用于蒸汽压缩致冷器的降膜式蒸发器制造技术

本发明专利技术揭示了一种用于蒸汽压缩致冷器（１０）的降膜式蒸发器，该蒸发器较佳地采用了一两相致冷剂分配器（５０），该分配器（５０）在蒸发器壳体（３２）内覆盖了管束（５２）。管束（５２）形成至少一条蒸汽通道（７２、７４），该蒸汽通道便于将致冷剂蒸汽从管束内部导向其外部。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

技术介绍
本专利技术涉及一种致冷系统中的蒸发器。具体地说，本专利技术涉及用于蒸汽压缩致冷器的降膜式蒸发器。最简单的蒸汽压缩致冷器包括一压缩机、一冷凝器、一膨胀装置以及一蒸发器。致冷剂气体在压缩机内以相当大的压力进行压缩，并且从压缩机输送到冷凝器，在冷凝器中致冷剂气体冷却并凝结成液态。凝结后的致冷剂从冷凝器通向并通过膨胀装置。致冷剂通过膨胀装置会产生一压降，并且会引起致冷剂的进一步冷却。这样，从膨胀装置向蒸发器输送的致冷剂一般为一相对较冷的、饱和的两相混合物。输送至蒸发器的两相致冷剂混合物与设置在蒸发器内的管束接触，并且相对较热的热量转移媒质通过管束流动，该媒质例如为水。那些媒质通过与热负荷接触进行热交换将变热，而致冷器的目的就在于冷却上述的热负荷。相对较冷的致冷剂和流过管束的相对较热的热转移媒质之间的热交换接触使致冷剂蒸发，并使热转移媒质冷却。接着，被冷却的媒质回到热负荷，对其进一步冷却，而此时加热并蒸发的致冷剂被引出蒸发器，并被抽入致冷器的压缩机内，从而以一连续的过程对其进行重新压缩并将其输送至冷凝器。近来，考虑到要使这些蒸发器的效率更高(从热交换效率观点出发)以及减小致冷剂中所需的致冷剂容量的大小，环境、效率以及其它类似问题及因素导致需重新考虑蒸汽压缩致冷器的蒸发器设计。在这点上，在过去的几年中，与臭氧耗竭以及全球变暖相关的环境情况显得相当重要。那些问题及其结果要求减少致冷器中致冷剂的使用量以及改变致冷剂的特性。一段时间以来，一些被称为降膜式蒸发器被认为是有希望的选择，它们可用于致冷器来解决上述那些蒸发器的特性中效率、环境以及其它的问题和因素。尽管在蒸汽压缩致冷器中使用和应用降膜设计的蒸发器理论上的有利的，但它们的设计、生产以及结合到致冷系统中被证实是一种挑战。在传统的管壳溢流式蒸发器中，蒸发器的壳体大量地注入液态致冷剂，并且管束中大部分管子是浸在其中的。两相致冷剂从位于壳体底部的分配器朝上引向蒸发器的管束。在这种蒸发器内产生的致冷剂蒸汽会夹带液态致冷剂滴状物，并且将它们向上带至最上部，即管束中未浸在液体中的几排管子，以与那些管子进行接交换。两相致冷剂混合物在壳体内良好的轴向分而对于确保管束达到并保持完全湿润是很重要的。可以理解的是，由于溢流式蒸发器的特性，它们需要致冷系统采用相对较大的致冷剂容量。在美国专利5,838,294中确定了一种为了解决与用于致冷系统中的致冷剂量相关的问题的新尝试，该专利建议使用一种被称为“混合”降膜式的蒸发器。尽管提及的蒸发器是降膜式蒸发器的形式，专利’294在其较佳实施例中说到，在其管束中约一半的管子是浸没于液态致冷剂中的，还说到在某些实例中，浸没的管子达到管束的四分之三。此外，该专利揭示并依靠使用压力和喷射头或喷嘴来将致冷剂分配到未浸没在液态致冷剂中的管束的一部分管子上。将液态致冷剂喷射到管束上的压力的使用会对热交换过程的效率造成不利的影响，其原因在于这样一个实际情况，即喷射的一部分液态致冷剂将在致冷剂气流中被带出蒸发器，而其中的致冷剂气体是从蒸发器流向压缩机的，使得这部分致冷剂未能与蒸发器内部的热交换器管子进行热交换接触。此外，当使用增压或喷射系统时，落入蒸发器的液体池内而不与热交换管子接触的液态致冷剂的量比真正的或非混合的降膜式蒸发器中的更多。由于存在这样一个实际特点，即，几乎没有液态致冷剂会夹带在从蒸发器流向压缩器的致冷剂气体中而带出蒸发器，并且进入蒸发器壳体底部而不与管束中的管子热交换接触的致冷剂显著减少，因此非混合的降膜式蒸发器更显著地减少了高效率的蒸发器和致冷系统操作所需的致冷剂的量。此外，管束中仅有相对一小部分管子浸没在蒸发器壳体底部汇集的相对较浅的液态致冷剂池中。在真正的降膜式蒸发器中，液态致冷剂最好是以低能量且柔和的方式从上沉积到蒸发器的管束上，而依靠重力使液态致冷剂以滴状物及薄膜的形式基本垂直地通过管束落下。由于这些特点，降膜式蒸发器需要较少量的致冷剂来实现其功能，并且其通常所能提供的热性能比溢流式和/或混合的蒸发器更出众，其原因在于，由于形成了在管束中大部分单个管子上且围绕这些管子流动的液态致冷剂薄膜，因此提高了热交换系数。