專利名稱：具有蓋和流量分配器的降膜蒸發(fā)器的制作方法
技術領域：
本申請總體上涉及在制冷、空調(diào)和冷卻水系統(tǒng)或者工藝系統(tǒng)中的 降膜和混合降膜蒸發(fā)器系統(tǒng)。
背景技術：
某些工藝系統(tǒng)，以及制冷、空調(diào)和冷卻水系統(tǒng)，包括一個用于在 該系統(tǒng)的制冷劑和另 一待冷卻流體之間起熱能傳遞的作用的蒸發(fā)器。 一種類型的蒸發(fā)器包括外殼，該外殼具有形成管束的多個管，待冷卻 流體通過該管束被循環(huán)。使得制冷劑與外殼內(nèi)管束的外部或外表面接 觸，導致在待冷卻流體和制冷劑之間的熱能傳遞。在傳統(tǒng)的蒸發(fā)器中， 制冷劑被加熱并轉(zhuǎn)化為蒸氣狀態(tài)，然后該蒸氣被送回到壓縮機，在此 處對蒸氣進行壓縮，從而開始另一制冷循環(huán)。被冷卻的流體循環(huán)至多 個位于整個建筑的熱交換器。更熱的空氣流過熱交換器，在此處被冷 卻的流體被加熱同時冷卻了建筑物的空氣，然后返回蒸發(fā)器以重復該 過程。
例如， 一些類型的蒸發(fā)器，其中制冷劑在管外沸騰，包括淹沒式 蒸發(fā)器(flooded evaporator)、降膜蒸發(fā)器以及混合降膜蒸發(fā)器。 在傳統(tǒng)的淹沒式蒸發(fā)器中，外殼部分地填充有一池沸騰液體制冷劑， 管束浸沒在液體制冷劑中。
在傳統(tǒng)的降膜蒸發(fā)器中， 一個分配器通過諸如噴射將大量液體制 冷劑從在管束之上的位置沉積到管束的管表面，在管表面形成一液體 制冷劑層(或膜)。制冷劑以液體或者液體和蒸氣的兩相狀態(tài)接觸管 束的上部管表面，并通過重力，豎直地落到布置在下部的管的管表面上。
傳統(tǒng)的混合降膜蒸發(fā)器通過浸沒比浸沒式蒸發(fā)器更小比例的管束 的管、同時類似于降膜蒸發(fā)器仍將流體噴射到上部管上，從而結合了 降膜蒸發(fā)器和浸沒式蒸發(fā)器的特征。
降膜蒸發(fā)器和混合降膜蒸發(fā)器高效運轉(zhuǎn)的 一 個問題在于， 一部分 流體蒸發(fā)并體積上顯著膨脹。被蒸發(fā)的流體在所有方向上膨脹，結果 由在與液體流體在重力的作用下的垂直流動方向橫切或者至少部分橫 切的方向上的被蒸發(fā)流體引起交叉流動或移動。交叉流動導致管束的 管不充分潤濕，結果顯著減小與在管束中的管內(nèi)流動的待冷卻流體的 熱傳遞。
另一問題在于，如果被蒸發(fā)流體包含夾帶的液滴，那么壓縮機可 能會被損壞，所述壓縮機接收來自典型地在蒸發(fā)器上部形成的出口處 的被蒸發(fā)流體供給。必須提供構件以提供蒸氣和液滴之間的分離。然 而，這些構件增加了系統(tǒng)的復雜性和成本，還可能在蒸氣制冷劑到達 壓縮機之前導致不希望的壓力降。
所需要的是這樣的降膜蒸發(fā)器和混合降膜蒸發(fā)器，它們能基本防 止由蒸發(fā)流體膨脹導致的交叉流動，并還要求比用于液滴分離的浸沒 式蒸發(fā)器、比傳統(tǒng)浸沒式蒸發(fā)器或者浸沒膜或混合蒸發(fā)器的現(xiàn)有設計 更小的空間。
本公開的系統(tǒng)和/或方法的預期優(yōu)點滿足一個或多個這些需求或 提供其他有利特征。其他特征和優(yōu)點將從本說明書中顯而易見。該公 開的教導擴展到在權利要求范圍內(nèi)的那些實施方案，而不論它們是否 實現(xiàn)了一個或多個前述需求。

發(fā)明內(nèi)容
本申請涉及一種制冷系統(tǒng)，包括連接在閉合制冷劑回路中的 一 個 壓縮機、 一個冷凝器、 一個膨脹設備以及一個蒸發(fā)器。該蒸發(fā)器包括 一個具有上部和下部的外殼和一個管束，該管束具有多個在外殼中基 本水平延伸的管。 一個蓋布置在管束之上，所述蓋具有一個封閉端和 一個相對于封閉端的開口端，該封閉端布置在管束之上而鄰近外殼的 上部。所述蓋還具有相對的基本平行壁，所述基本平行壁從封閉部分向外殼的開口部分延伸。 一個制冷劑分配器布置在所述蓋之下和管束 之上，該制冷劑分配器被設置為將液體制冷劑或者液體和蒸氣制冷劑 沉積到管束上。所述蓋的基本平行壁基本防止了制冷劑在管束的多個 管之間交叉流動。 一個流量分配器鄰近在所述蓋和外殼之間的開口端 布置。所述流量分配器調(diào)節(jié)所述蓋和外殼之間的制冷劑流量以提供更 均勻的制冷劑流量分配。
本申請還涉及一種在制冷系統(tǒng)中使用的降膜蒸發(fā)器，包括一個具 有上部和下部的外殼。一個管束具有多個在外殼中基本水平延伸的管。 一個蓋布置在管束之上，所述蓋具有一個封閉端和一個相對于封閉端 的開口端，該封閉端布置在鄰近外殼上部的管束之上。所述蓋還具有 相對的基本平行壁，所述基本平行壁從封閉部分向外殼的開口部分延 伸。 一個制冷劑分配器布置在所述蓋之下和所述管束之上。該制冷劑 分配器被設置為將液體制冷劑或者液體和蒸氣制冷劑沉積到管束上。 所述蓋的基本平行壁基本防止了制冷劑在管束的多個管之間的交叉流 動。 一個流量分配器鄰近在所述蓋和外殼之間的開口端布置。該流量 分配器調(diào)節(jié)所述蓋和外殼之間的制冷劑流量以提供更均勻的制冷劑流 量分配。
