的長度和寬度分配。
接著，致冷劑流過在板50d中形成的若干注射孔50i，這些孔相對較小并且設(shè)置成若干排，而它們位于板50c的鉆石形槽50h中的一條之下。由于致冷劑的壓力比蒸發(fā)器殼體內(nèi)的壓力大，致冷劑會通過孔50i噴射，并且撞擊到底板50e的實心部分之上。然而，由于分配器的板50d和底板50e之間存在容積或空間，通過注射孔50i并撞擊到底板50e的實心部分上的相對壓力較高的兩相致冷劑將在過程中損失大部分動能。
這樣，液體基本不在壓力的幫助下而是在重力的作用下滴流出底板50e上相對較大的孔50j，并且分配器50將液態(tài)致冷劑以可預(yù)測的且受控制的量分配到分配器50覆蓋的管束的頂部之上。在較佳實施例中，在管束頂部的被覆蓋部分的分布的量是基本均勻的。任何進(jìn)入分配器50或在其中產(chǎn)生的致冷氣體從孔50j通出，再次說明，這些孔50j是相對較大的，并且這些致冷劑以下述方式導(dǎo)出分配器50，但導(dǎo)出的方式基本不會影響液態(tài)致冷劑從分配器到管束頂部的垂直向下的沉積。
需理解的是，對于本發(fā)明的蒸發(fā)器，分配器50最好可為這樣一些類型的分配器，這些類型的分配器在沒有專用的液-汽分離裝置或方法的情況下也能夠順利地分配兩相致冷劑穿過管束，而其中專用的液-汽分離裝置和方法可用在蒸發(fā)器殼體內(nèi)的致冷劑分配器內(nèi)部中或上游使致冷氣體同致冷液體分離。圖4A-C示出了特定的兩相分配器，盡管也是較佳的分配器，但該分配器僅為表明分配器的功能，即，該分配器能順利地以一種受控制且可預(yù)測的方式使兩相致冷劑混合物經(jīng)過一管束分配，但該分配器的細(xì)節(jié)和工作方式并不對本發(fā)明范圍產(chǎn)生任何限制或影響。因此，在本發(fā)明的范圍內(nèi)還可以設(shè)想兩相致冷劑分配器的其它設(shè)計方案，并且這些設(shè)計方案均將落在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。然而，從本發(fā)明最廣泛的意義上說，本發(fā)明也可以用于這樣一些系統(tǒng)，在這些系統(tǒng)中使用了設(shè)計用于分配單相液態(tài)致冷劑的分配器。然而再次說明，在本發(fā)明的較佳實施例中，本發(fā)明是針對使用降膜式蒸發(fā)器的蒸汽壓縮制冷系統(tǒng)來設(shè)計的，在其中的降膜式蒸發(fā)器中使用了可以將液態(tài)致冷劑均勻分配到蒸發(fā)器管束的頂部上的兩相致冷劑分配器。
通過使用兩相致冷劑分配器，在致冷器系統(tǒng)10內(nèi)的蒸發(fā)器的致冷劑分配器的上游，可以不使用單獨或?qū)Ｓ玫囊?汽分離器組件或結(jié)構(gòu)。然而，在較佳實施例中，由于分配器50接納和分配兩相致冷混合物，所以它是一種基本覆蓋在致冷氣體上的結(jié)構(gòu)。并且不利于蒸發(fā)器殼體內(nèi)的致冷氣體朝著可以被抽入到壓縮機(jī)12的一個位置進(jìn)行無阻礙的向上流動。因此，必須進(jìn)行補(bǔ)給，使在蒸發(fā)器內(nèi)部產(chǎn)生或容納在蒸發(fā)器內(nèi)部中的致冷氣體能有效地從管束52向上并且圍繞分配器50引導(dǎo)。這些氣體的引導(dǎo)和移動必須以這樣一種方式進(jìn)行，即，對向下流過管束的液態(tài)致冷劑以及在其中進(jìn)行的熱交換過程的干擾和/或不利影響應(yīng)最小化。
管束52由多個水平走向的單獨的管子58構(gòu)成，這些管子58在分配器下設(shè)置以一定型式設(shè)置，使其與從分配器50的下表面60流到管束上部的液體致冷的接觸最大化，這些將在下文中作詳盡的描述。這些液態(tài)致冷劑為相對較大但能量較低的滴狀物的形式。
除從分配器向管束滴出的較大的液態(tài)致冷劑的滴狀物之外，至少還有一些由于分配器內(nèi)部或其上游的急驟蒸發(fā)而形成的致冷劑氣體將流出分配器50，并且最好立即橫向引出并圍繞分配器引入蒸發(fā)器的上部中，而不會明顯地干擾液態(tài)致冷劑滴狀物沉積到管束上部中的管子上。出于這個原因，在管束的頂部和致冷劑分配器的下表面60之間形成有一蒸汽空間62。該蒸汽空間的尺寸有利于從分配器50直接流出的氣體橫向移動，同時又使對液態(tài)致冷劑滴狀物沉積到管束上的影響最小化。在本發(fā)明的蒸發(fā)器內(nèi)使用一單相液態(tài)致冷劑分配器的致冷系統(tǒng)中，由于幾乎不會有氣體在分配器中產(chǎn)生或從分配器流出，因此無須這種蒸汽空間62。
在較佳實施例中，流出分配器并且導(dǎo)出蒸汽空間62的氣體在管束52的上邊緣處與由在管束內(nèi)進(jìn)行的熱交換過程而產(chǎn)生的致冷氣體相結(jié)合。接著，這些氣體向上通向并圍繞分配器50，如箭頭64所示，并流過若干吸入擋板66，這些吸入擋板66還可用作蒸發(fā)器殼體內(nèi)分配器的安裝凸緣。在較佳實施例中，擋板66沿其長度形成有若干穿孔66a并且基本沿分配器的整個長度鋪設(shè)。
凸緣66將分配器50定位/支承在蒸發(fā)器殼體內(nèi)，并且對進(jìn)入通常位于分配器50和凸緣66上方的上部68的致冷劑蒸汽流進(jìn)行分配/調(diào)節(jié)。這樣，凸緣66可作用為一吸入擋板，在致冷劑蒸汽流從蒸發(fā)器的上部68通過蒸汽出口70抽入壓縮機(jī)12內(nèi)之前，通過該吸入擋板可以對基本沿著蒸發(fā)器殼體的長度進(jìn)入蒸發(fā)器20上部68的致冷劑蒸汽進(jìn)行分配和調(diào)節(jié)。這種分配/調(diào)節(jié)使得離開蒸發(fā)器并進(jìn)入壓縮機(jī)吸入側(cè)的氣流變得更加均勻。通過為此目的而構(gòu)造并使用若干凸緣66，使得無須在蒸發(fā)器殼體32的上部68內(nèi)安裝一離散且獨立的吸入擋板。此外，穿孔的凸緣可用作對從蒸發(fā)器殼體的下部移入其上部68的液態(tài)致冷劑的一障礙物。
在較佳實施例中，降膜式蒸發(fā)器20的有效工作前提在于，液態(tài)致冷劑以相對能量較小的低速滴狀物的形式受控地、可預(yù)測地均勻沉積到管束52上表面上，圍繞管束中的單個管子形成液態(tài)致冷劑的滴狀物薄膜，以及任何在與管子接觸后仍為液態(tài)且能量較低的滴狀物形式的致冷劑通過蒸汽通道72和74(蒸汽通道將在下文中作進(jìn)一步描述)落到管束下部的其它管子上，而圍繞這些管子類似地形成液態(tài)致冷劑薄膜。
現(xiàn)參照圖5，其中示出了較佳實施例的管束52中的若干單獨管子58的型式和特性，并且將對其作詳盡的描述?？梢岳斫獾厥牵趫D2和圖3中示出的管束中的管子和管子的型式僅為了說明本發(fā)明的蒸發(fā)器的一般意義，而更詳細(xì)的管束的型式/構(gòu)造也是可取的。
一般而言，在較佳實施例中，管束58由一個上部三角形節(jié)距的管子部分80、一個或多個位于管子部分80下方的旋轉(zhuǎn)三角形節(jié)距的管子部分82以及一下部管子部分84構(gòu)成，其中下部管子部分最好為三角形節(jié)距并且基本位于蒸發(fā)器殼體的底部。單獨管子部分通過蒸汽通道分隔/界定，這些通道為這樣一些路徑，即，這些通道一般不會受到單獨管子的阻礙，并且便于管束內(nèi)部產(chǎn)生的致冷氣體流橫向和/或斜角地通出，但又能使對向下流過的液態(tài)致冷劑滴狀物的干擾最小化。