此外，由于消除了由溢流式蒸发器中的相对较大且深的液态致冷剂池而引起的静压头的不利影响，蒸发器的效率和性能得到了提高。对于降膜式蒸发器，在操作中，这些蒸发器的管束内的致冷剂液体的汽化产生的蒸汽为了离开管束趋向于基本向上运动，但运动是沿着阻力最小的路径进行的。由于在降膜式蒸发器中被传输到管束上的致冷剂是上方来的，并且由于这种传输需要使用分配器装置来提供均匀的分配以及使致冷剂基本沿着管束的整个长度和宽度沉积到管束上，因此，在管束中产生的自然趋向上升的致冷剂蒸汽必须围绕着致冷剂分配器垂直又水平地导出管束，从而使蒸汽传导到这样一个位置，在该位置蒸汽可以从蒸发器抽入系统压缩机内。管束内特定蒸汽流通路径会受到管束几何形状、管子型式的影响，以及还会受到其中包括蒸汽浮力效力在内的流动情况的影响。因此，如果当最初从位于管束顶部的分配器接收到致冷剂时，要确保使致冷剂流“平坦地”通过管束向下流动，控制降膜式蒸发器的管束内的蒸汽流动对于发生在其中的热交换过程的效率是很重要的。如果液体最初在管束上部发生的致冷剂的向下流动经过管束不是平坦的，由于向一部分管束过度供给了致冷剂而另一部分管束的致冷剂又供给不足，因此，位于蒸发器内的热转移过程的效率以及作为整体的蒸汽压缩致冷器的效率会下降。此外，如果管束内局部蒸汽速度变得过大，特别是横向穿过管束的速度过大，就可能发生围绕单个管子形成且对热过程至关重要的液态致冷剂薄膜的中断。这种中断会导致管束中局部干燥区域的存在。如同最初在管束顶部接收的液态致冷剂分配不均的情况那样，这种局部干燥区域的存在，或者这种所谓的“蒸干”存在，会降低降膜式蒸发器的整体热转移性能。实际的非混合降膜式蒸发器在蒸汽压缩致冷器中的使用的实例是相对较新的、被称之为RTHC的致冷器，该致冷器是由本专利技术的受让人生产的。可以参照美国专利5,645,124、5,638,691以及5,588,596，这些专利同样也是本专利技术的受让人指定的，并且这些专利均是一个美国专利申请衍生的，它们描述了用于蒸汽压缩致冷器中的降膜式蒸发器的设计以及致冷剂分配系统的设计的一些早期成果。还可以参照美国专利5,561,987以及5,761,914，它们同样是由本专利技术的受让人指定的，这些专利类似地涉及使用降膜式蒸发器的致冷系统。在工业中的目前技术状态的RTHC致冷器中，，管束可以根据管子型式以及管束的几何形状进行分类，属于基本均一的。对在RTHC的管束内产生的致冷剂蒸汽流动的前摄控制不是关键的，其原因在于，在这种致冷器中，在蒸发器的致冷剂分配器的上游使用了专用的液-汽分离器组件。当使用了这种专用的液-汽分离器组件后，仅有液相的致冷剂会输送到RTHC致冷器的蒸发器内的分配器。当仅要求将液相致冷剂分配到RTHC蒸发器内的管束上时，其中的分配器的设计基本不会阻止致冷剂蒸汽向上流出蒸发器。然而，就致冷器材料和生产成本来说，对于专用液-汽分离器组件及其使用的要求，其花费相当大。近来，有一种新型的高效的致冷剂分配器的设计被开发出来，通过这种分配器可以实现对蒸汽压缩致冷系统中降膜式蒸发器内的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种致冷系统，该致冷系统包括： 一致冷剂气体压缩机； 一冷凝器，所述冷凝器接收来自所述压缩机的压缩气体，并将所述气体冷剂凝成液态； 一第一膨胀装置，所述膨胀装置位于所述冷凝器的下游，并且可形成致冷气体和液态致冷剂的两相混合物；以及 一降膜蒸发器，所述蒸发器具有一壳体、一管束、一蒸汽出口以及一致冷剂分配器，所述蒸汽出口与所述压缩机相连使蒸汽流向所述压缩机，而所述管束的管子水平地铺设在所述壳体内，所述致冷剂分配器设置在所述壳体内所述管束的上方，并且可接收来自所述膨胀装置的液态致冷剂，在基本无压力帮助的情况下，所述分配器使液态致冷剂垂直向下沉积到所述管束的顶部，所述管束形成至少一个蒸汽通道，所述蒸汽通道为一种基本无阻碍的流动路径，该路径有利于将致冷气体从所述管束的内部导向其外侧。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：S莫埃肯斯，JW拉森，JP哈特菲尔德，HK林，
申请(专利权)人：美国标准国际公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]