本申請允許流體分配器接收處于中壓或高壓——即接近冷凝壓 力——的制冷劑，并且可以是兩相的液體制冷劑和蒸氣制冷劑。在這 些情況下，產(chǎn)生的制冷劑霧和液滴容納在所述蓋之下并凝結在管上以 及所述蓋的頂部和壁上，以防止制冷劑霧和液滴被夾帶進入抽氣管線。 另外， 一個流量分配器通過提供更均勻的流量分配來減小流出所述蓋 的氣體速度。這種改善的流量分配幫助進一 步減少在制冷劑霧中能夠 到達抽氣管線的夾帶液滴。
本申請還進一步涉及一種在制冷系統(tǒng)中使用的混合降膜蒸發(fā)器， 包括一個具有上部和下部的外殼。 一個下部管束與上部管束流體連通， 下部和上部管束各具有多個在外殼中基本水平延伸的管，下部管束至 少部分被外殼下部中的制冷劑浸沒。 一個蓋布置在上部管束之上，所 述蓋具有一個封閉端和一個相對于該封閉端的開口端，該封閉端在上 部管束之上鄰近外殼的上部。所述蓋還具有相對的基本平行壁，所述 基本平行壁從封閉端向鄰近外殼的下部的開口端延伸。 一個制冷劑分配器布置在上部管束之上，該制冷劑分配器將制冷劑沉積在上部管束 上。所述蓋的基本平行壁基本防止了制冷劑在上部管束的多個管之間 交叉流動。 一個流量分配器鄰近在所述蓋和外殼之間的開口端布置。 該流量分配器調(diào)節(jié)所述蓋和外殼之間的制冷劑流量以提供更均勻的制 冷劑流量分配。
本申請還進一步涉及一種在控制過程中使用的降膜蒸發(fā)器，包括 一個具有上部和下部的外殼。 一個管束具有多個在外殼中基本水平延 伸的管。 一個蓋布置在管束之上，所述蓋具有一個封閉端和一個相對 于該封閉端的開口端，該封閉端布置在管束之上而鄰近外殼的上部。 所述蓋還具有相對的基本平行壁，所述基本平行壁向外殼的下部延伸。 一個流體分配器布置在所述蓋之下和管束之上，該流體分配器被設置 為將液體流體或液體和蒸氣流體沉積到管束上。所述蓋的基本平行壁 基本防止了流體在管束的多個管之間交叉流動。 一個流量分配器鄰近 在所述蓋和外殼之間的開口端布置。該流量分配器調(diào)節(jié)所述蓋和外殼 之間的制冷劑流量以提供更均勻的制冷劑流量分配。
本申請還進一步涉及一種在制冷系統(tǒng)中使用的降膜蒸發(fā)器，包括 一個具有上部和下部的外殼。 一個管束具有多個在外殼中基本水平延 伸的管。 一個蓋布置在管束之上，所述蓋具有一個封閉端和一個相對 于該封閉端的開口端。該封閉端布置在管束之上而鄰近外殼的上部。 所述蓋還具有相對的基本平行壁，所述基本平行壁從封閉部分向外殼 的開口部分延伸。所述蓋在蒸發(fā)器內(nèi)不對稱布置。
本申請還進一步涉及一種在制冷系統(tǒng)中使用的降膜蒸發(fā)器，包括 一個具有上部和下部的外殼。 一個管束具有多個在外殼中基本水平延 伸的管。 一個蓋布置在管束之上，所述蓋具有一個封閉端和一個相對 于該封閉端的開口端。該封閉端布置在管束之上而鄰近外殼的上部， 所述蓋還具有相對的基本平行壁，所述基本平行壁從封閉部分向外殼 的開口部分延伸。所述蓋包括表面紋理。
本申請的一個優(yōu)點在于，其基本防止了由蒸發(fā)流體膨脹產(chǎn)生的交 叉流動，從而便于以最小的再循環(huán)率提高熱傳遞。
本申請的另一優(yōu)點在于，其提供了有效的手段防止攜帶液滴進入 壓縮機抽氣口 。本申請的另一優(yōu)點在于，其便于制造和安裝。
本申請的另一優(yōu)點在于，其可以適應由管束上方的分配器施加的 處于中壓或高壓的液體和蒸氣的混合物。
本申請的另一優(yōu)點在于，其可用于降膜蒸發(fā)器構造，或者用于混 合降膜蒸發(fā)器構造。
本申請的附加優(yōu)點在于，其能提供更均勻的制冷劑流量分配以實 現(xiàn)改善的液體分離。
從以下結合以實例方式示出本申請原理的附圖對實施方案的更詳 細描述中，本申請的其它特征和優(yōu)點將顯而易見。本領域普通技術人 員將認識到，圖中的構件為簡明和清楚而是說明性的，并不一定按比 例繪制。例如，圖中的一些構件的尺寸可能相對于其它構件被放大以 幫助提高對本申請各種實施方案的理解。同樣地，在商業(yè)可行的實施 方案中有用的或必要的普通而很好理解的構件通常沒有繪出，從而便 于對本申請的這些不同的實施方案更少阻礙的觀察。
替代的示例性實施方案涉及如一般地在權利要求中所述的其它特 征以及特征的組合。


圖1為布置在商業(yè)環(huán)境中的示例性HVAC&R系統(tǒng)的圖解。 圖2為本申請的壓縮機系統(tǒng)的示意圖。 圖3為本申請的降膜蒸發(fā)器的一個實施方案的剖面圖。 圖4-5為本申請的降膜蒸發(fā)器的替代性實施方案的剖面圖。 圖6為本申請的混合降膜蒸發(fā)器的一個實施方案的剖面圖。 圖7為本申請的混合降膜蒸發(fā)器的另一實施方案的剖面圖。 圖8為用于本申請蒸發(fā)器的流量分配設備的剖面圖。 圖9-12為用于本申請蒸發(fā)器的流量分配設備的各種實施方案的 剖面圖。
