热交换器制造技术

一种用于蒸汽压缩系统的热交换器(1、201、201’、301、401、501、501’、601、601’、701、801、801’、901、901’、1001、1101)包括壳体(10)、分配部件(20)、管束(30、230、330、430、530、630、730)以及槽部件(40、40’、240、240’、340、440)，该分配部件设置在壳体(10)内部以分配制冷剂。管束(30、230、330、430、530、630、730)包括多个热传递管(31)，这些热传递管设置在位于分配部件(20)下方的壳体(10)内部。管束(30、230、330、430、530、630、730)包括降膜区域(FF)、积聚区域(A)以及满液区域(FL)，该降膜区域设置在分配部件(20)下方，该满液区域设置在降膜区域(FF)下方，而该满液区域(FL)在壳体(10)的底部设置在积聚区域(A)下方。槽部件(40、40’、240、240’、340、440)在积聚区域(A)中的至少一个热传递管(31)下方延伸以将制冷剂积聚在其中。当沿着垂直于壳体(10)的纵向中心轴线(C)的水平方向观察时，槽部件(40、40’、240、240’、340、440)至少部分地在积聚区域中与至少一个热传递管(31)交迭。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术总地涉及一种适合于用在蒸汽压缩系统中的热交换器。更具体地，本专利技术涉及一种具有管束的热交换器，其中上述管束具有降膜区域、积聚区域以及满液区域。
技术介绍
蒸汽压缩制冷已经是用于进行大型建筑等的空气调节的最常用的方法。传统的蒸汽压缩制冷系统典型地设有蒸发器，该蒸发器是在从穿过该蒸发器的待冷却的液体中吸收热量的同时允许制冷剂从液体蒸发为蒸汽的热交换器。一种类型的蒸发器包括管束，该管束具有多个水平延伸的热传递管，待冷却的液体穿过这些水平延伸的热传递管进行循环，并且上述管束容纳在圆柱形壳体内部。存在用于使制冷剂在此种类型的蒸发器中蒸发的若干已知方法。在满液式蒸发器中，壳体充满液体制冷剂并且热传递管浸在液体制冷剂的池中，以使得液体制冷剂沸腾和/或蒸发为蒸汽。在降膜蒸发器中，液体制冷剂从上方沉积到热传递管的外表面上，以使得液体制冷剂的层或薄膜沿着热传递管的外表面形成。来自热传递管的壁的热量经由对流和/或传导通过液体膜传递至蒸汽-液体界面，在上述蒸汽-液体界面处，一部分液体制冷剂蒸发，由此热量被从在热传递管内部流动的水去除。没有蒸发的液体制冷剂在重力下从位于上方位置的热传递管垂直地朝向位于下方位置的热传递管下降。还存在混合降膜蒸发器，其中，液体制冷剂沉积在管束中的一些热传递管的外表面上，而管束中的其它热传递管被浸到已收集在壳体的底部处的液体制冷剂中。虽然满液式蒸发器具有高的热传递性能，但满液式蒸发器需要相当大量的制冷剂，因为热传递管浸在液体制冷剂的池中。随着具有低得多的全球变暖潜在性的新型且高成本的制冷剂的最新发展(例如R1234ze或R1234yf)，理想的是减少蒸发器中的制冷剂充料。降膜蒸发器的主要优点是能在确保良好的热传递性能的同时减少制冷剂充料。因此，降膜蒸发器具有很大的潜力来替换大型制冷系统中的满液式蒸发器。美国专利N0.5，839，294披露了一种混合降膜蒸发器，该混合降膜蒸发器具有以满液模式操作的部段和以降膜模式操作的部段。更具体地，在该公开中披露的蒸发器包括外壳，管束中的多个水平热传递管穿过该外壳。分配系统设置成与管束中的最上层的热传递管交迭的关系，以使得进入壳体中的制冷剂被分配到管的顶部上。液体制冷剂形成沿着每个热传递管的外壁的膜，在每个热传递管的外壁的膜处，一部分液体制冷剂蒸发成为蒸汽制冷剂。剩余的液体制冷剂收集在壳体的下部中。在稳态操作中，外壳内的液体制冷剂的液位维持在某一液位，以使得在壳体下端附近的至少25%的水平热传递管浸在液体制冷剂中。因此，在该公开中，蒸发器利用壳体的下方部段中以满液热交换模式操作的热传递管进行操作，而没有浸在液体制冷剂中的热传递管则以降膜热传递模式进行操作。美国专利N0.7,849,710披露了一种降膜蒸发器，其中使收集在蒸发器壳体的下部中的液体制冷剂再循环。更具体地，在该公开中披露的蒸发器包括具有管束的壳体，上述管束具有多个在壳体中基本上水平地延伸的热传递管。进入壳体的液体制冷剂从分配器被引导至热传递管。液体制冷剂产生沿着每个热传递管的外壁的膜，在每个热传递管的外壁处，一部分液体制冷剂蒸发成为蒸汽制冷剂。剩余的液体制冷剂收集在壳体的下部中。在该公开中，设有栗或排出器以抽取收集在壳体下部中的液体制冷剂，以使得液体制冷剂从壳体的下部再循环至分配器。
技术实现思路
