一种复合型满液式蒸发器和制冷装置

技术领域

本发明涉及换热设备和制冷系统，特别是涉及一种制冷空调系统中的换热器和制冷装置。

背景技术

干式蒸发器作为一种常用的蒸发换热设备，目前已广泛应用于各行各业的制冷与空调设备中。在其实际应用时，冷媒在管内流动沸腾过程中存在两相流动分层、分配不均和局部过热等问题，目前有效的解决措施是将干式蒸发器的换热面积在其理论计算值的基础上增大20％-30％。这种方法增大了换热器的制造成本，也不利用蒸发器设计的小型化。

与此同时，满液式蒸发器也是常用的制冷部件。其在管内走水，制冷剂在管簇外面蒸发，外传热面基本上都与液体制冷剂接触，筒体内充注的制冷剂量一般约为筒体有效容积的55％～65％。在满液式蒸发器的工程应用中，也存在两个不能解决的技术问题：一是制冷剂充灌量过大；二是受制冷剂液柱高度影响，筒体底部的蒸发温度偏高，会减小传热温差。

发明内容

发明目的：针对现有技术中的不足，本发明的目的之一是提供一种复合型满液式蒸发器，不仅可以解决干式蒸发器的局部过热以及设计面积偏大的问题，还能大幅缩减满液式蒸发器中管簇的换热管根数，从而减小满液式蒸发器的体积，继而降低了液柱的高度和减少了冷媒的充注量；本发明的目的之二是提供一种基于复合型满液式蒸发器的制冷装置。

技术方案：本发明的一种复合型满液式蒸发器，包括筒体、捕沫器、前端盖、后端盖、冷冻水进口、冷冻水出口、隔板、冷媒分配器、冷媒收集器、管簇、冷媒液体入口和冷媒气体出口等组成，管簇设置于捕沫器的下方。管簇包括套管阵列和连接管，套管包括外管和内管；冷媒分配器和冷媒收集器均设有入口和出口，冷媒分配器的入口位于筒体的外部，冷媒分配器的出口分别与套管阵列的内管相连通；冷媒收集器的入口分别与套管阵列的内管相连通，冷媒收集器的出口设于捕沫器和管簇套管阵列之间。

冷冻水在套管的外管内流动，内管中走制冷剂；即制冷剂在内管与管外的冷冻水换热，完全干式蒸发过程。

其中，所述管簇位于筒体内的下部区域，由套管阵列和U型接头等组成；套管阵列由多个套管排列而成；单个套管由外管和内管组成。所述管簇可以设计成单管程的，此时套管不需要采用U型接头，冷媒分配器和冷媒收集器分别位于套管的两端；管簇也可以是多管程的，例如两管程的，此时冷媒分配器和冷媒收集器分别位于隔板的两侧。

可选的，所述冷媒分配器有一个入口和若干个出口，冷媒分配器的入口位于筒体的外部，冷媒分配器的若干个出口分别与内管相联。所述冷媒收集器有若干个入口和一个出口，冷媒收集器的若干个入口分别与内管相联，冷媒收集器的出口位于筒体内的上部，且位于管簇的上面和捕沫器的下面。

该蒸发器包括两个冷媒液体的入口，一个是冷媒液体入口，另一个是冷媒分配器的入口。

其中，所述内管位于外管的内部，一根外管的内部可以同时安装一根内管或多根小管径的内管。优选地，内管的管径为2～19.2mm。

干式蒸发过程是液态制冷剂在管内流动，吸热后蒸发成气态，管外侧一般是冷冻水放热，温度降低；满液式蒸发过程是液态制冷剂在管外表面上进行池沸腾换热，吸热后蒸发成气态，管内侧一般是冷冻水放热，温度下降。而干式蒸发过程与满液式蒸发过程的换热机理完全不同，换热器的设计是完全相反的，导致这两种蒸发过程很难在一个换热筒体内同时进行。干式蒸发器和满液式蒸发器作为两种不同的蒸发器类别，已经彼此独立存在几十年。到目前为止，还没有出现新技术能够解决这两种换热过程彼此共存的问题。而本发明设计的复合型满液式换热器，可以解决这两种换热过程彼此共存的问题。

本发明还提供了基于复合型满液式蒸发器的一种制冷装置，包括依次连接的压缩机、分离器、冷凝器、节流装置、流量调节阀和上述复合型满液式蒸发器；

流量调节阀设有两路管道，一路与冷媒液体入口相连通，另一路与冷媒分配器的入口相连通；冷媒气体出口与压缩机的入口相连通。

该蒸发器的换热方法包括：气态冷媒从压缩出口依次经过油分离器、冷凝器和节流装置后，被节流成两相流，两相流冷媒进入流量调节阀的入口，被分成两路；一路进入冷媒液体入口；另一路进入冷媒分配器的入口，再进入内管，最后经过冷媒收集器的出口进入筒体内；筒体内产生的气体，从冷媒气体出口排出，送入压缩机内，完成一个冷媒循环；即冷媒在复合型满液式蒸发器中换热气化后，从冷媒气体出口排出，送入压缩机的入口，完成一个冷媒循环。