圖13為本申請的混合降膜蒸發(fā)器的另一實施方案的剖面圖。 圖14為本申請的混合降膜蒸發(fā)器的另一實施方案的剖面圖。 圖15為沿圖14的線17-17所取的蓋的實施方案的立視圖。 在可能的情形下，在所有附圖中將使用相同的參考數(shù)字來代表相同或相似的部件。
具體實施例方式
圖1出了一個示例性HVAC&R系統(tǒng)，其被設置用于為商業(yè)建筑BL 提供冷卻。冷卻系統(tǒng)CH通過布置在空氣調(diào)節(jié)單元AH中的螺旋管使冷 卻流體CF循環(huán)?？諝庹{(diào)節(jié)單元AH使用管道DU汲取外側注入空氣01, 該外側注入空氣與建筑BL內(nèi)的再循環(huán)空氣混合。該冷卻流體CF將外 側注入空氣01和再循環(huán)空氣的混合物冷卻，該外側注入空氣和再循環(huán) 空氣的混合物通過分配系統(tǒng)DS提供到整個建筑BL以在建筑BL內(nèi)提供 氣溫控制。供熱系統(tǒng)(未示出)可以用于使加熱流體循環(huán)以給該建筑 BL供熱。
圖2整體上示出了本申請的一個系統(tǒng)配置。 一個制冷或冷卻系統(tǒng) 10包括一個AC電源20，該電源為變速傳動裝置(VSD) 30和功率/控 制面板35的組合供電，該電源根據(jù)位于功率/控制面板35內(nèi)的控制器 的控制給驅(qū)動壓縮機60的電動機40提供動力。應該認識到，術語"制 冷系統(tǒng)"可以包括諸如熱力泵等的多種替代結構。在本申請的一個實 施方案中，VSD 30的所有構件包含在功率/控制面板35內(nèi)。該AC電 源20從位于一地點的AC電網(wǎng)或配電系統(tǒng)向VSD 30提供單相或多相(例 如，三相)的、固定電壓且固定頻率的AC電。壓縮機60壓縮制冷劑 蒸氣并通過一個排出管線將該蒸氣輸送到冷凝器70。壓縮機60可以 為任意合適類型的壓縮機，例如離心式壓縮機、往復式壓縮機、螺桿 式壓縮才幾、渦旋式壓縮才幾以及其他。凈皮壓縮才幾60輸送到冷凝器70的
制冷劑蒸氣形成與諸如水等的流體的熱交換關系，所述流體通過連接 到冷卻塔50的熱交換螺旋管或管束55流動。然而，可以理解，冷凝 器70可以為空氣冷卻式的，或者可以使用任意其他冷凝器技術。作為 與在熱交換螺旋管55中液體的熱交換關系的結果，在冷凝器70中的 制冷劑蒸氣經(jīng)歷到制冷劑液體的相變。冷凝的液體制冷劑從冷凝器70 的流至膨脹設備75，該膨脹設備在制冷劑進入蒸發(fā)器80之前大大降 低制冷劑的溫度和壓力?？商娲?，當用作壓力調(diào)節(jié)設備時，大部分 膨脹出現(xiàn)在噴嘴108中(圖3-8 )。在與蒸發(fā)器80的熱交換關系中循 環(huán)的流體然后可為內(nèi)部空間提供冷卻。蒸發(fā)器80可包括熱交換器螺旋管85，該螺旋管具有連接到冷卻負載90的供應管線85S和回流管線85R。該熱交換器螺旋管85可包括在蒸發(fā)器80內(nèi)的多個管束。水或其他任意合適的二次制冷劑——例如，乙烯、乙二醇或氯化鈣鹽水——通過回流管線85R進入蒸發(fā)器80并通過供應管線85S流出蒸發(fā)器80。在蒸發(fā)器80中的液體制冷劑形成與熱交換器螺旋管85中的水的熱交換關系，以冷卻熱交換器螺旋管85中的二次制冷劑的溫度。作為與在熱交換器螺旋管85中液體的熱交換關系的結果，在蒸發(fā)器80中的制冷劑液體經(jīng)歷到制冷劑蒸氣的相變。蒸發(fā)器80中的蒸氣制冷劑隨即流回到壓縮機60以完成循環(huán)。
值得注意的是，本申請的冷卻系統(tǒng)10可使用VSD 30、電動機40、壓縮機60、冷凝器70以及蒸發(fā)器80的多個任意組合。
參見圖3，蒸發(fā)器80的一個實施方案為降膜蒸發(fā)器。在該實施方案中，蒸發(fā)器80包括一個基本圓柱形的外殼100,該外殼具有一個上部102和一個下部104,同時形成管束106的多個管沿外殼100的長度基本水平延伸。合適的流體——諸如水、乙烯、乙二醇或氯化鈣鹽水——流經(jīng)該管束106的管。 一個布置在管束106之上的分配器108將制冷劑流體一一從冷凝器126接收到的處于液體狀態(tài)或者處于液體和蒸氣兩相狀態(tài)的諸如R134a等——分配到管束106中的上部管。換言之，制冷劑流體可處于兩相狀態(tài)，即液體和蒸氣制冷劑。在圖4中，被輸送到分配器108的制冷劑完全是液體。在圖3、 5-7中，被輸送到分配器108的制冷劑可以完全是液體或者是液體和蒸氣的兩相混合物。通過管束106的管被導向而未改變狀態(tài)的液體制冷劑鄰近下部104聚集，該聚集的液體制冷劑被指示為液體制冷劑120。雖然泵95可以用于將來自下部104的液體制冷劑120再循環(huán)至分配器108(圖4和5)，一個排出器(ejector) 128可用于利用來自冷凝器126的加壓制冷劑從下部104抽取液體制冷劑120，這通過伯努利效應(Bernoullieffect)來實現(xiàn)，如圖3所示。此外，雖然液體制冷劑120的高度被示為低于管束106 (例如，圖3-5)，應該理解，該液體制冷劑120的高度可以浸沒管束106的管的一部分。