在圖5的較佳實施例中，水平的蒸汽通道86a形成在上部三角形節(jié)距管子部分80和直接位于其下方的旋轉(zhuǎn)三角形節(jié)距管子部分82a之間。通過斜向的蒸汽通道88a，旋轉(zhuǎn)三角形節(jié)距管子部分82b與旋轉(zhuǎn)三角形節(jié)距管子部分82a分開，而旋轉(zhuǎn)三角形節(jié)距管子部分82c分別通過斜的蒸汽通道88b以及水平蒸汽通道86b與旋轉(zhuǎn)三角形節(jié)距管子部分82b以及下部三角形節(jié)距管子部分84分開。在一些情況下，在管束58的下部可以包括若干單獨的管子58a，而該下部在被分配器50覆蓋的管束52的區(qū)域之外。這些管子如圖5中的假想線所示，通過將管子設(shè)置在管束52之內(nèi)使得使用這些管子成為可能，從而便于液態(tài)致冷劑水平流入這些管子中，這些將在下文中作詳盡描述。
現(xiàn)又參照圖6，此處將對形容管束部分80、82a、82b、82c和84的術(shù)語“三角形節(jié)距”和“旋轉(zhuǎn)三角形節(jié)距”加以解釋。管束部分80和84被稱為“三角形節(jié)距”管子部分，而管束部分82a、82b和82c被稱為“旋轉(zhuǎn)三角形節(jié)距”管子部分。圖6中示出的管子90a、90b、90c、90d、90e和90f為三角形節(jié)距結(jié)構(gòu)。這些管子與管束中垂直位于它們下方的管子之間的垂直距離以92表示。示出的管子94a、94b、94c、94d、94e和94f為旋轉(zhuǎn)三角形節(jié)距結(jié)構(gòu)。在這種節(jié)距結(jié)構(gòu)中的管子之間的垂直距離以96表示。由于在兩種結(jié)構(gòu)中，以管子中心形成的三角形的本質(zhì)通常為等腰三角形，因此僅通過將三角形節(jié)距結(jié)構(gòu)圍繞管子90a和94a的公共中心100轉(zhuǎn)過30°，可以得到旋轉(zhuǎn)三角形節(jié)距結(jié)構(gòu)，為了便于說明的解釋，在圖6中管90a和94a的中心重合。
應(yīng)理解的是，在一旋轉(zhuǎn)三角形節(jié)距結(jié)構(gòu)中垂直相鄰的管子之間的距離96比三角形節(jié)距結(jié)構(gòu)中垂直相鄰的管子之間的距離92小。此外還應(yīng)理解的是，以旋轉(zhuǎn)三角形節(jié)距結(jié)構(gòu)定向的垂直相鄰的水平行列中的管子直接位于其它管子的上方和下方，這樣液態(tài)致冷劑從一第一橫排的管子直接向下滴到或落到直接位于下方的橫排管子上。當(dāng)管子以三角形節(jié)距定向時，垂直相鄰的橫排管子在垂直方向不是對齊的，這樣從第一管子落下的液態(tài)致冷劑不會落到直接位于其下的橫排管子上。
如果經(jīng)過管束的頂部可以獲得極均勻的最初的液態(tài)致冷劑的分布，并且液態(tài)致冷劑不易在其通過管束向下流動中水平移位，管束的型式最好在所有管束中均為旋轉(zhuǎn)三角形節(jié)距型，其原因在于，這種結(jié)構(gòu)中管子之間的垂直距離較短，從而可使熱交換器作得更為緊湊。然而，由于經(jīng)過管束頂部的最初的致冷劑分配基本但不完全是均勻的，為了促進(jìn)致冷劑混合，以使盡可能接近管束頂部的液態(tài)致冷劑的分配和使用更加平均，可以發(fā)現(xiàn)，在管束上部使用三角形節(jié)距型式的管子是有利的。然而，必須認(rèn)識到的是，對于兩種蒸發(fā)器/應(yīng)用/尺寸/結(jié)構(gòu)，甚至于在管束的單個管子部分中，任何管束部分中的單個管子之間的垂直和水平間隔都可以是不同的，此處并不意味著對本發(fā)明的范圍建議或限制為以下這種情況，即，管束內(nèi)的管子必須是水平和/或垂直等間隔，或者這些管子必須以一種特定的或其它的模式來間隔或構(gòu)造。
接著，回到圖1、2、3、4A、4B、4C和圖5，兩相致冷劑混合物從分配器50引入蒸汽空間62內(nèi)。其中大部分的蒸汽部分橫向流過并流出蒸汽空間，但蒸汽中的一部分以及由液態(tài)致冷劑與管束部分80和82a內(nèi)的管子接觸而產(chǎn)生的蒸汽將進(jìn)入水平蒸汽通道86a內(nèi)，蒸汽將沿著由蒸汽通道提供的阻力最小的路徑從那里被導(dǎo)向管束的上部外周邊。
沉積在管束頂部52a的混合物的液體部分向下流動，首先通過管子部分80，接著穿過蒸汽通道86a進(jìn)入管子部分82a中，其中由于使用了三角形節(jié)距的管子型式，這種液態(tài)致冷劑流基本經(jīng)過管束的寬度分布并且是基本均勻的。液態(tài)致冷劑流在管束內(nèi)繼續(xù)向下通過管子部分82b和82c，并且分別穿過蒸汽管道蒸汽通道88b和86b，直到任何殘留的液態(tài)致冷劑和任何夾帶其中的油進(jìn)入蒸發(fā)器20底部的池內(nèi)，該池的位置名義上以標(biāo)號102表示，此處還存在管子部分84。致冷劑與浸沒在這些液體中的管子部分84的一部分管子進(jìn)行溢流式熱交換接觸，而位于那里的含有大量油的流體在泵34的作用下通過管線36返回到系統(tǒng)壓縮機(jī)。蒸發(fā)過程的效率使得無須使用例如泵之類的裝置，這些裝置原本是用來使液態(tài)致冷劑在蒸發(fā)器內(nèi)進(jìn)行再循環(huán)，以使其再次或多次與管束內(nèi)的管子接觸來實現(xiàn)蒸發(fā)的。
需理解的是，降膜式蒸發(fā)器內(nèi)的液態(tài)致冷劑的向下流動最好是以低能量低速的水滴狀形式，而在作為圍繞管子表面薄膜流過之后仍保持液態(tài)的液態(tài)致冷劑結(jié)合形成位于管子底部的滴狀物，或者在某些情況下形成液體幕或薄層，而這些形態(tài)的致冷劑可以柔和地落到垂直位于其下的管束中的管子上。當(dāng)致冷劑沉積到下部管子上之后，這些致冷劑在管子上重新形成一薄膜，并且未蒸發(fā)部分的液體以同樣的方式向下流動穿過其中的表面，再次聚積到該下部管子的底部處。通過圍繞管束內(nèi)的單個管子形成一液態(tài)致冷劑薄膜，從管子內(nèi)部流動的流體向覆蓋在管子外部的致冷劑薄膜的熱量轉(zhuǎn)移的處理效率作為蒸發(fā)器的整體效率得以提高。然而，熱轉(zhuǎn)移過程的效率達(dá)到這樣的程度以致于降膜式蒸發(fā)器的管束內(nèi)存在這樣一些情況，即，液態(tài)致冷劑會被吹離單個管子或被夾帶在薄霧狀的致冷劑蒸汽中。
考慮到上述內(nèi)容，蒸汽通道86a、86b、88a和88b有利于致冷劑蒸汽以一種受到控制的方式從管束52的內(nèi)部流向管束52的外側(cè)52b和52c，這種方式可使橫向流動的蒸汽對穿過蒸汽向下流動的液態(tài)致冷劑滴狀物的影響最小化?？梢岳斫獾厥牵羝ǖ?6a和86b是基本水平的，而蒸汽通道88a和88b也是基本水平的，但在它們的外端部具有一垂直向上的偏斜。