如上所述，在美国专利N0.5，839，294披露的混合降膜蒸发器中仍存在如下问题:由于在壳体的底部存在满液部段，因此需要相对大量的制冷剂充料。另一方面，采用在美国专利N0.7,849，710中披露的蒸发器，其中该蒸发器使收集到的液体制冷剂从壳体的底部再循环至分配器，当因蒸发器性能上的波动而形成干燥斑的情形中，需要过量的进行再循环的制冷剂以再润湿热传递管上的上述干燥斑，。此外，当蒸汽压缩系统中的压缩机使用润滑油(制冷剂油)时，因油比制冷剂更不容易挥发，而使从压缩机迀移到蒸汽压缩系统的制冷回路中的油趋于积聚在蒸发器中。因此，采用在美国专利N0.7，849，710中披露的制冷剂再循环系统，油会连同液体制冷剂一起在蒸发器内进行再循环，这会导致在蒸发器中循环的液体制冷剂中的油的浓度高。因而，蒸发器的性能会退化。采用传统的技术，在压缩机后方设有分油器，以确保在少量的油从压缩机流出的制冷循环中的蒸发器的性能。在该系统中，采用以下方法:(I)使用大型的分油器和满液类型；(2)使用小型分油器和混合降膜类型。在方法(I)中，大型分油器的成本高。在方法(2)中，制冷剂的量能通过降膜类型而得到减少。然而，由于需要大量的满液部段，因而减少制冷剂量的效果会削弱。此外，需要大量的热传递管来对油进行冷凝。此外，在系统中少量的油(正常是0.5_2wt%)通常会进入蒸发器，在上述系统中(例如，在使用螺旋式压缩机的制冷循环中)，少量的油被供给到从压缩机喷出的制冷剂中。在用于在冷水与制冷剂间进行热量交换的混合型热交换器(满液型、降膜型)中，制冷剂会在设于蒸发器的壳体内的热传递管的外表面上进行蒸发，油并未包含在位于热交换器内进行蒸发的制冷剂蒸汽中。因此，油会在蒸发器内发生冷凝，使得液体制冷剂中的油浓度升高(参见图32)。通常，安装油回收回路(oil tempering circuit)以使得油在上述循环中返回至压缩机(参见图33，美国专利N0.6，233，967)。在此种油回收中，油与制冷剂一起返回至压缩机。由于油与制冷剂一起返回至压缩机，因此，如果返回的制冷剂的量较大，则失效的制冷剂会增多。然后，性能会退化。因此，为了防止性能退化，需要增大油的浓度(使得制冷剂的比值尽可能小)。当流入到蒸发器中的油的浓度是0.5^%时，待返回至压缩机的油的浓度需要增大至30wt%以将性能退化控制到2%以内(用于油回收的制冷剂的量在蒸发量的2%内)(参见图34)。通常，在该系统中，采用满液类型(图35)或具有降膜型上部段和满液型下部段的混合降膜类型(图36，美国专利N0.6，170，286)。在满液类型的情形中，如图37所示，热传递性能随着油浓度增大而退化。因此，油浓度需要在2wt%左右。在该情形中，油浓度需要在0.05wt%左右，这需要大型的气液分离器。在混合降膜类型中，油浓度小且在降膜型上部段中确保性能。在降膜类型中，当油浓度增大时，性能会大幅地退化且很难使油浓度增大至30wt%。因而，在满液型下部段中执行油的冷凝。然后，具有高浓度的油的液体制冷剂从满液部段返回至压缩机。如上所述，采用使用大型分油器和满液类型的方法或是使用小型分油器和混合降膜类型的方法。在混合降膜类型的蒸发器中，满液部段的热传递性能是降膜型部段的一半左右。因此，需要大量热传递管。此外，由于需要大量满液部段，因此，制冷剂的量会变大。鉴于上文所述，本专利技术的一个目的是提供一种热交换器，该热交换器能减少制冷剂充料的量，并同时确保热交换器的良好性能。本专利技术的另一目的是提供一种热交换器，该热交换器将从压缩机迀移到蒸汽压缩系统的制冷回路中的制冷剂油积聚并且将制冷剂油排放到蒸发器的外部。根据本专利技术的一个方面的热交换器适合于用在蒸汽压缩系统中，并且包括壳体、分配部件、管束以及槽部件。该壳体具有大体平行于水平面延伸的纵向中心轴线。分配部件设置在壳体的内部以分配制冷剂。管束包括多个热传递管，这本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种适合于用在蒸汽压缩系统中的热交换器，包括：壳体，所述壳体具有大体平行于水平面延伸的纵向中心轴线；分配部件，所述分配部件设置在所述壳体内部并且构造和设置成分配制冷剂；管束，所述管束包括多个热传递管，所述多个热传递管设置在位于所述分配部件下方的所述壳体内部，以使得从所述分配部件排出的制冷剂供给到所述管束上，且所述热传递管大体平行于所述壳体的纵向中心轴线延伸，所述管束具有：降膜区域，所述降膜区域设置在所述分配部件下方，积聚区域，所述积聚区域设置在所述降膜区域下方，以及满液区域，所述满液区域在所述壳体的底部处设置在所述积聚区域下方；槽部件，所述槽部件在所述积聚区域中的至少一个热传递管下方大体平行于所述壳体的纵向中心轴线延伸，以使得所述制冷剂积聚在所述槽部件中，且当沿着垂直于所述壳体的纵向中心轴线的水平方向观察，所述槽部件至少部分地与所述积聚区域中的至少一个热传递管交迭。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：沼田光春，笠井一成，
申请(专利权)人：大金应用美国股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US