進一步參照圖3, —個蓋112布置在管束106之上以基本防止管束106的管之間的蒸氣制冷劑的交叉流動或者液體和蒸氣制冷劑的交叉流動。該蓋112包括上端114,該上端在管束106之上并在分配器108之上、鄰近外殼100的上部102。從上端114的相對兩端向外殼100的下部104延伸的為對置的基本平行的壁116,在一個實施方案中，所述壁116基本垂直延伸并終止在與上端114基本相對的開口端118。在一個實施方案中，上端114和平行壁116緊密地鄰近管束106的管布置，其中平行壁116向外殼100的下部104充分延伸，以基本橫向地圍繞管束106的管。然而，平行壁116不是必須垂直經(jīng)過管束106的下部管延伸，平行壁116也不是必須為平面，雖然在管束106輪廓內(nèi)形成的蒸氣制冷劑122在平行壁116的邊界內(nèi)基本垂直地被引導并且通過蓋112的開口端118。蓋112在壁116之間向下推動蒸氣制冷劑122并通過開口端118,接著在外殼100和壁116之間的空間中從外殼100的下部104至外殼100的上部102來向上推動。該蒸氣制冷劑122接著流過一對鄰近平行壁116的上端114而凸起的延伸部分150并流入抽吸通道154。在連接到壓縮機60出口 132處排出蒸發(fā)器80之前，該蒸氣制冷劑122通過槽152進入抽吸通道154，其中所述槽152為在限定這些槽152的延伸部分150端部和外殼IOO之間的空間。從冷凝器70和外殼100的下部104接收到的制冷劑126 (液體制冷劑120)通過分配器108導向，并且如圖所示從多個位置110沉積到管束106的上部管。這些位置110可以包括相對于管束106的縱向或橫向位置的任意組合。在一個實施方案中，分配器108包括由至少一個液體斜道(liquid ramp)提供的多個噴嘴，所述液體斜道由冷凝器70提供。在一個實施方案中，該噴嘴應用預定的噴射形式，使得上排管被覆蓋。大量制冷劑因沿管束106的管表面發(fā)生的熱交換而沸騰。該膨脹蒸氣制冷劑122被向下導向至開口端118,因為蓋112的上端114和基本平行壁116不設有可替代的逸出通道。如圖所示，由于基本平行壁116鄰近管束106的外列管，蒸氣制冷劑122被基本垂直向下推動，基本防止了蒸氣制冷劑122在蓋112內(nèi)部交叉流動的可能性。對該管束106的管進行布置，從而以圍繞管表面的膜的形式來促進制冷劑的流動，液體制冷劑凝結以在管表面的底部形成液滴，或者在一些情況下形成幕狀或成片的液體制冷劑。所產(chǎn)生的片促進管表面的潤濕，這就提高了在管束106的管內(nèi)部流動的流體和繞管束106的管表面流動的制冷劑之間的傳熱效率。
與目前的系統(tǒng)不同，蓋112的上端114基本防止了在管束106的頂部以蒸氣和霧的形式所施加的制冷劑110流直接流入通向壓縮機60的出口 132。替代地，通過將制冷劑122導向以具有方向向下的流，在制冷劑能通過開口端118之前，蒸氣制冷劑122必須經(jīng)過基本平行壁116的長度向下流動。在蒸氣制冷劑122經(jīng)過包含在方向上的突然變化的開口端118之后，蒸氣制冷劑122被強制在蓋112和外殼100的內(nèi)表面之間流動。該突然的方向變化導致制冷劑中更大比例的任意夾帶液滴要么與液體制冷劑120碰撞要么與外殼100或蓋112碰撞，將這些液滴從蒸氣制冷劑122流中去除。同樣地，流過基本平行壁116的長度的制冷劑霧凝結為更大的液滴，這些更大的液滴更易于通過重力被分離，或者通過在管束106上的熱傳遞被蒸發(fā)。
一旦蒸氣制冷劑122流經(jīng)蓋112的平行壁116，蒸氣制冷劑122便在到達出口 132之前，沿在蓋112的表面和外殼IOO之間形成的、預定的狹窄通路以及如圖所示基本對稱的通路，從下部104流至上部102。作為液滴尺寸增加的結果，通過重力的液體分離效率提高，從而允許流經(jīng)蒸發(fā)器的蒸氣制冷劑122向上的速度提高。 一個阻礙鄰近蒸發(fā)器出口設置，以防止蒸氣制冷劑122到壓縮機入口的直接通道。該阻礙包括由延伸部分150的端部和外殼IOO之間的空間限定的槽152?；酒叫斜?16、狹窄通路以及在蒸發(fā)器80中的槽152的組合實質(zhì)上從蒸發(fā)的制冷劑122中去除了所有殘余的夾帶液滴。