在確定蒸汽通道適當(dāng)尺寸時，要考慮到致冷劑的熱物理特性、期望的液態(tài)致冷劑滴狀物直徑以及期望的局部蒸汽速率。蒸汽速率以及液態(tài)致冷劑滴狀物的平均直徑在整個管束的各局部是不同的，并且必須在計算較佳尺寸的蒸汽通道時考慮到這兩點。這種分析的關(guān)鍵在于兩個因素第一是韋伯?dāng)?shù)的確定；第二是局部滴狀物的偏斜。
韋伯?dāng)?shù)是一個與在氣-液滴狀物系統(tǒng)中存在的慣性和表面張力相關(guān)的量值。如精于本技術(shù)領(lǐng)域的人員所了解的，如果韋伯?dāng)?shù)超過一個特定的臨界值，橫向流動的蒸汽會干擾在熱交換器內(nèi)的管子行列之間落下的液體滴狀物流，并且會導(dǎo)致其中產(chǎn)生仍較細(xì)小的滴狀物。這些相對仍較小的滴狀物具有被夾帶在管束內(nèi)流動的致冷劑蒸汽中的傾向。夾帶這些滴狀物會在管束內(nèi)形成一薄霧以及一種大體上均勻的兩相流動型式。
在管束內(nèi)形成薄霧流可導(dǎo)致流出管束的蒸汽的壓降增加，并且在尚未有機(jī)會同管束內(nèi)的管子進(jìn)行熱交換接觸的情況下，液態(tài)致冷劑就已經(jīng)會從管束內(nèi)移出。因此，這種薄霧流不僅會在蒸發(fā)器內(nèi)導(dǎo)致有害且消耗功效的壓降，而且會使一部分管束，經(jīng)常是其下部的中心部分，缺少液態(tài)致冷劑并使其中變得干燥。這對蒸發(fā)器的效率也是非常有害的。因此，蒸汽通道的尺寸被設(shè)定成，可以使管束內(nèi)產(chǎn)生的薄霧流以及與之相關(guān)的壓降最小化。
對于特定的管束結(jié)構(gòu)和位置，對于管束內(nèi)結(jié)合的滴狀物/蒸汽流的可接受的最大韋伯?dāng)?shù)可以通過實驗測試而決定。這樣，蒸汽通道被做成一定尺寸并且設(shè)置在管子型式內(nèi)，從而使局部韋伯?dāng)?shù)保持低于各部分管束中的最大值。籍此，致冷劑蒸汽將以預(yù)定的位置和速度擇優(yōu)流出管束，而這種預(yù)定的位置和速度可以使流出管束的蒸汽對在管束內(nèi)向下流動的液態(tài)致冷劑的影響最小化。
現(xiàn)參照圖7，進(jìn)一步解釋蒸汽通道對管束內(nèi)液體和蒸汽流動的影響。在這一點上，如果角度α大于角度θ，液體滴狀物110將被水平地平移成這樣一種程度，即，在下落過程中，滴狀物將繞過直接垂直位于其起始管子下方的那排管子。因此，在管束內(nèi)蒸汽通道尺寸和位置設(shè)定成可對角度α進(jìn)行控制。
在矩形管束中，一般不希望有斜向的液體流動，但管束的最上部區(qū)域可以除外，在該區(qū)域中采用了三角形節(jié)距幾何形狀來使在經(jīng)過管束的寬度上形成平坦的液態(tài)致冷劑流，并且蒸汽流的影響相對而言不是很明顯。在這些管束中采用的一些蒸汽通道盡可能使角度α保持得比角度θ小，從而使液體滴狀物垂直下落到同一垂直行列中的下排管子上。
有一些熱交換器的管束實質(zhì)上不必定是矩形的，并且它們可以包括這樣一些單個管子，這些單個管子橫向位于由分配器覆蓋的一部分管束之外，或者這些管子例如為梯形，其管束的下部比上部寬，在這些熱交換器中，有選擇地使角度α超過角度θ的蒸汽通道可以使用在管束的一些區(qū)域中，以促進(jìn)在管束內(nèi)受到控制的水平液態(tài)致冷劑的轉(zhuǎn)移。不考慮所使用的設(shè)計策略，通過使其中濕的管子表面積占熱交換可用的管子總表面積的百分比最大化，尺寸及定位正確的蒸汽通道的使用便可提供優(yōu)化的降膜性能。
蒸汽通道的使用另一個優(yōu)點在于，當(dāng)蒸汽通道抵靠著與設(shè)置管束的管板的一側(cè)相對的一側(cè)的管板定位時，它使水箱擋板(也稱作為凸肋)位于蒸汽通道內(nèi)或與蒸汽通道對齊。這些擋板/凸肋使流體流分配并引導(dǎo)通過管束規(guī)定部分中的管子。通過使用恰當(dāng)布置并間隔開的蒸汽通道，不僅便于蒸汽橫向離開管束，而且無須為了考慮不一致的管子型式和/或缺乏規(guī)定的“通道”，例如在優(yōu)選實施例中的蒸汽通道，而采用的間隙加工或復(fù)雜的水箱擋板結(jié)構(gòu)。因此，恰當(dāng)隔開并布置的蒸汽通道將有利于多重水箱選擇并且保證了策略，同時免去了在蒸發(fā)器水箱的制造中所需的費時費錢且復(fù)雜的機(jī)加工步驟。
例如，在圖2、3和圖8中的蒸發(fā)器20的兩次通過的水箱擋板構(gòu)造中，由蒸發(fā)器20內(nèi)的致冷劑冷卻的流體首先通過入口管道202輸送進(jìn)入水箱200，接著被輸入水箱的下部容積204中，而該容積部分位于管板206的上游及水箱擋板208的下方。接著，流體進(jìn)入管束的若干單個管子58的部分212的端部210，這些端部210通向下部容積204，并且這些流體第一次沿著蒸發(fā)器20的長度流過蒸發(fā)器。
在蒸發(fā)器20的另一端，流體由水箱214重新定向而進(jìn)入位于管束上部的管子內(nèi)。流體沿著蒸發(fā)器20的長度流動，第二次通過這些管子。接著，流體進(jìn)入水箱200的上部容積216，該上部容積形成在管板206的下游并且位于擋板208之上。而后，流體通過出口管道2 18流出蒸發(fā)器20。
可以理解地是，在圖2、3和圖8的實施例的蒸發(fā)器中，待冷卻的流體將兩次通過蒸發(fā)器，并且由此得到兩次由其中致冷劑進(jìn)行冷卻的機(jī)會。水箱200中的容積204和216由水箱檔板208隔開，該水箱擋板208沿著蒸汽通道構(gòu)成，并且與形成在管束型式中的蒸汽通道一致，(雖然在管板的另一側(cè))例如蒸汽通道74。由于這些蒸汽通道的存在，這樣的蒸汽通道導(dǎo)致在管板上的基本呈直線性的、相對較大且輪廓分明的堅固且平坦的表面，而水箱擋板可以抵靠著該管板。
需指出的是，通過蒸發(fā)器20內(nèi)的管束待冷卻的流體的流動既可以從上至下，也可以從下至上。在降膜蒸發(fā)器的實例中，如圖3所示從下至上的流動是較佳的，其原因在于，它利用了在降膜式蒸發(fā)器底部的含有大量油的液態(tài)致冷劑的相對較淺的池54中存在的較高熱通量。在溢流式蒸發(fā)器的情況下，蒸發(fā)器殼體內(nèi)液面較高并且管束中大部分管子浸沒在液體中，則流體通過管束的垂直流向不是關(guān)鍵的。
在現(xiàn)有的蒸發(fā)器中，由于在抵靠的管板上缺乏堅固、實心且與管板鄰接的表面，水箱擋板通常比較復(fù)雜，并且必須被構(gòu)造/機(jī)加工成，使它們在蒸發(fā)器管板中圍繞打開的管子端部編排。由于實際中有這樣一個優(yōu)點，鄰接管板的水箱擋板208的邊緣可以與管束中的一蒸汽通道的位置相一致，例如與蒸氣通道74的位置相一致，因此，蒸發(fā)器20的構(gòu)造和裝配得以減化且成本得以降低。
