[发明专利]热交换器

说明书

一种热交换器(1)，适用于蒸汽压缩系统中，并且包括壳(10)、分配部分(20)和管束(30)。管束(30)包括多个传热管(31)，这些传热管(31)配置成当沿着所述壳(10)的纵向中心轴线观察时呈彼此平行延伸的多个列。传热管(31)具有以下配置中的至少一种配置：在列中的至少一个的、位于传热管中的相邻传热管之间的竖直间距(31)为在管束(30)的上部区域中的垂直间距大于在管束(30)的下部区域中的垂直间距的配置；以及在列中的相邻列之间的水平间距为在管束的外部区域中的水平间距大于在管束(30)的内部区域中的水平间距的配置。

技术领域

本发明一般涉及一种适用于蒸汽压缩系统中的热交换器。更具体而言，本发明涉及一种具有管束的规定配置以防止蒸汽流动速度超过规定水平的热交换器。

背景技术

蒸汽压缩制冷是在大型建筑物等的空调中最常用的方法。常规蒸汽压缩制冷系统通常设有蒸发器，该蒸发器为热交换器，其允许制冷剂在从穿过蒸发器的所要冷却的液体中吸热的同时从液体蒸发为气体。一种类型的蒸发器包括管束，该管束具有多个水平延伸的传热管，所要冷却的液体通过上述传热管循环，并且管束被容纳在圆柱形壳内侧。已知有几种方法能使制冷剂在这种类型的蒸发器中蒸发。在满液式蒸发器(英文：floodedevaporator)中，壳填充有液体制冷剂，且传热管被浸没在液体制冷剂的池中，以使液体制冷剂沸腾和/或蒸发为蒸汽。在降膜式蒸发器(英文：falling film evaporator)中，液体制冷剂从上方沉积到传热管的外表面上，从而沿着传热管的外表面形成液体制冷剂的层或薄膜。来自传热管壁的热通过对流和/或传导经由液体膜传递到蒸汽-液体界面处，在该蒸汽-液体界面处一部分的液体制冷剂会蒸发，进而使热从在传热管内侧流动的水中移除。没有蒸发的液体制冷剂在重力的作用下从位于上方位置的传热管朝向位于下方位置的传热管竖直落下。还有混合降膜式蒸发器(hybrid falling film evaporator)，其中，液体制冷剂沉积到管束中的某些传热管的外表面上，而管束中的其它传热管被浸没到在壳底部处收集的液体制冷剂中。

尽管满液式蒸发器表现出高传热性能，但是，满液式蒸发器由于传热管被浸没在液体制冷剂的池中，因此需要大量的制冷剂。随着具有更低全球变暖潜能的新型且高成本的制冷剂(诸如R1234ze或R1234yf)近期发展，希望减少在蒸发器中的制冷剂充注。降膜式蒸发器的主要优点在于在减少制冷剂充注的同时确保了良好的传热性能。因此，降膜式蒸发器具有巨大的潜力，以替代大型制冷系统中的满液式蒸发器。然而，存在与降膜式蒸发器的高效操作相关联的许多技术挑战。

挑战之一是管理在降膜式蒸发器的管束内的蒸汽流动。一般而言，汽化后的液体制冷剂的一部分的体积在所有方向上显著膨胀，造成汽化的制冷剂在横向方向上交叉流动或行进。交叉流动会破坏液体制冷剂的竖直流动，这增加了下管接收不足湿润的风险，造成传热性能显著降低。另一挑战是防止夹带的液滴从蒸发器传送到压缩机。如果汽化的制冷剂包含夹带的液滴，则压缩机可能会受到损坏。

美国专利No.6,293,112公开了一种降膜式蒸发器，其中，管束的管被配置成形成沿横向方向延伸的蒸汽道，以控制在管束内部形成的制冷剂蒸汽的交叉流动速度。

美国专利No.7,849,710公开了一种降膜式蒸发器，其包括配置于管束上方的护罩。护罩迫使蒸汽制冷剂流动向下移动，从而防止蒸汽制冷剂在护罩内侧的交叉流动。而且，由护罩引起的蒸汽制冷剂流动的突然的方向变化会导致从蒸汽制冷剂流动移除大部分的夹带的液滴。

发明内容

在美国专利No.5,839,294中所公开的降膜式蒸发器的管束中形成的蒸汽道相对较宽，因而，在蒸汽道上方与下方的管之间的距离较大。因此，液体制冷剂可能并没有通过液滴适当地从位于蒸汽道上方的区域中的管输送到蒸汽道下方的区域中的管，造成在下部区域中的管仍未被湿润。另一方面，如在美国专利No.7,849,710中所公开的由覆盖管束的护罩形成的蒸汽流动在蒸发器中造成压力损失，使得蒸发温度降低，由此使得传热性能降级。