通過基本消除蒸氣制冷劑的交叉流動和沿管束106的液體制冷劑凝結液滴，可以減少必須再循環(huán)的制冷劑120的量。相對于傳統(tǒng)的泵，再循環(huán)制冷劑流的量減少使得能夠使用排出器128。排出器128結合了膨脹設備和制冷劑泵的功能。此外，能將所有膨脹功能納入分配器108噴嘴。在一個實施方案中，使用了兩個膨脹設備第一膨脹裝置被納入分配器108的噴霧噴嘴。第二膨脹設備也可以是在液體管線130中的局部膨脹，諸如固定孔、或者可替代地由液體制冷劑120的高度控制的閥，以應對在運行條件下的變化，諸如蒸發(fā)和冷凝壓力，以及局部冷卻負載。此外，在一個實施方案中，大多數(shù)膨脹發(fā)生在噴嘴處，提供有更大的壓力差，同時允許噴嘴減小尺寸，由此減小噴嘴的尺寸參見圖6，示出了一個混合降膜蒸發(fā)器280的實施方案，該混合降膜蒸發(fā)器除了管束106還包括浸沒的或至少部分浸沒的管束207。除了所討論的以外，在蒸發(fā)器280中的相應部件在其他方面都類似于蒸發(fā)器80。在一個實施方案中，蒸發(fā)器280納入了兩通系統(tǒng)(two passsystem)，在該兩通系統(tǒng)中待冷卻的流體首先流到下部管束207的管內(nèi)部，接著凈皮導向為在上部管束106的管內(nèi)部流動。由于該兩通系統(tǒng)的第二通道出現(xiàn)在頂部的管束106,在管束106中流動的流體溫度降低，由此在管束106的表面上需要更少量的制冷劑流。因此，不需要將制冷劑120再循環(huán)到分配器108。此外，管束207將從管束106滴下的額外制冷劑蒸發(fā)。如果不存在再循環(huán)設備一一例如泵或排出器，那么該降膜蒸發(fā)器必須為混合式的。
應該理解，雖然兩通系統(tǒng)被描述為其中第一通道與至少部分被浸沒(淹沒)的下部管束207相關聯(lián)且第二通道與上部管束106 (降膜)相關聯(lián)，但是考慮了其他布置。例如，該蒸發(fā)器可以納入一個單通系統(tǒng)，該單通系統(tǒng)具有與下部管束207相關聯(lián)的任意百分比的淹沒，該單通道的剩余部分與上部管束106相關聯(lián)。可替代地，該蒸發(fā)器可以納入一個三通系統(tǒng)，其中兩個通道與下部管束207相關聯(lián)且剩余通道與上部管束106相關聯(lián)，或者其中一個通道與下部管束207相關聯(lián)而其剩余的兩個通道與上部管束106相關聯(lián)。此外，該蒸發(fā)器可以納入一個兩通系統(tǒng)，其中一個通道與上部管部分106相關聯(lián)并且第二通道與上部管部分106和下部管部分207都關聯(lián)?？傊?，可以考慮任意數(shù)量的通道，其中每個通道可以與上部管束和下部管束之一或全部相關聯(lián)。
雖然實施方案針對制冷系統(tǒng)，但是本申請的蒸發(fā)器也可以用于工藝系統(tǒng)，諸如涉及將其中一個組分是諸如在石化工業(yè)中的揮發(fā)物的兩種組分混合的化學工藝。可替代地，該工藝系統(tǒng)可以涉及食品加工工業(yè)。例如，本申請的蒸發(fā)器可以用于控制汁液濃度。參見圖3，通過流體分配器108流入的汁液(例如，橙汁)被加熱， 一部分變成蒸氣，同時在蒸發(fā)器下部蓄積的液體120包含更高濃度的汁液。本領域技術人員可以意識到，該蒸發(fā)器可以用于其他工藝系統(tǒng)。在一個實施方案中，由于管束106布置典型地為近似對稱的，壁 116是平4亍的并且壁116關于平分上部102和下部104的中心垂直平 面134對稱。
在管束106中的管布置未示出，雖然典型的布置被多個均勻間隔 的管限定，所述多個管垂直且水平對齊，形成基本矩形的輪廓。然而， 也可以使用其中管既不垂直對齊也不水平對齊的堆砌布置，以及不均 勻間隔的布置。
另外，或者與本申請的其他特征結合，也可考慮不同的管束結構。 例如，如果制冷劑通過分配器108以大角度沉積，那么就能夠減小外 殼100的體積。然而，這種大角度能產(chǎn)生具有水平速度分量的沉積制 冷劑，可能產(chǎn)生不均勻的縱向液體分布。為了解決該問題，如本領域 所公知，可以沿管束106的最上面的水平排或最上面的部分使用翅管 (未示出)。除了可能地在頂部使用翅管之外，直截了當?shù)姆椒ㄊ鞘褂?為淹沒蒸發(fā)器中池沸騰而研發(fā)的新一代增強管。另外，或者與翅管結 合，如本領域公知的多孔敷層也可應用于管束106的管的外部表面。