在負(fù)荷冷卻流體最好能三次通過蒸發(fā)器的應(yīng)用中，水箱擋板被構(gòu)造成沿著兩條蒸汽通道，例如圖2中的蒸汽通道72和74。在這種情況下，水箱擋板被定位成首先可以使負(fù)荷冷卻流體沿著蒸發(fā)器長度以第一方向通過垂直位于蒸氣通道74下方的管子。而后，通過水箱擋板的配置，流體通過管束中的一些管子第二次經(jīng)過蒸發(fā)器的長度，其中所通過的這些管子位于蒸汽通道72下方但又位于蒸汽通道74的上方。而第三次通過蒸發(fā)器是通過使流體通過蒸汽通道74上方的管束部分而實現(xiàn)的。在圖2中，水箱的入口和出口位于蒸發(fā)器20的同一側(cè)上。很顯然，在三次通過的結(jié)構(gòu)中，負(fù)荷流體流過的入口和出口管道可以與蒸發(fā)器相對的端部相連。
現(xiàn)參照圖9，可以理解的是，蒸發(fā)器20內(nèi)的蒸汽通道也可以以這樣一種方式構(gòu)造在管束52內(nèi)，即，允許在單獨管子部分中使用不同直徑的單獨管子58。在這一點上，管束52由部分300、302、304、306和308構(gòu)成，而這些部分由蒸汽通道310、312、314和316形成。在每一個管子部分300、302、304、306和308中，可以使用多種管子直徑和/或節(jié)距(間隔)，而它們之間的蒸汽通道的尺寸和位置則保持不變。
例如，出于成本或其它因素的考慮，有些應(yīng)用或?qū)嵗褂玫托实恼舭l(fā)器已足夠或是適當(dāng)?shù)模谶@些應(yīng)用或?qū)嵗?，管束中的所有管子均可以使用直徑較大的管子320，這些管子的直徑可以為1英寸。圖9的線324的左側(cè)示出了管子部分中這種尺寸的管子及其間隔。在效率較高的蒸發(fā)器是正確或合理的情況下，可以使用直徑較小的管子322，這些管子322例如可以是直徑為3/4英寸的管子。圖9的線324的右側(cè)示出了管子部分中這種尺寸的管子及其間隔。
在管子部分中使用直徑較小的管子可以設(shè)置的管子數(shù)量比使用直徑較大的管子多，相比之下在相同的空間/容積中用于熱轉(zhuǎn)移的管子表面更多，同時又使蒸汽通道的尺寸/位置保持不變，從而有利于以較高的性價比生產(chǎn)不同的蒸發(fā)器。可以理解地是，在蒸發(fā)器中可以使用多種直徑的管子，但蒸發(fā)器和管板生產(chǎn)將由此變得復(fù)雜。
根據(jù)特定應(yīng)用的需要，通過在單獨的管子部分中使用多些或少些管子，同時使蒸汽通道的尺寸和位置基本保持不變，這樣，用于熱轉(zhuǎn)移的蒸發(fā)器的容量可以增加或減少。此外，如此處所述，通過使用一般定位和尺寸的蒸汽通道但使用不同直徑的管子，可以發(fā)現(xiàn)的是，多種容量和效率的蒸發(fā)器可以使用相同長度和內(nèi)部直徑的殼體來生產(chǎn)。因此，這種蒸發(fā)器的設(shè)計適用于致冷器生產(chǎn)線的噸位范圍顯著部分的致冷器中。可以理解的是，由于致冷器的其余組件、與蒸發(fā)器相關(guān)的這些組件的尺寸和位置均無須改變，因此可降低與生產(chǎn)一系列致冷器相關(guān)的生產(chǎn)費用，而生產(chǎn)的簡易性和效率得以提高。
現(xiàn)參照圖10，本發(fā)明的蒸發(fā)器的另一實施例示出了其中更進(jìn)一步的多功能性。在這點上，不僅本發(fā)明的蒸發(fā)器允許在管束內(nèi)使用多種不同的管子型式、多種管子直徑以及管子節(jié)距，同時保持蒸汽通道的位置和尺寸不變，而且它便于使用多個分配器，通過這些分配器可以完成致冷劑經(jīng)過管束頂部的分布。
在這一點上，在圖10的實施例的蒸發(fā)器中，兩個兩相致冷劑分配器400和402基本沿蒸發(fā)器20的長度鋪設(shè)，并且被支承在結(jié)構(gòu)404中，該結(jié)構(gòu)404不僅結(jié)合了上文實施例中所述的吸入擋板/安裝凸緣66，并且結(jié)合了基本沿單個分配器400和402之間的管束52的長度鋪設(shè)的若干穿孔406。穿孔406在蒸發(fā)器殼體的內(nèi)部的上部68與空間408之間連通，其中空間408位于單獨的右側(cè)和左側(cè)管組410和412之間。各個管組可包括若干由蒸汽通道形成的離散的管子部分。
在使用多個兩相分配器的蒸發(fā)器中，位于單個分配器之間的結(jié)構(gòu)404的穿孔406的尺寸被設(shè)定成，在下方管束內(nèi)的局部蒸汽速度可以受到控制，并且保持低于這樣一個臨界值，如果超過該臨界值，將會對通過管束向下流動的液體產(chǎn)生干擾，特別是在一些位置中，這種干擾可能使液體被帶出管束，并且可能進(jìn)入蒸發(fā)器殼體的上部68中。特別對于直接位于兩相分配器下側(cè)的那些位置而言，將管束內(nèi)橫向蒸汽的速度保持得足夠低是有利的，并且如空間408的這種內(nèi)部蒸汽空間的形成以及如穿孔406的這種用于氣體離開該空間的垂直出口可以達(dá)到上述目標(biāo)。
分配器400和402的功能與較佳實施例的分配器50是相似的，與使用一個分配器相反，使用兩個分配器會以管組間空間408的形式形成一附加的流動區(qū)域，通過該流動區(qū)域可以將蒸汽導(dǎo)出并離開管束，并且進(jìn)入蒸發(fā)器上部68內(nèi)。此外，通過使用多個寬度比較窄但仍覆蓋在管束頂部的管子上的蒸發(fā)器，分配器本身的性能得以提高，其原因在于，兩相致冷劑的長度方向的分配相對簡單且有效，而分配器內(nèi)寬度方向上的分配則較不然。
此外，通過根據(jù)使用這種分配器的蒸發(fā)器的容量來使用適當(dāng)數(shù)量相同的分配器，可以在本發(fā)明設(shè)計的蒸發(fā)器的生產(chǎn)中實現(xiàn)額外的成本降低以及尺寸的減小。例如，可以在一個蒸發(fā)器中使用兩組或多組管模塊管組，例如管組410和412，而其中每一組管組由一兩相致冷劑分配器覆蓋。例如，各個管組可以被設(shè)計成可提供特定數(shù)量的冷卻噸位，并且可以獨立生產(chǎn)。
如上所述，分配器越窄，分配器經(jīng)過它所覆蓋的管束的寬度分配兩相致冷劑的能力越強(qiáng)。以圖10中的蒸發(fā)器為例，通過使用兩組250噸的管組以及一個與之相聯(lián)的兩相致冷劑分配器，可以經(jīng)濟(jì)地構(gòu)成一個500噸的蒸發(fā)器，而分配器的寬度可以有利地減小，離開管束的蒸汽得以增加(其原因在于在單個管組之間形成有一空間)，并且蒸汽通道的寬度可以減小，以及致冷器的占地面積以及蒸發(fā)器殼體的直徑也可以減小。所有這些因素相結(jié)合以顯著減少蒸發(fā)器水箱和管板的成本和蒸發(fā)器的總體成本，并且由此顯著減少致冷器的總體成本。
接著，再參照圖11，可以理解的是，一相對較淺的致冷劑池500將存在于蒸發(fā)器殼體下部中。如上文中所指出的，該池將含有油，而這些油必須返回到致冷器的壓縮機(jī)中，以在那里使用。一般而言，蒸發(fā)器20底部的液體池不超過管束52中存在的總的熱轉(zhuǎn)移表面積的25％(考慮整個管束使用單一管徑的情況的總管子的25％)。
管束中約三分之一管子通常被設(shè)置在下部管子部分502中，下部管子部分中的一半或更少些的管子通常被浸在液體池中。還需指出地是，為了使更多的管子可以裝入其中，并考慮到對管束的幾何尺寸影響最大的其底部殼體的曲率，管束52的下部502中的管子可以為三角形節(jié)距結(jié)構(gòu)。