在该复合型满液式蒸发器换热时，从制冷系统的节流装置流出的冷媒分为两部分，一部分冷媒在套管的内管中与外管内的冷冻水换热，进行干式蒸发，当冷媒的干度上升到一定值时，剩余的气液两相冷媒从套管的内管中排出，然后送入到换热器筒体中进行气液分离，分离出来的液态冷媒在管簇外表面上进行二次蒸发。另一部分冷媒与常规满液式换热器的蒸发过程类似，在管簇外表面上蒸发换热。

有益效果：在本发明装置中，部分制冷剂冷媒先在小管径中进行干式蒸发过程再完成降膜蒸发过程，整体换热性能好；与常规满液式蒸发器相比，本发明装置可将换热器体积缩小约30％、冷媒充注量降低约20％、换热器筒体内冷媒制冷剂的静态高度降低30％左右、总换热面积减小约10％，能有效地降低制造成本和促进换热器设计的小型化。

附图说明

图1是复合型满液式蒸发器的结构示意图，其中，图1a为局部剖视的正视图，图1b为俯视图，图1c为左视图，图1A-A为图1a的A-A面剖视图；

图2是基于复合型满液式蒸发器的制冷系统的流程图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进一步地详细描述。

如图1所示为本发明的复合型满液式蒸发器的结构示意图，其主要包括：筒体601、捕沫器602、设置于筒体601上的前端盖603和后端盖604、冷冻水进口605、冷冻水出口606、隔板607、冷媒分配器608、冷媒收集器609、管簇、冷媒液体入口613和冷媒气体出口614等，冷媒液体入口613和冷媒气体出口614设置于筒体601的上方位置。图中未示出的结构均为现有技术。

其中，管簇位于筒体601内的下部区域，由套管阵列和U型接头612等组成；套管阵列由多个套管排列而成，U型接头612连接相邻套管；套管由外管611和内管610组成，内管610位于外管611的内部，一根外管611的内部可以同时安装一根内管610或多根小管径的内管610。

管簇可以设计成单管程的，也可以是多管程的。若设计成两管程的，可以设计成竖直上下两管程的或水平左右两管程的。当采用水平左右两管程时，冷媒分配器608和冷媒收集器609分别位于隔板607的左右两侧；本实施例示出了采用竖直上下两管程，如图1a所示，冷媒分配器608和冷媒收集器609分别位于隔板607的上下两侧，且冷媒分配器608位于冷媒收集器609的下方。

冷媒分配器608有一个入口和若干个出口，冷媒分配器608的入口位于筒体601的外部，冷媒分配器608的若干个出口分别与内管610相连通。

蒸发器包括两个冷媒液体的入口，一个是冷媒液体入口613，另一个是冷媒分配器608的入口。

冷媒收集器609有若干个入口和一个出口。冷媒收集器609的若干个入口分别与内管610相连通，冷媒收集器609的出口位于筒体601内的上部，且位于管簇的上部和捕沫器602的下部。

在该复合型满液式蒸发器换热时，从制冷系统的节流装置流出的冷媒分为两部分，一部分冷媒在套管的内管中与外管内的冷冻水换热，进行干式蒸发，当冷媒的干度上升到一定值时，剩余的气液两相冷媒从套管的内管中排出，然后送入到换热器筒体中进行气液分离，分离出来的液态冷媒在管簇外表面上进行二次蒸发。另一部分冷媒与常规满液式换热器的蒸发过程类似，在管簇外表面上蒸发换热。

如图2所示为基于复合型满液式蒸发器的制冷装置的系统流程图，该制冷装置包括依次连接的压缩机1、油分离器2、冷凝器3、节流装置4、流量调节阀5和复合型满液式蒸发器。流量调节阀包括两路管道，一路与冷媒液体入口613相连通，另一路与冷媒分配器608的入口相连通；冷媒气体出口614与压缩机1的入口相连通。

该复合型满液式蒸发器的换热方法过程为：气态冷媒从压缩1出口依次经过油分离器2和冷凝器3，被冷却冷凝后，液态冷媒进入节流装置4中，被节流成低压气液两相流体，两相冷媒进入流量调节阀5的入口，被分成两路，一路进入冷媒液体入口613，在管簇的外表面上进行吸热蒸发；另一路进入冷媒分配器608的入口，通过冷媒分配器608的均匀分配，进入内管610内，进行流动沸腾蒸发，然后从冷媒收集器609的出口送入到筒体601内，再喷淋到管簇的外表面上，完成二次蒸发过程；筒体601内产生的气体，最终通过冷媒气体出口614排出，送入压缩机1内，完成一个制冷循环。

本发明不仅可以解决干式蒸发器的局部过热以及设计面积偏大的问题，还能大幅缩减满液式蒸发器中管簇的换热管根数，从而减小满液式蒸发器的体积，继而降低了液柱的高度和减少了冷媒的充注量。