參見圖8,其與本申請的兩種蒸發(fā)器結構同類，蓋112具有基本 垂直的壁116,所述基本垂直的壁基本防止了由使蒸發(fā)制冷劑流體122 膨脹所產(chǎn)生的交叉流動，便于以最小的再循環(huán)率增加熱傳遞。此外， 如前所述，蒸氣制冷劑122流經(jīng)蓋112的平行壁116,然后在到達出 口 132之前沿在蓋112的表面和外殼100之間形成的所述狹窄通路從 下部104流至上部102。作為液滴尺寸增加的結果，通過重力的液體 分離效率提高，允許流經(jīng)蒸發(fā)器的蒸氣制冷劑122的向上的速度增加。 一個障礙鄰近蒸發(fā)器出口設置，以防止蒸氣制冷劑122到壓縮機入口 的直接通道。該障礙包括由延伸部分150的端部和外殼100之間的空 間所限定的槽152。在蒸發(fā)器80中基本平行壁116、狹窄通路以及槽 152的組合實質(zhì)上從蒸發(fā)制冷劑122中去除了所有剩余的夾帶液滴。
為了進一步改善液體分離的效率，如圖8所示， 一個流量分配器 300鄰近在蓋112和外殼IOO之間的開口端118布置。流量分配器300 調(diào)節(jié)蓋112和外殼IOO之間的制冷劑流量以提供更均勻的制冷劑流量 分配。由于更均勻的制冷劑流量分配，蒸氣制冷劑122的速度減小， 從而提高了通過重力的液體分離效率。參見圖9-12,討論流量分配器的幾個實施方案。例如，如圖9所 示，流量分配器302為相對于壁116成角度的導向葉片的形式。如圖 IO所示，導向葉片302具有彎曲的輪廓。雖然流量分配器302被示為 布置在壁116和外殼100的下部104之間，但是可以理解，流量分配 器可以要么從壁116或外殼延伸要么從兩者延伸。此外，可以在流量 分配器302中形成通孔。
參見圖11，流量分配器304是向壁116延伸、基本垂直于壁116 布置的板，并且包含多個通孔。在一個實施方案中，流量分配器302 包括不同尺寸的孔，其中較小的通孔布置在流量分配器鄰近外殼100 的部分上。在另一實施方案中，流量分配器302為絲網(wǎng)(wiremesh)。 參見圖12，流量分配器302包括導向葉片和板304的組合。
可以理解，流量分配器的實施方案可以包括沿外殼下部104任意 處(諸如在壁116和外殼IOO之間)布置的構件的任意組合，所述構 件用來改善制冷劑流122的液體分離的作用并通過重新導向制冷劑流 來提供更均勻的流動速度。此外，流量分配器可呈現(xiàn)多孔性，例如無 紡絲網(wǎng)或替代的結構布置，諸如蜂巢結構。
還應該理解，流量分配器的各種實施方案也能用于如上所述的、 制冷系統(tǒng)以外的應用。
在另一實施方案中(圖13),蓋不對稱地布置在蒸發(fā)器中，其中
大于一半的制冷劑流在更遠離外殼布置的 一側之下流過。如圖所示， 基本所有制冷劑流動都在蓋一側之下。
表面紋理對于蓋也是有利的，即光滑表面相對于有凹痕的或磨損 表面。蓋頂部的形狀和結構由于以下原因是重要的l)希望在管上的 液體分配盡可能均勻；2)噴霧嘴以及對管的沖擊產(chǎn)生將撞擊頂部的霧。 從那里，液體可能以完全不可控制的方式回落。例如，如圖6所示， 到達蓋頂部的液體很可能是由于毛細管作用，然后到達蓋的垂直壁并 落到蓋的底部部分而沒有幫助潤濕管束106的壁。圖7將產(chǎn)生以仍舊 完全不均勻但必定優(yōu)于圖6的布置方式落下的液滴，因為液體將至少 滴落在外列管上，而不會損失。更復雜的設計也是可能的，諸如具有 許多波紋的基本水平的頂部(圖14)，該波紋在各列管之上滴下至管 束106，雖然其他布置也是可能的。例如，如在沿圖14的線17-17所取的圖15所示的替代性實施方案中，足夠從蓋的頂部分配液體制冷劑 的波紋或表面不連續(xù)可以基本橫切管束106的管的方向延伸?？商娲?地，波紋和表面不連續(xù)可以與管束106的管的方向成一個角度地延伸。 然而，可以認識到，波紋或不連續(xù)在輪廓上可以為非線性和不均勻的。 此外，蓋的頂部可以具有應用于表面的材料涂敷以獲得希望的液體制 冷劑流或與蓋頂部的成形輪廓相結合。蒸氣制冷劑122接著在鄰近平 行壁116的上端114凸出的一對延伸部分150上流動并流入抽吸通道 154。在連接到壓縮機60的出口 132處流出蒸發(fā)器80之前，蒸氣制冷 劑122通過槽152進入抽吸通道154，該槽為在限定槽152的延伸部 分150的端部和外殼IOO之間的空間。
與目前的系統(tǒng)不同，蓋112的上端114基本防止了在管束106的 頂部以蒸氣和霧的形式所施加的制冷劑110的流直接流入通向壓縮機 60的出口 132。可替代地，通過將制冷劑122導向以具有方向向下的 的流，在制冷劑能通過開口端118之前，蒸氣制冷劑122必須經(jīng)過基 本平行壁116的長度向下流動。在蒸氣制冷劑122經(jīng)過包含在方向上 的突然變化的開口端118之后，蒸氣制冷劑122被強制在蓋112和外 殼100的內(nèi)表面之間流動。該突然的方向變化導致制冷劑中更大比例 的任意夾帶液滴與液體制冷劑120碰撞或與外殼100或蓋112碰撞， 將這些液滴從蒸氣制冷劑122流中去除。同樣地，流經(jīng)基本平行壁116 的長度的制冷劑霧凝結為更大的液滴，這些更大的液滴更易于通過重 力分離，或者通過在管束106上的熱傳遞被蒸發(fā)。