液體池的名義水平面以標(biāo)號504表示。浸在池500中的管子將與包圍的液體直接熱交換接觸，而下部管束中余下的管子不僅可接收在從上通過管束滴下的液態(tài)致冷劑，而且可以接收由于在池內(nèi)產(chǎn)生的液態(tài)致冷劑沸騰而從池500向上噴出的液態(tài)致冷劑。較佳地，由于這種沸騰而引起的噴射的能量不足以使液態(tài)致冷劑顯著地向上飛濺/噴射入蒸汽通道506，或者不足以使管束的邊緣帶出的相當(dāng)一部分液體飛濺物夾帶在致冷劑蒸汽中。
圖11中示意性地示出了向蒸發(fā)器20添加一油集中器508。如上所述，一定量的油會隨著從分配器50排出的兩相致冷劑一起流出分配器。由于兩相混合物的液態(tài)致冷劑部分在向下流過管束時蒸發(fā)，因此向下流動的液態(tài)致冷劑的剩余部分中的油的濃度增加。在圖11的實施例中，下部管子部分502中的一部分管子，例如管子510，被設(shè)置在油集中器508的內(nèi)部，而該油集中器508基本沿蒸發(fā)器殼體的長度鋪設(shè)。
通常在蒸發(fā)器殼體的一端處，集中器508形成有一入口512。池500中的液體通過入口512抽出并通入集中器，而后在諸如泵34或一噴射器(未圖示)等裝置的作用下通過出口514抽出集中器。出口514位于蒸發(fā)器殼體的與入口512相對的一端上。因此，在液體沿著集中器的長度流過集中器所形成的容積516之后，液體將流出集中器508。
在液體沿著蒸發(fā)器的長度在集中器容積516之內(nèi)流動過程中，液體與設(shè)置在其中并且有相對較熱的流體流過的管子510熱交換接觸。在這種流動過程中，致冷劑從液體中沸騰，并進(jìn)一步使流過集中器的液體中的油濃縮。在該過程中汽化的致冷劑通過一個或多個蒸汽出口被導(dǎo)出集中器508，這些蒸汽出口在集中器容積516和這樣一個位置之間連通，即，蒸汽可以從該位置流向/進(jìn)入蒸發(fā)器殼體上部68，但不會對液態(tài)致冷劑通過管束向下流動造成影響。
以這種配置，可以增加從蒸發(fā)器返回到系統(tǒng)的油，并且蒸發(fā)器內(nèi)大部分的液體池內(nèi)的油濃度可以保持得較低。由于蒸發(fā)器內(nèi)油量及其濃度較小，池500的水平面及對其的控制與蒸發(fā)器池內(nèi)油濃度較高的情況相比較容許度較大。除了油集中器508使用單個入口并且液體沿著集中器的全長抽出離開之外，出口514也可以使用兩個或多個集中器入口，這些集中器入口可以沿著蒸發(fā)器殼體長度的約一半距離設(shè)置。
需指出的是，在理想情況下，對于經(jīng)過管束分配的致冷劑，蒸發(fā)器20的設(shè)計準(zhǔn)則是盡可能地使分配均勻。這也就是較佳實施例的蒸發(fā)器設(shè)計的準(zhǔn)則。然而，本發(fā)明期望有這樣一些蒸發(fā)器，在這些蒸發(fā)器中，可以有目的地且有策略地實現(xiàn)致冷劑經(jīng)過管束的不均勻的分配，從而使在殼體內(nèi)部分配的致冷劑在一些位置的量比其它一些更大。然而，在各種情況下，通過使用恰當(dāng)定位并間隔開的蒸汽通道，蒸發(fā)器的總的熱轉(zhuǎn)移效率得以提高。
盡管本發(fā)明是根據(jù)較佳的和可替換的實施例描述的，但可以理解的是，對本發(fā)明的其它變化和改變都將落在此處所揭示的內(nèi)容中，并且本發(fā)明的范圍將不僅限于所描述的實施例。
權(quán)利要求
1.一種致冷系統(tǒng)，該致冷系統(tǒng)包括一致冷劑氣體壓縮機(jī)；一冷凝器，所述冷凝器接收來自所述壓縮機(jī)的壓縮氣體，并將所述氣體冷劑凝成液態(tài)；一第一膨脹裝置，所述膨脹裝置位于所述冷凝器的下游，并且可形成致冷氣體和液態(tài)致冷劑的兩相混合物；以及一降膜蒸發(fā)器，所述蒸發(fā)器具有一殼體、一管束、一蒸汽出口以及一致冷劑分配器，所述蒸汽出口與所述壓縮機(jī)相連使蒸汽流向所述壓縮機(jī)，而所述管束的管子水平地鋪設(shè)在所述殼體內(nèi)，所述致冷劑分配器設(shè)置在所述殼體內(nèi)所述管束的上方，并且可接收來自所述膨脹裝置的液態(tài)致冷劑，在基本無壓力幫助的情況下，所述分配器使液態(tài)致冷劑垂直向下沉積到所述管束的頂部，所述管束形成至少一個蒸汽通道，所述蒸汽通道為一種基本無阻礙的流動路徑，該路徑有利于將致冷氣體從所述管束的內(nèi)部導(dǎo)向其外側(cè)。
2.如權(quán)利要求1所述的致冷系統(tǒng)，其特征在于，通過所述分配器沉積到所述管束頂部的一部分液態(tài)致冷劑進(jìn)入所述蒸發(fā)器底部并匯集在其中，所述管束的大部分管子設(shè)置在所述池之上。
3.如權(quán)利要求2所述的致冷系統(tǒng)，其特征在于，所述至少一個蒸汽通道的尺寸被設(shè)定成，液態(tài)致冷劑穿過管束內(nèi)蒸汽通道的向下流動基本不會受到通過所述蒸汽通道導(dǎo)向所述管束外側(cè)的致冷劑氣體的影響。
4.如權(quán)利要求3所述的致冷系統(tǒng)，其特征在于，所述分配器被定位在所述殼體中，這樣，通過所述蒸汽通道從所述管束內(nèi)部導(dǎo)向其外側(cè)的致冷劑流向所述蒸汽出口，而這種流動基本不會受到所述致冷劑分配器的阻礙。
5.如權(quán)利要求4所述的致冷系統(tǒng)，其特征在于，所述分配器為一種兩相致冷劑分配器，該分配器可從所述第一膨脹裝置接收液態(tài)致冷劑和致冷劑氣體，所述分配器以基本受到控制且可預(yù)測的量經(jīng)過被所述分配器覆蓋的管束的一部分頂部的長度和寬度沉積液態(tài)致冷劑。
6.如權(quán)利要求5所述的致冷系統(tǒng)，其特征在于，所述管束中四分之一或更少的管子未被浸沒在所述蒸發(fā)器底部的所述池內(nèi)。
7.如權(quán)利要求5所述的致冷系統(tǒng)，其特征在于，所述至少一蒸汽通道形成在所述管束中，從而提供了一條從所述管束的內(nèi)部到兩外側(cè)的基本無阻礙的流動路徑，其中，液態(tài)致冷劑以基本均勻的量經(jīng)過由所述分配器覆蓋的管束的一部分頂部的長度和寬度沉積。
8.如權(quán)利要求5所述的致冷系統(tǒng)，其特征在于，致冷劑流出所述分配器基本是以滴狀物形式進(jìn)行的，其中，所述致冷劑分配器和所述管束之間形成有一蒸汽空間，所述蒸汽空間的垂直尺寸是所述分配器的下側(cè)與所述管束頂部之間的一段距離，所述距離被預(yù)定成便于致冷劑氣體以這樣一種速度橫向流出所述蒸汽空間，這種流動速度基本不會干擾液態(tài)致冷劑滴狀物從所述分配器向所述管束頂部的基本垂直向下的沉積。
9.如權(quán)利要求8所述的致冷系統(tǒng)，其特征在于，所述至少一條蒸汽通道提供了一條從所述管束的內(nèi)部到兩外側(cè)的一基本連續(xù)的流動路徑，所述致冷劑氣體從所述管束的所述兩外側(cè)經(jīng)過基本不受到所述分配器阻礙的流動路徑流向所述蒸汽出口。