應該理解，雖然兩通系統(tǒng)被描述為其中第一通道與至少部分浸沒 (淹沒)的下部管束207相關聯(lián)并且第二通道與上部管束106 (降膜) 相關聯(lián)，但也可以考慮其他布置。例如，該蒸發(fā)器可以納入一個單通 系統(tǒng)，該單通系統(tǒng)具有與下部管束207相關聯(lián)的任意百分比的淹沒， 該單通的剩余部分與上部管束106相關聯(lián)?？商娲?，該蒸發(fā)器可以 納入一個三通系統(tǒng)，其中兩個通道與下部管束207相關聯(lián)，剩余通道 與上部管束106相關聯(lián)，或者其中一個通道與下部管束207相關聯(lián)， 并且其剩余的兩個通道與上部管束106相關聯(lián)。此外，該蒸發(fā)器可以 納入一個兩通系統(tǒng)，其中一個通道與上部管部分106相關聯(lián)，第二通 道與上部管部分106和下部管部分207都關聯(lián)?？傊?，可以考慮任意數(shù)量的通路，其中每個通路可以與上部管束和下部管束之一或全部都 關聯(lián)。
應該理解，本申請不局限于在以下描述中闡明或附圖中示出的細 節(jié)或方法。還應該理解，在本說明書中使用的措辭和術語僅以描述為 目的，而不應該視為限制。
雖然在附圖中所示以及在本說明書中所描述的示例性實施方案為 當前優(yōu)選的，但是應該理解，這些實施方案僅以實例的方式給出。因 此，本申請不局限于特定實施方案，而可以擴展到仍落在所附權利要 求范圍內(nèi)的各種修改。根據(jù)替代性實施方案，任意工藝或方法步驟的 次序或順序可以改變或再排序。
重要的是注意，如在各種示例性實施方案中所示的蒸發(fā)器的結構 和布置僅為說明性的。雖然在此公開文本中僅有一些實施方案被詳細 描述，但是閱讀了本公開文本的本領域普通技術人員將容易意識到， 在本質(zhì)上不背離權利要求所述主題的新穎性教導和優(yōu)點的情況下，許 多修改都是可能的(例如，在大小、尺寸、結構、形狀和各種構件比 例、參數(shù)值、安裝布置、材料使用、顏色、定向以及其它方面的改變)。 例如，被示為整體成型的構件可以由多個部件或構件構成，構件的位 置可以倒置或以另外的方式改變，以及離散構件的特性或數(shù)量或者位 置可以改變或變化。因此，所有這些修改意在包含于本申請的范圍內(nèi)。 根據(jù)替代性實施方案，任意工藝或方法步驟的次序或順序可以改變或 再排序。在權利要求中，任意功能限定的語句意在涵蓋在本說明書中 被描述為執(zhí)行所述功能的結構，以及不僅為結構的等價物而且為等價 的結構。在不背離本申請范圍的情況下，可以在示例性實施方案的設 計、運行條件以及布置中進行其它置換、修改、變化以及省略。
權利要求
1.一種制冷系統(tǒng)，包括連接在閉合制冷劑回路中的一個壓縮機、一個冷凝器、一個膨脹設備以及一個蒸發(fā)器；以及所述蒸發(fā)器包括一個外殼，其具有上部和下部；一個管束，所述管束具有多個在外殼中基本水平延伸的管；一個布置在管束之上的蓋，所述蓋具有一個封閉端和一個相對于封閉端的開口端，該封閉端布置在管束之上而鄰近外殼的上部，所述蓋還具有相對的基本平行壁，所述基本平行壁從封閉部分向外殼的開口部分延伸；一個制冷劑分配器，其布置在所述蓋之下和所述管束之上，所述制冷劑分配器被設置為將液體制冷劑或者液體和蒸氣制冷劑沉積到管束上，所述蓋的基本平行壁基本防止了制冷劑在管束的多個管之間交叉流動；一個流量分配器，其鄰近在所述蓋和外殼之間的開口端布置；以及其中所述流量分配器調(diào)節(jié)所述蓋和外殼之間的制冷劑流量以提供更均勻的制冷劑流量分配。
2. 權利要求1的制冷系統(tǒng)，其中所述流量分配器與一個蓋的壁成 角度。
3. 權利要求2的制冷系統(tǒng)，其中所述流量分配器從所述蓋的壁延伸。
4. 權利要求2的制冷系統(tǒng)，其中所述流量分配器從所述外殼延伸。
5. 權利要求1的制冷系統(tǒng)，其中所述流量分配器是彎曲的。
6. 權利要求1的制冷系統(tǒng)，其中所述流量分配器包括多個通孔。
7. 權利要求6的制冷系統(tǒng)，其中所述流量分配器在所述蓋的壁和所述外殼之間延伸。 一
8. —種在制冷系統(tǒng)中使用的降膜蒸發(fā)器，包括一個外殼，其具有上部和下部；一個管束，所述管束具有多個在外殼中基本水平延伸的管；一個布置在管束之上的蓋，所述蓋具有一個封閉端和一個相對于 封閉端的開口端，所述封閉端布置在管束之上而鄰近外殼的上部，所 述蓋還具有相對的基本平行壁，所述基本平行壁從封閉部分向外殼的開口部分延伸；一個制冷劑分配器，其布置在所述蓋之下和所述管束之上，所述 制冷劑分配器被設置為將液體制冷劑或者液體和蒸氣制冷劑沉積到管 束上，所述蓋的基本平行壁基本防止了制冷劑在管束的多個管之間交 叉流動；一個流量分配器，其鄰近在所述蓋和外殼之間的開口端布置；以及其中所述流量分配器調(diào)節(jié)所述蓋和外殼之間的制冷劑流量以提供 更均勻的制冷劑流量分配。