10.如權(quán)利要求5所述的致冷系統(tǒng)，其特征在于，致冷劑從所述壓縮機(jī)流向并流過所述冷凝器，流向并流過所述第一膨脹裝置，并且流向并流過所述分配器，該致冷劑帶有在所述壓縮機(jī)內(nèi)夾帶到所述致冷劑中的油，所述油進(jìn)入所述蒸發(fā)器殼體底部的所述液態(tài)致冷劑的池內(nèi)，所述致冷系統(tǒng)還包括這樣一種裝置，該裝置用于使進(jìn)入所述蒸發(fā)器底部的液態(tài)致冷劑的所述池中的油返回到所述壓縮機(jī)。
11.如權(quán)利要求10所述的致冷系統(tǒng)，其特征在于，所述分配器覆蓋在所述管束的頂部分大部分長度和寬度上，其中，所述至少一蒸汽通道便于使致冷劑氣體從所述管束內(nèi)部導(dǎo)向第一和第二外側(cè)，所述分配器以基本均勻的量經(jīng)過被所述分配器覆蓋的管束的一部分頂部的長度和寬度沉積液態(tài)致冷劑。
12.如權(quán)利要求11所述的致冷系統(tǒng)，其特征在于，所述管束中的大部分管子以旋轉(zhuǎn)三角形節(jié)距結(jié)構(gòu)來定向。
13.如權(quán)利要求12所述的致冷系統(tǒng)，其特征在于，所述管束中的少數(shù)管子以三角形節(jié)距結(jié)構(gòu)來定向，所述管束的最上部分的管子以所述三角形節(jié)距結(jié)構(gòu)定向。
14.如權(quán)利要求10所述的致冷系統(tǒng)，其特征在于，所述第一膨脹裝置相鄰于所述分配器的入口設(shè)置，這樣可減少由所述分配器從所述第一膨脹裝置接收的兩相致冷劑混合物中的層化，并且所述致冷劑分配器和所述管束之間形成有一蒸汽空間，所述蒸汽空間的垂直尺寸是所述分配器的下側(cè)與所述管束頂部之間的一段距離，所述距離被預(yù)定成便于致冷劑氣體以這樣一種速度橫向流出所述蒸汽空間，這種流動速度基本不會干擾液態(tài)致冷劑滴狀物從所述分配器向所述管束頂部的基本垂直向下的沉積。
15.如權(quán)利要求10所述的致冷系統(tǒng)，其特征在于，該致冷系統(tǒng)還包括一油集中器，所述油集中器設(shè)置在所述蒸發(fā)器的底部，管束中的至少一根管子設(shè)置在所述油集中器內(nèi)，匯集到所述蒸發(fā)器底部的一部分液態(tài)致冷劑和油的混合物進(jìn)入所述油集中器，進(jìn)入所述集中器的一部分液態(tài)致冷劑通過與所述至少一根管子的熱交換接觸而汽化，在所述集中器中汽化的致冷劑離開所述集中器并返回進(jìn)入所述蒸發(fā)器殼體內(nèi)部，而在所述集中器內(nèi)液態(tài)致冷劑和油的剩余部分通過所述油返回裝置從所述油集中器被輸送到所述壓縮機(jī)。
16.如權(quán)利要求5所述的致冷系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)還包括一擋板，所述擋板介于所述蒸發(fā)器的蒸汽出口和所述管束的外側(cè)處的一個位置之間，所述蒸汽通道使致冷劑氣體從所述管束的內(nèi)部導(dǎo)向該位置，所述擋板對致冷劑氣體流作調(diào)整使其流向所述蒸汽出口。
17.如權(quán)利要求16所述的致冷系統(tǒng)，其特征在于，所述擋板將所述分配器支承在所述殼體內(nèi)。
18.如權(quán)利要求17所述的致冷系統(tǒng)，其特征在于，所述擋板形成有多個孔，致冷劑氣體通過這些孔以從所述管束到所述蒸汽出口的路線流動。
19.如權(quán)利要求17所述的致冷系統(tǒng)，其特征在于，所述管束形成有至少兩個蒸汽通道，所述至少兩個蒸汽通道中的每一個提供了一個從所述管束的內(nèi)部到其兩外側(cè)的基本無阻礙的流動路徑，并且至少一個所述蒸汽通道垂直向上偏斜。
20.如權(quán)利要求5所述的致冷系統(tǒng)，其特征在于，所述蒸發(fā)器具有一管板并包括一水箱，所述水箱和所述管束設(shè)置在所述管板的相對兩側(cè)上，所述管束的管子的端部穿透所述管板，所述水箱具有一擋板，通過所述水箱擋板與所述管板鄰接，所述水箱擋板決定所述管束內(nèi)的哪一些管子最初接收流入所述蒸發(fā)器的熱交換媒質(zhì)，所述水箱擋板在這樣一個位置與所述管板鄰接，該位置在所述管板的另一側(cè)上與由所述管束形成的一蒸汽通道相應(yīng)。
21.如權(quán)利要求5所述的致冷系統(tǒng)，其特征在于，所述管束形成至少兩條蒸汽通道，所述至少兩條蒸汽通道中的每一條都是基本無阻礙的流動路徑，這些流動路徑從所述管束的內(nèi)部向第一和第二外側(cè)鋪設(shè)。
22.如權(quán)利要求21所述的致冷系統(tǒng)，其特征在于，所述至少兩條蒸汽通道中的每一條的尺寸被設(shè)定成，液態(tài)致冷劑在所述管束內(nèi)經(jīng)過管束的向下流動基本不會受到通過所述蒸汽通道從所述管束內(nèi)部導(dǎo)出的致冷劑氣體的影響，而其中所述至少兩條蒸汽通道的至少一條的一部分垂直向上偏斜。
23.如權(quán)利要求21所述的致冷系統(tǒng)，其特征在于，該致冷系統(tǒng)還包括一擋板，該擋板用于調(diào)整致冷劑氣體使其流向致冷劑氣體的所述蒸汽出口，而致冷劑氣體通過所述蒸汽通道被導(dǎo)向所述管束的外側(cè)，所述擋板將所述分配器支承在所述殼體內(nèi)。
24.如權(quán)利要求1所述的致冷系統(tǒng)，其特征在于，所述蒸發(fā)器至少具有兩個致冷劑分配器，每一個所述分配器均可接收來自所述膨脹裝置的兩相致冷劑混合物。
25.如權(quán)利要求24所述的致冷系統(tǒng)，其特征在于，所述管束至少具有兩組水平相鄰的管組，每一組所述管組由至少一個兩相致冷劑分配器覆蓋，并且兩管組協(xié)作在其間形成一基本垂直走向的空間，每一個所述管組形成至少一條蒸汽通道，以便于致冷劑氣體從內(nèi)部流入所述垂直走向空間中，用于致冷劑氣體從所述垂直走向空間流向所述蒸汽出口的流動路徑基本不受到一致冷劑分配器的阻礙。
26.如權(quán)利要求25所述的致冷系統(tǒng)，其特征在于，所述分配器由擋板支承在所述殼體內(nèi)，所述擋板對致冷劑氣體的流動進(jìn)行調(diào)整使其流向所述蒸發(fā)器的蒸汽出口。
27.如權(quán)利要求1所述的致冷系統(tǒng)，其特征在于，所述蒸發(fā)器具有一管板和一水箱，所述第一水箱和所述管束設(shè)置在所述管板的相對兩側(cè)上，所述管束的管子的端部穿透所述管板，不被所述管子的端部穿過且與由所述管束形成的一蒸汽通道位置相應(yīng)的部分管板基本是實心且連續(xù)的，所述水箱包括一擋板，所述擋板同所述管板的基本實心的、連續(xù)的部分鄰接，所述管板與由所述管束形成的蒸汽通道的位置相應(yīng)，并且當(dāng)熱轉(zhuǎn)移媒質(zhì)進(jìn)入所述蒸發(fā)器中，所述擋板可引導(dǎo)所述熱轉(zhuǎn)移媒質(zhì)的流動，使其進(jìn)入管子的所述第一部分中。
28.如權(quán)利要求27所述的致冷系統(tǒng)，其特征在于，所述管束的所述第一部分管子基本垂直位于所述管束的所述第二部分管子的下方，這樣進(jìn)入、流過并流出所述蒸發(fā)器的所述熱轉(zhuǎn)移媒質(zhì)的流動是從所述管束的底部到其頂部的。
29.如權(quán)利要求1所述的致冷系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)還包括一節(jié)約裝置和一第二膨脹裝置，其中所述致冷劑分配器是一兩相致冷劑分配器，該分配器覆蓋了所述管束頂部的大部分長度和寬度，并且使液態(tài)致冷劑以基本均勻的量沉積在其上，所述第二膨脹裝置從所述冷凝器接收液態(tài)致冷劑，并形成傳遞到所述節(jié)約裝置的液態(tài)致冷劑和致冷劑氣體的兩相混合物，所述兩相混合物的氣態(tài)部分從所述節(jié)約裝置送到所述壓縮機(jī)，而其中的液態(tài)部分被送到所述第一膨脹裝置。
30.一種用于蒸汽壓縮致冷系統(tǒng)的降膜式蒸發(fā)器，該蒸發(fā)器包括一殼體，所述殼體具有一蒸汽出口；一管束，所述管束的管子水平鋪設(shè)在所述殼體內(nèi)，所述管束形成有至少一個蒸汽通道，所述蒸汽通道為一種基本無阻礙的流動路徑，該流動路徑便于將致冷劑氣體從所述管束的內(nèi)部導(dǎo)向外側(cè)，并從那里導(dǎo)向所述蒸汽出口；以及一致冷劑分配器，在所述殼體內(nèi)，所述致冷劑分配器垂直安裝在所述殼體內(nèi)的所述管束上方，并且，在重力的作用下而基本無需壓力的幫助，所述分配器以基本可預(yù)測且受到控制的量使液態(tài)致冷劑沉積到所述管束的頂部，這樣所述液態(tài)致冷劑從所述分配器基本垂直地向下落到所述管束的頂部之上。
31.如權(quán)利要求30所述的降膜式蒸發(fā)器，其特征在于，從所述分配器排出的一部分液態(tài)致冷劑進(jìn)入所述蒸發(fā)器的底部并在其中匯集，所述蒸發(fā)器的所述管束的大部分管子垂直設(shè)置在所述池之上。
32.如權(quán)利要求31所述的降膜式蒸發(fā)器，其特征在于，所述致冷劑分配器為一兩相分配器，并且所述分配器被定位成，從所述蒸汽通道向所述蒸汽出口的流動的致冷劑氣體基本不會受到所述致冷分配器的阻礙。
33.如權(quán)利要求32所述的降膜式蒸發(fā)器，其特征在于，所述至少一個蒸汽通道的尺寸被設(shè)定成，通過蒸汽通道從所述管束的內(nèi)部流向所述外側(cè)的致冷劑氣體的速度基本不會影響液態(tài)致冷劑穿過所述管束內(nèi)的所述蒸汽通道的垂直向下流動。
34.如權(quán)利要求33所述的降膜式蒸發(fā)器，其特征在于，由所述分配器沉積到所述管束頂上的液態(tài)致冷劑基本為滴狀物的形態(tài)，并且經(jīng)過覆蓋有所述分配器的管束的頂部的長度和寬度的量是基本均勻的。
35.如權(quán)利要求34所述的降膜式蒸發(fā)器，其特征在于，所述至少一條蒸汽通道提供了一條基本連續(xù)且無阻礙的流動路徑，該流動路徑用于致冷劑氣體從所述管束內(nèi)部向其兩外側(cè)的流動，而所述致冷劑氣體基本不受到所述分配器阻礙地從所述兩外側(cè)流向所述蒸汽出口。
36.如權(quán)利要求35所述的降膜式蒸發(fā)器，其特征在于，所述致冷劑分配器除了接收和分配所述殼體內(nèi)部的液態(tài)致冷劑和致冷劑蒸汽之外，還可接收來自所述蒸汽壓縮致冷系統(tǒng)的壓縮機(jī)的油，所述油進(jìn)入到位于所述蒸發(fā)器殼體的底部的液體致冷劑的所述池中。
37.如權(quán)利要求35所述的降膜式蒸發(fā)器，其特征在于，所述致冷劑分配器和所述管束之間形成有一蒸汽空間，所述蒸汽空間的垂直尺寸是所述分配器的下側(cè)與所述管束頂部之間的一段距離，所述距離被預(yù)定成便于致冷劑氣體以這樣一種速度橫向流出所述蒸汽空間，這種流動速度基本不會干擾液態(tài)致冷劑滴狀物從所述分配器到所述管束頂部的基本垂直向下的沉積，所述至少一蒸汽通道的大小同樣被設(shè)定成，使從所述管束內(nèi)部通過蒸汽通道向外部流動的致冷劑氣體的速度基本不會影響液態(tài)致冷劑通過所述管束并穿過所述蒸汽通道的垂直向下流動。
38.如權(quán)利要求35所述的降膜式蒸發(fā)器，其特征在于，該蒸發(fā)器還包括一擋板，所述擋板介于所述蒸汽出口和所述管束的外側(cè)處的位置之間，所述至少一條蒸汽通道將致冷氣體從管束內(nèi)部輸送到管束外側(cè)的這些位置，所述擋板對來自于所述管束的外部的致冷劑氣體作調(diào)整，使其流向所述蒸汽出口。
39.如權(quán)利要求38所述的降膜式蒸發(fā)器，其特征在于，所述擋板將所述分配器支承在所述殼體內(nèi)。
40.如權(quán)利要求35所述的降膜式蒸發(fā)器，其特征在于，該蒸發(fā)器還包括一油集中器，所述油集中器設(shè)置在所述蒸發(fā)器的底部，管束中的至少一根管子設(shè)置在所述油集中器內(nèi)，液態(tài)致冷劑和油的混合物從所述蒸發(fā)器底部的液態(tài)致冷劑和油的池進(jìn)入所述油集中器中，在進(jìn)入所述集中器的所述混合物中的一部分液態(tài)致冷劑在所述集中器內(nèi)汽化，汽化的致冷劑離開所述集中器并返回到所述蒸發(fā)器殼體的內(nèi)部中，由于所述油集中器內(nèi)的液態(tài)致冷劑汽化，所述集中器內(nèi)的所述混合物的剩余部分包含的油的濃度增加。
41.如權(quán)利要求35所述的降膜式蒸發(fā)器，其特征在于，所述管束中的大部分管子以旋轉(zhuǎn)三角形節(jié)距的結(jié)構(gòu)來定向，這樣通過所述管束內(nèi)大部分管子向下流動的液態(tài)致冷劑基本從管束內(nèi)第一橫排的管子落到直接位于其下的橫排管子上。
42.如權(quán)利要求41所述的降膜式蒸發(fā)器，其特征在于，所述管束內(nèi)的少數(shù)管子以三角形節(jié)距的結(jié)構(gòu)來定向。
43.如權(quán)利要求41所述的降膜式蒸發(fā)器，其特征在于，所述蒸發(fā)器具有一管板以及一水箱，所述水箱和所述管束設(shè)置在所述管板的相對兩側(cè)上，所述管束的管子的端部穿透所述管板，所述水箱具有一擋板，通過所述水箱擋板與所述管板鄰接，所述水箱擋板決定所述管束內(nèi)的哪一些管子最初接收流入所述蒸發(fā)器的熱交換媒質(zhì)，所述水箱擋板在這樣一個位置與所述管板鄰接，該位置與所述管板的另一側(cè)上由所述管束形成的一蒸汽通道相應(yīng)。
44.如權(quán)利要求35所述的降膜式蒸發(fā)器，其特征在于，所述蒸發(fā)器至少具有兩個致冷劑分配器，每一個分配器為一兩相致冷劑分配器。
45.如權(quán)利要求35所述的降膜式蒸發(fā)器，其特征在于，所述管束具有至少兩組管組，每一組所述管組由至少一個兩相致冷劑分配器覆蓋，兩管組協(xié)作在其間形成一基本垂直走向的空間，每一個所述管組形成至少一條蒸汽通道，以便于致冷氣體從內(nèi)部流入所述垂直走向空間中，致冷劑氣體從所述垂直走向空間流向所述蒸汽出口的流動路徑基本不會受到致冷劑分配器的阻礙。
46.如權(quán)利要求35所述的降膜式蒸發(fā)器，其特征在于，所述管束形成至少兩條蒸汽通道，兩條所述蒸汽通道均形成一條從所述管束的內(nèi)部通向兩外側(cè)的基本連續(xù)且無阻礙的流動路徑。
47.如權(quán)利要求35所述的降膜式蒸發(fā)器，其特征在于，該裝置還包括一膨脹裝置，所述膨脹裝置相鄰于所述致冷劑分配器的入口設(shè)置，并向分配器內(nèi)輸送兩相致冷劑。