9. 權利要求8的降膜蒸發(fā)器，其中所述流量分配器與一個蓋的壁 成角度。
10. 權利要求9的降膜蒸發(fā)器，其中所述流量分配器從所述蓋的壁 延伸。
11. 權利要求9的降膜蒸發(fā)器，其中所述流量分配器從外殼延伸。
12. 權利要求8的降膜蒸發(fā)器，其中所述流量分配器是彎曲的。
13. 權利要求8的降膜蒸發(fā)器，其中所述流量分配器包括多個通孔。
14. 權利要求13的降膜蒸發(fā)器，其中所述流量分配器在所述蓋的 壁和所述外殼之間延伸。
15. —種在制冷系統(tǒng)中使用的混合降膜蒸發(fā)器，包括 一個外殼，其具有上部和下部；一個與上部管束流體連通的下部管束，所述下部和上部管束各具 有多個在外殼中基本水平延伸的管，所述下部管束至少部分被在外殼 的下部中的制冷劑浸沒；一個布置在上部管束之上的蓋，所述蓋具有一個封閉端和一個相 對于封閉端的開口端，所述封閉端在上部管束之上鄰近外殼的上部， 所述蓋還具有相對的基本水平壁，所述基本水平壁從封閉端向鄰近外 殼的下部的開口端延伸；一個制冷劑分配器，所述制冷劑分配器布置在上部管束之上，所述制冷劑分配器將制冷劑沉積到上部管束上；所述蓋的基本平行壁基本防止了制冷劑在所述上部管束的多個管 之間交叉流動；一個流量分配器，其鄰近在所述蓋和外殼之間的開口端布置；以及其中所述流量分配器調(diào)節(jié)所述蓋和外殼之間的制冷劑流量以提供 更均勻的制冷劑流量分配。
16. 權利要求15的降膜蒸發(fā)器，其中所述流量分配器為一個與蓋 的壁成角度的構件。
17. 權利要求16的降膜蒸發(fā)器，其中所述流量分配器從所述蓋的 壁延伸。
18. 權利要求16的降膜蒸發(fā)器，其中所述流量分配器從外殼延伸。
19. 權利要求15的降膜蒸發(fā)器，其中所述流量分配器是彎曲的。
20. 權利要求15的降膜蒸發(fā)器，其中所述流量分配器包括多個通孔。
21. 權利要求20的降膜蒸發(fā)器，其中所述流量分配器在所述蓋的 壁和所述外殼之間延伸。
22. —種在控制過程中使用的降膜蒸發(fā)器，包括 一個外殼，其具有上部和下部；一個管束，所述管束具有多個在外殼中基本水平延伸的管；一個布置在管束之上的蓋，所述蓋具有一個封閉端和一個相對于 所述封閉端的開口端，所述封閉端布置在管束之上而鄰近外殼的上部， 所述蓋還具有相對的基本平行壁，所述基本平行壁向外殼的下部延伸；一個流體分配器，其布置在所述蓋之下和所述管束之上，所述流 體分配器被設置為將液體流體或者液體和蒸氣流體沉積到管束上；所述蓋的基本平行壁基本防止了流體在所述管束的多個管之間交 叉流動；一個流量分配器，其鄰近在所述蓋和外殼之間的開口端布置；以及其中所述流量分配器調(diào)節(jié)所述蓋和外殼之間的制冷劑流量以提供更均勻的制冷劑流量分配。
23. —種在制冷系統(tǒng)中使用的降膜蒸發(fā)器，包括 一個外殼，其具有上部和下部；一個管束，所述管束具有多個在外殼中基本水平延伸的管； 一個布置在管束之上的蓋，所述蓋具有一個封閉端和一個相對于 所述封閉端的開口端，所述封閉端布置在管束之上而鄰近外殼的上部， 所述蓋還具有相對的基本平行壁，所述基本平行壁從封閉部分向外殼 的開口部分延伸；以及其中所述蓋在蒸發(fā)器內(nèi)不對稱布置。
24. —種在制冷系統(tǒng)中使用的降膜蒸發(fā)器，包括一個外殼，其具有上部和下部；一個管束，所述管束具有多個在外殼中基本水平延伸的管； 一個布置在管束之上的蓋，所述蓋具有一個封閉端和一個相對于 封閉端的開口端，所述封閉端布置在管束之上而鄰近外殼的上部，所 述蓋還具有相對的基本平行壁，所述基本平行壁從封閉部分向外殼的 開口部分延伸；以及其中所述蓋包括表面紋理。
25. 權利要求24的降膜蒸發(fā)器，其中所述蓋的頂部包括足夠從那 里分配液體制冷劑的表面不連續(xù)。
全文摘要
提供在兩相制冷系統(tǒng)或工藝系統(tǒng)中使用的降膜蒸發(fā)器和混合降膜蒸發(fā)器。所述蒸發(fā)器包括一個具有上部和下部的外殼，和一個具有在外殼中基本水平延伸管的管束。一個布置在所述管束之上的蓋鄰近管束上方的上部處具有上端，所述上端具有相對的基本平行的向下部延伸的壁，所述壁在相對于上端的開口端終止。一旦液體制冷劑或者液體制冷劑和蒸氣制冷劑沉積到管束上，所述蓋的基本平行壁則基本防止了制冷劑蒸氣或者液體和蒸氣在管束的管之間交叉流動。一個鄰近在所述蓋和外殼之間的開口端布置的流量分配器調(diào)節(jié)制冷劑流量，從而提供更均勻的制冷劑流量分配。
文檔編號F25B39/02GK101641558SQ200780050796
公開日2010年2月3日 申請日期2007年12月21日 優(yōu)先權日2006年12月21日
發(fā)明者L·樂坤特, P·德拉米納特, S·庫蘭卡拉 申請人:江森自控科技公司