48.一種用于控制降膜式蒸發(fā)器的內(nèi)部蒸汽流動的方法，其中降膜式蒸發(fā)器采用了一兩相致冷劑分配器并且被用在蒸汽壓縮致冷系統(tǒng)中，該方法包括如下步驟將所述致冷劑分配器垂直定位在所述蒸發(fā)器的殼體內(nèi)的管束上方；將液態(tài)致冷劑和致冷劑氣體的兩相混合物輸送到所述分配器內(nèi)；使所述分配器內(nèi)部的所述兩相致冷劑混合物流動，使所述兩相混合物的至少液態(tài)部分可用于基本遍布分配器的長度和寬度來進(jìn)行分配；以基本垂直向下方向以及相對能量較低的滴狀物的形式使所述兩相混合物的液態(tài)致冷劑部分經(jīng)過被所述分配器覆蓋的所述管束的部分頂部沉積；使沉積到所述管束頂部上的液態(tài)致冷劑通過管束基本垂直向下流動；在所述管束內(nèi)形成至少一條基本無阻礙的蒸汽通道，該蒸汽路徑從管束內(nèi)部鋪設(shè)至管束外側(cè)。通過所述至少一條蒸汽通道引導(dǎo)致冷劑氣體；以及通過一條基本不受到所述分配器阻礙的路徑，使通過所述蒸汽通道導(dǎo)出所述管束內(nèi)部的致冷劑氣體流向所述蒸發(fā)器的蒸汽出口。
49.如權(quán)利要求48所述的方法，其特征在于，該方法還包括這樣一個步驟將沉積在所述管束頂部且通過所述管束向下流動的至少一部分液態(tài)致冷劑收集到所述蒸發(fā)器殼體底部的一池中。
50.如權(quán)利要求49所述的方法，其特征在于，將所述管束的少部分管子設(shè)置在所述蒸發(fā)器殼體底部收集的液態(tài)致冷劑的所述池中。
51.如權(quán)利要求50所述的方法，其特征在于，該方法還包括一個步驟將所述蒸汽通道的大小設(shè)定成，穿過所述蒸汽通道向下流動的液態(tài)致冷劑基本不受到從所述管束的內(nèi)部通過所述蒸汽通道導(dǎo)向外側(cè)的致冷劑氣體的影響。
52.如權(quán)利要求51所述的方法，其特征在于，形成所述蒸汽通道的所述步驟包括這樣一個步驟為使致冷氣體從所述管束的內(nèi)部導(dǎo)向所述管束的兩外側(cè)，設(shè)置有一基本無阻礙且連續(xù)的流動路徑。
53.如權(quán)利要求52所述的方法，其特征在于，使液態(tài)致冷劑沉積到所述管束頂部的所述步驟包括這樣一個步驟使基本均勻的液態(tài)致冷劑量經(jīng)過被所述分配器覆蓋的所述管束的長度和寬度沉積。
54.如權(quán)利要求48所述的方法，其特征在于，該方法還包括這樣一個步驟在所述分配器和所述管束的頂部之間形成一蒸汽空間，所述蒸汽空間的垂直尺寸為所述分配器的下側(cè)和所述管束頂部之間的距離，所述距離被預(yù)定成便于致冷氣體以這樣一種速度橫向流出所述蒸汽空間，這種流動速度基本不會干擾液態(tài)致冷劑從所述分配器到所述管束頂部的基本垂直向下的沉積。
55.如權(quán)利要求53所述的方法，其特征在于，該方法還包括這樣一個步驟使垂直位于所述蒸發(fā)器內(nèi)所述池上方的所述管束的大部分管子定向成旋轉(zhuǎn)三角形節(jié)距結(jié)構(gòu)，這樣，液態(tài)致冷劑通過位于所述池上方的所述大部分管子的向下流動是從所述管束中的一橫排管子中的管子下降到直接位于所述一橫排之下的一橫排管子中的相應(yīng)的垂直對齊的管子上。
56.如權(quán)利要求53所述的方法，其特征在于，該方法還包括一步驟通過一擋板的使用，使致冷劑氣體的流動從所述管束調(diào)整至所述蒸汽出口。
57.如權(quán)利要求56所述的方法，其特征在于，該方法還包括一步驟以所述擋板將所述分配器支承在所述蒸發(fā)器殼體內(nèi)。
58.如權(quán)利要求53所述的方法，其特征在于，該方法還包括一步驟通過相鄰于所述致冷劑分配器的入口設(shè)置一膨脹裝置來減少接收到所述分配器內(nèi)的致冷劑的兩相混合物的層化。
59.如權(quán)利要求53所述的方法，其特征在于，該方法還包括一步驟在所述管束內(nèi)形成多個蒸汽通道。
60.如權(quán)利要求53所述的方法，其特征在于，所述蒸發(fā)器包括一管板和一水箱，所述管束管子的端部穿過所述管板，并且所述管束和水箱設(shè)置在所述管板的相對側(cè)上，并且該方法還包括一步驟通過使用一水箱擋板，使流過所述蒸發(fā)器的熱轉(zhuǎn)移媒質(zhì)引入所述管束的第一部分管子中，而其中的水箱擋板在這樣一個位置處與所述管板鄰接，該位置與由所述管束形成的一蒸汽通道相應(yīng)。
61.如權(quán)利要求53所述的方法，其特征在于，所述管束至少具有兩組管組，每一組所述管組由至少一個兩相致冷劑分配器覆蓋，該方法還包括這樣幾個步驟在所述管組之間形成一基本垂直走向的空間；在每一組所述管組中形成至少一蒸汽通道，而該蒸汽通道通向所述基本垂直走向的空間；使致冷氣體從每一組所述管組的內(nèi)部導(dǎo)入所述垂直鋪設(shè)的空間中；以及，使致冷劑氣體從所述垂直走向的空間通過一流動路徑導(dǎo)向所述蒸發(fā)器的蒸汽出口，而其中的流動路徑基本不會受到致冷劑分配器的阻礙。
62.如權(quán)利要求53所述的方法，其特征在于，該方法還包括這樣一些步驟將油以及兩相致冷劑接納到所述分配器中；使所述油流出所述分配器，并且通過所述管束向下流入位于所述蒸發(fā)器殼體底部的液態(tài)致冷劑的池中；以及使液態(tài)致冷劑和油的混合物從所述蒸發(fā)器底部所述池返回到所述蒸汽壓縮致冷系統(tǒng)的壓縮機(jī)中。
63.如權(quán)利要求62所述的方法，其特征在于，該方法還包括這樣一些步驟通過使所述殼體內(nèi)的所述混合物中的一部分液態(tài)致冷劑汽化，使在所述返回步驟中從所述蒸發(fā)器池返回到所述壓縮機(jī)的液態(tài)致冷劑和油的混合物中的油的濃度增加。
64.如權(quán)利要求53所述的方法，其特征在于，該方法還包括這樣一些步驟減少第一次從冷凝器接收到的液態(tài)致冷劑的壓力，使形成一種低壓的液態(tài)和氣態(tài)致冷劑的混合物；使所述低壓的致冷劑混合物的所述氣態(tài)致冷劑部分輸送到所述致冷系統(tǒng)的壓縮機(jī)；第二次降低所述低壓致冷劑混合物的液態(tài)部分的壓力，從而形成一種液態(tài)致冷劑和致冷劑氣體的二次且仍保持低壓的混合物；以及其中，在所述輸送步驟中輸送的致冷劑兩相混合物為液態(tài)致冷劑和致冷劑氣體的所述二次且仍保持低壓的混合物。
全文摘要
本發(fā)明揭示了一種用于蒸汽壓縮致冷器(10)的降膜式蒸發(fā)器，該蒸發(fā)器較佳地采用了一兩相致冷劑分配器(50)，該分配器(50)在蒸發(fā)器殼體(32)內(nèi)覆蓋了管束(52)。管束(52)形成至少一條蒸汽通道(72、74)，該蒸汽通道便于將致冷劑蒸汽從管束內(nèi)部導(dǎo)向其外部。
文檔編號F25B39/02GK1409810SQ00817205
公開日2003年4月9日 申請日期2000年11月8日 優(yōu)先權(quán)日1999年12月17日
發(fā)明者S·莫?？纤? J·W·拉森, J·P·哈特菲爾德, H·K·林 申請人:美國標(biāo)準(zhǔn)公司